KR102405232B1 - Control system and operation method for operating parallel alternator for power generation of ships - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템 및 운용 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 교류 발전기를 대체하는 전력 공급 시스템으로 알터네이터의 고전류 출력을 선내 전력 상태에 따라 제어하고, 배터리로부터 유입되는 역전류를 차단 및 제어하며, 알터네이터의 기본 정보를 이용하여 안정된 시스템을 운용함으로 전력 생산 및 부하와 연동 시 안전하게 이용할 수 있는 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템 및 운용 방법을 제공하는데 있다. 이를 위해 본 발명은 선박의 제1엔진 축에 결합되어 발전하고 교류를 직류로 정류하여 출력하는 제1알터네이터; 선박의 제2엔진 축에 결합되어 발전하고 교류를 직류로 정류하여 출력하는 제2알터네이터; 상기 제1,2알터네이터의 출력 단자에 병렬로 연결되어 직류 전원을 출력하는 시스템 출력 단자; 상기 시스템 출력 단자에 연결되어 충전되는 선박의 전기 설비용 배터리; 상기 시스템 출력 단자에 연결되어 충전되는 선박의 엔진 시동용 배터리; 상기 시스템 출력 단자에 연결되어 직류를 교류로 컨버팅하여 출력하는 인버터; 상기 인버터 또는 육상 교류 전원에 연결되어 교류를 교류 부하에 출력하는 오토 트랜스퍼 스위치; 상기 시스템 출력 단자에 연결되어 직류를 강압하여 출력하는 스위칭 모드 파워 서플라이; 상기 스위칭 모드 파워 서플라이에 연결되어 전원을 공급받아 제어 동작을 수행하는 제어부; 상기 스위칭 모드 파워 서플라이에 연결되어 전원을 공급받아 표시 동작을 수행하는 휴먼 머신 인터페이스; 및 상기 육상 교류 전원에 연결되어 상기 전기 설비용 배터리와 상기 엔진 시동용 배터리를 충전하는 배터리 충전기를 포함하는, 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템을 개시한다.The present invention relates to a control system and an operating method for operating a parallel alternator for power production of a ship, and the technical problem to be solved is to control the high current output of the alternator according to the inboard power state as a power supply system that replaces the alternator, A control system and operation method for operating a parallel alternator for power generation in ships that can be safely used when interlocking with power generation and load by blocking and controlling the reverse current flowing from the battery and operating a stable system using the basic information of the alternator is to provide To this end, the present invention provides a first alternator that is coupled to a first engine shaft of a ship to generate electricity and rectifies alternating current into direct current to output; a second alternator coupled to the ship's second engine shaft to generate electricity and rectify alternating current to direct current; a system output terminal connected in parallel to the output terminals of the first and second alternators to output DC power; a battery for electric equipment of a ship connected to the system output terminal and charged; a battery for starting an engine of a vessel connected to the system output terminal and being charged; an inverter connected to the system output terminal to convert direct current to alternating current and output; an auto transfer switch connected to the inverter or land AC power to output AC to an AC load; a switching mode power supply connected to the system output terminal to step-down and output direct current; a control unit connected to the switching mode power supply and receiving power to perform a control operation; a human machine interface connected to the switching mode power supply to receive power to perform a display operation; and a battery charger connected to the land AC power supply to charge the battery for electric equipment and the battery for starting the engine, a control system for operating a parallel alternator for power generation of a ship.
Description
본 발명은 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템 및 운용 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control system and an operating method for operating a parallel alternator for power generation of a ship.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 일반적인 선박(10)은 2개의 엔진(11)을 가지고 있으며, 각 엔진(11)에 하나씩 기본적인 알터네이터(12)를 엔진 메이커에서 제공하고 있다. 하지만, 이러한 알터네이터(12)는 엔진(11)을 초기 구동(시동)하기 위한 모터용 MF(Maintenance Free) 배터리(13)를 충전하기 위한 장치일 뿐 선내 다른 전기 설비(14)에 안정적으로 전력을 공급할 수 없다. 이에 따라, 종래의 선박(10)에는 선내 다른 전기 설비(14)를 위한 별도의 교류 발전기(15)를 갖고 있다.1A and 1B , a
즉, 전장 및 시스템의 발전으로 점차 선박에 필요한 전력량이 증가하고 있기 때문에, 기존 선박에서는 디젤을 기반으로 한 교류 발전기(15)를 이용해 다양한 전기 설비(14)에 전력을 공급하고 있다. 그러나, 이는 소음, 유해가스, 부하 집중으로 인한 잦은 고장, 수리, 수명 감소 등의 이유로 많은 불편함을 유발한다.That is, since the amount of electric power required for a ship is gradually increasing due to the power generation of electric fields and systems, an existing ship supplies electric power to various
또한, 여러 문제점 중에 유해가스 배출은 앞으로 온실 가스 저감 활동을 고려하면 해결해야 할 문제점이며, 이로 인해 하이브리드 형태의 선박이 점차 고려되고 있다.In addition, among various problems, the emission of harmful gases is a problem to be solved in consideration of greenhouse gas reduction activities in the future, and for this reason, a hybrid type ship is gradually being considered.
한편, 전력이 부족할 경우 시동용 전원에 연결 하여 배터리 용량을 추가적으로 이용하는 예도 있으나, 이 방법의 문제점은 배터리 방전량이 높아질수록 육전 충전시간이 길어져 선박의 대기시간이 길어져 기동성에 제한을 받게 된다는 것이다.On the other hand, there is an example of using the battery capacity additionally by connecting to the starting power source when power is insufficient, but the problem with this method is that the higher the battery discharge amount, the longer the land charge time, and the standby time of the ship becomes longer, which limits the maneuverability.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.The above-described information disclosed in the background technology of the present invention is only for improving the understanding of the background of the present invention, and thus may include information that does not constitute the prior art.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 교류 발전기를 대체하는 전력 공급 시스템으로 알터네이터의 고전류 출력을 선내 전력 상태에 따라 제어하고, 배터리로부터 유입되는 역전류를 차단 및 제어하며, 알터네이터의 기본 정보를 이용하여 안정된 시스템을 운용함으로 전력 생산 및 부하와 연동 시 안전하게 이용할 수 있는 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템 및 운용 방법을 제공하는데 있다.The problem to be solved by the present invention is to control the high current output of the alternator according to the onboard power state as a power supply system replacing the alternator, block and control the reverse current flowing from the battery, and stabilize the alternator using basic information An object of the present invention is to provide a control system and an operating method for operating a parallel alternator for power generation of ships that can be safely used when interlocking with power generation and load by operating the system.
