KR101545764B1 - 진동 감쇠 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 선박의 전기 네트워크에서 일어나는 불리한 토크 진동을 감소시키는 것이다. 로컬 네트워크의 진동은 이 진동이 감쇠되도록 그 네트워크의 부하를 제어함으로써 감소될 수 있다. 제어될 부하는 예컨대 주파수 변환기 (5) 를 통해 전력을 받는 전기 모터 (7) 일 수 있다. 주파수 변환기를 적절히 제어하면, 그 주파수 변환기와 전기 모터는 진동을 소모시키는데, 즉 로컬 네트워크의 진동이 감쇠된다.

Description

진동 감쇠 장치{VIBRATION DAMPENING ARRANGEMENT}

본 발명은 선박의 전기 네트워크에서 사용되는 진동 감쇠 장치에 관한 것이다.

전력 전송 네트워크에 연결되어 있는 발전기에 의해 전력이 생성된다. 전송 네트워크는 생성된 전력을 전기 모터, 조명 장비 등과 같은 소비부에 전송하게 된다. 전력을 저장하는 경제적인 방법은 없으므로, 생성된 전력은 생성된 대로 소비되어야 한다. 다시 말해, 소비되는 에너지의 양은 생성된 에너지의 양과 같아야 한다.

발전기는 전기를 생성시키도록 설계된 전기 모터인데, 이 모터의 로터는 소정의 속도로 회전한다. 보통 발전기에서 생기는 주파수는 전력 전송 네트워크의 주파수와 같다. 전송 네트워크의 주파수는 보통 50Hz 이다. 그러나, 전기 네트워크의 요구는 항상 변동하므로, 즉 그 네트워크는 동적인 상태이므로, 전기 네트워크는 생성된 전기 에너지와 소비되는 전기 에너지 사이에 어떤 양의 불균형을 수용할 수 있어야 한다. 이 불균형은 네트워크 주파수의 작은 변동으로 생각될 수 있다. 전력을 사용하는 전기 모터와 발전기의 회전체는 작은 단기간의 불균형 상황을 보상할 수 있는데, 왜냐하면 에너지는 관성의 형태로 상기 회전체에 저장되기 때문이다.

오늘날 주파수 변환기가 많은 분야에서 사용되고 있다. 이 주파수 변환기를 사용하면 전력 입력은 전기 모터나 다른 전기적 장비의 요구에 정확히 맞게 조절될 수 있다. 예컨대, 송풍기의 스쿼럴 케이지 모터는 대부분의 작동 시간에 대해 부분 회전 속도가 충분하다면 항상 전속도로 구동될 필요는 없다. 상기 주파수 변화기를 사용하면 많은 에너지를 절약할 수 있다. 통상적인 주파수 변환기에서 교류 전압은 직류 전압으로 변환되고 그런 다음 이 직류 전압은 다시 다른 교류 전압으로 변환된다. 두번째 교류 전압은 전력을 전기 모터와 같은 부하에 보내기 위해 사용된다. 상기 두번째 교류 전압은 또한 제어가능하다. 그러나, 주파수 제어기 구동부는 전기 모터와 전기 생성 간의 직접적인 연결을 끊으며, 따라서 전기 모터의 회전 관성은 네트워크에서의 더 작은 부하 변동을 보상하는데 더 이상 참여하지 못하게 된다.

발전기 어셈블리는 디젤 엔진과 같은 동력원 및 발전기로 작용하는 전기 모터를 포함한다. 동력원 모터는 통상적으로 동력원의 토크 진동이 전기 발전기에 전달되는 것을 감쇠시키는 탄성 클러치를 통해 전기 발전기에 연결된다. 그러나, 특히 가장 낮은 토크 진동 주파수가 전기 발전기에 전달되어 발전기의 출력 전압의 주파수에서 원치 않는 진동을 야기하게 된다. 발전기는 로컬 네트워크에 병렬로 연결되므로, 각 발전기의 진동은 서로에 영향을 주게 되고, 이 때문에 로컬 네트워크에 상당한 진동과 네트워크의 디바커(debarker)가 초래될 수 있다. 이리 하여, 전력 출력 중단, 기계적 고장 및 전기적 고장이 야기될 수 있다.

