KR101977137B1 - 발전기용 브레이크장치 - Google Patents

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KR101977137B1
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미치요 키타노
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주식회사 4디피앤씨
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Abstract

본 발명은 지극히 간단한 구성으로 확실하게 브레이크 조작이 가능하고, 통상의 대기전력이 불필요하며, 설치나 유지보수를 용이하게 실행하는 것이 가능한 발전기용 브레이크장치를 제공한다.
상기 풍력발전기(10)에서의 출력선(11)을 단락가능하게 서모스탯(41)을 출력선(11)에 설치하여 서모스탯(41)이 온도를 감지하는 열원을 풍력발전기(10)의 본체표면으로 하고, 정류기(20)에서의 출력선(24)을 단락가능하게 서모스탯(52)을 출력선(24)에 설치하며, 서모스탯(52)이 온도를 검지할 수 있는 열원을 출력선(24)에 설치한 저항체(53)로 구성하고, 출력선(24)에 저항체(61)와 저항체(61)을 우회하는 케이블(62)을 설치하며, 케이블(62)에 의한 저항체(61)을 우회하는 회로를 형성할 수 있도록 서모스탯(63)을 케이블(62)에 설치하고, 서모스탯(63)이 온도를 검지하는 열원을 저항체(61)로 한 것을 특징으로 한다.

Description

발전기용 브레이크장치{braking apparatus for a generator}
본 발명은, 교류발전기와 정류기를 구비한 발전시스템에 사용되는 발전기용 브레이크장치에 관한 것이다
우리 주위에 있는 발전시스템에 있어서, 교류발전기가 넓게 이용되고 있다. 교류발전기의 구동원으로서, 수력, 화력 및 원자력을 들 수 있다. 최근, 별도의 구동원으로서, 풍력을 이용하는 연구가 진행되고 있다. 예를 들면, 수력이나 풍력을 이용하는 발전시스템에서는, 수차나 풍차에 의해 교류발전기가 회전되어 발전을 수행하고 있다.
또한, 교류발전기 이외에도 직류발전기가 사용되고 있다. 일반적인 직류발전기는 교류발전기에 상당하는 구성과 정류기를 내부에 구비하고 있다. 따라서, 일반적인 직류발전기는 직류발전기와 정류기를 구비하는 발전기라 할 수 있다.
교류발전기에 있어서, 교류발전기의 손상을 방지하기 위해서, 그 회전을 억제하지 않으면 안되는 경우가 있다. 이러한 경우를 대비하여 브레이크 장치가 교류발전기에 조합되어 설치되고 있다. 교류발전기의 브레이크 장치에는 기계적으로 브레이크를 거는 타입과 전기적으로 브레이크를 거는 타입이 있다. 기계적인 브레이크 장치는 높은 기계적 강도가 필요하기 때문에 고가의 원인이 되고 있다. 기계적인 브레이크장치를 채용하는 경우, 필요한 구성을 교류발전기에 조합 설치할 필요가 있다. 이를 위해서는 교류발전기의 설계변경 등이 필요하다.
또한, 기계적 브레이크 장치를 채용하는 경우 유지보수에 따른 점검항목이 증가해서 유지보수작업이 복잡해지는 문제점이 있다. 따라서, 기계적 브레이크 장치의 채용이 용이하지 못한 문제점이 있다.
전기적 브레이크 장치는 그의 작동을 위하여 계측장치와 제어장치가 필요하다. 계측장치는 교류발전기에서의 가동상태에 관한 파라메타를 검출하여 제어장치에 신호를 보낸다. 그리고, 제어장치는 계측장치에서 보낸 신호에 따라 교류발전기에 브레이크를 가한다. 예를 들어, 풍력을 이용하는 발전시스템에 있어서는 계측장치가 검출하는 파라메타로서 교류발전기의 회전속도, 교류발전기의 출력전압, 풍속, 풍차의 회전속도를 올릴 수 있다.
전기적 브레이크 장치에 있어서, 계측장치와 제어장치가 작동하기 위해서는 외부와 교류발전기로부터 전력공급이 필요하다. 하지만, 계측장치나 제어장치로의 전력공급이 어떤 이유에 의해 차단되면, 전기적 브레이크장치는 작동하지 못하게 된다. 브레이크 장치가 작동하지 못하는 문제점에 대응하기 위해 일본국 특허공개번호 제2003-90281호의 전기적 브레이크장치가 제안되어 있다. 상기 전기적 브레이크장치는 풍력을 이용하는 발전시스템에 이용되고 있다.
상기 전기적 브레이크장치는 브레이크 회로와 제어장치를 구비하고 있다. 브레이크회로는 반도체 스위치와 직렬저항을 가지고 있다. 제어장치는 반도체 스위치의 작동을 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 아울러, 전기적 브레이크장치에는 스위치 제어용 전원이 설치되어 있다. 스위치 제어용 전원은 브레이크 회로의 전류를 검출하여 반도체 스위치의 제어신호를 출력한다. 이 전기적 브레이크장치에 있어서 배터리 등 외부전원이 사용되지 못하는 경우에도 반도체 스위치의 작동이 가능하다.
하지만, 상기의 특허문헌의 전기적 브레이크장치에서도, 통상의 작동시에는 대기전력을 소비한다. 또, 이 전기적 브레이크장치는 필요로 하는 부품수가 많아 제조와 도입에 따른 비용이 많이 소요된다. 또, 필요로 하는 부품수가 많다는 것은 유지보수시의 점검항목이 증가하는 원인이 된다.
따라서, 본 발명은 상기의 제반문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 극히 간단한 구조이지만 확실하게 브레이크 조작이 가능하고, 통상의 대기전력이 불필요하고 설치작업과 유지보수작업의 간편화가 가능한 발전기용 브레이크장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 그 과제를 해결하기 위하여 다음과 같은 구성으로 한다.
본 발명에 따른 발전기용 브레이크장치의 제1 특징은 교류발전기와, 상기 교류발전기의 출력선에 연결된 정류기를 구비한 발전시스템에 채용되는 발전기용 브레이크장치에 있어서, 상기 교류발전기의 출력선에 감열스위치가 연결되어 교류발전기의 출력선 간을 접속하는 회로의 차단과 접속을 가능하게 하며, 감열스위치가 온도를 검지하여 작동하기 위한 열원이 교류발전기, 정류기와 교류발전기의 출력선에 설치되어 있는 발열소자, 정류기의 출력선에 접속되는 발전소자 및 정류기의 출력선에 접속된 부하 또는 축전지중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
제1 특징에 있어서 교류발전기의 출력선간을 접속하는 회로는 감열스위치가 차단 및 접속을 수행하도록 하는 회로이며, 이하의 설명에서는 제1 회로라 칭한다.
본 발명에 따른 발전기용 브레이크장치가 갖는 제2의 특징은 교류발전기와, 상기 교류발전기에 접속된 정류기를 구비한 발전기시스템에 채용되는 발전기용 브레이크장치에 있어서, 상기 정류기의 출력선에 감열스위치가 연결되어 상기 정류기의 출력선간을 접속하는 회로의 차단과 접속을 가능하게 하며, 상기 감열스위치가 온도를 검지하여 작동하기 위한 열원이, 교류발전기, 정류기, 교류발전기의 출력선에 설치된 발열소자, 정류기의 출력선에 설치된 발열소자 및 정류기의 출력선에 접속된 부하 및 축전지중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 제2의 특징에서 정류기의 출력선 간을 접속하는 회로는 감열스위치가 차단 및 접속을 수행하도록 하는 회로이며, 이하의 설명에서는 제2 회로라 칭한다.
본 발명에 따른 발전기용 브레이크장치가 구비한 제3 특징은 제2의 특징을 갖는 것에 더하여 상기 회로에 발열소자가 설치되어 있는 것이다.
