KR20090124937A - 전력 시스템의 동기식 발전기의 다중 출력 전압 레귤레이션 - Google Patents

전력 시스템의 동기식 발전기의 다중 출력 전압 레귤레이션 Download PDF

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Abstract

전형적인 상업/항공우주 응용들에 있어서, 동기식 발전기들은 고전압 부하 및 저전압 부하 모두에 전력을 제공한다. 본 명세서는 부하들 모두에 대한 출력 전압을 레귤레이트하는 방법을 설명한다.
Figure P1020090042399
동기식 발전기, 전압 레귤레이터, 고전압 라인, 저전압 라인, 피드백

Description

전력 시스템의 동기식 발전기의 다중 출력 전압 레귤레이션 {MULTI OUTPUT VOLTAGE REGULATION OF A SYNCHRONOUS GENERATOR IN A POWER SYSTEM}
동기식 발전기용 전압 레귤레이션은 고전압 공급기와 저전압 공급기 모두를 위한 전압 레귤레이터를 포함한다.
현대의 전기 시스템들에서는, 상이한 전압들을 필요로 하는 다양한 타입들의 부하들이 있다. 이 전압들은 바람직하게는, 광범위한 부하 변동들에 대하여 거의 일정하다.
종래 기술에 있어서, 주어진 타입의 전압에 대해 전압 레귤레이션의 다양한 방법들이 확인되었다. 이는 3-상 AC 전압 및 정류된 DC 전압 모두에 대해 그렇다.
종래 기술에서는, 고전압-저전압 변환을 위해 표준의 통상적인 DC-DC 변환기가 이용된다. 이것은 20:1 또는 그 이상의 변압비를 필요로 하며, 결과적으로 큰 고비용의 부품들과 매우 협소한 범위의 전압 레귤레이션을 초래한다. 그 결과, 출력 전압을, 소정의 바람직한 동적 응답을 갖고 일정하게 유지하기가 어렵다.
종래 기술의 전압 레귤레이션은 고전압 공급기 또는 저전압 공급기 중 어느 하나에 대해 적당한 전압 콘트롤을 제공하는 것이 특징이라고 할 수 있었다. 그러나, 종래 기술은 양측 모두에 대해 적당한 콘트롤을 제공하기에는 불충분했다.
동기식 발전기용 전압 레귤레이터에 있어서, 고전압 공급기는 발전기 콘트롤에 피드백을 제공한다. 또한, 저전압을 공급하기 위해 고전압들은 변압기를 통과한다. 저전압에 대한 피드백은 공급되는 저전압에 대한 정밀한 콘트롤을 제공한다.
본 발명에 따르면, 고전압 공급기 및 저전압 공급기 양측 모두에 대한 바람직한 전압 콘트롤을 제공하는 전압 레귤레이터 및 발전기를 제공할 수 있다.
본 발명의 이러한 특징들 및 다른 특징들은 하기의 명세서와 도면들과, 도면의 간단한 설명으로부터 가장 잘 이해될 수 있다.
본 명세서는 고전압 부하 및 저전압 부하 응용들 모두를 위해 전압 레귤레이션 스킴들을 결합하는 방법에 대해 설명한다. 동기식 권선형 계자 발전기들용의 스킴 및 토폴로지는 운송 및 항공우주 응용들, 및 기타 다른 산업들에도 응용가능하다. 3-상 고전압은 여자기 계자 콘트롤을 이용하여 통상적으로 레귤레이트된다. 그러나, 이에 더하여, 고전압 3-상 전압은 단일 위상 고주파 변압기를 이용함으로써 저전압 레벨로 강하된다. 그런 다음, 이 저전압은 정류된 다음 센싱되고 다른 전압 레귤레이터를 통해 레귤레이트된다.
다중 출력 전압 레귤레이팅 시스템(20)을 갖는 3-상 동기식 발전기가 도 1에 도시된다. 도시된 바와 같이, 발전기(22)에 의해 생성되는 표준 고전압 3-상 출력은 고전압 3-상 부하(24)에 직접 접속된다. 부하(24)는 임의의 타입의 3-상 고전압 AC 부하들일 수 있다.
표준 3-상 동기식 발전기와 마찬가지로, 전압 레귤레이터(28)는 발전기(22)의 일정한 3-상 고전압 출력을 유지하도록 여자기 계자 전류를 조절하기 위해 여자기 계자(30)에 피드백 및 콘트롤을 제공한다. 고전압 출력은 응용(26)에 공급된다.
