KR20180026926A

KR20180026926A - 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치

Info

Publication number: KR20180026926A
Application number: KR1020160113870A
Authority: KR
Inventors: 성일휴
Original assignee: 이지콘주식회사
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2018-03-14

Abstract

본 발명은 싸이리스터 제어 방식의 자동 전압 조정 장치에서 싸이리스터의 게이트 단자에 인가되는 전압으로 발전기의 출력 감지 전압을 사용함으로써 발전기 출력 감지 계통에 이상이 발생한 경우에 발전기의 출력이 자동으로 멈추어서 발전기나 여기에 연결된 전기 부하의 소손을 미연에 방지할 수 있도록 한 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치에 관한 것이다.
본 발명은 발전기의 출력 감지 전압과 기준 전압을 비교한 결과에 따라 싸이리스터의 통전 시간을 달리하여 엔진 발전기의 여자 전류를 제어함으로써 엔진 발전기의 출력을 자동으로 조정하는 싸이리스터 방식의 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치에 있어서, 상기 싸이리스터의 게이트 단자에 인가되는 트리거 전원으로서 발전기의 상기 출력 감지 전압이 사용됨을 특징으로 한다.
전술한 구성에서, 상기 싸이리스터는 실리콘 제어 정류기이고, 상기 출력 감지 전압은 트랜지스터를 통해 상기 실리콘 제어 정류기의 게이트 단자에 인가되는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진 발전기는 권선형 동기 발전기로서 선간 전압 또는 상 전압을 출력하도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치{automatic voltage regulator for engine generator}

본 발명은 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 싸이리스터 제어 방식의 자동 전압 조정 장치에서 싸이리스터의 게이트 단자에 인가되는 전압으로 발전기의 출력 감지 전압을 사용함으로써 발전기 출력 감지 계통에 이상이 발생한 경우에 발전기의 출력이 자동으로 멈추도록 한 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치에 관한 것이다.

현재 여러 산업 현장에서 엔진 발전기가 폭넓게 사용되고 있다. 엔진 발전기는 상용 전원의 정전에 대비한 비상 발전 설비로 이용되거나 상용 전원의 공급이 어려운 건설 현장, 지형적으로 고립된 장소 또는 운반용 장비(예 : 대형 트럭이나 항만용 컨테이너 크레인 등) 등에서 일정 전압/일정 주파수(Constant Voltage/Constant Frequency)의 전력을 공급하는데 광범위하게 이용되고 있다.

도 1은 종래 통상적인 엔진 발전기 시스템의 개략적인 블록 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 통상적인 엔진 발전기 시스템은 크게 엔진(110) 및 엔진(110)의 출력에 의하여 구동되어 전력을 발생시키는 발전기(122), 예를 들어 권선형 동기 발전기로 이루어질 수 있는데, 발전기(122)에서 출력되는 전력이 전기 부하(200)로 공급된다.

전술한 엔진 발전기 시스템의 부하인 전기 부하(200)는 전기적 시스템이기 때문에 그 응답 특성이 매우 빠르고, 따라서 부하 크기가 급변하는 특성이 있다. 반면에, 엔진(110)을 사용하는 엔진 발전기(100)는 기계적 구동 시스템이기 때문에 상대적으로 응답 속도가 느리고, 이에 따라 엔진 발전기(100)의 출력 전압 및 주파수 변동이 불가피하다.

이를 완화하기 위하여, 통상의 엔진 발전기 시스템에서는 도 1에 도시한 바와 같이, 엔진 회전 속도(ω_rpm)에 대응하여 드로틀 밸브(114)를 제어하여 엔진으로 들어가는 연료의 양을 조절함으로써 엔진의 속도(출력 주파수)를 일정하게 조절하는 엔진 속도 조정기(Governor)(112)를 구비한다. 또한, 발전기(122)의 출력 전압 값에 대응하여 발전기(122)의 계자 권선(124)을 통해 발전기(122)의 여자 전류를 제어함으로써 출력 전압을 요구 전압에 맞도록 조정하는 자동 전압 조정기(Automatic Voltage Regulator; AVR)(126)를 구비한다.

한편, 본 발명이 적용될 수 있는 권선형 동기 발전기, 예를 들어 3상 4선식 동기 발전기(122)는 그 요구 전압에 따라 380/220Vac, 440/256Vac, 480/277Vac 및 220/127Vac 등 여러 전압으로 제작되고 있기 때문에 자동 전압 조정기(126) 역시 이에 맞도록 제작되어야 한다. 여기에서 상대적으로 고전압인 앞쪽의 전압은 선간 전압을 나타내고 뒤쪽의 전압은 상 전압을 나타낸다.

