KR102293663B1 - Double field winding brushless synchronous generator removing distortion of output - Google Patents

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Abstract

출력전압의 왜곡이 개선된 이중 계자권선 브러시리스 동기발전기에 관한 것으로, 하우징의 제 1 공간에 여자기 계자, 여자기 전기자, 보조발전기 계자, 보조발전기 전기자, 발전기 계자 및 발전기 전기자가 설치되고 하우징의 제 2 공간에 발전기 전기자의 부하전류의 파형에 따라 광신호를 조사하는 발광소자와 발광소자로부터 조사된 광신호를 수신하는 수광소자가 설치되고, 수광소자의 광신호 수신 여부에 따라 보조발전기 전기자로부터 발전기 계자로 유입되는 전류를 제어함으로써, 발전기의 출력전압에서 발생하는 왜곡을 제거한다. A double field winding brushless synchronous generator with improved output voltage distortion, wherein an exciter field, an exciter armature, an auxiliary generator field, an auxiliary generator armature, a generator field and a generator armature are installed in a first space of a housing, In the second space, a light emitting device for irradiating an optical signal according to the waveform of the load current of the generator armature and a light receiving device for receiving the optical signal irradiated from the light emitting device are installed, and depending on whether the light receiving device receives an optical signal from the auxiliary generator armature By controlling the current flowing into the generator field, distortion occurring in the output voltage of the generator is removed.

Figure R1020190084389
Figure R1020190084389

Description

출력의 왜곡이 개선된 이중 계자권선 브러시리스 동기 발전기 {Double field winding brushless synchronous generator removing distortion of output}Double field winding brushless synchronous generator removing distortion of output

브러시리스 동기 발전기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 출력전압의 왜곡이 개선된 브러시리스 동기 발전기에 관한 것이다. To a brushless synchronous generator, and more particularly, to a brushless synchronous generator with improved output voltage distortion.

브러시리스 동기 발전기는 발전기의 회전자에 해당하는 계자로 직류를 공급함으로써, 이러한 계자로 전류를 공급하는 브러시(brush)가 필요 없는 브러시리스 발전기로, 회전자가 자기장에 동기되어 회전함으로써 회전 속도에 의해 교류의 주파수가 결정되는 교류 발전기를 의미한다. 이러한 브러시리스 동기 발전기는 일반적으로 여자기에 의해 발생된 전력으로부터 자속을 발생시킴으로써 외부의 부하에 공급될 전력을 발생시킨다. 브러시리스 동기 발전기의 출력전압의 변동은 부하의 정상적 동작을 방해할 뿐만 아니라 부하의 고장을 일으킬 수 있다. 동기 발전기에서 부하의 변동이나 계통의 외란에 관계없이 브러시리스 동기 발전기의 출력전압을 일정하게 유지시킴으로써 브러시리스 동기 발전기의 출력전압을 안정화시키는 역할을 하는 자동전압조정기(AVR, Automatic Voltage Regulator)가 설치된다. A brushless synchronous generator is a brushless generator that does not require a brush that supplies current to the field by supplying direct current to the field corresponding to the rotor of the generator. It refers to an alternator whose frequency of alternating current is determined. Such a brushless synchronous generator generally generates electric power to be supplied to an external load by generating magnetic flux from electric power generated by an exciter. Fluctuations in the output voltage of a brushless synchronous generator not only interfere with the normal operation of the load, but also cause the load to fail. In a synchronous generator, an automatic voltage regulator (AVR) is installed, which stabilizes the output voltage of a brushless synchronous generator by maintaining the output voltage of the brushless synchronous generator constant regardless of load changes or system disturbance. do.

이하, 도면을 참조하여 종래의 자여자식 회전계자형 브러시리스 동기발전기의 구성 및 동작 방식에 대하여 설명하고, 종래의 자여자식 회전계자형 브러시리스 동기발전기의 문제점을 설명한다. Hereinafter, the configuration and operation method of a conventional self-excited rotating field-type brushless synchronous generator will be described with reference to the drawings, and problems of the conventional self-excited rotating field-type brushless synchronous generator will be described.

도 1은 종래의 자여자식 회전계자형 브러시리스 동기발전기의 종단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 자여자식 회전계자형 브러시리스 동기발전기는 하우징(10), 회전축(20), 여자기 계자(31), 여자기 전기자(32), 발전기 계자(41), 발전기 전기자(42), 자동전압조정기(AVR, Automative Voltage Regulator)(50), 및 정류기(60)로 구성된다. 종래의 자여자식 회전계자형 브리시리스 동기발전기는 발전기 계자(41)와 발전기 전기자(42)에 의해 외부로 출력되는 전력을 발생시키는 주발전기(40), 및 여자기 계자(31)와 여자기 전기자(32)에 의해 발전기 계자(41)로 출력되는 여자 전력을 발생시키는 여자기(30)로 구별된다. 1 is a longitudinal sectional view of a conventional self-excited rotating field type brushless synchronous generator. 1, the conventional self-excitation rotating field type brushless synchronous generator has a housing 10, a rotating shaft 20, an exciter field 31, an excitation armature 32, a generator field 41, a generator armature ( 42), an automatic voltage regulator (AVR, Automative Voltage Regulator) 50 , and a rectifier 60 . The conventional self-excited rotating field type Brisleyless synchronous generator is a main generator 40 for generating electric power output to the outside by a generator field 41 and a generator armature 42, and an exciter field 31 and an excitation armature ( 32), the exciter 30 that generates the excitation power output to the generator field 41 is distinguished.

종래의 자여자식 회전계자형 브러시리스 동기발전기에서, 자동전압조정기(50)는 여자기 계자(31)에 전력을 공급한다. 전력을 공급받은 여자기 계자(31)는 자속을 발생시킨다. 여자기 전기자(32)는 여자기 계자(31)에 의해 발생된 자속으로부터 전력을 발생시킨다. 여자기 전기자(32)에 의해 생성된 전력은 회전축(20)에 고정된 발전기 계자(41)에 공급된다. 전력을 공급받은 발전기 계자(41)는 자속을 발생시키고, 발전기 전기자(42)는 발전기 계자(41)에 의해 발생된 자속으로부터 전력을 발생시킨다. 발전기 전기자(42)에 의해 발생된 전력은 동기발전기의 출력 단자를 통하여 부하로 공급된다. 그리고, 발전기의 출력은 자동전압조정기(50)로 피드백된다. 자동전압조정기(50)는 동기발전기의 출력전압에 반비례하는 전류량을 갖는 여자기 입력 전류를 생성하고, 생성된 여자기 입력 전류를 여자기 계자(31)로 입력한다. 종래의 자여자식 회전계자형 브러시리스 동기발전기는 발전기의 출력 전압을 감지하여 여자기 계자(31)로 피드백되는 전류양을 조절함으로써 발전기의 출력 전압을 일정하게 유지한다. In the conventional self-excited rotating field type brushless synchronous generator, the automatic voltage regulator 50 supplies electric power to the exciter field 31 . The exciter field 31 supplied with electric power generates magnetic flux. The exciter armature 32 generates electric power from the magnetic flux generated by the exciter field 31 . The electric power generated by the exciter armature 32 is supplied to the generator field 41 fixed to the rotating shaft 20 . The generator field 41 supplied with power generates a magnetic flux, and the generator armature 42 generates electric power from the magnetic flux generated by the generator field 41 . The electric power generated by the generator armature 42 is supplied to the load through the output terminal of the synchronous generator. And, the output of the generator is fed back to the automatic voltage regulator (50). The automatic voltage regulator 50 generates an exciter input current having an amount of current that is inversely proportional to the output voltage of the synchronous generator, and inputs the generated exciter input current to the exciter field 31 . The conventional self-excited rotating field-type brushless synchronous generator maintains the output voltage of the generator constant by sensing the output voltage of the generator and adjusting the amount of current fed back to the excitation field 31 .

이러한 종래의 자여자식 회전계자형 브러시리스 동기발전기에 부하가 인가되면 발전기 전기자(42)에 권취된 권선에 부하 전류가 흐르게 된다. 여기에서, 부하는 전력을 사용하는 장치이다. 부하에 연결되는 종래의 전력 장치들은 발전기에서 생성된 교류 전압 또는 교류 전류를 직류 전압 또는 직류 전류로 변환하지 않고 교류를 그대로 사용하였다. 그러나 최근 제어기술 및 반도체소자의 발전에 따라 교류 대신 직류를 사용하는 전력 장치들이 증가하고 있다. 이러한 직류 전원을 사용하는 장치들은 대표적인 예로는 LED 전광판, 디스플레이, 조명설비 등이 있다. When a load is applied to such a conventional self-excited rotating field type brushless synchronous generator, a load current flows in the winding wound around the generator armature 42 . Here, a load is a device that uses electric power. Conventional power devices connected to a load use AC as it is without converting the AC voltage or AC current generated by the generator into DC voltage or DC current. However, with the recent development of control technology and semiconductor devices, power devices using direct current instead of alternating current are increasing. Typical examples of devices using such a DC power supply include LED signboards, displays, lighting equipment, and the like.

이러한 직류 전원 장치는 장치 내부에서 교류를 직류로 변환하여 사용한다. 부하에 연결된 장치에서 교류 전압 또는 전류를 직류 전압 또는 전류로 변환하여 사용하는 경우, 부하에 전력을 공급하는 시스템의 선로에 흐르는 부하전류에 고조파 전류가 함유되어 부하전류의 파형이 변형되는 왜곡이 발생한다. 이렇게 왜곡된 전류가 발전기 전기자(42)에 권취된 권선에 흐르게 되면 발전기 전기자(42)에 의해 발생되는 자계에 영향이 미치게 되어 발전기의 출력 전압의 파형에서도 왜곡이 발생되는 문제점이 있다. Such a DC power supply converts AC to DC inside the device and uses it. When a device connected to a load converts AC voltage or current into DC voltage or current and uses it, harmonic currents are contained in the load current flowing in the line of the system that supplies power to the load, resulting in distortion that deforms the waveform of the load current. do. When the distorted current flows in the winding wound around the generator armature 42, the magnetic field generated by the generator armature 42 is affected, and there is a problem in that the waveform of the output voltage of the generator is also distorted.

또한, 발전기의 왜곡된 출력 전압이 상술한 부하에 인가되면 부하에 전력을 공급하는 시스템의 선로에 흐르는 부하전류에 왜곡이 더 많이 발생되고, 이에 따라 발전기의 출력 전압의 파형의 왜곡이 누적되어 계속 증폭될 수 있으며, 발전기의 출력 전압을 조절하는 자동전압조정기(50)가 왜곡된 출력 전압으로 인하여 오작동하여 발전기에서 과전압을 발생시키는 문제들을 야기할 수 있다. In addition, when the distorted output voltage of the generator is applied to the above-described load, more distortion is generated in the load current flowing in the line of the system for supplying power to the load, and accordingly, the distortion of the waveform of the output voltage of the generator is accumulated and continues It may be amplified, and the automatic voltage regulator 50 that adjusts the output voltage of the generator malfunctions due to the distorted output voltage, which may cause problems of generating overvoltage in the generator.

이에 더하여, 부하에 왜곡된 출력 전압이 인가되면 부하에 포함된 전기 장치들이 정상적으로 작동하지 못 하거나 내부 부품이 파손되는 문제를 야기할 수 있다.In addition, when a distorted output voltage is applied to the load, electrical devices included in the load may not operate normally or internal components may be damaged.

동기발전기의 출력에서 발생되는 왜곡이 제거되어 출력 전압의 파형이 정현파 형태를 갖는 이중 계자권선 브러시리스 동기 발전기를 제공하는 데 있다. 또한, 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다.An object of the present invention is to provide a double field winding brushless synchronous generator in which the distortion generated at the output of the synchronous generator is removed and the waveform of the output voltage has a sinusoidal shape. In addition, it is not limited to the technical problems as described above, and another technical problem may be derived from the following description.

본 발명의 일 실시예에 따른 이중 계자권선 브러시리스 동기 발전기는 하우징; 일단이 상기 하우징의 일측 종단을 관통하고 타단이 상기 하우징의 격벽을 관통하여 외력에 의해 회전하는 회전축; 상기 하우징의 내면에 부착되어 자속을 발생시키는 여자기 계자; 상기 하우징 내에서 상기 회전축과 일체로 회전함으로써 상기 여자기 계자에 의해 발생된 자속으로부터 전력을 발생시키는 여자기 전기자; 상기 하우징의 내면에 부착되어 자속을 발생시키는 보조발전기 계자; 상기 하우징 내에서 상기 회전축과 일체로 회전함으로써 상기 보조발전기 계자에 의해 발생된 자속으로부터 전력을 발생시키는 보조발전기 전기자; 상기 하우징 내에서 상기 회전축과 일체로 회전함으로써 상기 여자기 전기자 및 상기 보조발전기 전기자에 의해 발생된 전력으로부터 자속을 발생시키고, 상기 여자기 전기자에 의해 발생된 전류가 흐르는 발전기 계자 권선 및 상기 보조발전기 전기자에 의해 발생된 전류가 흐르는 파형보정 계자 권선을 포함하는 발전기 계자; 및 상기 하우징의 내면에 부착되어 상기 발전기 계자에 의해 발생된 자속으로부터 외부로 출력되는 전력을 발생시키는 발전기 전기자를 포함하고, 상기 보조발전기 전기자는 상기 발전기 전기자의 부하전류에 왜곡이 발생하여 상기 부하전류의 파형이 비정상적인 동안에 상기 발전기 계자의 파형보정 계자 권선으로 전류를 공급함으로써, 상기 발전기 계자의 파형보정 계자 권선이 상기 부하전류의 파형이 비정상적인 동안 상기 발전기 전기자의 부하전류에 발생한 왜곡을 상쇄시키는 자기장을 발생시킨다. A dual field winding brushless synchronous generator according to an embodiment of the present invention includes a housing; a rotating shaft having one end passing through one end of the housing and the other end passing through the partition wall of the housing to rotate by external force; an exciter field attached to the inner surface of the housing to generate magnetic flux; an exciter armature for generating electric power from the magnetic flux generated by the exciter field by rotating integrally with the rotating shaft within the housing; an auxiliary generator field attached to the inner surface of the housing to generate magnetic flux; an auxiliary generator armature for generating electric power from the magnetic flux generated by the auxiliary generator field by rotating integrally with the rotating shaft within the housing; Generator field winding and the auxiliary generator armature to generate magnetic flux from the electric power generated by the exciter armature and the auxiliary generator armature by rotating integrally with the rotating shaft in the housing, and through which the current generated by the exciter armature flows a generator field comprising a waveform correction field winding through which the current generated by the flow flows; and a generator armature attached to the inner surface of the housing to generate power output to the outside from the magnetic flux generated by the generator field, wherein the auxiliary generator armature causes distortion in the load current of the generator armature to generate the load current By supplying current to the waveform correction field winding of the generator field while the waveform of generate

상기 이중 계자권선 브러시리스 동기 발전기는 상기 발전기 전기자의 출력 단자에 연결된 부하에 흐르는 부하전류를 감지하고, 상기 감지된 부하전류에 기초하여 상기 부하전류의 파형에 왜곡이 발생하여 상기 부하전류의 파형이 비정상적인지 여부를 나타내는 부하전류 왜곡 제어신호를 출력하는 자동전압조정기를 더 포함하고, 상기 자동전압조정기는 상기 발전기 전기자의 출력 단자에 연결된 부하에 흐르는 부하전류를 감지하고 감지된 부하전류의 파형의 왜곡을 검출하는 전류왜곡 검출부; 및 상기 전류왜곡 검출부에서 검출된 부하전류 파형의 왜곡에 기초하여, 상기 부하전류의 파형이 비정상적인지 여부를 나타내는 부하전류 왜곡 제어신호를 생성하고, 상기 생성된 부하전류 왜곡 제어 신호를 출력하는 전류왜곡 제어부를 포함하고, 상기 전류왜곡 검출부는 상기 감지된 부하전류를 상기 부하전류와 동일한 위상 및 파고치를 갖는 정현파 신호와 비교하여 상기 부하전류 파형의 왜곡을 검출하고, 상기 부하전류의 크기를 측정하고, 상기 검출된 부하전류 파형의 왜곡을 상기 측정된 부하전류의 크기와 비례하여 증폭한다. The double field winding brushless synchronous generator senses a load current flowing in a load connected to an output terminal of the generator armature, and distortion occurs in the waveform of the load current based on the sensed load current so that the waveform of the load current is Further comprising an automatic voltage regulator for outputting a load current distortion control signal indicating whether the abnormality, wherein the automatic voltage regulator detects a load current flowing in a load connected to the output terminal of the generator armature, and distortion of the detected load current waveform a current distortion detection unit for detecting and generating a load current distortion control signal indicating whether the waveform of the load current is abnormal, based on the distortion of the load current waveform detected by the current distortion detection unit, and outputting the generated load current distortion control signal. and a control unit, wherein the current distortion detection unit compares the sensed load current with a sine wave signal having the same phase and crest value as the load current to detect the distortion of the load current waveform, and measure the magnitude of the load current, The distortion of the detected load current waveform is amplified in proportion to the magnitude of the measured load current.

상기 이중 계자권선 브러시리스 동기 발전기는 상기 하우징 내에 설치되어 상기 자동전압조정기로부터 출력된 부하전류 왜곡 제어신호에 기초하여 광신호를 조사하는 발광소자; 상기 회전축의 타단에 설치되어 상기 회전축과 일체로 회전하면서 상기 하우징 내에서 상기 발광소자로부터 조사된 광신호를 수신하는 수광소자; 상기 보조발전기 전기자와 상기 발전기 계자 사이에 직렬로 연결되어 상기 파형보정 계자 권선으로 유입되거나 상기 파형보정 계자 권선로부터 유출되는 전류를 제어하는 스위칭소자; 및 상기 스위칭소자의 온오프를 제어하는 신호를 상기 스위칭소자로 출력하는 스위칭드라이버를 더 포함하고, 상기 발광소자는 상기 부하전류 왜곡 제어신호가 상기 부하전류의 파형이 비정상적임을 나타내면 점등되고 상기 부하전류의 파형이 정상적임을 나타내는 소등됨으로써, 상기 부하전류의 파형에 왜곡이 발생한 동안에 상기 광신호를 상기 수광소자를 향해 조사하고, 상기 수광소자는 상기 발광소자로부터 조사된 광신호를 전기적 신호로 변환함으로써 상기 발광소자의 광신호의 조사 여부를 나타내는 신호를 상기 스위칭 드라이버로 입력하고, 상기 스위칭 드라이버는 상기 수광소자로부터 입력된 신호에 기초하여 상기 발광소자가 점등된 동안에 상기 스위칭소자를 온시키고 상기 발광소자가 소등된 동안에 오프시킴으로써, 상기 부하전류의 파형에 왜곡이 발생한 동안 상기 보조발전기 전기자로부터 상기 파형보정 계자 권선으로 전류가 유입되도록 제어한다. The dual field winding brushless synchronous generator includes: a light emitting element installed in the housing and irradiating an optical signal based on a load current distortion control signal output from the automatic voltage regulator; a light receiving element installed at the other end of the rotating shaft to receive an optical signal irradiated from the light emitting element in the housing while rotating integrally with the rotating shaft; a switching element connected in series between the auxiliary generator armature and the generator field to control a current flowing into the waveform correction field winding or flowing out from the waveform correction field winding; and a switching driver outputting a signal for controlling on/off of the switching element to the switching element, wherein the light emitting element is turned on when the load current distortion control signal indicates that the waveform of the load current is abnormal, and the load current By turning off indicating that the waveform of A signal indicating whether the light emitting element is irradiated with an optical signal is input to the switching driver, and the switching driver turns on the switching element while the light emitting element is turned on based on the signal input from the light receiving element, and the light emitting element By turning off while the light is off, it is controlled so that the current flows from the auxiliary generator armature to the waveform correction field winding while distortion occurs in the waveform of the load current.

