WO2023153668A1 - 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템 - Google Patents

클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템에 관한 것으로, 클러치 동작 압력 조절용 밸브와 피구동체를 구동체와 동일 회전 방향 및 반대 회전 방향으로 제어하기 위한 클러치와 치차가 내장된 장치, 전력 변환 장치, 추진 전동기; 클러치와 치차가 내장된 장치, 전력 변환 장치, 추진 전동기의 운영 효율이 최대화되도록, 클러치 개방 및 접속 시점을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템은 회전 속도 제어가 필요한 모든 장비와 관련이 있다.

Description

클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템
본 발명은 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 추진 및 제동에 사용되는 피구동체인 프로펠러(propeller)의 회전 속도를 클러치와 전동기의 회전 속도 조정이 가능한 전력 변환 장치(power converter)로 제어할 수 있도록 한 시스템에 관한 것이다.
어떤　전력을 전류, 전압, 주파수 등이 다른　전력으로 변환하는 장치를 전력 변환 장치라고 한다. 전력 변환 장치의 출력에 대한 효율은 약 15% 이하의 부하에서 급격히 낮아지고, 전동기의 효율은 회전 속도가 낮을수록 낮아지므로 기존의 전기 추진 선박이 저속으로 운항할 경우, 이러한 현상으로 인해 운영 효율이 떨어지는 단점이 있다.　
클러치를 이용한 추진 및 제동 시스템(propulsion and braking system using clutch)이 적용된 선박이 저속으로 운항할 경우 클러치의 마찰 손실이 낮아 운영 효율이 좋지만, 클러치의 슬립을 감소시켜 클러치의 마찰 손실을 높인 상태에서 선박이 오랫동안 운항할 경우 운영 효율이 떨어지는 단점이 있다.
이처럼 종래의 추진 시스템은 운영에 다양한 문제점 및 제한사항을 가지고 있어, 운영 시스템 개선을 통해 장비들의 신뢰성 향상, 안정성 증대, 투자비 및 운영비 절감이 가능한 시스템 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 추진 및 제동에 사용되는 피구동체인 프로펠러(propeller)의 회전 속도를 클러치와 전동기의 회전 속도 조정이 가능한 전력 변환 장치로 제어할 수 있도록 한 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 클러치 동작 압력 조절용 밸브와 피구동체를 구동체와 동일 회전 방향 및 반대 회전 방향으로 제어하기 위한 클러치와 치차가 내장된 장치, 전력 변환 장치, 추진 전동기;
클러치와 치차가 내장된 장치, 전력 변환 장치, 추진 전동기의 운영 효율이 최대화되도록, 클러치 개방 및 접속 시점을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템을 제공한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 클러치 동작 압력 조절용 밸브와 피구동체를 구동체와 동일 회전 방향 또는 반대 회전 방향으로 제어하기 위한 클러치와 치차가 내장된 장치, 전력 변환 장치, 추진 전동기;
클러치와 치차가 내장된 장치, 전력 변환 장치, 추진 전동기의 운영 효율이 최대화되도록, 클러치 개방 및 접속 시점을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템을 제공한다.
또한, 상기 제어부는 상기 장치의 윤활유 온도의 변화 기울기를 상기 밸브의 동작 시간에 반영하여, 피구동체의 회전 속도 변경에 소요되는 시간을 조정할 수 있는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 장치의 클러치가 접속되지 않고 오버라이드 제어 기능이 활성화되어있는 상태에서, 상기 장치의 윤활유 온도가 허용치 이상으로 상승하면, 회전 속도 제어에서 윤활유 온도 일정 제어로 전환하고 윤활유 온도가 경보 값의 히스테리시스 이내로 감소하면, 회전 속도 제어로 다시 복귀하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 추진 전동기의 고정자 권선 온도의 변화 기울기를 상기 밸브의 동작 시간에 반영하여, 추진 전동기의 회전 속도 변경에 소요되는 시간을 조정할 수 있는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 추진 전동기의 고정자 권선 온도의 변화 기울기를 전력 변환 장치의 출력 주파수 변경 시간에 반영하여, 추진 전동기의 회전 속도 변경에 소요되는 시간을 조정할 수 있는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 장치의 클러치가 접속되지 않은 상태에서, 클러치 동작 압력별 전달되는 구동 토크와 피구동체의 회전 속도 차이로, 피구동체의 부하 변화량을 판단하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 장치의 클러치가 접속되지 않은 상태에서, 클러치 동작 압력별 전달되는 구동 토크 기울기와 피구동체의 회전 속도 기울기에 차이가 있을 경우, 이러한 차이의 크기를 상기 장치의 윤활유 온도에 의한 토크 전달 변이량으로 판단하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 장치의 클러치가 접속되지 않은 상태에서, 피구동체의 과도 부하 급상승이 발생하는 것을 검출하고, 상기 과도 부하 급상승이 발전 장치들의 전력 공급 과도 특성에 대한 성능 등급 작동 한계 값에서 허용하는 범위 내에서 부하량이 증가 될 수 있도록, 상기 밸브의 설정값을 조정하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 장치의 클러치가 접속된 상태에서, 피구동체의 과도 부하 급상승이 발생하는 것을 검출하고, 상기 과도 부하 급상승이 발전 장치들의 전력 공급 과도 특성에 대한 성능 등급 작동 한계 값에서 허용하는 범위 내에서 부하량이 증가 될 수 있도록, 전력 변환 장치의 출력 주파수 설정값을 조정하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)로 추진 전동기가 회전하고 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 설정값을 조정하여 상기 장치의 클러치로 피구동체의 회전 속도를 제어할 때, 피구동체의 회전 속도 설정이 변경되어 클러치가 결합하여야만 하는 피구동체의 회전 속도(Sce)를 초과하는 경우, 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 설정값을 조정하여 클러치를 접속한 후 전력 변환 장치의 출력 주파수를 증가시켜 피구동체의 회전 속도를 제어하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 장치의 클러치가 접속된 상태에서, 추진 전동기의 회전 속도를 전력 변환 장치의 운영 주파수 내에서 조정하여 피구동체의 회전 속도를 제어할 때, 피구동체의 회전 속도 설정이 변경되어 클러치가 결합하여야만 하는 피구동체의 회전 속도(Sce) 미만인 경우, 전력 변환 장치의 출력 주파수를 감소시켜 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)가 되게 