즉, 제3 특징을 갖는 발전기용 브레이크장치에 있어서는 제2회로에 발열소자가 설치되어 있다.
본 발명에 따른 발전기용 브레이크장치가 갖는 제4 특징은 제2의 특징 또는 제3 특징을 갖는 것에 더하여 축전지가 정류기의 출력선에 접속되어 있는 경우에 정류기의 출력선에 정류소자가 설치되어 있으며, 전류가 정류소자측으로 흐르는 방향은 정류기의 고위측단자로부터 축전지의 고위측단자로 향하는 방향과 축전지의 저위측단자로부터 정류기의 저위측단자로 흐르는 방향중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 발전기용 브레이크장치가 갖는 제5 특징은 교류발전기와 교류발전기에 접속된 정류기를 구비한 발전시스템에 채용되는 발전기용 브레이크장치에 있어서, 정류기의 출력선에 발열소자가 설치되어 있으며, 발열소자가 설치되어 있는 정류기의 출력선에 감열스위치가 발열소자를 우회하는 회로의 차단 및 접속을 가능하게 하도록 설치되어 있고, 감열스위치가 온도를 감지하여 작동하기 위한 열원은 교류발전기, 정류기, 교류발전기의 출력선에 설치된 발열소자, 정류기의 출력선에 접속되는 부하 또는 축전지중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 제5 특징에서 발열소자를 우회하는 회로는 감열스위치가 차단 및 접속을 수행하도록 하는 회로이며, 이하의 설명에서 제3 회로라 칭한다.
본 발명에 따른 발전기용 브레이크장치가 갖는 제6 특징은 교류발전기와, 교류발전기에 접속되는 정류기를 구비하며, 축전지가 정류기의 출력선에 접속되는 발전시스템에 채용되는 발전기용 브레이크장치에 있어서, 정류기의 출력선 사이에 전압검지소자와 스위치소자를 갖는 전압스위치의 스위치소자가 연결되어 정류기의 출력선 사이를 접속하는 회로의 차단과 접속을 가능하게 하며, 정류기의 출력선 사이에 감열스위치가 연결되어 축전지의 고위측단자와 저위측단자 사이를 접속하는 회로의 차단 및 접속을 가능하게 하며, 상기 감열스위치에 의해 차단과 접속이 될 수 있도록 회로에 전압검지소자가 연결되어 축전지의 전압을 검지하며, 또 검지한 전압에 기초하여 스위치소자에 작동신호를 송신가능하게 하며 스위치소자에 의해 차단과 접속할 수 있도록 회로보다도 축전지측에 감열스위치에 의해 차단과 접속될 수 있도록 회로가 위치되며,정류기의 출력선에 정류소자가 설치되어 있으며, 정류소자에 전류가 흐르는 방향은 정류기의 고위측단자로부터 축전지의 고위측단자로 향하는 방향과 상기 축전지의 저위측단자로부터 정류기의 저위측단자로 향하는 방향 중 어느 한 방향으로 되어 있다. 스위치단자에 의해 차단 및 접속될 수 있는 회로보다 축전지 측에 정류소자가 위치하고, 감열스위치에 의해 차단 및 접속이 될 수 있는 회로보다 정류기측에 정류소자가 위치되며, 감열스위치가 온도를 검지하여 작동하기 위한 열원이 교류발전기, 정류기, 교류발전기의 출력선에 설치된 발열소자, 정류기의 출력선에 설치된 발열소자, 축전지 및 정류소자 중 어느 하나 인 것을 특징으로 한다.
또한, 제6 특징에 있어서 정류기의 출력선 사이를 접속하는 회로는 전압스위치의 스위치소자가 차단과 접속을 수행하는 회로로서 이하의 설명에서는 제4 회로라 칭한다.
제6 특징에 있어서 축전지의 고위측단자와 저위측단자 사이를 접속하는 회로는 감열스위치가 차단과 접속을 수행하는 회로로서 이하의 설명에서는 제5회로라 칭한다.
본 발명에 따른 발전기용 브레이크장치가 갖는 제7 특징은 제6의 특징에 더하여 스위치소자에 의해 차단 및 접속할 수 있는 회로에 발열소자가 설치되어 있으며, 감열스위치가 온도를 검지하여 작동하기 위한 열원이 교류발전기, 정류기, 교류발전기의 출력선에 설치된 발열소자, 정류기의 출력선에 설치된 발열소자, 축전지, 정류소자 중 어느 하나이며, 스위치소자에 의해 차단 및 접속할 수 있는 회로에 설치된 발열소자이다.
본 발명에 따른 발전기용 브레이크장치에 있어서 감열스위치는 온도를 검지하여 제1 회로, 제2 회로, 제3 회로 또는 제5 회로의 차단 및 접속을 수행한다. 그리고, 이 감열스위치의 작동에는 전력이 필요 없다. 전력을 필요로 하는 감열스위치는 예를 들어 바이메탈 방식의 서모스타트, 액체 팽창식 서모스타트, 감온자성체를 갖는 서멀리드스위치 등을 들 수 있다. 즉, 발전기용 브레이크장치에 있어서 감열스위치의 작동을 위하여 외부나 교류발전기로부터 전력을 공급할 필요가 없다.
본 발명에 따른 발전기용 브레이크장치에 있어서 발열소자는 전류가 흐르는 것에 의해 발열하는 소자이면 좋다. 전류가 필요한 발열소자는 예를 들어 저항체, 다이오드 등을 들 수 있다.
제6 특징을 갖는 발전기용 브레이크장치에 있어서 전압스위치는 전압검지소자가 검지한 전압에 기초하여 스위치소자가 제4 회로의 차단과 접속을 수행하는 것이면 좋다. 전압스위치의 작동에 전력을 필요로 하는 것이라도 문제는 없다.
제1 특징을 갖는 발전기용 브레이크장치에 있어서 감열스위치가 작동하여 제1 회로가 연결된다. 그리고, 제1 회로가 교류발전기의 출력선 사이를 접속한다. 제1 회로에 따라 큰 전류가 교류발전기에 흐른다. 이 결과, 교류발전기의 회전을 방해하는 제동토크가 발생하여 전기적인 브레이크가 교류발전기에 걸린다.
제2 특징을 갖는 발전기용 브레이크장치에 있어서 감열스위치가 작동하여 제2 회로가 연결된다. 그리고 제2 회로가 정류기의 출력선 사이를 접속한다. 제2 회로에 의해 큰 전류가 교류발전기에 흐른다. 이 결과 교류발전기의 회로를 방해하는 제동 토크가 발생하여 전기적 브레이크가 교류 발전기에 걸린다.
제2 회로가 발열소자를 구비하는 경우와 발전소자를 구비하지 않는 경우를 비교한다. 교류발전기에 흐르는 전류의 크기는 전자의 경우가 후자의 경우보다 작다. 따라서, 전자의 제2 회로에 의해 걸리는 전기적 브레이크의 효과보다 약하다. 제3 특징을 갖는 발전기용 브레이크장치는 예를 들어 풍력발전에 의한 스톨(stall)운전에 적합하다.
제4 특징을 갖는 발전기용 브레이크장치에 있어서, 감열스위치가 작동하여 제2 회로가 연결된다. 그리고, 제2 회로가 전류기의 출력선 사이를 연결한다. 이때, 정류기와 축전지 사이의 접속이 유지되어 있어도 제2 회로를 거쳐 축전지의 고위측단자와 저위측단자가 단락하지 않는다.
또, 전류가 제2 회로를 거쳐 축전지의 고위측단자로부터 저위측단자로 흐르지도 않는다. 왜냐하면, 전류가 축전지의 고위측단자에서 저위측단자로 흐르는 것을 정류단자가 방지하기 때문이다.