상기 스위칭소자는 상기 부하전류 파형의 왜곡에 따라 파형보정 계자 권선으로 공급되는 전류의 방향을 제어하고, 상기 스위칭소자는 상기 부하전류와 상기 정현파 신호를 비교하여 상기 부하전류가 상기 정현파 신호보다 큰 경우 상기 파형보정 계자 권선이 상기 발전기 계자 권선에 의해 발생된 자속과 동일한 방향을 갖는 자속을 생성하게 하는 방향으로 전류를 흐르게 하고, 상기 부하전류와 상기 정현파 신호를 비교하여 상기 부하전류가 상기 정현파 신호보다 작은 경우 상기 파형보정 계자 권선에 상기 발전기 계자 권선에 의해 발생된 자속과 반대되는 방향을 갖는 자속을 생성하게 하는 방향으로 전류를 흐르게 한다. The switching element controls the direction of the current supplied to the waveform correction field winding according to the distortion of the load current waveform, and the switching element compares the load current with the sinusoidal wave signal so that the load current is greater than the sinusoidal wave signal. A current flows in a direction in which the waveform correction field winding generates a magnetic flux having the same direction as the magnetic flux generated by the generator field winding, and the load current is compared with the sinusoidal wave signal so that the load current is higher than the sinusoidal wave signal. When it is small, a current flows in the direction of generating a magnetic flux having a direction opposite to that of the magnetic flux generated by the generator field winding in the waveform correction field winding.

상기 파형보정 계자 권선의 단면적이 상기 발전기 계자 권선의 단면적 보다 넓으며, 상기 파형보정 계자 권선의 권취 횟수가 상기 발전기 계자 권선의 권취 횟수보다 작다. A cross-sectional area of the waveform correction field winding is larger than a cross-sectional area of the generator field winding, and the number of windings of the waveform correction field winding is smaller than the number of windings of the generator field winding.

상기 하우징은 상기 격벽에 의해 제 1 공간과 제 2 공간으로 분할되고, 상기 제 2 공간은 밀폐되어 있고, 상기 여자기 계자, 상기 여자기 전기자, 상기 보조발전기 계자, 상기 보조발전기 전기자, 상기 발전기 계자, 상기 발전기 전기자, 상기 스위칭 드라이버 및 상기 스위칭소자는 상기 제 1 공간에 위치하고, 상기 발광소자 및 상기 수광소자는 상기 제 2 공간에 위치되고, 상기 발광소자는 상기 광신호를 상기 하우징의 제 2 공간에서 상기 수광소자를 향해 조사한다. The housing is divided into a first space and a second space by the partition wall, the second space is sealed, and the exciter field, the exciter armature, the auxiliary generator field, the auxiliary generator armature, and the generator field , the generator armature, the switching driver and the switching element are located in the first space, the light emitting element and the light receiving element are located in the second space, and the light emitting element transmits the optical signal to the second space of the housing. is irradiated toward the light receiving element.

상기 자동전압조정기는 상기 발전기 전기자의 출력전압을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 상기 발전기 전기자의 출력전압의 오차를 검출하는 전압오차 검출부; 및 상기 검출된 출력전압의 오차에 반비례하는 전류량을 갖는 직류인 출력전압 크기 제어신호를 생성하고, 상기 생성된 출력전압 크기 제어신호를 상기 여자기 계자로 입력하는 여자전류 제어부를 더 포함한다. The automatic voltage regulator includes: a voltage error detection unit for detecting an error in the output voltage of the generator armature by comparing the output voltage of the generator armature with a preset reference voltage; and an excitation current controller for generating a DC output voltage magnitude control signal having an amount of current inversely proportional to the detected output voltage error, and inputting the generated output voltage magnitude control signal to the exciter field.

상기 발전기 계자는 원통 형상으로 상기 회전축에 고정되는 발전기 계자 철심; 상기 발전기 계자 철심에 권취되는 발전기 계자 권선; 원통 형상으로 상기 회전축에 고정되는 파형보정 계자 철심; 및 상기 파형보정 계자 철심에 권취되는 파형보정 계자 권선을 포함하고, 상기 발전기 계자 철심 및 상기 파형보정 계자 철심은 상기 회전축에 서로 이격되어 고정된다. The generator field is a generator field iron core fixed to the rotating shaft in a cylindrical shape; a generator field winding wound around the generator field iron core; a waveform correction field core fixed to the rotation shaft in a cylindrical shape; and a waveform correction field winding wound around the waveform correction field core, wherein the generator field core and the waveform correction field core are fixed to the rotation shaft to be spaced apart from each other.

브러시리스 동기발전기의 발전기 계자에 발전기 계자 권선 이외에 파형보정 계자 권선을 추가로 권취하고, 발전기 출력전압의 파형이 비정상적인 동안에 한하여 파형보정 계자 권선에 전류가 공급되도록 제어하여, 발전기 출력전압의 파형에 왜곡이 발생하였을 때 발전기 계자에 의해 발생되는 자기장을 보정해줌으로써 발전기의 출력전압에서 발생하는 왜곡을 제거할 수 있다. 브러시리스 동기발전기의 출력전압에서 왜곡을 제거함으로써, 브러시리스 동기발전기가 깨끗한 정현파 파형의 출력전압을 출력할 수 있다.In addition to the generator field winding, the waveform correction field winding is additionally wound around the generator field of the brushless synchronous generator, and the current is supplied to the waveform correction field winding only while the waveform of the generator output voltage is abnormal, thereby distorting the generator output voltage waveform. When this occurs, the distortion generated in the output voltage of the generator can be removed by correcting the magnetic field generated by the generator field. By removing the distortion from the output voltage of the brushless synchronous generator, the brushless synchronous generator can output an output voltage of a clean sinusoidal waveform.

또한, 브러시리스 동기발전기에서 자동전압조정기가 발전기 전기자의 출력전압을 감지하고 출력전압과 기준전압의 오차에 반비례하여 브러시리스 동기발전기의 여자기 계자에 입력되는 전압 또는 전류의 양을 제어함으로써, 여자기 계자에 의해 발생되는 자기장의 세기를 제어하고 여자기 전기자로부턴 발전기 계자로 공급되는 전력의 크기를 제어한다. 발전기 계자로 공급되는 전력의 크기를 조절하여, 발전기 전기자가 출력하는 전력의 크기를 조절할 수 있다. 브러시리스 동기발전기는 출력전압을 피드백하여 브러시리스 동기발전기로 입력되는 전압 또는 전류를 조절함으로써, 발전기의 출력을 항상 일정한 크기로 유지할 수 있다. In addition, in the brushless synchronous generator, the automatic voltage regulator detects the output voltage of the generator armature and controls the amount of voltage or current input to the excitation field of the brushless synchronous generator in inverse proportion to the error between the output voltage and the reference voltage. It controls the strength of the magnetic field generated by the machine and controls the amount of power supplied from the exciter armature to the generator field. By adjusting the magnitude of the power supplied to the generator field, the magnitude of the power output by the generator armature can be adjusted. The brushless synchronous generator controls the voltage or current input to the brushless synchronous generator by feeding back the output voltage, thereby maintaining the output of the generator at a constant level.

상술한 바와 같이, 이중 계자권선 브러시리스 동기발전기는 출력전압의 크기를 일정하게 유지하고, 출력전압 파형을 왜곡이 없는 정현파 파형으로 출력하게 함으로써, 발전기의 출력전압 안정화의 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있다. 이중 계자권선 동기발전기의 출력전압이 안정화됨에 따라, 발전기의 출력단에 연결되는 전기설비에 과전압, 과전류 등 비정상적인 전원이 입력되지 않으므로, 전기설비가 비정상적으로 작동하거나 고장이 발생하지 않아 전기설비의 안정성과 수명이 대폭 향상될 수 있다. As described above, the double field winding brushless synchronous generator maintains the output voltage constant and outputs the output voltage waveform as a sinusoidal waveform without distortion, thereby greatly improving the reliability of the output voltage stabilization of the generator. . As the output voltage of the double field winding synchronous generator is stabilized, abnormal power such as overvoltage and overcurrent is not input to the electrical equipment connected to the output terminal of the generator, so the electrical equipment does not operate abnormally or malfunctions occur, thereby improving the stability of the electric equipment and Lifespan can be greatly improved.

도 1은 종래의 자여자식 회전계자형 브러시리스 동기발전기의 종단면도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 계자권선 브러시리스 동기발전기의 종단면도이다.
도 3는 도 2에 도시된 이중 계자권선 브러시리스 동기발전기의 등가 회로도이다.
도 4는 도 2에 도시된 자동전압조절기의 구성도이다.
도 5은 도 4에 도시된 전압오차 검출부의 구성도이다.
도 6은 도 4에 도시된 전류왜곡 검출부의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 계자권선 브러시리스 동기발전기의 종단면도이다.
1 is a longitudinal sectional view of a conventional self-excited rotating field type brushless synchronous generator.
2 is a longitudinal cross-sectional view of a double field winding brushless synchronous generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the double field winding brushless synchronous generator shown in FIG. 2 .
4 is a block diagram of the automatic voltage regulator shown in FIG.
FIG. 5 is a block diagram of the voltage error detection unit shown in FIG. 4 .
FIG. 6 is a block diagram of the current distortion detection unit shown in FIG. 4 .
7 is a longitudinal cross-sectional view of a double field winding brushless synchronous generator according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 이하에서 설명될 본 발명의 실시예들은 발전기 계자에 권선이 이중으로 권취된 이중 계자권선 브러시리스 동기발전기에 관한 것으로, 이하에서는 간략하게 “이중 계자권선 브러시리스 동기발전기”라고 호칭하기로 한다. 또한, 이하에서는 어떤 전기소자의 단자들 중 전류가 유입되는 측을 간략하게 “입력단”으로 호칭하거나 전류가 유출되는 측을 간략하게 “출력단”으로 호칭할 수 있고, 직류(direct current)를 “DC”로 간략하게 호칭하거나 교류(alternating current)를 “AC”로 간략하게 호칭할 수 있다. 또한, 이하에서 본 발명의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제 1, 제 2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 식별기호로서 사용된다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Embodiments of the present invention to be described below relate to a dual field winding brushless synchronous generator in which a winding is double wound around a generator field, and hereinafter will be briefly referred to as a “dual field winding brushless synchronous generator”. In addition, in the following, a side from which a current flows among terminals of an electric device may be simply called an “input end” or a side from which a current flows may be simply called an “output end”, and direct current is referred to as “DC”. ” or simply “AC” for alternating current. In addition, numbers (eg, first, second, etc.) used in the description of the present invention below are used as identification symbols for distinguishing one component from other components.

도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 계자권선 브러시리스 동기발전기의 일측 종단으로부터 타측 종단까지 종방향으로 절단한 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 이중 계자권선 브러시리스 동기발전기는 하우징(10), 회전축(20), 여자기 계자(31), 여자기 전기자(32), 보조발전기 계자(91), 보조발전기 전기자(92), 발전기 계자(41), 발전기 전기자(42), 자동전압조정기(AVR, Automative Voltage Regulator)(50), 정류기(60), 발광소자(71), 수광소자(72), 스위칭 드라이버(81), 및 스위칭소자(82)로 구성된다. 여기에서, 발전기 계자(41)와 발전기 전기자(42)는 외부로 출력되는 전력을 발생시키는 부분으로 주발전기(40)로 분류되며, 여자기 계자(31)와 여자기 전기자(32)는 발전기 계자(41)로 출력되는 여자 전력을 발생시키는 부분으로 여자기(30)로 분류되고, 보조발전기 계자(91)와 보조발전기 전기자(92)는 이중 계자권선 브러시리스 동기 발전기의 부하 전류의 변화에 따라 발전기 계자(41)로 출력되는 보조 전력을 발생시키는 부분으로 보조발전기(90)로 분류된다. 상기된 구성요소들은 주요 구성요소로서 본 실시예에 따른 이중 계자권선 브러시리스 동기발전기는 상기된 구성요소 외에 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 2 is a cross-sectional view taken in the longitudinal direction from one end to the other end of the dual field winding brushless synchronous generator according to an embodiment of the present invention. 2, the double field winding brushless synchronous generator according to the present embodiment includes a housing 10, a rotating shaft 20, an exciter field 31, an exciter armature 32, an auxiliary generator field 91, Auxiliary generator armature (92), generator field (41), generator armature (42), automatic voltage regulator (AVR, Automative Voltage Regulator) (50), rectifier (60), light emitting device (71), light receiving device (72), It is composed of a switching driver 81 and a switching element 82 . Here, the generator field 41 and the generator armature 42 are classified as a main generator 40 as a part for generating externally output power, and the exciter field 31 and the excitation armature 32 are generator fields. The part that generates the excitation power output to (41) is classified into the exciter 30, and the auxiliary generator field 91 and the auxiliary generator armature 92 according to the change of the load current of the double field winding brushless synchronous generator. A part that generates auxiliary power output to the generator field 41 is classified as an auxiliary generator 90 . The above components are main components, and in the dual field winding brushless synchronous generator according to the present embodiment, other components may be added in addition to the above components.

하우징(10)은 발전기의 회전자가 그 내부에서 원활하게 회전할 수 있도록 하기 위해 원통 형상으로 형성되어 있으며, 그 내부는 원판형 격벽(11)에 의해 두 개의 공간으로 분할된다. 하우징(10)의 두 개의 공간 중 대공간은 발전을 위한 공간으로서 그 내부에는 회전축(20), 여자기 계자(31), 여자기 전기자(32), 보조발전기 계자(91), 보조발전기 전기자(92), 발전기 계자(41), 발전기 전기자(42), 정류기(60), 스위칭 드라이버(81), 및 스위칭소자(82)가 위치된다. 하우징(10)의 두 개의 공간 중 소공간은 발광소자(71)와 수광소자(72) 간의 광신호 전달을 위한 공간으로서, 그 내부에는 발광소자(71)와 수광소자(72)가 위치된다. 이와 같이 하우징(10)의 내부에 위치되는 구성요소들 중 회전축(20), 여자기 전기자(32), 보조발전기 전기자(92), 발전기 계자(41), 정류기(60), 스위칭 드라이버(81), 스위칭소자(82), 및 수광소자(72)는 회전축(20)에 의해 회전되는 구성요소로서 회전자로 통칭된다. 반면, 여자기 계자(31), 보조발전기 계자(91), 발전기 전기자(42), 및 발광소자(71)는 하우징(10)에 부착되어 고정되는 구성요소로서 고정자로 통칭된다. The housing 10 is formed in a cylindrical shape so that the rotor of the generator can rotate smoothly therein, and the inside thereof is divided into two spaces by a disk-shaped bulkhead 11 . Among the two spaces of the housing 10, the large space is a space for power generation, and therein is a rotating shaft 20, an exciter field 31, an excitation armature 32, an auxiliary generator field 91, and an auxiliary generator armature ( 92 , the generator field 41 , the generator armature 42 , the rectifier 60 , the switching driver 81 , and the switching element 82 are located. A small space among the two spaces of the housing 10 is a space for transmitting an optical signal between the light emitting device 71 and the light receiving device 72 , and the light emitting device 71 and the light receiving device 72 are positioned therein. As such, among the components positioned inside the housing 10, the rotating shaft 20, the exciter armature 32, the auxiliary generator armature 92, the generator field 41, the rectifier 60, and the switching driver 81 , the switching element 82 , and the light receiving element 72 are components rotated by the rotation shaft 20 and are collectively referred to as a rotor. On the other hand, the exciter field 31 , the auxiliary generator field 91 , the generator armature 42 , and the light emitting element 71 are components attached to and fixed to the housing 10 , and are collectively referred to as a stator.

하우징(10)의 내면은 발전기의 회전자가 원활하게 회전될 수 있도록 원통 형상이어야 하나, 하우징(10)의 외면은 반드시 원통 형상이 아닐 수도 있다. 하우징(10)에는 발전기 가동 중 내부에서 발생한 열기를 외부로 배출하기 위한 복수 개의 배기구가 형성되는 것이 바람직하다. The inner surface of the housing 10 should have a cylindrical shape so that the rotor of the generator can rotate smoothly, but the outer surface of the housing 10 may not necessarily have a cylindrical shape. The housing 10 is preferably provided with a plurality of exhaust ports for discharging the heat generated inside the generator to the outside.

회전축(20)은 그 길이방향의 일단이 하우징(10)의 일측 종단을 관통하고 타단이 하우징(20)의 격벽(11)을 관통하여 외력에 의해 회전한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 회전축(20)은 하우징(10)의 일측 종단의 중심에 형성된 관통공과 격벽(11)의 중심에 형성된 관통공을 관통한다. 회전축(20)과 하우징(10)의 일측 종단의 관통공 사이에 볼베어링(12)이 삽입되어 있으며, 회전축(20)과 격벽(11)의 관통공 사이에도 볼베어링(12)이 삽입되어 있어 회전축(20)이 원활하게 회전할 수 있다. 회전축(20)을 회전시키는 외력의 예로는 디젤엔진 등과 같은 내연기관의 동력, 수력, 풍력 등을 들 수 있다. 회전축(20)은 이러한 외부 동력원의 운동 에너지를 전달받아 회전함으로써 회전축(20)에 결합된 여자기 전기자(32), 보조발전기 전기자(92) 및 발전기 계자(41)를 회전시켜 전기 에너지가 발생되도록 한다. 회전축(20)의 일단은 외부 동력원에 연결되며, 회전축(20)의 타단에는 수광소자(72)가 설치된다. One end of the rotation shaft 20 in the longitudinal direction passes through one end of the housing 10 and the other end passes through the partition 11 of the housing 20 to rotate by an external force. As shown in FIG. 2 , the rotation shaft 20 passes through a through hole formed in the center of one end of the housing 10 and a through hole formed in the center of the partition wall 11 . The ball bearing 12 is inserted between the rotation shaft 20 and the through hole at one end of the housing 10, and the ball bearing 12 is also inserted between the rotation shaft 20 and the through hole of the partition wall 11, so that the rotation shaft ( 20) can rotate smoothly. Examples of the external force for rotating the rotating shaft 20 include power of an internal combustion engine such as a diesel engine, hydraulic power, wind power, and the like. The rotating shaft 20 rotates the exciter armature 32, the auxiliary generator armature 92 and the generator field 41 coupled to the rotating shaft 20 by receiving the kinetic energy of the external power source and rotating to generate electric energy. do. One end of the rotating shaft 20 is connected to an external power source, and the other end of the rotating shaft 20 is provided with a light receiving element 72 .

여자기 계자(31)는 하우징(10)의 대공간의 내면에 부착되고 자동전압조정기(50)로부터 출력된 출력전압 크기 제어신호의 전력으로부터 자속을 발생시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, 여자기 계자(31)는 축방향에 대응되는 종방향의 길이보다 횡방향의 길이가 짧은 종단면을 갖는 원통 형상으로 하우징(10)의 내면에 부착되어 고정되어 자동전압조정기(50)로부터 출력된 출력전압 크기 제어신호의 전력으로부터 회전축(20)의 축방향과 직각인 방향의 자속을 발생시킨다. 여자기 계자(31)는 원통 형상의 여자기 계자 철심(311)과 여자기 계자 철심(311)에 권취되는 여자기 계자 권선(312)으로 구성된다. 여자기 계자 철심(311)은 하우징(10)의 대공간의 내면에 고정되고, 여자기 계자 철심(311)의 외주면에는 권선이 권취될 수 있는 홈이 형성된다. 여자기 계자 권선(312)은 여자기 계자 철심(311)의 홈에 권취된다. 하기에서 설명되는 바와 같이, 자동전압조절기(50)로부터 여자기 계자 권선(312)으로 직류가 공급되기 때문에, 여자기 계자 권선(312)은 하나의 권선이거나 복수 개의 권선이 한 가닥으로 연결된 권선일 수 있으며, 이러한 권선을 통해 직류가 흐르게 된다. The exciter field 31 is attached to the inner surface of the large space of the housing 10 and generates magnetic flux from the power of the output voltage magnitude control signal output from the automatic voltage regulator 50 . As shown in Fig. 2, the exciter field 31 is attached to the inner surface of the housing 10 in a cylindrical shape having a longitudinal cross-section shorter than the longitudinal length corresponding to the axial direction and fixed to the automatic voltage A magnetic flux in a direction perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 20 is generated from the power of the output voltage magnitude control signal output from the regulator 50 . The exciter field 31 is composed of a cylindrical exciter field core 311 and an exciter field winding 312 wound around the exciter field core 311 . The magnetic field core 311 is fixed to the inner surface of the large space of the housing 10 , and a groove in which a winding can be wound is formed on the outer peripheral surface of the magnetic field core 311 . The exciter field winding 312 is wound in the groove of the exciter field core 311 . As will be described below, since direct current is supplied from the automatic voltage regulator 50 to the exciter field winding 312 , the exciter field winding 312 is one winding or a winding in which a plurality of windings are connected in one strand. and direct current flows through these windings.