한 후 클러치를 개방하고 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 설정값을 조정하여 상기 장치의 클러치로 피구동체의 회전 속도를 제어하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 반대 회전 방향으로 회전 속도 변경시, 상기 장치의 클러치와 브레이크의 작동을 연동 제어하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 장치의 클러치가 접속된 상태에서, 추진 전동기의 회전 속도 증가로 피구동체의 회전 속도가 상승하여 피구동체의 부하가 증가할 때, 상기 장치, 추진 전동기, 피구동체의 과부하 운전 가능 범위와 현재 출력량을 비교하여 이를 초과할 경우, 경보하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 장치의 클러치가 접속된 상태에서, 추진 전동기의 회전 속도별 출력량과 피구동체의 회전 속도별 부하량을 비교하여 피구동체의 회전 속도별 부하량 대비 추진 전동기의 회전 속도별 출력량이 증가한 경우, 피구동체의 회전 속도별 부하량이 증가하였음을 경보하고,
피구동체의 회전 속도별 부하량 대비 추진 전동기의 회전 속도별 출력량이 감소한 경우, 피구동체의 회전 속도별 부하량이 감소하였음을 경보하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장치의 윤활유 압력은 윤활유 온도가 높을수록 낮아지는데, 윤활유 온도에 따른 윤활유 압력의 변화량을 상기 제어부에서 학습하여 윤활유 점도의 안정성을 확인하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 장치의 클러치가 접속된 상태에서, 상기 장치의 입력축 회전 속도와 상기 장치의 출력축 회전 속도에 차이가 있을 경우, 이러한 차이의 크기로 클러치 마모도를 판단하고,
상기 장치의 클러치가 접속되지 않은 상태에서, 피구동체의 회전 속도를 일정하게 유지하기 위해 상기 밸브에 전달하는 설정값의 변화량이 윤활유 온도 변화에 따른 변동치를 초과할 경우, 이러한 차이의 크기로도 클러치 마모도를 판단하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 장치의 클러치가 접속되지 않은 상태에서, 추진 전동기와 피구동체 간의 토크 전달 과정에서 발생하는 스틱 슬립 현상을 검출하여 클러치의 동작 압력을 제어하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 수격작용과 같은 현상이 발생하지 않도록, 상기 밸브의 설정값을 조정하여 피구동체를 서서히 정지시키는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 입력되는 회전 속도 설정값의 변화 기울기로, 상기 밸브의 동작 시간과 전력 변환 장치의 출력 주파수 변경 시간을 조정하여 회전 속도 변경에 소요되는 시간을 조정할 수 있는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 전력 변환 장치에 회생 제동 기능이 없는 경우, 추진 전동기의 회전 속도 제어시, 추진 전동기에서 회생 전력이 발생하지 않도록 제어하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 밸브로 상기 장치의 클러치 동작 압력을 조정하여 타력 운전을 하던 추진 전동기의 제동 시간을 제어하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 밸브로 상기 장치의 클러치 동작 압력을 조정하여 타력 운전을 하던 피구동체의 제동 시간을 제어하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 클러치를 이용한 1단계 회전 속도 제어 범위의 최대 회전 속도 변경에 따라, 전력 변환 장치의 출력 주파수로 조정하는 추진 전동기의 최소 회전 속도인 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)를 조정하는 기능이 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 포니 전동기의 정격 회전 속도가 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)보다 높을 경우, 포니 전동기의 전력 차단 시점 및 추진 전동기의 전력 공급 시점을 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)로 조정하는 기능이 있는 것을 특징한다.
본 발명에 따른 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템에 따르면, 추진 및 제동에 사용되는 피구동체인 프로펠러(propeller)의 회전 속도를 클러치와 전동기의 회전 속도 조정이 가능한 전력 변환 장치로 제어할 수 있도록 함으로써 투자비 절감 및 유지 보수 비용이 감소하는 효과가 있다.
도 1은 전력 변환 장치의 대표적인 출력에 대한 효율을 도시한다.
도 2는 유도 전동기의 대표적인 회전 속도에 대한 효율 및 역률을 도시한다.
도 3은 유도 전동기의 대표적인 출력에 대한 슬립, 전류, 역률 및 효율을 도시한다.
도 4는 클러치의 대표적인 동작 압력에 대한 전달 토크를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 클러치와 치차가 내장된 장치의 입력축 회전 속도에 따른 습식 클러치의 슬리핑에 의한 에너지 손실(energy loss due to slipping of wet clutches), 전달 토크 및 출력 회전 속도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 추진 전동기의 회전 속도와 피구동체의 회전 속도를 도시한 것으로, 클러치를 이용한 1단계 회전 속도 제어(1st stage rotation speed control) 범위와 전력 변환 장치를 이용한 2단계 회전 속도 제어(2nd stage rotation speed control) 범위를 구분하여 표현하였다.
도 7은 종래의 전력 변환 장치, 추진 전동기와 피구동체로 구성된 회전 속도 제어 시스템을 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 클러치 동작 압력 조절용 밸브와 출력측 회전 방향 조정이 가능한 클러치와 치차가 내장된 장치, 전력 변환 장치, 추진 전동기로 피구동체를 구동하는 실시례를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 클러치 동작 압력 조절용 밸브와 출력측 회전 방향을 조정할 수 없는 클러치와 치차가 내장된 장치, 전력 변환 장치, 추진 전동기로 피구동체를 구동하는 실시례를 도시한다.
이하, 본 발명의 실시례를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시례를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 전력 변환 장치의 대표적인 출력에 대한 효율을 도시한 것으로, 약 15% 이하의 부하에서는 효율이 급격히 낮아짐을 알 수 있고, 도 2는 유도 전동기의 대표적인 회전 속도에 대한 효율 및 역률을 도시한 것으로, 정격 회전 속도 이하에서는 효율 및 역률이 낮아짐을 알 수 있으며, 도 3은 유도 전동기의 대표적인 출력에 대한 슬립, 전류, 역률 및 효율을 도시한 것으로, 약 50% 이하의 출력에서는 효율이 급격히 낮아짐을 알 수 있다.
