KR101506530B1 - 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조속기를 이용하여 발전기에서 발생하는 전기의 출력 주파수를 조절하고 그 후, 자동 전압 조절기를 이용하여 전압을 정격 전압으로 조절하여 조절된 하나의 발전기로 전력 네트워크를 복구하는 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 엔진을 통해 전기를 발생시키는 발전기와 엔진의 회전수를 조절하여 전기의 출력 주파수를 설정된 값으로 조절하는 조속기와 발전기에 공급되는 전류량을 설정된 값으로 조절하여 발전기에서 발생되는 전압을 조절하는 자동 전압 조정기 및 조속기 및 상기 자동 전압 조정기를 통해 주파수와 전류량이 조절된 전기를 변압기로 전달하는 스위치보드로 이루어진다.

Description

발전기 출력 전압의 램프업을 위한 장치 및 그 방법{The device and the method for ramp-up of generator output voltage}

본 발명은 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조속기를 이용하여 발전기에서 발생하는 전기의 출력 주파수를 조절하고 그 후, 자동 전압 조절기를 이용하여 전압을 정격 전압으로 조절하여 조절된 하나의 발전기로 전력 네트워크를 복구하는 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 발전기는 기계 동력을 작동시켜서 전력을 발생하는 기계를 말한다. 발전기는 교류 발전기와 직류 발전기로 구별되며 원동기의 종류에 따라 수차 발전기, 엔진 발전기, 터빈 발전기로 분류된다.

이때의 원동기는 수력, 연료, 원자로, 태양열 등의 에너지원을 이용하여 원동력을 발생하는 기계를 말하며 수력 터빈, 증기 기관, 증기 터빈, 내연 기관, 전동기 등이 회전 운동 또는 왕복 운동 등으로 원동력을 발생시킨다.

선박에 이용되는 발전기에 있어서, 선박의 해상에서의 운행시 정전(Black out)은 치명적이기 때문에 정전이 발생할 경우 빠른 시간 내에 전력 네트워크를 복구시켜야 한다.

일반적인 선박용 발전기는 비상용 전원 용량이 적기 때문에 정전이 장시간 지속될 수 있고 이는 정상적인 선박 운행에 큰 지장을 주게 된다.

정전이 발생한 선박에서 발전기를 가동하고자 할 때, 발전기 용량에 대비하여 큰 용량의 변압기가 전력 네트워크에 연결된 경우 변압기의 돌입 전류(inrush current)를 감당하지 못하여 일반적으로 2대 이상의 발전기가 필요하다. 따라서, 최소 2대 이상의 발전기가 가동되어야 변압기를 전력 네트워크에 연결시키고 전력 네트워크를 복구시킬 수 있다.

종래기술 한국등록특허공보 10-0679445의 엔진구동 발전장치의 부하시동 방법 및 엔진구동 발전장치에는 엔진구동 발전기에서 전동기를 시동하는데 있어서 정격 전류의 400~800% 정도의 돌입 전류가 흘러 전동기 용량의 2~3배의 용량의 발전기가 필요할 경우의 문제를 개선하는 방법이 개시되어 있다.

상기 종래기술에 따르면, 돌입 전류로 인한 발전기 용량의 문제를 발전기의 출력 전압이 미리 정한 소정 전압 이하로 되어 있을 때 발전기 여자전류를 제어하여 엔진 회전 수를 조정하고 이에 따라 출력 주파수가 조정되어 발전기의 출력 토크가 극단으로 저하되지 않고 발전기가 구동되도록 할 수 있다.

즉, 종래 기술은 발전기 출력 전압이 상승하는 경과를 감시하여 과전류를 방지하며 발전기가 구동시키는 것이다.

