KR102611912B1

KR102611912B1 - 복수채널 능등 전압 조절이 가능한 발전기

Info

Publication number: KR102611912B1
Application number: KR1020220066857A
Authority: KR
Inventors: 이상선; 장성태
Original assignee: (주)썬테크
Priority date: 2022-05-31
Filing date: 2022-05-31
Publication date: 2023-12-11
Also published as: KR20230166637A

Abstract

본 발명의 복수채널 능등 전압 조절이 가능한 발전기는 발전기 출력전압을 발생하는 주발전기와, 발전기의 계자에 공급되는 여자전류를 생산하는 여자기와, 여자기의 계자의 자속을 변화시켜 상기 주발전기의 계자에 인가되는 여자기 전기자의 전류의 크기를 디지털적으로 제어하는 디지털 자동전압조정기를 구비한다. 디지털 자동전압조정기는 외부전원장치의 외부 전원이 아니라 PMG 입력단자를 통해 발전기 내부 전원을 제공받아 여자기의 계자의 자속을 변화시켜 주발전기의 계자에 인가되는 여자기 전기자의 전류의 크기를 디지털적으로 제어하며, 발전기의 특성 및 부하종류에 따른 제어값을 복수채널로 변경 및 저장하며, 복수채널 전압제어프로그램을 수행하여 병렬제어모드에서는 자동전압조정기의 입력에 응답하여 자동으로 제어하며, 단독제어모드에서는 세팅된 각 채널별 발전기 조정값에 응답하여 제어를 수행할 수 있다.

Description

복수채널 능등 전압 조절이 가능한 발전기{Generator having Multi channel Activity Voltage Control Fuction}

본 발명은 복수채널 능등 전압 조절이 가능한 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동기발전기의 전압제어를 하는 방식에 있어 외부전원장치의 외부 전원이 아니라 영구자석 전원 공급부로부터 내부전원을 제공받아 여자기의 계자의 자속을 변화시켜 주발전기의 계자에 인가되는 여자기 전기자의 전류의 크기를 디지털적으로 제어함으로써 제어상태의 확인 및 오류 등을 실시간으로 확인이 가능하며 발전기의 특성 및 부하종류에 따른 제어값을 복수채널로 변경 및 저장이 가능한 복수채널 능등 전압 조절이 가능한 발전기에 관한 것이다.

일반적인 동기발전기의 구성요소는 회전자인 계자와 고정자인 전기자를 갖는 주 발전기 부분과 발전기의 계자에 공급되는 여자전류를 생산하는 여자기로 크게 나누어진다.

통상적으로 전압제어방식은 자동전압조정기(avr)을 사용하여 여자기 계자의 자속을 변화시켜 발전기 계자에 인가되는 여자기 전기자의 전류의 크기를 제어하는 방식을 사용하고 있다.

그리고 현존하는 자동전압조정기는 아날로그 방식으로 단순히 주발전기의 발전전압을 센싱하여 여자기 계자를 제어하며 발전기의 특성 및 용량에 상관없이 동일한 형태의 자동전압조정기를 사용하고 있다.

그러나 이러한 형태의 자동전압조정기는 동일한 용량의 발전기라도 발전기의 특성에 따라서 제어속도의 차이 및 전압 드롭이 다양하게 발생할 수 있고 사용되는 부하의 특성에 따라 성능이 차이가 날 수 있다. 쉽게 말해 자동전압조정기의 제어성능은 정해져 있는 것으로 동기발전기가 자동전압조정기의 성능에 맞춰가는 것이다.

이러한 현상의 문제점은 능동적인 제어가 어려워 정상적인 순차적인 부하에는 큰 문제점이 발생하지 않으나 실제 사용되는 부하의 특성은 순간적인 부하나 역률을 포함하는 부하 등 매우 다양하기 때문에 제어하는 데 한계가 있다.

또한 어떠한 제어상태에 대한 모니터링 없이 출력값을 센싱하여 출력값을 정상범위로 맞추기 위한 제어만을 하기 때문에 출력값의 오류시 다양한 원인을 포함하게 된다. 이는 코일 등으로 이루어진 동기발전기와 자동전압조정기는 서로 연결되어 폐회로를 구성하고 있으므로 출력전압의 오류시 서로 영향을 줄 수밖에 없다. 서로 간의 상호작용으로 문제 발생시 데미지를 입혀 고장에 대한 원인 진단이 어렵다. 이는 아날로그 방식이기 때문이다.