본 발명에 따른 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템은 선박의 제1엔진 축에 결합되어 발전하고 교류를 직류로 정류하여 출력하는 제1알터네이터; 선박의 제2엔진 축에 결합되어 발전하고 교류를 직류로 정류하여 출력하는 제2알터네이터; 상기 제1,2알터네이터의 출력 단자에 병렬로 연결되어 직류 전원을 출력하는 시스템 출력 단자; 상기 시스템 출력 단자에 연결되어 충전되는 선박의 전기 설비용 배터리; 상기 시스템 출력 단자에 연결되어 충전되는 선박의 엔진 시동용 배터리; 상기 시스템 출력 단자에 연결되어 직류를 교류로 컨버팅하여 출력하는 인버터; 상기 인버터 또는 육상 교류 전원에 연결되어 교류를 교류 부하에 출력하는 오토 트랜스퍼 스위치; 상기 시스템 출력 단자에 연결되어 직류를 강압하여 출력하는 스위칭 모드 파워 서플라이; 상기 스위칭 모드 파워 서플라이에 연결되어 전원을 공급받아 제어 동작을 수행하는 제어부; 상기 스위칭 모드 파워 서플라이에 연결되어 전원을 공급받아 표시 동작을 수행하는 휴먼 머신 인터페이스; 및 상기 육상 교류 전원에 연결되고 교류를 직류로 변환하여 상기 전기 설비용 배터리와 상기 엔진 시동용 배터리를 충전하는 배터리 충전기를 포함할 수 있다.A control system for operating a parallel alternator for power generation of a ship according to the present invention includes: a first alternator for generating electricity by being coupled to a first engine shaft of a ship and rectifying alternating current into direct current to output; a second alternator coupled to the ship's second engine shaft to generate electricity and rectify alternating current to direct current; a system output terminal connected in parallel to the output terminals of the first and second alternators to output DC power; a battery for electric equipment of a ship connected to the system output terminal and charged; a battery for starting an engine of a vessel connected to the system output terminal and being charged; an inverter connected to the system output terminal to convert direct current to alternating current and output; an auto transfer switch connected to the inverter or land AC power to output AC to an AC load; a switching mode power supply connected to the system output terminal to step-down and output direct current; a control unit connected to the switching mode power supply and receiving power to perform a control operation; a human machine interface connected to the switching mode power supply to receive power to perform a display operation; and a battery charger connected to the land AC power and converting the AC into DC to charge the battery for electric equipment and the battery for starting the engine.
일부 예들에서, 상기 제1알터네이터의 계자 코일과 전기자 코일 사이의 제1노드와 상기 제2알터네이터의 계자 코일과 전기자 코일 사이의 제2노드를 연결하는 균압 모선; 및 상기 균압 모선에 연결되어 상기 제1,2노드 사이의 연결 및 차단을 수행하는 균압 릴레이를 포함할 수 있다.In some examples, a pressure equalization bus bar connecting a first node between the field coil and the armature coil of the first alternator and a second node between the field coil and the armature coil of the second alternator; and a pressure equalization relay connected to the pressure equalization bus to connect and disconnect between the first and second nodes.
일부 예들에서, 상기 제어부는 상기 제1알터네이터 및 상기 제2알터네이터중 어느 하나만 동작 시 상기 균압 릴레이를 턴오프하고, 상기 제1,2알터네이터의 상호간 출력 전력 차이가 임계값을 초과할 경우 상기 균압 릴레이를 턴온할 수 있다.In some examples, the control unit turns off the pressure equalization relay when only one of the first alternator and the second alternator operates, and when the output power difference between the first and second alternators exceeds a threshold value, the equalization relay can be turned on.
일부 예들에서, 상기 제1알터네이터의 플러스 출력 단자에 연결되고 상기 제어부에 의해 자동으로 또는 사람에 의해 수동으로 직류의 연결 및 차단을 수행하는 제1아이솔레이터; 및 상기 제2알터네이터의 플러스 출력 단자에 연결되고 상기 제어부에 의해 자동으로 또는 사람에 의해 수동으로 직류의 연결 및 차단을 수행하는 제2아이솔레이터를 포함할 수 있다.In some examples, the first isolator is connected to the positive output terminal of the first alternator and performs the connection and disconnection of the direct current automatically by the control unit or manually by a person; and a second isolator connected to the positive output terminal of the second alternator and configured to connect and cut off direct current automatically by the control unit or manually by a person.
일부 예들에서, 상기 제1,2아이솔레이터는 각각 시스템 플러스 출력 단자의 전원 신호를 입력받는 제1신호 입력 단자와 자동 또는 수동으로 시스템 마이너스 출력 단자의 전원 신호를 입력받는 제2신호 입력 단자를 포함할 수 있다.In some examples, the first and second isolators may each include a first signal input terminal for receiving a power signal from a system plus output terminal and a second signal input terminal for automatically or manually receiving a power signal from a system minus output terminal. can
일부 예들에서, 상기 제1알터네이터의 마이너스 출력 단자와 시스템 마이너스 출력 단자 사이에 연결된 제5아이솔레이터; 및 상기 제2알터네이터의 마이너스 출력 단자와 시스템 마이너스 출력 단자 사이에 연결된 제6아이솔레이터를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제5,6아이솔레이터를 제어하여 상기 제1,2알터네이터의 마이너스 단자를 상기 시스템 마이너스 출력 단자로부터 분리시킬 수 있다.In some examples, a fifth isolator connected between the negative output terminal of the first alternator and the system negative output terminal; and a sixth isolator connected between the negative output terminal of the second alternator and the negative system output terminal, wherein the controller controls the fifth and sixth isolators to output the negative terminals of the first and second alternators to the system negative output. It can be separated from the terminal.
일부 예들에서, 상기 시스템 플러스 출력 단자와 전기 설비용 배터리의 플러스 단자에 연결되고 상기 제어부에 의해 자동으로 또는 사람에 의해 수동으로 직류의 연결 및 차단을 수행하는 상호간 병렬로 연결된 제3,4아이솔레이터를 포함할 수 있다.In some examples, the third and fourth isolators connected in parallel to each other are connected to the system plus output terminal and the plus terminal of the battery for electrical equipment and connected and cut off of direct current automatically by the control unit or manually by a person. may include
일부 예들에서, 상기 제3,4아이솔레이터는 각각 상기 시스템 마이너스 출력 단자로부터 전원 신호를 입력받는 제1신호 입력 단자와 상기 전기 설비용 배터리의 플러스 단자로부터 전원 신호를 입력받는 제2신호 입력 단자를 포함하고, 상기 제1신호 입력 단자와 시스템 마이너스 출력 단자 사이에 수동으로 연결 및 차단하는 비상 스위치를 포함할 수 있다.In some examples, each of the third and fourth isolators includes a first signal input terminal for receiving a power signal from the system negative output terminal and a second signal input terminal for receiving a power signal from a positive terminal of the battery for electrical equipment and an emergency switch for manually connecting and disconnecting between the first signal input terminal and the system minus output terminal.
본 발명은 교류 발전기를 대체하는 전력 공급 시스템으로 알터네이터의 고전류 출력을 선내 전력 상태에 따라 제어하고, 배터리로부터 유입되는 역전류를 차단 및 제어하며, 알터네이터의 기본 정보를 이용하여 안정된 시스템을 운용함으로 전력 생산 및 부하와 연동 시 안전하게 이용할 수 있는 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템 및 운용 방법을 제공한다.The present invention is a power supply system that replaces the alternator, which controls the high current output of the alternator according to the onboard power state, blocks and controls the reverse current flowing from the battery, and operates a stable system using basic information of the alternator. Provides a control system and operating method for operating a parallel alternator for power generation in ships that can be safely used when interlocking with production and load.
도 1a 및 도 1b는 종래 선박의 전력 제어 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 예시적 선박의 전력 제어 시스템의 구성을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 예시적 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템 중 엔진축과 엔진 배터리 충전용 얼터네이너 및 전력 생산용 알터네이터의 결합 관계를 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 예시적 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템 중 부스바 및 고전류 연결 및 차단을 위한 스위치 연결도이다.
도 5는 본 발명에 따른 예시적 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 6은 본 발명에 따른 예시적 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템의 주요 회로도이다.
도 7은 본 발명에 따른 예시적 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템 중 전력 온/오프 릴레이 냉각 팬을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 예시적 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템의 운용 방법을 도시한 순서도이다.1A and 1B are schematic diagrams showing the configuration of a power control system of a conventional ship.