제5 특징을 갖는 발전기용 브레이크장치에 있어서, 감열스위치가 작동하여 제3 회로가 연결된다. 제3 회로에 의해 큰 전류가 교류 발전기에 흐른다. 이 결과, 교류발전기의 회전을 방해하는 제동토크가 발생하여 전기적 브레이크가 교류발전기에 걸린다.
제6 특징 및 제7 특징을 갖는 발전기용 브레이크장치에 있어서, 감열스위치가 작동하여 제5 회로가 연결된다. 그리고, 제5 회로가 축전지의 고위측단자와 저위측단자 사이를 연결한다. 제5 회로에 설치된 전압스위치의 전압검지소자가 축전지의 전압을 검지한다.
그리고, 축전지의 전압에 대응하여 전압검지소자가 전압스위치의 스위치소자에 작동신호를 송신한다. 스위치소자가 작동하면 제4 회로가 연결된다.
제4 회로에 의해 큰 전류가 교류발전기에 흐른다. 이 결과 교류발전기의 회전을 방해하는 제동토크가 발생하여 전기적 브레이크가 교류발전기에 걸린다. 이때, 제4 회로를 거쳐 축전지의 고위측단자와 저위측단자가 단락하지 않는다. 또, 전류가 제4 회로를 거쳐 축전지의 고위측단자로부터 저위측단자로 흐르지도 않는다. 왜냐하면, 전류가 축전지의 고위측단자로부터 저위측단자로 흐르는 것을 정류소자가 방지하기 때문이다. 그래서, 축전지의 과충전이 방지된다.
제4 회로가 발열소자를 구비한 경우와 발열소자를 구비하지 않는 경우를 비교한다.
교류발전기에 흐르는 전류의 크기는 전자의 경우가 후자의 경우보다 작다. 따라서, 제4 회로에 의해 걸리는 전기적 브레이크의 효과는 후자의 제4 회로에 의해 걸리는 전기적 브레이크의 효과보다 약하다. 제7 특징을 갖는 발전기용 브레이크장치는 예를 들어 풍력발전기에 있어서 스톨(stall)운전에 적합하다.
제6 특징 및 제7 특징을 갖는 발전기용 브레이크장치에 있어서, 감열스위치가 제5 회로를 연결할 경우에만 전압스위치가 작동한다. 그리고, 교류발전기에 전기적 브레이크를 거는 필요성이 높은 경우에만 감열스위치가 제5 회로를 연결한다. 즉, 발전기가 통상의 발전을 진행하고 있을 때에는 제5 회로가 차단되어 있어 전압스위치에 전력을 공급할 필요가 없다.
예를 들어 풍력을 이용하는 발전시스템에서는 풍속, 풍차의 회전속도, 교류발전기의 회전속도, 교류발전기의 출력이 순간적으로 크게 변화한다. 풍속, 풍차의 회전속도, 교류발전기의 회전속도, 교류발전기의 출력에 기초하여 전기적인 브레이크의 작동과 해제가 변환될 경우를 고려한다. 이러한 경우, 전기적 브레이크에 있어서 작동과 해제의 변환이 빈번하게 일어나기 쉽다.
본 발명에 따른 발전기용 브레이크장치에 있어서, 감열스위치가 검지하는 열원의 온도가 순간적으로 변화하는 폭은 비교적 완만하다. 이 열원의 온도는 교류발전기의 출력이 과대한 상태가 당분간 계속적으로 되었을 때 상승한다. 교류발전기의 출력이 과대하게 되는 상태가 단시간일 경우 열원의 온도는 크게 변화하지 않는다. 또 열원의 온도가 감열스위치의 작동온도를 초과한 후, 감열스위치의 작동이 당분간 계속되지 않으면 열원의 온도는 저하되지 않는다. 즉, 전기적 브레이크의 작동과 해제의 변환이 빈번해지는 것을 방지한다.
본 발명자의 견해에 따르면, 풍력을 이용하는 발전시스템에 있어서, 이하에서와 같은 감열스위치의 작동온도와 복귀온도를 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 감열스위치의 작동온도를 복귀온도보다도 15 ~ 25℃ 높게 설정하는 것이 바람직하다. 이러한 설정에 의해 전기적인 브레이크의 작동과 해제의 변환이 빈번하게 일어나는 것을 효율좋게 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 발전기용 브레이크장치는 종래의 전기부품을 사용하여 간단하게 구성할 수 있고, 필요한 부품수도 적어진다. 이로 인하여 저렴한 비용으로 제조가 가능하다. 또한, 발전시스템에 조립이 상당히 용이하다. 또 유지보수 작업도 용이하다.
본 발명에 따른 발전기용 브레이크장치는 구동원에 종류에 관계없이 교류발전기에 확대하여 적용할 수 있다. 본 발명에 따른 발전기용 브레이크장치는 풍력을 구동원으로 하는 교류발전기에 특히 적용이 가능하다. 또, 수차나 스크류의 회전을 구동원으로 하는 교류발전기에서도 양호하게 적용할 수 있다.
더욱, 본 발명에 따른 발전기용 브레이크장치는 제1 특징, 제2 특징, 제5 특징 및 제6 특징들 중에서 복수의 특징을 가지고 있어도 된다. 또 본 발명에 따른 발전기용 브레이크장치는 제1 특징, 제3 특징, 제5 특징 및 제6 특징들 중에서 복수개의 특징을 가지고 있어도 된다. 또 본 발명에 따른 발전기용 브레이크장치는 제1 특징, 제4 특징, 제5 특징 및 제6 특징들 중 복수 개의 특징을 가지고 있어도 된다.
상기와 같은 발전기용 브레이크장치로 이루어져 있기 때문에 구조가 간단하면서 확실하게 브레이크 조작이 가능하다. 또한, 통상의 대기전력이 불필요하고, 설치작업 및 유지보수 작업이 용이하다.
도1은 본 발명에 따른 발전기용 브레이크장치를 구비한 발전시스템의 회로도이다.
도2는 변형예에 따른 발전기용 브레이크장치를 구비한 발전시스템의 회로도이다.
도3은 실증시험 결과를 나타낸 제1 그래프이다.
도4는 실증시험 결과를 나타낸 제2 그래프이다.
도5는 실증시험 결과를 나타낸 제3 그래프이다.
도6은 도3의 그래프의 일부분을 확대한 그래프이다.
도7은 도4의 그래프의 일부분을 확대한 그래프이다.
도8은 도5의 그래프의 일부분을 확대한 그래프이다.
도9는 도6의 그래프의 일부분을 확대한 그래프이다.
도10은 도7의 그래프의 일부분을 확대한 그래프이다.
도11은 도8의 그래프의 일부분을 확대한 그래프이다.
풍력발전의 경우를 예로 하여 본 발명의 실시 형태를 도1을 참조하여 설명한다.
발전시스템(1)은 풍차(도시하지 않음), 풍력발전기(10) 및 정류기(20)를 구비한다.
상기 풍력발전기(10)는 삼상교류발전기이며, 상기 풍차에 의해 회전가능하게 구성되어 있다. 풍력발전기(10)는 삼상교류전압의 출력선(11)으로서 3개의 케이블(12, 13, 14)을 가진다. 상기 케이블(12, 134, 14)은 정류기(20)의 입력단자에 접속되어 있다.
출력선(11)에는 서모스탯(thermostat)(41)이 감열스위치로서 설치되어 있다. 상기 서모스탯(41)은 풍력발전기(10)의 본체표면 온도를 검지가능하게 구성되어 있다. 상기 서모스탯(41)이 온(ON)되는 작동온도는 T1이고, 서모스탯(41)이 오프(OFF)되는 복귀온도는 T2 이다. 하기의 식(1)에 관계가 성립되어 있다.
