KR101855621B1 - 점화 장치 이중화 시스템 - Google Patents

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이원배
안상근
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Abstract

본 발명에서는 점화플러그에 안정적인 전압을 공급하고, 점검 및 불량 교체에 따른 시간을 줄일 수 있는 점화 장치 이중화 시스템이 개시된다.
일 예로, 점화 장치 이중화 시스템에 있어서, 제어실 신호로부터 인가받은 교류 전압을 절체하는 교류 전압 절체부; 상기 교류 전압 절체부의 교류 전압을 점화 장치에 입력하고 상기 점화 장치에서 생성된 직류 전압을 입력받아 절체하여 부하에 전달하는 직류 전압 절체부; 상기 교류 전압 절체부 및 직류 전압 절체부 내의 절체를 제어하는 상태 감시 및 제어부; 및 상기 교류 전압 절체부를 통해 상기 점화 장치에 전원을 공급하기 위한 정전압부를 포함하는 점화 장치 이중화 시스템이 개시된다.

Description

점화 장치 이중화 시스템{Exciter Redundancy System}
본 발명은 점화플러그에 안정적인 전압을 공급하고, 점검 및 불량 교체에 따른 시간을 줄일 수 있는 점화 장치 이중화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 발전소나 가스터빈을 가동하기 위해 사용되는 점화플러그에 대해, 점화 장치(Exciter)는 스파크 직류(SPARK DC) 전압을 공급하도록 구비된다.
그런데 원거리의 제어실에서 점화 장치 가동 시 운전자가 가동 스위치를 누르는 시간에 따라 점화 장치에서 출력되는 스파크 직류 전압의 횟수가 일정치 않아 점화플러그가 동작 되지 않거나, 점화 장치 자체 불량에 따른 점화플러그가 동작 되지 않는 문제가 발생될 수 있다.
그리고 점화플러그의 점화가 이루어지지 않을 경우, 가스터빈의 구동에 문제가 생길 수 있고, 작업자가 현장까지 가서 점화 장치 점검 후 교체를 하고 다시 가동을 해야 하기 때문에 시간이 많이 소비되는 문제점이 있다.
본 발명은 점화플러그에 안정적인 전압을 공급하고, 점검 및 불량 교체에 따른 시간을 줄일 수 있는 점화 장치 이중화 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 점화 장치 이중화 시스템은 점화 장치 이중화 시스템에 있어서, 제어실 신호로부터 인가받은 교류 전압을 절체하는 교류 전압 절체부; 상기 교류 전압 절체부의 교류 전압을 점화 장치에 입력하고 상기 점화 장치에서 생성된 직류 전압을 입력받아 절체하여 부하에 전달하는 직류 전압 절체부; 상기 교류 전압 절체부 및 직류 전압 절체부 내의 절체를 제어하는 상태 감시 및 제어부; 및 상기 교류 전압 절체부를 통해 상기 점화 장치에 전원을 공급하기 위한 정전압부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 교류 전압 절체부는 상기 제어실의 제어신호에 대해 트랜스포머를 통해 신호를 분기하여 비교기를 통해 입력되는 제어신호의 레벨 상태를 감시하고, 상기 점화 장치에 교류 전압 절체를 하는 수행할 수 있다.
그리고 상기 교류 전압 절체부는 제어실의 제어 신호에 대해 포토다이오드를 통해 파형 발생기에 공급하고 구형파로 변환하는 교류입력 전압 변환부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 직류 전압 절체부는 상기 점화 장치에서 입력되는 신호에 대해 더 큰 피크를 갖는 구형파로 변형시키고, 상기 변형된 신호의 횟수를 감시하는 마스터 직류 입력 변환부 및 직류 입력 변환부; 및 상기 점화 장치로부터의 신호를 감시 가능한 레벨로 변환하고 파형 발생기에서 파형을 유지시켜 직류 전압에 대해 크기를 측정하는 직류 출력 전압 감시부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 상태 감시 및 제어부는 제어실 제어신호에 대해 전압 크기, 제어신호의 시작과 끝을 판단하고, 상기 점화 장치로부터 인가받은 직류 전압의 횟수, 크기, 전류를 입력받아, 상기 점화 장치에 대한 절체를 위한 수행할 수 있다.