여자기 전기자(32)는 하우징(10)의 중심에 위치된 회전축(20)에 부착되어 고정되고, 하우징(10)의 대공간 내에서 회전축(20)과 일체로 회전함으로써 여자기 계자(31)에 의해 발생된 자속으로부터 전력을 발생시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, 여자기 전기자(32)는 회전축(20)의 축방향에 대응되는 종방향의 길이보다 횡방향의 길이가 짧은 종단면을 갖는 원통형상으로 여자기 계자(31)의 외주면을 감쌈으로써 여자기 계자(31)에 의해 발생된 자속으로부터 전력을 발생시킨다. 여자기 전기자(32)에 의해 발생된 전력은 발전기 계자(41)로 공급된다. 여자기 전기자(32)는 원통 형상의 여자기 전기자 철심(321)과 여자기 전기자 철심(321)에 권취되는 여자기 전기자 권선(322)으로 구성된다. 여자기 전기자 철심(321)은 회전축(20)에 고정되고, 여자기 전기자 철심(321)의 외주면에는 권선이 권취될 수 있는 홈이 형성된다. 여자기 전기자 권선(322)은 여자기 전기자 철심(321)의 홈에 권취된다. 본 실시예에서, 여자기 전기자 권선(322)은 3 가닥의 권선으로 여자기 전기자 철심(321)에 권취되며, 3 가닥의 여자기 전기자 권선(322)에 의해 3 상의 교류가 발생된다. The exciter armature 32 is attached to and fixed to the rotating shaft 20 located in the center of the housing 10, and rotates integrally with the rotating shaft 20 within the large space of the housing 10 to thereby excite the exciter field 31. power is generated from the magnetic flux generated by As shown in FIG. 2, the exciter armature 32 has a cylindrical shape having a longitudinal cross-section shorter than the longitudinal length corresponding to the axial direction of the rotating shaft 20, and the outer circumferential surface of the exciter field 31 Electric power is generated from the magnetic flux generated by the exciter field 31 by wrapping the The electric power generated by the exciter armature 32 is supplied to the generator field 41 . The exciter armature 32 is composed of an exciter armature core 321 having a cylindrical shape and an exciter armature winding 322 wound around the exciter armature core 321 . The excitation armature core 321 is fixed to the rotation shaft 20 , and a groove in which a winding can be wound is formed on the outer peripheral surface of the exciter armature core 321 . The exciter armature winding 322 is wound in the groove of the exciter armature iron core 321 . In this embodiment, the exciter armature winding 322 is wound around the exciter armature core 321 with three windings, and a three-phase alternating current is generated by the three-stranded exciter armature winding 322 .

보조발전기 계자(91)는 하우징(10)의 대공간의 내면에 부착 결합되어 자속을 발생시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, 보조발전기 계자(91)는 회전축(20)의 축방향에 대응되는 종방향의 길이보다 횡방향의 길이가 짧은 종단면을 갖는 다각형 형상으로 하우징(10)의 대공간의 내면에 고정되어 회전축(20)의 축방향과 직각인 방향의 자속을 발생시킨다. 본 실시예에 따른 이중 계자권선 브러시리스 동기발전기에서, 보조발전기 계자(91)는 영구자석이다.The auxiliary generator field 91 is attached and coupled to the inner surface of the large space of the housing 10 to generate magnetic flux. As shown in FIG. 2, the auxiliary generator field 91 has a polygonal shape having a longitudinal cross-section having a length in the lateral direction shorter than the length in the longitudinal direction corresponding to the axial direction of the rotating shaft 20. It is fixed to the inner surface to generate magnetic flux in a direction perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 20 . In the double field winding brushless synchronous generator according to this embodiment, the auxiliary generator field 91 is a permanent magnet.

보조발전기 전기자(92)는 하우징(10)의 중심에 위치된 회전축(20)에 부착되어 고정되고, 하우징(10)의 대공간 내에서 회전축(20)과 일체로 회전함으로써 보조발전기 계자(91)에 의해 발생된 자속으로부터 전력을 발생시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, 보조발전기 전기자(92)는 회전축(20)의 축방향에 대응되는 종방향의 길이보다 횡방향의 길이가 짧은 종단면을 갖는 원통형상으로 보조발전기 계자(91)의 외주면을 감쌈으로써 보조발전기 계자(91)에 의해 발생된 자속으로부터 전력을 발생시킨다. 보조발전기 전기자(92)에 의해 발생된 전력은 발전기 계자(41)로 공급된다. The auxiliary generator armature 92 is attached to and fixed to the rotation shaft 20 located in the center of the housing 10, and rotates integrally with the rotation shaft 20 within the large space of the housing 10 to thereby rotate the auxiliary generator field 91. power is generated from the magnetic flux generated by As shown in FIG. 2, the auxiliary generator armature 92 has a cylindrical shape having a longitudinal cross-section shorter than the longitudinal length corresponding to the axial direction of the rotary shaft 20, and the outer circumferential surface of the auxiliary generator field 91 It generates electric power from the magnetic flux generated by the auxiliary generator field 91 by wrapping. Power generated by the auxiliary generator armature 92 is supplied to the generator field 41 .

보조발전기 전기자(92)는 원통 형상의 보조발전기 전기자 철심(921)과 보조발전기 전기자 철심(921)에 권취되는 보조발전기 전기자 권선(922)으로 구성된다. 보조발전기 전기자 철심(921)은 회전축(20)에 고정되고, 보조발전기 전기자 철심(921)의 외주면에는 권선이 권취될 수 있는 홈이 형성된다. 보조발전기 전기자 권선(922)은 보조발전기 전기자 철심(921)의 홈에 권취된다. 본 실시예에서, 보조발전기 전기자 권선(922)은 3 가닥의 권선으로 보조발전기 전기자 철심(921)에 권취되며, 3 가닥의 보조발전기 전기자 권선(922)에 의해 3 상의 교류가 발생된다. The auxiliary generator armature 92 includes a cylindrical auxiliary generator armature core 921 and an auxiliary generator armature winding 922 wound around the auxiliary generator armature core 921 . The auxiliary generator armature core 921 is fixed to the rotation shaft 20 , and a groove in which a winding can be wound is formed on the outer peripheral surface of the auxiliary generator armature core 921 . The auxiliary generator armature winding 922 is wound in the groove of the auxiliary generator armature core 921 . In this embodiment, the auxiliary generator armature winding 922 is wound on the auxiliary generator armature core 921 with three windings, and a three-phase alternating current is generated by the three auxiliary generator armature windings 922 .

발전기 계자(41)는 하우징(10)의 중심에 위치된 회전축(20)에 부착되어 고정되고, 하우징(10)의 대공간 내에서 회전축(20)과 일체로 회전하면서 여자기 전기자(32) 및 보조발전기 전기자(92)에 의해 발생된 전력으로부터 자속을 발생시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, 발전기 계자(41)는 회전축(20)의 축방향에 대응되는 종방향의 길이보다 횡방향의 길이가 짧은 종단면을 갖는 원통 형상으로 회전축(20)과 일체로 회전함으로써 여자기 전기자(32)에 의해 발생된 전력으로부터 회전축(20)의 축방향과 직각인 방향의 자속을 발생시킨다. 발전기 계자(41)는 원통 형상의 발전기 계자 철심(411), 발전기 계자 철심(411)에 권취되는 발전기 계자 권선(412) 및 파형보정 계자 권선(413)으로 구성된다. The generator field 41 is attached to and fixed to the rotation shaft 20 located in the center of the housing 10, and rotates integrally with the rotation shaft 20 in the large space of the housing 10 while the exciter armature 32 and A magnetic flux is generated from the electric power generated by the auxiliary generator armature (92). As shown in FIG. 2 , the generator field 41 rotates integrally with the rotary shaft 20 in a cylindrical shape having a longitudinal cross-section having a length in the transverse direction shorter than the length in the longitudinal direction corresponding to the axial direction of the rotary shaft 20 . A magnetic flux in a direction perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 20 is generated from the electric power generated by the exciter armature 32 . The generator field 41 includes a cylindrical generator field core 411 , a generator field winding 412 wound around the generator field core 411 , and a waveform correction field winding 413 .

발전기 계자 철심(411)은 하우징(10)의 큰공간 내에서 회전축(20)에 고정되고, 발전기 계자 철심(411)의 외주면에는 권선이 권취될 수 있는 홈이 형성된다. 발전기 계자 권선(412) 및 파형보정 계자 권선(413)은 발전기 계자 철심(411)의 홈에 권취된다. 하기에서 설명되는 바와 같이, 정류기(60) 및 스위칭 소자(82) 각각으로부터의 전류가 발전기 계자(41)로 각각 공급된다. 보다 구체적으로, 여자기 전기자(32)에 의해 생성된 전력이 정류기(60)를 통하여 발전기 계자(41)로 공급되기 때문에, 발전기 계자 권선(412)은 하나의 권선이거나 복수 개의 권선이 한 가닥으로 연결된 권선이다. 또한, 보조발전기 전기자(92)에 의해 생성된 전력이 스위칭 소자(82)를 통하여 발전기 계자(41)로 공급되기 때문에, 파형보정 계자 권선(413)은 하나의 권선이거나 복수 개의 권선이 한 가닥으로 연결된 권선이다. 발전기 계자 권선(412) 및 파형보정 계자 권선(413)에는 전류가 흐르게 된다. The generator field core 411 is fixed to the rotation shaft 20 in a large space of the housing 10 , and a groove in which a winding can be wound is formed on the outer peripheral surface of the generator field core 411 . The generator field winding 412 and the waveform correction field winding 413 are wound in the groove of the generator field core 411 . Currents from each of the rectifier 60 and the switching element 82 are supplied to the generator field 41 respectively, as will be explained below. More specifically, since the power generated by the exciter armature 32 is supplied to the generator field 41 through the rectifier 60, the generator field winding 412 is one winding or a plurality of windings are formed into one strand. It is a connected winding. In addition, since the power generated by the auxiliary generator armature 92 is supplied to the generator field 41 through the switching element 82 , the waveform correction field winding 413 is one winding or a plurality of windings are formed into one strand. It is a connected winding. Current flows through the generator field winding 412 and the waveform correction field winding 413 .

보다 구체적으로, 발전기 계자(41)의 발전기 계자 권선(412)에 흐르는 전류는 직류이고, 파형보정 계자 권선(413)에 단속적으로 흐르는 전류는 교류이다. 발전기 계자 권선(412)에 흐르는 전류는 여자기 전기자(32)에 의해 발생된 전류로서 정류기(60)에 의해 직류로 정류되어 발전기 계자 권선(413)으로 공급됩니다. 이에 반하여, 파형보정 계자 권선(413)은 발전기 전기자(42)의 출력에 발생한 왜곡을 상쇄시키는 자기장을 발생시킨다. 발전기 전기자(42)의 출력에서의 왜곡은 순수 정현파 파형과 비교하여 튀어나오거나 찌그러진 부분일 수 있다. 파형보정 계자 권선(413)은 순수 정현파 파형과 비교하여 발전기의 출력이 높은 부분에서는 발전기 계자(41)의 자기장을 감소시키는 자속을 발생시켜야 하고, 반대로 발전기의 출력이 순수 정현파 파형에 비하여 낮은 부분에서는 발전기 계자(41)의 자기장을 증가시키는 자속을 발생시켜야 한다. 파형보정 계자 권선(413)에는 교류가 흐르며, 발전기의 부하전류에 발생된 왜곡을 상쇄시키는 자속을 발생시킨다. 스위칭 소자(82)는 보조발전기 전기자(92)에 의해 발생된 전류를 교류로 정류하여 파형보정 계자 권선(413)으로 공급한다. 스위칭 소자(82)에 대하여는 이하에서 상세하게 설명하기로 한다. More specifically, the current flowing in the generator field winding 412 of the generator field 41 is direct current, and the current flowing intermittently in the waveform correction field winding 413 is alternating current. The current flowing in the generator field winding 412 is the current generated by the exciter armature 32 and is rectified into DC by the rectifier 60 and supplied to the generator field winding 413 . In contrast, the waveform correction field winding 413 generates a magnetic field that cancels the distortion generated in the output of the generator armature 42 . Distortion in the output of the generator armature 42 may be a bulge or a dent compared to a pure sinusoidal waveform. The waveform correction field winding 413 should generate a magnetic flux that reduces the magnetic field of the generator field 41 in the portion where the output of the generator is high compared to the pure sinusoidal waveform, and on the contrary, in the portion where the output of the generator is low compared to the pure sinusoidal waveform It is necessary to generate a magnetic flux that increases the magnetic field of the generator field 41 . An alternating current flows through the waveform correction field winding 413 to generate a magnetic flux that cancels the distortion generated in the load current of the generator. The switching element 82 rectifies the current generated by the auxiliary generator armature 92 into alternating current and supplies it to the waveform correction field winding 413 . The switching element 82 will be described in detail below.

파형보정 계자 권선(413)은 하기에서 설명하는 바와 같이 발전기의 출력의 파형을 개선하기 위하여 발전기 계자 철심(41)에 권취된다. 파형보정 계자 권선(413)에는 발전기의 출력의 한 주기 내에서 왜곡이 발생한 동안에 왜곡을 상쇄시키기 위하여 단속적으로 전류가 흐른다. 발전기의 출력에 왜곡이 발생하지 않은 동안에는 파형보정 계자 권선(413)은 전류가 흐르지 않으며 자기장을 발생시키지 않아야 한다. 파형보정 계자 권선(413)에 왜곡이 발생한 잠깐 동안에만 자속을 발생시켜야 하므로, 파형보정 계자 권선(413)의 인덕턴스(inductance)는 발전기 계자 권선(412)의 인덕턴스보다 작아야 한다. 인덕턴스는 권선의 단면적과 권취 횟수에 비례한다. 파형보정 계자 권선(413)은 발전기 계자 권선(412)의 귄취 횟수보다 적게 권취되며, 파형보정 계자 권선(413)의 단면적은 발전기 계자 권선(412)의 단면적 보다 넓다. The waveform correction field winding 413 is wound around the generator field core 41 to improve the waveform of the output of the generator as will be described below. Current flows intermittently in the waveform correction field winding 413 to cancel the distortion while the distortion occurs within one cycle of the output of the generator. While no distortion occurs in the output of the generator, the waveform correction field winding 413 should not flow current and generate a magnetic field. Since the magnetic flux needs to be generated only for a moment when the distortion occurs in the waveform correction field winding 413 , the inductance of the waveform correction field winding 413 must be smaller than the inductance of the generator field winding 412 . The inductance is proportional to the cross-sectional area of the winding and the number of turns. The waveform correction field winding 413 is wound less than the number of turns of the generator field winding 412 , and the cross-sectional area of the waveform correction field winding 413 is larger than that of the generator field winding 412 .

발전기 전기자(42)는 하우징(10)의 대공간의 내면에 부착 결합되어 발전기 계자(41)에 의해 발생된 자속으로부터 외부로 출력되는 전력을 발생시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, 발전기 계자(41)는 회전축(20)의 축방향에 대응되는 종방향의 길이보다 횡방향의 길이가 짧은 종단면을 갖는 원통 형상으로 발전기 계자(41)의 외주면을 감쌈으로써 발전기 계자(41)에 의해 발생된 자속으로부터 전력을 발생시킨다. 발전기 전기자(42)는 원통 형상의 발전기 전기자 철심(421)과 발전기 전기자 철심(421)에 권취되는 3 가닥의 발전기 전기자 권선(422)으로 구성된다. 발전기 전기자 철심(421)은 하우징(10)의 대공간의 내면에 고정되고, 발전기 전기자 철심(421)의 외주면에는 권선이 권취될 수 있는 홈이 형성된다. 발전기 전기자 권선(422)은 발전기 전기자 철심(421)의 홈에 권취된다. The generator armature 42 is attached and coupled to the inner surface of the large space of the housing 10 to generate electric power output from the magnetic flux generated by the generator field 41 to the outside. As shown in FIG. 2 , the generator field 41 wraps around the outer peripheral surface of the generator field 41 in a cylindrical shape having a longitudinal cross-section shorter than the longitudinal length corresponding to the axial direction of the rotating shaft 20 . As a result, electric power is generated from the magnetic flux generated by the generator field 41 . The generator armature 42 is composed of a generator armature core 421 having a cylindrical shape and three strands of the generator armature winding 422 wound around the generator armature core 421 . The generator armature iron core 421 is fixed to the inner surface of the large space of the housing 10 , and a groove in which a winding can be wound is formed on the outer peripheral surface of the generator armature iron core 421 . The generator armature winding 422 is wound in the groove of the generator armature iron core 421 .

본 실시예에서, 발전기 전기자 권선(422)은 3 가닥의 권선으로 발전기 전기자 철심(421)에 권취되며, 3 가닥의 발전기 전기자 권선(422)에 의해 3 상의 교류가 발생된다. 3상 교류 발전기의 경우, 발전기 전기자(42)의 출력라인의 개수는 3개이나 도 2의 경우 단면도의 한계로 인하여 발전기 전기자(42)의 출력라인이 두 개로 도시되어 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.In this embodiment, the generator armature winding 422 is wound around the generator armature core 421 with three windings, and a three-phase alternating current is generated by the three strands of the generator armature winding 422 . In the case of a three-phase alternator, the number of output lines of the generator armature 42 is three, but in the case of FIG. 2, due to the limitation of the cross-sectional view, the technology to which this embodiment belongs that the output lines of the generator armature 42 are shown as two It can be understood by those of ordinary skill in the art.

자동전압조정기(50)는 하우징(10)의 외부에 설치되어 발전기 전기자(42)의 출력전압의 오차에 기초하는 전압 또는 전류량을 갖는 직류인 출력전압 크기 제어신호를 여자기 계자(31)로 출력함과 동시에, 기준 전류 파형과 발전기 전기자(42)의 출력 단자에 연결된 부하에 흐르는 부하전류를 감지하고, 감지된 부하전류에 기초하여 부하전류의 파형에 왜곡이 발생하여 부하전류의 파형이 비정상적인지를 나타내는 부하전류 왜곡 제어신호를 발광소자(71)로 출력한다. 전기설비들에 있어서 각 설비에 정격전압 범위를 벗어나는 전압이 입력되거나 파형이 왜곡된 전압이 입력될 경우 전기설비가 비정상적으로 작동하거나 고장날 수 있으므로, 발전기는 전기설비에 일정한 크기와 왜곡이 없는 파형을 갖는 전압을 공급해야 한다. The automatic voltage regulator 50 is installed on the outside of the housing 10 and outputs an output voltage magnitude control signal which is a direct current having a voltage or current amount based on an error in the output voltage of the generator armature 42 to the exciter field 31 . At the same time, the reference current waveform and the load current flowing to the load connected to the output terminal of the generator armature 42 are sensed, and based on the sensed load current, the waveform of the load current is distorted to determine whether the waveform of the load current is abnormal. The indicated load current distortion control signal is output to the light emitting device 71 . In electrical installations, when a voltage that exceeds the rated voltage range or a voltage with a distorted waveform is input to each equipment, the electric equipment may operate abnormally or malfunction. voltage must be supplied.

발전기 전기자(42)의 출력전압은 다양한 원인으로 인하여 변동된다. 발전기에 연결된 부하는 일반적으로 일정하지 않고 계속적으로 변동되기 때문에, 변동되는 부하와 연동되어 발전기의 출력전압도 지속적으로 변동한다. 출력전압의 변동의 예로는 출력전압 크기의 변화 또는 출력전압 파형의 왜곡을 들 수 있다. 이러한 발전기의 출력전압의 변동은 자동전압조정기(50)의 출력전압 크기 제어신호를 이용하여 여자기 계자(31)에 인가되는 전압 또는 전류량을 조절하고 자동전압조정기(50)의 부하전류 왜곡 제어신호를 이용하여 발전기 계자(41)로 공급되는 전압 또는 전류량을 조절함으로써 해결될 수 있다. 자동전압조정기(50)에 대한 상세한 설명은 이하에서 도 4 내지 6에서 상세하게 설명하기로 한다. The output voltage of the generator armature 42 fluctuates due to various causes. Since the load connected to the generator is not constant but continuously fluctuates, the output voltage of the generator also continuously fluctuates in conjunction with the fluctuating load. An example of the fluctuation of the output voltage may be a change in the magnitude of the output voltage or distortion of the output voltage waveform. The change in the output voltage of the generator is controlled by the amount of voltage or current applied to the exciter field 31 using the output voltage magnitude control signal of the automatic voltage regulator 50, and the load current distortion control signal of the automatic voltage regulator 50 This can be solved by adjusting the amount of voltage or current supplied to the generator field 41 using A detailed description of the automatic voltage regulator 50 will be described in detail below with reference to FIGS. 4 to 6 .