하지만, 종래 기술은 유도전동기의 기동이 완료되는 시간 동안, 발전기의 출력에 의존하는 전력 네트워크의 주파수와 전압을 정격으로 유지할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 종래 기술은 출력 전압이 상승하는 경과를 감시하므로 정전 시의 빠르게 전력 네트워크가 복구될 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술을 개선하기 위한 것으로, 발전기의 수를 줄여 전력 네트워크를 복구시키기 위한 목적이 있다.

또한, 본 발명은 정전 시 빠르게 전력 네트워크를 복구시키기 위한 목적이 있다.

또한, 본 발명은 정전 시 비상용 발전기에만 의존하지 않고 선박의 전력 네트워크를 복구시켜 전력 네트워크의 이익을 높이기 위한 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 발전기 출력 전압의 램프업은 엔진을 통해 전기를 발생시키는 발전기와 상기 엔진의 회전수를 조절하여 상기 전기의 출력 주파수를 설정된 값으로 조절하는 조속기와 상기 발전기에 공급되는 전류량을 설정된 값으로 조절하여 상기 발전기에서 발생되는 전압을 조절하는 자동 전압 조정기 및 상기 조속기 및 상기 자동 전압 조정기를 통해 주파수와 전류량이 조절된 전기를 변압기로 전달하는 스위치보드로 이루어진다.

상기 스위치보드는 상기 자동 전압 조정기로 구동 신호를 전송하는 센서를 더 구비한다.

상기 센서는 상기 발전기에서 상기 스위치보드를 통해 상기 변압기로 전기를 전달하면 상기 구동 신호를 상기 자동 전압 조정기로 전송한다.

본 발명의 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 방법은 조속기를 통해 엔진의 회전수를 조절하여 상기 엔진을 통해 발생시키는 발전기의 전기의 출력 주파수를 설정된 값으로 조절하는 단계와 상기 출력 주파수가 조절된 전기를 스위치보드를 통해 변압기로 전달하는 단계와 상기 스위치보드에 조절된 출력 주파수가 통과되면 상기 스위치보드에서 자동 전압 조정기로 구동 신호를 전송하는 단계와 상기 구동신호를 수신한 상기 자동 전압 조정기가 상기 발전기에 공급되는 전류량을 설정된 값으로 조절하여 상기 발전기에서 발생되는 전압을 조절하는 단계 및 상기 자동 전압 조정기로 인해 전압이 조절된 전기를 상기 스위치보드를 통해 상기 변압기로 전달하는 단계로 이루어진다.

상기 스위치보드는 상기 자동 전압 조정기로 구동 신호를 전송하는 센서를 더 구비한다.

본 발명은 상술한 종래 기술을 개선하기 위한 것으로, 발전기의 수를 줄여 전력 네트워크를 복구 시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 정전 시 빠르게 전력 네트워크를 복구 시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 정전 시 비상용 발전기에만 의존하지 않고 선박의 전력 네트워크를 복구 시켜 전력 네트워크의 이익을 높이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 장치를 사용한 경우의 전압 및 주파수에 관한 그래프이다.

본 발명의 전술한 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 장치의 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 장치는 엔진(110)을 통해 전기를 발생시키는 발전기(130)와 엔진(110)의 회전수를 조절하여 전기의 출력 주파수를 설정된 값으로 조절하는 조속기(120)와 발전기(130)에 공급되는 전류량을 설정된 값으로 조절하여 발전기(130)에서 발생되는 전압을 조절하는 자동 전압 조정기(140) 및 조속기(120) 및 자동 전압 조정기(140)를 통해 주파수와 전류량이 조절된 전기를 변압기(160)로 전달하는 스위치보드(150)로 이루어진다.

일반적으로 엔진(110)의 프로펠러 등의 회전을 통해 만들어진 운동에너지를 발전기(130)를 통해 전기에너지로 변환시키고 이 전기에너지를 전력 네트워크(160)를 통해 변압기(170)로 보내게 된다.

