KR102561896B1

KR102561896B1 - 사용자 맞춤형의 다채널을 이용한 전압조정기를 포함하는 비상용 디젤 발전기

Info

Publication number: KR102561896B1
Application number: KR1020230052492A
Authority: KR
Inventors: 이상선; 장성태
Original assignee: (주)썬테크
Priority date: 2023-04-21
Filing date: 2023-04-21
Publication date: 2023-08-01

Abstract

본 발명은 사례별 채널정보를 저장하고, 각 채널정보에 대응하는 세팅값을 저장하는 메모리, 채널의 선택과 목표전압을 설정하는 입력을 제공하고, 입력정보에 대응하여 발전부의 출력전압을 조정하는 항목을 표시하는 사용자 인터페이스, 선택된 채널의 세팅값을 이용하여 이득값을 연산하는 이득값 연산기 및 상기 이득값과 영구자석 전원공급부의 교류전압을 이용하여 출력된 제어전압을 여자부에게 제공하는 출력 제어기를 포함하는 사용자 맞춤형의 다채널을 이용한 전압조정기를 포함하는 비상용 디젤 발전기를 개시한다.

Description

사용자 맞춤형의 다채널을 이용한 전압조정기를 포함하는 비상용 디젤 발전기{AN EMERGENCY DIESEL GENERATOR WITH A VOLTAGE REGULATOR USING MULTI-CHANNEL FOR USER}

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본 발명은 사용자 맞춤형의 다채널을 이용한 전압조정기를 포함하는 비상용 디젤 발전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사례별 다채널로 세팅값이 설정되어 발전부의 출력전압을 능동적으로 조정하는 인터페이스를 제공하는 기술에 관한 것이다.

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<종래의 일반적인 동기발전기>

도 1은 종래의 일반적인 동기발전기를 도시한 예로서, 일반적으로 동기발전기는 특허문헌 1과 같이 크게 주발전기와 여자기로 구분될 수 있다. 주발전기와 여자기는 각각 계자와 전기자로 이루어져 있고 디젤엔진의 회전과 함께 회전되는 회전자 및 동체의 하우징에 고정되어 있는 고정자로 구분되어 있다.

여기서 계자는 극성을 갖는 직류전원 또는 영구자석의 N극과 S극의 자력을 사용해 전자석을 형성하며 회전에너지가 더해지면 전기자에서 교류전기를 발생한다.

궁극적으로 발전기 출력을 생성하는 부위는 주발전기의 고정자(전기자)로 주발전기의 회전자(계자)의 생성된 전자석의 세기에 비례에 출력을 형성한다. 이러한 구조에서는 주발전기의 회전자(계자) 부위에 전자석이 형성될 수 있도록 직류전원을 입력해야 하는데 그 역할을 하는 것이 여자기이다.

여자기 역시 고정자(계자)부위에 직류전원을 입력하면 회전자(전기자)부위에 교류전기가 발생한다. 여자기 회전자(전기자)에서 발생되는 전기는 교류전기로 주발전기 회전자(계자)에 전자석을 공급하기 위해서는 다이오드를 통해 직류전원으로 정류하여 공급된다.

아날로그 방식의 자동전압조정기는 여자기의 계자로 입력되는 직류전원을 수동으로 조절하여 궁극적으로 주발전기의 회전자(계자)에 입력되는 직류전원의 양을 조절하여 주발전기의 고정자(전기자)에서 필요로하는 발전 출력을 형성시킬 수 있다.

발전출력은 출력전압과 전류의 곱으로 표현될 수 있고 전류는 사용되는 부하에 따라 발생되므로, 아날로그 방식의 자동전압조정기로 출력전압을 제어하여 안정적인 전원공급을 하였다.

종래의 아날로그 방식의 자동전압조정기는 주발전기의 고정자(전기자)에서 발생되는 교류전기를 입력받아 기준전압을 선정하고, 내부에 있는 다이오드를 통해 직류로 정류 후 기준전압을 유지시키기 위해 여자기 고정자(계자)에 직류전원을 공급하여 기준전압을 제어하였다. 이러한 제어방식은 스스로 전기를 생성하여 공급한다고 해서 자여자 방식이라고 하고, 정상동작이 되기 위한 가장 큰 조건은 여자기 고정자(계자)에 잔류전기(극성)이 존재한다고 가정할 때이다.

여자기 고정자(계자)의 경우 코일로 이루어져 있으며 초기에 직류전원을 입력하면 쉽게 그 극성이 소멸되지 않으나 장시간 미사용 상태일때나 환경에 따라서 소멸되는 경우도 발생한다. 또한 너무 미세하게 남아 있을 경우도 마찬가지로 발전 출력전압이 정상적으로 발생하지 않는 문제가 있다.

따라서 최근에는 디젤엔진 시동시에 사용되는 배터리 전원을 사용하여 초기 구동시에 직류전압을 여자기 고정자(계자)로 공급하고 정상동작일 때 종래의 시스템에 의한 제어가 가능하도록 구성되어 잔류전기 소멸에 따른 문제점에 대응하기도 한다.

<종래의 영구자석을 이용한 동기발전기>

도 2는 PMG Type 디지털 AVR을 이용한 선박용 동기발전기를 도시한 예로서, 종래에는 비특허문헌 1과 같이 초기 구동시 잔류자속의 소멸에 대한 문제를 해결하기 위하여 영구자석을 활용하였다.

비특허문헌 1은 초기 기동시에 PMG(Permanent Magnet Generator)의 출력전압을 사용하여 여자기 필드전원을 독립적으로 공급하고, 그로 인해 발생되는 발전출력을 사용하여 디지털 AVR의 센싱 및 전원으로 사용하고 제어하는 시스템이다.

비특허문헌 1은 초기 기동을 제외한 정상 운전시에 PMG의 출력전압과 동기발전기의 출력전압을 함께 사용하여 여자기 계자권선에 필요한 전류를 공급하였다. 그 이유는 정상운전 시 PMG의 출력전압(단상의 교류전압으로서 3상의 교류전압보다 효율이 좋지 않음)이 동기발전기의 출력전압을 제어할 수 있을 정도의 에너지를 계자에 공급하지 못하므로, 동기발전기의 출력전압으로 여자기를 제어하였다.

더욱 상세하게는 비특허문헌 1은 초기기동 시 동기발전기의 출력전압은 잔류자속에 의한 전압만으로 MOSFET 를 턴-온 시킬 수 없기 때문에 PMG에 의해 발생되는 출력전압으로 계자권선에 여자전류를 흘려주어 PMG를 통하여 발생된 출력전압 확립 후 이 시점부터 Bypass용 MOSFET 스위치가 턴-온 되어 발전기 출력전압을 제어한다.

즉 비특허문헌 1은 초기 기동시에만 PMG를 활용하고, 정상운전일때는 발전출력전압을 정류하여 여자기 계자권선(필드)을 제어하는 것이다.

그러나 비특허문헌 1을 비롯하여 종래에는 전압조정에서 부하에서 유입되는 고조파나 이상전류의 영향을 받는 발전부의 출력전압을 사용함으로써, 부하의 영향에 따른 제어의 오류와 성능저하가 발생하는 문제점이 있다.

더욱 상세하게는 발전기 출력전압은 교류전압으로 사인형태의 파형을 지니고 있고, 이는 곧 부하와 연결되어 전원을 공급하는 용도로 사용된다. 교류형태의 파형은 부하에서 전파되는 노이즈 및 고조파에 노출되어 있기 때문에 제어기의 출력원으로 사용할 경우 그 효능이 점점 저하되는 것이다. 특허문헌 1도 역시 발전기의 출력전압을 사용하여 부하에 따른 영향을 받는다.

<종래의 전원용 PMG의 위치>

종래에는 비특허문헌 1과 같이 엔진과 동체의 사이에 PMG가 위치하고, 정상운전을 할 때 동체의 출력전압과 PMG의 출력전압을 함께 활용하기 위해 동체의 PMG와 동체의 출력단이 회로적으로 연결되어 있다.

즉 종래에는 엔진과 동체의 사이에 PMG가 위치하고, PMG와 동체의 출력단이 회로적으로 연결됨으로써, 제품의 크기가 커지는 문제점이 있다.

또한 종래에는 동체의 출력단을 기준으로 연결되면서 PMG와 다이오드가 연결되고, 여자기가 또 다른 다이오드와 DAVR이 연결되기 때문에 회로적으로 복잡도가 높아 유지보수가 어려울 수 있고, 역시나 제품의 크기가 커지는 문제점이 있다.

비특허문헌 1은 PMG와 발전기의 출력의 2상의 선간전압으로 연결되어 단상의 교류전압을 출력하여, 정상운전을 할 때 DAVR에게 충분한 전원을 공급하기 어려운 문제점이 있다. 또한 비특허문헌 1은 교류전압을 전압조정이 없이 다이오드를 통해 여자기에게 공급함으로써, PMG의 쇼트시 다이오드의 손상과 함께 여자기의 손상 위험이 있다.

<종래의 여자기 계자용 PMG>

도 3은 종래의 여자기 계자용 PMG가 포함된 동기발전기를 도시한 예로서, 종래에는 발전기의 효율을 개선하기 위해서는 여자기의 계자부를 영구자석으로 설계하는 방법이 적용하였다.

도 3은 영구자석 여자기를 사용하는 발전기의 구조로 발전기 부분은 기존의 발전기와 동일하게 구성되어 있지만, 여자기 고정자 부분은 계자 역할을 하는 것으로 영구자석을 사용하여 여자기 회전자에 전력을 발생시킴으로써, avr의 출력이 여자기의 계자 자속을 제어하여 여자기의 출력전압을 조절하지 않고, 발전기의 회전속도에 따라 여자기의 출력전압을 일정한 교류전압을 발생하게 된다.

따라서, 종래에는 발전기의 출력전압과 관계없이 발전기의 계자권선에 전력을 공급할 수 있으므로, 기동시 초기 전원 형성을 고려한 잔류전기가 필요 없게 되는 장점이 있고, 영구자석 여자기는 기존의 권선형 여자기에 비해 영구자석의 사용으로 인해 효율이 높아지는 장점이 있다.