도 2a 및 도 2b는 각각 권선형 동기 발전기와 자동 전압 조정기의 220Vac 및 380Vac 출력에 대한 전기 결선도이다. 먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이 권선형 동기 발전기(122)를 220Vac 출력용으로 사용하는 경우에는 자동 전압 조정기(126)의 3번 및 4번 단자를 각각 발전기(122)의 R상과 T상에 연결함으로써 자동 전압 조정기(126)의 자체 사용 전원을 발전기(122)로부터 공급(입력)받는 한편, 전압 조정을 위해 자동 전압 조정기(126)의 L 단자를 3번 단자에 연결, 즉 L 단자를 통해 발전기(122)에서 전기 부하(200)로 출력되는 선 전압을 감지 전압으로서 입력(P/T(Potential Transformer) 등을 통해; 이하 동일) 받는다.

또한, 자동 전압 조정기(126)의 F+ 단자 및 F- 단자를 각각 발전기(122)의 계자 권선(124)에 연결함으로써 이를 통해 발전기(122)의 계자 권선(124)을 흐르는 전류를 제어하게 된다. 도면에서 참조번호 10은 외부에서 기준전압을 설정하기 위한 가변 저항을 나타낸다.

한편, 건물이 크고 에어컨이나 엘리베이터 등 요구되는 전기 용량이 커서 발전기(122)를 380Vac 출력용으로 사용하는 경우에는 자동 전압 조정기(126)의 3번 및 4번 단자를 각각 발전기(122)의 중선선(N)과 T상에 연결함으로써 자동 전압 조정기(126)의 자체 사용 전원을 발전기(122)로부터 공급(입력)받는 한편, 전압 조정을 위해 발전기(122)의 R상을 자동 전압 조정기(126)의 H 단자에 연결, 즉 H 단자를 통해 발전기(122)에서 전기 부하(200)로 출력되는 선간 전압을 감지 전압으로서 입력받는다.

여기에서 R상, S상 및 T상은 각각 발전기(122)의 상 권선을 나타내는바, 현재 한국전력공사에서는 이를 A상, B상 및 C상으로 표현하고 있다. 한편, 전술한 440/256Vac, 480/277Vac 및 220/127Vac 발전기의 경우에도 도 2a 및 도 2b에 도시한 결선 방식이 그대로 적용될 수 있을 것이다.

도 3은 종래 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치의 개략적인 회로 구성도인바, 싸이리스터(Thyristor)를 통한 위상 제어 방식을 사용하여 전압 조정을 수행하는 회로 구성도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 종래 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치는 크게, 발전기(122)의 계자 권선(124)을 흐르는 여자 전류를 제어하는 싸이리스터, 바람직하게는 실리콘 제어 정류기(Silicon Controlled Rectifier)(SCR), 고전압 감지 단자(H) 및 저전압 감지 단자(L)를 통해 입력되는 감지 전압, 즉 발전기(122)에서 전기 부하(200)로 출력되는 전압을 검출한 후 각각 정류하는 다이오드(D1, D2), 사용자로부터 발전기(122)의 기준 출력 전압을 입력받는 기준전압 설정부(10), 실리콘 제어 정류기(SCR)의 게이트 단자에 연결되어 그 위상각, 즉 통전 시간을 제어하는 트랜지스터(TR), 다이오드(D1, D2)를 통해 정류된 감지 전압과 기준전압 설정부(10)를 통해 설정된 기준 전압을 비교하고, 두 전압 값에 차이가 있는 경우 그 차이를 증폭한 결과에 따라 트랜지스터(TR)를 구동함으로써 실리콘 제어 정류기(SCR)의 통전 시간, 즉 발전기(122)의 계자 권선(124)에 흐르는 여자 전류(점선 화살표 참조)를 제어하는 출력 제어부(20)를 포함하여 이루어질 수 있다.

전술한 구성에서, 기준전압 설정부(10)는 사용자에 의해 조작이 가능한 가변 저항 등으로 구현될 수 있다. 출력 제어부(20)에는 비교부, 차동 증폭부 및 펄스 발생부 등이 구비될 수 있는바, 이러한 출력 제어부(20)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 널리 공지된 구성이기에 그 상세한 설명을 생략한다.