본 발명은 선박에서 정전이 발생하여 발전기(130)를 가동하고자 할 때 적은 수의 발전기(130)를 가지고 전력 네트워크(160)를 복구시키기 위한 발명이다. 이를 위해 본 발명은 먼저 조속기(120)를 구비하여 엔진(110)의 회전 속도를 일정한 값으로 유지시킨다. 조속기(120)는 연료 주입량 조절 등을 통해서 엔진(110)의 회전 수를 조절하여 발전기(130)를 통해 발생되는 전기의 출력 주파수를 조절하는 것이다.

일반적으로, 이때의 출력 주파수는 평상시의 가용 주파수보다 크게 조절한다.

이렇게 엔진(100)의 회전 수를 조절하여 발전기(130)를 통해 발생되는 전기의 출력 주파수가 조절되면, 출력 주파수가 조절된 전기를 스위치보드(150)를 통해 전력 네트워크(160)로 전달되고 이는 다시 변압기(170)로 전달되게 된다.

회전 수를 조절하여 출력 주파수를 조절할 때는 선박에서 필요한 값에 따라 미리 설정된 출력 주파수에 대응되도록 회전 수를 조절한다.

이때, 출력 주파수가 조절된 전기가 스위치보드(150)를 전력 네트워크(160)로 전달되면, 스위치보드(150)에 구비된 스위치 센서(151)는 출력 주파수가 조절된 전기를 감지하여 자동 전압 조절기(140)로 동작 신호를 전송하게 된다. 동작 신호를 수신한 자동 전압 조절기(140)는 발전기(130) 안의 로터(미도시)에 공급되는 전류량을 조절하여 발전기(130)에서 발생되는 전압을 조절한다.

자동 전압 조절기(140)는 발전기(130)의 로터(미도시)에 전압을 정격으로 올릴 수 있도록 전류를 공급하고 정격 전압으로 조절된 전기는 전체 전력 네트워크(160)로 전달되는 것이다.

본 발명은 발전기(130)의 전압과 주파수를 동시에 정격전압 및 정격주파수로 만들지 않고 각각을 분리하여 순차적으로 정격전압 및 정격주파수로 만들어 전력 네트워크(160)를 복구시킨다.

전력 네트워크(160)가 복구되면, 변압기(170)는 저전압 배전반(미도시)를 통해 각각의 load 즉, 전기를 필요로 하는 선박의 여러 가지 구성품에 전기를 공급할 수 있게 된다.

본 발명의 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 장치는 그 방법에 있어 다음과 같은 순서에 따라 진행된다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 방법의 순서도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 조속기(120)를 통해 엔진(110)의 회전수를 조절하여 엔진(110)을 통해 발생시키는 발전기(130)의 전기의 출력 주파수를 설정된 값으로 조절하는 단계, 조절된 출력 주파수를 스위치보드(150)를 통해 변압기(170)로 전달하는 단계, 스위치보드(150)에 조절된 출력 주파수가 통과되면 스위치보드(150)에서 자동 전압 조정기(140)로 구동 신호를 전송하는 단계 구동신호를 수신한 자동 전압 조정기(140)가 발전기(130)에 공급되는 전류량을 설정된 값으로 조절하여 발전기(130)에서 발생되는 전압을 조절하는 단계 및 자동 전압 조정기(140)로 인해 전압이 조절된 전기를 스위치보드(150)를 통해 변압기(170)로 전달하는 단계로 이루어진다.

먼저, 조속기(120)가 엔진(110)의 회전 수를 조절하는 단계(S210)를 갖는다. 앞에서 언급한 바와 같이, 엔진(110)이 회전하여 운동 에너지를 만들고 이때 만들어진 운동 에너지를 발전기(130)를 통해 전기 에너지로 변환시키므로 조속기(120)가 엔진(110)의 회전 수를 조절하면 발전기(130)에서 만들어지는 전기의 출력 주파수 또한 조절되게 된다.

이를 통해 출력 주파수가 정격 주파수로 조절되면 조절된 발전기(130)의 출력 주파수는 스위치보드(150)를 통해 전력 네트워크(160)로 전달되고, 전력 네트워크(160)는 발전기(130)와 변압기(170)를 연결시키게 된다(S220).