등록특허 제10-2146496호 등록특허 제10-1634908호 등록특허 제10-1021195호 공개특허 제10-2021-0039768호 공개특허 제10-2017-0128520호 공개특허 제10-2009-0028232호

본 발명의 목적은 동기발전기의 전압제어를 하는 방식에 있어 외부전원장치의 외부 전원이 아니라 별도의 PMG 입력단자를 통해 발전기 내부전원을 제공받아 여자기의 계자의 자속을 변화시켜 주발전기의 계자에 인가되는 여자기 전기자의 전류의 크기를 디지털적으로 제어함으로써 다양한 환경에 대한 설정이 가능한 복수채널 능등 전압 조절이 가능한 발전기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 초기에 설정값을 입력하여 매번 불필요한 조정을 줄이기 위하여 발전기의 특성 및 용량별로 그 값을 저장할 수 있는 복수채널 능등 전압 조절이 가능한 발전기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 현장별로 다른 부하의 형태에 적용 및 그에 따른 제어값의 변화가 가능하여 실제 사용되는 부하에 따라 최적의 값을 적용할 수 있는 복수채널 능등 전압 조절이 가능한 발전기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제어상태의 모니터링 및 오류의 문제를 쉽게 확인이 가능하여 고장진단이 용이한 복수채널 능등 전압 조절이 가능한 발전기를 제공하는 데 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 복수채널 능등 전압 조절이 가능한 발전기는 발전기 출력전압을 발생하는 주발전기와, 발전기의 계자에 공급되는 여자전류를 생산하는 여자기와, 여자기의 계자의 자속을 변화시켜 주발전기의 계자에 인가되는 여자기 전기자의 전류의 크기를 디지털적으로 제어하는 디지털 자동전압조정기를 구비한다. 여기서 디지털 자동전압조정기는 외부전원장치의 외부 전원이 아니라 PMG 입력단자를 통해 발전기 내부전원을 제공받아 여자기의 계자의 자속을 변화시켜 주발전기의 계자에 인가되는 여자기 전기자의 전류의 크기를 디지털적으로 제어하며, 발전기의 특성 및 부하종류에 따른 제어값을 복수채널로 변경 및 저장하되, 발전기 출력값, 여자기의 제어값 및 채널별 조정값을 실시간으로 표시하는 표시부와, 자동 및 수동 모드를 포함하는 발전기의 용량별 복수채널을 선택하기 위하여 병렬 제어 모드를 수행하기 위한 복수의 제1 채널과, 단독 제어 모드를 수행하기 위한 복수의 제2 채널중에서 임의의 채널을 선택하는 채널선택기와, 발전기 출력 목표값을 세팅하기 위한 제1세팅기와, 발전기 조정값을 세팅하기 위한 제2세팅기와 복수채널 전압제어프로그램을 수행하여 병렬제어모드에서는 자동전압조정기의 입력에 응답하여 자동으로 제어하며, 단독제어모드에서는 제2세팅기에서 세팅된 각 채널별 발전기 조정값에 응답하여 제어하는 제어부를 포함한다. 제어부에서 실행되는 복수채널 전압제어프로그램은 채널 선택기에서 선택된 채널에 대응하여 제1세팅기에서 세팅된 출력 목표값에 따른 목표전압을 연산하는 목표전압 연산기와, 제2세팅기에서 세팅된 조정값에 응답하여 발전기의 출력전압과 목표전압의 차를 줄이는 방향으로 제어펄스의 듀티비를 산출하는 PID 연산기와 산출된 듀티비에 응답하여 여자기의 제어값을 출력하는 출력제어기를 구비한다. 채널선택기는 병렬제어모드에서는 자동전압조정기의 입력에 응답하여 자동으로 제어하며, 단독제어모드에서는 제2세팅기에서 세팅된 각 채널별 발전기 조정값에 응답하여 제어할 수 있다.

본 발명에서 병렬 제어모드를 수행하기 위한 복수의 제1 채널은 병렬 입력 전원의 종류에 따라 설정이 가능하도록 되어 있고, 병렬 제어모드는 주파수 제어와 발전 전압 제어를 수행하되, 엔진속도에 따라 서로 다른 주파수를 제어기 하기 위해 각각의 엔진에 부착되어 있는 가버너를 제어하고, 발전기의 부하량에 따라 서로 다른 발전 전압을 제어기 위해 자동전압조정기를 제어하여 발전기의 병렬시에 서로 평행하게 전력의 공급을 수행할 수 있다.

본 발명에서 제2세팅기는 PID연산기의 P값과 I값을 각각 세팅하는 것이 좋다.