또한, 상기 점화 장치는 마스터 점화 장치와 슬레이브 점화 장치를 포함하고, 상기 상태 감시 및 제어부는 상기 마스터 점화 장치에 우선권을 두어 전원이 입력되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 부하에 대한 출력 라인은 상기 상태 감시 및 제어부의 절체 동작에 연동되어, 절체에 따라 상기 점화 장치에 택일적으로 연결될 수 있다.
본 발명에 의한 점화 장치 이중화 시스템은 마스터 점화 장치와 슬레이브 점화 장치를 구비하되, 상태 감시 및 제어부가 우선적으로 마스터 점화 장치의 출력신호의 레벨을 판단하고 정상이 아닌 경우, 슬레이브 점화 장치로 절체되도록 하여, 점화플러그에 대한 안정적인 전압 인가가 가능하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 점화 장치 이중화 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 점화 장치 이중화 시스템의 교류 전압 절체부 및 교류 입력 변환부의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 점화 장치 이중화 시스템의 직류 전압 절체부, 마스터 직류 입력 전압 변환부, 슬레이브 직류 입력 전압 변환부 및 직류 출력 전압 감시부 상세 회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 점화 장치 이중화 시스템의 상태감시 및 제어부에서 점화 장치의 고장시 동작 원리를 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 점화 장치 이중화 시스템의 상태감시 및 제어부에서 출력 전압의 전류 감지 동작 원리를 도시한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 점화 장치 이중화 시스템의 상태감시 및 제어부에서 전원 공급 장치의 병렬 접속시 오동작을 방지하는 동작 원리를 도시한 회로도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 점화 장치 이중화 시스템의 개략적인 블록도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 점화 장치 이중화 시스템의 교류 전압 절체부 및 교류 입력 변환부의 회로도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 점화 장치 이중화 시스템의 직류 전압 절체부, 마스터 직류 입력 전압 변환부, 슬레이브 직류 입력 전압 변환부 및 직류 출력 전압 감시부 상세 회로도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 점화 장치 이중화 시스템은 교류 전압 절체부(100), 직류 전압 절체부(200), 상태 감시 및 제어부(300), 정전압부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 교류 전압 절체부(100)는 제어실의 제어신호를 받아 마스터 점화 장치(EX1)에 교류 제어 신호를 입력한다. 또한, 교류 전압 절체부(100) 내의 교류 입력 전압 변환부(50)에서는 상기 교류 제어 신호를 변환하여 상태 감시 및 제어부(300)에 전달하며, 이를 통해 제어 신호가 시작됨을 알린다.
상기 직류 전압 절체부(200)는 마스터 직류 입력 전압 변환부(51), 슬레이브 직류 입력 전압 변환부(52), 직류 출력 전압 감시부(53)의 구성을 포함한다. 또한, 상기 상태 감시 및 제어부(300)는 상기 직류 전압 절체부(300)와 연결되어, 마스터 점화 장치(EX1)와 슬레이브 점화 장치(EX2)에서 출력되는 직류 전압의 정상 여부를 확인하고, 이를 상기 점화플러그(IG)에 전송한다.
보다 구체적으로, 상기 마스터 점화 장치(EX1)에서 출력되는 직류 전압은 상기 직류 전압 절체부(200)로 인가되는데, 고속의 직류 전압 신호를 감지하기 위해 상기 마스터 직류 입력 변환부(51)에서 측정되는 직류 전압의 횟수와 직류 출력 전압 감시부(53)에서 측정되는 직류 전압의 크기 신호가 상태 감시 및 제어부(300)에 전송된다.
또한, 상기 상태 감시 및 제어부(300)는 이를 통해 정상 유무를 판단하며, 정상일 경우 점화 플러그(IG)로 직류 전압을 인가하게 된다.
