KR20090127428A - System and method for generating an alternating current output signal - Google Patents
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Abstract
Description
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본 출원은 2007년 3월 27일에 출원된 미국 가출원 제60/907,248호로부터 우선권을 주장하고, 앞으로 완전하게 설정되는 바와 같이, 참조로서 본원에 병합된다.This application claims priority from US Provisional Application No. 60 / 907,248, filed March 27, 2007, and is incorporated herein by reference, as set forth in its entirety.
본 발명은 가변 속도를 잠재적으로 가지면서 일정한 출력에 따른 전기를 발생시키는 시스템 및 장치에 관한 것으로서, 특히, 전압 변동률 시스템을 특징으로 하는 시스템 및 장치 등에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to systems and apparatus for generating electricity at a constant output, potentially with variable speeds, and more particularly to systems and apparatuses characterized by voltage fluctuation systems.
전기 발전기들의 사용을 통해 전기를 발생하는 것은 현대 생활에서 중요하다. 이러한 발전기들은 동작하기 위해, 예를 들면, 여러 타입의 화석 연료 및/또는 재생 에너지일 수 있는 외부 에너지원을 필요로 한다. 그 후, 발전기는 전기를 발생하기 위해 에너지원을 소비한다. 그러나, 발생된 전기가 사용되도록 동력 출력(power output)이 일정한 것이 중요하다.Generating electricity through the use of electric generators is important in modern life. These generators require an external energy source to operate, for example, various types of fossil fuels and / or renewable energy. The generator then consumes an energy source to generate electricity. However, it is important that the power output is constant so that the generated electricity is used.
동력 출력은 발전기의 샤프트 속도가 일정하게 되는 경우에 일정하게 될 수 있다. 그러나, 발전기의 샤프트 속도는 항상 일정한 비율로 유지될 수 없다. 그 러므로, 여러 발전기들은 적어도 최소 속도를 유지함으로써, 제공된 동력 출력은 샤프트의 최소 속도에 따라 판별된다. 샤프트 속도가 최소 이상으로 증가되는 경우, 생성된 초과 동력은 버려지게 되어 낭비된다.The power output may be constant if the shaft speed of the generator is constant. However, the shaft speed of the generator cannot always be maintained at a constant rate. Therefore, the various generators maintain at least the minimum speed, so that the power output provided is determined according to the minimum speed of the shaft. If the shaft speed is increased above the minimum, the generated excess power is discarded and wasted.
다양한 해결책은 시도되었지만, 그러나 교류(AC) 발전기들에 대한 문제점을 완전하게 해결하는 것은 없었다. 예를 들면, 미국 특허 제5541483호는 직류(DC) 모터 또는 발전기, 특히 영구 자석 타입을 가지는 직류(DC) 모터 또는 발전기를 제어하는 방법을 제공한다. AC 발전기와 DC 발전기 사이의 기능 차이로 인해, 상술된 해결책은 AC 발전기에 대해서는 동작되지 않는다.Various solutions have been tried, but none completely solve the problem for AC generators. For example, US Pat. No. 5,414,83 provides a method of controlling a direct current (DC) motor or generator, particularly a direct current (DC) motor or generator having a permanent magnet type. Due to the functional difference between the AC generator and the DC generator, the above-mentioned solution does not work for the AC generator.
미국 특허 출원 제2004/0257050호는 일정한 전류를 발생시키는 방법 및 장치를 기술하되, 상기 미국 특허 출원은 발전기에 의해 출력된 전류를 제어하는 것을 통해서 잠재적으로 가변 샤프트 속도에 연관된 결점을 극복함으로써, 출력 전류의 레벨을 일정하게 했다. 그러므로, 설명된 발명은 상대적으로 복잡한 전류 안정화에 관한 것이다.US patent application 2004/0257050 describes a method and apparatus for generating a constant current, wherein the US patent application overcomes the drawbacks potentially associated with variable shaft speed through controlling the current output by a generator, The level of the current was made constant. Therefore, the described invention relates to relatively complex current stabilization.
안정화된 전압 출력을 이루기 위한 다양한 해결책은 샤프트 속도 변동을 절제하기 위해 관성 또는 마찰을 사용하고; 샤프트 속도를 제어하기 위해 토크 제어를 사용하고; 또는 변동하는 AC 전기를 DC 전기로 전환하고, 그리고 DC 전기를 다시 표준 그리드 AC 전원으로 전환하는 것을 포함한다. 이러한 방법들 모두는 분명히 에너지를 매우 낭비시킨다.Various solutions to achieve a stabilized voltage output use inertia or friction to control shaft speed variations; Use torque control to control shaft speed; Or converting varying AC electricity to DC electricity, and converting DC electricity back to a standard grid AC power source. All of these methods obviously waste very energy.
재생 에너지원을 사용하기 위해서, 시스템들 및 장치들은 풍력 터빈에 사용되는 바람; 태양 패널들에 사용되는 태양; 조력 등의 수력; 등의 "천연" 에너지를 사용해왔다. 풍력 에너지는 바람이 동력을 증가 및 감소시키고, 그리고/또는 아주 규칙적으로 방향이 변하는 경향 때문에 특히나 가변적일 수 있다. 그러나, 모든 "천연" 에너지원들은 동력 레벨을 불안정하게 할 수 있다. 이로써, 재생 에너지에 있어서, 불안정한 기계적인 동력을 안정한 전력으로 전환하는 능력은 다양한 응용분야에서 크게 요구되고 있다.In order to use a renewable energy source, systems and apparatuses include wind used in wind turbines; The sun used in solar panels; Hydraulic power such as tidal power; Has been using "natural" energy. Wind energy can be particularly variable because of the tendency for wind to increase and decrease power and / or to change direction very regularly. However, all "natural" energy sources can destabilize power levels. Thus, in renewable energy, the ability to convert unstable mechanical power into stable power is greatly demanded in various applications.
다양한 해결책들은 재생 에너지원들의 불안정성을 극복하기 위해 이 영역에서 제안되되, 특히 풍력 발생에 대해 제안되어왔다. 예를 들면, 미국특허 제7068015호는 출력 전압 또는 전류를 측정함으로써 판별된 피드백에 따라서 풍력 터빈의 회전 속도에 따른 자기장을 조정함으로써, 풍력에 대한 해결책을 제공한다. 미국 특허 출원 제2004/0119292호는 발전기의 터빈을 제어함으로써, 발전기의 샤프트 속도를 제어하는 방법을 제공하는데, 상기에서 주목된 바와 같이, 해결책으로는 불리하다. 제시된 방법은 동작을 위한 다이오드 정류기를 더 요구하는데, 이는 또 다른 단점이다.Various solutions have been proposed in this area to overcome instability of renewable energy sources, in particular for wind generation. For example, US patent 7070615 provides a solution to wind power by adjusting the magnetic field according to the rotational speed of the wind turbine in accordance with the feedback determined by measuring the output voltage or current. US patent application 2004/0119292 provides a method of controlling the shaft speed of a generator by controlling the turbine of the generator, as noted above, which is disadvantageous as a solution. The presented method further requires a diode rectifier for operation, which is another disadvantage.