정류기(60)는 회전축(20) 상에 결합되어 하우징(10)의 대공간 내에서 회전축(20)과 일체로 회전하면서 여자기 전기자(32)로부터 출력된 교류를 정류함으로써 여자기 전기자(32)로부터 출력된 교류를 직류로 변환하여 발전기 계자(41)에 공급한다. 보다 구체적으로, 정류기(60)는 여자기 전기자(32)의 여자기 전기자 권선(322)과 발전기 계자(41)의 발전기 계자 권선(412) 사이에 연결되어 발전기 계자 권선(412)으로 유입되는 전류를 교류에서 직류로 정류한다. The rectifier 60 is coupled to the rotation shaft 20 and rotates integrally with the rotation shaft 20 in the large space of the housing 10 and rectifies the alternating current output from the excitation armature 32, thereby exciter armature 32. The alternating current output from the is converted into direct current and supplied to the generator field 41 . More specifically, the rectifier 60 is connected between the exciter armature winding 322 of the exciter armature 32 and the generator field winding 412 of the generator field 41, the current flowing into the generator field winding 412 is rectified from alternating current to direct current.

발광소자(71)는 하우징(10)의 소공간에 설치되어 자동전압조정기(50)로부터 출력된 부하전류 왜곡 제어신호에 기초하여 광신호를 하우징(10)의 소공간에 조사한다. 예를 들어, 발광소자(71)는 발전기의 부하전류에 왜곡이 발생하여 부하전류의 파형이 비정상적이면 점등되고 발전기의 부하전류에 왜곡이 발생하지 않아 부하전류의 파형이 정상적이면 소등됨으로써 발전기의 부하에 흐르는 부하전류의 파형이 비정상적인 동안(부하전류에 왜곡이 발생한 동안)에 광신호를 하우징(10)의 소공간에 위치한 수광소자(72)를 향해 조사한다. 이러한 발광소자(71)의 대표적인 예로는 LED, 적외선 램프를 들 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 발광소자(71)는 회전축(20)의 일단이 연장된 방향에 위치하는 하우징(10)의 타단 중심에 설치되어 광신호를 회전축(20)의 축방향으로 수광소자(72)를 향해 조사한다. The light emitting device 71 is installed in the small space of the housing 10 and irradiates an optical signal to the small space of the housing 10 based on the load current distortion control signal output from the automatic voltage regulator 50 . For example, the light emitting element 71 is turned on when the waveform of the load current is abnormal due to distortion in the load current of the generator, and turns off when the waveform of the load current is normal because the distortion does not occur in the load current of the generator. The optical signal is irradiated toward the light-receiving element 72 located in the small space of the housing 10 while the waveform of the load current flowing through it is abnormal (while distortion occurs in the load current). Representative examples of the light emitting device 71 include an LED, an infrared lamp. As shown in FIG. 2 , the light emitting device 71 is installed at the center of the other end of the housing 10 positioned in the direction in which one end of the rotation shaft 20 extends, and transmits an optical signal to the light receiving device in the axial direction of the rotation shaft 20 . Investigate towards (72).

발광소자(71)는 자동전압조정기(50)로부터 출력된 부하전류 왜곡 제어신호를 광신호로 변환하고 변환된 광신호를 수광소자(72)를 향해 조사한다. 발광소자(71)는 자동전압조정기(50)로부터 출력된 부하전류 왜곡 제어신호가 부하전류의 파형이 비정상적임을 나타내는 동안 점등되고 부하전류의 파형이 정상적임을 나타내는 동안 소등됨으로써 자동전압조정기(50)로부터 출력된 부하전류 왜곡 제어신호가 부하전류가 비정상상적임을 나타내는 동안에 광신호를 하우징(10)의 소공간에 위치한 수광소자(72)를 향해 조사한다. 하우징(10)이 원판형의 양측 종단을 갖는 원통에 돔형 덮개가 결합된 형태로 형성될 경우, 발광소자(71)는 그 발광면이 하우징(10)의 소공간에 노출되도록 돔형 덮개의 중심공에 삽입 결합됨으로써 발전기의 부하전류의 파형이 비정상적임을 나타내는 광신호를 회전축(20)의 축방향으로 수광소자(72)의 수광면을 향해 조사할 수 있다.The light emitting element 71 converts the load current distortion control signal output from the automatic voltage regulator 50 into an optical signal and irradiates the converted optical signal toward the light receiving element 72 . The light emitting device 71 is turned on while the load current distortion control signal output from the automatic voltage regulator 50 indicates that the waveform of the load current is abnormal, and turns off while the waveform of the load current is normal. While the output load current distortion control signal indicates that the load current is abnormal, the optical signal is irradiated toward the light receiving element 72 located in the small space of the housing 10 . When the housing 10 is formed in a form in which a dome-shaped cover is coupled to a cylinder having both ends of a disk shape, the light emitting device 71 has a central hole in the dome-shaped cover so that the light emitting surface thereof is exposed to a small space of the housing 10 . By being inserted and coupled to the generator, an optical signal indicating that the waveform of the load current of the generator is abnormal can be irradiated toward the light receiving surface of the light receiving element 72 in the axial direction of the rotating shaft 20 .

수광소자(72)는 회전축(20)의 타단에 설치되어 회전축(20)과 일체로 회전하면서 하우징(10)의 소공간 내에서 발광소자(71)로부터 조사된 광신호를 수신한다. 수광소자(72)는 수신된 광신호를 전기적 신호로 변환하여 발광소자(71)로부터 조사된 광신호의 세기에 비례하는 전압을 갖는 신호를 출력한다. 예를 들어, 발광소자(71)가 점등되어 발광소자(71)로부터 광신호가 조사되는 동안 수광소자(72)는 하이(high) 상태의 5 V 신호를 출력하고, 발광소자(71)가 소등된 동안에는 수광소자(72)는 로우(low) 상태의 O V 신호를 출력할 수 있다. 이러한 수광소자(72)의 대표적인 예로는 포토다이오드(photodiode)를 들 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에서 발광소자(71)로 적외선 램프가 사용되는 경우에는 수광소자(72)는 적외선 센서일 수 있다. 수광소자(72)는 발광소자(71)로부터 조사된 광신호를 전기적 신호로 변환함으로써 발광소자(71)의 광신호 조사 여부를 나타내는 신호를 스위칭 드라이버(81)로 입력한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 수광소자(72)는 회전축(20)의 타단의 중심홈에 몸체 일부가 삽입 결합됨으로써 발광소자(71)로부터 회전축(20)의 축방향으로 조사된 광신호를 수신한다. The light receiving element 72 is installed at the other end of the rotation shaft 20 and rotates integrally with the rotation shaft 20 to receive an optical signal irradiated from the light emitting device 71 in a small space of the housing 10 . The light receiving element 72 converts the received optical signal into an electrical signal and outputs a signal having a voltage proportional to the intensity of the optical signal irradiated from the light emitting element 71 . For example, while the light emitting device 71 is turned on and an optical signal is irradiated from the light emitting device 71, the light receiving device 72 outputs a high 5 V signal, and the light emitting device 71 is turned off. During the period, the light receiving element 72 may output an OV signal in a low state. A typical example of such a light receiving element 72 may be a photodiode. In addition, when an infrared lamp is used as the light emitting element 71 in another embodiment of the present invention, the light receiving element 72 may be an infrared sensor. The light receiving element 72 converts the optical signal irradiated from the light emitting element 71 into an electrical signal, thereby inputting a signal indicating whether the light emitting element 71 is irradiated with the optical signal to the switching driver 81 . As shown in FIG. 2 , the light receiving element 72 receives an optical signal irradiated from the light emitting element 71 in the axial direction of the rotating shaft 20 by inserting a part of the body into the central groove of the other end of the rotating shaft 20 . do.

상술한 바와 같이, 발광소자(71)는 회전축(20)의 축방향으로 광신호를 조사하고 수광소자(72)는 회전축(20)의 타단 중심에 설치되기 때문에 수광소자(72)가 회전하더라도 수광소자(72)는 항상 발광소자(71)로부터 조사된 광신호를 수신할 수 있다. 만약, 발광소자(71)가 회전축(20)의 축방향이 아닌 다른 방향으로 광신호를 조사하거나 수광소자(72)가 회전축(20)의 타단 중심이 아닌 격벽(11)에 설치된다면 회전축(20)의 1회전 당 한 번씩 수광소자(72)가 발광소자(71)로부터 조사된 광신호를 수신할 수 있어 스위칭 소자(82)가 반복적으로 온/오프되는 결과를 초래할 수 있다.As described above, since the light emitting element 71 irradiates an optical signal in the axial direction of the rotating shaft 20 and the light receiving element 72 is installed at the center of the other end of the rotating shaft 20, even when the light receiving element 72 rotates, light is received. The device 72 can always receive the light signal irradiated from the light emitting device 71 . If the light emitting element 71 irradiates an optical signal in a direction other than the axial direction of the rotation shaft 20 or the light receiving element 72 is installed on the partition wall 11 rather than the center of the other end of the rotation shaft 20, the rotation shaft 20 ), the light receiving element 72 may receive the light signal irradiated from the light emitting element 71 once per rotation, resulting in the switching element 82 being repeatedly turned on/off.

스위칭 드라이버(81)는 회전축(20) 상에 결합되어 하우징(10)의 대공간 내에서 회전축(20)과 일체로 회전하면서 수광소자(72)로부터 출력된 신호의 하이 또는 로우 상태에 기초하여 스위칭소자(82)의 온오프를 제어한다. 스위칭 드라이버(81)는 수광소자(72)로부터 출력된 신호가 하이 상태인 경우 스위칭소자(82)를 온시키고 수광소자(72)로부터 출력된 신호가 로우 상태인 경우 스위칭소자(82)를 오프시킨다. 즉, 스위칭 드라이버(81)는 발광소자(71)가 점등된 동안에는 스위칭소자(82)를 온시키는 하이 상태의 신호를 출력하고, 발광소자(71)가 소등된 동안에는 스위칭소자(82)를 오프시키는 로우 상태의 신호를 출력한다. 스위칭 드라이버(81)는 수광소자(72)의 출력신호에 기초하여 스위칭소자(82)를 온 또는 오프시키는 신호를 스위칭소자(82)로 출력한다. The switching driver 81 is coupled to the rotation shaft 20 and rotates integrally with the rotation shaft 20 within the large space of the housing 10 , and is switched based on a high or low state of a signal output from the light receiving element 72 . The on/off of the element 82 is controlled. The switching driver 81 turns on the switching element 82 when the signal output from the light receiving element 72 is in a high state, and turns off the switching element 82 when the signal output from the light receiving element 72 is in a low state. . That is, the switching driver 81 outputs a high-state signal for turning on the switching element 82 while the light emitting element 71 is turned on, and turns off the switching element 82 while the light emitting element 71 is turned off. Outputs a low state signal. The switching driver 81 outputs a signal for turning on or off the switching element 82 to the switching element 82 based on the output signal of the light receiving element 72 .

스위칭소자(82)는 보조발전기 전기자(92)와 발전기 계자(41) 사이에 직렬로 연결되어 하우징(10)의 대공간 내에서 회전축(20)과 일체로 회전하면서 스위칭 드라이버(82)로부터 출력된 신호의 전압에 따라 단락 또는 개방된다. 보다 구체적으로, 스위칭소자(81)는 보조발전기 전기자 권선(922)과 발전기 계자(41)의 파형보정 계자 권선(413) 사이에 직렬로 연결되어 보조발전기 전기자(92)로부터 발전기 계자(41)의 파형보정 계자 권선(413)으로 유입되거나 파형보정 계자 권선(413)으로부터 유출되는 전류를 제어한다. 스위칭소자(82)가 온 상태가 되어 단락된 경우 보조발전기 전기자(92)에 의해 발생된 전력이 발전기 계자(41)로 공급되고, 스위칭소자(82)가 오프 상태가 되어 개방된 경우 보조발전기 전기자(92)로부터 발전기 계자(41)로 공급되는 전력이 차단된다. 상술한 바와 같이, 스위칭소자(82)는 수광소자(72)의 출력 신호에 기초하여 파형보정 계자 권선(413)으로 유입되는 전류를 제어한다. The switching element 82 is connected in series between the auxiliary generator armature 92 and the generator field 41 and rotates integrally with the rotation shaft 20 in the large space of the housing 10 while being output from the switching driver 82. Short or open depending on the voltage of the signal. More specifically, the switching element 81 is connected in series between the auxiliary generator armature winding 922 and the waveform correction field winding 413 of the generator field 41 from the auxiliary generator armature 92 to the generator field 41 of The current flowing into the waveform correction field winding 413 or flowing out from the waveform correction field winding 413 is controlled. When the switching element 82 is turned on and short-circuited, the power generated by the auxiliary generator armature 92 is supplied to the generator field 41, and when the switching element 82 is turned off and opened, the auxiliary generator armature The power supplied from (92) to the generator field (41) is cut off. As described above, the switching element 82 controls the current flowing into the waveform correction field winding 413 based on the output signal of the light receiving element 72 .

보다 구체적으로, 발광소자(71)가 점등된 경우, 수광소자(72)는 하이 상태의 신호를 출력하고, 이때 스위칭 드라이버(81)로부터 스위칭소자(82)를 온시키는 하이 상태의 신호를 출력한다. 이에 따라, 스위칭소자(82)는 발광소자(71)가 점등된 동안 온되어 단락됨으로써 보조발전기 전기자(92)로부터 파형보정 계자 권선(413)으로 전류를 유입시킨다. 이와 반대로, 발광소자(71)가 소등된 경우, 수광소자(72)는 로우 상태의 신호를 출력하고, 이때 스위칭 드라이버(81)로부터 스위칭소자(82)를 오프시키는 로우 상태의 신호를 출력한다. 이에 따라, 스위칭소자(82)는 발광소자(71)가 소등된 동안 오프되어 개방됨으로써 보조발전기 전기자(92)로부터 파형보정 계자 권선(413)으로 유입되는 전류를 차단한다. 이러한 스위칭소자(82)의 대표적인 예로는 MOSFET, IGBT(Insulated gate bipolar transistor) 등을 들 수 있다. 스위칭소자(82)로 MOSFET 또는 IGBT가 사용되는 경우, 스위칭 드라이버(81)는 MOSFET 또는 IGBT의 게이트 단자에 연결되고, 게이트 단자에 하이 상태의 신호가 입력되는 경우 콜렉터 단자로부터 이미터 단자로 전류가 흐르고, 게이트 단자에 로우 상태의 신호가 입력되는 경우 전류가 흐르지 않는다. More specifically, when the light emitting element 71 is turned on, the light receiving element 72 outputs a high state signal, and at this time, the switching driver 81 outputs a high state signal for turning on the switching element 82 . . Accordingly, the switching element 82 is turned on while the light emitting element 71 is turned on and short-circuited, thereby introducing a current from the auxiliary generator armature 92 to the waveform correction field winding 413 . Conversely, when the light emitting element 71 is turned off, the light receiving element 72 outputs a low-state signal, and at this time, the switching driver 81 outputs a low-state signal for turning off the switching element 82 . Accordingly, the switching element 82 is turned off while the light emitting element 71 is turned off and opened to block the current flowing from the auxiliary generator armature 92 to the waveform correction field winding 413 . Representative examples of the switching device 82 include a MOSFET, an insulated gate bipolar transistor (IGBT), and the like. When a MOSFET or IGBT is used as the switching element 82, the switching driver 81 is connected to the gate terminal of the MOSFET or IGBT, and when a high-state signal is input to the gate terminal, a current flows from the collector terminal to the emitter terminal flow, and no current flows when a low-state signal is input to the gate terminal.

또한, 스위칭소자(82)는 브릿지 형태로 연결된 복수 개의 IGBT로 구성될 수 있다. 복수 개의 IGBT는 스위칭 드라이버(81)로부터 입력된 신호에 기초하여 발전기 계자(41)의 파형보정 계자 권선(413)으로 유입되는 전류의 방향을 제어한다. 상술한 바와 같이, 발전기의 부하전류에 발생한 왜곡이 순수 정현파 파형보다 튀어나온 경우(즉, 부하전류를 부하전류와 동일한 위상과 파고치를 갖는 정현파 신호와 비교하여, 부하전류가 정현파 신호보다 큰 경우) 파형보정 계자 권선(413)은 발전기 계자 권선(412)에 의해 발생된 자속을 감소시키기 위하여 발전기 계자 권선(412)에 의해 발생된 자속과 상반되는 방향을 갖는 자속을 생성하는 전류가 흐르고, 반대로 부하전류에 발생한 왜곡이 순수 정현파 파형보다 찌그러져 전류량이 감소된 경우(즉, 부하전류를 부하전류와 동일한 위상과 파고치를 갖는 정현파 신호와 비교하여, 부하전류가 정현파 신호보다 작은 경우) 파형보정 계자 권선(413)은 발전기 계자 권선(412)에 의해 발생된 자속을 보충하기 위하여 발전기 계자 권선(412)의 자속과 동일한 방향을 갖는 자속을 생성하는 전류가 흐른다. 파형보정 계자 권선(413)에 흐르는 전류는 부하전류의 왜곡에 따라 흐르는 방향이 가변된다. 상술한 바와 같이, 스위칭 소자(82)는 스위칭 드라이버(81)로부터 입력된 신호에 기초하여 파형보정 계자 권선(413)으로 공급하는 전류의 방향을 부하전류의 왜곡에 따라 가변한다. In addition, the switching element 82 may be composed of a plurality of IGBTs connected in the form of a bridge. The plurality of IGBTs control the direction of the current flowing into the waveform correction field winding 413 of the generator field 41 based on the signal input from the switching driver 81 . As described above, when the distortion generated in the load current of the generator protrudes from the pure sinusoidal waveform (that is, when the load current is compared with a sinusoidal signal having the same phase and crest value as the load current, the load current is greater than the sinusoidal signal) In order to reduce the magnetic flux generated by the generator field winding 412, a current generating a magnetic flux having a direction opposite to the magnetic flux generated by the generator field winding 412 flows through the waveform correction field winding 413, and vice versa. When the current distortion is distorted than the pure sinusoidal wave waveform and the amount of current is reduced (that is, when the load current is smaller than the sinusoidal wave signal by comparing the load current with a sinusoidal wave signal having the same phase and peak value as the load current) Waveform correction field winding ( A current that generates a magnetic flux having the same direction as the magnetic flux of the generator field winding 412 flows through the 413 to supplement the magnetic flux generated by the generator field winding 412 . The direction of the current flowing through the waveform correction field winding 413 is changed according to the distortion of the load current. As described above, the switching element 82 changes the direction of the current supplied to the waveform correction field winding 413 according to the distortion of the load current based on the signal input from the switching driver 81 .

도 3은 도 2에 도시된 이중 계자권선 브러시리스 동기발전기의 등가 회로도이다. 도 3을 참조하면, 여자기 전기자 권선(322)은 Y 결선되어 있고, Y 결선된 여자기 전기자 권선(322)으로부터 출력된 3 상의 교류를 정류하기 위해 여자기 전기자 권선(322)에 6 개의 다이오드가 연결되어 있다. 여자기 전기자 권선(322)으로부터 출력된 3 상의 교류는 다이오드에 의해 직류로 정류되고, 정류된 직류는 발전기 계자 철심(411)에 권취된 발전기 계자 권선(412)으로 흐른다. FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the double field winding brushless synchronous generator shown in FIG. 2 . Referring to FIG. 3 , the exciter armature winding 322 is Y-connected, and six diodes are attached to the exciter armature winding 322 to rectify the three-phase alternating current output from the Y-connected exciter armature winding 322 . is connected The three-phase alternating current output from the exciter armature winding 322 is rectified into direct current by a diode, and the rectified direct current flows to the generator field winding 412 wound around the generator field iron core 411 .