2A and 2B are schematic diagrams showing the configuration of an exemplary vessel power control system according to the present invention.
3 is a schematic diagram illustrating a coupling relationship between an engine shaft, an alternator for charging an engine battery, and an alternator for power generation in a control system for operating a parallel alternator for power generation of an exemplary ship according to the present invention.
4 is a diagram illustrating a switch connection for connecting and disconnecting a bus bar and a high current in a control system for operating a parallel alternator for power generation of an exemplary vessel according to the present invention.
5 is a block diagram showing the configuration of a control system for operating a parallel alternator for power generation of an exemplary ship according to the present invention.
6 is a main circuit diagram of a control system for operating a parallel alternator for power generation of an exemplary vessel according to the present invention.
7 is a view for explaining a power on/off relay cooling fan in a control system for operating a parallel alternator for power production of an exemplary ship according to the present invention.
8 is a flowchart illustrating a method of operating a control system for operating a parallel alternator for power generation of an exemplary ship according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The present invention is provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is limited to the following examples It is not limited. Rather, these examples are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.In addition, in the following drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated for convenience and clarity of description, and the same reference numerals in the drawings refer to the same elements. As used herein, the term “and/or” includes any one and all combinations of one or more of those listed items. In addition, in the present specification, "connected" means not only when member A and member B are directly connected, but also when member A and member B are indirectly connected with member C interposed between member A and member B. do.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is used to describe specific embodiments, not to limit the present invention. As used herein, the singular form may include the plural form unless the context clearly dictates otherwise. Also, as used herein, “comprise, include” and/or “comprising, including” refer to the referenced shapes, numbers, steps, actions, members, elements, and/or groups thereof. It specifies the presence and does not exclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, movements, members, elements and/or groups.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers and/or parts, these members, parts, regions, layers, and/or parts are limited by these terms so that they It is self-evident that These terms are used only to distinguish one member, component, region, layer or portion from another region, layer or portion. Accordingly, a first member, component, region, layer, or portion described below may refer to a second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.Space-related terms such as “beneath”, “below”, “lower”, “above”, and “upper” refer to an element or feature shown in the drawing It may be used to facilitate understanding of other elements or features. These space-related terms are for easy understanding of the present invention according to various process conditions or usage conditions of the present invention, and are not intended to limit the present invention. For example, if an element or feature in a figure is turned over, an element or feature described as "below" or "below" becomes "above" or "above". Accordingly, "below" is a concept encompassing "above" or "below".
또한, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품은 임의의 적절한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 반도체), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 적절한 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품의 다양한 구성 요소들은 하나의 집적회로 칩 상에, 또는 별개의 집적회로 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는 가요성 인쇄 회로 필름 상에 구현 될 수 있고, 테이프 캐리어 패키지, 인쇄 회로 기판, 또는 제어부(컨트롤러)와 동일한 서브스트레이트 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는, 하나 이상의 컴퓨팅 장치에서, 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 프로세스 또는 쓰레드(thread)일 수 있고, 이는 이하에서 언급되는 다양한 기능들을 수행하기 위해 컴퓨터 프로그램 명령들을 실행하고 다른 구성 요소들과 상호 작용할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은, 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리와 같은 표준 메모리 디바이스를 이용한 컴퓨팅 장치에서 실행될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어, CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer readable media)에 저장될 수 있다. 또한, 본 발명에 관련된 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 상호간 결합되거나, 하나의 컴퓨팅 장치로 통합되거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이, 본 발명의 예시적인 실시예를 벗어나지 않고, 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치들에 분산될 수 될 수 있다는 것을 인식해야 한다.In addition, the control unit (controller) and/or other related devices or components according to the present invention may be implemented using any suitable hardware, firmware (eg, application specific semiconductor), software, or a suitable combination of software, firmware and hardware. can For example, various components of a control unit (controller) and/or other related devices or parts according to the present invention may be formed on one integrated circuit chip or on separate integrated circuit chips. In addition, various components of the control unit (controller) may be implemented on a flexible printed circuit film, a tape carrier package, a printed circuit board, or may be formed on the same substrate as the control unit (controller). In addition, various components of the control unit (controller), in one or more computing devices, may be processes or threads executing in one or more processors, which execute computer program instructions to perform various functions mentioned below. and interact with other components. The computer program instructions are stored in a memory that can be executed in a computing device using a standard memory device, such as, for example, a random access memory. The computer program instructions may also be stored in other non-transitory computer readable media such as, for example, a CD-ROM, flash drive, and the like. In addition, those skilled in the art related to the present invention are skilled in the art that functions of various computing devices are combined with each other, integrated into one computing device, or functions of a specific computing device are one or more other computing devices without departing from the exemplary embodiments of the present invention. It should be recognized that they can be distributed among
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 예시적 선박의 전력 제어 시스템(100)의 구성을 도시한 개략도이다.2A and 2B are schematic diagrams showing the configuration of an exemplary vessel
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 예시적 선박의 전력 제어 시스템(100)은 제1,2엔진(11), 제1,2엔진(11)에 각각 결합된 기존의 제1,2알터네이터(12), 기존의 제1,2알터네이터(12)에 각각 연결되어 충전되는 기존의 엔진 시동용 배터리(13), 제1,2엔진(11)에 결합된 본 발명의 제1,2알터네이터(110,120), 본 발명의 제1,2알터네이터(110,120)에 각각 연결된 본 발명의 전기 설비용 배터리(130), 및 전기 설비용 배터리(130)로부터 전력을 공급받는 전기 설비(14)를 포함할 수 있으며, 여기서 본 발명의 제1,2알터네이터(110,120)는 상호간 전기적으로 병렬로 연결될 수 있다. 이하의 설명에서, 기존의 제1,2알터네이터(12)에 대해서는 설명 및 도면을 생략하기로 한다.As shown in FIGS. 2A and 2B , the
도 3은 본 발명에 따른 예시적 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템 중 엔진축과 엔진 배터리 충전용 얼터네이너 및 전력 생산용 알터네이터의 결합 관계를 도시한 개략도이다.3 is a schematic diagram illustrating a coupling relationship between an engine shaft, an alternator for charging an engine battery, and an alternator for power generation in a control system for operating a parallel alternator for power generation of an exemplary ship according to the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 엔진 축의 엔진 풀리의 일측에 엔진 배터리 충전용 알터네이터가 구비되고 엔진 풀리의 타측에 전력 생산용 알터네이터가 구비될 수 있으며, 이들은 V 벨트로 상호간 기계적으로 연결될 수 있다. 엔진 기동 후 아이들 상태와 최대 회전수 상태에서도 원할한 전력을 생산할 수 있도록 알터네이터의 기동 회전수를 고려한 폴리가 구성될 수 있다. 엔진 폴리는 엔진 축에 고정되어 1회전 동안 알터네이터가 정해진 비율로 회전하게 된다.As shown in FIG. 3 , an alternator for charging the engine battery is provided on one side of the engine pulley of the engine shaft and an alternator for power generation may be provided on the other side of the engine pulley, and these may be mechanically connected to each other by a V-belt. After starting the engine, a poly that considers the starting rotational speed of the alternator may be configured to smoothly produce electric power even in the idle state and the maximum rotational speed state. The engine pulley is fixed to the engine shaft and the alternator rotates at a fixed rate for one revolution.