미국 특허 제5083039호는 고정자 전류를 제어함으로써, 발전기의 자기장을 제어함으로써, 동력 출력을 제어한다. 그러나, 고정자 전류에 대한 변화는 발전기 토크에 대한 변화를 일으킨다. 토크에 대한 변화를 보상하기 위해서, 샤프트 속도는 터빈의 "날개" 또는 칼날의 피치(pitch)를 변화시킴으로써 제어되는데, 이는 바람 조건으로 인해 불리할 수 있고, 그리고 에너지의 추가적 소비를 요구하기 때문에 여러 경우에 있어 불리할 수 있다. 이와 유사하게, 미국 특허 제6137187호는 피치 제어 시스템을 요구하는 단점을 가진다.U.S. Pat.No.5083039 controls the power output by controlling the stator current, thereby controlling the magnetic field of the generator. However, a change in the stator current causes a change in the generator torque. To compensate for changes in torque, the shaft speed is controlled by varying the turbine's "wings" or the pitch of the blades, which can be disadvantageous due to wind conditions and require additional consumption of energy. It may be disadvantageous in some cases. Similarly, US Pat. No. 6,137,187 has the disadvantage of requiring a pitch control system.
용어 "일정한 전기 출력(constant electrical output)"은 일정한 피크 전압을 가지는 교류 출력 신호를 의미한다.The term "constant electrical output" means an alternating output signal having a constant peak voltage.
본 발명은 가변 회전 속도로 회전하는 샤프트의 회전 속도를 감지하고, 감지된 속도에 응답하여, AC 발전기의 자기장을 제어하는 시스템 및 방법을 제공한다. 상기 제어는 AC 발전기에 전류를 공급하는 DC 발전기를 이용하는 것을 포함한다. 이 전류는 AC 발전기의 자기장을 판별한다. 자기장은 샤프트의 회전 속도의 변화에도 불구하고, AC 발전기의 출력 신호의 피크 전압이 실질적으로 일정하게 유지되는 방식으로 제어될 수 있다.The present invention provides a system and method for sensing the rotational speed of a shaft rotating at a variable rotational speed and controlling the magnetic field of the AC generator in response to the detected speed. The control includes using a DC generator to supply current to the AC generator. This current determines the magnetic field of the AC generator. The magnetic field can be controlled in such a way that despite the change in the rotational speed of the shaft, the peak voltage of the output signal of the AC generator remains substantially constant.
AC 발전기에 유도된 전자기력은 패러데이 법칙에 의해 결정된다:The electromagnetic force induced in an AC generator is determined by Faraday's law:
여기서:here:
EMF(전자기장)는 출력 전압이고, 는 권선의 접선 속도(tangential speed)이다.EMF is the output voltage, Is the tangential speed of the winding.
L은 자속을 가로지르는 권선의 길이이다. L is the length of the winding across the magnetic flux.
B는 자기장 강도다.B is the magnetic field strength.
sin(θ)는 권선과 자속 사이의 사인 각도이다.sin (θ) is the sine angle between the winding and the magnetic flux.
상기의 식은, AC 발전기의 AC 출력 신호의 피크 전압이 샤프트 회전 속도에 의존하고 샤프트를 회전하기 위해 사용된 기계적인 동력에 의존하는 것을 나타낸다. 기계적인 동력의 레벨이 가변하는 경우, 샤프트 회전 속도도 가변된다. 그러나, 샤프트 회전 속도가 가변되어도, 피크 전압은 실질적으로 일정하게 유지되어야 한다.The above equation indicates that the peak voltage of the AC output signal of the AC generator depends on the shaft rotation speed and on the mechanical power used to rotate the shaft. If the level of mechanical power is variable, the shaft rotational speed is also variable. However, even if the shaft rotational speed varies, the peak voltage must remain substantially constant.
그러므로, 본 발명은 샤프트 회전 속도가 일정하게 되는 것을 요구하지 않고, 매우 다양한 응용분야에서 사용할 수 있고, 동력을 발생시키는 재생 에너지원 또는 "천연" 에너지원 또는 가변 출력을 가지는 여러 다른 에너지원을 포함하되, 이에 국한되지 않는다. 대신에, 본 발명의 실시예들에 따라서, 샤프트 회전 속도의 계측은 샤프트의 회전 속도에 따라 (DC 발전기를 포함하는) 피드백 또는 제어 메커니즘을 통하여 자기장 강도(B)를 제어하기 위해 사용되어, 정전압(constant voltage) 출력을 제공하고, 동력을 안정하게 발생시킨다.Therefore, the present invention does not require the shaft rotational speed to be constant and can be used in a wide variety of applications and includes power generating renewable or "natural" energy sources or several other energy sources with variable outputs. But not limited to. Instead, according to embodiments of the present invention, the measurement of the shaft rotational speed is used to control the magnetic field strength B through a feedback or control mechanism (including a DC generator) according to the rotational speed of the shaft, so that the constant voltage It provides constant voltage output and generates power stably.
본 발명의 실시예들에 따라서, AC 발전기의 자기장 강도의 제어는 DC 발전기로 제공되는 것이 바람직하되, 상기 DC 발전기는 AC 발전기의 회전자 권선에 연결된 회전자 권선을 특징으로 한다. AC 발전기의 샤프트의 회전 속도는 계측된다; 이 계측에 따라서, DC 발전기의 동작은 자기장 강도를 증가 또는 감소시키기 위해 사용되어, 샤프트의 회전 속도가 변화되어도 정전압 출력을 유지시킨다. DC 발전기는 선택적으로 그리고 바람직하게, 개별 전원을 가진다. 바람직하게는, 전압 출력의 제어 및 관리에 요구된 동력량은 발전기 그 자체의 출력과 비교해볼 때 상대적으로 작다; 예를 들면, 하기에서 제시된 테스트는, 요구된 제어 동력이 5 KW 발전기용 3O W보다 작다는 것을 나타낸다. 선택적으로 그리고 바람직하게, DC 발전기의 회전자 권선은 AC 발전기의 자기장을 제어하기 위해, AC 발전기의 회전자 권선에 연결된다.According to embodiments of the present invention, the control of the magnetic field strength of the AC generator is preferably provided to the DC generator, the DC generator characterized by a rotor winding connected to the rotor winding of the AC generator. The rotational speed of the shaft of the AC generator is measured; According to this measurement, the operation of the DC generator is used to increase or decrease the magnetic field strength, so as to maintain the constant voltage output even if the rotational speed of the shaft changes. The DC generator optionally and preferably has a separate power source. Preferably, the amount of power required to control and manage the voltage output is relatively small compared to the output of the generator itself; For example, the test presented below indicates that the required control power is less than 30 W for a 5 KW generator. Optionally and preferably, the rotor windings of the DC generator are connected to the rotor windings of the AC generator in order to control the magnetic field of the AC generator.