도 4는 클러치의 대표적인 동작 압력에 대한 전달 토크를 도시한 것으로, 클러치 동작 압력이 증가할수록 클러치의 전달 토크가 비례적으로 증가함을 알 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 클러치와 치차가 내장된 장치의 입력축 회전 속도에 따른 습식 클러치의 슬리핑에 의한 에너지 손실, 전달 토크 및 출력 회전 속도를 도시한 것으로, 입력축 정격 회전 속도가 낮은 것이 슬리핑에 의한 에너지 손실이 적음을 알 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 추진 전동기의 회전 속도와 피구동체의 회전 속도를 도시한 것으로, 클러치를 이용한 1단계 회전 속도 제어 범위와 전력 변환 장치를 이용한 2단계 회전 속도 제어 범위를 구분하여 표현하였으며, 클러치를 이용한 1단계 회전 속도 제어 단계에서는 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)에서 클러치의 슬립을 이용하여 피구동체(40)의 회전 속도를 제어하고, 전력 변환 장치를 이용한 2단계 회전 속도 제어 단계에서는 클러치를 결합한 후 추진 전동기(20)의 회전 속도를 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수로 조정하여 피구동체(40)의 회전 속도를 제어한다.
도 7은 종래의 전력 변환 장치(10), 추진 전동기(20)와 피구동체(40)로 구성된 회전 속도 제어 시스템을 도시한 것으로, 전력 변환 장치(10)와 추진 전동기(20)의 운영 특성이 통합적으로 검증이 되어야 한다.
도 8 내지 도 9는 클러치 동작 압력 조절용 밸브와 출력측 회전 방향 조정이 가능한 클러치와 치차가 내장된 장치(200) 또는 출력측 회전 방향을 조정할 수 없는 클러치와 치차가 내장된 장치(200), 전력 변환 장치(10), 추진 전동기(20)로 피구동체(40)를 구동하는 실시례를 도시한 것이다.
비록 자세히 도시되지는 않았으나, 도 8 내지 도 9를 참조하면, 제어부(300)에는 무선통신용 안테나(301), 회전 속도 설정 신호, 오버라이드 신호, 클러치와 치차가 내장된 장치의 입력축 회전 속도 감지 센서(110), 클러치와 치차가 내장된 장치의 출력축 회전 속도 감지 센서(111), 클러치와 치차가 내장된 장치의 윤활유 온도 감지 센서(220), 클러치와 치차가 내장된 장치의 윤활유 압력 감지 센서(221)가 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템의 동작 및 운영 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기에 앞서, 제어부(300)에서 가지는 특징을 먼저 설명한다.
제어부(300)는 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 윤활유 온도 감지 센서(220)에서 측정된 윤활유 온도의 변화 기울기를 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 동작 시간에 반영하여, 피구동체(40)의 회전 속도 변경에 소요되는 시간을 조정할 수 있는 기능이 있다. 제어부(300)는 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 윤활유 온도가 정상 범위 이상으로 상승하면, 윤활유 온도의 변화 기울기를 반영하여, 회전 속도 변경에 소요되는 시간을 줄인다.
또한, 제어부(300)는 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 클러치가 접속되지 않고 오버라이드 제어 기능이 활성화되어있는 상태에서, 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 윤활유 냉각장치 등의 고장으로 인해 윤활유 온도 감지 센서(220)로 측정한 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 윤활유 온도가 허용치 이상으로 상승하면, 회전 속도 제어에서 윤활유 온도 일정 제어로 전환하고 윤활유 온도가 경보 값의 히스테리시스 이내로 감소하면, 회전 속도 제어로 다시 복귀하는 기능이 있다.
또한, 제어부(300)는 추진 전동기(20)의 고정자 권선 온도의 변화 기울기를 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 동작 시간에 반영하여, 추진 전동기(20)의 회전 속도 변경에 소요되는 시간을 조정할 수 있는 기능이 있다. 고정자 권선 온도가 높은 상태에서 추진 전동기(20)의 회전 속도가 증가할 경우, 전동기 축에 설치된 냉각 팬(cooling fan)의 회전 속도가 증가하므로 고정자 권선의 냉각에 문제가 없지만 회전 속도가 감소할 경우, 전동기 축에 설치된 냉각 팬의 회전 속도가 감소하므로 고정자 권선의 냉각 부족으로 인해 고정자 권선의 절연체에 열화가 생길 수 있으므로 제어부(300)는 추진 전동기 (20)의 회전 속도 감소 중에 냉각이 충분히 이뤄질 수 있도록 회전 속도 변경에 소요되는 시간을 늘린다.
또한, 제어부(300)는 추진 전동기(20)의 고정자 권선 온도의 변화 기울기를 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수 변경 시간에 반영하여, 추진 전동기(20)의 회전 속도 변경에 소요되는 시간을 조정할 수 있는 기능이 있다. 고정자 권선 온도가 높은 상태에서 추진 전동기(20)의 회전 속도가 증가할 경우, 전동기 축에 설치된 냉각 팬(cooling fan)의 회전 속도가 증가하므로 고정자 권선의 냉각에 문제가 없지만 회전 속도가 감소할 경우, 전동기 축에 설치된 냉각 팬의 회전 속도가 감소하므로 고정자 권선의 냉각 부족으로 인해 고정자 권선의 절연체에 열화가 생길 수 있으므로 제어부(300)는 추진 전동기 (20)의 회전 속도 감소 중에 냉각이 충분히 이뤄질 수 있도록 회전 속도 변경에 소요되는 시간을 늘린다.
또한, 제어부(300)는 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 클러치가 접속되지 않은 상태에서, 윤활유 압력 감지 센서(221)에서 측정된 클러치 동작 압력에 해당하는 구동 토크와 피구동체(40)의 회전 속도 차이로, 피구동체(40)의 부하 변화량을 판단하는 기능이 있다.
또한, 제어부(300)는 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 클러치가 접속되지 않은 상태에서, 윤활유 압력 감지 센서(221)에서 측정된 클러치 동작 압력별 전달되는 구동 토크 기울기와 피구동체(40)의 회전 속도 기울기에 차이가 있을 경우, 이러한 차이의 크기를 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 윤활유 온도에 의한 토크 전달 변이량으로 판단하는 기능이 있다.