도 4는 본 발명에 따른 예시적 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템 중 부스바 및 고전류 연결 및 차단을 위한 스위치 연결도이다.4 is a connection diagram of a bus bar and a switch for connecting and disconnecting a high current in a control system for operating a parallel alternator for power generation of an exemplary ship according to the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 고전류 스위칭(⑩,⑪)이 안정적으로 구동하기 위해 절연된 전원을 별도로 구성하여 릴레이를 여자 시켜야 한다. 일반적인 경우 생산 되는 알터네이터 전압(그라운드 공통)이나 메인 전압(배터리 전압)을 이용해 릴레이를 여자 시킬 경우 릴레이가 이상 동작을 일으킬 수 있다. 여자된 릴레이에 소자 신호가 들어올 때 과도전압이 발생하게 되면 제어부나 PLC 쪽에 신호가 풀려 버리게 되면서 확실한 제어가 이루어 지지 않는다. 과도전압(서지전압)을 차단하는 부품의 적용도 필요하지만, 근본적으로 안정된 구조가 필요하다. 높은 직류 전력은 교류와 달리 절연구조가 어렵고, 효율이 낮고, 비용이 높다. 절연의 안전성을 보장하기 위해서는 전력 차단이 매우 중요하다.As shown in FIG. 4, in order to stably drive the high current switching (⑩, ⑪), an insulated power source must be separately configured to excite the relay. In general, if the relay is excited using the produced alternator voltage (ground common) or main voltage (battery voltage), the relay may malfunction. If an excessive voltage is generated when the device signal enters the excited relay, the signal is released to the control unit or PLC, and reliable control is not achieved. The application of parts that block the transient voltage (surge voltage) is also necessary, but a fundamentally stable structure is required. Unlike AC, high DC power has a difficult insulation structure, low efficiency, and high cost. Power cut-off is very important to ensure the safety of insulation.
도 5는 본 발명에 따른 예시적 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템(100)의 구성을 도시한 블럭도이다.5 is a block diagram showing the configuration of a
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 예시적 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템(100)은 제1알터네이터(110), 제2알터네이터(120), 시스템 출력 단자(P24,N24), 전기 설비용 배터리(130), 엔진 시동용 배터리(13), 인버터(140), 오토 트랜스퍼 스위치(150), 스위칭 모드 파워 서플라이(160), 제어부(170)(또는 PLC: Programmable Logic Controller), 휴먼 머신 인터페이스(180) 및 배터리 충전기(190)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 5 , the
제1알터네이터(110)는 선박의 제1엔진 축에 결합되어 교류를 발전하고 렉티파이어(rectifier) 및 레귤레이터(regulator)에 의해 교류를 직류로 정류 및 안정화시켜 출력할 수 있다.The
제2알터네이터(120)는 선박의 제2엔진 축에 결합되어 교류를 발전하고 렉티파이어 및 레귤레이터에 의해 교류를 직류로 정류 및 안정화시켜 출력할 수 있다.The
일부 예들에서, 제1,2알터네이터(110,120)는 온도 센서 및 회전수 게이지가 설치되어 온도 정보 및 회전수 정보가 제어부(170)에 전송될 수 있다. 일부 예들에서, 제1,2알터네이터(110,120)에는 전압 센서 및 전류 센서가 설치되어, 제1,2알터네이터(110,120)의 각 전압 정보 및 전류 정보가 제어부(170)에 전송될 수 있다. 일부 예들에서, 제1,2알터네이터(110,120)의 계자 코일과 전기자 코일 사이는 균압 모선(210)으로 제1,2알터네이터(110,120)가 상호간 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 제1알터네이터(110)와 시스템 출력 단자(P24,N24)의 사이에는 제1아이솔레이터(111)가 연결될 수 있고, 제2알터네이터(120)와 시스템 출력 단자(P24,N24)의 사이에는 제2아이솔레이터(121)가 연결될 수 있다. 제1,2아이솔레이터(111,121)는 고전류 릴레이를 포함하거나 이로 지칭될 수 있다. In some examples, the first and
시스템 출력 단자(P24,N24)에는 제1,2알터네이터(110,120)의 출력 단자가 상호간 병렬로 연결되어 직류 전원을 전달받아 시스템 직류 전원을 출력할 수 있다.The output terminals of the first and
전기 설비용 배터리(130)는 시스템 출력 단자(P24,N24)에 연결되어 충전될 수 있다. 일부 예들에서, 전기 설비용 배터리(130)는 인산철리튬이온 배터리를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 전기 설비용 배터리(130)에는 온도 센서, 전압 센서 및 전류 센서가 설치되어 제어부(170)에 온도 정보, 전압 정보 및 전류 정보가 전송될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템 출력 단자(P24,N24)와 전기 설비용 배터리(130)의 사이에는 제3,4아이솔레이터(131,132)(상호간 병렬로 연결됨)가 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템 출력 단자(P24,N24)에는 직류 부하(201)가 직접 연결될 수 있다.The
엔진 시동용 배터리(13)는 시스템 출력 단자(P24,N24)에 연결되어 충전될 수 있다. 일부 예들에서, 시스템 출력 단(P24,N24)자와 엔진 시동용 배터리(13)의 사이에도 아이솔레이터(224)가 연결될 수 있다. 또한, 아이솔레이터(224)와 엔진 시동용 배터리(13)의 사이에도 추가적인 아이솔레이터(225,226)가 연결될 수 있다.The
인버터(140)는 시스템 출력 단자(P24,N24)에 연결되어 직류를 교류로 컨버팅하여 출력할 수 있다. 일부 예들에서, 제1,2아이솔레이터(111,121) 및 인버터(140)는 알터네이터 제어 판넬에 구비될 수 있으며, 또한 알터네이터 제어 판넬에 비상 스위치가 구비될 수 있다.The
오토 트랜스퍼 스위치(150)는 인버터(140) 또는 육상 교류 전원(202)에 연결되어 교류를 안정화시켜 교류 부하(203)에 출력할 수 있다.The
스위칭 모드 파워 서플라이(160)는 시스템 출력 단자(P24,N24)에 연결되어 직류를 강압하여 출력할 수 있다.The switching
제어부(170)는 스위칭 모드 파워 서플라이(160)에 연결되어 전원을 공급받아 본 발명에 개시된 다양한 제어 동작을 수행할 수 있다.The
휴먼 머신 인터페이스(180)는 스위칭 모드 파워 서플라이(160)에 연결되어 전원을 공급받아 본 발명에 개시된 다양한 표시 동작을 수행할 수 있다.The
배터리 충전기(190)는 육상 교류 전원(202)에 연결되어 전기 설비용 배터리(130)와 엔진 시동용 배터리(13)를 충전할 수 있다. 일부 예들에서, 육상 교류 전원(202)과 배터리 충전기(190) 사이에는 아이솔레이터(227)가 구비될 수 있다. 일부예들에서, 파워 스위칭 모드 서플라이(160), 제어부(170), 퓨먼 머신 인터페이스(180), 오토 트랜스퍼 스위치(150) 및 배터리 충전기(190)는 메인 스위치 판넬에 구비될 수 있으며, 또한 메인 스위치 판넬에 비상 스위치가 구비될 수 있다.The
도 6은 본 발명에 따른 예시적 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템(100)의 주요 회로도이다. 여기서, 아이솔레이터, 릴레이, 스위치 등의 제어 주체는 상술한 제어부(170)이다.6 is a main circuit diagram of a
도 6에 도시된 바와 같이, 균압 모선(210)은 제1알터네이터(110)의 계자 코일과 전기자 코일 사이의 제1노드(플러스측)와 제2알터네이터(120)의 계자 코일과 전기자 코일 사이의 제2노드(플러스측)를 연결할 수 있다. 또한, 균압 릴레이(211)는 균압 모선(210)에 설치되어 제1,2노드 사이의 연결 및 차단을 수행할 수 있다. 일부 예들에서, 균압 릴레이(211)는 제어부(170)의 제어 신호에 의해 동작될 수 있다. As shown in FIG. 6 , the pressure
일부 예들에서, 제어부(170)는 제1알터네이터(110) 및 제2알터네이터(120)중 어느 하나만 동작 시 상기 균압 릴레이(211)를 턴오프함으로써, 제1,2알터네이터(110,120)의 제1,2노드가 전기적으로 분리되도록 한다. In some examples, the
일부 예들에서, 제어부(170)는 제1,2알터네이터(110,120)의 상호간 출력 전력 차이가 임계값을 초과할 경우(예를 들면, 1/3을 초과할 경우) 균압 릴레이(211)를 턴온함으로써, 제1,2알터네이터(110,120)의 제1,2노드가 전기적으로 연결되도록 한다.In some examples, the