교류(AC) 출력 신호를 제공하는 시스템으로서, 상기 시스템은: AC 출력 신호를 출력하고, 회전 속도로 회전하는 샤프트와 이어지는 AC 회전자를 포함하는 AC 발전기; 상기 회전 속도를 감지하는 속도 센서; 및 상기 회전 속도에 응답하여, 상기 AC 발전기의 자기장을 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 AC 발전기의 자기장을 제어하기 위해 상기 AC 발전기에 제공되는 전류를 발생시키는 직류(DC) 발전기를 포함한다.A system for providing an alternating current (AC) output signal, the system comprising: an AC generator for outputting an AC output signal, the AC generator including a shaft that rotates at a rotational speed and a subsequent AC rotor; A speed sensor detecting the rotation speed; And a controller for controlling the magnetic field of the AC generator in response to the rotational speed, wherein the controller is configured to generate a direct current (DC) generator for generating a current provided to the AC generator to control the magnetic field of the AC generator. Include.
편리하게, 상기 DC 발전기는 상기 샤프트와 이어지는 DC 회전자를 포함한다.Conveniently, the DC generator includes a DC rotor following the shaft.
편리하게, 상기 DC 회전자는 상기 AC 회전자와 연결된다.Conveniently, the DC rotor is connected to the AC rotor.
편리하게, 상기 DC 회전자는 강성 권선(rigid wiring)에 의해 상기 AC 회전자에 연결된다.Conveniently, the DC rotor is connected to the AC rotor by rigid wiring.
편리하게, 상기 DC 발전기는, 상기 회전 속도에 응답하는 진폭을 가진 여자 전압에 의해 공급되는 DC 고정자를 포함한다.Conveniently, the DC generator includes a DC stator supplied by an excitation voltage having an amplitude responsive to the rotational speed.
편리하게, 상기 제어기는, 상기 속도 센서로부터 회전 속도 정보를 수신하고 상기 DC 발전기에 제공되는 여자 전압의 진폭을 판별하는 전압 변동률(voltage regulation) 시스템을 포함한다.Conveniently, the controller includes a voltage regulation system that receives rotational speed information from the speed sensor and determines the amplitude of the excitation voltage provided to the DC generator.
편리하게, 상기 전압 변동률 시스템은, AC 출력 전압의 피크 전압과 회전 속도와의 관계에 응답하여, 상기 여자 전압의 진폭을 판별한다.Conveniently, the voltage change rate system determines the amplitude of the excitation voltage in response to the relationship between the peak voltage of the AC output voltage and the rotational speed.
편리하게, 상기 전압 변동률 시스템은: 아날로그 회전 속도 정보를 디지털 회전 속도 정보로 전환시키는 AD(analog to digital) 컨버터; 필터링된 회전 속도 정보를 제공하기 위해, 상기 디지털 회전 속도 정보를 필터링하는 로우 패스 필터(low pass filter); 필터링된 디지털 회전 속도 정보에 응답하여, 그리고 AC 출력 전압의 피크 전압과 회전 속도 사이의 관계에 응답하여, 상기 여자 전압을 판별하는 프로세서; 및 상기 프로세서로부터 출력된 디지털 제어 신호를, 상기 여자 전압의 진폭을 제어하는 아날로그 신호로 전환시키는 DA(digital to analog) 컨버터를 포함한다.Conveniently, the voltage rate change system comprises: an analog to digital (AD) converter for converting analog rotational speed information into digital rotational speed information; A low pass filter for filtering the digital rotation speed information to provide filtered rotation speed information; A processor for determining the excitation voltage in response to filtered digital rotation speed information and in response to a relationship between the peak voltage and the rotation speed of an AC output voltage; And a digital to analog (DA) converter for converting the digital control signal output from the processor into an analog signal for controlling the amplitude of the excitation voltage.
편리하게, 상기 시스템은 디지털 회전 속도 정보를 발생시키는 속도 센서를 포함한다.Conveniently, the system includes a speed sensor that generates digital rotational speed information.
편리하게, 상기 제어기는, 상기 속도 센서로부터 회전 속도 정보 및 상기 AC 출력 신호의 요청된 피크 전압을 수신하고 상기 DC 발전기에 제공되는 여자 전압의 진폭을 판별하는 전압 변동률 시스템을 포함한다.Conveniently, the controller includes a voltage change rate system that receives rotational speed information and the requested peak voltage of the AC output signal from the speed sensor and determines the amplitude of the excitation voltage provided to the DC generator.
편리하게, 상기 샤프트는 재생 에너지원에 의해 동력화된(powered) 기계적 압력 소자에 의해 회전된다.Conveniently, the shaft is rotated by a mechanical pressure element powered by a renewable energy source.
편리하게, 상기 재생 에너지는 바람, 물, 태양 및 지열로 구성된 군으로부터 선택된다.Conveniently, the renewable energy is selected from the group consisting of wind, water, sun and geothermal heat.
편리하게, 상기 시스템은 상기 회전자를 회전시키는 기계적인 입력 소자를 더 포함한다.Conveniently, the system further includes a mechanical input element for rotating the rotor.
편리하게, 상기 시스템은 상기 샤프트와 이어지는 냉각팬을 더 포함한다.Conveniently, the system further comprises a cooling fan leading to the shaft.
편리하게, 상기 제어기는 상기 AC 발전기의 자기장을 제어하여, 상기 회전 속도의 변화에도 불구하고, 상기 AC 출력의 피크 전압을 실질적으로 일정하게 유지시킨다.Conveniently, the controller controls the magnetic field of the AC generator to keep the peak voltage of the AC output substantially constant despite the change in the rotational speed.
다른 정의가 없으면, 본원에서 사용된 모든 기술 용어 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 같이 동일한 의미를 가진다. 본원에서 제공된 물질들, 방법들 및 일례들은 단지 실례가 될 뿐, 국한된다는 것은 아니다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The materials, methods, and examples provided herein are illustrative only and not intended to be limiting.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 일례의 방식으로만 본원에서 기술된다. 특정 참조로 상세한 도면을 참고하여, 특이점은 단지 본 발명의 실시예들의 설명의 목적에 대해 그리고 일례의 방식으로 제시되고, 본 발명의 원리 및 개념적 양태로 가장 유용하고 손쉽게 이해될 수 있다는 것을 제공하기 위해 제시된다. 이에 대한 시도는 본 발명의 기본적인 이해에 대한 필요성보다는 본 발명의 좀 더 상세한 구조적인 설명을 제시하기 위해 구현되는 것은 아니고, 본 도면을 참조한 설명을 통하여, 본 발명의 몇몇 형태가 어떻게 실질적으로 구체화되는지가 기술분야의 당업자에 있어 명백해진다.The invention is described herein by way of example only with reference to the accompanying drawings. With reference to the specific drawings in particular reference, specificities are presented merely for purposes of explanation of embodiments of the invention and in an exemplary manner, and provide that they can be most usefully and easily understood with the principles and conceptual aspects of the invention. Is presented for. Attempts are not made to present a more detailed structural description of the invention rather than the need for a basic understanding of the invention, and through the description with reference to the drawings, how some forms of the invention are substantially embodied. Will be apparent to those skilled in the art.