또한, 보조발전기 전기자 권선(422)도 Y 결선되어 있고, Y 결선된 보조발전기 전기자 권선(422)으로부터 출력된 3 상의 교류를 정류하기 위해 보조발전기 전기자 권선(422)에 6 개의 다이오드가 연결되어 있다. 보조발전기 전기자 권선(422)으로부터 출력된 3 상의 교류는 다이오드에 의해 직류로 정류되고, 정류된 직류는 스위칭소자(82)를 통하여 발전기 계자 철심(411)에 권취된 파형보정 계자 권선(413)으로 흐른다. In addition, the auxiliary generator armature winding 422 is also Y-connected, and six diodes are connected to the auxiliary generator armature winding 422 to rectify the three-phase alternating current output from the Y-connected auxiliary generator armature winding 422. . The three-phase alternating current output from the auxiliary generator armature winding 422 is rectified into direct current by a diode, and the rectified direct current is wound on the generator field core 411 through the switching element 82 to the waveform correction field winding 413. flows

전류가 흐르는 발전기 계자 권선(412) 및 파형보정 계자 권선(413)은 자속을 발생시키고, 발전기 계자 권선(412) 및 파형보정 계자 권선(413)에 의해 발생된 자속은 Y 결선된 발전기 전기자 권선(422)에 영향을 준다. Y 결선된 발전기 전기자 권선(422)은 발전기 계자 권선(412) 및 파형보정 계자 권선(413)에 의해 발생된 자속으로부터 3 상의 교류 전압를 발생시키고 출력한다.The generator field winding 412 and the waveform correction field winding 413 through which current flows generate magnetic flux, and the magnetic flux generated by the generator field winding 412 and the waveform correction field winding 413 is Y-connected generator armature winding ( 422) is affected. The Y-connected generator armature winding 422 generates and outputs a three-phase AC voltage from the magnetic flux generated by the generator field winding 412 and the waveform correction field winding 413 .

발전기의 출력은 자동전압조정기(50)로 피드백된다. 자동전압조정기(50)는 발전기의 출력 전압의 변화에 기초하는 전압 또는 전류량을 갖는 출력전압 크기 제어신호를 생성하고, 여자기 계자(31)로 출력한다. 보다 구체적으로, 자동전압조정기(50)는 발전기의 출력 전압의 변화에 반비례하는 전류량을 갖는 직류인 출력전압 크기 제어신호를 출력하고, 출력전압 크기 제어신호를 여자기 계자(31)의 여자기 계자 철심(311)에 권취된 여자기 계자 권선(312)에 흐르게 한다. 직류(출력전압 크기 제어신호)가 흐르는 여자기 계자 권선(312)은 자속을 발생시키고, 발생된 자속은 Y 결선된 여자기 전기자 권선(322)에 영향을 준다. Y 결선된 여자기 전기자 권선(322)은 여자기 계자 권선(312)에 의해 발생된 자속으로부터 3 상의 교류를 발생시킨다. The output of the generator is fed back to the automatic voltage regulator 50 . The automatic voltage regulator 50 generates an output voltage magnitude control signal having a voltage or current amount based on a change in the output voltage of the generator, and outputs it to the exciter field 31 . More specifically, the automatic voltage regulator 50 outputs an output voltage magnitude control signal that is direct current having an amount of current that is inversely proportional to the change in the output voltage of the generator, and outputs the output voltage magnitude control signal to the exciter field of the exciter field 31 . It flows through the exciter field winding 312 wound around the iron core 311 . The exciter field winding 312 through which direct current (output voltage magnitude control signal) flows generates a magnetic flux, and the generated magnetic flux affects the Y-connected exciter armature winding 322 . The Y-connected exciter armature winding 322 generates a three-phase alternating current from the magnetic flux generated by the exciter field winding 312 .

또한, 자동전압조정기(50)는 부하에 흐르는 부하전류를 검출하고, 부하전류에 왜곡이 발생하였는지 여부를 나타내는 부하전류 왜곡 제어신호를 발광소자(71)로 출력한다. 발광소자(71)는 부하전류 왜곡 제어신호에 기초하여 점등 또는 소등되고, 발광소자(71)가 점등된 경우 광신호를 수광소자(72)를 향하 조사한다.In addition, the automatic voltage regulator 50 detects a load current flowing through the load, and outputs a load current distortion control signal indicating whether distortion has occurred in the load current to the light emitting device 71 . The light emitting element 71 is turned on or off based on the load current distortion control signal, and when the light emitting element 71 is turned on, a light signal is irradiated toward the light receiving element 72 .

수광소자(72)는 발광소자(71)로부터 조사된 광신호를 수신하여 전기적 신호로 변환하고, 변환된 전기적 신호를 수광소자(72)와 연결된 4 개의 IGBT의 게이트 단자로 입력한다. 4 개의 IGBT는 보조발전기 전기자 권선(422)으로부터 발생된 전류를 파형보정 계자 권선(413)으로 흐르는 전류를 제어한다. 보다 구체적으로, 4 개의 IGBT 각각의 온 또는 오프 상태에 따라 파형보정 계자 권선(413)에 전류가 흐르거나 흐르지 않을 수 있으며, 또한 파형보정 계자 권선(413)에 흐르는 전류의 방향이 가변될 수 있다. 본 실시예에 따른 이중 계자권선 브러시리스 동기발전기는 파형보정 계자 권선(413)에 전류가 흐르는지 여부 및 파형보정 계자 권선(413)에 흐르는 전류의 방향을 이용하여 발전기의 출력 파형에 발생한 왜곡을 제거할 수 있습니다. The light receiving element 72 receives the optical signal irradiated from the light emitting element 71 and converts it into an electrical signal, and inputs the converted electrical signal to the gate terminals of the four IGBTs connected to the light receiving element 72 . The four IGBTs control the current generated from the auxiliary generator armature winding 422 to flow to the waveform correction field winding 413 . More specifically, a current may or may not flow in the waveform correction field winding 413 according to the on or off state of each of the four IGBTs, and the direction of the current flowing in the waveform correction field winding 413 may be varied. . The double field winding brushless synchronous generator according to this embodiment uses whether or not current flows in the waveform correction field winding 413 and the direction of the current flowing in the waveform correction field winding 413 to correct the distortion generated in the output waveform of the generator. Can be removed.

도 4는 도 2에 도시된 자동전압조정기의 구성도이다. 상술한 바와 같이, 자동전압조정기(50)는 발전기의 출력전압의 오차에 기초하는 전압 또는 전류량을 갖는 직류인 출력전압 크기 제어신호를 여자기 계자(31)로 출력하고, 또한 기준 전류 파형과 발전기 전기자(42)의 출력단자에 연결된 부하에 흐르는 부하전류의 파형에 왜곡이 발생하였는지를 여부를 나타내는 부하전류 왜곡 제어신호를 발광소자(71)로 출력한다. 4 is a block diagram of the automatic voltage regulator shown in FIG. As described above, the automatic voltage regulator 50 outputs a DC output voltage magnitude control signal having a voltage or current amount based on an error in the output voltage of the generator to the exciter field 31, and also the reference current waveform and the generator A load current distortion control signal indicating whether distortion has occurred in the waveform of the load current flowing through the load connected to the output terminal of the armature 42 is output to the light emitting device 71 .

자동전압조정기(50)는 발전기의 출력전압의 오차를 검출한 결과, 출력전압이 기준전압보다 낮은 경우 여자기 계자(31)로 입력되는 전압 또는 전류량을 증가시키고, 출력전압이 기준전압보다 높은 경우 여자기 계자(31)로 입력되는 전압 또는 전류량을 감소시킨다. 여자기 계자 권선(312)에 흐르는 전류의 크기에 비례하여 여자기 계자(31)에 의해 발생되는 자속이 증감되기 때문에, 결과적으로 발전기 전기자(42)로부터 출력되는 전압은 여자기 계자 권선(312)에 흐르는 전류에 따라 변한다. 이에 따라, 자동전압조정기(50)는 발전기의 출력전압의 오차에 기초하여 여자기 계자(31)로 공급되는 전압 또는 전류량을 조절함으로써, 발전기 전기자(42)로부터 출력되는 전압을 일정하게 유지할 수 있다. As a result of detecting an error in the output voltage of the generator, the automatic voltage regulator 50 increases the amount of voltage or current input to the exciter field 31 when the output voltage is lower than the reference voltage, and when the output voltage is higher than the reference voltage The amount of voltage or current input to the exciter field 31 is reduced. Since the magnetic flux generated by the exciter field 31 is increased or decreased in proportion to the magnitude of the current flowing in the exciter field winding 312, as a result, the voltage output from the generator armature 42 is the exciter field winding 312. changes according to the current flowing through it. Accordingly, the automatic voltage regulator 50 may maintain a constant voltage output from the generator armature 42 by adjusting the amount of voltage or current supplied to the exciter field 31 based on the error of the output voltage of the generator. .

또한, 자동전압조정기(50)는 발전기 계자(41)의 부하전류의 파형이 비정상적인 동안에 보조발전기 전기자(92)에 의해 발생된 전류가 파형보정 계자 권선(413)으로 공급되도록 제어한다. 보다 구체적으로, 자동전압조정기(50)는 발전기의 부하전류 파형의 왜곡을 검출한 결과, 부하전류 파형의 왜곡이 검출된 경우 파형보정 계자 권선(413)과 보조발전기 계자 권선(412) 사이에 연결된 스위칭소자(82)를 온시켜 파형보정 계자 권선(413)으로 전류를 공급하고, 부하전류 파형의 왜곡이 검출되지 않은 경우 파형보정 계자 권선(413)과 보조발전기 계자 권선(412) 사이에 연결된 스위칭소자(82)를 오프시켜 파형보정 계자 권선(413)으로 전류 공급을 차단한다. 자동전압조정기(50)는 부하전류 파형의 왜곡에 기초하여 발전기 계자(41)로 공급되는 전류를 제어함으로써, 발전기의 출력전압의 파형에 발생된 왜곡을 제거하여 발전기가 정현파 형태를 갖는 출력전압을 출력할 수 있게 한다. In addition, the automatic voltage regulator 50 controls the current generated by the auxiliary generator armature 92 to be supplied to the waveform correction field winding 413 while the waveform of the load current of the generator field 41 is abnormal. More specifically, the automatic voltage regulator 50 is connected between the waveform correction field winding 413 and the auxiliary generator field winding 412 when the distortion of the load current waveform is detected as a result of detecting the distortion of the load current waveform of the generator. The switching element 82 is turned on to supply current to the waveform correction field winding 413, and when the distortion of the load current waveform is not detected, the switching connected between the waveform correction field winding 413 and the auxiliary generator field winding 412 The element 82 is turned off to cut off the current supply to the waveform correction field winding 413 . The automatic voltage regulator 50 controls the current supplied to the generator field 41 based on the distortion of the load current waveform, thereby removing the distortion generated in the waveform of the output voltage of the generator so that the generator produces an output voltage having a sinusoidal shape. make it possible to print

도 4를 참조하면, 자동전압조정기(50)는 발전기의 출력 전압의 크기를 제어하기 위하여 출력전압 크기 제어신호를 출력하는 부분과 부하전류의 파형을 제어하는 위하여 부하전류 왜곡 제어신호를 출력하는 부분으로 구성된다. 출력전압 크기 제어신호를 출력하는 부분은 출력 전압의 오차를 검출하기 위한 전압오차 검출부(501)와 여자기 계자(31)로 공급되는 여자전류를 조절하기 위한 여자전류 제어부(502)로 구성된다. 전압오차 검출부(501)는 발전기의 출력 전압을 감지하여 출력 전압의 크기를 검출하고, 검출된 출력전압과 미리 설정된 기준전압을 비교하여 출력전압의 오차를 검출한다. 출력전압의 오차는 출력전압과 기준전압의 차이이다. 전압오차 검출부(501)는 검출된 오차를 여자전류 제어부(502)에 입력한다. 전압오차 검출부(501)에 대한 상세한 설명은 이하에서 도 5와 관련하여 상세하게 설명하기로 한다. Referring to FIG. 4 , the automatic voltage regulator 50 outputs a part for outputting an output voltage magnitude control signal to control the magnitude of the output voltage of the generator and a part for outputting a load current distortion control signal to control the waveform of the load current is composed of The part for outputting the output voltage magnitude control signal is composed of a voltage error detection unit 501 for detecting an error of the output voltage and an excitation current control unit 502 for adjusting the excitation current supplied to the excitation field 31 . The voltage error detection unit 501 detects the output voltage of the generator to detect the magnitude of the output voltage, and compares the detected output voltage with a preset reference voltage to detect an error in the output voltage. The error of the output voltage is the difference between the output voltage and the reference voltage. The voltage error detection unit 501 inputs the detected error to the excitation current control unit 502 . A detailed description of the voltage error detection unit 501 will be described in detail below with reference to FIG. 5 .

여자전류 제어부(502)는 전압오차 검출부(501)로부터 입력된 오차에 기초하는 전류량을 갖는 직류인 출력전압 크기 제어신호를 발생시키고 발생된 출력전압 크기 제어신호를 여자기 계자(31)로 입력한다. 출력전압 크기 제어신호의 전류량은 출력전압과 기준전압의 오차에 반비례한다. 보다 구체적으로, 여자전류 제어부(502)는 입력된 오차가 발전기의 출력전압이 기준전압보다 높다고 나타내는 경우 출력전압 크기 제어신호의 전압 또는 전류량을 감소시키고, 입력된 오차가 발전기의 출력전압이 기준전압보다 낮다고 나타내는 경우 출력전압 크기 제어신호의 전압 또는 전류량을 증가시킨다. The excitation current control unit 502 generates an output voltage level control signal that is a direct current having an amount of current based on the error input from the voltage error detection unit 501 and inputs the generated output voltage level control signal to the exciter field 31 . . The amount of current of the output voltage magnitude control signal is inversely proportional to the error between the output voltage and the reference voltage. More specifically, when the input error indicates that the output voltage of the generator is higher than the reference voltage, the excitation current controller 502 reduces the voltage or current amount of the output voltage magnitude control signal, and the input error indicates that the output voltage of the generator is the reference voltage. If it is lower than that, the voltage or current amount of the output voltage level control signal is increased.

자동전압조정기(50)의 부하전류 왜곡 제어신호를 출력하는 부분은 발전기 전기자(42)의 출력 단자에 연결된 부하에 흐르는 부하전류를 감지하고, 감지된 부하전류의 파형의 왜곡을 검출하기 위한 전류왜곡 검출부(503)와 전류왜곡 검출부(503)에서 검출된 부하전류 파형의 왜곡에 기초하여 부하전류의 파형이 비정상적인지 여부를 나타내는 부하전류 왜곡 제어신호를 생성하고 출력하는 전류왜곡 제어부(504)로 구성된다. The part outputting the load current distortion control signal of the automatic voltage regulator 50 senses the load current flowing in the load connected to the output terminal of the generator armature 42, and the current distortion for detecting the distortion of the waveform of the detected load current A current distortion control unit 504 that generates and outputs a load current distortion control signal indicating whether the waveform of the load current is abnormal based on the distortion of the load current waveform detected by the detection unit 503 and the current distortion detection unit 503 do.

전류왜곡 검출부(503)는 발전기의 부하에 흐르는 부하전류를 감지하고 감지된 부하전류와 정현파를 비교하여 부하전류 파형의 왜곡을 검출한다. 전류왜곡 검출부(503)는 감지된 부하전류를 부하전류와 동일한 위상과 파고치를 갖는 정현파 신호와 비교하여 부하전류의 파형의 왜곡을 검출한다. 전류왜곡 검출부(503)는 부하전류와 정현파 신호를 비교하여 양 신호의 차이를 검출한다. 정현파 신호와 부하전류의 차이가 존재하는 부분이 부하전류의 파형의 왜곡이 발생한 부분에 해당한다. 또한, 전류왜곡 검출부(503)는 부하전류의 크기를 측정하고, 검출된 부하전류의 파형의 왜곡을 측정된 부하전류의 크기와 비례하여 증폭한다. 전류왜곡 검출부(503)는 검출된 부하전류 파형의 왜곡을 전류왜곡 제어부(504)로 입력한다. 전류왜곡 검출부(503)에 대한 상세한 설명은 이하에서 도 6과 관련하여 상세하게 설명하기로 한다.The current distortion detection unit 503 detects a load current flowing through the load of the generator and compares the sensed load current with a sine wave to detect the distortion of the load current waveform. The current distortion detection unit 503 detects the distortion of the waveform of the load current by comparing the sensed load current with a sinusoidal signal having the same phase and peak value as the load current. The current distortion detection unit 503 compares the load current and the sinusoidal signal to detect a difference between the two signals. The part where the difference between the sinusoidal signal and the load current exists corresponds to the part where the distortion of the waveform of the load current occurs. Also, the current distortion detection unit 503 measures the magnitude of the load current and amplifies the detected distortion of the waveform of the load current in proportion to the magnitude of the measured load current. The current distortion detection unit 503 inputs the detected distortion of the load current waveform to the current distortion control unit 504 . A detailed description of the current distortion detection unit 503 will be described in detail below with reference to FIG. 6 .

전류왜곡 제어부(504)는 전류왜곡 검출부(503)로부터 입력된 부하전류 파형의 왜곡에 기초하여, 부하전류의 파형이 비정상적 또는 정상임을 나타내는 부하전류 왜곡 제어신호를 생성하고, 생성된 부하전류 왜곡 제어신호를 발광소자(71)로 입력한다. 발광소자(71)는 부하전류 왜곡 제어신호에 기초하여 점등 또는 소등되는 광신호를 수광소자(72)를 향해 조사한다. 예를 들어, 발광소자(71)는 부하전류 왜곡 제어신호가 부하전류의 파형이 비정상적임을 나타내면 점등되고, 부하전류 왜곡 제어신호가 부하전류의 파형이 정상적임을 나타내면 소등되는 광신호를 수광소자(72)를 향해 조사한다. The current distortion control unit 504 generates a load current distortion control signal indicating that the load current waveform is abnormal or normal based on the distortion of the load current waveform input from the current distortion detection unit 503, and controls the generated load current distortion. A signal is input to the light emitting element 71 . The light emitting element 71 irradiates an optical signal that is turned on or off based on the load current distortion control signal toward the light receiving element 72 . For example, the light emitting element 71 is turned on when the load current distortion control signal indicates that the waveform of the load current is abnormal, and is turned off when the load current distortion control signal indicates that the waveform of the load current is normal. ) to investigate.

도 5은 도 4에 도시된 전압오차 검출부의 구성도이다. 도 5를 참조하면, 전압오차 검출부(501)는 변압기(5011), 기준전압 발생회로(5012), 전압오차 검출회로(5013), 전압오차 증폭회로(5014), 펄스 발생회로(5015), 난조발생 방지회로(5016), 및 펄스증폭 회로(5017)로 구성된다. 변압기(5011)는 발전기 전기자(42)의 출력전압을 자동전압조정기(50)를 구성하는 회로들에 적정한 전압의 크기로 변환하고, 변환된 발전기 전기자(42)의 출력전압을 전압오차 검출회로(5013)로 입력한다.FIG. 5 is a block diagram of the voltage error detection unit shown in FIG. 4 . Referring to FIG. 5 , the voltage error detecting unit 501 includes a transformer 5011 , a reference voltage generating circuit 5012 , a voltage error detecting circuit 5013 , a voltage error amplifying circuit 5014 , a pulse generating circuit 5015 , and hunting. It is composed of a generation prevention circuit 5016 and a pulse amplification circuit 5017. The transformer 5011 converts the output voltage of the generator armature 42 to a voltage appropriate for the circuits constituting the automatic voltage regulator 50, and converts the output voltage of the generator armature 42 into a voltage error detection circuit ( 5013).

기준전압 발생회로(5012)는 발전기 전기자(42)의 출력전압과 비교하기 위한 기준 전압을 생성한다. 기준전압 발생회로(5012)는 사용자에 의해 미리 설정된 크기의 기준 전압을 생성하고, 생성된 기준전압을 전압오차 검출회로(5013)로 입력한다. 사용자에 의해 미리 설정된 크기의 기준전압의 예로는 발전기에 출력 단자에 연결되는 부하의 정격 전압 또는 해당 발전기의 용량에 해당하는 전압을 들 수 있다. 기준전압은 발전기 전기자(42)의 출력전압의 크기에 변화가 있는지를 판단하는 기준이 되는 전압이다. The reference voltage generating circuit 5012 generates a reference voltage for comparison with the output voltage of the generator armature 42 . The reference voltage generating circuit 5012 generates a reference voltage having a size preset by a user, and inputs the generated reference voltage to the voltage error detection circuit 5013 . An example of the reference voltage of the size preset by the user may be a rated voltage of a load connected to an output terminal of the generator or a voltage corresponding to the capacity of the generator. The reference voltage is a reference voltage for determining whether there is a change in the magnitude of the output voltage of the generator armature 42 .