T1 -T2 = 20℃ ---------- (1)
상기 서모스탯(41)은 이하의 작동을 실행하는 구성을 갖춘다. 풍력발전기(10)의 본체표면 온도가 T1 이상으로 상승하면 서모스탯(41)은 온(ON)되고, 케이블(12, 13, 14)끼리 접속하는 회로를 연결한다. 서모스탯(41)에 따라 연결되는 이 회로가 제1 회로이다. 그리고, 풍력발전기(10)의 본체표면 온도가 T2이하로 하강하면 서모스탯(41)은 오프(OFF)로 되고 제1의 회로를 차단한다.
상기 서모스탯(41)이 제1 브레이크(40)를 형성하고 있다.
정류기(20)는 삼상교류정류기이고, 이른바 브릿지 다이오드이다. 정류기(20)는 직렬로 접속된 2개의 다이오드를 1조로 하여 3조의 다이오드조가 서로 병렬로 접속되어 있다. 정류기(20)는 정류한 직류전압의 출력선(24)으로서 2개의 케이블(25, 26)을 갖춘다. 케이블(25, 26)은 축전지(30)에 접속되어 있다.
케이블(25)은 정류기(20)의 고위측 출력단자(22)와 축전지(30)의 고위측 단자(31)를 접속하고 있다. 상기 케이블(26)은 정류기(20)의 저위측 출력단자(23)와 축전지(30)의 저위측 단자(32)를 접속하고 있다.
케이블(51)은 케이블(25)과 케이블(26) 사이를 접속가능하게 설치되어 있다. 케이블(25)과 케이블(51)의 접속점에는 서모스텟(52)이 감열스위치로서 설치되어 있다. 서모스탯(52)은 후술하는 저항체(53)의 온도를 검지가능하도록 구성되어 있다. 서모스탯(52)이 온(ON)되는 작동온도는 T3 이고, 서모스탯(52)이 오프(OFF)되는 복귀온도는 T4이다. 하기의 식(2)에 관계가 성립되어 있다.
T3 - T4 = 20℃ --------------- (2)
케이블(25)에 있어서, 서모스탯(52)보다 축전지(30)측의 위치에 저항체(53)가 발열소자로서 설치되어 있다. 상기 저항체(53)는 전열선으로 이루어지며, 열전도률이 큰 수지에 밀봉되어 있다. 상기 저항체(53)를 형성하는 전열선으로는 예를 들어 니크롬선이나 스테인레스선을 들 수 있다.
저항체(53)를 밀봉하는 수지로는 예를들어 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지를 들 수 있다. 서모스탯(52)이 저항체(53)의 온도를 검지가능하도록 저항체(53)을 밀봉한 수지에 접속되어 있다.
상기 서모스탯(52)은 이하의 동작을 수행하는 구성을 가진다. 저항체(53)의 온도가 T3 이상으로 상승하면 서모스탯(52)은 온(ON)되어 케이블(51)에 의해 케이블(25)과 케이블(26)을 접속하는 회로를 연결한다. 상기 서모스탯(52)에 의해 연결되는 이 회로가 제2 회로이다. 서모스탯(52)은 제2 회로를 연결함과 동시에 케이블(25)을 매개로 정류기(20)와 축전지(30) 사이의 접속을 차단한다. 그리고, 저항체(53)의 온도가 T4 이하로 하강하면 서모스탯(52)은 오프(OFF)되고 제2 회로를 차단한다. 서모스탯(52)을 매개로 정류기(20)와 축전지(30) 사이를 접속한다.
상기 서모스탯(52), 케이블(51) 및 저항체(53)는 제2 브레이크(50)를 형성한다. 상기 케이블(25)에 있어서, 저항체(53)보다 축전지(30)측의 위치에 저항체(61)가 발열소자로서 설치되어 있다. 또한, 케이블(25)에 있어서, 저항체(53)보다 축전지(30) 측의 위치에 케이블(62)이 저항체(61)를 우회하는 회로를 형성할 수 있도록 접속되어 있다. 케이블(62)에 서모스탯(63)이 감열스위치로서 설치되어 있다.
케이블(25)에 있어서, 저항체(61)와 서모스탯(63)이 병렬로 설치되어 있다. 서모스탯(63)이 온(ON)되는 작동 온도는 T5이고, 상기 서모스탯(63)이 오프(OFF)되는 복귀온도는 T6이다. 하기에 식(3)의 관계가 성립되어 있다.
T5 - T6 = 20℃ --------------- (3)
상기 저항체(61)는 전열선으로 이루어지며, 열전도률이 큰 수지에 밀봉되어 있다. 저항체(61)를 형성하는 전열선으로는 예를 들어 니크롬선이나 스테인레스선을 들 수 있다.
저항체(61)를 밀봉하는 수지로는, 예를 들어 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지를 들 수 있다. 서모스탯(63)이 저항체(61)의 온도를 검지가능하도록 저항체(61)를 밀봉한 수지에 접속되어 있다.
서모스탯(63)은 이하의 작동을 수행하는 구성을 가진다.
저항체(61)의 온도가 T5 이상으로 상승하면, 서모스탯(63)은 온(ON)되고, 케이블(62)에 의해 저항체(61)를 우회하는 회로를 연결한다. 상기 서모스탯(63)에 이해 연결되는 이 우회회로가 제3 회로이다. 그리고, 저항체(61)의 발열온도가 T6 이하로 하강하면 서모스탯(63)은 오프(OFF)되고 제3 회로를 차단한다. 서모스탯(63), 케이블(62) 및 저항체(61)가 제3 브레이크(60)를 형성한다. 제3 브레이크(60)는 제2 브레이크(50)보다 축전지(30)측에 위치하고 있다.
케이블(71)이 케이블(25)과 케이블(26) 사이에 설치되어 있다. 케이블(25)에 있어서, 케이블(25)과 케이블(71)의 접속점(72)은 저항체(61) 및 서모스탯(63)보다 축전지(30) 측에 위치하고 있다. 케이블(71)에는 저항체(73)가 발열소자로서 설치되어 있다. 또한, 케이블(71)에는 전압스위치(74)의 스위치단자(76)가 저항체(73)와 직렬로 설치되어 있다. 저항체(73)는 전열선으로 이루어져 있다. 저항체(73)를 형성하는 전열선으로는, 예를 들어 니크롬선이나 스테인레스선을 들 수 있다.
전압스위치(74)는 전압검지단자(75)와 스위치단자(76)를 구비한다. 상기 전압검지단자(75)는 후술하는 제5 회로를 매개로 축전지(30)의 전압을 검지할 수있도록 구성되어 있다.
또한, 전압검지단자(75)는 이하의 작동을 수행하는 구성을 가진다. 전압검지단자(75)는 축전지(30)의 전압이 V1 이상이 되는 것을 검지하면, 스위치단자(76)에 온(ON) 신호를 송신한다. 그리고, 전압검지단자(75)는 축전지(30)의 전압이 V2 이하가 되는 것을 검지하면, 스위치단자(76)에 오프(OFF)신호를 송신한다. 이것들이 온(ON)신호와 오프(OFF)신호가 전압검지단자(75)가 스위치단자(76)에 송신하는 작동 신호이다. 하기에 식(4)의 관계가 성립되어 있다.
V1 > V2 --------------- (4)
상기 스위치단자(76)는 이하의 작동을 수행하는 구성을 가진다. 스위치단자(76)는 전압검지단자(75)에서 온(ON)신호를 수신하면 케이블(71)에 의해 케이블(25)과 케이블(26) 사이를 접속하는 회로를 연결한다. 스위치단자(76)에 의해 연결되는 이 회로가 제4 회로이다. 그리고, 스위치단자(76)는 전압검지단자(75)에서 오프(OFF)신호를 송신하면 제4 회로를 차단한다. 또한, 스위치단자(76)는 전압검지단자(75)에서 온(ON)신호와 오프(OFF)신호의 어느것도 수신하지 않은 경우에는 제4 회로를 차단한 상태가 된다.