일부 예들에서, 알터네이터는 배터리나 부하 연결 시 그 용량에 따라 전류의 출력량이 결정되거나 변화한다. 일부 예들에서, 알터네이터의 회전 속도가 빠르다고 더 높은 전류를 출력하지 않는다. 다만, 정격 회전 속도 이상에서 알터네이터는 정해진 전압과 전류를 출력할 수 있는 상태가 된다. 이때 전류의 출력은 부하의 용량에 따라 결정된다. 병렬 운전에서 만일 어떤 이유로 한쪽의 알터네이터로 부하가 집중될 경우, 계속해서 한쪽만 부하가 집중되어 브러쉬 손상이나 과열등으로 기타 결함을 야기 시킬 수도 있다. 이러한 문제는 상술한 바와 같이 두개의 계자 권선을 병렬로 접속하면 해결 할 수 있다.In some examples, when the alternator is connected to a battery or a load, the output amount of current is determined or changed according to its capacity. In some examples, a higher rotational speed of the alternator does not output a higher current. However, above the rated rotation speed, the alternator is in a state capable of outputting a predetermined voltage and current. At this time, the output of the current is determined according to the capacity of the load. In parallel operation, if the load is concentrated on one alternator for some reason, the load is continuously concentrated on only one side, which may cause other defects such as brush damage or overheating. This problem can be solved by connecting the two field windings in parallel as described above.
본 발명에서는 안정된 병렬 운전을 하기 위해 상술한 바와 같이 알터네이터의 계자 코일과 전기자 코일 사이에 균압 모선(210)을 설치하고 이를 제어부(170)가 제어(연결 및 해제) 할 수 있다. 즉, 알터네이터 병렬 구동 시 균압 모선(210)을 출력 전류 및 조건에 따라 연결 또는 해제 시킬 수 있다. 일례로, 알터네이터가 단독 운전시 균압 모선(210)의 기능을 해제 시킨다(릴레이(211)의 오프 : 디폴트). 균압 모선(210)의 제어시 제1알터네이터(110) 및 제2알터네이터(120)가 동작되는 상태에서만 가능하다. 하지만, 알터네이터가 병렬 운전을 하기 시작하고 부하에 따라 제1,2알터네이터(110,120)의 전류 출력량의 차이가 일정시간동안 대략 1/3을 초과 하면 균압 모선(210)이 연결 되도록 제어한다(릴레이(211)의 온).In the present invention, as described above for stable parallel operation, a pressure
일부 예들에서, 제1,2알터네이터(110,120)의 플러스 출력 단자에는 전압 센서가 설치될 수 있다. 일부 예들에서, 제1,2알터네이터(110,120)의 플러스 출력 단자 각각에는 션트 저항이 직렬로 설치되고, 션트 저항에는 전류 센서가 설치될 수 있다. 일부 예들에서, 제1,2알터네이터(110,120)의 플러스 출력 단자 각각에는 전압 및 전류 안정화용 캐패시터가 병렬로 연결될 수 있다.In some examples, a voltage sensor may be installed at the positive output terminals of the first and
제1아이솔레이터(111)는 제1알터네이터(110)의 플러스 출력 단자에 연결되고 제어부(170)에 의해 자동으로 또는 사람에 의해 수동으로 직류의 연결 및 차단을 수행하도록 되어 있다. 자동 또는 수동 동작을 위해 제1아이솔레이터(111)어느 한 입력 단자에 시스템 마이너스 단자(N24)를 연결하는 제1릴레이(231)가 제공될 수 있다.The
제2아이솔레이터(121)는 제2알터네이터(120)의 플러스 출력 단자에 연결되고 제어부(170)에 의해 자동으로 또는 사람에 의해 수동으로 직류의 연결 및 차단을 수행하도록 되어 있다. 자동 또는 수동 동작을 위해 제2아이솔레이터(121)의 어느 한 입력 단자에 시스템 마이너스 단자(N24)를 연결하는 제1릴레이(231)가 제공될 수 있다.The
일부 예들에서, 제1,2아이솔레이터(111,121)는 각각 시스템 플러스 출력 단자(P24)의 전원 신호를 입력받는 제1신호 입력 단자와 자동 또는 수동으로(각각 제1릴레이(231)에 의해) 시스템 마이너스 출력 단자(N24)의 전원 신호를 입력받는 제2신호 입력 단자를 포함할 수 있다.In some examples, the first and
일부 예들에서, 본 발명에 적용된 아이솔레이터는 2선식이며, 4선식을 사용할 경우 더 편리하게 구성할 수 있다. 일부 예들에서, 아이솔레이터는 입력 단자(IN), 출력 단자(OUT), 제1신호 입력 단자(SIG_A1) 및 제2신호 입력 단자(SIG_A2)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 입력 단자(IN)는 알터네이터의 플러스 출력 단자에 연결되고 출력 단자(OUT)는 시스템 플러스 출력 단자(P24)에 연결되며, 제1신호 입력 단자(SIG_A1)는 플러스 시스템 출력 단자(P24)에 연결되고, 제2신호 입력 단자(SIG_A2)는 마이너스 시스템 출력 단자(N24)에 연결된다. 다르게 설명하면, 제1,2신호 입력 단자(SIG_A1, SIG_A2)에 시스템 출력 단자(P24,N24)의 전원이 인가되어야 아이솔레이터가 동작한다. 즉, 전기 설비용 배터리(130)에 연결된 시스템 출력 단자(P24,N24)로부터 전원 신호를 입력받아 제1,2아이솔레이터(111,121)가 안정적으로 동작할 수 있다.In some examples, the isolator applied to the present invention is a two-wire type, and can be configured more conveniently if a 4-wire type is used. In some examples, the isolator may include an input terminal IN, an output terminal OUT, a first signal input terminal SIG_A1 , and a second signal input terminal SIG_A2 . In some examples, the input terminal IN is connected to the positive output terminal of the alternator and the output terminal OUT is connected to the system positive output terminal P24, and the first signal input terminal SIG_A1 is connected to the positive system output terminal P24 ), and the second signal input terminal SIG_A2 is connected to the negative system output terminal N24. In other words, the isolator operates only when the power of the system output terminals P24 and N24 is applied to the first and second signal input terminals SIG_A1 and SIG_A2. That is, the first and
상술한 바와 같이, 본 발명은 알터네이터로부터 전력을 전달 및 차단하기 위한 장치로 아이솔레이터(고전류 릴레이)를 채택하였으며, 전기 설비용 배터리(130)가 시스템과 연결된 후에 전원(+)이 인가되어 여자/소자 시킬수 있도록 플러스 시스템 단자(P24)의 전압을 받고 원격 및 수동으로 알터네이터의 전력을 전달 및 차단 할 수 있도록 구성하였다. 릴레이(스위치)의 설정에 따라서 원격 제어가 가능하게 되며, 수동 동작 상태가 항시 우선될 수 있다. 즉, 원격 제어로 전력을 연결한 상태라도 수동 스위치로 전력 연결을 해제시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 원격제어가 가능하기 위해서는 릴레이가 자동 모드로 설정되어 있어야만 한다.As described above, in the present invention, an isolator (high current relay) is adopted as a device for transmitting and cutting off power from the alternator, and after the
상호간 병렬로 연결된 제3,4아이솔레이터(131,132)는 시스템 플러스 단자(P24)와 전기 설비용 배터리(130)의 플러스 단자(BAT+)에 연결되고 제어부(170)에 의해 자동으로 또는 사람에 의해 수동으로 직류의 연결 및 차단을 수행할 수 있다.The third and
이를 위해, 제3,4아이솔레이터(131,132)는 각각 시스템 마이너스 출력 단자(N24)로부터 신호를 입력받는 제1신호 입력 단자(SIG_A1)와 전기 설비용 배터리(130)의 플러스 단자(BAT+)로부터 신호를 입력받는 제2신호 입력 단자(SIG_A2)를 포함할 수 있다.To this end, the third and
또한, 제1신호 입력 단자(SIG_A1)와 시스템 마이너스 출력 단자(N24) 사이에 수동으로 연결 및 차단하는 비상 스위치(221,222)를 포함할 수 있다. 도면중 미설명 부호 223은 램프 동작 릴레이로서 배터리(130)가 시스템에 연결되어 있음을 표시한다. 일부 예들에서, 비상 스위치(221,222)는 알터네이터 제어 판넬 및/또는 메인 스위치 판넬에 각각 설치될 수 있다.In addition, emergency switches 221 and 222 for manually connecting and disconnecting the first signal input terminal SIG_A1 and the system negative output terminal N24 may be included.
