KR830002509B1 - 교류 발전기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

교류 발전기

제 1 도는 본 발명에 따라 구성된 AC 동기 발전기의 개략도.

제 2 도는 일반 가정에 다상(多相)으로 공급되는 AC 동기 발전기를 설명한 개략도.

제 3 도는 본 발명 AC 동기 발전기의 사시도.

제 4 도는 본 발명 발전기의 위상각을 보정하기 위한 보조장치의 회로도.

본 발명은 출력이 그 파형의 변조없이 공공 시설의 그리드 시스템(grid system)에 의하여 생상된 전력의 주파수로 동기화되는 교류발전기에 관한 것이다.

본 발명은 거의 조절불가능한 풍차와 같은 원동기에 의하여 가변적으로 회전되나 공공시설의 그리드 시스템으로 공급되는 바와 같은 동일한 주파수로 전력을 공급할 수 있는 교류발전기를 제공한다.

본 발명은 동일한 주파수의 교류전류를 공공시설의 그리드 시스템에 의하여 급증하는 수용자에 공급하고 전력사용료를 절감시켜 줄 수 있도록 한 것이다.

또한 본 발명은 교류를 공급하는 공공시설의 파형을 변조함이 없이 공공시설의 그리드 시스템에 의하여 공급되는 바와 같은 교류전력을 공급하는데 사용될 수 있다.

본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

AC 동기 발전기(10)는 모두 회전입력을 위하여 회전동력원(P)에 연결된 여자단(11)과 발전단(12)으로 구성된다. 이러한 회전동력원(P)은 풍차등과 같이 주변에 흔한 안정동력원의 하나이다. 특히 본 발명에서 보인 바와 같은 회전동력원(P)은 그 상측단부에 프로펠라(23)가 전개된 로울러 플레트폼(roller platform)(22)를 가진 풍차스탠드(21)로 구성된다. 프로펠라(23)로부터 연장된 축(24)은 풍차스탠드(21)를 통하여 하향되고 그 단부에 수평출력축을 제공하기 위한 다른 베벨기어(26)와 교합된 베벨기어(25)가 착설되어 있다. 또한 동기발전기(10)를 프로펠라(23)에 직접 연결할 수도 있다(도시하지 않았음).

따라서 본 발명에서 축(30)으로 표시한 프로펠라축은 프로펠라(23)의 속도에 일치하는 속도로 회전하게 될 것이다. 설명을 간편히 하기 위하여 상기 속도를 속도(R)로 표시한다. 이 속도(R)는 전형적으로 발전기(10)으로부터 축(30)에 반영되는 토오크(torque)와 프로펠라(23)에서 추진된 동력사이의 평균치이다.

이와 같이 바람의 상태와 발전기(10)의 부하에 따라서 항상 변화하는 회전각속도(R)는 그 주파수를 일반적인 발전시설의 싸이클수로 전환시키기 위하여 지금까지는 많은 장치를 요구하였다.

상기 예의 풍차는 태양열집열기 또는 파력(波力)에 의하여 발전되는 다른 국소적인 발전원이 수요와 집력장치의 일시적인 출력사이의 균형에 따라 가변적인 각속도를 보인다. 따라서 본질적으로 자연적인 동력장치는 공공 발전시설의 주파수 대역에 부합되도록 하기 위하여 정밀한 장치를 필요로 하였다.

이러한 주파수의 부정합을 조절하기 위하여 발전기(10)는 여자단(11)을 포함하여 이는 전기적인 여자기(E)를 통하여 권선된 두개의 자계극(13)(14)을 포함하도록 배설된 고정자(11a)로 구성된다. 이러한 여자기(E)는 직접 실용화 라인에 연결되므로 이로부터는 전기적인 주파수가 나타나게 된다. 자계극(13)(14)사이에서 회동할 수 있도록 축(30)에 연결된 여자기 회전자(15)가 배설된다.

따라서 회전자상에 나타나는 자계는 여자기(E)의 전기적인 위상과 축의 각속도(R)의 합으로 구성된 자계이다. 회전자(15)는 공지한 바와 같이 코일로 감겨져 있고 유도신호가 나타나는 출력단자(16)(17)을 포함한다. 이러한 유도신호는 여자기(E)의 싸이클과 축(30)의 회전속도(R)에 의하여 발전된 자력의 벡합타성에 따른 것임을 알 수 있을 것이다.

축(30)은 회전자(15)를 통하여 다른 회전자(35)의 축부(40)의 형태로 연장된다. 회전자(35)는 두 자계극(33)(34)을 포함하는 여자단(11)과 유사한 발전단(12)내에서 회전되도록 배열되어있다. 고정자계극(13)(14)와 유사한 자계극(33)(34)은 부하(L)를 통하여 코일이 직렬로 권취되어 있다.