도면에 있어서:In the drawings:
도 1은 본 발명에 따른, 대표적인 일례의 AC 발전기 시스템을 도시한 도면;1 illustrates an exemplary AC generator system, in accordance with the present invention;
도 2는 도 1의 발전기의 동작의 제어에 대해, 본 발명에 따른 대표적인 일례의 방법을 제시한 도면;2 presents a representative exemplary method in accordance with the present invention for control of the operation of the generator of FIG. 1;
도 3은 보다 더 상세하지만 개략적인, 본 발명에 따른 전압 변동률 시스템의 다이어그램;3 is a more detailed but schematic diagram of a voltage rate variation system according to the present invention;
도 4는 재생 에너지원 또는 "천연" 에너지에 의해 적어도 부분적으로 동력화된 발전기에 의해 일정한 레벨의 전압을 발생시키는, 본 발명에 따른 일례의 시스템의 개략적인 블록 다이어그램;4 is a schematic block diagram of an exemplary system according to the present invention for generating a constant level of voltage by a generator at least partially powered by a renewable energy source or “natural” energy;
도 5는 본 발명에 따른 대표적인 시스템의 테스트의 결과를 제시한 도면;5 presents the results of a test of an exemplary system in accordance with the present invention;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전압 변동률 시스템 및 회전 속도 센서를 더 자세하게 제시한 도면;6 is a view showing in more detail the voltage change rate system and the rotational speed sensor according to an embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전압 변동률 시스템 및 회전 속도 센서를 더 자세하게 제시한 도면;7 is a view showing in more detail the voltage fluctuation system and the rotational speed sensor according to an embodiment of the present invention;
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전압 변동률 시스템 및 회전 속도 센서를 더 자세하게 제시한 도면;8 is a view showing in more detail the voltage change rate system and the rotational speed sensor according to an embodiment of the present invention;
도 9 및 10은 AC 출력 신호의 피크 전압의 서로 다른 값에 대해 샤프트의 회전 속도와 제어 전류 사이의 관계를 제시한 도면; 및9 and 10 show the relationship between the rotational speed of the shaft and the control current for different values of the peak voltage of the AC output signal; And
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 방법을 제시한다.11 shows a method according to an embodiment of the invention.
본 발명은, AC 발전기의 자기장 강도의 제어를 통해 AC 발전기에 의해 정전압 파워(의미-실질적으로 일정한 피크 전압을 가지는 교류 출력 신호)를 제공하는 시스템 및 장치이고, 이때 상기 제어는 DC 발전기를 사용한다. 자기장 강도는 DC 발전기에 의해 공급된 전류에 의해, 그리고 AC 발전기의 샤프트의 회전 속도에 따라 제어되어, 그 결과 샤프트의 회전 속도의 변화는 자기장 강도에 대한 변화에 의해 보상된다.The present invention is a system and apparatus for providing a constant voltage power (an alternating current output signal having a substantially constant peak voltage) by an AC generator through control of the magnetic field strength of the AC generator, wherein the control uses a DC generator. . The magnetic field strength is controlled by the current supplied by the DC generator and in accordance with the rotational speed of the shaft of the AC generator, so that the change in the rotational speed of the shaft is compensated by the change in the magnetic field strength.
본 발명의 실시예들에 따라서, DC 발전기는 AC 발전기의 회전자 권선에 전기적으로 연결된 회전자 권선을 특징으로 한다. AC 발전기의 샤프트의 회전 속도는 계측되는 것이 바람직하다; 이 계측에 따라서, DC 발전기의 동작은 자기장 강도를 증가 또는 감소시키기 위해 사용되어, 샤프트의 회전 속도가 변화되어도 정전압 출력을 유지시킨다.According to embodiments of the present invention, the DC generator is characterized by a rotor winding electrically connected to the rotor winding of the AC generator. The rotational speed of the shaft of the AC generator is preferably measured; According to this measurement, the operation of the DC generator is used to increase or decrease the magnetic field strength, so as to maintain the constant voltage output even if the rotational speed of the shaft changes.
선택적으로 그리고 바람직하게, DC 발전기의 회전자 권선은 AC 발전기의 자기장을 제어하는 AC 발전기의 회전자 권선에 연결된다.Optionally and preferably, the rotor winding of the DC generator is connected to the rotor winding of the AC generator which controls the magnetic field of the AC generator.
본 발명은 선택적으로, 여러 타입의 기계적인 동력원으로 사용될 수 있지만, 변화성을 특징으로 하는 기계적인 동력 입력원들(mechanical power input sources)에 대해 유용할 수 있다. 그러한 기계적인 동력 입력원의 일례는 여러 타입의 재생가능하거나 "천연" 에너지원을 포함하되, 이에 국한되지 않고, 바람, 물, 태양 또는 지열을 포함하되, 이에 국한되지도 않는다.The invention may optionally be used with several types of mechanical power sources, but may be useful for mechanical power input sources that are characterized by variability. Examples of such mechanical power input sources include, but are not limited to, various types of renewable or "natural" energy sources, including but not limited to wind, water, sun or geothermal energy.
본 발명의 선택적 실시예들에 따라서, 정전압 출력을 제공하는 것보다는, 오히려, 선택적으로 AC 발전기의 자기장이 예를 들면, 세트 포인트(set point) 등의 기준에 따라서 제어된다. 세트 포인트는 선택적으로 최소 요구된 세트 포인트이거나, 또는 전압 출력에 대해서, 그리고/또는 허용된 세트 포인트 값들의 범위 내에서 최대 허용된 세트 포인트일 수 있다.In accordance with optional embodiments of the present invention, rather than providing a constant voltage output, rather, the magnetic field of the AC generator is optionally controlled according to criteria such as, for example, a set point. The set point may optionally be the minimum required set point or may be the maximum allowed set point for the voltage output and / or within the range of allowed set point values.
본 발명의 원리 및 동작은 도면 및 첨부된 기술을 참조하면, 보다 이해하기 쉬울 수 있다.The principles and operation of the present invention may be easier to understand with reference to the drawings and the accompanying techniques.