전압오차 검출회로(5013)는 발전기 전기자(42)의 출력전압과 사용자에 의해 미리 설정된 기준전압을 비교한다. 보다 구체적으로, 전압오차 검출회로(5013)는 변압기(5011)에 의해 변환된 발전기 전기자(42)의 출력전압을 기준전압 발생회로(5012)에 의해 발생된 기준전압과 비교하여, 기준출력과 출력전압의 오차로 검출한다. 전압오차 검출회로(5013)는 검출된 오차를 전압오차 증폭회로(5014)로 입력한다. The voltage error detection circuit 5013 compares the output voltage of the generator armature 42 with a reference voltage preset by the user. More specifically, the voltage error detection circuit 5013 compares the output voltage of the generator armature 42 converted by the transformer 5011 with the reference voltage generated by the reference voltage generating circuit 5012, and provides a reference output and an output. Detected by voltage error. The voltage error detecting circuit 5013 inputs the detected error to the voltage error amplifying circuit 5014 .

전압오차 증폭회로(5014)는 전압오차 검출회로(5013)에서 검출된 오차를 증폭한다. 기준전압과 출력전압의 오차가 미세하더라도, 기준전압과 출력전압의 오차를 증폭하여 전압오차 검출부(501)에서 오차를 쉽게 감지할 수 있게 한다. 전압오차 증폭회로(5014)는 증폭된 오차를 펄스 발생회로(5015)로 입력한다. 펄스 발생회로(5015)는 전압오차 증폭회로(5014)로부터 입력된 오차에 기초하여 펄스 신호를 발생시킨다. 보다 구체적으로, 펄스 발생회로(5015)는 아날로그 신호 형태로 입력된 출력전압의 오차를 아날로그-디지털 변환기를 통하여 변환함으로써, 오차와 연관되는 펄스폭을 갖는 펄스 신호를 생성한다. 펄스신호의 펄스폭은 출력전압이 기준전압보다 낮을수록 감소되고, 출력전압이 기준전압보다 높을수록 증가된다. 펄스 발생회로(5015)는 발생된 펄스 신호를 펄스 증폭회로(5017) 및 난조발생 방지회로(5016)로 입력한다. The voltage error amplifying circuit 5014 amplifies the error detected by the voltage error detecting circuit 5013 . Even if the error between the reference voltage and the output voltage is small, the error between the reference voltage and the output voltage is amplified so that the error detection unit 501 can easily detect the error. The voltage error amplifying circuit 5014 inputs the amplified error to the pulse generating circuit 5015 . The pulse generating circuit 5015 generates a pulse signal based on the error input from the voltage error amplifying circuit 5014 . More specifically, the pulse generating circuit 5015 converts an error of an output voltage input in the form of an analog signal through an analog-to-digital converter, thereby generating a pulse signal having a pulse width associated with the error. The pulse width of the pulse signal decreases as the output voltage is lower than the reference voltage, and increases as the output voltage is higher than the reference voltage. The pulse generating circuit 5015 inputs the generated pulse signal to the pulse amplifying circuit 5017 and the hunting occurrence prevention circuit 5016 .

난조발생 방지회로(5016)는 펄스 발생회로(5015)에서 발생된 펄스 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하여 전압오차 증폭회로(5014)로 피드백한다. 난조발생 방지회로(5016)는 펄스 발생회로(5015)에서 발생된 펄스 신호를 아날로그-디지털 변환기를 통하여 아날로그 신호로 다시 변환하고, 변환된 아날로그 신호를 전압오차 증폭회로(5014)로 입력한다. 펄스 신호를 전압오차 증폭회로(5014)로 피드백함으로써 전압오차 증폭회로(5014)에서의 전압 헌팅(hunting) 등의 난조를 방지할 수 있다. 펄스 증폭회로(5017)는 펄스 발생회로(5015)에서 발생된 펄스 신호를 증폭하여 여자전류 제어부(502)로 입력한다.The hunting occurrence prevention circuit 5016 converts the pulse signal generated by the pulse generator circuit 5015 back into an analog signal and feeds it back to the voltage error amplifier circuit 5014 . The hunting occurrence prevention circuit 5016 converts the pulse signal generated by the pulse generator circuit 5015 back into an analog signal through an analog-to-digital converter, and inputs the converted analog signal to the voltage error amplifier circuit 5014 . By feeding back the pulse signal to the voltage error amplifier circuit 5014, hunting such as voltage hunting in the voltage error amplifier circuit 5014 can be prevented. The pulse amplifying circuit 5017 amplifies the pulse signal generated by the pulse generating circuit 5015 and inputs it to the excitation current control unit 502 .

여자전류 제어부(502)는 전압오차 검출부(501)로부터 입력된 펄스 신호에 기초하여 여자기 계자(31)로 입력되는 전압 또는 전류인 출력전압 크기 제어신호를 생성하고, 생성된 출력전압 크기 제어신호를 여자기 계자(31)로 공급한다. 예를 들어, 여자전류 제어부(502)는 사이리스터(thyristor)와 변압기(또는 변류기)로 구성될 수 있다. 사이리스터는 변압기와 여자기 계자 권선(312) 사이에 연결되고, 사이리스터의 게이트 단자는 전압오차 검출부(501)의 펄스 증폭회로(5017)와 연결된다. 전압오차 검출부(501)의 펄스 증폭회로(5017)에서 출력된 펄스 신호는 여자전류 제어부(502)의 사이리스터의 게이트 단자로 입력되고, 사이리스터는 게이트에 입력된 펄스 신호에 기초하여 여자기 계자(31)로 전압 또는 전류를 공급한다. 사이리스터에 의해 여자기 계자(31)로 공급되는 전압 또는 전류의 전류량은 펄스 신호의 펄스폭에 비례한다.The excitation current control unit 502 generates an output voltage level control signal that is a voltage or current input to the exciter field 31 based on the pulse signal input from the voltage error detection unit 501, and the generated output voltage level control signal is supplied to the exciter field (31). For example, the excitation current controller 502 may include a thyristor and a transformer (or a current transformer). The thyristor is connected between the transformer and the exciter field winding 312 , and the gate terminal of the thyristor is connected to the pulse amplifier circuit 5017 of the voltage error detection unit 501 . The pulse signal output from the pulse amplifier circuit 5017 of the voltage error detection unit 501 is input to the gate terminal of the thyristor of the excitation current control unit 502, and the thyristor is the excitation field 31 based on the pulse signal input to the gate. ) to supply voltage or current. The amount of current of the voltage or current supplied to the exciter field 31 by the thyristor is proportional to the pulse width of the pulse signal.

도 6은 도 4에 도시된 전류왜곡 검출부의 구성도이다. 도 6을 참조하면, 전류왜곡 검출부(503)는 변류기(5031), 전류신호 변환회로(5032), 동기신호 발생회로(5033), 정현파 발생회로(5034), 전류왜곡 검출회로(5035), 전류왜곡 증폭회로(5036), 전류값 측정회로(5037) 및 난조발생 방지회로(5038)로 구성된다. 변류기(5031)는 발전기의 출력단자에 연결된 부하에 흐르는 부하전류를 검출한다. 변류기(5031)는 검출된 부하전류를 전류신호 변환회로(5032), 동기신호 발생회로(5033) 및 전류값 측정회로(5037)로 입력한다. FIG. 6 is a block diagram of the current distortion detection unit shown in FIG. 4 . Referring to FIG. 6 , the current distortion detection unit 503 includes a current transformer 5031 , a current signal conversion circuit 5032 , a synchronization signal generation circuit 5033 , a sine wave generation circuit 5034 , a current distortion detection circuit 5035 , and a current It consists of a distortion amplifier circuit 5036, a current value measuring circuit 5037, and a hunting occurrence prevention circuit 5038. The current transformer 5031 detects a load current flowing in a load connected to an output terminal of the generator. The current transformer 5031 inputs the detected load current to the current signal conversion circuit 5032 , the synchronization signal generating circuit 5033 , and the current value measuring circuit 5037 .

전류신호 변환회로(5032)는 변류기(5031)로부터 입력된 부하전류를 전압으로 변환한다. 보다 구체적으로, 전류신호 변환회로(5032)는 입력된 부하전류를 부하전류의 크기와 상관없이 일정한 파고치(peak value)의 파형을 갖는 전압으로 변환한다. 전류신호 변환회로(5032)는 변환된 전압을 전류왜곡 검출회로(5035)로 입력한다.The current signal conversion circuit 5032 converts the load current input from the current transformer 5031 into a voltage. More specifically, the current signal conversion circuit 5032 converts the input load current into a voltage having a waveform of a constant peak value regardless of the magnitude of the load current. The current signal conversion circuit 5032 inputs the converted voltage to the current distortion detection circuit 5035 .

발전기의 부하전류는 부하의 역률로 인하여 발전기의 출력전압과 위상 차이가 존재한다. 발전기의 출력전압과 부하전류는 상술한 이유로 인하여 위상이 상이하기 때문에 부하전류의 파형에 왜곡을 검출하기 위해 부하전류와 동일한 위상을 갖는 정현파가 필요하다. 동기신호 발생회로(5033)는 변류기(5031)로부터 입력된 부하전류를 분석하여 부하전류의 한 주기의 시작점에서 트리거되는 트리거 신호를 생성한다. 동기신호 발생회로(5033)는 트리거 신호를 정현파 발생회로(5034)로 입력한다. The load current of the generator has a phase difference from the output voltage of the generator due to the power factor of the load. Since the output voltage of the generator and the load current are out of phase for the above reasons, a sine wave having the same phase as the load current is required to detect distortion in the waveform of the load current. The synchronization signal generating circuit 5033 analyzes the load current input from the current transformer 5031 and generates a trigger signal that is triggered at the start point of one cycle of the load current. The synchronization signal generating circuit 5033 inputs a trigger signal to the sine wave generating circuit 5034 .

정현파 발생회로(5034)는 동기신호 발생회로(5033)로부터 입력된 트리거 신호에 기초하여 부하전류와 동일한 위상을 갖고 전류신호 변환회로(5034)에서 변환된 전압과 동일한 파고치를 갖는 정현파 전압을 생성한다. 정현파 발생회로(5034)는 트리거 신호와 동일한 시작점에서 한 주기가 시작하고, 전류신호 변환회로(5032)에서 변환된 전압과 동일한 파고치를 갖고, 파형이 왜곡되지 않은 정현파 전압을 생성한다. 정현파 발생회로(5034)는 생성된 정현파 전압을 전류왜곡 검출회로(5035)로 입력한다. The sine wave generating circuit 5034 generates a sine wave voltage having the same phase as the load current based on the trigger signal input from the synchronization signal generating circuit 5033 and having the same peak value as the voltage converted by the current signal converting circuit 5034. . The sine wave generating circuit 5034 generates a sine wave voltage having the same peak value as the voltage converted by the current signal converting circuit 5032 and having a waveform that is not distorted, starting one cycle at the same starting point as the trigger signal. The sine wave generator circuit 5034 inputs the generated sine wave voltage to the current distortion detection circuit 5035 .

전류왜곡 검출회로(5035)는 전류신호 변환회로(5032)로부터 입력된 전압과 정현파 발생회로(5034)로부터 입력된 정현파 전압을 비교하여 부하전류 파형의 왜곡을 검출한다. 보다 구체적으로, 전류왜곡 검출회로(5035)는 전류신호 변환회로(5032)의 전압과 정현파 발생회로(5034)의 정현파 전압을 비교하여 양 전압의 차이를 검출한다. 전류신호 변환회로(5032)의 전압과 정현파 발생회로(5034)의 정현파 전압과 차이가 존재하는 부분이 부하전류에서 파형의 왜곡이 발생한 부분에 해당한다. 만약 부하전류 파형의 왜곡이 없는 경우에는 전류신호 변환회로(5032)의 전압과 정현파 발생회로(5034)의 정현파 전압이 일치하여 양 전압의 차이가 존재하지 않는다. 이에 따라, 전류신호 변환회로(5032)의 전압과 정현파 발생회로(5034)의 정현파 전압의 차이는 부하전류 파형의 왜곡과 일치한다. 전류왜곡 검출회로(5035)는 전류신호 변환회로(5032)의 전압과 정현파 발생회로(5034)의 정현파 전압의 차이를 전류왜곡 증폭회로(5036)로 입력한다. The current distortion detection circuit 5035 compares the voltage input from the current signal conversion circuit 5032 with the sine wave voltage input from the sine wave generator circuit 5034 to detect the distortion of the load current waveform. More specifically, the current distortion detection circuit 5035 compares the voltage of the current signal conversion circuit 5032 with the sinusoidal voltage of the sine wave generator circuit 5034 to detect a difference between the two voltages. A portion in which a difference exists between the voltage of the current signal conversion circuit 5032 and the sinusoidal voltage of the sinusoidal wave generator circuit 5034 corresponds to a portion in which the waveform distortion occurs in the load current. If there is no distortion of the load current waveform, the voltage of the current signal conversion circuit 5032 and the sinusoidal voltage of the sine wave generating circuit 5034 match, so that there is no difference between the two voltages. Accordingly, the difference between the voltage of the current signal conversion circuit 5032 and the sinusoidal voltage of the sinusoidal wave generator circuit 5034 coincides with the distortion of the load current waveform. The current distortion detection circuit 5035 inputs the difference between the voltage of the current signal conversion circuit 5032 and the sine wave voltage of the sine wave generator circuit 5034 to the current distortion amplifier circuit 5036 .

예를 들어, 전류왜곡 검출회로(5035)는 전류신호 변환회로(5032)로부터 입력된 전압과 정현파 발생회로(5034)로부터 입력된 정현파 전압의 한 주기를 32 등분으로 분할하여 각각을 비교한다. 전류왜곡 검출부(5035)는 분할된 각 부분에서 부하전류로부터 변환된 전압 파형과 깨끗한 정현파 파형을 비교하여, 변환된 전압 파형과 정현파 파형 사이에 차이가 있는 부분은 부하전류에 왜곡이 발생한 부분이고, 변환된 전압 파형과 정현파 파형 사이에 차이가 없는 부분은 부하전류에 왜곡이 발생하지 않은 부분이다. For example, the current distortion detection circuit 5035 divides one cycle of the voltage input from the current signal conversion circuit 5032 and the sinusoidal voltage input from the sine wave generator circuit 5034 into 32 equal parts and compares them. The current distortion detection unit 5035 compares the voltage waveform converted from the load current with a clean sinusoidal waveform in each divided portion, and the part with a difference between the converted voltage waveform and the sinusoidal waveform is a portion in which distortion occurs in the load current, The part where there is no difference between the converted voltage waveform and the sinusoidal waveform is the part where the load current is not distorted.

전류값 측정회로(5037)는 변류기(5031)에 의해 검출된 부하전류의 크기를 측정한다. 전류값 측정회로(5037)는 검출된 부하전류의 크기를 전류왜곡 증폭회로(5036)로 입력한다. The current value measuring circuit 5037 measures the magnitude of the load current detected by the current transformer 5031 . The current value measuring circuit 5037 inputs the detected magnitude of the load current to the current distortion amplifier circuit 5036 .

전류왜곡 증폭회로(5036)는 전류왜곡 검출회로(5035)에 의해 검출된 전류신호 변환회로(5032)의 전압과 정현파 발생회로(5034)의 정현파 전압의 차이를 증폭한다. 부하전류 파형의 왜곡이 미세하더라도, 전류왜곡 증폭회로(5036)는 부하전류 파형의 왜곡을 전류왜곡 제어부(504)가 부하전류 파형의 왜곡을 쉽게 감지할 수 있게 한다. The current distortion amplifier circuit 5036 amplifies the difference between the voltage of the current signal conversion circuit 5032 detected by the current distortion detection circuit 5035 and the sinusoidal wave voltage of the sinusoidal wave generator circuit 5034 . Even if the distortion of the load current waveform is minute, the current distortion amplifier circuit 5036 enables the current distortion control unit 504 to easily detect the distortion of the load current waveform.

또한, 전류왜곡 증폭회로(5036)는 부하전류 파형의 왜곡을 증폭할 때, 전류값 측정회로(5037)에서 측정됨 부하전류의 크기와 비례하여 부하전류 파형의 왜곡을 증폭시킨다. 앞서 설명한 바와 같이, 부하전류의 파형이 왜곡되면 발전기 전기자(42)에 의해 발생되는 자계에 영향을 미치게 됨에 따라, 발전기 출력전압의 파형에서도 왜곡이 발생되며, 출력전압의 파형의 왜곡은 점차 누적되어 계속 증폭된다. 부하전류 파형의 왜곡이 클수록 출력전압 파형의 왜곡도 증가한다. 또한, 출력전압 파형의 왜곡에 영향을 미치는 요인은 부하전류 파형의 왜곡의 크기 이외에도 부하전류의 크기, 즉 부하전류의 전류량도 왜곡에 영향을 미친다. 부하전류의 파형이 많이 왜곡되더라도 부하전류 자체의 크기가 작으면 회전자에 의해 발생되는 자기장의 세기도 약해지기 때문에, 부하전류의 파형 왜곡이 발전기의 출력전압 파형에 미치는 영향이 작아진다. 전류왜곡 증폭회로(5036)는 부하전류의 크기에 비례하여 부하전류 파형의 왜곡을 증폭함으로써, 출력전압의 파형을 세밀하게 제어할 수 있다. 상술한 내용을 종합하면, 자동전압조정기(50)는 부하전류의 파형 및 크기에 기초하여 부하전류의 파형이 비정상적인지를 나타내는 부하전류 왜곡 제어신호를 생성하고, 생성된 부하전류 왜곡 제어신호를 발광소자(71)로 출력한다. 전류왜곡 증폭회로(5036)는 증폭된 부하전류 파형의 왜곡을 난조발생 방지회로(5038)와 전류왜곡 제어부(504)로 입력한다.In addition, when amplifying the distortion of the load current waveform, the current distortion amplifier circuit 5036 amplifies the distortion of the load current waveform in proportion to the magnitude of the load current measured by the current value measuring circuit 5037 . As described above, when the waveform of the load current is distorted, as it affects the magnetic field generated by the generator armature 42, distortion occurs in the waveform of the generator output voltage, and the distortion of the waveform of the output voltage is gradually accumulated. continues to amplify As the distortion of the load current waveform increases, the distortion of the output voltage waveform also increases. In addition, as a factor affecting the distortion of the output voltage waveform, the magnitude of the load current, that is, the amount of current of the load current, also affects the distortion in addition to the magnitude of the distortion of the load current waveform. Even if the waveform of the load current is greatly distorted, if the magnitude of the load current itself is small, the strength of the magnetic field generated by the rotor is also weakened, so the effect of the waveform distortion of the load current on the output voltage waveform of the generator is small. The current distortion amplification circuit 5036 may finely control the waveform of the output voltage by amplifying the distortion of the load current waveform in proportion to the magnitude of the load current. In summary, the automatic voltage regulator 50 generates a load current distortion control signal indicating whether the waveform of the load current is abnormal based on the waveform and magnitude of the load current, and transmits the generated load current distortion control signal to the light emitting device. (71) is output. The current distortion amplifier circuit 5036 inputs the amplified load current waveform distortion to the hunting occurrence prevention circuit 5038 and the current distortion control unit 504 .

난조발생 방지회로(5038)는 전류왜곡 증폭회로(5036)에서 증폭된 부하전류 파형의 왜곡을 나타내는 신호를 전류왜곡 증폭회로(5036)로 피드백한다. 난조발생 방지회로(5038)는 전류왜곡 증폭회로(5036)에서 증폭된 부하전류 파형의 왜곡을 나타내는 신호를 전류왜곡 증폭회로(5036)로 피드백함으로써, 전류왜곡 증폭회로(5036)에서의 전압 헌팅(hunting) 등의 난조를 방지할 수 있다. The hunting occurrence prevention circuit 5038 feeds back a signal representing the distortion of the load current waveform amplified by the current distortion amplifier circuit 5036 to the current distortion amplifier circuit 5036 . The hunting occurrence prevention circuit 5038 feeds back the signal representing the distortion of the load current waveform amplified by the current distortion amplifier circuit 5036 to the current distortion amplifier circuit 5036, thereby performing voltage hunting in the current distortion amplifier circuit 5036 ( hunting) can be prevented.