여자기(E)의 주파수와 일치하는 주파수의 출력을 제공하기 위하여 회전자(35)는 회전자(15)와 반대방향으로 코일이 권취되어 있다. 이와 같이 제 1 도에서 보인 바와 같은 단자(16)(17)는 회전자(35)의 권선을 통한 단자(36)에 반대로 연결된다. 그 결과는 다음과 같다 :

회전자(15)는 신호(E)에 의하여 발전된 자계내에서 회전하므로 단자(16)(17)사이의 유도신호주파수는 자계극(13)(14)에서 발전된 자력벡타와 회전각속도(R)의 합과 일치한다.

회전자(5)가 발전단(12)내에서 회전함으로 회전자에의 역방향 연결은 여자기(E)의 싸이클 주파수에 정확히 일치하는 자계벡타회전내에서 이루어진다. 특히 단자(16)(17)와 단자(36)(37)의 역방향 연결은 자력벡타수의 회전각속도(R)를 공제하게 한다. 따라서 부하는 여자기(E)의 주파수에 정확히 일치하는 신호주파수로 구동하게 될 것이다. 더우기 여자기(E)에 발전출력의 위상각을 일치시키기 위하여 회전자(35)에서 자계극의 배치는 자계극 권선의 인덕턴스와 저항의 비례에 따라 회전자(15)에서 자계극에 대하여 전진 또는 후퇴되어 여자기(E)와 출력이 정합된다.

상기 신호주파수는 발전기 고정자에 대하여 여자단 고정자의 각도를 이동시켜 발전기의 부하가 나타나도록 사용된 보조장치에 의하여 정합된다. 특히 보조모우터(50)는 신호(E)와 부하(L)를 통한신호사이의 차이에 의하여 구동되도록 연결되고 피니언기어(51)를 회전토록 착설되어 있다. 피니언기어(51)는 로울러 56)가 각운동토록 지지된 여자단의 고정자(11a)의 주면에 착설된 락크기어(52)와 교합되도록 배열되어 있다. 따라서 고정자는 여자기(E)와 부하(L) 사이의 위상차를 보정토록 구동될 것이다. 아울러 충분히 정합된 위상과 주파수출력이 진폭조절하에 실용화 라인에서 직접 일치된다.

이상의 설명에서는 설명을 간명하게 하기 위하여 단상고정자장치를 도시하여 설명하였다. 실제 단상 및 복상 동력원 모두는 선택적인 자계극 권선과 연결에 따라 조절될 수 있다. 이와 같이 여자단내에서 자력벡타급수의 충실도를 개선하기 위하여 제 2 도에서 보인 바와 같은 부가적인 자계 및 회전자 권선을 제공할 수 있다. 특히 제 2 도에서 보인 바와 같이 이 여자단은 3 상에 일치하는 자극편(1₁) (13₂) (13₃)을 포함한다. 유사하게 발전단의 고정자도 자극편(33₁) (33₂) (33₃)을 포함한다. 예를 들어 연속 자극편(13₁) (3₂) (13₃)은 고정자에서 회전각속도(R)의 방향에 대한 반대방향으로 회전자에 대하여 자계를 생성하도록 선택된다. 이와 같이 하여 여자단의 회전자(15)에서 유도된 주파수는 주파수(E)+회전각속도(R)의 합이 될 것이다. 회전자 권선의 일부를 이루는 단자(16)(17)(18)의 도선은 발전 의 단자(36)에 여자단의 발전단의 단자(18)에 대하여 여자단의 도선을 역연결하므로서 회전자에 대한 발전기 회전자에서의 자기벡타의 속도가 E+R이 되나 여자회전자에 대하여서는 반대방향이다. 그러나 양 회전자는 동일축에 착설되어 있다. 따라서 발전기 고정자에 대한 자기벡타주파수는 E+R-R=E 또는 E의 주파수가 된다.

다시 발전기 출력의 위상각과 여자기(E)를 정합시키기 위하여 여자회전자각의 위치는 발전자회전자극보다 빠르거나 늦게 되어 있다. 제 1 도 및 제 2 도에서는 설명을 간편 하기 위하여 철극형극으로 설명되었다. 이는 공지한 바와 같이 비철극형극으로도 응용할 수 있다. 연결에 있어서는 Y향 또는 다른 연결형태를 취할 수 있으며 여자기(E)를 통하여 공지의 3연결단자형태로 된다.