그러나 종래에는 영구자석 여자기를 사용하게 되는 경우에 여자기의 출력전압이 일정하여 발전기 여자기의 계자전류를 조절하기 어려운 문제점이 있다.

발전기 내부에서 발전기의 계자전류를 제어하기 위한 전류제어기가 필수적이다. 특히 내장형 전류제어기는 발전기의 출력전압을 직접 검출할 수 없기 때문에 전압제어를 위한 외부 제어기에서 발전기의 계자전류 지령치를 입력 받아야 하는데, 내장형 전류제어기는 회전자에 부착되어 회전하게 되므로, 유선방식이 사용되지 못하여 무선방식의 통신이 필요하게 된다.

이에 따라 종래에는 회전자 축에 일치한 적외선 수신부와 송신부를 통해서 외부 제어기에서 발전기의 전압을 제어하는 계자전류 지령치를 송수신하도록 설계해야 하는 문제점이 있다.

<종래의 비상용 디젤발전기>

종래의 비상용 디젤발전기는 동기발전기로서 디젤엔진의 동력원으로 발전시켜 비상상황에 부하에게 발전된 전기를 공급하는 목적으로 사용되며, 부하별로 다양하게 적용되어 사용된다.

부하는 선형부하와 비선형부하로 구분되고, 사용목적별로 용량이나 설치환경이 다르다. 즉 DAVR의 전압제어특성은 부하별, 용량별, 부하의 사용목적별 또는 설치환경별로 전혀 다를 수 있다.

예를 들어 비상용 디젤발전기는 건축공사에서 엘리베이터에 전기를 공급하고, 수자원공사에서 수문 제어를 위한 펌프에 전기를 공급하며, 도로공사에서 터널의 램프에 전기를 공급하므로, 사용목적이나 설치환경에 따라 전기를 공급받는 부하의 전압변동특성은 전혀 다르다.

종래에는 비특허문헌 2와 같이 DAVR을 이용하여 전압조정과 관련된 제어상태를 모니터링하고, 발전기의 전압이나 전류의 이상과 같은 오류 기록하거나 표시하는 인터페이스를 제공하였다.

그러나 종래의 DAVR은 단일의 세팅값으로 고정되어 용량, 부하 및 설치환경 등 전압변동특성에 맞게 전압조정을 위한 세팅값을 수동으로 변경함으로써, 초기에 DAVR을 세팅하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다. 또한 일부 비상용 디젤발전기는 사용할 때마다 부하가 변경될 수 있고, 이러한 상황마다 전압조정을 위한 세팅값을 수동으로 변경함으로써, 부하가 변경될 때마다 DAVR을 세팅하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

<종래의 병렬발전>

동기발전기의 병렬제어는 두개 이상의 발전기를 사용하여 사용 주파수 및 발전 출력전압을 일정하게 제어함으로써, 발전 기간에 서로 위상 및 주파수 차이에 의해 횡류가 흐르지 않도록 한다.

여기서 말하는 주파수는 엔진 속도에 따라 변화되는 것으로서, 엔진에 연결된 가버너를 통해 엔진의 속도를 제어한다. 비특허문헌 3의 가버너는 서로 다른 주파수를 제어하기 위해 엔진에 연결된 가버너를 제어하였다.

그러나 비특허문헌 3의 가버너는 엔진의 속도를 제어할 뿐 서로 다른 주파수를 스스로 제어하지는 못하는 문제점이 있다.

즉 서로 다른 두개 이상의 발전기 엔진의 속도를 제어하기 위해서는 각각의 가버너가 존재하고, 병렬운전을 하기 위해서는 서로 다른 두개 이상의 가버너의 속도의 편차를 줄여가며 운전속도를 맞춰 제어해야 하는데, 각각의 가버너로 운전시 제어하지는 못하므로, 병렬운전 컨트롤러를 통해 각각의 가버너의 외부입력단자에 제어 전원을 조절해 가면서 상호간의 회전속도의 편차를 실시간으로 줄여가면서 병렬 운전을 해야한다.

비특허문헌 3은 단순히 가버너만 표기되어 있고, 병렬운전을 위한 외부입력단자의 표기가 없어 서로 다른 주파수를 제어한다고 볼 수 없다. 이는 각각의 가버너는 동일한 제품이라도 제어의 편차가 있고 각각 단독으로 제어하기 때문에 제어의 편차가 많이 발생한다고 할 수 있다.

즉 병렬운전으로 속도를 제어하기 위해서는 가버너 자체에서 제어하는 것이 아닌 외부입력단자를 통해 입력되는 제어전원으로 속도제어가 가능하지만, 비특허문헌 3을 비롯하여 종래에는 이러한 기술이 미비한 실정이다.

비특허문헌 2는 Maintence tool의 자동제어 기능과 매뉴얼로 제어기를 조정하는 기능이 있지만, 이러한 기능이 병렬제어기능으로 볼 수 없다.

<종래의 DAVR>

종래에는 비특허문헌 2와 같이 발전기의 전압이나 전류의 이상과 같은 오류 기록하거나 표시하는 인터페이스를 제공하지만, 고장수준에 대응하여 표시와 조치를 제공하는 기술이 미비한 실정이다.

종래에는 비특허문헌 1과 같이 정상운전에서 PMG의 출력전압이 발전기의 출력전압을 제어할 수 있을 정도의 에너지를 계자에 공급하지 못하여 동기발전기의 출력전압을 함께 활용함으로써, 정상운전에서 PMG의 출력전압으로 DAVR의 동작전원과 계자의 전원을 함께 공급하기 어려운 문제점이 있다.

한국등록특허 제10-1552301호

<디젤발전기> (비특허문헌 1)유동완외, PMG Type 디지털AVR을 이용한 선박용 동기발전기 출력 전압 제어, 전력전자학회 논문집 제14권 제1호 2009년 2월 (비특허문헌 2)Digital Automatic Voltage Regulator(MEC700 D-AVR), MITSUBISHI ELECTRIC, 2011, March (비특허문헌 3)Control of Digital AVR in Stand Alone Generator for Improved Dynamic Characteristics, 2008 IEEE Power Electronics Specialists Conference, 2008.08.08.

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상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 사례별 다채널로 세팅값이 설정되어 발전부의 출력전압을 능동적으로 조정하는 인터페이스를 제공하는 다채널을 이용한 전압조정기를 제공한다.

삭제

상기의 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명의 실시예에 따른 사용자 맞춤형의 다채널을 이용한 전압조정기는, 용량, 부하 및 설치환경 중 적어도 하나의 전압변동특성과 관련된 사례별 채널정보를 저장하고, 각 채널정보에 대응하는 세팅값을 저장하는 메모리(630); 채널의 선택과 목표전압을 설정하는 입력을 제공하고, 입력정보에 대응하여 발전부(210)의 출력전압을 조정하는 항목을 표시하는 사용자 인터페이스(620); 선택된 채널의 세팅값을 이용하여 출력전압을 목표전압으로 조정하기 위한 이득값을 연산하는 이득값 연산기(670) 및 상기 이득값과 영구자석 전원공급부(230)의 교류전압을 이용하여 출력된 제어전압을 여자부(220)에게 제공하는 출력 제어기(680)를 포함하여, 사례별 다채널로 세팅값이 설정되어 발전부의 출력전압을 능동적으로 조정하는 인터페이스를 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기 이득값 연산기는 자동으로 사용자가 선호하는 선택된 채널의 세팅값을 이용하여 이득값을 연산하고, 출력전압과 목표전압 간의 차이로 인해 세팅값의 재설정이 필요하면 가변저항을 이용하여 수동으로 세팅값을 입력받아 선택된 채널의 세팅값을 재설정하며, 재설정된 세팅값을 이용하여 이득값을 연산하는 것을 특징으로 할 수 있다.

단독운전 및 병렬운전을 포함하는 제어모드를 설정하는 설정부(610)를 더 포함하고, 본 발명의 실시예에 따른 사용자 맞춤형의 다채널을 이용한 전압조정기는, 상기 사용자 인터페이스를 통하여 병렬운전이 선택되면 외부의 전압의 입력을 받거나 가변저항을 입력받아 목표전압을 연산하고, 목표전압을 이득값 연산기에게 제공하는 목표전압 연산기(660)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 사용자 맞춤형의 다채널을 이용한 전압조정기는, 제어값, 제어모드, 측정화면 및 비상정지를 설정하는 설정부를 더 포함하고, 상기 설정부는, 채널선택기(624)를 통한 채널 설정, 자동제어를 위한 메모리에 저장된 제어값 설정 및 수동제어를 위한 가변저항에 의한 제어값 설정에 대한 기능이 구비된 제어값 설정부(611); 단독운전모드와 병렬운전모드의 설정, 병렬운전모드에서 병렬제어전압의 설정 및 병렬운전모드에서 가변저항 사용여부 설정에 대한 기능이 구비된 제어모드 설정부(612); 단자부(623)를 통해 입출력되는 측정값과 제어값으로 구성된 복수의 표시 항목을 설정하는 기능이 구비된 측정화면 설정부(613) 및 상기 영구자석 전원공급부의 과전압 설정 및 여자부의 과전류 설정에 대한 기능이 구비된 비상정지 설정부(614)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 사용자 맞춤형의 다채널을 이용한 전압조정기는, 상기 영구자석 전원공급부의 교류전압을 받는 AC 여자코일 단자, 출력 제어기로부터 전압이 조정된 제어전압을 여자부에 제공하는 DC 필드코일 단자, 발전부의 출력전압을 센싱하기 위한 GEN 단자, 외부의 전압 입력을 제공하는 AVR IN 단자 및 외부의 저항 입력을 제공하는 VR 단자로 구성된 단자부를 더 포함하고, 상기 AVR IN 단자는 병렬 발전기의 출력전압을 제어하기 위한 입력 단자이고, VR 단자와 함께 선택적으로 사용되며, 상기 사용자 인터페이스는 AVR IN 단자로부터 입력되는 전압의 조정범위에서 최소값과 최대값을 설정하는 기능을 제공하여 특성이 다른 병렬 발전기의 병렬운전시 횡류의 발생을 억제하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 출력 제어기는, 상기 영구자석 전원공급부의 3상 교류전압 정류하여 직류전압으로 변환하는 정류기(682); 상기 직류전압을 동작전원과 여자전원으로 분배하는 분배기(683); 상기 동작전원을 공급받아 동작되고, 이득값을 아날로그 신호 기반의 PWM 파형을 변환하며, PWM 파형으로 스위칭소자에 입력되는 여자전원의 공급량을 제어하는 출력 제어부(681) 및 상기 여자전원의 전압이 조정된 제어전압을 여자부에게 제공하는 스위칭소자(688)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 이득값 연산기는 출력전압의 값을 샘플링하는 기능과 부하에 따른 전압 드롭에 의한 영향을 제거하는 부스트 기능을 포함하여 여자부의 헌팅시간이 단축된 것을 특징으로 할 수 있다.