또한, 제어부(300)는 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 클러치가 접속되지 않은 상태에서, 피구동체(40)의 과도 부하 급상승이 발생하면, 전력을 공급하는 내연기관의 회전 속도가 떨어지며, 전력 변환 장치(10)에서 추진 전동기(20)로 공급되는 주파수가 낮아진다. 이때, 전력 급상승량(△p/△t)은, 클러치와 치차가 내장된 장치의 입력축(100)에 설치된 입력축 회전 속도 감지 센서(110)를 통해 측정되는 회전 속도 변화량(△rpm/△t) 또는 전력 변환 장치(10)에 설치된 전력 측정 및 감시 장치(power metering and monitoring devices, PMD)를 통해 취득된 시간당 주파수 변화량(△frequency/△t) 또는 시간당 유효전력 변화량(△kW/△t)으로 검출될 수 있다. 제어부(300)는 상술한 피구동체(40)의 과도 부하 급상승을 검출하고, 전력을 공급하는 내연기관의 주파수 과도 특성에 대한 성능 등급 작동 한계 값에서 허용하는 주파수 회복 시간(frequency recovery time after load increase) 이내에 주파수가 회복되게 할 수 있다. 제어부(300)는 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 설정값을 조정하여 전력 급상승량에 따라 기 설정된 피구동체(40)의 부하 감소량에 맞게 슬립을 증가시켜 내연기관의 부하를 낮추어줌으로써 전력 공급 내연기관의 회전 속도가 조속히 회복되도록 하고 회전 속도의 회복이 감지되면, 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 설정값을 다시 원래의 설정값으로 서서히 복귀시키는 기능이 있다.
또한, 제어부(300)는 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 클러치가 접속된 상태에서, 피구동체(40)의 과도 부하 급상승이 발생하면, 전력을 공급하는 내연기관의 회전 속도가 떨어지며, 전력 변환 장치(10)에서 추진 전동기(20)로 공급되는 주파수가 낮아진다. 이때, 전력 급상승량(△p/△t)은, 클러치와 치차가 내장된 장치의 입력축(100)에 설치된 입력축 회전 속도 감지 센서(110)를 통해 측정되는 회전 속도 변화량(△rpm/△t) 또는 전력 변환 장치(10)에 설치된 전력 측정 및 감시 장치를 통해 취득된 시간당 주파수 변화량(△frequency/△t) 또는 시간당 유효전력 변화량(△kW/△t)으로 검출될 수 있다. 제어부(300)는 상술한 피구동체(40)의 과도 부하 급상승을 검출하고, 전력을 공급하는 내연기관의 주파수 과도 특성에 대한 성능 등급 작동 한계 값에서 허용하는 주파수 회복 시간 이내에 주파수가 회복되게 할 수 있다. 제어부(300)는 전력 변환 장치(10)의 설정값을 조정하여 전력 급상승량에 따라 기 설정된 피구동체(40)의 부하 감소량에 맞게 주파수를 감소시켜 내연기관의 부하를 낮추어줌으로써 전력 공급 내연기관의 회전 속도가 조속히 회복되도록 하고 회전 속도의 회복이 감지되면, 전력 변환 장치(10)의 주파수 설정값을 다시 원래의 설정값으로 서서히 복귀시키는 기능이 있다.
또한, 제어부(300)는 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)로 추진 전동기(20)가 회전하고 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 설정값을 조정하여 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 클러치로 피구동체(40)의 회전 속도를 제어할 때, 피구동체(40)의 회전 속도 설정이 변경되어 클러치가 결합하여야만 하는 피구동체의 회전 속도(Sce)를 초과하는 경우, 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 설정값을 조정하여 클러치를 접속한 후 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수를 증가시켜 피구동체(40)의 회전 속도를 제어하는 기능이 있다.
또한, 제어부(300)는 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 클러치가 접속된 상태에서, 추진 전동기(20)의 회전 속도를 전력 변환 장치(10)의 운영 주파수 내에서 조정하여 피구동체(40)의 회전 속도를 제어할 때, 피구동체(40)의 회전 속도 설정이 변경되어 클러치가 결합하여야만 하는 피구동체의 회전 속도(Sce) 미만인 경우, 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수를 감소시켜 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)로 추진 전동기(20)가 회전하게 한 후 클러치를 개방하고 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 설정값을 조정하여 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 클러치로 피구동체(40)의 회전 속도를 제어하는 기능이 있다.
또한, 제어부(300)는 반대 회전 방향으로 회전 속도 변경시, 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 클러치와 브레이크(112)의 작동을 연동 제어할 수 있다. 즉, 제어부(300)는 반대 회전 방향으로 속도 설정 변경시 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 클러치가 개방되면, 브레이크(112)를 동작시키고 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 클러치 동작 압력 조절이 진행되면, 브레이크(112)의 동작을 해제시키는 기능이 있다.
또한, 제어부(300)는 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 클러치가 접속된 상태에서, 추진 전동기(20)의 회전 속도 증가로 피구동체(40)의 회전 속도가 상승하여 피구동체(40)의 부하가 증가할 때, 전력 변환 장치(10)에 설치된 전력 측정 및 감시 장치를 통해 취득된 정보를 기준으로 클러치와 치차가 내장된 장치(200), 추진 전동기(20), 피구동체(40)의 과부하 운전 가능 범위와 현재 출력량을 비교하여 이를 초과할 경우, 경보하는 기능이 있다.
또한, 제어부(300)는 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 클러치가 접속된 상태에서, 전력 변환 장치(10)에 설치된 전력 측정 및 감시 장치를 통해 취득된 정보를 기준으로 추진 전동기(20)의 회전 속도별 출력량과 피구동체(40)의 회전 속도별 부하량을 비교하여 피구동체(40)의 회전 속도별 부하량 대비 추진 전동기(20)의 회전 속도별 출력량이 증가한 경우, 피구동체(40)의 회전 속도별 부하량이 증가하였음을 경보하고,
피구동체(40)의 회전 속도별 부하량 대비 추진 전동기(20)의 회전 속도별 출력량이 감소한 경우, 피구동체(40)의 회전 속도별 부하량이 감소하였음을 경보하는 기능이 있다. 피구동체(40)에 이물질이 부착되어 저항이 증가하면, 부하량이 증가하고 피구동체(40)에 마모가 발생하여 저항이 감소하면, 부하량이 감소한다.
또한, 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 윤활유 압력 감지 센서(221)에서 측정되는 윤활유 압력은 윤활유 온도 감지 센서(220)에서 측정되는 윤활유 온도가 높을수록 낮아지는데, 윤활유 온도에 따른 윤활유 압력의 변화량을 제어부(300)에서 학습하여 윤활유 점도의 안정성을 확인하는 기능이 있다.