케이블(25)에 다이오드(77)가 정류소자로서 설치되어 있다. 케이블(25)에 있어서, 다이오드(77)는 접속점(72)보다 축전지(30)측에 위치되어 있다. 다이오드(77)의 애노드가 정류기(20)측에 접속되고, 다이오드(77)의 캐소드가 측전지(30)측에 접속되어 있다.
다이오드(77)와 저항체(73)는 열전도률이 큰 수지에 함께 밀봉되어 있다. 다이오드(77)와 저항체(73)을 밀봉하는 수지로는 예를 들어 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지를 들 수 있다.
케이블(78)이 케이블(25)과 케이블(26) 사이에 설치되어 있다. 케이블(78)과 케이블(25)의 접속점(79)은 다이오드(77)보다 축전지(30)측에 위치되어 있다.
케이블(78)에 서모스텟(80)이 감열스위치로서 설치되어 있다. 또한, 케이블(78)을 매개로 전압검지소자(75)가 서모스탯(80)에 직렬로 설치되어 있다. 서모스텟(80)이 온(ON)되는 작동온도는 T7이고, 서모스탯(80)이 오프(OFF)되는 복귀온도는 T8 이다. 하기에 식(5)의 관계가 성립되어 있다.
T7 - T8 = 20℃ --------------- (5)
서모스텟(80)이 다이오드(77)와 저항체(73)의 온도를 검지할 수 있도록 다이오드(77)를 밀봉한 수지에 접속되어 있다.
서모스탯(80)은 이하의 동작을 수행하는 구성을 가진다. 다이오드(77)의 온도가 T7 이상으로 상승하면, 서모스탯(80)은 온(ON)되고 케이블(78)에 의하여 케이블(25)과 케이블(26) 사이를 접속하는 회로를 연결한다. 서모스탯(80)에 의해 연결되는 이 회로가 제5 회로이다. 그리고, 다이오드(77)와 저항체(73)의 온도가 함께 T8 이하로 하락하면 서모스탯(80)은 오프(OFF)되고 제5 회로를 차단한다. 즉, 서모스탯(80)이 온(ON)되면 전압검지소자(75)는 제5 회로를 매개로 축전지(30)의 전압을 검출하는 구성을 가진다.
다이오드(77), 저항체(73), 전압스위치(74), 케이블(71), 서모스탯(80) 및 케이블(78)이 제4 브레이크(70)을 형성한다. 상기 제4 브레이크(70)는 제3 브레이크(60)보다 축전지(30)측에 위치되어 있다. 제1 브레이크(40), 제2 브레이크(50), 제3 브레이크(60) 및 제4 브레이크(70)가 발전기용 브레이크장치를 형성한다.
도2는 본 발명의 변형예를 보여주고 있다. 도면에 도시한 바와 같이 제2 브레이크(50)에 있어서, 고위측 출력단자와 연결된 케이블에 서모스탯(52)이 설치되고, 온도변화에 따라 케이블과 서모스탯(52)이 접속 또는 차단된다.
다음에 발전기용 브레이크장치가 나타내는 작용효과에 대하여 설명을 한다.
우선, 풍력발전기(10)가 통상의 발전을 수행할 경우에 대하여 설명을 한다.
풍력발전기(10)의 본체표면 온도가 T1 미만이고, 저항체(53)의 온도가 T3 미만이고, 저항체(61)의 온도는 T5 미만이고, 다이오드(77)의 온도는 T7 미만이다. 그리고, 출력선(11, 24)는 이하의 상태에 있다.
서모스탯(41)은 오프(OFF)로 되어 있어 제1 회로를 차단하고 있다. 이때, 제1 브레이크(40)는 해제되어 작동을 하지 않는다. 그리고, 제1 브레이크(40)에 의한 전력소비는 없다.
서모스탯(52)은 오프(OFF)되어 있어 제2 회로를 차단하고 있다. 이때, 제2 브레이크(50)는 해제되어 작동하지 않는다. 그리고, 제2 브레이크(50)에 의한 전력 소비는 없다. 서모스탯(63)은 오프(OFF)되어 있어 제3 회로를 차단하고 있다. 이때, 제3 브레이크(60)는 해제되어 작동하지 않는다. 그리고, 제3 브레이크(60)에 의한 전력소비는 없다.
서모스탯(80)은 오프(OFF)되어 제5 회로를 차단하고 있다. 이때, 전압검지소자(75)는 작동하지 않는다. 그리고, 전압검지소자(75)에 의한 전력소비는 없다. 그리고, 제5 회로가 차단되어 있기 때문에 스위치소자(76)는 온(ON)신호와 오프(OFF)신호의 어느 것도 전압검지소자(75)로부터 수신하지 않는다. 따라서, 스위치소자(76)는 제4 회로를 차단하고 있다. 즉, 제4 브레이크(70)는 해제되어 작동하지 않는다. 그리고, 제4 브레이크(70)에 의한 전력소비도 없다.
즉, 풍력발전기(10)가 통상의 발전을 수행하는 경우, 제1 브레이크(40)와 제2 브레이크(50), 제3 브레이크(60) 및 제4 브레이크(70)는 대기전력을 소비하지 않는다.
그리고, 축전지(30)에 의한 충전이 행해진다. 또한, 도1은 제1 브레이크(40)와 제2 브레이크(50), 제3 브레이크(60) 및 제4 브레이크(70)가 전부 해제 된 상태를 표시하고 있다.
다음에 풍력발전기(10)의 회전속도가 상승하여 풍력발전기(10)에 브레이크를 걸 필요가 있을 경우에 대하여 설명한다. 예를 들어 태풍같은 강풍에 의한 풍력발전기(10)의 회전속도가 빨라졌을 경우, 풍력발전기(10)에 브레이크를 걸어 파손을 방지하여야 한다.
풍력발전기(10)의 회전속도가 상승하여 풍력발전기(10)의 출력이 크게 되면, 풍력발전기(10)의 본체표면 온도가 서서히 상승한다. 풍력발전기(10)의 본체표면 온도가 T1 이상으로 되면, 제1 브레이크(40)가 작동한다. 즉, 서모스탯(41)이 작동하여 온(ON) 되어 제1 회로를 연결한다.
제1 회로가 케이블(12, 13, 14)끼리 접속시켜 케이블(12, 13, 14)가 단락된다. 이 단락에 의하여 풍력발전기(10)에 큰 전류가 흐른다. 그리고, 풍력발전기(10)의 회전을 방해하는 제동토크가 발생한다. 이 결과, 풍력발전기(10)에 브레이크가 걸려 풍력발전기(10)의 출력전압과 풍력발전기(10)에 흐르는 전류가 저하된다. 그 후, 풍력발전기(10)의 본체표면 온도가 서서히 하강한다.
상기 풍력발전기(10)의 본체표면 온도가 T2이하로 되면, 제1 브레이크(40)의 작동이 해제된다. 즉, 서모스탯(41)은 복귀하여 오프(OFF)된다. 그리고, 서모스탯(41)은 제1 회로를 차단한다. 그 후, 제2 브레이크(50)와 제3 브레이크(60) 및 제4 브레이크(70) 어느 것도 작동하지 않게 되면, 풍력발전기(10)는 통상의 발전을 재개한다.