본 발명에서 디지털 자동전압조정기는 전원이 투입되면 채널선택기에서 선택된 채널 설정값을 저장부로부터 불러오고, 발전기의 출력전압을 읽어서 읽어온 발전기 출력전압이 심각한 오류 또는 일반 오류인지를 판단하고, 오류가 체크되지 않으면 선택된 채널이 병렬모드인지를 판단하여 병렬모드이면 자동모드이므로 목표전압 연산기에서 AVR IN 값을 계산한 후에 최종 목표 출력 전압을 계산하며, 선택된 채널이 병렬모드가 아니라 수동모드이면 최종 목표 출력 전압을 계산하며, PID 연산기에서 오차연산을 하고, 출력 제어기에서 필드 출력값을 연산하여 필드 코일 제어전력을 DC 출력할 수 있다.

또한 본 발명의 디지털 자동전압조정기는 이더넷 통신상태, 정상. 고장 및 모드상태를 표시하는 상태표시부를 더 포함하는 복수채널 전압제어기능을 구비한 것이 바람직하다.

디지털 자동전압조정기는 보조입력단자, 발전기 3상 출력 연결단자, 회전자 제어전류 출력단자 및 PMG 입력단자를 구비한 것이 좋다.

본 발명에 의하면, 동기발전기의 전압제어를 하는 방식에 있어 외부전원장치의 외부 전원이 아니라 영구자석 전원공급부를 구비하여 PMG 입력단자를 통해 발전기 내부전원을 제공받아 여자기의 계자의 자속을 변화시켜 주발전기의 계자에 인가되는 여자기 전기자의 전류의 크기를 디지털적으로 제어함으로써 제어상태의 모니터링 및 오류의 문제를 쉽게 확인이 가능하여 고장진단이 쉽다.

또한, 발전기의 특성 및 부하종류에 따른 제어값을 복수채널로 변경 및 저장하고, 발전기 출력값, 여자기의 제어값 및 채널별 조정값을 실시간으로 표시할 수 있으며, 자동 및 수동 모드를 포함하는 발전기의 용량별 복수채널을 선택하기 위하여 병렬 제어 모드를 수행하기 위한 복수의 제1 채널과, 단독 제어 모드를 수행하기 위한 복수의 제2 채널중에서 임의의 채널을 선택함으로써 복수채널 전압제어프로그램을 수행하여 상기 병렬제어모드에서는 자동전압조정기의 입력에 응답하여 자동으로 제어하며, 단독제어모드에서는 상기 제2세팅기에서 세팅된 각 채널별 발전기 조정값에 응답하여 제어함으로써 다양한 상황에 따른 능동적인 제어로 전기품질의 안정화를 가져올 수 있다.

이러한 복수채널 전압 제어 기능을 통해 납품되어지는 장소마다 부하의 종류와 사용되는 발전량이 다르고 순차적인 부하가 아닌 일시적인 부하를 사용할 수 있는 것을 대비할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 병렬 제어모드를 수행하기 위한 복수의 제1 채널은 병렬 입력 전원의 종류에 따라 설정이 가능하도록 되어 있고,

또한, 본 발명에 의하면, 병렬 제어모드시에 주파수 제어와 발전 전압 제어를 수행하되, 엔진속도에 따라 서로 다른 주파수를 제어기 하기 위해 각각의 엔진에 부착되어 있는 가버너를 제어하고, 발전기의 부하량에 따라 서로 다른 발전 전압을 제어기 위해 자동전압조정기를 제어함으로써 발전기의 병렬시에 서로 평행하게 전력의 공급을 수행할 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상기에서 언급된 효과로 제한되는 것은 아니며, 상기에서 언급되지 않은 다른 효과들은 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 복수채널 능등 전압 조절이 가능한 발전기의 바람직한 일실시예의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 디지털 자동전압조정기에서 표시창의 표시상태를 설명하기 위한 바람직한 일실시예의 도면.
도 3은 본 발명에 의한 디지털 자동전압조정기의 바람직한 일실시예의 블럭도.
도 4는 본 발명에 의한 복수채널 전압제어 프로그램의 바람직한 일실시예의 소프트웨어 블록도.
도 5는 도 4의 목표전압 연산기의 세부 동작을 설명하기 위한 바람직한 일실시예의 소프트웨어 블록도.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 의한 복수채널 능등 전압 조절이 가능한 발전기의 바람직한 일실시예의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 의한 복수채널 능등 전압 조절이 가능한 발전기 본체(1)에는 주발전기(10)와 여자기(20)와 영구자석 전원 공급부(40)가 설치된다.

주발전기(10)는 제1 고정자(11) 및 제1 회전자(13)를 포함한다. 제1 회전자(13)는 본체(1)에 회전 가능하게 설치된 회전축(3)에 고정되어 본체(1)에 고정된 제1 고정자(11)와 자기적으로 결합된다. 제1 고정자(11)로부터 3상 교류출력선들(RSTN)이 외부로 연장된다.