전류왜곡 제어부(504)는 전류왜곡 검출부(503)로부터 입력된 부하전류 파형의 왜곡에 기초하여, 부하전류의 파형이 비정상적 또는 정상적임을 나타내는 부하전류 왜곡 제어신호를 생성하고, 생성된 부하전류 왜곡 제어신호를 발광소자(71)로 입력한다. 예를 들어, 전류왜곡 제어부(504)는 PWM(Pulse Width Modulation)신호 발생회로일 수 있다. PWM신호 발생회로는 전류왜곡 증폭회로(5036)로부터 입력된 부하전류 파형의 왜곡을 아날로그-디지털 변환기를 이용하여 PWM 신호로 변환한다. 예를 들어, PWM 신호 발생회로는 부하전류 파형의 왜곡이 발생한 동안, 즉 부하전류의 파형이 비정상인 동안에는 하이 상태이고, 부하전류 파형의 왜곡이 발생하지 않은 동안, 즉 부하전류의 파형이 정상적인 동안에는 로우 상태인 PWM 신호를 생성한다. 전류왜곡 제어부(504)는 PWM 신호인 부하전류 왜곡 제어신호를 발광소자(71)로 입력한다. The current distortion control unit 504 generates a load current distortion control signal indicating that the load current waveform is abnormal or normal based on the distortion of the load current waveform input from the current distortion detection unit 503, and controls the generated load current distortion A signal is input to the light emitting element 71 . For example, the current distortion control unit 504 may be a PWM (Pulse Width Modulation) signal generating circuit. The PWM signal generating circuit converts the distortion of the load current waveform input from the current distortion amplifier circuit 5036 into a PWM signal using an analog-to-digital converter. For example, the PWM signal generating circuit is in a high state while the load current waveform is distorted, that is, while the load current waveform is abnormal, while the load current waveform is not distorted, that is, while the load current waveform is normal. Generates a PWM signal that is low. The current distortion control unit 504 inputs a load current distortion control signal, which is a PWM signal, to the light emitting device 71 .

앞서 설명한 바와 같이, 발광소자(71)는 자동전압조정기(50)로부터 출력된 부하전류 왜곡 제어신호에 기초하여 점등 또는 소등되는 광신호를 수광소자(71)로 조사한다. 발광소자(71)는 자동전압조정기(50)의 전류왜곡 제어부(504)로부터 부하전류 왜곡 제어신호를 수신하고, 부하전류 왜곡 제어신호가 부하전류 파형에 왜곡이 발생하였다고 나타내는 동안(즉, 하이 상태인 동안) 점등되고 부하전류 왜곡 제어신호가 부하전류 파형에 왜곡이 발생하지 않았다고 나타내는 동안(즉, 로우 상태인 동안) 소등됨으로써, 부하전류 파형에 왜곡이 발생한 동안 광신호를 수광소자(72)를 향해 조사한다. As described above, the light emitting device 71 irradiates an optical signal that is turned on or off based on the load current distortion control signal output from the automatic voltage regulator 50 to the light receiving device 71 . The light emitting device 71 receives the load current distortion control signal from the current distortion control unit 504 of the automatic voltage regulator 50, and while the load current distortion control signal indicates that distortion has occurred in the load current waveform (ie, high state) is on) and turns off while the load current distortion control signal indicates that no distortion has occurred in the load current waveform (i.e., while in the low state), so that the light receiving element 72 receives an optical signal while distortion occurs in the load current waveform. investigate towards

수광소자(72)는 발광소자(71)로부터 광신호를 수신하여 전기적 신호로 변환한다. 수광소자(72)는 발광소자(71)가 점등되어 발광소자(71)로부터 광신호가 조사되는 동안 하이 상태이고 발광소자(71)가 소등되는 동안에는 로우 상태인 신호를 생성한다. 수광소자(72)는 생성된 신호를 스위칭 드라이버(81)로 입력한다. 스위칭 드라이버(81)는 수광소자(72)로부터 출력된 신호의 하이 또는 로우 상태에 기초하여 스위칭소자(82)의 온/오프를 제어한다. The light receiving element 72 receives the optical signal from the light emitting element 71 and converts it into an electrical signal. The light receiving element 72 generates a signal in a high state while the light emitting element 71 is turned on and a light signal is emitted from the light emitting element 71 and in a low state while the light emitting element 71 is turned off. The light receiving element 72 inputs the generated signal to the switching driver 81 . The switching driver 81 controls on/off of the switching element 82 based on a high or low state of a signal output from the light receiving element 72 .

스위칭 드라이버(81)는 수광소자(72)로부터 출력된 신호가 하이 상태인 경우 스위칭소자(82)를 온시키고, 신호가 로우 상태인 경우 스위칭소자(82)를 오프시킨다. 스위칭소자(82)가 온되는 동안 보조발전기 전기자(92)의 보조발전기 전기자 권선(422)은 발전기 계자(41)의 파형보정 계자 권선(413)과 연결되고, 보조발전기 전기자(92)에 의해 발생된 전류가 발전기 계자(41)의 파형보정 계자 권선(413)으로 흐른다. The switching driver 81 turns on the switching element 82 when the signal output from the light receiving element 72 is in a high state, and turns off the switching element 82 when the signal is in a low state. While the switching element 82 is on, the auxiliary generator armature winding 422 of the auxiliary generator armature 92 is connected to the waveform correction field winding 413 of the generator field 41, and generated by the auxiliary generator armature 92 The generated current flows to the waveform correction field winding 413 of the generator field 41 .

이에 반하여, 스위칭소자(82)가 오프되는 동안 보조발전기 전기자(92)의 보조발전기 전기자 권선(422) 과 발전기 계자(41)의 파형보정 계자 권선(413)은 개방되어 보조발전기 전기자(92)에 의해 발생된 전류가 파형보정 계자 권선(413)으로 흐르지 않는다. 보조발전기 전기자(92)는 발전기 전기자(42)의 부하전류의 파형에 왜곡이 발생한 동안, 즉 부하전류의 파형이 비정상적인 동안에 발전기 계자(41)의 파형보정 계자 권선(413)으로 전류를 공급하고, 부하전류의 파형에 왜곡이 발생하지 않은 동안, 즉 부하전류의 파형이 정상적인 동안에는 발전기 계자(41)의 파형보정 계자 권선(413)으로 전류를 공급하지 않는다. 발전기 계자(41)의 파형보정 계자 권선(413)에 부하전류의 파형이 비정상적인 동안에 한하여 전류가 공급됨으로써, 부하전류의 파형에 왜곡이 발생한 동안 발전기 계자(41)에 의해 발생되는 자속이 변화가 생기게 된다. 보다 구체적으로, 파형보정 계자 권선(413)은 발전기 전기자(42)의 출력에 발생한 왜곡을 상쇄시키는 자기장을 발생시킨다. 이에 따라, 발전기의 출력에 발생한 왜곡이 제거된다. In contrast, while the switching element 82 is turned off, the auxiliary generator armature winding 422 of the auxiliary generator armature 92 and the waveform correction field winding 413 of the generator field 41 are opened to the auxiliary generator armature 92. The current generated by this does not flow to the waveform correction field winding 413 . The auxiliary generator armature 92 supplies current to the waveform correction field winding 413 of the generator field 41 while distortion occurs in the waveform of the load current of the generator armature 42, that is, while the waveform of the load current is abnormal, No current is supplied to the waveform correction field winding 413 of the generator field 41 while the waveform of the load current is not distorted, that is, while the waveform of the load current is normal. By supplying current to the waveform correction field winding 413 of the generator field 41 only while the waveform of the load current is abnormal, the magnetic flux generated by the generator field 41 is changed while distortion occurs in the waveform of the load current do. More specifically, the waveform correction field winding 413 generates a magnetic field that cancels the distortion generated in the output of the generator armature 42 . Accordingly, distortion generated in the output of the generator is eliminated.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 계자권선 브러시리스 동기발전기의 일측 종단으로부터 타측 종단까지 종방향으로 절단한 단면도이다. 도 7을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 계자권선 브러시리스 동기발전기는 하우징(10), 회전축(20), 여자기 계자(31), 여자기 전기자(32), 보조발전기 계자(91), 보조발전기 전기자(92), 발전기 계자(41), 발전기 전기자(42), 자동전압조정기(AVR, Automative Voltage Regulator)(50), 정류기(60), 발광소자(71), 수광소자(72), 스위칭 드라이버(81), 및 스위칭소자(82)로 구성된다. 여기에서, 발전기 계자(41)를 제외한 다른 구성요소들을 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예와 동일하다. 발전기 계자(41)를 제외한 하우징(10), 회전축(20), 여자기 계자(31), 여자기 전기자(32), 보조발전기 계자(91), 보조발전기 전기자(92), 발전기 전기자(42), 자동전압조정기(AVR, Automative Voltage Regulator)(50), 정류기(60), 발광소자(71), 수광소자(72), 스위칭 드라이버(81), 및 스위칭소자(82)에 대한 상세한 설명은 위에서 설명한 내용으로 갈음하기로 한다. 7 is a longitudinal cross-sectional view from one end to the other end of the dual field winding brushless synchronous generator according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7 , a double field winding brushless synchronous generator according to another embodiment of the present invention includes a housing 10, a rotating shaft 20, an exciter field 31, an exciter armature 32, and an auxiliary generator field ( 91), auxiliary generator armature (92), generator field (41), generator armature (42), automatic voltage regulator (AVR, Automative Voltage Regulator) (50), rectifier (60), light emitting device (71), light receiving device ( 72), a switching driver 81, and a switching element 82. Here, other components except for the generator field 41 are the same as in the embodiment of the present invention shown in FIG. 2 . Except for the generator field 41, the housing 10, the rotating shaft 20, the exciter field 31, the excitation armature 32, the auxiliary generator field 91, the auxiliary generator armature 92, the generator armature (42) , an automatic voltage regulator (AVR, Automative Voltage Regulator) 50, a rectifier 60, a light emitting device 71, a light receiving device 72, a switching driver 81, and a detailed description of the switching device 82 above. I will replace it with what has been described.

본 발명의 다른 실시예에서의 발전기 계자(41)는 하우징(10)의 중심에 위치된 회전축(20)에 부착되어 고정되고, 하우징(10)의 대공간 내에서 회전축(20)과 일체로 회전하면서 여자기 전기자(32) 및 보조발전기 전기자(92)에 의해 발생된 전력으로부터 자속을 발생시킨다. 발전기 계자(41)는 원통 형상의 발전기 계자 철심(411), 발전기 계자 철심(411)에 권취되는 발전기 계자 권선(412), 원통 형상의 파형보정 계자 철심(414), 및 파형보정 계자 철심(414)에 권취되는 파형보정 계자 권선(413)으로 구성된다. The generator field 41 in another embodiment of the present invention is attached to and fixed to the rotation shaft 20 located in the center of the housing 10 , and rotates integrally with the rotation shaft 20 within the large space of the housing 10 . While generating a magnetic flux from the electric power generated by the exciter armature 32 and the auxiliary generator armature (92). The generator field 41 includes a cylindrical generator field core 411, a generator field winding 412 wound around the generator field core 411, a cylindrical waveform correction field core 414, and a waveform correction field core 414 ) is composed of a waveform correction field winding 413 wound around.

도 7에 도시된 바와 같이, 발전기 계자(41)의 발전기 계자 철심(411)은 회전축(20)의 축방향에 대응되는 종방향의 길이보다 횡방향의 길이가 짧은 종단면을 갖는 원통 형상으로 회전축(20)과 일체로 회전함으로써 여자기 전기자(32)에 의해 발생된 전력으로부터 회전축(20)의 축방향과 직각인 방향의 자속을 발생시킨다. 또한, 발전기 계자(41)의 파형보정 계자 철심(414)은 회전축(20)의 축방향에 대응되는 종방향의 길이보다 횡방향의 길이가 긴 종단면을 갖는 원통 형상으로 회전축(20)과 일체로 회전함으로써 보조발전기 전기자(92)에 의해 발생된 전력으로부터 회전축(20)의 축방향과 직각인 방향의 자속을 발생시킨다. As shown in FIG. 7, the generator field iron core 411 of the generator field 41 has a cylindrical shape having a longitudinal cross-section shorter than the longitudinal length corresponding to the axial direction of the rotating shaft 20. 20) to generate a magnetic flux in a direction perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 20 from the electric power generated by the exciter armature 32 by rotating integrally. In addition, the waveform correction field core 414 of the generator field 41 has a cylindrical shape having a longitudinal cross-section longer than the longitudinal length corresponding to the axial direction of the rotating shaft 20, and is integral with the rotating shaft 20. By rotating, a magnetic flux in a direction perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 20 is generated from the electric power generated by the auxiliary generator armature 92 .

발전기 계자 철심(411)은 하우징(10)의 큰공간 내에서 회전축(20)에 고정되고, 발전기 계자 철심(411)의 외주면에는 권선이 권취될 수 있는 홈이 형성된다. 발전기 계자 권선(412)이 발전기 계자 철심(411)의 홈에 권취된다. 마찬가지로, 파형보정 계자 철심(414)는 하우징(10)의 큰공간 내에 회전축(20)에 고정되고, 파형보정 계자 철심(414)의 외주면에는 권선이 권취될 수 있는 홈이 형성된다. 파형보정 계자 권선(413)이 파형보정 계자 철심(414)의 홈에 권취된다. 여기에서, 발전기 계자 철심(411)과 파형보정 계자 권선(414)은 회전축(20)에 서로 이격되어 고정된다. The generator field core 411 is fixed to the rotation shaft 20 in a large space of the housing 10 , and a groove in which a winding can be wound is formed on the outer peripheral surface of the generator field core 411 . The generator field winding 412 is wound in the groove of the generator field iron core 411 . Similarly, the waveform correction field core 414 is fixed to the rotating shaft 20 in the large space of the housing 10, and a groove in which a winding can be wound is formed on the outer peripheral surface of the waveform correction field core 414. The waveform correction field winding 413 is wound around the groove of the waveform correction field core 414 . Here, the generator field core 411 and the waveform correction field winding 414 are spaced apart from each other and fixed to the rotation shaft 20 .

발전기 계자 철심(411)과 파형보정 계자 철심(414)은 앞에서 설명한 바와 같이, 여자기 전기자(32)에 의해 생성된 전력이 정류기(60)를 통하여 발전기 계자(41)로 공급되기 때문에, 발전기 계자 권선(412)은 하나의 권선이거나 복수 개의 권선이 한 가닥으로 연결된 권선이다. 또한, 보조발전기 전기자(92)에 의해 생성된 전력이 스위칭 소자(82)를 통하여 발전기 계자(41)로 공급되기 때문에, 파형보정계자 권선(413)은 하나의 권선이거나 복수 개의 권선이 한 가닥으로 연결된 권선이다. 발전기 계자 권선(412) 및 파형보정 계자 권선(413)에는 전류가 흐르게 된다.Since the generator field core 411 and the waveform correction field core 414 are supplied to the generator field 41 through the rectifier 60, the electric power generated by the exciter armature 32 is supplied to the generator field as described above. The winding 412 is a single winding or a winding in which a plurality of windings are connected in one strand. In addition, since the power generated by the auxiliary generator armature 92 is supplied to the generator field 41 through the switching element 82, the waveform correction field winding 413 is one winding or a plurality of windings are formed into one strand. It is a connected winding. Current flows through the generator field winding 412 and the waveform correction field winding 413 .

보다 구체적으로, 발전기 계자(41)의 발전기 계자 권선(412)에 흐르는 전류는 직류이고, 파형보정 계자 권선(413)에 단속적으로 흐르는 전류는 교류이다. 발전기 계자 권선(412)에 흐르는 전류는 여자기 전기자(32)에 의해 발생된 전류로서 정류기(60)에 의해 직류로 정류되어 발전기 계자 권선(413)으로 공급됩니다. 이에 반하여, 파형보정 계자 권선(413)은 발전기 전기자(42)의 출력에 발생한 왜곡을 상쇄시키는 자기장을 발생시킨다. 발전기 전기자(42)의 출력에서의 왜곡은 순수 정현파 파형과 비교하여 튀어나오거나 찌그러진 부분일 수 있다. 파형보정 계자 권선(413)은 순수 정현파 파형과 비교하여 발전기의 출력이 높은 부분에서는 발전기 계자(41)의 자기장을 감소시키는 자속을 발생시켜야 하고, 반대로 발전기의 출력이 순수 정현파 파형에 비하여 낮은 부분에서는 발전기 계자(41)의 자기장을 증가시키는 자속을 발생시켜야 한다. 파형보정 계자 권선(413)에는 교류가 흐르며, 발전기의 부하전류에 발생된 왜곡을 상쇄시키는 자속을 발생시킨다.More specifically, the current flowing in the generator field winding 412 of the generator field 41 is direct current, and the current flowing intermittently in the waveform correction field winding 413 is alternating current. The current flowing in the generator field winding 412 is a current generated by the exciter armature 32 and is rectified into DC by the rectifier 60 and supplied to the generator field winding 413 . In contrast, the waveform correction field winding 413 generates a magnetic field that cancels the distortion generated in the output of the generator armature 42 . Distortion in the output of the generator armature 42 may be a bulge or a dent compared to a pure sinusoidal waveform. The waveform correction field winding 413 should generate a magnetic flux that reduces the magnetic field of the generator field 41 in the portion where the output of the generator is high compared to the pure sinusoidal waveform, and on the contrary, in the portion where the output of the generator is low compared to the pure sinusoidal waveform It is necessary to generate a magnetic flux that increases the magnetic field of the generator field 41 . An alternating current flows through the waveform correction field winding 413 to generate a magnetic flux that cancels the distortion generated in the load current of the generator.

상술한 바와 같이, 파형보정 계자 권선(413)에는 단속적으로 교류가 흐른다. 파형보정 계자 권선(413)에 흐르는 교류에 의하여 파형보정 계자 권선(413)이 권취된 발전기 계자 철심(411)에 자속이 발생하게 된다. 여기에서, 파형보정 계자 권선(413)과 발전기 계자 권선(412)이 하나의 발전기 계자 철심(411)에 함께 권취되는 경우, 파형보정 계자 권선(413)에 의해 발전기 계자 철심(411)에 발생된 자속을 인하여 발전기 계자 권선(412)에 유기 전압이 발생하게 된다. 발전기 계자 권선(412)에 발생된 유기 전압은 발전기 계자 권선(412)에 영향을 주게 된다. 발전기 계자 권선(412)에 유기된 전압으로 인하여 동기발전기의 출력 전압에 오차가 발생할 수 있다. As described above, alternating current flows intermittently in the waveform correction field winding 413 . The magnetic flux is generated in the generator field core 411 on which the waveform correction field winding 413 is wound by the alternating current flowing through the waveform correction field winding 413 . Here, when the waveform correction field winding 413 and the generator field winding 412 are wound together on one generator field core 411, the waveform correction field winding 413 generates the generator field core 411. An induced voltage is generated in the generator field winding 412 due to the magnetic flux. The induced voltage generated in the generator field winding 412 affects the generator field winding 412 . An error may occur in the output voltage of the synchronous generator due to the voltage induced in the generator field winding 412 .

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 계자권선 브러시리스 동기 발전기는 발전기 계자(41)에서 발전기 계자 권선(412)과 파형보정 계자 권선(413)을 서로 이격된 발전기 계자 철심(411) 및 파형보정 계자 철심(412)에 따로 권취한다. 발전기 계자 권선(412) 및 파형보정 계자 권선(413)을 상이한 철심에 분리하여 권취함으로써, 발전기 계자 권선(412)에 파형보정 계자 권선(412)으로붙 유기되는 전압이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 발전기 계자 권선(412)에 흐르는 전류가 와전류의 영향을 받지 않는다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 계자권선 브러시리스 동기 발전기는 출력전압의 오차를 방지하여 발전기의 출력을 항상 일정하게 유지할 수 있다. In order to solve this problem, a double field winding brushless synchronous generator according to another embodiment of the present invention includes a generator field winding 412 and a waveform correction field winding 413 spaced apart from each other in the generator field 41. 411) and the waveform correction field core 412 are wound separately. By separating and winding the generator field winding 412 and the waveform correction field winding 413 on different iron cores, it is possible to prevent the voltage induced by the generator field winding 412 from being attached to the waveform correction field winding 412 from occurring. . Accordingly, the current flowing in the generator field winding 412 is not affected by the eddy current. The dual field winding brushless synchronous generator according to another embodiment of the present invention can prevent an error in output voltage to always keep the output of the generator constant.