즉, 전기 설비용 배터리(130)로부터 전력을 전달 및 차단하기 위한 장치로 제3,4아이솔레이터(131,132)(고전류 릴레이)를 이용하여 전기 설비용 배터리(130)로부터 항시 여자시킬 수 있도록 플러스(+) 전압을 받고 외부 판넬함과 자신의 판넬함에서 어디서든지 비상시 턴온이 되면 시스템을 배터리로부터 차단시킬 수 있도록 비상 스위치(221,222)가 구비되어 있다. 비상 스위치(221,222)는 평소에는 닫힘 상태이며, 비상시 열림 상태로 동작한다. 전기 설비용 배터리(130)에 전력을 차단할 수 있는 제3,4아이솔레이터(131,132)와 직렬로 연결되어 전기 설비용 배터리(130)의 마이너스 단자(BAT-) 및/또는 시스템 마이너스 출력 단자(N24)와 연결된다. 이때 시스템 구성 상 전기 설비용 배터리(130)로 흐르는 전류를 체크하기 위해 대용량 션트 저항이 전기 설비용 배터리(130)의 마이너스 단자(BAT-)와 시스템 마이너스 출력 단자(N24)의 사이에 연결될 수 있다.That is, as a device for transmitting and cutting off power from the
제5아이솔레이터(112)는 제1알터네이터(110)의 마이너스 출력 단자(-)(즉, 제1알터네이터의 접지측)와 시스템 마이너스 출력 단자(N24)(즉, 시스템의 접지측) 사이에 연결될 수 있다. 제6아이솔레이터(122)는 제2알터네이터(120)의 마이너스 출력 단자(-)(즉, 제2알터네이터의 접지측)와 시스템 마이너스 출력 단자(N24)(시스템의 접지측) 사이에 연결될 수 있다.The
일부 예들에서, 제어부(170)는 제5,6아이솔레이터(112,122)를 제어하여 제1,2알터네이터(110,120)의 마이너스 단자(-)(즉, 제1,2알터네이터의 접지측)를 시스템의 마이너스 출력 단자(N24)(즉, 시스템의 접지측)로부터 분리시킬 수 있다.In some examples, the
일반적인 경우 플러스 단자를 연결 또는 해제함으로서 전력을 제어해도 무방하지만, 선박과 같은 독립된 환경에서 알터네이터 본체와 선박의 엔진 몸체 부분이 도체로서 서로 연결되어 있다. 그러므로 일반적인 선박은 엔진과 추진체 부분이 접지(그라운드)로서의 역할을 하게 된다. In general, power may be controlled by connecting or disconnecting the positive terminal, but in an independent environment such as a ship, the alternator body and the engine body part of the ship are connected to each other as a conductor. Therefore, in general ships, the engine and propellant parts serve as a ground (ground).
이 때 선박 내부의 문제로 인해 접지단(엔진)으로 전기가 누설될 경우 일반적으로 시스템에서 모니터링을 통해 알려주게 된다. 하지만, 즉시 알터네이터의 접지단을 분리하지 않을 경우 누설된 전기는 알터네이터 내부의 회로와 연결된 시스템에 무리를 가할 수 있다. At this time, if electricity leaks to the grounding terminal (engine) due to a problem inside the ship, the system will generally notify you through monitoring. However, if the ground terminal of the alternator is not immediately disconnected, the leaked electricity may exert excessive force on the internal circuit of the alternator and the connected system.
본 발명에서는 선내 문제가 발생시 이를 판단하고 동시에 접지단을 분리하여 해야 하는 경우에 마이너스 단자를 단락시킨다. 알터네이터의 마이너스 단자는 필요에 따라 프로그램에 의해 마이너스 단자로서 전력을 전달 또는 차단하지만, 일반적으로는 턴온 상태로 유지된다. In the present invention, when a problem in the ship occurs, it is determined and the negative terminal is short-circuited when it is necessary to separate the grounding terminal at the same time. The negative terminal of the alternator transfers or cuts power to the negative terminal by a program as needed, but normally remains turned on.
도 7은 본 발명에 따른 예시적 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템(100) 중 전력 온/오프 릴레이 냉각 팬을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for explaining a power on/off relay cooling fan in the
도 7에 도시된 바와 같이, 아이솔레이터(111,112, 131,132)(고전류 릴레이)의 사용상 특성으로 잦은 스위칭 보다는 오랫동안 여자 상태로 유지되는 경우가 많다. 이러한 경우 많은 열이 발생하게 되는데, 주변의 시스템과 릴레이 자체에도 영향을 주게 된다. 본 발명에서는 아이솔레이터(111,112, 131,132)의 주변에 냉각팬을 구비하여 릴레이 동작 시에 자동으로 팬이 동작하도록 아이솔레이터와 연동 동작된다.As shown in FIG. 7, the
도 8은 본 발명에 따른 예시적 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템의 운용 방법을 도시한 순서도이다.8 is a flowchart illustrating a method of operating a control system for operating a parallel alternator for power generation of an exemplary ship according to the present invention.