여자기(20)는 제2 고정자(21)와 제2 회전자(23)를 포함한다. 제2 회전자(23)는 회전축(3)에 고정되어 본체(1)에 고정된 제2 고정자(21)와 자기적으로 결합된다. 따라서 제1 회전자(13)와 제2 회전자(23)는 회전축(3)에 고정되어 본체(1)에 회전 가능하게 설치되게 된다.

본체(1) 외부에 디지털 자동전압조정기(DVR: Digital automatic Voltage Regulator)(30)가 설치된다. 디지털 자동전압조정기(30)는 여자기(20)의 계자, 즉 제2회전자(23)의 자속을 변화시켜 주발전기(10)의 계자, 즉 제1회전자(13)에 인가되는 여자기 전기자, 즉 제2고정자(21)의 전류의 크기를 디지털적으로 제어한다. 영구자석 전원 공급부(40)는 주발전기(10)의 회전축(3)에 일체로 형성된 영구자석을 구비하여, 엔진이 가동되면 회전축(3)에 형성된 영구자석의 회전에 의해 전력을 발생시켜 AC 3상 교류전압(90~220V)전원을 디지털 자동전압조정기(30)에 공급한다.

도 2는 본 발명에 의한 디지털 자동전압조정기에서 표시창의 표시상태를 설명하기 위한 바람직한 일실시예의 도면이다.

도면을 참조하면, 디지털 자동전압조정기는 박스 형상의 외부 함체를 구성하고 함체의 전면 판넬의 중앙 상부에는 표시창(104)이 배치되고, 하부에는 입출력 단자대가 배치된다. 여기서 표시창(104)에는 LCD 표시패널이 설치될 수 있다. 표시창(104)과 단자대 사이에는 채널 선택버튼, 볼륨세팅노브, P 게인 세팅노브, I 게인 세팅노브 등이 배치된다.

채널선택버튼에 의해 선택되는 복수채널의 바람직한 예시는 다음 < 표 1 >과 같다.

즉 채널 0~2의 3개 채널은 병렬제어모드로 자동모드이고, 나머지 채널 3~9의 7개 채널은 단독제어모드로 수동모드이다.

각 노브에 의해 조종되는 바람직한 예시값은 다음 < 표 1 >과 같다.

그리고 단자대 바로 상부에는 상태표시 램프들이 배치되어 있다. 단자대는 보조입력단자(AUX IN), 3상교류연결단자, 여자기 제어 직류 출력단자 및 PMG 입력단자를 포함할 수 있다. 이를 표로 정리하면 아래 < 표 3 >과 같다.

상태표시램프들은 통신착신상태, 통신송신상태, 고장상태, 모드상태, 정상상태 등을 표시하는 램프, 즉 LED 표시램프들을 포함할 수 있다. 이를 표로 정리하면 아래 < 표 4 >와 같다.

표시창(104)에는 도 3에 도시한 바와 같이 발전기 지령값(130), 실제값(132) 및 주파수값(134)이 표시되고, 직류값(136), 듀티비(138), 제어전압값(140), 제어전류값(142), P게인 조정값(144), I게인 조정값(146) 등이 표시될 수 있다. 이를 표로 정리하면 아래 < 표 5 >와 같다.

도 3은 본 발명에 의한 디지털 자동전압조정기의 바람직한 일실시예의 블럭도이다.

도 3을 참조하면, 디지털 자동전압조정기(30)의 회로블록은 제어부(150), 채널선택기(152), 3상 교류입력(154), 보조입력(156), 제1세팅기(158), 제2세팅기(160), PMG 입력부(162), 표시부(164), 상태표시부(166), 저장부(168), DC 출력부(170) 및 통신부(172)를 포함한다.

제어부(150)는 마이크로프로세서 또는 마이크로 컴퓨터를 포함하고 본 발명에 의한 복수채널 전압제어 프로그램을 수행하여 각 부를 제어한다.

제어부(150)는 채널선택기(152)를 통해 병렬 제어모드 3채널과 단독 제어모드 7채널을 각각 선택하여 복수채널 전압 제어 기능을 구현할 수 있다. 복수채널 전압 제어 기능은 납품되어지는 장소마다 부하의 종류와 사용되는 발전량이 다르고 순차적인 부하가 아닌 일시적인 부하를 사용할 수 있는 것을 대비할 수 있다. 즉, 제어부(150)는 3채널의 병렬 제어모드에서 자동전압조정기의 입력에 응답하여 자동으로 제어할 수 있다. 이를 위해 병렬 제어모드 3채널은 병렬 입력 전원의 종류에 따라 설정이 가능하도록 되어 있다. 발전기는 용량이 다르고 부하의 양에 따라 발전전압이 다르다. 따라서, 병렬의 조건은 주파수 제어와 발전 전압 제어가 된다. 주파수는 엔진속도에 따라 다르기 때문에 각각의 엔진에 부착되어 있는 가버너(속도 조절기)를 제어하여 비슷하게 ??추어 주파수 제어를 수행할 수 있다. 발전 전압은 발전기의 부하량에 따라 다르기 때문에 자동전압조정기를 제어해 전압을 비슷하게 맞추어서 발전 전압 제어를 수행할 수 있다. 이렇게 함으로써 발전기의 병렬시에 서로 평행하게 전력의 공급을 가능해질 수 있다. 만약에 이러한 병렬 제어가 이루어지지 않으면 발전기간의 횡류로 인해 전력 불균형이 일어날 수 있다. 즉, 한대는 발전을 하지만 나머지 한대는 모터가 될 수 있다. 전압은 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하기 때문이다.