또한, 제어부(300)는 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 클러치가 접속된 상태에서, 클러치와 치차가 내장된 장치의 입력축(100)에 설치된 입력축 회전 속도 감지 센서(110)를 통해 측정되는 회전 속도와 클러치와 치차가 내장된 장치의 출력축(101)에 설치된 출력축 회전 속도 감지 센서(111)를 통해 측정되는 회전 속도에 차이가 있을 경우, 이러한 차이의 크기로 클러치 마모도를 판단하고,
클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 클러치가 접속되지 않은 상태에서, 피구동체(40)의 회전 속도를 일정하게 유지하기 위해 클러치 동작 압력 조절용 밸브에 전달하는 설정값은 윤활유 압력이 변하면 달라지는데, 이러한 설정값의 변화량이 윤활유 온도 변화에 따른 변동치를 초과할 경우, 이러한 차이의 크기로도 클러치 마모도를 판단하는 기능이 있다.
또한, 제어부(300)는 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 클러치가 접속되지 않은 상태에서 스틱 슬립 현상이 발생하는 것을, 클러치와 치차가 내장된 장치의 입력축(100)에 설치된 입력축 회전 속도 감지 센서(110)와 클러치와 치차가 내장된 장치의 출력축(101)에 설치된 출력축 회전 속도 감지 센서(111)를 통해 측정되는 회전 속도에 대한 변화량으로 검출하고, 이를 클러치의 동작에 필요한 유압 조정 수정계수(correction factor)로 사용하여 클러치 동작 유압 결정 회로 또는 회전 속도 결정 회로에 반영하며, 이를 통해 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 설정값을 증감시켜 스틱 슬립을 회피하는 기능이 있다.
또한, 제어부(300)는 수격작용과 같은 현상이 발생하지 않도록, 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 설정값을 조정하여 피구동체(40)를 서서히 정지시키는 기능이 있다.
또한, 제어부(300)는 입력되는 회전 속도 설정값의 변화 기울기로, 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 동작 시간과 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수 변경 시간을 조정하여 회전 속도 변경에 소요되는 시간을 조정할 수 있는 기능이 있다.
또한, 제어부(300)는 전력 변환 장치(10)에 회생 제동 기능이 없는 경우, 추진 전동기(20)의 회전 속도 제어시, 추진 전동기(20)에서 회생 전력이 발생하지 않도록 제어하는 기능이 있다.
또한, 제어부(300)는 클러치 동작 압력 조절용 밸브로 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 클러치 동작 압력을 조정하여 타력 운전을 하던 추진 전동기(20)의 제동 시간을 제어하는 기능이 있다.
또한, 제어부(300)는 클러치 동작 압력 조절용 밸브로 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 클러치 동작 압력을 조정하여 타력 운전을 하던 피구동체(40)의 제동 시간을 제어하는 기능이 있다.
또한, 제어부(300)는 클러치를 이용한 1단계 회전 속도 제어 범위의 최대 회전 속도 변경에 따라, 전력 변환 장치의 출력 주파수로 조정하는 추진 전동기의 최소 회전 속도인 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)를 조정하는 기능이 있다.
또한, 제어부(300)는 포니 전동기(22)의 정격 회전 속도가 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)보다 높을 경우, 포니 전동기(22)의 전력 차단 시점 및 추진 전동기(20)의 전력 공급 시점을 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)로 조정하는 기능이 있다.
이하, 본 발명에 따른 클러치와 전력 변환 장치(10)를 이용한 회전 속도 제어 시스템의 동작 및 운영 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 8 내지 도 9 에 도시한 클러치와 치차가 내장된 장치(200)에서 피구동체(40)의 회전 방향을 입력축과 동일 회전 방향으로 운전 시 입력축/출력축 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)가 동작하고, 반대 회전 방향으로 운전 시 입력축/출력축 반대 회전 방향 제어용 클러치(211)가 동작한다. 피구동체(40)의 회전 속도 조정을 클러치로 실시하는 1단계 회전 속도 제어, 전력 변환 장치(10)로 실시하는 2단계 회전 속도 제어까지 진행한 후 반대 회전 방향으로 조정이 이뤄지는 것으로 설명한다. 추진 전동기(20)의 기동시 발생하는 기동 전류(starting current)를 제한하기 위한 방법으로서 소형 유도 전동기를 포니 전동기(22)로 사용한다. 클러치가 결합하여야만 하는 피구동체의 회전 속도(Sce)는 제어부(300)의 판단에 따라 조정된다. 제어부(300)에서는 추진 전동기(20)의 회전 속도를 클러치와 치차가 내장된 장치의 입력축(100)에 설치된 입력축 회전 속도 감지 센서(110)로 판단하고 피구동체(40)의 회전 속도를 클러치와 치차가 내장된 장치의 출력축(101)에 설치된 출력축 회전 속도 감지 센서(111)로 판단한다.
도 8은 본 발명에 따른 피구동체(40)의 회전 방향 조정이 가능한 클러치와 치차가 내장된 장치(200)를 추진 전동기(20)로 구동하는 실시례를 도시한 것으로, 추진 전동기(20)의 기동을 위해 제어부(300)는 포니 전동기 스타터(24)에 전력 공급 신호를 전달한다. 포니 전동기 스타터(24)에서 포니 전동기용 케이블(23)을 통해 포니 전동기(22)에 전전압(full voltage)을 인가하면, 추진 전동기(20)의 회전자를 포니 전동기(22)의 정격 회전 속도까지 회전시킬 수 있다. 이때, 포니 전동기(22)의 기동 전류 또한 제한할 필요가 있을 경우, 포니 전동기 스타터(24)에 감전압(reduced voltage) 기동(Y-△ 기동 또는 1차저항 기동 또는 리액터 기동 또는 단권변압기 기동 또는 소프트 스타터(soft starter) 기동)을 위한 장치를 구비한다.
추진 전동기(20)의 회전자가 포니 전동기(22)의 정격 회전 속도에 도달하면, 제어부(300)는 포니 전동기 스타터(24)에 전력 차단 신호를 전달하고 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)에 해당하는 출력 주파수로 조정된 전력 변환 장치(10)에 전력 공급 신호를 전달한다. 전력 변환 장치(10)에서 추진 전동기용 케이블(15)을 통해 추진 전동기(20)에 전력이 공급되면, 기동 전류를 제한한 추진 전동기(20)의 기동이 완료된다. 추진 전동기(20)의 기동이 완료되면, 제어부(300)는 동일 회전 방향 운전일 경우, 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)의 밸브를 개방하고 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조정하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)의 동작 압력을 증가시킨다. 피구동체(40)의 회전 속도가 클러치가 결합하여야만 하는 피구동체의 회전 속도(Sce)에 도달하면, 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)를 접속하고 2단계 회전 속도 제어를 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수로 조정하여 실시한다.