한편, 종래 엔진 발전기의 자동 전압 조정기(126)에서는 그 전원 입력(Power Input) 단자(P/I), 즉 도 2a 및 도 2b의 3번 및 4번 단자를 통해 입력되는 전압을 트리거 전원으로서 실리콘 제어 정류기(SCR)의 게이트 단자에 인가하는 반면에 출력 제어부(20)에서 기준 전압과 비교되는 감지 전압으로는 발전기(122)의 부하 출력 전압이 사용되고 있다.

따라서, 발전기 출력 전압 감지 계통(H 또는 L 단자)에 접촉 불량이나 단선 등의 문제가 발생한 경우에 종래의 자동 전압 조정기의 출력 제어부(20)에는 기준 전압보다 항상 작은 0V의 전압이 감지 전압으로 인가되고, 이에 따라 자동 전압 조정기에서는 발전기가 상시 그 최대 전압을 출력하도록 트랜지스터를 통해 실리콘 정류 제어기를 제어하기 때문에 발전기나 여기에 연결된 전기 부하를 소손시키고 심지어 화재를 발생시킬 수 있다는 문제점이 있었다.

선행기술 1 : 10-0847654호 등록특허공보(발명의 명칭: 수퍼 캐패시터를 구비하는 엔진-발전기 시스템) 선행기술 2 : 20-0388268호 등록실용신안공보(고안의 명칭: 발전기용 자동전압 조정 장치에서의 입력 과전압 검출 장치)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 싸이리스터 제어 방식의 자동 전압 조정 장치에서 싸이리스터의 게이트 단자에 인가되는 전압으로 발전기의 출력 감지 전압을 사용함으로써 발전기 출력 감지 계통에 이상이 발생한 경우에 발전기의 출력이 자동으로 멈추어서 발전기나 여기에 연결된 전기 부하의 소손을 미연에 방지할 수 있도록 한 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치를 제공함을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 발전기의 출력 감지 전압과 기준 전압을 비교한 결과에 따라 싸이리스터의 통전 시간을 달리하여 엔진 발전기의 여자 전류를 제어함으로써 엔진 발전기의 출력을 자동으로 조정하는 싸이리스터 방식의 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치에 있어서, 상기 싸이리스터의 게이트 단자에 인가되는 트리거 전원으로서 발전기의 상기 출력 감지 전압이 사용됨을 특징으로 한다.

전술한 구성에서, 상기 싸이리스터는 실리콘 제어 정류기이고, 상기 출력 감지 전압은 트랜지스터를 통해 상기 실리콘 제어 정류기의 게이트 단자에 인가되는 것을 특징으로 한다.

상기 엔진 발전기는 권선형 동기 발전기로서 선간 전압 또는 상 전압을 출력하도록 된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치에 따르면, 싸이리스터 제어 방식의 자동 전압 조정 장치에서 싸이리스터의 게이트 단자에 인가되는 전압으로 발전기의 출력 감지 전압을 사용함으로써 발전기 출력 감지 계통에 이상, 예를 들어 접촉 불량이나 단선 등이 발생한 경우에는 발전기의 출력이 자동으로 멈추어서 발전기나 여기에 연결된 전기 부하의 소손을 미연에 방지할 수가 있다.

도 1은 종래 통상적인 엔진 발전기 시스템의 개략적인 블록 구성도.
도 2a 및 도 2b는 각각 권선형 동기 발전기와 자동 전압 조정기의 220Vac 및 380Vac 요구 출력에 대한 전기 결선도.
도 3은 종래 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치의 개략적인 회로 구성도.
도 4는 본 발명의 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치의 개략적인 회로 구성도.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치의 개략적인 회로 구성도인바, 싸이리스터(Thyristor)를 통한 위상 제어 방식을 사용하여 전압 조정을 수행하는 회로 구성도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치는 크게, 발전기(122)의 계자 권선(124)을 흐르는 여자 전류를 제어하는 싸이리스터, 바람직하게는 실리콘 제어 정류기(Silicon Controlled Rectifier)(SCR), 고전압 감지 단자(H) 및 저전압 감지 단자(L)를 통해 입력되는 감지 전압, 즉 발전기(122)에서 전기 부하(200)로 출력되는 전압을 각각 정류하는 다이오드(D1, D2), 사용자로부터 발전기(122)의 기준 출력 전압을 입력받는 기준전압 설정부(10), 실리콘 제어 정류기(SCR)의 게이트 단자에 연결되어 그 위상각, 즉 통전 시간을 제어하는 트랜지스터(TR), 다이오드(D1, D2)를 통해 정류된 채로 입력된 감지 전압과 기준전압 설정부(20)를 통해 설정된 기준 전압을 비교하고, 두 전압 값에 차이가 있는 경우 그 차이를 증폭한 결과에 따라 트랜지스터(TR)를 구동함으로써 실리콘 제어 정류기(SCR)의 통전 시간, 즉 발전기(122)의 계자 권선(124)에 흐르는 여자 전류(점선 화살표 참조)를 제어하는 출력 제어부(20)를 포함하여 이루어질 수 있다.