제어부(150)는 7채널의 단독 제어모드에서 제2세팅기에서 세팅된 각 채널별 발전기 조정값에 응답하여 제어할 수 있다.

채널선택기(152)는 채널선택버튼에 의해 선택된 채널선택신호를 발생하여 제어부(150)에 제공한다.

채널선택기(152)는 병렬 제어모드 3채널과 단독 제어모드 7채널을 각각 선택한다.

3상 교류입력(154)은 3상교류연결단자(120)를 통해 발전기 출력 3상 교류전압을 연결하여 발전기 출력전압정보를 디지털 값으로 변환하여 제어부(150)에 제공한다.

보조입력(156)은 병렬 운전시 제어신호를 AVR 입력신호로 제어부(150)에 제공한다.

제1세팅기(158)는 볼륨세팅노브에 의해 조정된 발전기 지령값을 제어부(150)에 제공한다. 제공된 지령값은 표시부(104)의 지령값(130)으로 표시된다.

제2세팅기(160)는 P 게인 세팅노브 및 I 게인 세팅노브에 의해 조정된 게인값을 제어부(150)에 제공한다. 제공된 게인값은 표시부(104)의 게인값(144, 146)으로 표시된다.

PMG 입력부(162)는 PMG 입력단자를 통해 입력된 영구자석 전원 공급부(40)의 출력 AC 3상 교류전압(90~220V)을 직류로 변환하고 디지털 값으로 변환하여 제어부(150)에 제공한다. 제공된 직류값은 표시부(104)의 직류값(136)으로 표시된다.

영구자석 전원 공급부(40)는 엔진이 가동하게 되면 영구자석의 회전에 의해 전력을 발생시킨다.

엔진이 기동하면 영구자석 전원 공급부(40)에서 영구자석의 회전에 의해 생성된 전원이 디지털 자동전압조정기(30)로 입력되어 그 전원을 사용하여 구동전원 및 제어 전원으로 사용된다.

따라서, 본 발명에 의한 디지털 자동전압조정기(DVR: Digital automatic Voltage Regulator) (30)은 외부 전원 장치의 외부 전원을 사용하지 않고, PMG 입력단자를 통해 영구자석 전원 공급부(40)로부터 발전기 내부전원을 받아 동작한다.

즉, 디지털 자동전압조정기(30)는 PMG 입력단자를 통해 영구자석 전원 공급부(40)로부터 발전기 내부전원을 제공받아 사용하여 여자기(20)의 계자, 즉 제2회전자(23)의 자속을 변화시켜 주발전기(10)의 계자, 즉 제1회전자(13)에 인가되는 여자기 전기자, 즉 제2고정자(21)의 전류의 크기를 디지털적으로 제어한다. 표시부(164)는 예컨대 LCD 패널로 구성되고 제어부(150)에서 제공된 표시데이터들에 응답하여 도 2에 도시한 각 표시값들을 실시간으로 표시한다.

상태표시부(166)는 LED 표시램프들로 구성되어 제어부(150)의 상태표시신호에 응답하여 상기 < 표 4 >에 표시된 바와 같은 각 부의 상태를 표시한다. 특히 고장표시램프는 발전기 출력전압이 80V 이하로 떨어지거나, 주파수가 40Hz 이하로 낮아지거나 75Hz 이상으로 올라간 경우이거나, PMG 입력전압이 AC 70V 이하이거나 230V 이상이면 점등된다. 모드상태램프는 자동모드, 즉 채널0~2가 선택되면 점등되고 수동모드, 즉 채널 3~9가 선택되면 소등된다. 정상상태표시램프는 PMG 입력단자에 전압이 인가되면 점등된다.

저장부(168)는 휘발성 메모리와 비휘발성메모리로 구성되고 복수채널 전압제어 프로그램을 저장하고 복수채널제어모드 테이블을 저장하며, 제어부(150)의 프로그램 실행에 따른 연산 데이터들을 저장한다.

