KR20110118792A - 간접 여기식 동기기용 고속 탈여기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 여기기(2)와 회전 정류자 브리지(8)에 의한 간접 여기식 동기기(1)용 고속 탈여기 시스템에 관한 것으로, 이 시스템은,
- 상기 동기기(1)의 자계 권선(5)과 상기 회전 정류자 브리지(8) 사이에 연결된 탈여기 임피던스(10)와;
- 상기 탈여기 임피던스(10)와 병렬로 연결된 컨트롤러(9)와;
- · 상기 동기기(1)의 정상 작동 중에, 상기 회전 정류자 브리지(8)가 동기기(1)의 자계 권선(5)에 전기가 직접 공급되도록 상기 컨트롤러(9)를 닫힌 상태로 유지하고;
· 상기 동기기의 탈여기시에, 상기 탈여기 임피던스(10)를 상기 자계 권선(5) 및 상기 회전 정류자 브리지(8)와 직렬로 유지하기 위해 상기 컨트롤러(9)를 개방하도록 구성된 컨트롤러(9)의 제어회로(11)를 포함한다.

Description

간접 여기식 동기기용 고속 탈여기 시스템{RAPID DE­EXCITATION SYSTEM FOR SYNCHRONOUS MACHINES WITH INDIRECT EXCITATION}

본 발명의 목적은 회전 다이오드에 의한 간접 여기식 동기기용의 신규한 탈여기 시스템을 제공함으로써, 기계의 탈여기시에 동적 응답 및 안전성을 향상시키는데 있으며, 이것은 내부 단락의 경우에 기계의 손상이 훨씬 적을 수 있음을 의미한다.

제너레이터에서 내부 단락이 발생하거나, 제너레이터의 스위칭 전에, 제너레이터 자체에 의한 단락의 원인 제공으로 인해 손상이 발생한다. 이 경우에, 가능한 한 신속하게 여기 전류를 감소시킴으로써, 스테이터로 전압이 유도되지 않도록 하여, 더 이상 단락의 원인 제공이 없게끔 하는 것이 필수적이다.

동기기(同期機)에 대한 여기방식으로는 기본적으로 다음의 2가지 타입이 있다:

- 콜렉터 링과 브러시에 의한 직접 여기.

- 여기기(勵起機)와 회전 다이오드에 의한 간접 브러시리스 여기.

브러시와 콜렉터 링은, 특히 고출력 기계의 경우, 정비(maintenance)를 필요로 하는 요소다. 사용에 따라 브러시는 마모되므로, 점검하고 필요시 교체해야 한다. 또한, 스파크 및 탄소분진 증착물은 항상 발생가능한 문제의 중심에 있다. 그러므로, 동기기에서는 브러시리스 인덕터용 여기기를 사용하는 경향이 있다.

브러시 문제는 간접 여기에 의해 제거되지만, 기계의 동적 응답이 악화되는 결점을 갖고 있다. 왜냐하면, 이것은 중간 요소로서 다른 전기 기계, 즉 여기자를 사용하므로, 주(主) 제너레이터의 여기 권선에 직접 억세스할 수 없기 때문이다.

내부 결함의 경우, 여기 응답속도는 단락에 대한 알터네이터의 원인제공을 제한하는 중요한 역할을 한다.

이 문제는, 고장 발생시 신속하게 기계를 탈여기하도록 연결되는 여기 회로에 저항기를 삽입함으로써, (브러시에 의해서) 직접 여기기에서 해결된다. 이것은 회전 다이오드에 의한 간접 여기기에서는 쉽지 않은데, 여기 권선에 직접 억세스하지 못하기 때문이다.

본 발명의 목적은 동기식 간접 여기기로 하여금 직접 여기기와 유사하게 탈여기 목적을 위해 동작하도록 허용하면서도, 브러시리스 여기의 이점은 유지하는 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 여기기 및 회전 정류자 브리지에 의한 간접 여기식 동기기용 고속 탈여기 시스템은:

- 상기 동기기의 자계 권선과 상기 회전 정류자 브리지 사이에 연결된 탈여기 임피던스, 바람직하게는 저항기와;

- 상기 탈여기 임피던스와 병렬로 연결된 컨트롤러, 바람직하게는 반도체형 컨트롤러와;

- · 상기 동기기의 정상 작동 중에, 상기 회전 정류자 브리지가 상기 동기기의 자계 권선에 전기가 직접 공급되도록 상기 컨트롤러를 닫힌 상태로 유지하고;

· (단락의 경우 또는 전기 네트워크로부터 상기 동기기가 분리되는 경우에) 상기 동기기를 탈여기시키고, 상기 탈여기 임피던스를 상기 자계 권선 및 상기 회전 정류자 브리지와 직렬로 유지하기 위해 상기 컨트롤러를 개방하도록 구성된 컨트롤러의 제어회로를 포함한다.