삭제

본 발명은 사례별 다채널로 세팅값이 설정되고, 사용자가 원하는 채널의 선택을 제공하며, 발전부의 출력전압을 능동적으로 조정하는 인터페이스를 제공함으로써, 초기 세팅시 부하에 맞는 채널을 선택하여 초기에 세팅하는 시간을 단축시킬 수 있고, 부하가 변경되어도 쉽게 부하에 맞게 채널을 변경하여 세팅시간을 단축시킬 수 있으며, 사용자 맞춤형의 전압조정 서비스를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 일반적인 동기발전기를 도시한 예이다.
도 2는 PMG Type 디지털 AVR을 이용한 선박용 동기발전기를 도시한 예이다.
도 3은 종래의 여자기 계자용 PMG가 포함된 동기발전기를 도시한 예이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비상용 디젤발전기를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4의 동체를 상세하게 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전압조정기를 도시한 블록도이다.
도 7은 도 4의 전압조정기를 확대하여 도시한 것이다.
도 8은 도 6의 전압조정기를 상세하게 도시한 블록도이다.
도 9는 도 8의 목표전압 연산기를 상세하게 도시한 블록도이다.
도 10은 도 8의 이득값 연산기를 상세하게 도시한 블록도이다.
도 11은 CT, 오프셋 제거부, ADC 및 True RMS의 순서로 동작하는 예를 도시한 것이다.
도 12는 제1 이득값 연산부와 제2 이득값 연산부의 순서로 동작하는 예를 도시한 것이다.
도 13은 도 8의 출력 제어기를 상세하게 도시한 블록도이다.
도 14는 PWM 파형을 도시한 예이다.
도 15는 도 8의 설정부를 상세하게 도시한 블록도이다.
도 16은 도 15의 제어값 설정부의 동작을 상세하게 도시한 것이다.
도 17은 도 15의 제어모드 설정부의 동작을 상세하게 도시한 것이다.
도 18은 도 15의 측정화면 설정부의 동작을 상세하게 도시한 것이다.
도 19는 측정화면을 도시한 예이다.
도 20은 도 15의 비상정지 설정부의 동작을 상세하게 도시한 것이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 전압조정기의 동작 방법을 도시한 흐름도이다.
도 22는 5가지의 설정화면을 도시한 예이다.
도 23은 정상일 때 화면과 비정상일 때 화면을 값과 색상으로 표시하는 예이다.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비상용 디젤발전기를 도시한 단면도로서, 비상용 디젤발전기(10)는 전압조정에서 부하의 영향이 제거된 전압조정시스템으로 명명할 수 있다. 비상용 디젤발전기(10)는 디젤엔진(100), 동체(200), 라디에이터(300), 베드프레임(400), 운전반(500) 및 전압조정기(600)를 포함한다.

디젤엔진(100)은 경유를 사용하는 내연기관으로서, 열에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 동력원을 발생한다. 디젤엔진(100)은 회전축(201)으로 동력원을 동체(200)에게 전달한다.

운전반(500)은 별치형과 탑재형으로 구성되며 별치형은 큐비클 형태의 자립형 판넬이고, 탑재형은 동체(200) 위에 탑재되는 판넬이다. 운전반(500)은 수요처에 따라 구성이 동일하지 않으나, 기본적으로는 발전기 컨트롤러, 차단기, 부스바등으로 이루어져 발전기 시동 및 정지, 엔진 및 발전상태의 디스플레이, 고장에 따른 알람 및 차단기능 및 부하선연결 등을 제공한다.

도 5는 도 4의 동체를 상세하게 도시한 단면도로서, 동체(200)는 동기발전기로서 디젤엔진(100)의 회전력을 받아 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 장치이다. 동체(200)는 회전축(201), 발전부(210), 여자부(220) 및 전원공급부(230)로 구성된다.

회전축(201)은 발전부(210), 여자부(220) 및 영구자석 전원공급부(230)의 순으로 축 결합을 제공하고, 디젤엔진(100)의 동력원을 기계적 에너지인 회전력으로 전달하는 기능을 수행한다.

발전부(210)는 주발전기로서 회전축(201)의 회전력으로 발전하여 부하에게 공급되는 출력전압을 생성하고, 여자부(220)는 여자기로서 발전부에게 여자전류를 공급하며, 영구자석 전원공급부(230)는 교류전압을 출력하여 전압조정기(600)에게 공급한다.

전압조정기(600)는 발전부(210)의 출력전압을 조정하는 장치로서 영구자석 전원공급부(230)에서 공급된 교류전압을 사용하여 제어전압을 여자부(220)에게 제공한다.

발전부(210)는 발전용 고정자형 전기자(211)와 발전용 회전자형 계자(212)로 구성되고, 여자부(220)는 여자용 고정자형 계자(221)와 여자용 회전자형 전기자(222)로 구성되며, 영구자석 전원공급부(230)는 전원공급용 고정자형 전기자(231)와 전원공급용 영구자석형 계자(232)로 구성된다.

상기 전원공급용 고정자형 전기자(231)의 교류전압은 전압조정기(600)의 전압조정을 걸쳐 여자용 고정자형 계자(221)에 공급되고, 여자용 회전자형 전기자(222)의 여자전압은 직류로 정류되어 발전용 회전자형 계자(212)에 공급되며, 발전용 고정형 전기자(211)의 출력전압은 전압조정기(600)로부터 감지된다.

여자부(220)는 발전부(210)의 출력전압을 미사용하고, 영구자석 전원공급부(230)의 교류전압을 사용한다. 발전부(210)의 출력전압은 감지되어 전압조정기(600)에서 목표전압으로 조정하기 위한 데이터 등 읽기 용도로 활용될 수 있고, 후술되는 고장을 진단, 표시 및 조치하는 용도로 활용될 수 있다.

전압조정기(600)는 부하에서 유입되는 고조파나 이상전류의 영향을 받는 발전부(210)의 출력전압을 미사용하여 부하에 의한 고장원인을 제거할 수 있고, 설정된 출력제어조건으로 제어전압을 여자부(220)에게 공급하여 여자부(220)를 보호할 수 있다. 출력제어조건은 여자부(220)에 대한 과전류와 필드저항 및 영구자석 전원공급부(230)의 과전압에 관한 것으로서, 후술되는 고장표시와 조치를 위해 기준값을 설정하는 내용에서 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 전압조정에서 발전부(210)의 출력전압을 미사용하고, 영구자석 전원 공급부(230)의 교류전압을 사용함으로써, 전압조정에서 부하의 영향을 제거할 수 있고, 부하에 의한 고장원인을 제거할 수 있으며, 전압조정의 안정도나 안정성 측면을 개선할 수 있다.

본 발명은 영구자석 전원공급부(230)의 교류전압을 전압조정기(600)의 구동전원으로 함께 활용되어, 구동전원을 공급받기 위한 별도의 배선이 불필요하고, 전압조정기(600)를 좀 더 소형화로 제작할 수 있으며, 무엇보다도 전원사용효율을 극대화할 수 있다.

예를 들어 선행기술로 기재된 비특허문헌 1을 참조하여 본 발명의 구조적 특징을 설명하기로 한다. 비특허문헌 1은 엔진과 동체의 사이에 PMG가 위치하고, 정상운전을 할 때 동체의 출력전압 PMG의 출력전압을 함께 활용하기 위해 동체의 PMG와 동체의 출력단이 회로적으로 연결되어 있다.

즉 비특허문헌 1은 엔진과 동체의 사이에 PMG가 위치하고, PMG와 동체의 출력단이 회로적으로 연결됨으로써, 제품의 크기가 커지는 문제점이 있다. 또한 비특허문헌 1은 동체의 출력단을 기준으로 연결되면서 PMG와 다이오드가 연결되고, 여자기가 또 다른 다이오드와 DAVR이 연결되기 때문에 회로적으로 복잡도가 높아 유지보수가 어려운 것이고, 역시나 제품의 크기가 커지는 문제점이 있다.

그러나 본 발명은 회전축(201)의 일단에 발전부(210)가 형성되고, 중단에 여자부(220)가 형성되며, 끝단에 영구자석 전원공급부(230)가 형성된다. 본 발명은 하나의 회전축(201)에 발전부(210), 여자부(220) 및 영구자석 전원공급부(230)의 순으로 동체(200)가 형성된 구조적인 특징으로 인하여, 동체(200)를 소형화로 제작할 수 있고, 회로적 연결의 복잡도를 최소화시킬 수 있습니다. 즉 본 발명은 비특허문헌 1의 구조적인 문제점을 해결할 수 있다.

영구자석 전원공급부(230)는 3상 교류전압을 전압조정기(600)에게 공급한다. 전압조정기(600)는 과전압이나 과전류 등 전압이 조정된 상태에서 제어전압이나 제어전류로 여자부(220)에게 공급함으로써, 여자부(220)를 보호할 수 있다.

본 발명은 단상이 아니 3상으로 교류전압을 공급함으로써, 정상운전을 할 때 전압조정에 필요한 충분한 전원을 공급할 수 있고, 전압조정기(600)의 동작전원으로로 함께 활용할 수 있다.