DC 출력부(170)는 제어부(150)에서 선택된 채널별 여자기 제어데이터에 응답하여 직류전압을 생성하여 여자기에 출력한다.

통신부(172)는 예컨대 RS485 시리얼버스 통신 프로토콜로 구성되고 제어부(150)와 센터사이의 데이터 통신의 송수신을 수행한다. 송수신상태는 상태표시부(166)의 송신 및 수신 표시램프를 통하여 상태 표시된다.

도 4는 본 발명에 의한 복수채널 전압제어 프로그램의 바람직한 일실시예의 소프트웨어 블록도를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 복수채널 전압제어 프로그램은 크게 목표전압 연산기(200), 사용자 인터페이스(210), PID 연산기(220) 및 출력제어기(230) 모듈들을 포함한다.

목표전압 연산기(200)는 기준값(VOLUME)(202), 자동전압조정 입력(AVR IN)(204)과, 가변저항 값(VR)(206)을 입력하여 목표전압, 즉 지령값을 발생한다. 자동전압조정 입력(204)은 0~10V를 입력받아 감쇠회로를 거쳐서 0~3.3V로 신호를 감쇠시키고 목표전압 입력선택 설정에 따라 목표전압에 영향을 준다. 또한 가변저항값(206)은 정전류회로로 입력전압의 전압강하를 차동증폭기를 이용하여 오프셋을 제거하고 0~5㏀ 저항치를 측정한다. 목표전압은 PID 연산기(220)로 제공된다.

사용자 인터페이스(210)는 RS485 통신 데이터의 송수신을 관리하고 버튼(214)에 의해 선택된 채널 선택값을 저장부에 저장된 채널선택 테이블을 참조하여 선택된 채널 설정값을 출력한다.

PID 연산기(220)는 3상 AC 발전전압(GEN)(222) 데이터를 입력하고 설정된 채널모드에 따라서 주어진 P 게인값(224) 및 I 게인값(226)으로 지령값과 발전 출력값의 차가 감소하는 방향으로 듀티비가 조정된 PWM 신호를 발생한다. 3상 AC 발전전압(GEN)(222)은 입력전압에 저항을 거쳐 전류 트랜스의 1ckl측으로 입력받을 수 있다. 트랜스의 2차측에 저항을 걸고 유도된 전류의 전압강하를 오프셋회로를 통해 음전압을 양전압으로 올려준다. 이러한 양전압신호는 디지털 데이터로 변환되고 제곱의 평균을 구한 후 제곱근으로 Ture RMS를 산출하게 된다. PID 연산기(220)는 각종 설정을 바탕으로 GEN 전압과 목표전압의 관계로 PID 연산을 수행한다. PID 연산기(220)에서 연산된 결과는 PID 출력변화와 입력전압을 분석하여 고유 출력에 부가신호를 더한 PID 부스팅 처리를 하여 PWM 신호형태로 출력제어기(230)로 공급된다.

출력제어기(230)는 영구자석 여자기(PMG) 교류신호(AC)(232)를 PID 연산기(220)에서 제공된 PWM 신호에 응답하여 위상제어된 모듈들을 여자기 제어 직류전압(DC OUT)(234)을 발생한다. PMG 교류신호(AC)(232)는 정류기를 통하여 DC로 정류되고 감쇠회로를 거쳐서 전압감쇠된 다음에 아날로그 디지털 변환되고 I2C 절연기를 통해 출력제어처리된다. 출력제어는 제공된 AC 입력전압과 제어전류를 모니터링하며 설정된 과전류를 초과하면 출력을 중단시킨다. PWM 파형은 포토커플러를 통해 절연되고, IGBT의 게이트 제어에 사용된다. 정류기의 전원을 IGBT가 스위칭하여 필드로 흘려준다.

도 5는 본 발명에 의한 복수채널 전압제어 프로그램의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 먼저 전원이 투입되면(S100) 채널선택기에서 선택된 채널 설정값을 저장부로부터 불러온다(S102). 이어서, 발전기의 출력전압을 읽어온다(S104). 읽어온 발전기 출력전압이 심각한 오류인지 아닌지를 체크한다(S106). S106단계에서 심각한 오류가 아니면 일반 오류인지를 판단한다(S108). S106 및 S108단게에서 오류가 체크되지 않으면 선택된 채널이 병렬모드인지를 판단한다(S110). S110단계에서 병렬모드이면 자동모드이므로 목표전압 연산기(200)에서 AVR IN 값을 계산하고(S112), 최종 목표 출력 전압을 계산한다(S114). S110단계에서 선택된 채널이 병렬모드가 아니라 수동모드이면 S114단계를 수행한다. 이어서 PID 연산기(220)에서 오차연산을 하고(S116) 출력 제어기(230)에서 필드 출력값을 연산하여(S118) 필드 코일 제어전력을 DC 출력한다. S118단계를 수행한 후에 S104단계로 복귀하여 S106단계 내지 S118단계의 루프를 수행한다.