또한, 풍력발전기(10)의 회전속도가 상승하여 풍력발전기(10)의 출력이 크게 되면, 저항체(53)의 온도가 서서히 상승한다. 저항체(53)의 온도가 T3이하로 되면, 제2 브레이크(50)가 작동한다. 즉, 서모스탯(52)이 작동하여 온(ON) 된다. 그리고, 서모스탯(52)은 제2 회로를 연결한다. 제2 회로에 의해 케이블(25)과 케이블(26)이 단락된다. 동시에 서모스탯(52)은 케이블(25)에 의한 정류기(20)와 축전지(30)의 접속을 차단한다.
제2 회로에 의하여 풍력발전기(10)에 큰 전류가 흐른다. 그리고, 풍력발전기(10)의 회전을 방해하여 제동토크가 발생한다. 이 결과, 풍력발전기(10)에 브레이크가 걸려 풍력발전기(10)의 출력전압과 풍력발전기(10)에 흐르는 전류가 저하된다. 그 후, 저항체(53)는 온도가 서서히 하강한다.
저항체(53)의 온도가 T4이하로 되면, 제2 브레이크(50)의 작동이 해제된다. 즉, 서모스탯(52)은 복귀하여 오프(OFF)된다. 그리고, 서모스탯(52)은 제2 회로를 차단한다. 동시에, 서모스탯(52)은 케이블(25)에 의하여 정류기(20)와 축전지(30)를 접속한다. 그 후, 제1 브레이크(40)와 제3 브레이크(60) 및 제4 브레이크(70) 어느 것도 작동하지 않게 되면 풍력발전기(10)는 통상의 발전을 재개한다.
풍력발전기(10)의 회전속도가 상승하여 풍력발전기(10)의 출력이 크게 되면, 저항체(61)의 온도가 서서히 상승한다. 저항체(61)의 온도가 T5 이상으로 되면, 제3 브레이크(60)가 작동한다. 즉 서모스탯(63)은 작동하여 온(ON) 된다. 그리고, 서모스탯(63)은 제3 회로를 연결한다.
제3 회로에 의하여 풍력발전기(10)에 큰 전류가 흐른다. 그리고, 풍력발전기(10)의 회전을 방해하는 제동토크가 발생한다. 이 결과, 풍력발전기(10)에 브레이크가 걸려 풍력발전기(10)의 출력전압과 풍력발전기(10)에 흐르는 전류가 저하된다. 그 후, 저항체(61)의 온도가 서서히 하강한다.
저항체(61)의 온도가 T6 이하로 되면, 제3 브레이크(60)의 작동이 해제된다. 즉, 서모스탯(63)은 복귀하여 오프(OFF)된다. 그리고, 서모스탯(63)은 제3 회로를 차단한다. 그 후, 제1 브레이크(40)와 제2 브레이크(50) 및 제4 브레이크(70) 어느 것도 작동하지 않으면, 풍력발전기(10)는 통상의 발전을 재개한다.
풍력발전기(10)의 회전속도가 상승하여 풍력발전기(10)의 출력이 크게 되면, 다이오드(77)의 온도가 상승한다. 다이오드(77)의 온도가 T7 이상으로 되면, 제4 브레이크(70)가 부분적으로 작동한다. 즉, 서모스탯(80)은 작동하여 온(ON) 된다. 그리고, 서모스탯(80)은 제5 회로를 연결한다. 제5회로가 연결되면, 전압검지소자(75)는 축전지(30)의 전압을 검지한다.
그 후, 축전지(30)의 충전이 진행되고, 축전지(30)의 전압이 V1 이상으로 되면, 제4 브레이크(70)가 완전하게 작동한다. 즉, 전압검지소자(75)는 축전지(30)의 전압이 V1 이상으로 된 것을 검지하여 스위치단자(76)에 온(ON)신호를 송신한다. 스위치단자(76)는 전압검지소자(75)로부터 온(ON)신호를 수신하면, 제4 회로를 연결한다.
제4 회로에 의하여 저항체(73)에 전류가 흘러 저항체(73)의 온도가 서서히 상승한다. 동시에, 풍력발전기(10)에 큰 전류가 흐른다. 그리고, 풍력발전기(10)의 회전을 방해하는 제동토크가 발생한다. 이 결과, 풍력발전기(10)에 브레이크가 걸려 풍력발전기(10)의 출력전압과 풍력발전기(10)에 흐르는 전류가 저하 된다. 그리고, 축전지(30)의 과충전이 방지된다. 또한, 전류가 축전지(30)로부터 제4 회로를 통하여 흐르지 않게 된다. 이는 다이오드(77)가 이와 같은 전류의 흐름을 방지하기 때문이다. 그 후, 다이오드(77)와 저항체(73)의 온도가 서서히 하강한다.
축전지(30)의 전력은 축전지(30)에 접속되는 부하와 전압검지소자(75)에 의하여 소비된다. 축전지(30)의 전압이 V2 이하로 되면, 제4 브레이크(70)의 작동이 부분적으로 해제된다. 즉, 전압검지소자(75)는 스위치소자(76)에 오프(OFF)신호를 송신한다. 그리고, 스위치소자(76)는 제4 회로를 차단한다. 또한, 다이오드(77) 와 저항체(73)의 온도가 T8 이하로 되면 제4 브레이크(70)의 작동이 완전히 해제된다. 즉 서모스탯(80)은 제5 회로를 차단한다. 제1 브레이크(40)와 제2 브레이크(50) 및 제3 브레이크(60) 어느 것도 작동되지 않으면 풍력발전기(10)는 통상의 발전을 재개하며, 축전지(30)의 충전도 재개한다.
본 실시의 형태에 있어서, 온도 T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8은 발전시스템 1이 설치되는 장소의 기후, 풍력발전기(10)의 출력에 대응하여 적당하게 설정된다. 또한, 전압 V1, V2는 축전지(30)의 용량에 대응하여 적정하게 설정된다.
본 실시의 형태에 있어서 발전기용 브레이크장치는 제1 브레이크(40), 제2 브레이크(50), 제3 브레이크(60) 및 제4 브레이크(70)에 의하여 형성되어 있다. 발전기용 브레이크장치가 제1 브레이크(40), 제2 브레이크(50), 제3 브레이크 (60) 및 제4 브레이크(70) 어느 하나 또 복수의 브레이크를 갖추어도 좋다.
본 실시의 형태에 있어서, 제3 브레이크(60)는 제2 브레이크(50)보다 정류기(20)측에 위치되어도 좋다.
본 실시의 형태에 있어서, 서모스탯(41)이 온도를 검지하는 열원은 풍력발전기(10)의 본체내부, 정류기(20), 저항체(53, 61), 다이오드(77)중 어느 하나라도 좋다.
본 실시의 형태에 있어서, 서모스탯(63)이 온도를 검지하는 열원은 풍력발전기(10)의 본체표면, 풍력발전기(10)의 본체내부, 정류기(20), 저항체(53), 다이오드(77)중 어느 것이라도 좋다.
본 실시의 형태에 있어서, 서모스탯(80)이 온도를 검지하는 열원은 풍력발전기(10)의 본체내부, 정류기(20), 저항체(53, 61), 다이오드(77) 중 어느 것이라도 좋다.
본 실시의 형태에 있어서, 서모스탯(52), 저항체(53), 다이오드(77)중 어느 하나가 케이블(26)에 설치되어 있어도 좋다. 또한, 저항체(61), 케이블(62),서모스탯(63)이 케이블(26)에 설치되어 있어도 좋다.
본 실시의 형태에 있어서, 정류기(20)의 출력선(24)에는, 축전지(30) 대신에 다른 부하가 접속되어 있어도 좋다.