전력 변환 장치(10)에 회생 제동(regenerative braking) 기능이 있는 경우, 전력 변환 장치(10)로 실시하는 2단계 회전 속도 제어 중에 제어부(300)에 회전 속도 설정 신호가 반대 회전 방향 2단계로 전환된 신호로 입력되면, 제어부(300)는 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수를 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)로 조정한 후 회생 제동을 실시한다. 이때, 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수 감소 속도는 전력 네트워크에서 감당할 수 있는 회생 전력 또는 저항 제동(rheostatic braking)을 고려하여 제어부(300)에서 조정한다. 추진 전동기(20)의 회전 속도가 감소하여 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)에 도달하면, 제어부(300)는 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)의 동작 압력을 제거하고 반대 회전 방향 제어용 클러치(211)의 밸브를 개방하고 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조정하여 반대 회전 방향 제어용 클러치(211)의 동작 압력을 증가시킨다. 이와 같이 제어하면, 타력 운전을 하던 피구동체(40)의 회전 속도가 느려지며 반대 회전 방향으로 회전 방향이 전환되는데, 피구동체(40)의 회전 속도가 반대 회전 방향 클러치가 결합하여야만 하는 피구동체의 회전 속도(Sce)에 도달하면, 반대 회전 방향 제어용 클러치(211)를 접속하고 반대 회전 방향 2단계 회전 속도 제어를 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수로 조정하여 실시한다.
전력 변환 장치(10)에 회생 제동 기능이 없는 경우, 전력 변환 장치(10)로 실시하는 2단계 회전 속도 제어 중에 제어부(300)에 회전 속도 설정 신호가 반대 회전 방향 2단계로 전환된 신호로 입력되면, 제어부(300)는 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)의 동작 압력을 제거하고 전력 변환 장치(10)에 전력 차단 신호를 전달한 후, 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수를 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)로 조정하고 추진 전동기(20)의 타력 운전을 실시한다. 이때, 감속 시간 조정이 필요한 경우, 제어부(300)는 전력 변환 장치(10)에 전력 차단 신호를 전달하고 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조정하여 추진 전동기(20)의 회전 속도가 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)에 도달하는 시간을 조정한 후 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)의 동작 압력을 제거한다.
추진 전동기(20)의 회전 속도가 감소하여 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)에 도달하면, 제어부(300)는 전력 변환 장치(10)에 전력 공급 신호를 전달한다. 추진 전동기(20)에 전력이 공급되면 추진 전동기(20)의 감속 운전이 완료된다. 추진 전동기(20)의 감속 운전이 완료되면, 제어부(300)는 반대 회전 방향 제어용 클러치(211)의 밸브를 개방하고 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조정하여 반대 회전 방향 제어용 클러치(211)의 동작 압력을 증가시킨다. 이와 같이 제어하면, 타력 운전을 하던 피구동체(40)의 회전 속도가 느려지며 반대 회전 방향으로 회전 방향이 전환되는데, 피구동체(40)의 회전 속도가 반대 회전 방향 클러치가 결합하여야만 하는 피구동체의 회전 속도(Sce)에 도달하면, 반대 회전 방향 제어용 클러치(211)를 접속하고 반대 회전 방향 2단계 회전 속도 제어를 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수로 조정하여 실시한다.
도 9는 본 발명에 따른 피구동체(40)의 회전 방향을 조정할 수 없는 클러치와 치차가 내장된 장치(200)를 추진 전동기(20)로 구동하는 실시례를 도시한 것으로, 추진 전동기(20)의 기동을 위해 제어부(300)는 포니 전동기 스타터(24)에 전력 공급 신호를 전달한다. 포니 전동기 스타터(24)에서 포니 전동기용 케이블(23)을 통해 포니 전동기(22)에 전전압을 인가하면, 추진 전동기(20)의 회전자를 포니 전동기(22)의 정격 회전 속도까지 회전시킬 수 있다. 이때, 포니 전동기(22)의 기동 전류 또한 제한할 필요가 있을 경우, 포니 전동기 스타터(24)에 감전압 기동(Y-△ 기동 또는 1차저항 기동 또는 리액터 기동 또는 단권변압기 기동 또는 소프트 스타터 기동)을 위한 장치를 구비한다.
추진 전동기(20)의 회전자가 포니 전동기(22)의 정격 회전 속도에 도달하면, 제어부(300)는 포니 전동기 스타터(24)에 전력 차단 신호를 전달하고 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)에 해당하는 출력 주파수로 조정된 전력 변환 장치(10)에 전력 공급 신호를 전달한다. 전력 변환 장치(10)에서 추진 전동기용 케이블(15)을 통해 추진 전동기(20)에 전력이 공급되면, 기동 전류를 제한한 추진 전동기(20)의 기동이 완료된다. 추진 전동기(20)의 기동이 완료되면, 제어부(300)는 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)의 밸브를 개방하고 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조정하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)의 동작 압력을 증가시킨다. 피구동체(40)의 회전 속도가 클러치가 결합하여야만 하는 피구동체의 회전 속도(Sce)에 도달하면, 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)를 접속하고 2단계 회전 속도 제어를 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수로 조정하여 실시한다.
전력 변환 장치(10)에 회생 제동 기능이 있는 경우, 전력 변환 장치를 이용한 2단계 회전 속도 제어 중에 제어부(300)에 회전 속도 설정 신호가 반대 회전 방향 2단계로 전환된 신호로 입력되면, 제어부(300)는 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수를 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)로 조정한 후 회생 제동을 실시한다. 이때, 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수 감소 속도는 전력 네트워크에서 감당할 수 있는 회생 전력 또는 저항 제동을 고려하여 제어부(300)에서 조정한다. 추진 전동기(20)의 회전 속도가 감소하여 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)에 도달하면, 제어부(300)는 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)의 동작 압력을 제거하고 전력 변환 장치(10)에 전력 차단 신호를 전달한 후, 추진 전동기(20)의 타력 운전을 실시하여 회전 속도를 "0" rpm으로 감소시킨다. 이때, 감속 시간 조정이 필요한 경우, 제어부(300)는 전력 변환 장치(10)에 전력 차단 신호를 전달하고 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조정하여 추진 전동기(20)의 회전 속도가 "0" rpm에 도달하는 시간을 조정한 후 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)의 동작 압력을 제거한다.