예를 들어 비특허문헌 1을 참조하여 본 발명의 영구자석 전원공급부(230) 특징을 설명하기로 한다. 비특허문헌 1은 PMG와 발전기의 출력의 2상의 선간전압으로 연결되어 단상의 교류전압을 출력하는 것이고, 본 발명은 3상의 교류전압을 출력하는 것이다.

또한 비특허문헌 1은 교류전압을 전압조정이 없이 다이오드를 통해 여자기에게 공급하는 것이고, 본 발명은 교류전압을 전압조정기(600)에 걸쳐 전압이 조정된 상태로 여자부(220)에게 공급하는 것이다.

또한 비특허문헌 1은 PMG의 쇼트시 다이오드의 손상과 함께 여자기의 손상 위험이 있지만, 본 발명은 전압조정기(600)에서 과전압이나 과전류를 감시할 수 있고, 전압이 조정된 상태에서 여자부(220)에게 공급되어 여자부(220)를 보호할 수 있으므로, 본 발명은 비특허문헌 1의 문제점을 해결할 수 있다.

동체(200)는 여자부(220)를 권선형 여자기로 구성하여 발전부의 계자전류 쉽게 조정할 수 있고, 영구자석 전원공급부(230)를 영구자석형 여자기로 구성하여 교류전압의 변동을 최소화할 수 있다.

동체(200)는 하우징부(240)를 더 포함할 수 있다. 하우징부(240)는 발전부(210)와 여자부(220)를 감싸는 용도로 활용되고, 여자부(220)와 영구자석 전원공급부(230)의 경계 용도로 활용되며, 영구자석 전원공급부(230)의 자기차폐의 용도로 활용될 수 있다.

하우징부(240)는 여자부(220)와 영구자석 전원공급부(230)의 자기장 간섭을 방지할 수 있다. 하우징부(240)는 자가차폐가 되어 영구자석 전원공급부(230)에서 발생하는 자속 밀도를 균일하게 유지시킬 수 있으므로, 교류전압의 변동을 최소화할 수 있다.

하우징부(240)는 여자부(220)와 영구자석 전원공급부(230) 간 소정의 이격거리를 제공함으로써, 배선이 꼬임을 방지할 수 있고, 배선의 연결 안정도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어 본 발명은 영구자석 전원공급부(230)와 전압조정기(600)는 AC 기반의 배선으로 연결되고, 전압조정기(600)와 여자부(220)는 DC 기반의 배선이 연결되며, 하우징부(240)는 각각의 배선이 꼬이지 않게 연결되도록 이격공간을 제공하는 것이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전압조정기를 도시한 블록도로서, 전압조정기(600)는 영구자석 전원공급부(230)에서 공급된 교류전압을 사용하여 제어전압을 여자부(220)에게 제공함으로써, 발전부(210)의 출력전압을 목표전압으로 조정할 수 있다.

전압조정기(600)는 설정부(610), 사용자 인터페이스(620), 메모리(630), 목표전압 연산기(660), 이득값 연산기(670) 및 출력 제어기(680)를 포함한다.

설정부(610)는 전압조정에 필요한 설정을 제공하고, 사용자 인터페이스(620)는 입출력 기능을 제공하며, 메모리(630)는 설정부(610)에서 설정된 정보나 입출력에 관한 정보를 저장한다.

목표전압 연산기(660), 이득값 연산기(670) 및 출력 제어기(680)는 프로그램 로직에 해당된다. 목표전압 연산기(660)는 목표전압을 연산하고, 이득값 연산기(670)는 출력전압을 목표전압으로 조정하기 위한 이득값을 연산하며, 출력 제어기(680)는 이득값과 영구자석 전원공급부(230)의 교류전압을 이용하여 출력된 제어전압을 여자부(220)에게 제공한다.

도 7은 도 4의 전압조정기를 확대하여 도시한 것으로서, 사용자 인터페이스(620)는 입력부(621), 표시부(622) 및 단자부(623)를 포함할 수 있다. 입력부(621)는 사용자의 입력을 위한 기능을 제공하고, 도 7에 도시된 바와 같이 버튼 형태로 제작될 수 있으며, 표시부(622)와 같이 일체형으로 형성되어 터치방식으로 입력 기능을 제공할 수 있으며, 다양한 방식으로 입력 기능을 제공할 수 있고, 이에 한정하지 않는다.

표시부(622)는 설정화면, 측정화면 또는 고장정보 표시화면을 제공할 수 있고, 텍스트나 음성 또는 LED의 형태로 정보를 표시할 수 있으며, 다양한 방식으로 표시 기능을 제공할 수 있고, 이에 한정하지 않는다.

단자부(623)는 영구자석 전원공급부의 교류전압을 받는 AC 여자코일 단자, 출력 제어기로부터 전압이 조정된 제어전압을 여자부에 제공하는 DC 필드코일 단자 및 발전부(210)의 출력전압을 감지하여 생성된 전압감지정보를 입력받기 위한 GEN 단자를 포함할 수 있다.

GEN 단자는 현재 발전 중인 출력의 전압이나 주파수로 나타낼 수 있다.

단자부(623)는 외부의 전압 입력을 제공하는 AVR IN 단자 및 외부의 저항 입력을 제공하는 VR 단자를 더 포함할 수 있다. AVR IN 단자는 병렬 발전기의 출력전압을 제어하기 위한 입력 단자이고, VR 단자와 함께 선택적으로 사용될 수 있다.

사용자 인터페이스(620)는 AVR IN 단자로부터 입력되는 전압의 조정범위에서 최소값과 최대값을 설정하는 기능을 제공하여 특성이 다른 병렬 발전기의 병렬운전시 횡류의 발생을 억제할 수 있다.

전압조정기(600)는 케이스(690)를 더 포함할 수 있다. 케이스(690)는 운전반(500)의 내부 판넬, 외부 판넬 또는 특정 판넬에 부착될 수 있도록 볼트와의 결합을 위한 결합홀이 형성될 수 있다.

도 8은 도 6의 전압조정기를 상세하게 도시한 블록도로서, 메모리(630)는 용량, 부하 및 설치환경 중 적어도 하나의 전압변동특성과 관련된 사례별 채널정보를 저장하고, 각 채널정보에 대응하는 세팅값을 저장한다.

부하는 선형부하와 비선형부하로 구분되고, 사용목적별로 용량이나 설치환경이 다르다. 본 발명은 부하별, 용량별, 부하의 사용목적별 또는 설치환경별로 전혀 다를 수 있으므로, 이를 각각의 채널로 구성할 수 있고, 채널에 관한 정보를 메모리(630)에 저장할 수 있다.

전압조정기(600)는 채널선택기(624)를 더 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스(620)는 채널선택기(624)를 통한 채널의 선택과 목표전압을 설정하는 입력을 제공하고, 입력정보에 대응하여 발전부(210)의 출력전압을 조정하는 항목을 표시한다.

이득값 연산기(670)는 선택된 채널의 세팅값을 이용하여 출력전압을 목표전압으로 조정하기 위한 이득값을 연산한다. 출력 제어기(680)는 이득값과 영구자석 전원공급부(230)의 교류전압을 이용하여 출력된 제어전압을 여자부(220)에게 제공한다.

본 발명은 사례별 다채널로 세팅값이 설정되고, 사용자가 원하는 채널의 선택을 제공하며, 발전부(210)의 출력전압을 능동적으로 조정하는 인터페이스를 제공함으로써, 초기 세팅시 부하에 맞는 채널을 선택하여 초기에 세팅하는 시간을 단축시킬 수 있고, 부하가 변경되어도 쉽게 부하에 맞게 채널을 변경하여 세팅시간을 단축시킬 수 있으며, 사용자 맞춤형의 전압조정 서비스를 제공할 수 있다.

도 9는 도 8의 목표전압 연산기를 상세하게 도시한 블록도로서, 목표전압 연산기(660)는 사용자 인터페이스(620)를 통하여 단독운전을 할 때 사용자가 설정한 입력값으로 목표전압을 정할 수 있고, 병렬운전을 할 때 외부의 전압의 입력을 받거나 가변저항을 입력받아 목표전압을 연산할 수 있으며, 목표전압을 이득값 연산기(670)에게 제공할 수 있다.

사용자는 볼륨(Volume) 스위치로 돌리면서 전압을 올리거나 내릴 수 있고, 목표전압 연산기(660)를 볼륨의 양을 연산하여 목표전압을 산정할 수 있다.

목표전압 연산기(660)는 감쇠회로(664), ADC(665) 및 목표전압 연산부(661)를 포함할 수 있다. 감쇠회로(664)는 AVR IN 단자로부터 입력되는 입력전압을 감쇠하고, ADC(665)는 감쇠된 입력전압을 디지털 신호로 변환하며, 목표전압 연산부(661)는 변환된 디지털 신호를 통하여 목표전압을 연산한다.

목표전압 연산기(660)는 정전류회로(667) 및 차동증폭기(668)를 더 포함할 수 있다. 정전류회로(667)는 VR 단자로부터 입력되는 입력전압을 강하시키고, 차동증폭기(668)는 강하된 입력전압의 오프셋(offset)을 제거하며 저항치를 측정한다. ADC(665)는 오프셋이 제거된 신호를 디지털 신호로 변환하고, 목표전압 연산부(661)는 변환된 디지털 신호를 통하여 목표전압을 연산한다.

도 10은 도 8의 이득값 연산기를 상세하게 도시한 블록도로서, 이득값 연산기(670)는 자동으로 사용자가 선호하는 선택된 채널의 세팅값을 이용하여 이득값을 연산하고, 출력전압과 목표전압 간의 차이로 인해 세팅값의 재설정이 필요하면 가변저항을 이용하여 수동으로 세팅값을 입력받아 선택된 채널의 세팅값을 재설정하며, 재설정된 세팅값을 이용하여 이득값을 연산할 수 있다.

이득값 연산기(670)는 제1 이득값 연산부(671), 제2 이득값 연산부(672), CT(673), 오프셋 제거부(674), ADC(675) 및 True RMS(678)를 포함할 수 있다.