바람직하게, 상기 제어회로는, 여기자의 자계 권선의 동작시, 상기 회전 정류자 브리지의 출력에서의 전압 및, 그러므로 상기 동기기의 탈여기가 제어될 수 있게 하기 위해, 상기 회전 정류자 브리지의 출력에서의 전압에 따라서 상기 컨트롤러를 개방하도록 구성된다.

특정 실시예에서, 상기 제어회로는:

- 상기 회전 정류자 브리지와 병렬로 연결되고, 제 1보조 저항기 및 제 2보조 저항기로 구성되는 분압기를 포함하며, 상기 분압기는 제 2저항기의 전압이 특정값에 도달하면, 상기 컨트롤러를 개방하도록 구성된다.

상기 제어회로는 컨트롤러의 제어 입력에서의 전압을 제한하기 위해, 제 2저항기와 병렬로 연결되는 제너 다이오드를 추가로 포함할 수 있다.

그러므로, 상술한 시스템의 결과로서, 동기기의 내부 결함의 경우에, 손상이 제한된다. 통상의 간접 여기식 동기기에 있어서, 내부 단락의 경우에 고장 전류는, 차후의 손상으로 대략 몇초 정도는 알터네이터에 대해 지속된다. 그러나, 본 발명의 탈여기 시스템의 목적을 실현함으로써, 상기 시간은 상당히 감소되어 손상을 최소화한다.

상세한 설명 및 특허청구의 범위를 통해서, "포함한다"는 용어 및 그의 변형은 다른 기술적인 특징, 추가물, 부품 또는 단계를 배제하도록 의도하지는 않았다. 당업자라면, 상세한 설명으로부터, 그리고 부분적으로 본 발명의 실시로부터 본 발명의 다른 목적, 이점 및 특징을 이해할 것이다. 다음의 실시예 및 도면은 예시의 목적으로 제공되며, 이들은 본 발명을 제한하려고 의도하지는 않았다. 또한, 본 발명은 여기에 나타낸 특정 실시형태 및 바람직한 실시형태의 모든 가능한 조합을 커버한다.

도 1은 본 발명 특허의 대상인 간접 여기식 동기기용 고속 탈여기 시스템의 다이어그램을 나타낸다.
도 2는 본 발명 특허의 대상인 간접 여기식 동기기용 고속 탈여기 시스템의 바람직한 실시예를 나타낸다.
도 3은 종래의 간접 여기식 2MVA 동기기의 터미널에서 단락의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 대상인 탈여기 시스템이 포함된 상기와 동일한 2MVA 동기기의 터미널에서 단락의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.

도 1은 다음의 참조 번호가 사용되는 본 발명의 대상인 탈여기 방법의 다이어그램을 나타낸다.

- 동기기(1)

- 여기기(2)

- 회전 부품(3)

- 동기기(1)의 스테이터(4)

- 동기기(1)의 자계 권선(5)

- 여기기(2)의 자계 권선(6)

- 여기기(2)의 아마추어 권선(7)

- 회전 정류자 브리지(8)

- 컨트롤러(9)

- 탈기기 임피던스(10)

- 컨트롤러(9)의 제어회로(11)

도 2는 바람직한 실시예의 다이어그램을 나타내는 것으로, 다음의 참조번호가 추가로 사용된다:

- 제 1저항기(12)와 제 2저항기(13)에 의해 형성된 분압기

- 컨트롤러(9)를 보호하기 위한 제너 다이오드(14)

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 간접 여기식 동기기용 고속 탈여기 시스템은 회전 정류자 브리지(8)와 주 동기기(1)의 자계 권선(5) 사이에 연결된 1세트 이상의 회전 부품을 포함한다.

상기 회전 부품은 차례로 적어도, 탈여기 임피던스(10), 컨트롤러(9) 및, 이 컨트롤러(9)의 제어회로(11)를 포함하며, 이들 요소들은 차례로 동기기(1)의 자계 권선(5)과 연결된다.

탈여기 임피던스(10)는 자계 권선(5) 및, 탈여기 임피던스(10)와 병렬로 연결되는 컨트롤러(9)와 직렬로 연결된다.