도 1을 참조하여, 도 1은 출력 전압의 일정한 레벨을 발생시키는 대표적인 일례의 AC 발전기 시스템(100)이다. 발전기 시스템(100)은 AC 발전기(108)의 샤프트(106)를 회전시키게 하는 전원(미도시)으로부터 기계적인 동력(mechanical power)으로의 연결을 특징으로 한다. 또한, 샤프트(106)는 선택적으로 발전기 시스템(100)의 동작을 냉각시키는 냉각팬(104)을 특징으로 한다. AC 발전기(108)는 바람직하게, 3상, 2 중 권선 발전기이고, 그리고 회전자(110) 및 고정자(112)를 특징으로 한다. 회전자(110)는 바람직하게 회전자 권선(114)을 특징으로 하면서, 고정자(112)는 바람직하게 고정자 권선(116)을 특징으로 한다.Referring to FIG. 1, FIG. 1 is a representative example
보조 DC 발전기(118)는, 선택적으로 그리고 바람직하게, AC 발전기(108)의 자기장의 강도를 제어하기 위해, 도시된 바와 같이, 샤프트(106) 상에 설치된다. DC 발전기(118)는 DC 회전자 권선(122)을 가진 DC 회전자(120), 및 DC 고정자 권선(126)을 가진 DC 고정자(124)를 특징으로 한다. DC 회전자 권선(122)은 바람직하게 커넥터(130)를 통해 AC 발전기(108)의 회전자 권선(114)에 연결되고, 바람직하게는 선택적으로 강성 권선일 수 있는 여러 타입의 권선을 포함하고, DC 회전자 권선(122)은 회전자 권선(114)과 동일한 속도로 회전한다. DC 고정자 권선(126)은 기술분야에서 공지된 바와 같이, 적절한 커넥터(132)를 통하여 DC 전원(128)에 연결된다.The
회전 속도 센서(속도 센서로도 언급됨)(134)는 샤프트(106)의 회전 속도를 감지하기 위해 샤프트(106)에 연결되는 것이 바람직하다. 회전 속도 센서(134)는 선택적으로 적절한 속도 감지 장치를 특징으로 할 수 있고, 샤프트 엔코더(encoder), 리졸버(resolver), 타코미터(tachometer), 홀 효과 센서, 또는 샤프 트(106)의 주변 상에 있는 마크 포인트(mark point)의 움직임을 판독하는 여러 타입의 근접 센서를 포함하되, 이에 국한되지 않는다. 마크 포인트는 여러 타입의 마킹(marking), 노치(notch), 스크류(screw) 또는 홀(hole)을 포함하되, 이에 국한되지 않는다.Rotational speed sensor (also referred to as speed sensor) 134 is preferably connected to
전압 변동률 시스템(136)은 회전 속도 센서(134)에, 그리고 DC 전원(128)에 전기적으로 연결된다. 전압 변동률 시스템(136)은 여러 타입의 프로그램가능하거나 연산을 요구하는 장치, 또는 디지털 회로, 또는 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어를 특징으로 하는 장치, 또는 그들의 조합으로도 선택적으로 사용될 수 있지만, PLC(프로그램가능한 논리 제어기)에 기반되는 것이 바람직하다.The
AC 발전기 시스템(100)은 다음과 같이 동작하는 것이 바람직하다. 기계적인 동력(미도시)은 AC 발전기(108)의 샤프트(106)에 공급되어, 샤프트(106)를 회전시킨다. 초기 여자 전압은 DC 전원(128)에 의해 DC 고정자(124)에 유도되고, DC 회전자(120)가 외부 자기장에 영향을 받게 한다. 또한, DC 전원(128)은 DC 회전자(120)를 회전시킨다. 조합은 DC 발전기(118)에서 EMF를 생성하고, 이로써 전류(제어 전류라고도 언급됨)는 DC 회전자(120)로부터 AC 발전기(108)의 회전자(110)로 흘러, 회전자(110)에서 회전 자기장을 생성한다. 그 결과, EMF는 AC 발전기(108)의 출력에서 생성된다(즉, AC 발전기(108)는 전기를 발생시킨다).The
회전 속도 센서(134)는 샤프트(106)의 회전 속도를 감지한다. 이 정보는 DC 고정자(124)에서 여자 전압을 변화시키기 위해 DC 전원(128)을 제어하는 전압 변동률 시스템(136)에 공급되어, DC 발전기(118)에 의해 EMF 출력을 변화시킨다. 차례 로, 이는 회전자 권선(114)에서 전류를 변화시킴으로써, AC 발전기(108)의 자기장 강도를 제어한다.
여자 전압은 선택적으로 그리고 바람직하게, 도 2에 제시된 방법에 따라 전압 변동률 시스템(136)에 의해 판별된다. 도 2는 도 1의 발전기의 동작의 제어에 대해, 본 발명에 따른 대표적인 설명 방법을 제시한다. 제시된 바와 같이, 단계(1)에서, AC 발전기 샤프트의 실제 회전 속도(샤프트 속도로도 언급됨)는 회전 속도 센서에 의해 계측된다. 단계(2)에서, 전압 변동률 시스템은 DC 전원 제어 입력의 값을 변화시키고, 상기 DC 전원 제어 입력은 바람직하게 DC 고정자의 여자 전압을 변화시킨다. 그 후 2 개의 단계들이 필요에 따라 선택적으로 그리고 바람직하게 반복되지만, 단계(1)는 적어도 한번 반복된다.The excitation voltage is optionally and preferably determined by the
바람직하게는, 초기에 출력 전압은 특정 발전기에 대해 제어 전압 곡선을 정의하기 위해 회전 속도에 관하여 계측된다. 이 곡선이 발전기에 대해 확정되면, 상술된 방법을 실행하기 위해 사용된다.Preferably, the output voltage is initially measured with respect to the rotational speed to define a control voltage curve for the particular generator. Once this curve is established for the generator, it is used to carry out the method described above.
또한, 방법은 선택적으로 AC 발전기의 출력 신호의 "세트 포인트"를 변화시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 이러한 방법은 선택적으로, AC 발전기에 의해 제공되는 출력 신호의 피크 전압을 증가 또는 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 선택적으로, 출력 신호의 피크 전압을 증가 또는 감소시키는 것은 다양한 환경하에서, 예를 들면, AC 발전기에 기계적인 동력을 입력하는 레벨이 변화되는 경우에 사용될 수 있다. 이하에서 더 상세하게 기재된 바와 같이, 기계적인 동력을 입력하는 이러한 변화는 여러 타입이 에너지원에 대해 일어날 수 있지만, 특별하게 풍력 또는 다른 타입의 "천연" 에너지원들 등의 재생 에너지원들에 대해 널리 일반적으로 행해질 수 있다. 바람직하게, 출력 전압의 레벨을 증가 또는 감소시키는 것은 변화성에 의해 특징이 되는 기계적인 동력 입력원을 위해 실행된다.Also, the method can optionally be used to change the "set point" of the output signal of the AC generator. For example, this method can optionally be used to increase or decrease the peak voltage of the output signal provided by the AC generator. Optionally, increasing or decreasing the peak voltage of the output signal can be used under various circumstances, for example when the level of inputting mechanical power to the AC generator is varied. As described in more detail below, this change in mechanical power input can occur for several types of energy sources, but especially for renewable energy sources such as wind or other types of "natural" energy sources. It can be done widely and generally. Preferably, increasing or decreasing the level of the output voltage is performed for a mechanical power input source characterized by variability.