도 1에 도시된 회로의 나머지 부분은 DC 부하(44)에 대해 레귤레이트된 DC 저전압 출력을 제공하기 위한 것이다.
발전기(22)의 3-상 고전압 AC 출력은 AC/DC 정류기(32)를 이용함으로써 DC 전압으로 정류된다. 그런 다음 정류기(32)의 출력은 캐패시터(34)에 의해 필터링된다. 이 필터링된 고전압 DC는 DC/AC 인버터(36)를 이용하여 1-상 고주파수 AC 전압으로 변환된다. 도면 참조 번호 37에서 생성된 고주파수 고전압 AC는, 고주파수 센터-탭형 변압기(high frequency center-tapped transformer)(38) 및 전파 정류기(full wave rectifier)(40)를 이용함으로써 DC 저전압으로 변환된다. 그런 다음 저역 통과 필터(42)를 거쳐, 라인(43)에서 소정의 DC 출력 전압이 저전압 DC 부하(44)용으로 이용가능하게 된다.
라인(43)에서의 저전압 DC 출력은 전압 센싱 시스템(46)을 통해 전압 레귤레 이터(50)에 접속된다. 이 레귤레이터는 응용(들)(26)으로부터 명령 신호(48)를 수신할 것이다. 또한, 도면 참조 번호 34에서의 고전압 DC는 입력 전압 센서(52)에 의해 센싱되고 레귤레이터(50)에 접속된다. 레귤레이터(50)는 인버터 콘트롤러(54)를 통해 DC/AC 인버터(36)에 콘트롤을 제공한다. 따라서, 고주파수 변압기(38)에의 입력 전압이 조절되어, 라인(43)에서 최종의 DC 출력 전압이 소정의 원하는 레벨로 유지된다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 인버터(36)는 복수의 스위치들(T1, T2, T3, 및 T4)을 포함할 수 있다. 스위치들(T1-T4) 각각은 도 2b에 도시된 출력들을 제공하기 위해 인버터 콘트롤(54)에서 제어된다. 변압기(38)로 인도되는 지점(37)에서의 출력은 도 2b에 "인버터 출력 파형"으로서 도시된다.
지점 39에서의 변압기(38)의 출력은 도 3a에 도시되고, 지점 43에서의 출력은 도 3b에 도시된다.
본 발명에 의하면, 사용(부하)에 공급되는 고전압 및 저전압 모두에 대해 효과적인 제어가 유지될 수 있다.
본 출원에 개시된 바와 같이, 단일 고전압 라인은 발전기를 떠나 부하(24) 및 정류기(32) 둘다로 전달된다. 본 출원의 목적상, 단일 고전압 라인이 청구되나, 이것은 발전기로부터 고전압 브랜치 및 저전압 브랜치로의 임의의 공급을 포괄하고, 두개의 별개의 라인들이거나, 또는 도시된 바와 같은 브랜치된 라인인 것으로 해석되어야 한다.
본 발명의 실시예가 개시되었으나, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 특정 변 형들이 본 발명의 범위 내에 포함될 것임을 알 것이다. 그렇기 때문에, 본 발명의 진정한 범위 및 내용을 결정하기 위해서는 하기의 청구항들이 숙고되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전압 레귤레이터 및 발전기의 개략도이다.
도 2a는 도 1의 개략도의 일부인 인버터를 도시한다.
도 2b는 도 2a의 인버터로부터의 출력 파형들을 도시한다.
도 3a는 하나의 지점에서의 출력 파형들을 도시한다.
도 3b는 제2 지점에서의 출력 파형들을 도시한다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20: 다중 출력 전압 레귤레이팅 시스템
22: 발전기
24: 고전압 3-상 부하
26: 최상위 레벨 시스템 응용
28: 전압 레귤레이터
30: 여자기 계자
38: 고주파수 변압기
40: 전파 정류기
42: 저역 통과 필터
43: 라인
44: 저전압 DC 부하
46: 전압 센싱 시스템
50: 전압 레귤레이터
52: 입력 전압 센서
54: 인버터 콘트롤