반면, 점화 장치(EX1)에서 출력되는 직류 전압에 이상이 있을 경우, 상태 감시 및 제어부(300)는 교류 전압 절체부(100)에 제어 신호를 보내 제어실 제어신호를 슬레이브 점화 장치(EX2)로 보내고, 상기 슬레이브 점화 장치(EX2)에서 출력되는 직류 전압은 역시 상기 직류 전압 절체부(200)으로 인가된다. 또한, 고속의 직류 전압 신호를 감지 하기 위해 슬레이브 직류 입력 변환부(52)에서 측정되는 직류 전압의 횟수와 직류 출력 전압 감시부(53)에서 측정되는 직류 전압의 크기 신호가 상태 감시 및 제어부(300)에 전송된다. 또한, 이에 따라, 점화 플러그(IG)로 직류 전압이 인가될 수 있다.
한편, 이와 같이 구성된 본 발명에서 제어실의 제어 신호가 도 2의 좌측 상단에 도시된 것과 같이 교류 전압 절체부(100)에 인가되면, 제 1 절체 릴레이(RL3) 4번과 8번에 연결이 되고, 제 2 절체 릴레이(RL4)의 4번과 8번을 통해 마스터 점화 장치(EX1)에 제어 신호를 입력하게 된다.
또한, 제어실의 제어 신호는 도 2의 좌측 하단에서처럼 교류입력 전압 변환부(50)에도 입력되어, 상기 교류입력 전압 변환부(50)에서 신호의 시작을 변환한다. 이 때, 상기 교류입력 전압 변환부(50)에 구비된 포토다이오드(U13)을 통해 비정현파의 신호를 파형 발생기(U22)에 공급하고 그 결과 구형파로 변환된 신호가 상기 상태 감시 및 제어부(300)로 전송된다.
또한, 제어실의 비정현파 전압 크기 레벨 감시를 위해, 상기 제어실의 제어 신호는 트랜스포머(T3)에서 분기되고, 비교기(U14)를 통해 입력되는 교류 전압의 레벨이 측정되며, 그 측정 신호가 상기 상태 감시 및 제어부(300)로 전송된다.
한편, 교류 전압 절체부(100)에서 상기 제 2 절체 릴레이(RL4)의 4번과 8번을 통해 보내준 제어실의 제어 신호는 상기 마스터 점화 장치(EX1) 입력 신호로 사용된다. 또한, 상기 마스터 점화 장치(EX1)의 직류 전압 출력은 도 3에 도시된 것과 같이, 상기 직류 전압 절체부(200)의 제 3 절체 릴레이(RL5)로 연결된다.
입력되는 고압의 신호 레벨을 감시 가능한 레벨로 변환하기 위해 마스터 직류 입력 변환부(51)에서는 1ms의 피크(Peak) 신호를 4ms 피크 구형파로 변형시켜 고압 신호의 횟수를 감시하고, 상기 직류 전압 절체부(200) 내의 제 3 절체 릴레이(RL5)의 3번과 6번과 전류 모니터(U27)을 거쳐 출력되며, 이 때 통과 신호의 전류를 상태 감시 및 제어부(300)에 보고 하게 된다.
또한, 동시에 상기 직류 출력 전압 감시부(53)으로 신호가 전달되게 되는데 전압 변환기(U19)에서 고압의 신호 레벨을 감시 가능한 레벨로 변환하고 파형 발생기(U20)에서 고압의 레벨 감지를 위해 파형을 유지시켜 상기 상태 감시 및 제어부(300)에 전송하며, 이에 따라 상기 상태 감시 및 제어부(300)가 신호의 레벨을 판단하게 된다. 그리고 상술한 것처럼, 고압 직류 전압의 상태가 정상일 경우 점화플러그(IG)에 입력되어 가동을 시작한다.