발전기(130)의 조절된 출력 주파수가 스위치보드(150)를 통해 변압기(170)로 연결되면, 스위치보드(150)의 스위치센서(151)는 자동 전압 조절기(140)에 동작 신호를 전송한다(S230).

동작 신호를 수신한 자동 전압 조절기(140)는 발전기(130) 안의 로터(미도시)에 공급되는 전류량을 조절하여 발전기(130)에서 발생되는 전압을 조절한다(S240).

이렇게 전압이 조절되어 발전기(130)의 전압이 정격 전압이 되면, 이 또한 전력 네트워크(160)로 보내지게 되고 전력 네트워크(160)는 정격 전압을 변압기(170)로 보냄(S250)으로써 전력 네트워크(160)가 순차적으로 복구되게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 장치를 사용한 경우의 전압 및 주파수에 관한 그래프이다. 도 3의 (a)는 동시에 정격 전압 및 정격 주파수로 조절하는 경우의 전압 및 주파수에 관한 그래프이고, (b)는 정격 주파수로 조절한 후 정격 전압을 조절하여 전력 네트워크를 복구하는 경우의 전압 및 주파수에 관한 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 동시에 정격 전압 및 정격 주파수로 조절하는 경우에는 전압이 급격하게 강하하므로 전기 전달 및 전력 네트워크(160)가 불안정하게 된다. 하지만, (b)와 같이 정격 주파수로 조절한 후 정격 전압을 조절하면 전압이 일정하게 상승하게 되므로 전기 전달 및 전력 네트워크(160)가 안정되게 된다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110: 엔진 120: 조속기
130: 발전기 140: 자동 전압 조정기
150: 스위치보드 151: 스위치센서
160: 전력 네트워크 170: 변압기

Claims (6)

1. 엔진을 통해 전기를 발생시키는 발전기;
   상기 엔진의 회전수를 조절하여 상기 전기의 출력 주파수를 설정된 값으로 조절하는 조속기;
   상기 발전기에 공급되는 전류량을 설정된 값으로 조절하여 상기 발전기에서 발생되는 전압을 조절하는 자동 전압 조정기; 및
   상기 조속기 및 상기 자동 전압 조정기를 통해 주파수와 전류량이 조절된 전기를 변압기로 전달하고, 상기 자동 전압 조정기로 구동 신호를 전송하는 센서를 구비하는 스위치보드;
   로 이루어지는 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 장치.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 센서는 상기 발전기에서 상기 스위치보드를 통해 상기 변압기로 전기를 전달하면 상기 구동 신호를 상기 자동 전압 조정기로 전송하는 것을 특징으로 하는 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 장치.
   
4. 조속기를 통해 엔진의 회전수를 조절하여 상기 엔진을 통해 발생시키는 발전기의 전기의 출력 주파수를 설정된 값으로 조절하는 단계;
   상기 출력 주파수가 조절된 전기를 스위치보드를 통해 변압기로 전달하는 단계;
   상기 스위치보드에 조절된 출력 주파수가 통과되면 상기 스위치보드에서 자동 전압 조정기로 구동 신호를 전송하는 단계;
   상기 구동신호를 수신한 상기 자동 전압 조정기가 상기 발전기에 공급되는 전류량을 설정된 값으로 조절하여 상기 발전기에서 발생되는 전압을 조절하는 단계; 및
   상기 자동 전압 조정기로 인해 전압이 조절된 전기를 상기 스위치보드를 통해 상기 변압기로 전달하는 단계로 이루어지는 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 방법.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 스위치보드는 상기 자동 전압 조정기로 구동 신호를 전송하는 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 방법.
   
6. 제 1항 및 제3항 중 어느 한 항에 따른 상기 발전기 출력 전압의 램프업을 위한 장치를 포함하는 선박.

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