도 3은 보다 더 상세하지만 개략적인, 본 발명에 따른 전압 변동률 시스템의 다이어그램이다. 단계(1)에서, 상술된 바와 같이, 제어 전압 곡선은 각 발전기 시스템을 위해 판별되되, 바람직하게는 시스템 통합 동안에 판별된다. 이 단계는 시스템이 동작하면 반복될 필요는 없다.3 is a diagram of a voltage rate change system according to the invention, which is more detailed but schematic. In step (1), as described above, the control voltage curve is determined for each generator system, preferably during system integration. This step need not be repeated if the system is running.
단계들(2 내지 5)은 바람직하게는 적어도 한번 반복되고, 필요에 따라서는 루프로서 연속적으로 더 실행되는 것이 바람직하다. 단계(2)에서, AC 발전기는 동작되고, 그리고 AC 발전기의 샤프트는 회전된다. 단계(3)에서, 샤프트의 회전 속도는 도 1에서 기술된 바와 같이 회전 속도 센서에 의해 계측된다. 단계(4)에서, 샤프트의 회전 속도 및 제어 전압 곡선을 사용하여, 출력되는 제어 전압의 양은 판별된다. 단계(5)에서, 제어 전압은, 도 1에 도시된 바와 같이, 바람직하게는 연관된 DC 발전기인 제어 전압 출력 발전기에 의해 출력된다.Steps 2 to 5 are preferably repeated at least once, preferably further successively as a loop if necessary. In step 2, the AC generator is operated and the shaft of the AC generator is rotated. In step 3, the rotational speed of the shaft is measured by the rotational speed sensor as described in FIG. 1. In step 4, using the rotational speed of the shaft and the control voltage curve, the amount of control voltage output is determined. In step 5, the control voltage is output by a control voltage output generator, which is preferably an associated DC generator, as shown in FIG.
도 4는 재생 에너지원 또는 "천연" 에너지에 의해 적어도 부분적으로 동력화된 발전기에 의해 일정한 레벨의 전압을 발생시키는, 본 발명에 따른 일례의 시스템의 개략적인 블록 다이어그램이다. 제시된 바와 같이, 시스템(400)은 선택적으로 그리고 바람직하게는, 바람, 태양, 물 및 지열로 구성된 군으로부터 선택된 여러 타입의 재생 에너지원 또는 "천연" 에너지에 의해 동력화된 장치인 기계적인 동력원(402)을 특징으로 한다. 또한, 시스템(400)은, 예를 들면 도 1 및/또는 2 및/ 또는 3에 대하여 기술된 바와 같이 실행될 수 있는 AC 발전기 시스템(404)을 특징으로 하는 것이 바람직하다.4 is a schematic block diagram of an exemplary system according to the invention for generating a constant level of voltage by a generator at least partially powered by a renewable energy source or “natural” energy. As shown, the
기계적인 동력원(402)은 AC 발전기 시스템(404)의 부분인 AC 발전기(408)의 샤프트(406)에 기계적으로 연결되어, 샤프트(406)가 회전되게 한다. 기계적인 동력원(402)은 기계적인 동력의 출력 레벨이 선택적으로 가변될 수 있는 점에서 볼 때, 선택적으로 그리고 바람직하게 가변 전원일 수 있다. 그러한 변화는 샤프트(406)의 회전 속도에서 변화를 일으킨다. 그러나, AC 발전기 시스템(404)의 전압 변동률 시스템(410)은 AC 발전기(408)에서 자기장을 제어하여, 그 결과, AC 발전기 시스템(404)은 샤프트(406)의 회전 속도의 변화에 상관없이, 일정한 레벨에서 유지되는 피크 전압을 가지는 AC 출력 신호를 제공한다.The mechanical power source 402 is mechanically connected to the shaft 406 of the
도 4에 제시된 본 발명의 대표적인 실시예의 많은 이점들 중에서, AC 출력 신호의 일정한 피크 전압의 제공은 바람, 물(수력 발전), 태양, 지열 또는 다른 타입의 터빈의 구조 또는 기능을 변경하거나 작용하는 것 없이 이루어질 수 있다는 이점이 있다. 그러므로, 터빈 그 자체의 기능 및 설계는 재생 에너지원으로부터 에너지를 가장 효과적으로 포획하도록 선택될 수 있다. 재생 에너지원으로부터 출력 전압의 일정한 레벨을 발생시키는 그러한 시스템 또는 장치를 제시 또는 제안하는 배경 기술 참조는 없다.Among the many advantages of the exemplary embodiment of the present invention shown in FIG. 4, the provision of a constant peak voltage of the AC output signal alters or acts on the structure or function of wind, water (hydropower), solar, geothermal or other types of turbines. The advantage is that it can be done without. Therefore, the function and design of the turbine itself can be chosen to most effectively capture energy from the renewable energy source. There is no background reference presenting or suggesting such a system or apparatus that generates a constant level of output voltage from a renewable energy source.
일례 1Example 1
실례가 되는 시스템의 테스트Example system testing
이 일례는 본 발명에 따라서, 대표적으로 실례가 되는 비-국한적인 시스템 상에서 실행되는 테스트를 설명한다. 하이브리드, 이중 권선 3상 발전기를 특징으로 하는 시스템은 DC 및 AC 발전기 모두를 포함하고, 즉, 제품 번호 ECO3-2S4(Mecc Alte S.p.A., Italy)를 포함하고; 그리고 CQM-45(Omron Inc., USA) 프로그램가능한 논리 제어기(PLC)에 기반한 전압 변동률 시스템을 포함하는 기술 분야에서 공지된다. 시스템의 세트 포인트 전압은 285 Vac이다. AC 발전기는 가변 속도 모터 구동기에 연결된 전기 모터에 의해 동력화된다. 그 후, AC 발전기 샤프트의 회전 속도는 모터의 속도에 따라 변경된다. 각 회전 속도에 대해, 보조 DC 발전기의 여자 전압은, AC 출력의 피크 전압이 세트 포인트 값(285 Vac)에 이를 때까지 변화된다.This example describes a test run on a non-limiting system that is representative of the exemplary embodiment in accordance with the present invention. Systems featuring hybrid, dual winding three phase generators include both DC and AC generators, ie, product number ECO3-2S4 (Mecc Alte S.p.A., Italy); And voltage fluctuation systems based on CQM-45 (Omron Inc., USA) programmable logic controller (PLC). The set point voltage of the system is 285 Vac. The AC generator is powered by an electric motor connected to a variable speed motor driver. Thereafter, the rotation speed of the AC generator shaft is changed in accordance with the speed of the motor. For each rotational speed, the excitation voltage of the auxiliary DC generator is changed until the peak voltage of the AC output reaches the set point value (285 Vac).