반면, 신호의 상태가 정상이 아닐 경우 상태 감시 및 제어부(300)는 절체 신호를 도 2의 교류 전압 절체부(100)내의 신호 변환기(U9)와 포토커플러(U11,U12)를 통해 상기 제 1 및 제2 절체 릴레이(RL3, RL4)에 신호를 인가하여, 상기 슬레이브 점화 장치(EX2)로 제어 신호를 입력하게 된다.
교류 전압 절체부(100)에서 제 1 절체 릴레이(RL3)의 5번과 7번을 통해 보내준 제어실의 제어 신호는 상기 슬레이브 점화 장치(EX2)의 입력 신호로 사용되고, 슬레이브 점화 장치(EX2)의 직류 전압 출력이 도 3의 직류 전압 절체부(200) 내 제 3 절체 릴레이(RL5)로 역시 연결된다.
마스터 직류 입력 전환부(51)와 유사한 동작으로서, 입력되는 고압의 신호 레벨을 감시 가능한 레벨로 변환하기 위해 슬레이브 직류 입력 변환부(52)에서는 1ms의 피크(Peak) 신호를 4ms 피크 구형파로 변형시켜 고압 신호의 횟수를 감시하고, 제 3 절체 릴레이(RL5)의 3번과 6번과 전류 모니터(U27)를 거쳐 출력하며, 역시 통과 신호의 전류를 상태 감시 및 제어부(300)에 보고한다.
또한, 역시 동시에 직류 출력 전압 감시부(53)으로 신호가 전달되게 되는데 전압 변환기(U19)에서 고압의 신호 레벨을 감시 가능한 레벨로 변환하게 되고 파형 발생기(U20)에서 고압의 레벨 감지를 위해 파형을 유지시켜 상태 감시 및 제어부(300)에 보내어 신호의 레벨을 판단하게 된다. 그리고 고압 직류 전압의 상태가 정상일 경우 점화플러그(IG)에 입력되어 가동을 시작한다.
상기와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 점화 장치 이중화 시스템은 마스터 점화 장치(EX1)와 슬레이브 점화 장치(EX2)를 구비하되, 상태 감시 및 제어부(300)가 우선적으로 마스터 점화 장치(EX1)의 출력신호의 레벨을 판단하고 정상이 아닌 경우, 슬레이브 점화 장치(EX2)로 절체되도록 하여, 점화플러그(IG)에 대한 안정적인 전압 인가가 가능하도록 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 점화 장치 이중화 시스템의 세부적인 부가 기능을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 점화 장치 이중화 시스템의 상태감시 및 제어부에서 점화 장치의 고장시 동작 원리를 도시한 회로도이다.
상기 상태 감시 및 제어부(300)의 내부에는 마스터 점화 장치(EX1)와, 슬레이브 점화 장치(EX2)의 출력 전류를 감시하는 회로가 도 4와와 같이 각각 구비된다. 또한, 상기 마스터 점화 장치(EX1)로부터의 전원 공급시 출력 전류가 검출되지 않을 경우, 상기 상태 감시 및 제어부(300)는 입력 전압을 마스터 점화 장치(EX1)에서 슬레이브 점화 장치(EX2) 또는 슬레이브 점화 장치(EX2)에서 마스터 점화 장치(EX1)로 전환 공급하여 각 점화 장치(EX1, EX2)의 동작 상태를 확인한다.
이때의 제어는 도 2의 제 1 및 제 2 절체 릴레이(RL3, RL4)의 3번과 4번 커넥터로 절체 신호를 인가하여 절체를 하게 된다. 또한, 점화 장치(EX1, EX2)의 고장 또는 점화플러그가 없는 무부하 상태일 경우, 점화 장치(EX1, EX2)의 출력 전류가 발생 되지 않으므로 3회 반복 투입 후 시스템은 최초 설정인 마스터 출력 상태를 유지하여 정지될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 점화 장치 이중화 시스템의 상태감시 및 제어부에서 출력 전압의 전류 감지 동작 원리를 도시한 회로도이다.