전술한 구성에서, 기준전압 설정부(10)는 사용자에 의해 조작이 가능한 가변 저항 등으로 구현될 수 있다. 출력 제어부(20)는 비교부, 차동 증폭부 및 펄스 발생부 등이 구비될 수 있는바, 이러한 출력 제어부(20)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 널리 공지된 구성이기에 그 상세한 설명을 생략한다.

한편, 본 발명의 엔진 발전기의 자동 전압 조정기에서는 실리콘 제어 정류기(SCR)의 게이트 단자에 출력 제어부(20)에서 기준 전압과 비교되는 감지 전압, 즉 발전기(122)의 출력 감지 전압을 자동 전압 조정기의 전원 입력 단자(P/I), 즉 도 2a 및 도 2b의 3번 및 4번 단자를 통해 입력되는 전압 대신에 공급하고 있다. 즉 실리콘 제어 정류기(SCR)의 게이트 단자에 인가되는 트리거 전원으로서 자동 전압 조정기의 입력 전원 대신에 발전기의 출력 감지 전원을 사용하고 있다.

따라서, 발전기 출력 전압 감지 계통(H 또는 L 단자)이 정상인 경우에 출력 제어부(20)는 다이오드(D1, D2)를 통해 정류된 채로 입력된 감지 전압과 기준전압 설정부(10)를 통해 설정된 기준 전압을 비교하고, 두 전압 값에 차이가 있는 경우 그 차이를 증폭한 결과에 따라 트랜지스터(TR)를 온 또는 오프시켜서 실리콘 제어 정류기(SCR)의 통전 시간, 즉 발전기(122)의 계자 권선(124)에 흐르는 여자 전류(점선 화살표 참조)를 제어함으로써 발전기의 출력 전압이 기준 전압과 일치하도록 제어한다.

반면에, 발전기 출력 전압 감지 계통(H 또는 L 단자)에 접촉 불량이나 단선 등의 문제가 발생한 경우에는 자동 전압 조정기의 출력 제어부(20)에는 기준 전압보다 항상 작은 0V의 전압이 감지 전압으로 인가된다. 이에 따라 출력 제어부(20)는 발전기가 상시 그 최대전압을 출력하도록 트랜지스터(TR)를 제어하지만, 트랜지스터(TR)의 콜렉터 단자에도 0V의 전압(감지 전압)이 공급되기 때문에 실리콘 정류 제어기(SCR)의 게이트 단자에는 트랜지스터(TR)의 온(On) 또는 오프(Off) 제어에 관계 없이 항상 0V의 전압이 인가되고, 결과적으로 실리콘 제어 정류기(SCR)가 상시 오프됨으로써 발전기의 출력이 멈추게 된다.

이상, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나 이는 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 변형과 변경이 가능할 것이다. 예를 들어, 도 1 내지 도 4에 도시한 회로 구성은 본 발명의 기술 사상을 명확하게 설명하기 위해 간략화시킨 것으로써 실제 회로 구성은 더욱 복잡해질 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 기준전압 설정부, 20: 출력 제어부,
100: 엔진 발전기, 110: 엔진,
122: 권선형 동기 발전기, 124: 계자 권선,
126: 자동 전압 조정기,
D1, D2: 다이오드, SCR: 실리콘 정류 제어기,
TR: 트랜지스터

Claims

발전기의 출력 감지 전압과 기준 전압을 비교한 결과에 따라 싸이리스터의 통전 시간을 달리하여 엔진 발전기의 여자 전류를 제어함으로써 엔진 발전기의 출력을 자동으로 조정하는 싸이리스터 방식의 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치에 있어서,
상기 싸이리스터의 게이트 단자에 인가되는 트리거 전원으로서 발전기의 상기 출력 감지 전압이 사용됨을 특징으로 하는 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 싸이리스터는 실리콘 제어 정류기이고, 상기 출력 감지 전압은 트랜지스터를 통해 상기 실리콘 제어 정류기의 게이트 단자에 인가되는 것을 특징으로 하는 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 엔진 발전기는 권선형 동기 발전기로서 선간 전압 또는 상 전압을 출력하도록 된 것을 특징으로 하는 엔진 발전기의 자동 전압 조정 장치.