도 5는 AC 발전기에 의해 출력된 정전압을 유지시키기 위한 요구에 따라서, AC 발전기의 샤프트의 속도에 따른 DC 발전기의 보조 여자 전압 값들을 제시한다.FIG. 5 shows auxiliary excitation voltage values of the DC generator according to the speed of the shaft of the AC generator in accordance with the requirement to maintain the constant voltage output by the AC generator.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라서, 더 상세한 전압 변동률 시스템(136) 및 회전 속도 센서(134)를 도시한다.6 illustrates a more detailed voltage
회전 속도 센서(134)는 아날로그 회전 속도 정보를 디지털 회전 속도 정보로 전환하는 AD(analog to digital) 컨버터(161)에 아날로그 회전 속도 정보를 제공한다. 디지털 회전 속도 정보는 필터링된 회전 속도 정보를 제공하기 위해 디지털 회전 속도 정보를 필터링하는 로우 패스 필터(162)에 제공된다. 로우 패스 필터(162)는 고속 푸리에 변환 필터링 처리(Fast Fourier Transformation filtering process)를 적용할 수 있지만 이가 반드시 필요한 것은 아니다.The
FPGA(164) 등의 프로세서는 필터링된 디지털 회전 속도 정보에 응답하여, 그 리고 AC 출력 전압의 피크 전압과 회전 속도 사이의 관계에 응답하여 여자 전압을 판별한다. 이 관계를 나타내는 정보는 FPGA에 저장될 수 있고, FPGA에 의해 실행된 지시는 EPROM(165) 등의 메모리 유닛에 저장될 수 있다.Processors such as
프로세서(164)는 판별을 나타내는 디지털 제어 신호를 DA(digital to analog) 컨버터(166)에 출력한다. DA 컨버터(166)는 여자 전압의 진폭을 제어하는 아날로그 제어 신호로 디지털 제어 신호를 전환시킨다. 아날로그 제어 신호는, DC 전원(128)에 제공된 전류 신호를 제공하고 전원(128)에 의해 출력된 여자 전압을 판별하는 전류 구동기(168)에 공급된다. 전류 구동기(168)에 출력된 신호 또는 아날로그 제어 신호는 전압 계량기(171)에 의해 계측될 수 있고, 전압 계량기의 디스플레이 상에 표시될 수 있다. 멀티플렉서(169) 또는 다른 샘플링 회로는 전류 구동기(168)와 전압 변동률 시스템(136)의 출력 포트 사이에서 제공될 수 있어서, DC 전원(128)에 전류 신호의 제공뿐만 아니라, 계측과 같은 것도 가능하다.The
편리하게, DA 컨버터(166)는 DA 컨버터(166)의 출력 범위를 판별하기 위해 사용된 전위차계(potentiometer)를 포함하고, 특히 상기 전위차계는 제로 전압 아날로그 제어 신호를 출력하도록 한다.Conveniently, the DA converter 166 includes a potentiometer used to determine the output range of the DA converter 166, in particular the potentiometer outputs a zero voltage analog control signal.
프로토콜 컨버터(163) 또는 또 다른 포트 또는 인터페이스는 전압 변동률 시스템(136)에 요구된 피크 전압을 제공하기 위해 사용될 수 있다.The
포트 또는 인터페이스(또는 부가적인 포트 또는 인터페이스)는 도 8에 도시된 바와 같이, 웹 기반 관리를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 전압 변동률 시스템(136)의 웹 기반 관리 엔티티(entity)(175)는 회전 속도 계측 및/또는 DC 전 원(128)에 출력된 아날로그 신호의 계측에 관한 데이터가 하나 이상의 외부 장치들에 출력되도록 할 수 있고, 그리고/또는 전압 변동률 시스템(136)과 사용자의 하나 이상의 상호작용을 하도록 할 수 있다. 웹 기반 관리 엔티티(175)는 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 그의 조합일 수 있다.The port or interface (or additional port or interface) can be used to provide web based management, as shown in FIG. 8. The web-based
도 6을 참조하여, 전압 변동률 시스템(136)은 인쇄형 회로 보드 상에 실장된될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이는 하나 이상의 웹 페이지들을 제공할 수 있는 웹 서버(미도시)와 통신될 수 있다. 이 웹 페이지들은 기술분야에서 공지된 바와 같이, 사용자를 위해, 예를 들면, 간단한 구성 선택을 위해, 전압 변동률 시스템(136)용 인터페이스로서 작동한다.Referring to FIG. 6, the
전압 변동률 시스템(136)은 전압 계량기(171)의 디스플레이뿐만 아니라 회전 속도 디스플레이(172) 또는 그들의 조합 등의 디스플레이에 정보를 출력할 수 있다. 정보는 포트 또는 인터페이스를 통해서 제공될 수 있다.The voltage
본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 회전 속도 센서는 아날로그 회전 속도 정보가 아닌 디지털 회전 속도 정보를 제공한다. 도 7은 인크리멘탈 엔코더(incremental encoder)(134')를 포함하는 회전 속도 센서를 도시한다. 인크리멘탈 엔코더(134')는 디지털 회전 속도 정보를 발생시키고, 이로써, 전압 변동률 시스템(136)의 다양한 구성요소들(AD 컨버터(161) 및 디지털 로우 패스 필터(162) 등)은 필요하지 않다.According to another embodiment of the present invention, the rotational speed sensor provides digital rotational speed information rather than analog rotational speed information. FIG. 7 shows a rotational speed sensor that includes an
도 9 및 10은 AC 출력 신호의 피크 전압의 서로 다른 값에 대한 샤프트의 회전 속도와 제어 전류 사이의 관계를 제시하고, 도 10에서의 곡선은 도 9의 표에 포 함된 값에 대응된다.9 and 10 show the relationship between the rotational speed of the shaft and the control current for different values of the peak voltage of the AC output signal, and the curve in FIG. 10 corresponds to the values contained in the table of FIG. 9.
다수의 곡선은 AC 출력 신호의 서로 다른 피크 전압에 대한 샤프트의 회전 속도와 제어 전류 사이의 관계를 나타낸다.Many curves show the relationship between the rotational speed of the shaft and the control current for different peak voltages of the AC output signal.
도 11은 본 발명의 실시에에 따른 방법(300)을 제시한다.11 illustrates a
방법(300)은 단계(310)에 의해 또는 단계(320)에 의해 개시된다.The
단계(310)는 AC 발전기에 출력되는 AC 출력 신호의 요청된 피크 전압을 판별하는 단계를 포함한다.Step 310 includes determining the requested peak voltage of the AC output signal output to the AC generator.
단계(320)는 AC 발전기에 의해 출력되는 AC 출력 신호의 요청된 피크 전압을 나타내는 정보를 수신하는 단계를 포함한다.Step 320 includes receiving information indicative of the requested peak voltage of the AC output signal output by the AC generator.
단계들(310 및 320) 다음에 샤프트의 회전 속도를 감지하는 단계(330)로 이어진다.Steps 310 and 320 are followed by step 330 of detecting the rotational speed of the shaft.
방법(300)은 기계적인 입력 소자에 의해 샤프트를 회전시키는 단계를 포함한다. 이 단계는 설명의 간편상 제시되지 않는다. 샤프트는 재생 에너지원에 의해 동력화되는 기계적인 입력 소자에 의해 회전될 수 있다. 재생 에너지는 바람, 물, 태양 또는 지열 에너지원일 수 있다.The
단계(330) 다음에, 회전 속도에 응답하여 AC 발전기의 자기장을 제어하는 단계(340)로 이어진다.Step 330 is followed by step 340 of controlling the magnetic field of the AC generator in response to the rotational speed.