도 8에 도시된 바와 같이, 제어 시스템이 온되면 제어부가 제1,2알터네이터, 전기 설비용 배터리 등과 통신을 수행하여, 제1,2알터네이터의 출력 전압, 출력 전류를 체크하고, 전기 설비용 배터리의 충전 전압 및 충전 전류를 체크한다. 또한, 제어부는 제1,2알터네이터의 제한 온도 및 회전수를 설정하고, 전기 설비용 배터리의 제한 온도를 설정하며, 전기 설비용 배터리의 잔량 및 시간을 표시한다. 즉, 제어부에 의해 초기화 파라미터 설정이 완료된다(단계 S1).As shown in FIG. 8 , when the control system is turned on, the control unit communicates with the first and second alternators, the battery for electric equipment, etc., and checks the output voltage and output current of the first and second alternators, and the battery for electric equipment Check the charging voltage and charging current. In addition, the control unit sets the limit temperature and rotation speed of the first and second alternators, sets the limit temperature of the battery for electric equipment, and displays the remaining amount and time of the battery for electric equipment. That is, the initialization parameter setting is completed by the control unit (step S1).
이어서, 제어부는 제1,2알터네이터의 온도 및 회전수의 체크값이 미리 설정된 제한값보다 작은지 판단한다(단계 S2). 판단 결과, 제어부는 제1,2알터네이터의 온도 및 회전수의 체크값이 미리 설정된 제한값보다 작지 않다면(즉, 크다면), 제1,2알터네이터와 연결된 제1,2아이솔레이터를 턴오프시키고 알람을 휴먼 머신 인터페이스를 통해 출력한다(단계 S2_1). 판단 결과, 제어부는 제1,2알터네이터의 온도 및 회전수의 체크값이 미리 설정된 제한값보다 작다면, 다음 단계를 수행한다(단계 S3).Next, the control unit determines whether the checked values of the temperature and rotation speed of the first and second alternators are smaller than preset limit values (step S2). As a result of the determination, the control unit turns off the first and second isolators connected to the first and second alternators if the checked values of the temperature and rotation speed of the first and second alternators are not smaller than (that is, greater than) the preset limit values, and set an alarm. output through the human machine interface (step S2_1). As a result of the determination, if the checked values of the temperature and rotation speed of the first and second alternators are smaller than the preset limit values, the controller performs the next step (step S3).
이어서, 제어부는 전기 설비용 배터리의 전압이 제1,2알터네이터의 전압보다 작은지 판단한다(단계 S3). 판단 결과, 제어부는 전기 설비용 배터리의 전압이 제1,2알터네이터의 전압보다 작지 않다면(즉, 크다면), 상술한 바와 같이 제1,2알터네이터와 연결된 제1,2아이솔레이터를 턴오프시키고 알람을 휴먼 머신 인터페이스를 통해 출력한다(단계 S2_1). 판단 결과, 제어부는 전기 설비용 배터리의 전압이 제1,2알터네이터의 전압보다 크다면, 다음 단계를 수행한다(단계 S4).Next, the control unit determines whether the voltage of the battery for electric equipment is smaller than the voltage of the first and second alternators (step S3). As a result of the determination, if the voltage of the battery for electrical equipment is not less than the voltage of the first and second alternators (ie, if it is greater), the controller turns off the first and second isolators connected to the first and second alternators as described above and sets an alarm is output through the human machine interface (step S2_1). As a result of the determination, if the voltage of the battery for electrical equipment is greater than the voltage of the first and second alternators, the controller performs the next step (step S4).
예를 들어, 제1아이솔레이터를 턴온하여 제1알터네이터의 직류 전원이 전기 설비용 배터리에 충전되도록 하고, 일정 시간 지연후(예를 들면, 대략 1분 내지 대략 3분), 제2아이솔레이터를 턴온하여 제2알터네이터의 직류 전원이 전기 설비용 배터리에 충전되도록 한다(단계 S4).For example, the first isolator is turned on so that the DC power of the first alternator is charged to the battery for electric equipment, and after a predetermined time delay (for example, about 1 minute to about 3 minutes), the second isolator is turned on The DC power of the second alternator is charged to the battery for electric equipment (step S4).
한편, 제1,2알터네이터의 최대 출력이 미리 설정된 제한값보다 작은지 판단한다(단계 S4). 판단 결과, 제1,2알터네이터의 최대 출력이 미리 설정된 제한값보다 작지 않을 경우(즉, 클 경우), 제1,2아이솔레이터를 오프시켜 제1,2알터네이터의 직류 전원이 전기 설비용 배터리 및 직류 부하 등에 출력되지 않도록 한다(단계 S2_1). 판단 결과, 제1,2알터네이터의 최대 출력이 미리 설정된 제한값보다 작을 경우, 단계 S2 이전으로 복귀하여 단계S2, S3을 반복 수행한다.Meanwhile, it is determined whether the maximum output of the first and second alternators is smaller than a preset limit value (step S4). As a result of the determination, if the maximum output of the first and second alternators is not less than the preset limit value (that is, if it is greater), the first and second isolators are turned off so that the DC power of the first and second alternators is transferred to the battery for electrical equipment and the DC load. It is prevented from being outputted to the like (step S2_1). As a result of the determination, if the maximum output of the first and second alternators is less than the preset limit value, the process returns to before step S2 and steps S2 and S3 are repeatedly performed.
즉, 본 발명에서는 안전한 운용을 위한 알터네이터 제어 시스템을 제공하는데, 최초 설정된 파라미터를 가지고 각 부분으로 입력받은 데이터와 비교하여 조건이 성립될 경우에만 알터네이터의 전력을 배터리나 부하에 공급한다. 회전수와 온도가 정상일 경우 배터리 전압과 발전된 알터네이터 전압을 비교하여 알터네이터 전압이 높을 경우 배터리 및 부하에 전력을 공급한다. 또한 공급되는 전류 및 전압이 설정 값 보다 높을 경우(과전압) 배터리 및 부하에 전력을 자동적으로 해제한다. 일부 예들에서, 해당 정보는 모니터링을 통해 관리자가 확인하거나 알람을 확인 할 수 있도록 구성하여 이벤트가 발생되면 해당 동작을 자동으로 시행 한다.That is, the present invention provides an alternator control system for safe operation. The alternator power is supplied to the battery or load only when a condition is satisfied by comparing the data input to each part with the initially set parameters. When the rotation speed and temperature are normal, the battery voltage and the generated alternator voltage are compared, and when the alternator voltage is high, power is supplied to the battery and load. In addition, when the supplied current and voltage are higher than the set value (overvoltage), the power to the battery and load is automatically released. In some examples, the corresponding information is configured so that an administrator can check or check an alarm through monitoring, so that when an event occurs, the corresponding action is automatically executed.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 예시적 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템 및 운용 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for implementing a control system and an operating method for operating a parallel alternator for power production of an exemplary ship according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment. As claimed in the claims, it will be said that the technical spirit of the present invention exists to the extent that various modifications can be made by anyone with ordinary knowledge in the field to which the invention pertains without departing from the gist of the present invention.