내연기관과 같은 동력원 모터의 진동을 감쇠시키며 불리한 진동을 줄이는 방안이 있다. 이 방안으로 크랭크축의 원치 않는 진동을 감쇠시킬 수 있다. 이 방안은 각각의 동력원 모터에 특정한 것으로 로컬 네트워크에 전달된 진동은 감쇠시킬 수 없다.

도 1 은 발전기 (2, 3, 4)(동력원과 전기 발전기)를 갖는 전기 네트워크 (1) 의 일예를 나타낸다. 전기 모터 (7, 8) 는 모터별 주파수 변환기 (5, 6) 를 통해 네트워크에 연결된다. 전기 모터의 축은 선박의 프로펠러 (9, 10) 에 연결된다. 특히 선박의 동력을 그 선박의 전기 네트워크의 크기와 비교해 볼 때 선박의 전기 모터는 크다. 네트워크 (1) 의 원치 않는 진동은 주파수 변환기와 네트워크의 다른 부하(예컨대, 조명 및 벽소켓 부하(도면에는 미도시))에서 고장을 일으킬 수 있다.

본 발명의 목적은 선박에서와 같이 비교적 작은 전기 네트워크에서 발생하는 불리한 진동을 줄이는 것이다.

이 목적은 독립 청구항에 기재된 수단으로 달성된다. 종속 청구항에는 본 발명의 다양한 실시 형태가 기재되어 있다. 본 발명의 아이디어는 진동이 줄어들도록 로컬 네트워크의 부하를 제어하여 그 네트워크의 진동을 줄이는 것이다. 제어될 부하는 예컨대 주파수 변환기를 통해 전력을 받는 전기 모터이다. 주파수 변환기를 적절히 제어하면, 그 주파수 변환기와 전기 모터는 진동을 소모시키는데, 즉 로컬 네트워크의 진동이 감쇠된다.

본 발명에 따른 장치는 조정 유닛을 포함하며, 이 조정 유닛은, 상기 원치 않는 토크 진동에 관한 정보를 포함하는 측정 신호를 받는 제 1 인터페이스와 상기 진동 감쇠를 위한 제어 신호를 전달하는 제 2 인터페이스를 갖고 있다. 상기 조정 유닛은 상기 측정 신호의 정보에 응하여 제어 신호를 형성하게 되며, 이 제어 신호는 주파수 변환기와 이 주파수 변환기의 부하를 사용해서 진동을 감쇠시키기 위해 주파수 변환기의 제어 신호에 작동 연결될 수 있다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명을 보다 자세히 설명한다.

도 1 은 선박의 전기 네트워크의 일예를 나타낸다 .
도 2 는 본 발명에 따른 장치의 일예를 나타낸다.
도 3 은 본 발명에 따른 방법의 일예를 나타낸다.

도 2 는 본 발명에 따른 장치의 일예를 나타낸다. 이 도면의 예는 진동을 감쇠시키기 위해 단지 하나의 주파수 변환기 (5) 와 전기 모터 (7) 를 제어하는 것을 나타내지만, 본 발명에 따른 방법으로 다수의 주파수 변환기를 제어할 수 있음도 물론이다. 주파수 변환기는 일반적으로 전기 모터 (7) 가 원하는 속도로 회전하도록 제어된다. 원하는 회전 속도 (Wref) 는 주파수 변환기의 제어 유닛 (11) 에 보내지며, 이 제어 유닛은 또한 그 주파수 변환기도 제어한다. 실제 회전 속도 (We) 가 피드백 루프를 통해 모니터링되어 Wref 값에 영향을 주게 된다. 본 장치는 로컬 네트워크의 진동을 감쇠시키기 위해 조정 유닛 (12) 을 포함한다. 이 조정 유닛은 원치 않는 진동에 관한 정보를 담고 있는 데이타를 받기 위한 제 1 인터페이스 (15) 를 갖는다. 상기 정보는 예컨대 각 발전기의 회전 속도 데이타 (Wm) (명확성을 위해, 도면에는 발전기의 회전 속도 측정값을 나타내는 점선 하나만 나타나 있음) 또는 로컬 네트워크의 주파수 정보 (F) 이다. 로컬 네트워크의 주파수 측정은 단지 하나의 측정 위치만 필요로 하기 때문에 보다 바람직한 방법이다.