S108단계에서 일반 오류가 검출되면 오류 LED 램프를 점멸 구동하여 일반 오류 상태를 표시한다(S120).

S106단계에서 심각한 오류가 검출되면 제어를 중단하고(S122), 오류를 표시하고(S124) 시스템 운행을 종료한다(S126).

상술한 바와 같이 본 발명은 동기발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동기발전기의 전압제어를 하는 방식에 있어 기존의 단순한 아날로그 제어방식에서 디지털 제어방식을 적용함으로써 제어상태의 확인 및 오류등을 실시간으로 확인이 가능하며 발전기의 특성 및 부하종류에 따른 제어값을 복수채널로 변경 및 저장이 가능하다.

본 발명은 디지털화에 따른 설정값 및 제어값을 수치로 표기가 가능하며 자동 및 수동 제어기능 또한 설정할 수 있다. 즉 제어에 대한 p값 및 I값의 수치가 표기되며 그 값의 범위에 따라 제어속도 및 정확도가 변화가 된다. 그 값은 자동모드일때는 부하의 특성에 따라 값을 형성하며 수동모드 일때는 선택버튼을 통해 값의 수정이 가능하도록 구성된다. 제어속도 및 정확도는 서로 상호작용을 하는 것으로 제어속도를 너무빨리 하면 그에 비해 정확도는 떨어질수 있고 정확도를 우선으로 하면 제어속도가 변화가 될 수 있다.

기본적으로 자동모드에서는 최적의 값을 구현하지만 부하의 상황에 따라 변화가 필요시에는 수동모드로 값을 입력할 수 있다. 또한 발전기의 특성 및 용량별로 그 값을 저장할 수 있어 초기에 설정값을 입력하면 매번 불필요한 조정이 줄어든다. 따라서 본 발명의 복수채널의 의미는 다양한 제품 형태의 등록 및 저장이 디지털 자동전압조정기에 가능하다는 것이다.

또한 현장별로 다른 부하의 형태에 적용 및 그에 따른 제어값의 변화가 가능하기 때문에 실제 사용되는 부하에 따라 최적의 값이 적용된다는 장점이 있다.

기존에는 공장에서 시운전시 문제는 없었지만 현장에서 실제 부하를 적용시에 문제점이 많이 발생하였지만 본 발명은 이러한 문제를 해결할 수 있다.

결론적으로 본 발명의 핵심은 기존 아날로그 방식의 제어기에서 디지털제어방식의 제어기로 변화되면서 제어상태의 모니터링 및 오류의 문제를 쉽게 확인이 가능하여 고장진단이 쉽게 가능하고자 함에 있고 또한 복수채널로 제어값의 저장을 통해 누구나 쉽게 조작이 가능하다. 또한 다양한 상황에 따른 능동적인 제어로 전기품질의 안정화를 가져올 수 있다.

참고로, 본 발명은 발전기를 주대상으로 하고 있지만, 발전기와 유사한 구조를 갖는 전동기(예;모터)에도 본 발명에 따른 기술사상이 그대로 적용될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 기술사상이 그대로 적용된 전동기도 본 발명의 권리범위에 포함된다고 할 것이다.

1 ; 본체 3 ; 회전축
10 ; 주발전기 11 ; 제1 고정자
13 ; 제1 회전자 20 ; 여자기
21 ; 제2 고정자 23 ; 제2 회전자
30 ; 디지털 자동전압조정기 40 ; 전원 공급부
104 ; 표시창 138 ; 듀티비
150 ; 제어부 152 ; 채널선택기
158 ; 제1세팅기 160 ; 제2세팅기
164 : 표시부 168 ; 저장부
200 ; 목표전압 연산기 210 ; 사용자 인터페이스
220 ; PID 연산기 230 ; 출력제어기

Claims

발전기 출력전압을 발생하는 주발전기(10);
발전기의 계자에 공급되는 여자전류를 생산하는 여자기(20); 및
상기 여자기(20)의 계자의 자속을 변화시켜 상기 주발전기(10)의 계자에 인가되는 여자기 전기자의 전류의 크기를 디지털적으로 제어하는 디지털 자동전압조정기(30)를 구비하는 발전기에 있어서,

상기 주발전기(10)의 회전축(3)에 일체로 형성된 영구자석을 구비하여,
엔진이 가동되면 상기 영구자석의 회전에 의해 전력을 발생시켜 AC 3상 교류전압(90~220V)전원을 상기 디지털 자동전압조정기(30)를 통하여 상기 여자기(20)를 제어하는 영구자석 전원 공급부(40)를 더 포함하되,