본 실시의 형태에 있어서, 서모스탯(52)은 케이블(25)에 있는 정류기(20)와 축전지(30) 사이의 접속을 차단한다. 서모스탯(52)은 케이블(25)에 있어서 정류기(20)와 축전지(30) 사이를 항상 접속하고 있어도 좋다(도2 참조). 관련된구성에 있어서도 제2 브레이크(50)가 작동하고 있는 사이, 전류가 축전지(30)로부터 제2 회로를 통하여 흐르지 않는다. 이는 다이오드(77)가 이와 같은 전류의 흐름을 방지하기 때문이다.
다음에, 본 발명자가 발전시스템 1을 이용하여 실시한 실증실험에 관하여 설명한다. 단, 이 실증실험에서 이용한 발전시스템 1은 제2 브레이크(50) 만을 구비하고, 제1 브레이크(40), 제3 브레이크(60) 및 제4 브레이크(70)은 구비하지 않았다.
발전시스템 1에 의한 조건은 다음과 같다.
풍력발전기(10)의 정격출력은 500W이다. 축전지(30)의 전압은 24V이다. 서모스탯(52)은 바이메탈식의 디스크타입 서모스탯이다. 저항체(53)는 2Ω의 니코롬선이다. 저항체(53)를 밀입하는 수지는 불포화 폴리에스테르 수지이다. 또한, 서모스탯(52)의 작동온도는 70℃이고, 서모스탯(52)의 복귀온도는 50℃이다. 저항체(53)의 온도는 서모스탯(12) 주위의 금속면을 열전대로 측정하여 얻은 온도이다.
도3, 도6 및 도9의 그래프는 저항체(53)의 온도와 풍속의 시간변화를 나타낸 그래프이다. 저항체(53)의 온도와 풍력발전기(10)의 출력전압의 시간변화를 나타낸 그래프이다. 도5, 도8 및 도11의 그래프는 저항체(53)의 온도와 풍력발전기(10)에 흐르는 전류의 시간변화를 나타낸 그래프이다.
도3 ~ 도11의 가로축은 시간을 표시하고, 도3 ~ 도11의 우측 세로축은 저항체(53)의 온도를 표시한다. 또한, 도3, 도6 및 도9의 좌측 세로축은 풍속을 표시하고, 도4, 도7 및 도10의 좌측 세로축은 풍력발전기(10)의 출력전압을 표시하고, 도5, 도8 및 도11의 좌측 세로축은 풍력발전기(10)를 흐르는 전류를 표시한다.
도3 ~ 도5의 그래프에 표시한 측정시간은 시험개시에서 120분간이다. 도6 ~ 도8의 그래프에 표시한 측정시간은 시험개시 후 65분에서 20분 사이이다. 도9 ~ 도11의 그래프에 표시한 측정시간은 시험개시 후 68분에서 2분 사이이다.
도3 ~ 도11에 표시된 바와 같이, 시험개시에서 68분29초 까지의 풍력발전기(10)의 출력전압은 0.55 ~ 41.49V의 범위에서 미세하게 변동하고 있다. 이 사이에, 제2 브레이크(50)은 해제된 상태로 되어 있고, 풍력발전기(10)는 계속해서 통상의 발전을 하고 있다.
시험개시 후 68분30초의 시점에서, 풍력발전기(10)에 흐르는 전류가 2.08A에서 6.89A로 급증하여 풍력발전기(10)의 출력전압이 30.09V에서 0V에 급감하고 있다. 풍력발전기(10)의 출력전압이 0V가 되는 상태는 시험개시 후 68분 30초에서 79분 41초 사이까지 계속되고 있다. 즉, 시험개시 후 68분 30초의 시점에서 제2 브레이크(50)가 작동하고 있다. 그리고, 제2 브레이크(50)가 작동하고 있는 상태는 시험개시 후 79분 41초까지 계속되고 있다.
시험개시 후 79분 42초 시점에서 풍력발전기(10)의 출력전압이 1.61V로되어 있다. 그리고, 시험개시 후 79분 42초에서 82분 20초까지 풍력발전기(10)의 출력전압은 1.61 ~ 41.11V의 범위에서 미세하게 변동하고 있다. 이 사이, 제2 브레이크(50)는 해제된 상태로 되어 있어, 풍력발전기(10)는 계속하여 통상의 발전을 수행하고 있다.
시험개시 후 85분 21초 시점에서 풍력발전기(10)를 흐르는 전류가 0.86A에서 6.32A로 급증하여 풍력발전기(10)의 출력전압이 27.23V에서 0V로 급감하고 있다. 풍력발전기(10)의 출력전압이 0V에 되는 상태는 시험개시 후 85분 21초에서 94분 33초까지 계속되고 있다. 즉, 시험개시 후 85분 20초 시점에서 제2 브레이크(50)가 작동하고 있다. 그리고, 제2 브레이크(50)가 작동하고 있는 상태는 시험개시 후 94분 33초 까지 계속하고 있다.
시험개시 후 94분 34초의 시점에서 풍력발전기(10)의 출력전압이 2.87V로 되어 있다. 그리고, 시험개시 후 94분 34초에서 101분 17초 까지, 풍력발전기(10)의 출력전압은 2.87 ~ 39.24V의 범위에서 미세하게 변동하고 있다. 이 사이 제2 브레이크(50)는 해제된 상태로 되어 있어, 풍력발전기(10)는 계속하여 통상의 발전을 수행하고 있다.
시험개시 후 101분 18초의 시점에서 풍력발전기(10)에 흐르는 전류가 2.39A에서 6.21A로 급증하여 풍력발전기(10)의 출력전압이 30.08V에서 0V로 급감하고 있다. 풍력발전기(10)의 출력전압이 0V가 되는 상태는 시험개시 후 101분 18초에서 111분 19초 까지 계속된다. 즉, 시험개시 후 101분 18초의 시점에서 제2 브레이크(50)가 작동되고 있다. 그리고, 제2 브레이크(50)가 작동하고 있는 상태는 시험개시 후 111분 19초 까지 계속되고 있다.
시험개시 후 111분 20초의 시점에서 풍력발전기(10)의 출력전압이 2.71V로 되어 있다. 그리고, 시험개시 후 111분 20초에서 115분 56초 까지, 풍력발전기( 10)의 출력전압은 2.71 ~ 40.39V의 범위에서 미세하게 변동하고 있다. 이 사이 제2 브레이크(50)는 해제된 상태로 되어 있어 풍력발전기(10)는 계속하여 통상의 발전을 수행하고 있다.
시험개시 후 115분 57초의 시점에서 풍력발전기(10)에 흐르는 전류가 0.22A에서 5.54A로 급증하여 풍력발전기(10)의 출력전압이 25.82V에서 0V로 급감하고 있다. 풍력발전기(10)의 출력전압이 0V가 되는 상태는 시험개시 후 115분 578초에서 종료 까지 계속된다. 즉, 시험개시 후 115분 57초 시점에서 제2 브레이크(50)가 작동되고 있다. 그리고, 제2 브레이크(50)가 작동하고 있는 상태는 시험종료까지 계속되고 있다.
또한, 브레이크(50)가 작동을 개시하는 시점에 있어서 저항체(53)의 온도는 70℃보다 낮다. 또, 브레이크(50)의 작동이 해제될 시점에 있어서, 저항체(53)의 온도는 50℃보다 낮다. 이 원인은 서모스탯(12) 주위의 금속면의 온도를 저항체(53)의 온도로 하여 측정하는 것에 있다고 생각할 수 있다.
도3에 표시된 바와 같이, 120분간의 시험을 통하여 풍속의 순간적인 변동폭은 비상적으로 크다. 풍속에 따라 전기적인 브레이크를 제어하는 경우, 전기적 브레이크의 작동과 해제가 빈번하게 벌어지게 된다. 이와 관련된 사태를 방지하기 위해서는 복잡한 전기적인 브레이크 제어가 필요하게 된다.