상기 조정 유닛 (12) 은 발전기(내연 기관과 발전기 전기 모터), 주파수 변환기 및 전기 모터에 관한 프로세스 데이타를 사용할 수 있도록 되어 있다. 원치 않는 진동은 로컬 네트워크에 결합되어 있는 교란 주파수 성분(즉, 발전기의 회전 속도 진동)이다. 상기 장치의 여러 기구의 프로세스 데이타가 알려져 있으면, 상기 조정 유닛은 이 조정 유닛의 제 2 인터페이스 (16) 를 통해 주파수 변환기 (5) 의 제어 신호 (u) 에 영향을 주는 제어 신호 (△u) 를 형성할 수 있다. 그러면 상기 주파수 변환기는 전기 모터 (7) 의 스테이터 전압에 영향을 주게 되고, 따라서 상기 교란 진동은 주파수 변환기와 전기 모터에서 감쇠될 수 있다. 다시 말해, 주파수 변환기와 전기 모터는 로컬 네트워크의 교란 진동을 소모/보상한다.

원치 않는 진동은 전력 소비에 영향을 주지 않는다. 실제로 로컬 네트워크는 3상 네트워크이고 불리한 진동은 전달되는 유효 출력을 증가 또는 감소시키지 않는다. 따라서, 불리한 진동의 제거는 유효 출력에도 영향을 주지 않는다.

상기 제어 신호 (△u) 는 Wref 신호를 통해 제 2 주파수 변환기의 제어 유닛에 영향을 주거나 또는 제어 신호 (u) 에 직접 영향을 줄 수 있다. 신호 Wref 가 작용하는 경우, 제어 신호 (△u) 는 주파수 변환기의 제어 유닛의 기준 신호 변경 유닛 (13) 에 연결된다. 신호 (u) 가 작용하는 경우에는, 제어 신호 (△u) 는 주파수 변환기의 제어 신호의 변경 유닛 (14) 에 연결된다. 실제로 제어 신호 (△u) 의 값은 다른 원치 않는 주파수의 활성화를 피하기 위해 서서히 증가하게 된다. 다시 말해, 불리한 진동 주파수를 줄이기 위해 상기 제어 신호를 사용하고자 하는 것이다.

도 3 은 로컬 네트워크의 원치 않는 진동을 감쇠시키기 위해 본 발명에 따른 방법의 흐름도 예를 나타낸다. 본 방법은 전술한 장치나 상응하는 장치에서 실행되도록 되어 있다. 상기 방법은 측정 단계, 제어 신호를 형성하는 단계 및 주파수 변환기의 제어 신호를 변경하는 단계를 포함한다. 측정 단계 31 에서 로컬 네트워크의 각 발전기의 회전 속도가 측정되거나 그 로컬 네트워크의 주파수가 측정된다. 제어 신호 형성 단계에서는 상기 측정에 응답하여 제어 신호가 형성된다. 주파수 변화기의 제어 신호를 변경하는 단계 33 에서는, 주파수 변환기의 제어 신호를 변경하여, 주파수 변환기와 이 주파수 변환기의 부하(예컨대, 전기 모터) 를 사용해서 상기 진동을 감쇠시킨다.

본 발명의 장치는 다양한 방식으로 실시될 수 있다. 상기 조정 유닛 (12) 은 주파수 제어기의 제어 유닛 (11) 과 일체화될 수 있거나 또는 도 2 에서 보는 바와 같이 개별적인 유닛으로 될 수 있다. 상기 조정 유닛 역시 제어 유닛을 포함하는 주파수 변환기와 일체화될 수 있다. 이 조정 유닛은 ASIC 회로와 같은 전자 회로일 수 있으며, 또는 상기 조정 유닛은 프로세서 유닛에서 실행되는 프로그램 어셈블리이다.