상술한 바와 같이, 본원발명의 실시예들에 따른 이중 계자권선 브러시리스 동기 발전기는 발전기 계자(41)에는 발전기 계자 권선(412) 및 파형보정 계자 권선(413)이 권취되어 있다. 전류가 흐르는 발전기 계자 권선(412)과 파형보정 계자 권선(413)은 자속을 발생시키고, 발전기 계자(41)는 발전기 계자(41)에 의해 발생된 자속으로부터 출력전압을 발생시키고, 발생된 출력전압을 부하로 출력한다. 여기서, 자동전압조정기(50)는 부하전류 파형의 왜곡에 기초하여 파형보정 계자 권선(413)으로 흐르는 전류를 제어하여 발전기 계자(41)에 의해 발생되는 자기장을 보정함으로써, 발전기 전기자(42)에 의해 발생되는 출력전압에서 파형에 왜곡이 발생하지 않는 깨끗한 정현파 파형을 갖도록 한다. As described above, in the dual field winding brushless synchronous generator according to embodiments of the present invention, the generator field winding 412 and the waveform correction field winding 413 are wound around the generator field 41 . The generator field winding 412 and the waveform correction field winding 413 through which current flows generate magnetic flux, and the generator field 41 generates an output voltage from the magnetic flux generated by the generator field 41, and the generated output voltage is output as a load. Here, the automatic voltage regulator 50 controls the current flowing to the waveform correction field winding 413 based on the distortion of the load current waveform to correct the magnetic field generated by the generator field 41, thereby providing the generator armature 42. It is made to have a clean sinusoidal waveform that does not cause distortion in the waveform at the output voltage generated by it.

또한, 자동전압조정기가 발전기 전기자의 출력전압을 감지하고 출력전압과 기준전압의 오차에 반비례하는 전압 또는 전류량을 갖는 전류를 여자기 계자로 입력함으로써, 발전기 전기자에 의해 발생되는 출력 전압이 일정한 크기를 유지하게 한다. 상술한 바와 같이, 본원발명의 실시예들에 따른 이중 계자권선 브러시리스 동기 발전기는 발전기의 출력을 피드백하여 발전기로 입력되는 전압 또는 전류를 제어하여, 출력을 일정한 크기로 유지하고 출력에서 발생된 왜곡을 제거함으로써 발전기의 출력 안정화의 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 발전기의 출력에 연결되는 전기설비에 과전압, 과전류, 저전압, 저전류 등 비정상적인 전원이 인가되지 않으므로, 전기설비가 비정상적으로 작동하거나 고장이 발생하지 않아 전기설비의 안정성과 수명을 대폭 향상시킬 수 있다. In addition, the automatic voltage regulator detects the output voltage of the generator armature and inputs a current having a voltage or amount of current that is inversely proportional to the error between the output voltage and the reference voltage into the exciter field, so that the output voltage generated by the generator armature is constant. to keep As described above, the double field winding brushless synchronous generator according to the embodiments of the present invention controls the voltage or current input to the generator by feeding back the output of the generator to maintain the output at a constant level and distortion generated from the output The reliability of the generator's output stabilization can be greatly improved by removing the As a result, abnormal power such as overvoltage, overcurrent, low voltage, and low current is not applied to the electrical equipment connected to the output of the generator, so the electrical equipment does not operate abnormally or malfunction, which greatly improves the stability and lifespan of the electric equipment. can

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로해석되어야 할 것이다.So far, preferred embodiments of the present invention have been mainly looked at. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in modified forms without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

10: 하우징 11: 격벽
20: 회전축
30: 여자기
31: 여자기 계자
311: 여자기 계자 철심 312: 여자기 계자 권선
32: 여자기 전기자
321: 여자기 전기자 철심 322:여자기 전기자 권선
40: 주발전기
41: 발전기 계자
411: 발전기 계자 철심 412: 발전기 계자 권선
413: 파형보정 계자 권선 414: 파형보정 계자 철심
42: 발전기 전기자
421: 발전기 전기자 철심 422: 발전기 전기자 권선
50: 자동전압조정기
501: 전압오차 검출부 502: 여자전류 제어부
503: 전류왜곡 검출부 504: 전류왜곡 제어부
60: 정류기
71: 발광소자 72: 수광소자
81: 스위칭 드라이버 82: 스위칭소자
90: 보조발전기
91: 보조발전기 계자
92: 보조발전기 전기자
921: 보조발전기 전기자 철심 922: 보조발전기 전기자 권선
10: housing 11: bulkhead
20: axis of rotation
30: exciter
31: woman reporter
311: exciter field iron core 312: exciter field winding
32: exciter armature
321: exciter armature iron core 322: exciter armature winding
40: main generator
41: generator field
411: generator field iron core 412: generator field winding
413: waveform correction field winding 414: waveform correction field core
42: generator armature
421: generator armature iron core 422: generator armature winding
50: automatic voltage regulator
501: voltage error detection unit 502: excitation current control unit
503: current distortion detection unit 504: current distortion control unit
60: rectifier
71: light emitting element 72: light receiving element
81: switching driver 82: switching element
90: auxiliary generator
91: auxiliary generator field
92: auxiliary generator armature
921: auxiliary generator armature iron core 922: auxiliary generator armature winding

Claims (8)

이중 계자권선 브러시리스 동기 발전기에 있어서,
하우징(10);
일단이 상기 하우징(10)의 일측 종단을 관통하고 타단이 상기 하우징(10)의 격벽(11)을 관통하여 외력에 의해 회전하는 회전축(20);
상기 하우징(10)의 내면에 부착되어 자속을 발생시키는 여자기 계자(31);
상기 하우징(10) 내에서 상기 회전축(20)과 일체로 회전함으로써 상기 여자기 계자(31)에 의해 발생된 자속으로부터 전력을 발생시키는 여자기 전기자(32);
상기 하우징(10)의 내면에 부착되어 자속을 발생시키는 보조발전기 계자(91);
상기 하우징(10) 내에서 상기 회전축(20)과 일체로 회전함으로써 상기 보조발전기 계자(91)에 의해 발생된 자속으로부터 전력을 발생시키는 보조발전기 전기자(92);
상기 하우징(10) 내에서 상기 회전축(20)과 일체로 회전함으로써 상기 여자기 전기자(32) 및 상기 보조발전기 전기자(92)에 의해 발생된 전력으로부터 자속을 발생시키고, 상기 여자기 전기자(32)에 의해 발생된 전류가 흐르는 발전기 계자 권선(412) 및 상기 보조발전기 전기자(92)에 의해 발생된 전류가 흐르는 파형보정 계자 권선(413)을 포함하는 발전기 계자(41); 및
상기 하우징(10)의 내면에 부착되어 상기 발전기 계자(41)에 의해 발생된 자속으로부터 외부로 출력되는 전력을 발생시키는 발전기 전기자(42)를 포함하고,
상기 보조발전기 전기자(92)는 상기 발전기 전기자(42)의 부하전류에 왜곡이 발생하여 상기 부하전류의 파형이 비정상적인 동안에 상기 발전기 계자(41)의 파형보정 계자 권선(413)으로 전류를 공급함으로써, 상기 발전기 계자(41)의 파형보정 계자 권선(413)이 상기 부하전류의 파형이 비정상적인 동안 상기 발전기 전기자(42)의 부하전류에 발생한 왜곡을 상쇄시키는 자기장을 발생시키는 것을 특징으로 하는 이중 계자권선 브러시리스 동기 발전기.
A double field winding brushless synchronous generator comprising:
housing 10;
a rotating shaft 20 having one end passing through one end of the housing 10 and the other end passing through the partition 11 of the housing 10 and rotating by an external force;
an exciter field 31 attached to the inner surface of the housing 10 to generate magnetic flux;
an exciter armature 32 for generating electric power from the magnetic flux generated by the exciter field 31 by rotating integrally with the rotating shaft 20 within the housing 10;
an auxiliary generator field 91 attached to the inner surface of the housing 10 to generate magnetic flux;
an auxiliary generator armature (92) for generating electric power from the magnetic flux generated by the auxiliary generator field (91) by rotating integrally with the rotating shaft (20) in the housing (10);
A magnetic flux is generated from the electric power generated by the exciter armature 32 and the auxiliary generator armature 92 by rotating integrally with the rotating shaft 20 in the housing 10, and the exciter armature 32 a generator field 41 including a generator field winding 412 through which the current generated by the generator flows and a waveform correction field winding 413 through which the current generated by the auxiliary generator armature 92 flows; and
and a generator armature 42 attached to the inner surface of the housing 10 to generate power output to the outside from the magnetic flux generated by the generator field 41,
The auxiliary generator armature 92 supplies current to the waveform correction field winding 413 of the generator field 41 while distortion occurs in the load current of the generator armature 42 and the waveform of the load current is abnormal, Double field winding brush, characterized in that the waveform correction field winding (413) of the generator field (41) generates a magnetic field that cancels the distortion generated in the load current of the generator armature (42) while the waveform of the load current is abnormal lease synchronous generator.
제 1 항에 있어서,
상기 발전기 전기자(42)의 출력 단자에 연결된 부하에 흐르는 부하전류를 감지하고, 상기 감지된 부하전류에 기초하여 상기 부하전류의 파형에 왜곡이 발생하여 상기 부하전류의 파형이 비정상적인지 여부를 나타내는 부하전류 왜곡 제어신호를 출력하는 자동전압조정기(50)를 더 포함하고,
상기 자동전압조정기(50)는
상기 발전기 전기자(42)의 출력 단자에 연결된 부하에 흐르는 부하전류를 감지하고 감지된 부하전류의 파형의 왜곡을 검출하는 전류왜곡 검출부(503); 및
상기 전류왜곡 검출부(503)에서 검출된 부하전류 파형의 왜곡에 기초하여, 상기 부하전류의 파형이 비정상적인지 여부를 나타내는 부하전류 왜곡 제어신호를 생성하고, 상기 생성된 부하전류 왜곡 제어 신호를 출력하는 전류왜곡 제어부(504)를 포함하고,
상기 전류왜곡 검출부(503)는 상기 감지된 부하전류를 상기 부하전류와 동일한 위상 및 파고치를 갖는 정현파 신호와 비교하여 상기 부하전류 파형의 왜곡을 검출하고, 상기 부하전류의 크기를 측정하고, 상기 검출된 부하전류 파형의 왜곡을 상기 측정된 부하전류의 크기와 비례하여 증폭하는 것을 특징으로 하는 이중 계자권선 브러시리스 동기발전기.
The method of claim 1,
A load indicating whether the waveform of the load current is abnormal by detecting a load current flowing in the load connected to the output terminal of the generator armature 42, and generating distortion in the waveform of the load current based on the sensed load current Further comprising an automatic voltage regulator 50 for outputting a current distortion control signal,
The automatic voltage regulator 50 is
a current distortion detection unit 503 for detecting a load current flowing in a load connected to an output terminal of the generator armature 42 and detecting distortion of a waveform of the detected load current; and
Based on the distortion of the load current waveform detected by the current distortion detection unit 503, generating a load current distortion control signal indicating whether the waveform of the load current is abnormal, and outputting the generated load current distortion control signal including a current distortion control unit 504,
The current distortion detection unit 503 detects the distortion of the load current waveform by comparing the sensed load current with a sinusoidal wave signal having the same phase and crest value as the load current, measures the magnitude of the load current, and detects the A double field winding brushless synchronous generator, characterized in that the distortion of the load current waveform is amplified in proportion to the magnitude of the measured load current.
제 2 항에 있어서,
상기 하우징(10) 내에 설치되어 상기 자동전압조정기(50)로부터 출력된 부하전류 왜곡 제어신호에 기초하여 광신호를 조사하는 발광소자(71);
상기 회전축(20)의 타단에 설치되어 상기 회전축(20)과 일체로 회전하면서 상기 하우징(10) 내에서 상기 발광소자(71)로부터 조사된 광신호를 수신하는 수광소자(72);
상기 보조발전기 전기자(92)와 상기 발전기 계자(41) 사이에 직렬로 연결되어 상기 파형보정 계자 권선(413)으로 유입되거나 상기 파형보정 계자 권선(413)로부터 유출되는 전류를 제어하는 스위칭소자(82); 및
상기 스위칭소자(82)의 온오프를 제어하는 신호를 상기 스위칭소자(82)로 출력하는 스위칭드라이버(81)를 더 포함하고,
상기 발광소자(71)는 상기 부하전류 왜곡 제어신호가 상기 부하전류의 파형이 비정상적임을 나타내면 점등되고 상기 부하전류의 파형이 정상적임을 나타내는 소등됨으로써, 상기 부하전류의 파형에 왜곡이 발생한 동안에 상기 광신호를 상기 수광소자(72)를 향해 조사하고,
상기 수광소자(72)는 상기 발광소자(71)로부터 조사된 광신호를 전기적 신호로 변환함으로써 상기 발광소자(71)의 광신호의 조사 여부를 나타내는 신호를 상기 스위칭 드라이버(81)로 입력하고,
상기 스위칭 드라이버(81)는 상기 수광소자(72)로부터 입력된 신호에 기초하여 상기 발광소자(71)가 점등된 동안에 상기 스위칭소자(82)를 온시키고 상기 발광소자(71)가 소등된 동안에 오프시킴으로써, 상기 부하전류의 파형에 왜곡이 발생한 동안 상기 보조발전기 전기자(92)로부터 상기 파형보정 계자 권선(413)으로 전류가 유입되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 이중 계자권선 브러시리스 동기 발전기.
3. The method of claim 2,
a light emitting device installed in the housing 10 and irradiating an optical signal based on a load current distortion control signal output from the automatic voltage regulator 50;
a light receiving element 72 installed at the other end of the rotation shaft 20 to receive an optical signal irradiated from the light emitting device 71 in the housing 10 while rotating integrally with the rotation shaft 20;
A switching element 82 connected in series between the auxiliary generator armature 92 and the generator field 41 to control the current flowing into the waveform correction field winding 413 or flowing out from the waveform correction field winding 413 . ); and
Further comprising a switching driver (81) for outputting a signal for controlling the on-off of the switching device (82) to the switching device (82),
The light emitting device 71 is turned on when the load current distortion control signal indicates that the waveform of the load current is abnormal and turns off indicating that the waveform of the load current is normal, so that the optical signal while the waveform of the load current is distorted is irradiated toward the light receiving element 72,
The light receiving element 72 converts the optical signal irradiated from the light emitting element 71 into an electrical signal, thereby inputting a signal indicating whether the light emitting element 71 is irradiated with the optical signal to the switching driver 81,
The switching driver 81 turns on the switching element 82 while the light emitting element 71 is turned on based on a signal input from the light receiving element 72 and turns off while the light emitting element 71 is turned off By doing so, a current is controlled to flow from the auxiliary generator armature (92) to the waveform correction field winding (413) while distortion occurs in the waveform of the load current.
제 3 항에 있어서,
상기 스위칭소자(82)는 상기 부하전류 파형의 왜곡에 따라 파형보정 계자 권선(413)으로 공급되는 전류의 방향을 제어하고,
상기 스위칭소자(82)는 상기 부하전류와 상기 정현파 신호를 비교하여 상기 부하전류가 상기 정현파 신호보다 큰 경우 상기 파형보정 계자 권선(413)이 상기 발전기 계자 권선(412)에 의해 발생된 자속과 동일한 방향을 갖는 자속을 생성하게 하는 방향으로 전류를 흐르게 하고, 상기 부하전류와 상기 정현파 신호를 비교하여 상기 부하전류가 상기 정현파 신호보다 작은 경우 상기 파형보정 계자 권선(413)에 상기 발전기 계자 권선(412)에 의해 발생된 자속과 반대되는 방향을 갖는 자속을 생성하게 하는 방향으로 전류를 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 이중 계자권선 브러시리스 동기 발전기.
4. The method of claim 3,
The switching element 82 controls the direction of the current supplied to the waveform correction field winding 413 according to the distortion of the load current waveform,
The switching element 82 compares the load current with the sinusoidal signal so that when the load current is greater than the sinusoidal signal, the waveform correction field winding 413 is the same as the magnetic flux generated by the generator field winding 412 . When a current flows in a direction to generate a directional magnetic flux, the load current is compared with the sinusoidal signal, and when the load current is smaller than the sinusoidal signal, the generator field winding 412 is connected to the waveform correction field winding 413. ), a double field winding brushless synchronous generator, characterized in that the current flows in a direction to generate a magnetic flux having a direction opposite to the magnetic flux generated by the
제 1 항에 있어서,
상기 파형보정 계자 권선(413)의 단면적이 상기 발전기 계자 권선(412)의 단면적 보다 넓으며,
상기 파형보정 계자 권선(413)의 권취 횟수가 상기 발전기 계자 권선(412)의 권취 횟수보다 적은 것을 특징으로 하는 이중 계자권선 브러시리스 동기 발전기.
The method of claim 1,
The cross-sectional area of the waveform correction field winding 413 is wider than that of the generator field winding 412,
A double field winding brushless synchronous generator, characterized in that the number of windings of the waveform correction field winding (413) is less than the number of windings of the generator field winding (412).
제 3 항에 있어서,
상기 하우징(10)은 상기 격벽(11)에 의해 제 1 공간과 제 2 공간으로 분할되고,
상기 제 2 공간은 밀폐되어 있고,
상기 여자기 계자(31), 상기 여자기 전기자(32), 상기 보조발전기 계자(91), 상기 보조발전기 전기자(92), 상기 발전기 계자(41), 상기 발전기 전기자(42), 상기 스위칭 드라이버(81) 및 상기 스위칭소자(82)는 상기 제 1 공간에 위치하고,
상기 발광소자(71) 및 상기 수광소자(72)는 상기 제 2 공간에 위치되고,
상기 발광소자(71)는 상기 광신호를 상기 하우징(10)의 제 2 공간에서 상기 수광소자(72)를 향해 조사하는 것을 특징으로 하는 이중 계자권선 브러시리스 동기발전기.
4. The method of claim 3,
The housing 10 is divided into a first space and a second space by the partition wall 11,
The second space is sealed,
The exciter field 31, the exciter armature 32, the auxiliary generator field 91, the auxiliary generator armature 92, the generator field 41, the generator armature 42, the switching driver ( 81) and the switching element 82 are located in the first space,
The light emitting element 71 and the light receiving element 72 are located in the second space,
The light emitting element (71) irradiates the optical signal from the second space of the housing (10) toward the light receiving element (72).
제 2 항에 있어서,
상기 자동전압조정기(50)는
상기 발전기 전기자(42)의 출력전압을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 상기 발전기 전기자(42)의 출력전압의 오차를 검출하는 전압오차 검출부(501); 및
상기 검출된 출력전압의 오차에 반비례하는 전류량을 갖는 직류인 출력전압 크기 제어신호를 생성하고, 상기 생성된 출력전압 크기 제어신호를 상기 여자기 계자(31)로 입력하는 여자전류 제어부(502)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 계자권선 브러시리스 동기발전기.
3. The method of claim 2,
The automatic voltage regulator 50 is
a voltage error detection unit 501 for detecting an error in the output voltage of the generator armature 42 by comparing the output voltage of the generator armature 42 with a preset reference voltage; and
An excitation current control unit 502 that generates a DC output voltage magnitude control signal having an amount of current inversely proportional to the detected output voltage error, and inputs the generated output voltage magnitude control signal to the exciter field 31 . Double field winding brushless synchronous generator, characterized in that it further comprises.
제 1 항에 있어서,
상기 발전기 계자(41)는
원통 형상으로 상기 회전축(20)에 고정되는 발전기 계자 철심(411);
상기 발전기 계자 철심(411)에 권취되는 발전기 계자 권선(412);
원통 형상으로 상기 회전축(20)에 고정되는 파형보정 계자 철심(414); 및
상기 파형보정 계자 철심(414)에 권취되는 파형보정 계자 권선(413)을 포함하고,
상기 발전기 계자 철심(411) 및 상기 파형보정 계자 철심(414)은 상기 회전축(20)에 서로 이격되어 고정되는 것을 특징으로 하는 이중 계자권선 브러시리스 동기발전기.
The method of claim 1,
The generator field 41 is
a generator field iron core 411 fixed to the rotation shaft 20 in a cylindrical shape;
a generator field winding 412 wound around the generator field iron core 411;
a waveform correction field core 414 fixed to the rotation shaft 20 in a cylindrical shape; and
and a waveform correction field winding 413 wound around the waveform correction field core 414,
The dual field winding brushless synchronous generator, characterized in that the generator field core (411) and the waveform correction field core (414) are spaced apart from each other and fixed to the rotation shaft (20).
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