동기기(1)가 정상적으로 작동하는 경우에, 컨트롤러(9)는 종래의 동기기에서와 마찬가지로, 회전 정류자 브리지(8)가 동기기(1)의 자계 권선(5)을 공급하도록 닫혀 있다.

그럼에도 불구하고, 동기기(1)가 탈여기되는 경우에, 제어회로(11)는 명령을 보내 컨트롤러(9)를 개방시켜 탈여기 임피던스(10)가 동기기(1)의 자계 권선(5) 및, 회전 정류자 브리지(8)와 직렬로 유지되도록 하며, 이러한 탈여기 임피던스(10)의 결과로서 동기기(1)의 자계 권선(5) 내의 전류는 매우 신속하게 약해지는 경향이 있다(도 4 참조).

도 3과 4는 간접 여기식 동기기의 터미널에서 단락을 시뮬레이션한 2개의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 3은 종래의 간접 여기의 경우 단락 전류에 대응하는 한편, 도 4는 초기 기계에서 본 발명 특허의 대상인 탈여기 시스템의 실현 결과를 나타내며, 여기에서는 단락 전류의 지속기간이 상당히 감소되는 것도 볼 수 있다.

반도체, IGBT 트랜지스터 등은, 접촉기나 자동 스위치 같은 기계적인 컨트롤러에서 원심력에 의해 초래될 수 있는 가능한 문제를 방지하기 위해, 컨트롤러(9)로서 사용하게 된다. 이 반도체는 그의 제어 입력 또는 게이트에서의 전압이 양(+)이고 특정값을 가지면, 추가적으로 트리거, 즉 유도된다. 제어회로(11)는 상기 제어 전압을 얻기 위해 사용하게 되며, 그러한 회로(11)는 차례로 적어도, 2개의 보조 저항기, 즉 제 1저항기(12)와 제 2저항기(13)로 구성된 분압기를 포함한다. 그러므로, 제너레이터 로터 이외에 어떤 제어 요소도 필요치 않다. 결국, 반도체의 게이트측 입력은 제너 다이오드(14)나 다른 과전압 보호요소에 의해서 보호된다.

Claims (6)

1. 여기기(2)와 회전 정류자 브리지(8)에 의한 간접 여기식 동기기(1)용 고속 탈여기 시스템에 있어서,
   - 상기 동기기(1)의 자계 권선(5)과 상기 회전 정류자 브리지(8) 사이에 연결된 탈여기 임피던스(10)와;
   - 상기 탈여기 임피던스(10)와 병렬로 연결된 컨트롤러(9)와;
   - · 상기 동기기(1)의 정상 작동 중에, 상기 회전 정류자 브리지(8)가 동기기(1)의 자계 권선(5)에 전기가 직접 공급되도록 상기 컨트롤러(9)를 닫힌 상태로 유지하고;
   · 상기 동기기의 탈여기시에, 상기 탈여기 임피던스(10)를 상기 자계 권선(5) 및 상기 회전 정류자 브리지(8)와 직렬로 유지하기 위해 상기 컨트롤러(9)를 개방하도록 구성된 컨트롤러(9)의 제어회로(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 간접 여기식 동기기용 고속 탈여기 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 탈여기 임피던스(10)는 저항기인 것을 특징으로 하는 간접 여기식 동기기용 고속 탈여기 시스템.
3. 제 1 또는 제 2항에 있어서, 상기 컨트롤러(9)는 정전 스위치(static switch)인 것을 특징으로 하는 간접 여기식 동기기용 고속 탈여기 시스템.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어회로(11)는, 여기자(6)의 자계 권선의 동작시, 상기 회전 정류자 브리지의 출력에서의 전압 및, 그러므로 상기 동기기(1)의 탈여기가 제어될 수 있게 하기 위해, 상기 회전 정류자 브리지(8)의 출력에서의 전압에 따라서 상기 컨트롤러(9)를 개방하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 간접 여기식 동기기용 고속 탈여기 시스템.
5. 제 4항에 있어서, 상기 제어회로(11)는,
   - 상기 회전 정류자 브리지(8)와 병렬로 연결되고, 제 1보조 저항기(12) 및 제 2보조 저항기(13)로 구성되는 분압기를 포함하며, 상기 분압기는 제 2저항기(13) 상의 전압이 특정값에 도달하면, 상기 컨트롤러(9)를 닫도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
6. 제 5항에 있어서, 상기 제어회로(11)는 상기 제 2저항기(13)와 병렬로 연결되며, 상기 컨트롤러(9)를 보호하도록 구성된 제너 다이오드(14)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
   

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