본 발명의 다양한 실시예들에 따라서, 단계(340)는 다음의 단계들 중 적어도 하나 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다:According to various embodiments of the present invention, step 340 may comprise at least one or a combination of the following steps:
(ⅰ) AC 출력 전압의 피크 전압 및 회전 속도 사이의 관계에 응답하여 DC 발전기의 DC 고정자에 제공되는 여자 전압의 진폭을 판별하는 단계(342)로서, DC 발전기는 샤프트와 이어지는 DC 회전자를 가질 수 있다. DC 회전자는 AC 회전자에 연결될 수 있되, 예를 들면 강성 권선으로 연결될 수 있다. 진폭은 회전 속도의 변화에도 불구하고 AC 출력 신호의 피크 전압이 실질적으로 일정하게 유지되도록 판별될 수 있다.(Iii) determining (342) the amplitude of the excitation voltage provided to the DC stator of the DC generator in response to the relationship between the peak voltage and the rotational speed of the AC output voltage, the DC generator having a shaft and a subsequent DC rotor; Can be. The DC rotor may be connected to the AC rotor, but for example by a rigid winding. The amplitude can be determined such that the peak voltage of the AC output signal remains substantially constant despite the change in rotational speed.
(ⅱ) 여자 전압에 의해 DC 발전기의 DC 고정자를 공급하는 단계(344)로서, 상기 여자 전압은 회전 속도에 응답하는 진폭을 가진다.(Ii) supplying a DC stator of the DC generator by an excitation voltage, 344, wherein the excitation voltage has an amplitude in response to the rotational speed.
(ⅰ) 직류(DC) 발전기에 의한 제어 전류를 AC 발전기에 제공하는 단계(346)로서; 제어 전류는 여자 전압의 진폭에 응답한다. 이 제어 전류는 AC 발전기의 자기장을 제어한다.(Iii) providing 346 a control current by a direct current (DC) generator to the AC generator; The control current responds to the amplitude of the excitation voltage. This control current controls the magnetic field of the AC generator.
단계(340) 다음에, AC 발전기에 의해 AC 출력 전압을 출력하는 단계(350)로 이어진다. AC 출력 신호의 피크 전압은 AC 발전기의 자기장에 응답한다. AC 발전기는 샤프트와 이어지는 AC 회전자를 포함한다.Step 340 is followed by step 350 of outputting an AC output voltage by the AC generator. The peak voltage of the AC output signal responds to the magnetic field of the AC generator. The AC generator includes a shaft and a subsequent AC rotor.
판별하는 단계(342)는 다음 단계들 중 적어도 하나 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다; (ⅰ) 회전 속도 정보를 속도 센서로부터 수신하는 단계(342)(1); (ⅱ) AC 출력 전압의 요청된 피크 전압을 수신하는 단계(342)(2); 및 (ⅲ) 샤프트의 회전 속도 및 제어 전류 사이의 관계에 응답하여 여자 전압의 진폭을 판별하는 단계(342)(3); (ⅳ) 제어 전류 값들, 샤프트의 회전 속도와 AC 출력 전압의 요청된 피크 전압 사이의 관계에 응답하여 여자 전압의 진폭을 판별하는 단계(342)(4)Determining 342 may include at least one of the following steps or a combination thereof; (Iii) receiving (342) (1) rotational speed information from the speed sensor; (Ii) receiving the requested peak voltage of the AC output voltage (342) (2); And (iii) determining (342) (3) the amplitude of the excitation voltage in response to the relationship between the rotational speed of the shaft and the control current; (Iii) determining the amplitude of the excitation voltage in response to the relationship between the control current values, the rotational speed of the shaft and the requested peak voltage of the AC output voltage (342) (4).
주목할 점은, AC 출력 신호의 요청된 피크 전압을 변화시킴으로써, 시스템의 "세트 포인트"가 변화된다는 점이다. 피크 전압이 변화될 시, 판별은 관련된 곡선(또는 공식)을 선택해야 한다. 따라서, 단계(344)는 도 10에서 제시된 곡선과 같은 곡선들 사이에서 선택하는 단계를 포함할 수 있다.Note that by changing the requested peak voltage of the AC output signal, the "set point" of the system is changed. When the peak voltage changes, the discrimination must select the relevant curve (or formula). Thus, step 344 may include selecting between curves, such as the curve shown in FIG. 10.
본 발명의 실시예에 따라서, 판별은 디지털 도메인(domain)에서 실행된다. 이로써, 단계(344)는: (i) 아날로그 회전 속도 정보를 디지털 회전 속도 정보로 전환하는 단계; (ⅱ) 필터링된 회전 속도 정보를 제공하기 위해 디지털 회전 속도 정보를 로우 패스 필터링하는 단계; (ⅲ) 필터링된 디지털 회전 속도 정보에 응답하여, 그리고 AC 출력 전압의 피크 전압과 회전 속도 사이의 관계에 응답하여, 여자 전압을 판별하는 단계; (ⅳ) 상기 판별하는 단계에 응답하는 디지털 제어 신호를 발생시키는 단계; 및 (ⅴ) 상기 디지털 제어 신호를, 여자 전압의 진폭을 제어하는 아날로그 신호로 전환시키는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the invention, the determination is performed in the digital domain. As such, step 344 comprises: (i) converting analog rotational speed information into digital rotational speed information; (Ii) low pass filtering the digital rotational speed information to provide filtered rotational speed information; (Iii) determining the excitation voltage in response to the filtered digital rotational speed information and in response to the relationship between the peak voltage and the rotational speed of the AC output voltage; (Iii) generating a digital control signal responsive to said determining; And (iii) converting the digital control signal into an analog signal for controlling the amplitude of the excitation voltage.
방법(300)은 샤프트와 이어지는 냉각팬을 활성화시키는 단계(370)를 포함할 수도 있다. 냉각팬은 샤프트에 의해 활성화된다. 방법(300)은 정보를 표시하는 단계(380)도 포함할 수 있다.The
주목할 점은, 언급된 상기 시스템 및 방법은 AC 발전기에 의해 발생된 전압 또는 전류를 계측하는 것 없이, AC 발전기의 자기장을 변경시킨다는 점이다. AC 발전기에 의해 출력된 동력을 측정하는 것 또는 상기 측정된 동력을 참조 동력과 비교하는 것은 필요 없다. 이는 제어 설계를 간단하게 한다.Note that the above mentioned systems and methods change the magnetic field of the AC generator without measuring the voltage or current generated by the AC generator. It is not necessary to measure the power output by the AC generator or to compare the measured power with a reference power. This simplifies the control design.
본 발명은 실시예들의 국한된 수에 대해 설명되는 한편, 본 발명의 많은 변형, 변경 및 다른 적용이 구현될 수 있다는 것은 이해될 것이다.While the invention has been described in terms of a limited number of embodiments, it will be understood that many variations, modifications and other applications of the invention may be implemented.
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