제 4 도에서 보인 바와 같이 입력 및 출력사이의 비교는 간단히 이루어진다. 특히 여자기(E)에는 클럽퍼회로(110)가 부하(L)에는 유사한 클립퍼회로(111)가 연결된 것을 보이고 있다. 공지한 바와 같이 클립퍼회로(110)(111)는 한정된 진폭으로 제한되어 있다. 클립퍼회로(110)(111)의 출력은 제어신호(C)와 자동증폭기(115)에서 합산되어 두 클릴퍼 신호사이에 요구된 위상과 일치하는 출력을 발생한다. 펄스형태의 이 출력은 필터를 지나 위상차가 소거되는 방향으로 보조모우터(50)를 구동토록 연결된다. 따라서 최적한 유도각도가 최대효율을 위하여 설정된다. 이러한 보조루우프는 라인변압기의 벡타각에 대한 부하를 줄이기 위하여 실속상태에서 벡타각과 정합되도록 이용될 수 있다.

상기 구성의 배열에 의하여 전발기는 다수의 구조적인 장치없이도 실용화 라인에 기초되는 신호주파수와 같은 주파수의 신호출력을 발생할 수 있는 것이다. 따라서 수용가에게는 풍차 또는 다른 동력원의 속도에 관계없이 60사이클의 출력을 제공할 수 있다. 다른 역 EMF 나토오크 반영이 축부(40)을 통하여 축(30)에 직접 작용되므로 다른 기능보다도 입력회전속도가 수정될 것이다. 입력 회전속도는 효과적으로 무효화되므로 이 발전기(10)는 최대출력 또는 최대전류로 구동될 수 있고 다만 동력원(D)에 의하여 발전된 토오크 레벨을 제한한다. 아울러 도시된 구조는 그 자체 파형보상에 이용되는 것이다. 특히 자극편의 기하적인 구조는 수정되거나 여자고정자파형은 발전단에서 깨끗한 정현파출력을 생성토록 정형될 수 있다.

요약컨데, 본 발명은 여자단과 발전단의 두 단을 포함하는 발전기에 따라 수행된다. 여자단은 전형적으로 3상다극모터의 방법에 따라 구성될 수 있는 것으로 여자키위하여 60싸이클의 교류동력원에 연결되는 고정자와 이 고정자내에서 국부적으로 생성된 동력원으로 회전하는 회전자로 구성된다. 이러한 발전기의 제 2 단은 여자회전자와 동시에 회전하도록 하며 역방향으로 여자회전자에 연결된 권선을 가진 발전회전자를 포함한다. 여자전위와 발전기 출력 벡타사이의 위상차를 보상하기 위하여 발전회전자의 권선은 각배치된다. 이러한 각배치된 발전회전자는 회전자의 자기벡타에 의하여 여자된 고정자 자극내측에 착설된다. 그리고 이 고정자는 부하에 연결된다.

여자회전자와 발전회전자의 반대형 권선에 의하여 여자회전자에서 유도된 자기벡타는 그 각속도+공공발전시설의 교류속도에 일치한다. 발전기 고정자에 의하여 보인 바와 같은 발전기 회전자에서의 자기벡타는 국부적으로 발전된 각속도를 감한 것과 같다. 따라서 발전기 회전자에서의 자기벡타는 일반적으로 공급되는 싸이클수와 동일하다. 발전기의 고정자 자계는 분기되어 보조모우터에서 위상오류신호를 생성토록 60-싸이클의 공공 그리드 신호와 위상이 비교된다. 이 보조모우터는 위상차를 조절하기 위하여 여자기고정자를 구동시키는데 사용된다. 이와 같이 하여 부하는 일반적으로 요구되는 60-싸이클의 공공 그리드 신호와 위상으로 60-싸이클의 신호로 구동된다.

Claims (1)

1. 여자단 고정자(11a)에 형성된 자계극(13)(14)의 권선이 공공시설의 교류전류로 여자되도록 교류전류에 연결되고, 여자단 고정자(11a)의 외부에는 이의 각도 조정을 위한 락크기어(52)가 착설되어 있으며, 여자단 고정자(11a)내에 착설된 여자단 회전자(15)는 발전단 회전자(35)와 동시에 회전토록 외부회전동력원(P)에 의하여 회전되며, 여자단 회전자(15)의 권선은 발전단 회전자(35)의 권선과 역방향으로 연결되고, 발전단(12)의 교류전류가 공급되는 보조모우터(50)가 여자단 고정자(11a)의 각도 조정을 위하여 피니언기어(51)를 통하여 락크기어(52)에 연결되며, 위상비교수단이 위상차에 따라 보조모우터(50)를 구동시킬 수 있도록 교류전류에 연결됨을 특징으로 하는 교류발전기.

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