도 11은 CT, 오프셋 제거부, ADC 및 True RMS의 순서로 동작하는 예를 도시한 것으로서, GEN 단자는 발전부(210)의 출력전압을 감지하기 위한 단자이다. 출력전압은 3상 R, S, T이다. CT(673)는 교류파형 기반의 입력전압을 디지털 제어를 위한 낮은 전압으로 강하한다. 입력전압은 R/S와 S/T로 구분된다. 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해서는 양의 값을 가져야 하므로, 오프셋 제거부(674)는 강하된 입력전압의 음전압을 양전압으로 올려준다.

ADC(675)는 표본화, 양자화 및 부호화를 거쳐 양전압 기반의 입력전압을 디지털 입력신호로 변환한다. 표본화는 아날로그 신호를 일정한 시간 간격을 가지고, 해당 시간 간격마다 아날로그의 신호를 채취하는 것이다. 표본화는 아날로그 신호인 발전부(210)의 파형을 일정한 시간 간격으로 구간을 나눈 후 아날로그 신호값을 채취할 수 있다.

양자화는 아날로그 신호를 일정한 전압 레벨의 구간을 나눈 영역에 강제적으로 대응시키는 과정으로서, 전압레벨 구간을 촘촘하게 나누어 데이터 양을 늘려 원래의 아날로그 신호에 접근할 수 있다.

부호화는 표본화와 양자화를 포개어 실제적으로 디지털로 처리할 수 있도록 구성하고, 표본화와 양자화가 상호적으로 이루어진 후에 얻어진 데이터를 가지고 2진수 코드를 부여하는 것이다.

True RMS(678)는 디지털 입력신호를 제곱의 평균을 구한 후 제곱근으로 실제적인 실효값으로 연산한다. True RMS(678)는 실제적인 실효값을 나타내고, AC파형의 등가직류(DC)값을 계산한다.

본 발명은 비선형부하에 따른 왜곡된 파형 유입시 정확한 실효값(RMS: Root Mean Square)을 연산하기 위해 True RMS(678)를 활용한다. 참고로 최대값은 교류전압갑 중 최대치이고, 평균값은 교류전압 주기에 대한 평균치로서 약 최대값의 0.637배이다. 실효값은 실제의 일에 개입하는 양과 같고, 약 최대값의 0.707배이며, 최대값/루트2이다.

도 12는 제1 이득값 연산부와 제2 이득값 연산부의 순서로 동작하는 예를 도시한 것으로서, 제1 이득값 연산부(671)는 P이득과 I이득을 이용하여 P이득과 I이득값을 연산할 수 있다.

P제어는 목표전압을 제어하기 위한 출력값(디폴트값 또는 에러값)으로 P이득값의 변화에 따라 PWM 출력파형의 크기는 달라진다. 출력값은 또는 에러값은 목표전압과 현재 출력전압의 차이를 의미한다.

I제어는 P제어로 인한 목표전압과 누적편차를 줄이는 제어이다. I제어는 값이 커질수록 기울기가 가파라져 시간이 단축되고, 값이 작아질수록 기울기가 완만하여 시간이 늘어난다.

P이득값은 (목표전압 - 현재 전압) x P이득으로 연산될 수 있다. P이득은 전압을 제어하는데 있어 목표로 설정된 전압과 현재 전압과의 차이를 에러로 보고 P이득값을 곱한 값임. 즉 이득값을 높이면 목표전압과 현재전압과의 차이보다 큰 PWM 파형을 출력하고, 게인값을 낮추면 목표전압과 현재전압과의 차이보다 낮은 PWM 파형을 출력한다.

I이득값은 (목표전압 - 현재 전압)의 누적된 값 x I이득으로 연산될 수 있다. I이득은 목표전압과 현재 전압의 차이인 에러의 누적된 값에 I이득값을 곱한 것이고, 시간이 지나야 누적된 값에 의해 계산되고, 누적된 값에 의해 에러오차의 축소 및 신속한 제어가 가능하다.

참고적으로 D이득값은 순간적인 에러(현재에러 - 바로전단계 에러) x D이득으로 연산될 수 있다. D이득은 순간적인 에러를 잡아주는 것으로 현재단계의 에러와 바로 전단계 에러의 차이를 조절하는 것이고, 일반적인 PID제어에 포함되나 본 발명에서는 BOOST 이득으로 구성된다.

제2 이득값 연산부(672)는 약 0.1초 수준의 속응성을 위해 Boost 이득값을 연산한다. Boost 기능은 순간전인 부하에 따른 전압 드롭 발생시에 발생하는 헌팅현상을 제거하기 위해 최초의 파형 시작값을 올려서 제어함으로써, 그 편차를 줄여 속응성을 확보하고, 헌팅현상도 제거하는 기능이다. Boost 이득값이 클수록 최초의 시작값이 높아진다.

제2 이득값 연산부(672)는 PI 이득값 설정에 따른 출력변화와 실제적인 실효값을 분석하여 고유출력에 부가신호를 더함으로써, 속응성 개선과 헌팅현상의 제거의 효과가 발생한다.

이득값 연산기(670)는 출력전압의 값을 샘플링하는 기능과 부하에 따른 전압 드롭에 의한 영향을 제거하는 부스트 기능을 포함하여 여자부(220)의 헌팅시간이 단축시킬 수 있고, 속응성을 개선시킬 수 있다.

P이득 및 I 이득, BOOST 값에 따라 제어속도 및 정확성은 차이가 난다. 예를 들어 본 발명은 모터와 같은 기동부하의 특성을 갖는 부하를 사용시에는 제어속도가 빨라야 하며 입력값의 변경으로 적합한 값의 적용이 가능하다.

엔진의 경우는 제조사 엔진의 특성 및 계절에 따른 시동성에 따라 시동부터 정상동작까지 걸리는 시간은 상이하다. 이러한 경우에는 순간적으로 전압이 급격하게 올라갈 수 있으므로, 이득값의 조정 필요하다. 예를 들어 겨울철에 시동시 크랭킹 후 급격하게 회전속도가 올라간다. 그 때 순간적으로 전압이 상승해 과전압 에러를 일으킬 수 있다. 본 발명은 이러한 점을 고려하여 제어속도나 정확성 측면에서 우수하다.

부하의 종류에는 R, L, C로 구성되어 있다. R은 흔히 말하는 저항으로만 이루어진 부하로 역률 1(피상전력과 유효전력이 동일) kva=kw 인 부하를 말한다. 예를 들어 전등이다. L은 리액터 부하로 낮은 역률을 포함한다. 역률 1이하 (무효전력발생) 의 부하를 말한다. 이러한 부하는 낮은 역률에 따른 큰 전류를 순간적으로 발생시켜 발전기 전압의 드롭을 발생시㎍다. 예를 들어 주로 모터로 이루어진 소방펌프, 엘리베이터이다. C는 콘덴서 부하로 높은 역률을 포함한다. 역률 1이상의 부하를 말한다. 이러한 부하는 발전전압을 상승시키므로, 역률 및 전압 보상용으로 주로 사용된다.

사용부하는 변경이 될 수 있으므로, 본 발명은 채널선택기(624)를 구성하여 상황에 따라 저장 및 선택 적용이 가능하게 함으로써, 능동적으로 사용이 가능하고, 유지보수시 편리성을 제공하며, 다양한 사례에 따른 누적 적용이 가능하다.

도 13은 도 8의 출력 제어기를 상세하게 도시한 블록도로서, 출력 제어기(680)는 이득값과 영구자석 전원공급부(230)의 교류전압을 이용하여 출력된 제어전압을 여자부(220)에게 제공한다.

출력 제어기(680)는 출력 제어부(681), 정류기(682), 분배기(683), 감쇠회로(684), ADC(685), I2C(686), 포토커플러(687), 스위칭소자(688) 및 전류센서(689)를 포함할 수 있다.

정류기(682)는 영구자석 전원공급부(230)의 3상 교류전압 정류하여 직류전압으로 변환환다. 분배기(683)는 직류전압을 동작전원과 여자전원으로 분배한다.

감쇠회로(684)와 ADC(685)는 동작전원을 처리하는 것으로서, 전술한 기능의 설명을 참조하기로 한다. I2C(686)는 절연기로서 회로의 영역들 사이를 전기적으로 분리함으로써, 상기 사이에 직접적인 전도경로가 생기지 않도록 하는 기능을 제공한다.

출력 제어부(681)는 동작전원을 공급받아 동작되고, 이득값을 아날로그 신호 기반의 PWM 파형을 변환하며, PWM 파형으로 스위칭소자(688)에 입력되는 여자전원의 공급량을 제어한다. PWM 파형의 변환은 이득값 연산기(670) 또는 출력 제어기(680)에서 이루어질 수 있다.

도 14는 PWM 파형을 도시한 예로서, PWM 파형은 펄스폭을 변조하여 제어하는 방식으로 ON 상태와 OFF상태로 유지되는 시간을 변경하여 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다.

디지털 신호를 아날로그 신호로 변환해야 하는 이유는 스위칭소자(688)의 ON/OFF 기능뿐만 아니라 제어의 속도를 빠르고 또는 느리게 제어하고 싶을 때 필요하다. 디지털 신호는 0과 1로 구성된 신호로 아날로그 신호처럼 표현하기 위해서는 ON/OFF 시간을 제어하면 된다. 즉, PWM 파형은 DELAY 함수의 ON 시간비율과 OFF 시간비율을 설정하여 여자부(220) 계자로 인가되는 계자전류의 양을 제어한다. 이러한 방식을 적용하는 이유는 영구자석 전원공급부(230)에서 입력된 전력을 스위칭을 통해 필요한 전력만큼만 여자부(220) 계자로 인가하기 위함이다.

포토커플러(687)는 절연 기능을 제공할 수 있다. PWM 파형은 포토커플러(687)를 통하여 스위칭소자(688)의 게이트 제어에 사용된다. 스위칭소자(688)는 여자전원의 전압이 조정된 제어전압을 여자부에게 제공한다.

전류센서(689)는 실제 필드로 흘러가는 제어전류를 감지하고, 제어전류의 값을 출력 제어부(681)에게 제공한다.