추진 전동기(20)의 회전 속도가 감소하여 "0" rpm에 도달하면, 추진 전동기(20)의 반대 회전 방향 기동을 위해 제어부(300)는 포니 전동기 스타터(24)에 전력의 상 회전 방향을 반대 회전 방향으로 전환하여 공급하도록 신호를 전달한다. 포니 전동기 스타터(24)에서 포니 전동기용 케이블(23)을 통해 포니 전동기(22)에 전전압을 인가하면, 추진 전동기(20)의 회전자를 포니 전동기(22)의 정격 회전 속도까지 회전시킬 수 있다.
추진 전동기(20)의 회전자가 포니 전동기(22)의 반대 회전 방향 정격 회전 속도에 도달하면, 제어부(300)는 포니 전동기 스타터(24)에 전력 차단 신호를 전달하고 전력 변환 장치(10)에 전력의 상 회전 방향을 반대 회전 방향으로 전환하여 공급하도록 신호를 전달한다. 전력 변환 장치(10)에서 추진 전동기용 케이블(15)을 통해 추진 전동기(20)에 전력이 공급되면, 기동 전류를 제한한 추진 전동기(20)의 반대 회전 방향 기동이 완료된다. 추진 전동기(20)의 반대 회전 방향 기동이 완료되면, 제어부(300)는 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)의 밸브를 개방하고 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조정하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)의 동작 압력을 증가시킨다. 피구동체(40)의 회전 속도가 반대 회전 방향 클러치가 결합하여야만 하는 피구동체의 회전 속도(Sce)에 도달하면, 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)를 접속하고 반대 회전 방향 2단계 회전 속도 제어를 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수로 조정하여 실시한다.
전력 변환 장치(10)에 회생 제동 기능이 없는 경우, 전력 변환 장치를 이용한 2단계 회전 속도 제어 중에 제어부(300)에 회전 속도 설정 신호가 반대 회전 방향 2단계로 전환된 신호로 입력되면, 제어부(300)는 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)의 동작 압력을 제거하고 전력 변환 장치(10)에 전력 차단 신호를 전달한 후, 출력 주파수를 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)로 조정하고 추진 전동기(20)의 타력 운전을 실시하여 회전 속도를 "0" rpm으로 감소시킨다. 이때, 감속 시간 조정이 필요한 경우, 제어부(300)는 전력 변환 장치(10)에 전력 차단 신호를 전달하고 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조정하여 추진 전동기(20)의 회전 속도가 "0" rpm에 도달하는 시간을 조정한 후 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)의 동작 압력을 제거한다.
추진 전동기(20)의 회전 속도가 감소하여 "0" rpm에 도달하면, 추진 전동기(20)의 반대 회전 방향 기동을 위해 제어부(300)는 포니 전동기 스타터(24)에 전력의 상 회전 방향을 반대 회전 방향으로 전환하여 공급하도록 신호를 전달한다. 포니 전동기 스타터(24)에서 포니 전동기용 케이블(23)을 통해 포니 전동기(22)에 전전압을 인가하면, 추진 전동기(20)의 회전자를 포니 전동기(22)의 정격 회전 속도까지 회전시킬 수 있다.
추진 전동기(20)의 회전자가 포니 전동기(22)의 반대 회전 방향 정격 회전 속도에 도달하면, 제어부(300)는 포니 전동기 스타터(24)에 전력 차단 신호를 전달하고 전력 변환 장치(10)에 전력의 상 회전 방향을 반대 회전 방향으로 전환하여 공급하도록 신호를 전달한다. 전력 변환 장치(10)에서 추진 전동기용 케이블(15)을 통해 추진 전동기(20)에 전력이 공급되면, 기동 전류를 제한한 추진 전동기(20)의 반대 회전 방향 기동이 완료된다. 추진 전동기(20)의 반대 회전 방향 기동이 완료되면, 제어부(300)는 클러치와 치차가 내장된 장치(200)의 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)의 밸브를 개방하고 클러치 동작 압력 조절용 밸브를 조정하여 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)의 동작 압력을 증가시킨다. 피구동체(40)의 회전 속도가 반대 회전 방향 클러치가 결합하여야만 하는 피구동체의 회전 속도(Sce)에 도달하면, 동일 회전 방향 제어용 클러치(210)를 접속하고 반대 회전 방향 2단계 회전 속도 제어를 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수로 조정하여 실시한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시례 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (25)

  1. 클러치 동작 압력 조절용 밸브와 피구동체(40)를 구동체와 동일 회전 방향 및 반대 회전 방향으로 제어하기 위한 클러치와 치차가 내장된 장치(200), 전력 변환 장치(10), 추진 전동기(20);
    클러치와 치차가 내장된 장치(200), 전력 변환 장치(10), 추진 전동기(20)의 운영 효율이 최대화되도록, 클러치 개방(disengagement) 및 접속(engagement) 시점을 제어하는 제어부(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  2. 클러치 동작 압력 조절용 밸브와 피구동체(40)를 구동체와 동일 회전 방향 또는 반대 회전 방향으로 제어하기 위한 클러치와 치차가 내장된 장치(200), 전력 변환 장치(10), 추진 전동기(20);
    클러치와 치차가 내장된 장치(200), 전력 변환 장치(10), 추진 전동기(20)의 운영 효율이 최대화되도록, 클러치 개방 및 접속 시점을 제어하는 제어부(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 상기 장치(200)의 윤활유 온도의 변화 기울기를 상기 밸브의 동작 시간에 반영하여, 피구동체(40)의 회전 속도 변경에 소요되는 시간을 조정할 수 있는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 상기 장치(200)의 클러치가 접속되지 않고 오버라이드(override) 제어 기능이 활성화되어있는 상태에서, 상기 장치(200)의 윤활유 온도가 허용치 이상으로 상승하면, 회전 속도 제어에서 윤활유 온도 일정 제어로 전환하고 윤활유 온도가 경보 값의 히스테리시스(hysteresis) 이내로 감소하면, 회전 속도 제어로 다시 복귀하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 추진 전동기(20)의 고정자 권선 온도의 변화 기울기를 상기 밸브의 동작 시간에 반영하여, 추진 전동기(20)의 회전 속도 변경에 소요되는 시간을 조정할 수 있는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 추진 전동기(20)의 고정자 권선 온도의 변화 기울기를 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수 변경 시간에 반영하여, 추진 전동기(20)의 회전 속도 변경에 소요되는 시간을 조정할 수 있는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 상기 장치(200)의 클러치가 접속되지 않은 상태에서, 클러치 동작 압력별 전달되는 구동 토크와 피구동체(40)의 회전 속도 차이로, 피구동체(40)의 부하 변화량을 판단하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 상기 장치(200)의 클러치가 접속되지 않은 상태에서, 클러치 동작 압력별 전달되는 구동 토크 기울기와 피구동체(40)의 회전 속도 기울기에 차이가 있을 경우, 이러한 차이의 크기를 상기 장치(200)의 윤활유 온도에 의한 토크 전달 변이량으로 판단하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 