Claims (15)

  1. 발전기용 전압 레귤레이터로서,
    고전압 부하에 3-상 AC 전력을 공급하는 고전압 라인과,
    상기 고전압 라인 상에서 소정의 전압을 얻기 위해 상기 발전기에 대한 콘트롤에 피드백을 제공하는 상기 고전압 라인으로부터의 피드백 링크
    를 포함하고,
    상기 고전압 라인은 저전압으로 감압될 고전압을 공급하고,
    저전압 부하에의 접속용 상기 저전압을 수신하는 저전압 라인과,
    상기 저전압 라인 상에 공급된 전압의 레벨을 제어하기 위한 저전압 콘트롤에 상기 저전압 라인으로부터의 피드백을 제공하는 피드백 라인
    을 포함하는, 전압 레귤레이터.
  2. 제1항에 있어서,
    공급되는 감압될 상기 고전압은 변압기를 통과하는, 전압 레귤레이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변압기는 정류기의 상류에 위치되는, 전압 레귤레이터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 저전압 라인에 대한 피드백 라인은 센싱된 저전압을 저전압 콘트롤에 공급하고, 소정의 저전압이 또한 상기 저전압 콘트롤에 공급되는, 전압 레귤레이터.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 저전압 콘트롤은 상기 저전압 라인 상에서 소정의 저전압을 확보하도록 인버터를 제어하는, 전압 레귤레이터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 인버터의 상류의 입력 전압은 또한 상기 저전압 콘트롤에 공급되어 상기 저전압 콘트롤이 상기 인버터를 제어하도록 하여 상기 소정의 저전압을 얻도록 하는, 전압 레귤레이터.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 인버터는 상기 변압기에 입력될 소정의 파형들을 제공하기 위해 제어되는 4개 이상의 스위치들을 포함하는, 전압 레귤레이터.
  8. 3-상 AC 전력을 고전압 라인에 공급하는 동기식 발전기와,
    3-상 AC 전력을 고전력 부하에 공급하는 고 전압 라인과,
    상기 고전압 라인에서 소정의 전압을 얻기 위해 상기 발전기에 대한 콘트롤 에 피드백을 제공하는 상기 고전압 라인으로부터의 피드백 링크
    를 포함하고,
    상기 고전압 라인은 저전압으로 감압될 고전압을 공급하고,
    저전압 부하에의 접속용 상기 저전압을 수신하는 저전압 라인과,
    상기 저전압 라인에 공급되는 전압의 레벨을 제어하기 위한 저전압 콘트롤에 상기 저전압 라인으로부터의 피드백을 제공하는 피드백 라인
    을 포함하는, 전압 레귤레이터를 구비한 발전기.
  9. 제8항에 있어서,
    공급되는 감압될 상기 고전압은 변압기를 통과하는, 전압 레귤레이터를 구비한 발전기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 변압기는 정류기의 상류에 위치되는, 전압 레귤레이터를 구비한 발전기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 저전압 라인에 대한 상기 피드백 라인은 센싱된 저전압을 콘트롤에 공급하고, 소정의 저전압이 또한 상기 저전압 콘트롤에 공급되는, 전압 레귤레이터를 구비한 발전기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 저전압 콘트롤은 상기 저전압 라인 상에 소정의 저전압을 확보하기 위해 인버터를 제어하는, 전압 레귤레이터를 구비한 발전기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 인버터의 상류의 입력 전압은 또한 상기 저전압 콘트롤에 공급되어 상기 저전압 콘트롤이 상기 인버터를 제어하도록 하여 상기 소정의 저전압을 얻도록 하는, 전압 레귤레이터를 구비한 발전기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 인버터는 상기 변압기에 입력될 소정의 파형들을 제공하기 위해 제어되는 4개 이상의 스위치들을 포함하는, 전압 레귤레이터를 구비한 발전기.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 고전압 부하는 전기 모터이고, 상기 저전압 부하는 콘트롤 전압용인, 전압 레귤레이터를 구비한 발전기.
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