출력 제어부(681)는 사용자 인터페이스를 통해 설정된 과전압, 과전류 및 필드저항의 정보를 활용하여 제어전압의 출력을 제한할 수 있다. 메모리(630)는 여자부(220)의 과전류값과 필드저항값의 곱으로 설정된 최대값을 저장할 수 있다.

출력 제어부(681)는 여자전원을 제어전압으로 스위칭할 때 제어전압이 최대값보다 높으면 제어전압의 출력을 제한하고, 전류센서(689)에서 감지된 제어전류값이 과전류값보다 높으면 제어전압의 출력을 제한함으로써, 스위칭소자(688)와 여자부(220)를 보호할 수 있다.

출력 제어부(681)는 영구자석 전원공급부(230)의 직류전압이 과전압보다 높으면 비상정지시켜 영구자석 전원공급부(230)를 보호할 수 있다.

전압조정기(600)는 정류기(682)를 통하여 영구자석 전원공급부(230)의 교류전압을 직류전압으로 변환하고, 분배기(683)를 통하여 일부의 직류전압을 동작전원으로 사용하며, 스위칭소자(688)를 통하여 다른 일부의 직류전압을 제어전압으로 스위칭할 수 있다. 교류전압은 전압조정기(600)의 동작전원 공급과 발전부(210)의 출력제어로 함께 이용될 수 있다.

전압조정기(600)는 부하에서 유입되는 고조파나 이상전류의 영향을 받는 발전부(210)의 출력전압을 미사용하여 부하에 의한 고장원인을 제거하고, 설정된 출력제어조건으로 제어전압을 여자부(220)에게 공급하여 여자부(220)를 보호할 수 있다. 출력제어조건은 과전압, 과전류 및 필드저항에 관한 것이다.

도 15는 도 8의 설정부를 상세하게 도시한 블록도로서, 설정부(610)는 제어값, 제어모드, 측정화면 및 비상정지를 설정한다. 설정부(610)는 제어값 설정부(611), 제어모드 설정부(612), 측정화면 설정부(613) 및 비상정지 설정부(614)를 포함할 수 있다.

도 16은 도 15의 제어값 설정부의 동작을 상세하게 도시한 것으로서, 제어값 설정부(611)는 채널선택기(624)를 통한 채널 설정, 자동제어를 위한 메모리에 저장된 제어값 설정 및 수동제어를 위한 가변저항에 의한 제어값 설정에 대한 기능이 구비된다. 채널 설정은 사용자의 수동입력으로 설정될 수 있다. 제어값은 목표전압, P이득, I이득 Boost 이득 및 필드저항의 값을 포함할 수 있다.

도 17은 도 15의 제어모드 설정부의 동작을 상세하게 도시한 것으로서, 제어모드 설정부(611)는 단독운전모드와 병렬운전모드의 설정, 병렬운전모드에서 병렬제어전압의 설정 및 병렬운전모드에서 가변저항 사용여부 설정에 대한 기능이 구비된다.

도 18은 도 15의 측정화면 설정부의 동작을 상세하게 도시한 것이고, 도 19는 측정화면을 도시한 예로서, 측정화면 설정부(613)는 단자부(623)를 통해 입출력되는 측정값과 제어값으로 구성된 복수의 표시 항목을 설정하는 기능이 구비된다.

도 20은 도 15의 비상정지 설정부의 동작을 상세하게 도시한 것으로서, 비상정지 설정부(614)는 영구자석 전원공급부(230)의 과전압 설정 및 여자부(220)의 과전류 설정에 대한 기능이 구비된다.

도 21은 본 발명의 실시예에 따른 전압조정기의 동작 방법을 도시한 흐름도로서, 목표전압 연산기(660)는 목표전압을 산정하고, 이득값 연산기(670)는 출력전압을 목표전압으로 조정하기 위한 이득값을 연산하며, 출력 제어기(680)는 이득값과 영구자석 전원공급부(230)의 교류전압을 이용하여 출력된 제어전압을 여자부(220)에게 제공한다.

출력 제어기(680)는 제어전압이나 제어전류를 필드로 출력할 때 과전압이나 과전류에 판별동작을 수행할 수 있고, 설정부(610)는 기준값으로서 판별동작을 위한 임계값이나 상하값이 설정된다.

설정부(610)는 발전부(210)에서 출력되는 출력전압의 상하한을 의미하는 제1 상하한값, 발전부(210)에서 출력되는 주파수의 상하한을 의미하는 제2 상하한값, 영구자석 전원공급부(230)의 공급전원의 과전압을 의미하는 제1 임계값 및 여자부(220)에게 인가되는 제어전류의 과전류를 의미하는 제2 임계값을 설정한다.

출력 제어기(680)는 출력전압과 제1 상하한값의 비교 및 주파수와 제2 상하한값의 비교를 통하여 경증고장이 있는지 판별하고, 표시부(622)는 도 18에 도시된 바와 같이 경증고장이 있으면 출력전압 또는 주파수 항목에 대한 값의 색상변화로 경증고장을 표시한다.

설정부(610)는 출력전압의 게이지 최소전압과 최대전압에 대해서도 상하한값을 설정할 수 있고, 표시부(622)는 게이지 항목에 대한 값의 색상변화로 경증고장을 표시할 수 있다.

출력 제어기(680)는 공급전원과 제1 임계값의 비교 및 제어전류와 제2 임계값의 비교를 통하여 중증고장이 있는지 판별하고, 중증고장이 있으면 비상정지를 구동하여, 고장수준에 대응하여 표시와 조치가 함께 이루질 수 있다.

출력 제어기(680)는 공급전원과 제1 임계값의 비교를 통하여 영구자석 전원공급부(230)를 보호하고, 제어전류와 제2 임계값의 비교를 통하여 여자부와 공급전원을 제어전압이나 제어전류로 조정하는 스위칭소자(688)를 보호할 수 있다.

설정부(610)는 여자부에 대한 필드저항값을 설정하고, 제2 임계값과 필드저항값의 곱으로 연산된 제3 임계값을 설정할 수 있다. 출력 제어기(680)는 공급전원을 조정하여 인가되는 제어전압이 제3 임계값보다 높으면 제어전압을 출력을 제한하여 여자부(220)를 보호할 수 있다.

표시부(622)는 단자부(623)를 통해 입출력되는 측정값과 제어값으로 구성된 복수의 항목을 포함하고, 설정된 순서로 항목을 화면에 배치하여 구성요소별 시계열적 고장의 원인을 표시할 수 있다.

예를 들어 설정된 순서로 항목을 배치하기 위해 화면에서 상단은 경증고장과 관련된 항목으로 구성될 수 있고, 하단은 중증고장과 관련된 항목으로 구성될 수 있다.

다른 예를 들어 설정된 순서로 항목을 배치하기 위해 화면에서 상단은 디젤엔진(100)과 발전부(210)의 고장과 관련된 항목으로 구성될 수 있고, 하단은 여자부(220), 영구자석 전원공급부(230) 및 자신의 전압조정기의 고장과 관련된 항목으로 구성될 수 있다.

본 발명은 출력전압에 의한 경증고장이 발생하면 출력전압의 값과 색상을 통하여 배선 또는 동체의 용량부족에 의한 고장원인으로 암시할 수 있고, 주파수에 의한 경증고장이 발생하면 주파수의 값과 색상을 통하여 디젤엔진의 회전수 오동작에 의한 고장원인으로 암시할 수 있다. 사용자는 표시부(622)의 항목별 값이나 색상으로만으로도 어떠한 고장원인이 있는지 파악할 수 있다.

본 발명은 경증고장과 중증고장으로 고장수준에 대응하여 표시와 조치가 함께 이루어져 안전하고 안정적인 전압조정을 제공할 수 있고, 설정된 순서로 항목을 배치하여 구성요소별 시계열적 고장의 원인을 표시할 수 있으며, 사용자가 시기 적절하게 고장수준에 대응하여 고장의 원인도 알아내어 사고발생의 위험을 현저하게 낮출 수 있다.

도 22는 5가지의 설정화면을 도시한 예로서, 설정부(610)는 제어값, 제어모드, 측정화면 및 비상정지를 설정한다. 설정화면은 크게 제어값, 입력선택, 제어모드, 비상정지, 측정하면으로 구성되어 있으며, 여기에 추가적으로 채널선택기가 추가될 수 있다. 사용자는 각각의 탭에 들어가서 기본 설정을 해야하고, 채널선택기에서 저장된 채널을 선택시 제어값의 항목들 일괄적으로 변경되어 적용될 수 있다.

제어값의 필드저항 설정값은 여자부(220) 계자코일의 저항을 설정하는 값이다. 설정의 목적은 여자부(220) 계자에 인가되는 제어전압 및 제어전류를 제한하기 위함이다. 여자부(220) 계자에 흐르는 계자 전류는 높을수록 좋지 않으므로, 통상적으로 10A 이하로 설정될 수 있다.

V=I*R 공식에 의해 계자에 흐르는 전류를 일정하게 할 경우 저항과 전압은 비례관계이다. 즉, 여자부(220) 계자에 흐르는 계자전류를 제한함으로써, 저항 설정에 따른 입력계자전압이 변화된다.

예를 들어 영구자석 전원공급부(230)에서 입력된 AC전압이 DC로 변환되어 DC 300V(측정화면의 입력전압)이라고 하고, 비상정지 탭의 제어 과전류 설정값을 10A, 필드저항 설정값을 25옴으로 설정할 경우, 여자부(220) 계자에 인가되는 최대치의 제어전압은 V=10*25=250V이다. 그러면 여자부(220) 계자의 제어전압은 최대 250V, 제어전류는 10A이내의 범위에서 제어가 된다. 출력 제어기(680)의 스위칭소자(688)는 PIB값에 의해 발생된 PWM 출력값을 받아 게이트 오픈 양을 제어하는 소자로서 입력되는 DC 300V 중 최대 DC 250V만을 사용해야 하므로, 스위칭소자(688)는 100% 게이트 개방이 아닌 250/300 *100% = 83.3%만 게이트를 오픈하여 사용한다. 필드저항을 10옴으로 설정할 경우에는 제어전압은 V=10*10=100V로 입력된 300V 대비 100V까지만 사용하므로 30%정도만 게이트를 오픈하게끔 설정된다.