상기 장치(200)의 클러치가 접속되지 않은 상태에서, 피구동체(40)의 과도(transient) 부하 급상승이 발생하는 것을 검출하고, 상기 과도 부하 급상승이 발전 장치들의 전력 공급 과도 특성에 대한 성능 등급 작동 한계 값에서 허용하는 범위 내에서 부하량이 증가 될 수 있도록, 상기 밸브의 설정값(set point)을 조정하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 상기 장치(200)의 클러치가 접속된 상태에서, 피구동체(40)의 과도 부하 급상승이 발생하는 것을 검출하고, 상기 과도 부하 급상승이 발전 장치들의 전력 공급 과도 특성에 대한 성능 등급 작동 한계 값에서 허용하는 범위 내에서 부하량이 증가 될 수 있도록, 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수 설정값을 조정하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)로 추진 전동기(20)가 회전하고 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 설정값을 조정하여 상기 장치(200)의 클러치로 피구동체(40)의 회전 속도를 제어할 때, 피구동체(40)의 회전 속도 설정이 변경되어 클러치가 결합하여야만 하는 피구동체의 회전 속도(Sce)를 초과하는 경우, 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 설정값을 조정하여 클러치를 접속한 후 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수를 증가시켜 피구동체(40)의 회전 속도를 제어하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 상기 장치(200)의 클러치가 접속된 상태에서, 추진 전동기(20)의 회전 속도를 전력 변환 장치(10)의 운영 주파수 내에서 조정하여 피구동체(40)의 회전 속도를 제어할 때, 피구동체(40)의 회전 속도 설정이 변경되어 클러치가 결합하여야만 하는 피구동체의 회전 속도(Sce) 미만인 경우, 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수를 감소시켜 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)로 추진 전동기(20)가 회전하게 한 후 클러치를 개방하고 클러치 동작 압력 조절용 밸브의 설정값을 조정하여 상기 장치(200)의 클러치로 피구동체(40)의 회전 속도를 제어하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 반대 회전 방향으로 회전 속도 변경시, 상기 장치(200)의 클러치와 브레이크(112)의 작동을 연동 제어하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 상기 장치(200)의 클러치가 접속된 상태에서, 추진 전동기(20)의 회전 속도 증가로 피구동체(40)의 회전 속도가 상승하여 피구동체(40)의 부하가 증가할 때, 상기 장치(200), 추진 전동기(20), 피구동체(40)의 과부하 운전 가능 범위와 현재 출력량을 비교하여 이를 초과할 경우, 경보하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 상기 장치(200)의 클러치가 접속된 상태에서, 추진 전동기(20)의 회전 속도별 출력량과 피구동체(40)의 회전 속도별 부하량을 비교하여 피구동체(40)의 회전 속도별 부하량 대비 추진 전동기(20)의 회전 속도별 출력량이 증가한 경우, 피구동체(40)의 회전 속도별 부하량이 증가하였음을 경보하고,
    피구동체(40)의 회전 속도별 부하량 대비 추진 전동기(20)의 회전 속도별 출력량이 감소한 경우, 피구동체(40)의 회전 속도별 부하량이 감소하였음을 경보하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 장치(200)의 윤활유 압력은 윤활유 온도가 높을수록 낮아지는데, 윤활유 온도에 따른 윤활유 압력의 변화량을 상기 제어부(300)에서 학습하여 윤활유 점도(viscosity)의 안정성을 확인하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 상기 장치(200)의 클러치가 접속된 상태에서, 상기 장치(200)의 입력축 회전 속도와 상기 장치(200)의 출력축 회전 속도에 차이가 있을 경우, 이러한 차이의 크기로 클러치 마모도(clutch wear degree)를 판단하고,
    상기 장치(200)의 클러치가 접속되지 않은 상태에서, 피구동체(40)의 회전 속도를 일정하게 유지하기 위해 상기 밸브에 전달하는 설정값의 변화량이 윤활유 온도 변화에 따른 변동치를 초과할 경우, 이러한 차이의 크기로도 클러치 마모도를 판단하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 상기 장치(200)의 클러치가 접속되지 않은 상태에서, 추진 전동기(20)와 피구동체(40) 간의 토크 전달 과정에서 발생하는 스틱 슬립(stick slip) 현상을 검출하여 클러치의 동작 압력을 제어하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 수격작용(water hammering)과 같은 현상이 발생하지 않도록, 상기 밸브의 설정값을 조정하여 피구동체(40)를 서서히 정지시키는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 입력되는 회전 속도 설정값의 변화 기울기로, 상기 밸브의 동작 시간과 전력 변환 장치(10)의 출력 주파수 변경 시간을 조정하여 회전 속도 변경에 소요되는 시간을 조정할 수 있는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  21. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 전력 변환 장치(10)에 회생 제동 기능이 없는 경우, 추진 전동기(20)의 회전 속도 제어시, 추진 전동기(20)에서 회생 전력(regenerative energy)이 발생하지 않도록 제어하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  22. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 상기 밸브로 상기 장치(200)의 클러치 동작 압력을 조정하여 타력 운전(coasting)을 하던 추진 전동기(20)의 제동 시간을 제어하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  23. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 상기 밸브로 상기 장치(200)의 클러치 동작 압력을 조정하여 타력 운전을 하던 피구동체(40)의 제동 시간을 제어하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  24. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 클러치를 이용한 1단계 회전 속도 제어 범위의 최대 회전 속도 변경에 따라, 전력 변환 장치의 출력 주파수로 조정하는 추진 전동기의 최소 회전 속도인 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)를 조정하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
  25. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부(300)는 포니 전동기(22)의 정격 회전 속도가 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)보다 높을 경우, 포니 전동기(22)의 전력 차단 시점 및 추진 전동기(20)의 전력 공급 시점을 클러치를 이용한 회전 속도 제어시의 추진 전동기 회전 속도(Sm)로 조정하는 기능이 있는 것을 특징으로 하는 클러치와 전력 변환 장치를 이용한 회전 속도 제어 시스템.
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