본 발명의 장치는 로컬 네트워크에서 원치 않는 진동을 상당히 감소시키며, 그 진동은 그 네트워크에 연결된 기구에 불리할 수 있다. 추가로, 상기 진동은 네트워크 또는 발전기의 회전축에서 행해지는 측정을 방해할 수 있으며, 예컨대 발전기를 회전시키는 모터를 제어하는데 상기 측정을 사용하고, 상기 제어는 실린더의 균형 잡기 또는 부하의 추정을 포함한다. 따라서, 원치 않는 진동이 단지 하나의 모터에 전달되지 않으면, 하나의 내연 기관을 제어하는데 사용되는 측정값은 측정을 교란하는 잉여 성분을 포함할 수 있다.

전술한 설명과 실시예에 비추에 볼 때 본 발명에 따른 실시 형태는 다양한 방식으로 실시될 수 있음이 분명하다. 본 발명은 여기서 언급한 실시예에 한정되는 것은 아니며 많은 다른 실시 형태로 실시될 수 있음이 분명하다.

따라서, 본 발명의 실시 형태는 본 발명의 범위에서 실시될 수 있다.

Claims (13)

1. 선박의 전기 네트워크에서 발생하는 진동을 감쇠시키는 장치에 있어서, 이 장치는 조정 유닛 (12) 을 포함하며, 이 조정 유닛은, 전기 네트워크의 발전기의 원치 않는 토크 진동에 관한 데이타를 포함하는 측정 신호를 수신하는 제 1 인터페이스 (15) 와 진동 감쇠를 위한 제어 신호를 전송하는 제 2 인터페이스 (16) 를 가지며, 상기 조정 유닛은 상기 측정 신호의 데이타에 응하여 제어 신호를 형성하도록 배열되며, 이 제어 신호는 주파수 변환기와 이 주파수 변환기의 부하를 사용해서 진동을 감쇠시키기 위해 주파수 변환기의 제어 신호에 작동 연결될 수 있고,
   상기 제어 신호는 주파수 변환기의 제어 유닛의 기준 신호 또는 제어 유닛에 의해 형성된 제어 신호를 변경하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 인터페이스는 로컬 네트워크의 각 발전기의 회전 속도나 그 로컬 네트워크의 주파수에 관한 신호를 수신하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 진동 감쇠 장치는 2개 이상의 주파수 변환기 및 당해 주파수 변환기의 부하의 조합을 포함하며, 상기 주파수 변환기는 상기 조정 유닛 (12) 에 의해 제어될 수 있고 또한 상기 전기 네트워크에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 진동 감쇠 장치는 제어 신호를 기준 신호와 결합시키기 위한 주파수 변환기 제어 유닛 기준 신호 변경 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 진동 감쇠 장치는 조정 유닛에 의해 형성된 제어 신호를 주파수 변환기의 제어 신호와 결합시키기 위한 주파수 변환기 제어 신호 변경 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 조정 유닛은 주파수 변환기의 제어 유닛과 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 조정 유닛은 제어 유닛을 포함하는 주파수 변환기와 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
8. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 조정 유닛은 전자 회로인 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
9. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 조정 유닛은 프로세서 유닛에서 실행되도록 배열된 소프트웨어 어셈블리인 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
10. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 조정 유닛은 ASIC 회로인 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
11. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주파수 변환기의 부하는 그 주파수 변환기를 통해 전력 공급을 받는 전기 모터인 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
12. 로컬 전기 네트워크에서 전기 네트워크의 발전기의 토크 진동에 의해 발생되는 원치 않는 진동을 감쇠시키는 방법에 있어서,
    상기 로컬 네트워크의 각 발전기의 회전 속도 또는 그 로컬 네트워크의 주파수를 측정하는 측정 단계,
    상기 측정 단계의 측정에 응하여 제어 신호를 형성하는 제어 신호 형성 단계, 및
    주파수 변환기와 이 주파수 변환기의 부하를 사용해서 상기 원치 않는 진동을 감쇠시키기 위해, 주파수 변환기의 제어 유닛의 기준 신호를 변경하거나 제어 신호를 사용하는 제어 유닛에 의해 형성된 제 2 제어 신호를 변경함으로써, 주파수 변환기의 제 2 제어 신호를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 방법.
    
13. 삭제

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