설정의 입력선택 탭에서는 목표전압, P이득, I이득으로만 구성되어 있다. 각각의 항목 동일하게 설정값은 가변저항과 메모리중 선택하게 되어 있으며 메모리로 설정할 경우 목표전압 및 P, I 이득값을 제어값 탭에서 변경이 가능하며, 가변저항으로 설정할 경우 사용자 인터페이스(620)로 게이지 조정이 가능하다.

제어모드의 설정값은 단독모드와 병렬모드로 구성되어 있다. 단독일 때는 병렬제어전압의 영향을 받지 않으나, 병렬모드로 설정시에는 병렬제어전압의 설정값 적용된다. 단독모드 일 때는 외부의 입력에 의해 제어되는 것이 아닌 전압조정기(600)가 자체적으로 제어한다.

병렬모드 일 때는 AVR IN 단자를 통해 입력되는 0~10V전압에 의해 제어될 수 있다. 여기서 병렬제어전압의 설정값은 0~50V까지 설정이 가능하며, 설정값의 의미는 0~10V 입력에 따른 실제 출력전압의 조정범위를 말한다.

병렬운전시 AVR IN 단자의 센터 전압은 5V로 조정되는 스케일 전압을 말한다. 예를 들어 AVR IN으로 입력되는 전압이 5V일 경우 목표전압(380V)가 기준이 되고 5V 이하가 입력되었을 시는 목표전압보다 전압이 내려가며, 5~10V사이가 입력될 경우 380V보다 전압이 상승한다. 여기서 설정값 50은 센터 전압 5V를 기준으로 ± 전압조정범위를 말한다. 즉 10V 입력시에 최대 전압변동 범위는 380V+50V=430V 이고, 0V 입력시에는 380V-50V=330V가 된다.

설정값은 변경이 가능하며, 일반적인 병렬 AVR에는 없는 기능이다. 즉 입력전압에 따른 전압의 조정범위의 최소 및 최대치를 설정이 가능하여 특성이 다른 발전기 병렬운전시 횡류발생을 최소화 할 수 있다.

VR설정 및 VR 제어전압은 VR단자를 통해 입력되는 0~5kOHm 저항값에 의해 전압 제어가 되는 것이며, 동작방식은 AVR IN과 동일하다. VR 설정은 사용시에는 켬, 미사용시에는 꺼짐으로 설정이 가능하다. AVR IN과 VR은 외부의 전압이나 저항입력을 통해 발전기 출력전압의 제어가 필요시에 사용하는 것으로 동시에 사용은 불가능하며 선택하여 사용하는 기능이다.

비상정지 탭에서는 제어시 문제가 되는 중고장으로 설정값을 초과시에 제어를 중단시키도록 하는 값이다. AC과전압은 영구자석전원공급기에서 입력되는 AC전압의 임계값을 설정하는 것으로 초과시에는 AC 과전압 오류 메시지 및 고장 LED 램프가 점등되며 제어를 비상종료 시킨다.

제어과전류는 여자기 제어시 여자전류의 과전류 임계값을 설정하는 것으로 통상적으로 10A 이하로 설정하며, 초과시에 마찬가지로 제어를 비상종료한다. 앞서 언급한대로 제어과전류값과 필드저항 설정값에 의해 여자 용량은 정해져 필요량만 사용하도록 하여 제어의 오류에 따른 여자부(220)를 안정적으로 보호하기 위함이다.

도 23은 정상일 때 화면과 비정상일 때 화면을 값과 색상으로 표시하는 예로서, 표시부(622)는 경증고장을 값의 색상으로 표시할 수 있다. 또한 표시부(622)는 중증고장도 값의 색상으로 표시할 수 있고, 출력 제어기(680)를 통한 비상정지 등 조치 기능이 활성화된다.

측정화면은 최상단의 전압 게이지, 발전기 출력전압, 주파수, 목표전압, 입력전압, 제어비율, 제어전압, 제어전류, P이득, I이득으로 구성되어 있으며, 다음과 같은 제어값은 MENU 및 ENTER 버튼에 의해 설정으로 이동하여 설정값이 적용된다.

출력전압은 발전부(210)의 출력의 전압을 의미하고, 주파수는 발전부(210) 출력의 주파수를 의미한다. 목표전압은 출력전압에 대응하는 목표전압을 의미한다. 입력전압은 AC로 입력된 여자전압을 정류하여 DC로 나타낸다. 제어비율은 입력전압 대비 제어전압의 비율로 영구자석 전원공급기에서 DVR로 입력된 전력을 여자기 계자에 얼마나 사용했는지를 %로 나타낸 값이다. 제어전류는 출력으로 내보내는 여자전류를 나타낸다.

고장요인은 크게 경증고장과 중증고장으로 나뉠 수 있다. 경증고장은 문제가 발생하더라도 숫자색의 변화로 상태 정보만 알려주고, 중고장 발생시에는 즉각 제어를 중단한다. 경증고장의 요인은 출력전압, 주파수이고, 중증고장은 입력전압과 제어전류이다. 예를 들어 출력전압 및 주파수가 설정된 값보다 작을 때는 파란색, 클 때는 빨간색으로 숫자색이 변경만 되고, 입력전압이나 제어전류가 설정된 값보다 클 때는 제어를 중증고장으로 제어를 중단한다.

종래의 사이리스터 위상 제어방식은 1주당 피크 값을 연산하여 제어하는 방식으로 1주기에 최대값 및 최소값 등 2번 연산하여 제어하므로 부하의 변화에 따른 전압 응답 능력이 현저히 떨어지며, 약 2초 수준의 속응성을 가진다.

반면에 본 발명의 샘플링 기반의 제어방식은 도 11에 도시된 바와 같이 PI 제어를 실시간으로 샘플링하여 제어하기 때문에 정밀 제어가 가능하다. 또한 본 발명은 출력전압의 값을 샘플링하는 기능과 부하에 따른 전압 드롭에 의한 영향을 제거하는 부스트 기능을 포함하여 여자부(220)의 헌팅시간이 단축시킬 수 있고, 속응성을 최대 0.1초의 수준으로 개선시킬 수 있다.

또한 본 발명은 여자부(220)를 권선형 여자기로 구성하여 발전부(210)의 계자전류 조정하고, 영구자석 전원공급부(230)를 영구자석형 여자기로 구성하여 교류전압의 변동을 최소화함으로써, 헌팅시간의 단축과 속응성의 개선에 기여할 수 있다.

또한 본 발명은 부하의 영향을 받는 발전부(210)의 출력전압을 미사용하고, 영구자석 전원공급부(230)의 공급전원을 전압조정으로 사용함으로써, 부하에서 유입되는 고조파나 이상전류의 영향이 제거되어 헌팅시간의 단축과 속응성의 개선에 기여할 수 있다.

발전부(210)는 부하를 투입하기 위한 부하투입수단(미도시)과 연결될 수 있고, 단자부(623)는 부하의 투입에 따른 부하변동시험과 과도응답 특성시험(미도시)을 측정하는 시험장치와 물리적으로 연결될 수 있다.

본 발명은 단자부(623)를 통하여 전압조정과 고장판별에 사용될 뿐만 아니라 정량적 성능수준을 인증하기 위한 시험으로 함께 활용될 수 있는 현저한 효과가 있다.

본 발명은 출력전압의 값을 샘플링하는 기능과 부하에 따른 전압 드롭에 의한 영향을 제거하는 부스트 기능, 권선형과 영구자석형의 구조 및 발전부(210)의 출력전압을 미사용 등 복합적인 특징에 의해 속응성을 향상시킬 수 있다.

비특허문헌 1은 PMG의 쇼트시 다이오드의 손상과 함께 여자기의 손상 위험이 있지만, 본 발명은 전압조정기(600)에서 영구자석 전원공급부(230)의 전원을 핸들링하여 여자부(220)의 손상 위험을 제거할 수 있다.

종래의 여자기 계자용 PMG는 여자기의 출력전압이 일정하여 발전기 여자기의 계자전류를 조절하기 어려운 문제점이 있지만, 본 발명은 여자부(220)를 권선형 여자기로 구성하여 발전부의 계자전류 쉽게 조정할 수 있고, 영구자석 전원공급부(230)를 영구자석형 여자기로 구성하여 교류전압의 변동을 최소화할 수 있으므로, 본 발명은 종래의 문제점을 해결할 수 있다.

종래의 여자기 계자용 PMG는 회전자 축에 일치한 적외선 수신부와 송신부를 통해서 외부 제어기에서 발전기의 전압을 제어하는 계자전류 지령치를 송수신하도록 설계해야 하는 문제점이 있다. 그러나 본 발명은 하우징부(240)를 기준으로 여자부(220)와 영구자석 전원공급부(230) 간 소정의 이격거리를 형성할 수 있고, 이격거리를 통한 영구자석 전원공급부(230)의 자기차폐를 제공할 수 있으며, 이격거리를 통한 충분한 공간으로 인하여 영구자석 전원공급부(230)와 전압조정기(600)의 유선 연결 및 전압조정기(600)와 여자부(220)의 유선 연결 등 안정적인 유선 연결을 제공할 수 있다.