상기 디지털 자동전압조정기(30)는 외부전원장치의 외부 전원을 사용하지 않고
상기 영구자석 전원 공급부(40)로부터 공급되는 AC 3상 교류전압(90~220V)전원을 제공받아 동작하여,
상기 여자기(20)의 계자의 자속을 변화시켜 상기 주발전기(10)의 계자에 인가되는 상기 여자기(20) 전기자의 전류의 크기를 디지털적으로 제어하며,
발전기의 특성 및 부하종류에 따른 제어값을 복수채널로 변경 및 저장하되,
발전기 출력값, 여자기의 제어값 및 채널별 조정값을 실시간으로 표시하는 표시부(164);
자동 및 수동 모드를 포함하는 발전기의 용량별 복수채널을 선택하기 위하여 병렬 제어 모드를 수행하기 위한 복수의 제1채널과,
단독 제어 모드를 수행하기 위한 복수의 제2채널 중에서 임의의 채널을 선택하는 채널선택기(152);
발전기 출력 목표값을 세팅하기 위한 제1세팅기(158);
발전기 조정값을 세팅하기 위한 제2세팅기(160); 및
복수채널 전압제어프로그램을 수행하여 상기 병렬 제어모드에서는 상기 디지털 자동전압조정기(30)의 입력에 응답하여 자동으로 제어하며,
단독제어모드에서는 상기 제2세팅기(160)에서 세팅된 각 채널별 발전기 조정값에 응답하여 제어하는 제어부(150)를 포함하고,
상기 제어부(150)에서 실행되는 복수채널 전압제어프로그램은 상기 채널 선택기(152)에서 선택된 채널에 대응하여 상기 제1세팅기(160)에서 세팅된 출력 목표값에 따른 목표전압을 연산하는 목표전압 연산기(200);
상기 제2세팅기(160)에서 세팅된 조정값에 응답하여 발전기의 출력전압과 상기 목표전압의 차를 줄이는 방향으로 제어펄스의 듀티비(138)를 산출하는 PID 연산기(220); 및
상기 산출된 상기 듀티비(138)에 응답하여 여자기의 제어값을 출력하는 출력제어기(230)를 구비하며,
상기 회전축(3)의 일단에 주발전기(10)가 형성되고, 중단에 여자기(20)가 형성되며, 끝단에 영구자석 전원 공급부(40)가 형성되고,
상기 영구자석 전원 공급부(40)의 교류전압은 상기 디지털 자동전압조정기(30)의 구동전원과 상기 여자기(20)의 제어전원으로 사용되며,
상기 병렬 제어모드를 수행하기 위한 복수의 제1채널은 병렬 입력 전원의 종류에 따라 설정이 가능하도록 되어 있고,
상기 병렬 제어모드는 주파수 제어와 발전 전압 제어를 수행하되, 엔진속도에 따라 서로 다른 주파수를 제어하기 위해 각각의 엔진에 부착되어 있는 가버너를 제어하고,
발전기의 부하량에 따라 서로 다른 발전 전압을 제어하기 위해 상기 디지털 자동전압조정기(30)를 제어하여 발전기의 병렬시에 서로 평행하게 전력의 공급을 수행하는
복수채널 능등 전압 조절이 가능한 발전기.
삭제
제1항에 있어서, 상기 제2세팅기(160)는 상기 PID연산기(220)의 P값과 I값을 각각 세팅 하는 복수채널 능등 전압 조절이 가능한 발전기.
제1항에 있어서, 상기 디지털 자동전압조정기(30))는 전원이 투입되면 채널선택기(152)에서 선택된 채널 설정값을 저장부(168)로부터 불러오고, 발전기의 출력전압을 읽어서 읽어온 발전기 출력전압이 심각한 오류 또는 일반 오류인지를 판단하고, 오류가 체크되지 않으면 선택된 채널이 병렬모드인지를 판단하여 병렬모드이면 자동모드이므로 목표전압 연산기에서 AVR IN 값을 계산한 후에 최종 목표 출력 전압을 계산하며, 선택된 채널이 병렬모드가 아니라 수동모드이면 최종 목표 출력 전압을 계산하며, PID 연산기에서 오차연산을 하고, 출력 제어기에서 필드 출력값을 연산하여 필드 코일 제어전력을 DC 출력하는 복수채널 능등 전압 조절이 가능한 발전기.
제1항에 있어서, 상기 디지털 자동전압조정기(30)는 보조입력단자, 발전기 3상 출력 연결단자, 여자기 제어전류 출력단자 및 PMG 입력단자를 구비한 복수채널 능등 전압 조절이 가능한 발전기.