도5에 표시된 바와 같이, 브레이크(50)의 작동이 해제되어 있는 기간에 있어서, 풍력발전기(10)에 흐르는 전류의 순간적인 변동폭은 비상적으로 크다. 풍력발전기(10)에 흐르는 전류에 따라 전기적 브레이크를 제어할 경우, 전기적 브레이크의 작동이 빈번하게 벌어지게 된다. 이와 관련된 사태를 방지하기 위해서는 복잡한 전기적인 브레이크의 제어가 필요하게 된다.
도4에 표시된 바와 같이, 브레이크(50)의 작동이 해제된 상태에 있는 기간에 있어서 풍력발전기(10)의 출력전압의 순간적인 변동폭은 비상적으로 크다. 풍력발전기(10)의 출력전압에 따라 전기적 브레이크를 제어할 경우, 전기적 브레이크의 작동이 빈번하게 벌어지게 된다. 이와 관련된 사태를 방지하기 위에서는 복잡한 전기적 브레이크의 제어가 필요하다.
또한, 전기적 브레이크가 작동한 상태에 있는 기간에 있어서, 풍력발전기(10)의 출력전압은 0V 이다. 그래서 풍력발전기(10)의 출력전압에 따라 전기적 브레이크를 제어하는 경우 전기적 브레이크를 해제하는 타이밍을 알수 없게 된다.
도3 ~ 도5에서 알기 쉽게 120분간의 시험을 통하여 저항체(53) 온도의 순간적인 변동폭은 비상시에 작다. 저항체(53)의 온도는 풍력발전기(10)의 출력이 과대하게 되는 상태가 당분간 계속되어 상승한다. 풍력발전기(10)의 출력이 과대하게 되는 상태가 약간동안만 계속된다면, 저항체(53)의 온도상승량은 작다. 따라서, 저항체(53)의 온도에 따라 전기적 브레이크를 제어하는 경우 전기적 브레이크의 작동과 해제가 빈번하게 변경하는 것을 간단하게 방지할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 발전기용 브레이크 장치는 전력의 소비를 강력하게 방지할 수 있으면서, 필요할 때 전기적 브레이크를 확실하게 걸 수 있는 장치에 유용하게 사용될 수 있다.
1: 발전시스템 10: 풍력발전기
11: 풍력발전기의 출력선
12, 13, 14: 풍력발전기의 출력선을 형성하는 케이블
20: 정류기 21: 정류기의 입력단자
22: 정류기의 고위 측 출력단자 23: 정류기의 저위측 출력단자
24: 정류기의 출력선
25, 26: 정류기의 출력 선을 형성하는 케이블 30: 축전지
31: 축전지의 고위측 단자 32: 축전지의 저위측 단자
40: 제1 브레이크 41: 서모스탯
50: 제2 브레이크 51: 케이블
52: 서모스탯 53: 저항체
60: 제3 브레이크 61: 저항체
62: 케이블 63: 서모스탯
70: 제4 브레이크 71: 케이블
72: 케이블끼리의 접속점 73: 저항체
74: 전압 스위치 75: 전압스위치의 전압검지단자
76: 전압스위치의 스위치소자 77: 다이오드
78: 케이블 79: 케이블 끼리의 접속점
80: 서모스탯

Claims (7)

  1. 교류발전기와, 상기 교류발전기의 출력선에 접속된 정류기를 구비한 발전시스템에 사용되는 발전기용 브레이크장치에 있어서,
    상기 교류발전기의 출력선에, 감열스위치가 교류발전기의 출력선끼리 사이를 접속하는 회로의 차단과 접속이 가능하게 설치되고,
    상기 감열스위치가 온도를 감지하여 작동하기 위한 열원이, 상기 교류발전기, 정류기, 교류발전기의 출력선에 설치된 발열소자와 정류기의 출력선에 설치된 발열소자, 정류기의 출력선에 접속된 부하 및 축전지중 적어도 어느 하나인 것을 특장으로 하는 발전기용 브레이크장치.
  2. 교류발전기와, 상기교류발전기에 접속된 정류기를 구비한 발전시스템에서 사용되는 발전기용 브레이크장치에 있어서,
    상기 정류기의 출력선에 설치된 감열스위치가 정류기의 출력선 사이를 접속하는 회로의 차단과 접속을 할 수 있도록 설치되며, 감열스위치가 온도를 검지하여 작동하기 위한 열원이 상기 교류발전기, 정류기, 교류발전기의 출력선에 설치된 발열소자, 정류기의 출력선에 설치된 발열소자, 정류기의 출력선에 접속된 부하 및 축전지중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발전기용 브레이크 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 회로에 발전소자가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 발전기용 브레이크장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    축전지가 정류기의 출력선에 접속되며,
    상기 정류기의 출력선에 정류소자가 설치되고, 정류소자에 흐르는 전류의 방향은 정류기의 고위측단자로부터 상기 축전지의 고위측단자 방향과 축전지의 저위측단자로부터 정류기의 저위측단자 방향 중 어느 하나이며,
    상기 정류소자가 전기회로보다 축전지측에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 발전기용 브레이크장치.
  5. 교류발전기와 상기 교류발전기에 접속된 정류기를 구비한 발전시스템에 사용되는 발전기용 브레이크장치에 있어서,
    상기 정류기의 출력선에 발열소자가 설치되고,
    상기 발열소자가 설치되어 있는 정류기의 출력선에 감열스위치가 발열소자를 우회하는 회로를 차단과 접속을 할 수 있도록 설치되며,
    상기 감열스위치가 온도를 검지하여 작동하기 위한 열원이 교류발전기, 정류기, 교류발전기의 출력선에 설치된 발열소자, 정류기의 출력선에 설치된 발열소자, 정류기의 출력선에 접속된 부하 및 축전지 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발전기용 브레이크장치.
  6. 교류발전기와 상기 교류발전기에 접속된 정류기를 구비한 축전지가 정류기의 출력선에 접속된 발전시스템에 사용되는 발전기용 브레이크장치에 있어서,
    상기 정류기의 출력선 사이에 전압검지소자와 스위치소자를 구비한 전압스위치가 설치되며, 상기 스위치소자가 정류기의 출력선 사이를 접속하는 회로의 차단과 접속을 가능하게 하며,
    감열스위치에 의하여 차단과 접속이 이루어지는 회로에 전압검지단자가 설치되어 축전지의 전압을 검지하거나, 검지된 전압에 따라 스위치소자에 작동신호를 송신하며, 스위치소자에 의하여 차단과 접속이 이루어지는 회로보다 아래의 축전지측에 감열스위치에 의하여 차단과 접속이 이루어지는 회로가 위치하고, 정류기의 출력선에 정류소자가 설치되며, 정류소자에 전류가 흐르는 방향은 정류기의 고위측단자로부터 축전지의 고위측단자 방향과 축전지의 저위측단자로부터 정류기의 저위측단자 방향 중 어느 하나이며,
    스위치소자에 의하여 차단과 접속이 이루어지는 회로보다도 그 아래의 축전지 측에 정류소자가 위치하며, 감열스위치가 온도를 검지하여 작동하기 위한 열원이 교류발전기, 정류기, 교류발전기의 출력선에 설치된 발열소자, 정류기의 출력선에 설치된 발열소자, 축전지 및 정류소자 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발전기용 브레이크 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스위치소자에 의하여 차단과 접속이 이루어지는 회로에 발열소자가 설치되어 있으며,
    상기 감열스위치를 검지하여 작동하기 위한 열원이 교류발전기, 정류기의 출력선에 설치된 발열소자, 축전지 및 정류소자 중 적어도 어느 하나이며, 스위치소자에 의하여 차단과 접속이 이루어지는 회로에 발열소자가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 발전기용 브레이크장치.
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