최종 출력 라인에 도 5에 도시된 전류 검출 회로를 구성하여 두 개의 점화 장치(EX1, EX2) 중 하나만 동작 하여도 상태를 감시 할 수 있게 된다. 또한, 전류 센서(PP1S)에 입력되는 신호를 변환하여 OP-앰프로 구성된 2개의 전압폴로워(2902)를 거쳐 상기 상태 감시 및 제어부(300)에 현재 전류 값 레벨을 공급하게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 점화 장치 이중화 시스템의 상태감시 및 제어부에서 전원 공급 장치의 병렬 접속시 오동작을 방지하는 동작 원리를 도시한 회로도이다.
도 6에 도시된 것과 같이, 상기 점화 장치(EX1, EX2)로 교류 입력을 절체하여 제어할 때, 출력측 라인에서도 릴레이를 통해 함께 동작할 수 있다. 따라서, 본 구성을 통해 점화 장치(EX1, EX2)가 병렬 접속시 발생 할 수 있는 오동작을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 점화 장치 이중화 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 교류 전압 절체부 50; 교류 입력 전압 변환부
200; 직류 전압 절체부 51; 마스터 직류 입력 전압 변환부
52; 슬레이브 직류 입력 전압 변환부 53; 직류 출력 전압 감시부
300; 상태 감시 및 제어부 400; 정전압부
EX1; 마스터 점화 장치 EX2; 슬레이브 점화 장치
IG; 점화플러그

Claims (7)

  1. 점화 장치 이중화 시스템에 있어서,
    제어실 신호로부터 인가받은 교류 전압을 절체하는 교류 전압 절체부;
    상기 교류 전압 절체부의 교류 전압을 점화 장치에 입력하고 상기 점화 장치에서 생성된 직류 전압을 입력받아 절체하여 부하에 전달하는 직류 전압 절체부;
    상기 교류 전압 절체부 및 직류 전압 절체부 내의 절체를 제어하는 상태 감시 및 제어부; 및
    상기 교류 전압 절체부를 통해 상기 점화 장치에 전원을 공급하기 위한 정전압부를 포함하되,
    상기 점화 장치는 마스터 점화 장치와 슬레이브 점화 장치를 포함하고, 상기 상태 감시 및 제어부는 상기 마스터 점화 장치에 우선권을 두어 전원이 입력되도록 제어하는 점화 장치 이중화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 교류 전압 절체부는 상기 제어실의 제어신호에 대해 트랜스포머를 통해 신호를 분기하여 비교기를 통해 입력되는 제어신호의 레벨 상태를 감시하고, 상기 점화 장치에 교류 전압 절체를 하는 수행하는 점화 장치 이중화 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 교류 전압 절체부는 제어실의 제어 신호에 대해 포토다이오드를 통해 파형 발생기에 공급하고 구형파로 변환하는 교류입력 전압 변환부를 더 포함하는 점화 장치 이중화 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 직류 전압 절체부는
    상기 점화 장치에서 입력되는 신호에 대해 더 큰 피크를 갖는 구형파로 변형시키고, 상기 변형된 신호의 횟수를 감시하는 마스터 직류 입력 변환부 및 직류 입력 변환부; 및
    상기 점화 장치로부터의 신호를 감시 가능한 레벨로 변환하고 파형 발생기에서 파형을 유지시켜 직류 전압에 대해 크기를 측정하는 직류 출력 전압 감시부를 포함하는 점화 장치 이중화 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상태 감시 및 제어부는 제어실 제어신호에 대해 전압 크기, 제어신호의 시작과 끝을 판단하고, 상기 점화 장치로부터 인가받은 직류 전압의 횟수, 크기, 전류를 입력받아, 상기 점화 장치에 대한 절체를 위한 수행하는 점화 장치 이중화 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 부하에 대한 출력 라인은 상기 상태 감시 및 제어부의 절체 동작에 연동되어, 절체에 따라 상기 점화 장치에 택일적으로 연결되는 점화 장치 이중화 시스템.
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