100; 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템
110; 제1알터네이터 111; 제1아이솔레이터
112; 제5아이솔레이터 120; 제2알터네이터
121; 제2아이솔레이터 122; 제6아이솔레이터
P24: 플러스 시스템 출력 단자 N24; 마이너스 시스템 출력 단자
130; 전기 설비용 배터리 131,132; 제3,4아이솔레이터
13; 엔진 시동용 배터리 140; 인버터
150; 오토 트랜스퍼 스위치 160; 스위칭 모드 파워 서플라이
170; 제어부 180; 휴먼 머신 인터페이스
190; 배터리 충전기 201; 직류 부하
202; 육상 교류 전원 203; 교류 부하
210; 균압 모선 211; 균압 릴레이
221, 222; 비상 스위치 223; 릴레이100; Control system for operating parallel alternator for power generation of ships
110;
112; a
121; a
P24: positive system output terminal N24; negative system output terminal
130; Batteries for electrical installations 131,132; 3rd and 4th isolator
13;
150;
170;
190;
202;
210;
221, 222;
Claims (8)
선박의 제2엔진 축에 결합되어 발전하고 교류를 직류로 정류하여 출력하는 제2알터네이터;
상기 제1,2알터네이터의 출력 단자에 병렬로 연결되어 직류 전원을 출력하는 시스템 출력 단자;
상기 시스템 출력 단자에 연결되어 충전되는 선박의 전기 설비용 배터리;
상기 시스템 출력 단자에 연결되어 충전되는 선박의 엔진 시동용 배터리;
상기 시스템 출력 단자에 연결되어 직류를 교류로 컨버팅하여 출력하는 인버터;
상기 인버터 또는 육상 교류 전원에 연결되어 교류를 교류 부하에 출력하는 오토 트랜스퍼 스위치;
상기 시스템 출력 단자에 연결되어 직류를 강압하여 출력하는 스위칭 모드 파워 서플라이;
상기 스위칭 모드 파워 서플라이에 연결되어 전원을 공급받아 제어 동작을 수행하는 제어부;
상기 스위칭 모드 파워 서플라이에 연결되어 전원을 공급받아 표시 동작을 수행하는 휴먼 머신 인터페이스; 및
상기 육상 교류 전원에 연결되고 교류를 직류로 변환하여 상기 전기 설비용 배터리와 상기 엔진 시동용 배터리를 충전하는 배터리 충전기를 포함하는, 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템.a first alternator coupled to the first engine shaft of the ship to generate electricity and rectify alternating current to direct current;
a second alternator coupled to the ship's second engine shaft to generate electricity and rectify alternating current to direct current;
a system output terminal connected in parallel to the output terminals of the first and second alternators to output DC power;
a battery for electric equipment of a ship connected to the system output terminal and charged;
a battery for starting an engine of a vessel connected to the system output terminal and being charged;
an inverter connected to the system output terminal to convert direct current to alternating current and output;
an auto transfer switch connected to the inverter or land AC power to output AC to an AC load;
a switching mode power supply connected to the system output terminal to step-down and output direct current;
a control unit connected to the switching mode power supply and receiving power to perform a control operation;
a human machine interface connected to the switching mode power supply to receive power to perform a display operation; and
A control system for operating a parallel alternator for power generation of a ship, including a battery charger connected to the land AC power source and converting the alternating current into direct current to charge the battery for electric equipment and the battery for starting the engine.
상기 제1알터네이터의 계자 코일과 전기자 코일 사이의 제1노드와 상기 제2알터네이터의 계자 코일과 전기자 코일 사이의 제2노드를 연결하는 균압 모선; 및
상기 균압 모선에 연결되어 상기 제1,2노드 사이의 연결 및 차단을 수행하는 균압 릴레이를 포함하는, 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템.The method of claim 1,
a pressure equalization bus bar connecting a first node between the field coil and the armature coil of the first alternator and a second node between the field coil and the armature coil of the second alternator; and
A control system for operating a parallel alternator for power generation of a ship, including a pressure equalization relay connected to the pressure equalization bus to connect and disconnect between the first and second nodes.
상기 제어부는 상기 제1알터네이터 및 상기 제2알터네이터중 어느 하나만 동작 시 상기 균압 릴레이를 턴오프하고, 상기 제1,2알터네이터의 상호간 출력 전력 차이가 임계값을 초과할 경우 상기 균압 릴레이를 턴온하는, 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템.3. The method of claim 2,
The control unit turns off the equalization relay when only one of the first alternator and the second alternator operates, and turns on the equalization relay when the output power difference between the first and second alternators exceeds a threshold value, Control system for operating parallel alternator for power generation of ships.
상기 제1알터네이터의 플러스 출력 단자에 연결되고 상기 제어부에 의해 자동으로 또는 사람에 의해 수동으로 직류의 연결 및 차단을 수행하는 제1아이솔레이터; 및
상기 제2알터네이터의 플러스 출력 단자에 연결되고 상기 제어부에 의해 자동으로 또는 사람에 의해 수동으로 직류의 연결 및 차단을 수행하는 제2아이솔레이터를 포함하는, 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템.The method of claim 1,
a first isolator connected to the positive output terminal of the first alternator and configured to connect and cut off direct current automatically by the control unit or manually by a person; and
A control system for operating a parallel alternator for power production of a ship, including a second isolator connected to the positive output terminal of the second alternator and configured to connect and disconnect DC automatically by the control unit or manually by a person .
상기 제1,2아이솔레이터는 각각 시스템 플러스 출력 단자의 전원 신호를 입력받는 제1신호 입력 단자와 자동 또는 수동으로 시스템 마이너스 출력 단자의 전원 신호를 입력받는 제2신호 입력 단자를 포함하는, 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템. 5. The method of claim 4,
The first and second isolators each include a first signal input terminal for receiving the power signal of the system plus output terminal and a second signal input terminal for receiving the power signal of the system minus output terminal automatically or manually. Control system for operating parallel alternators for production.
상기 제1알터네이터의 마이너스 출력 단자와 시스템 마이너스 출력 단자 사이에 연결된 제5아이솔레이터; 및
상기 제2알터네이터의 마이너스 출력 단자와 시스템 마이너스 출력 단자 사이에 연결된 제6아이솔레이터를 포함하고,
상기 제어부는 상기 제5,6아이솔레이터를 제어하여 상기 제1,2알터네이터의 마이너스 단자를 상기 시스템 마이너스 출력 단자로부터 분리시킬 수 있는, 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템.5. The method of claim 4,
a fifth isolator connected between the negative output terminal of the first alternator and the negative system output terminal; and
a sixth isolator connected between the negative output terminal of the second alternator and the system negative output terminal;
The control system controls the fifth and sixth isolators to separate the negative terminals of the first and second alternators from the system negative output terminals. A control system for operating a parallel alternator for power production of a ship.
시스템 플러스 출력 단자와 전기 설비용 배터리의 플러스 단자에 연결되고 상기 제어부에 의해 자동으로 또는 사람에 의해 수동으로 직류의 연결 및 차단을 수행하는 상호간 병렬로 연결된 제3,4아이솔레이터를 포함하는, 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템.The method of claim 1,
Including the third and third isolators connected in parallel to each other connected to the system plus output terminal and the plus terminal of the battery for electrical equipment and connected to and cut off the direct current automatically by the control unit or manually by a person, Control system for operating parallel alternators for power generation.
상기 제3,4아이솔레이터는 각각 시스템 마이너스 출력 단자로부터 전원 신호를 입력받는 제1신호 입력 단자와 상기 전기 설비용 배터리의 플러스 단자로부터 전원 신호를 입력받는 제2신호 입력 단자를 포함하고,
상기 제1신호 입력 단자와 시스템 마이너스 출력 단자 사이에 수동으로 연결 및 차단하는 비상 스위치를 포함하는, 선박의 전력 생산용 병렬 알터네이터 운용을 위한 제어 시스템.
8. The method of claim 7,
The third and fourth isolators each include a first signal input terminal for receiving a power signal from a system negative output terminal and a second signal input terminal for receiving a power signal from a positive terminal of the battery for electrical equipment,
A control system for operating a parallel alternator for power generation of a ship, comprising an emergency switch for manually connecting and disconnecting between the first signal input terminal and the system negative output terminal.
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