종래의 DAVR은 단일의 세팅값으로 고정되어 용량, 부하 및 설치환경 등 전압변동특성에 맞게 전압조정을 위한 세팅값을 수동으로 변경함으로써, 초기에 DAVR을 세팅하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다. 본 발명은 사례별 다채널로 세팅값이 설정되고, 사용자가 원하는 채널의 선택을 제공하며, 발전부의 출력전압을 능동적으로 조정하는 인터페이스를 제공함으로써, 초기 세팅시 부하에 맞는 채널을 선택하여 초기에 세팅하는 시간을 단축시킬 수 있고, 부하가 변경되어도 쉽게 부하에 맞게 채널을 변경하여 세팅시간을 단축시킬 수 있으며, 사용자 맞춤형의 전압조정 서비스를 제공할 수 있다. 또한 본 발명은 부하가 변경되어도 이러한 상황에 적합한 다채널을 세팅하여 사용자의 만족도를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 병렬운전으로 속도를 제어하기 위해 가버너 자체에서 제어하는 것이 아닌 외부입력단자를 통해 입력되는 제어전원으로 제어할 수 있고, 외부의 전압 입력을 제공하는 AVR IN 단자 및 외부의 저항 입력을 제공하는 VR 단자를 선택적으로 사용하여 병렬제어를 할 수 있으며, AVR IN 단자로부터 입력되는 전압의 조정범위에서 최소값과 최대값을 설정하는 기능을 제공하여 특성이 다른 병렬 발전기의 병렬운전시 횡류의 발생을 억제할 수 있다.

종래에는 비특허문헌 2와 같이 발전기의 전압이나 전류의 이상과 같은 오류 기록하거나 표시하는 인터페이스를 제공하지만, 고장수준에 대응하여 표시와 조치를 제공하는 기술이 미비한 실정이다. 그러나 본 발명은 경증고장과 중증고장으로 고장수준에 대응하여 표시와 조치가 함께 이루어져 안전하고 안정적인 전압조정을 제공할 수 있고, 설정된 순서로 항목을 배치하여 구성요소별 시계열적 고장의 원인을 표시할 수 있으며, 사용자가 시기 적절하게 고장수준에 대응하여 고장의 원인도 알아내어 사고발생의 위험을 현저하게 낮출 수 있다.

본 발명에서 발전부(210)의 출력전압은 전압조정기(600)의 센싱용만으로 사용된다. 본 발명의 영구자석 전원공급부(230)를 설치하는 주된 목적은, 디지털 avr의 동작전원 공급과 발전기 출력을 사용하지 않고, 영구자석 전원공급부(230)에서 생성된 전원으로 여자부(220) 고정자(계자)를 제어하기 위함이다. 일반적인 동기발전기는 잔류전기로 구동하는 방식으로 디지털 제어를 하기 위한 충분한 전원을 초기에 제공하지 못해 적용이 불가능하지만, 본 발명은 발전부(210) 출력전압을 제어 전원으로 사용하지 않으므로 발전기의 부하에서 유입되는 고조파나 이상전류에 지장없이 안정적인 제어가 가능하다.

10: 비상용 디젤발전기 100: 디젤엔진
200: 동체 201: 회전축
210: 발전부 211: 발전용 고정자형 전기자
212: 발전용 회전자형 계자 220: 여자부
221: 여자용 고정자형 계자 222: 여자용 회전자형 전기자
230: 영구자석 전원공급부 231: 전원공급용 고정자형 전기자
232: 전원공급용 영구자석형 계자 240: 하우징부
300: 라디에이터 400: 베드프레임
500: 운전반 600: 전압조정기
610: 설정부 611: 제어값 설정부
612: 제어모드 설정부 613: 측정화면 설정부
614: 비상정지 설정부 620: 사용자 인터페이스
621: 입력부 622: 표시부
623: 단자부 624: 채널선택기
630: 메모리 660: 목표전압 연산기
661: 목표전압 연산부 664: 감쇠회로
665: ADC 667: 정전류회로
668: 차동증폭기 670: 이득값 연산기
671: 제1 이득값 연산부 672: 제2 이득값 연산부
673: CT 674: 오프셋 제거부
675: ADC 678: True RMS
680: 출력 제어기 681: 출력 제어부
682: 정류기 683: 분배기
684: 감쇠회로 685: ADC
686: I2C 687: 포토커플러
688: 스위칭소자 689: 전류센서
690: 케이스

Claims

디젤엔진(100);
상기 발전부(210)의 일측에 배치되는 여자부(220), 상기 여자부의 일측에 배치되는 영구자석 전원공급부(230)로 이루어진 동체(200);
상기 동체(200)의 상기 여자부(220)에 전압을 공급하는 전압조정기(600); 및
상기 여자부(220)와 상기 영구자석 전원공급부(230) 사이에 배치되어 자기폐쇄 기능을 수행하는 하우징부(240)을 포함하는 비상용 디젤발전기(10),
상기 전압조정기(600)에 입력되어 상기 여자부(220)에 공급되는 전원은 상기 영구자석 전원공급부(230)에서 공급된 교류전압을 사용하고,
상기 발전부(210)의 출력전압은 GEN 단자로 입력받되, 상기 여자부(220)의 공급전원으로 사용하지 않고, 목표전압을 조정하기 위한 데이터, 고장진단, 표시 용도로 사용하고,
상기 전압조정기(600)에는 용량, 부하 및 설치환경 중 적어도 2개 이상의 전압변동특성과 관련된 사례별 채널정보를 저장하고, 각 채널정보에 대응하는 세팅값을 저장하는 메모리(630);
채널의 선택과 목표전압을 설정하는 입력부(621), 입력정보에 대응하여 상기 발전부(210)의 출력전압을 조정하는 항목을 표시하는 표시부(622), 상기 전압조정기(600)에 자료를 입출력되는 단자부(623)을 포함하는 사용자 인터페이스(620);
선택된 채널의 세팅값을 이용하여 출력전압을 목표전압으로 조정하기 위한 이득값을 연산하는 이득값 연산기(670) 및 상기 이득값과 영구자석 전원공급부(230)의 교류전압을 이용하여 출력된 제어전압을 여자부(220)에게 제공하는 출력 제어기(680)를 포함하고,
단독운전 및 병렬운전을 포함하는 제어모드를 설정하는 설정부(610)를 더 포함하고, 상기 사용자 인터페이스를 통하여 병렬운전이 선택되면 외부의 전압의 입력을 받거나 가변저항을 입력받아 목표전압을 연산하고, 목표전압을 이득값 연산기에게 제공하는 목표전압 연산기(660)를 더 포함하고,
상기 사용자 인터페이스(620)는 사례별 다채널로 세팅값이 설정되어 초기 세팅시 사용자가 원하는 채널의 선택을 제공하고, 부하가 변경되어도 부하에 맞게 채널의 변경을 제공하여, 세팅시간을 단축시키고 발전부의 출력전압을 능동적으로 조정하는 인터페이스를 제공하는 것을 특징으로 하는 사용자 맞춤형의 다채널을 이용한 전압조정기를 포함하는 비상용 디젤 발전기.
제1항에 있어서,
상기 이득값 연산기는 자동으로 사용자가 선호하는 선택된 채널의 세팅값을 이용하여 이득값을 연산하고, 출력전압과 목표전압 간의 차이로 인해 세팅값의 재설정이 필요하면 가변저항을 이용하여 수동으로 세팅값을 입력받아 선택된 채널의 세팅값을 재설정하며, 재설정된 세팅값을 이용하여 이득값을 연산하는 것을 특징으로 하는 사용자 맞춤형의 다채널을 이용한 전압조정기를 포함하는 비상용 디젤 발전기.
삭제
제1항에 있어서,
제어값, 제어모드, 측정화면 및 비상정지를 설정하는 설정부를 더 포함하고,
상기 설정부는,
채널선택기(624)를 통한 채널 설정, 자동제어를 위한 메모리에 저장된 제어값 설정 및 수동제어를 위한 가변저항에 의한 제어값 설정에 대한 기능이 구비된 제어값 설정부(611);
단독운전모드와 병렬운전모드의 설정, 병렬운전모드에서 병렬제어전압의 설정 및 병렬운전모드에서 가변저항 사용여부 설정에 대한 기능이 구비된 제어모드 설정부(612);
단자부(623)를 통해 입출력되는 측정값과 제어값으로 구성된 복수의 표시 항목을 설정하는 기능이 구비된 측정화면 설정부(613) 및
상기 영구자석 전원공급부의 과전압 설정 및 여자부의 과전류 설정에 대한 기능이 구비된 비상정지 설정부(614)를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 맞춤형의 다채널을 이용한 전압조정기를 포함하는 비상용 디젤 발전기.
제1항에 있어서,
상기 영구자석 전원공급부의 교류전압을 받는 AC 여자코일 단자, 출력 제어기로부터 전압이 조정된 제어전압을 여자부에 제공하는 DC 필드코일 단자, 발전부의 출력전압을 센싱하기 위한 GEN 단자, 외부의 전압 입력을 제공하는 AVR IN 단자 및 외부의 저항 입력을 제공하는 VR 단자로 구성된 단자부를 더 포함하고,
상기 AVR IN 단자는 병렬 발전기의 출력전압을 제어하기 위한 입력 단자이고, VR 단자와 함께 선택적으로 사용되며,
상기 사용자 인터페이스는 AVR IN 단자로부터 입력되는 전압의 조정범위에서 최소값과 최대값을 설정하는 기능을 제공하여 특성이 다른 병렬 발전기의 병렬운전시 횡류의 발생을 억제하는 것을 특징으로 하는 사용자 맞춤형의 다채널을 이용한 전압조정기를 포함하는 비상용 디젤 발전기.
제1항에 있어서,
상기 출력 제어기는,
상기 영구자석 전원공급부의 3상 교류전압 정류하여 직류전압으로 변환하는 정류기(682);
상기 직류전압을 동작전원과 여자전원으로 분배하는 분배기(683);
상기 동작전원을 공급받아 동작되고, 이득값을 아날로그 신호 기반의 PWM 파형을 변환하며, PWM 파형으로 스위칭소자에 입력되는 여자전원의 공급량을 제어하는 출력 제어부(681) 및
상기 여자전원의 전압이 조정된 제어전압을 여자부에게 제공하는 스위칭소자(688)를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 맞춤형의 다채널을 이용한 전압조정기를 포함하는 비상용 디젤 발전기.
제1항에 있어서,
상기 이득값 연산기는 출력전압의 값을 샘플링하는 기능과 부하에 따른 전압 드롭에 의한 영향을 제거하는 부스트 기능을 포함하여 여자부의 헌팅시간이 단축된 것을 특징으로 하는 사용자 맞춤형의 다채널을 이용한 전압조정기를 포함하는 비상용 디젤 발전기.