KR102759603B1 - Generator - Google Patents
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Abstract
일 실시예에 따른 발전기는, 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 고정 배치된 고정자; 상기 고정자의 내부에 위치하며 샤프트를 중심으로 상기 고정자에 대해 회전하는 회전자; 상기 고정자와 전기적으로 연결되고 상기 회전자의 샤프트에 회전 가능하게 배치되는 여자기; 및 상기 케이싱의 외부에 위치하며 상기 고정자 및 상기 여자기에 각각 전기적으로 연결된 자동전압조절기;를 포함하고, 상기 여자기는 상기 회전자와 상기 여자기를 연결하는 제1권선을 통해 상기 회전자에 직접 연결되고, 상기 제1권선과 별개로 마련되는 제2권선을 통해 상기 자동전압조절기와 연결될 수 있다.According to one embodiment, a generator comprises: a casing; a stator fixedly arranged inside the casing; a rotor positioned inside the stator and rotating about a shaft with respect to the stator; an exciter electrically connected to the stator and rotatably arranged on the shaft of the rotor; and an automatic voltage regulator positioned outside the casing and electrically connected to the stator and the exciter, respectively; wherein the exciter is directly connected to the rotor through a first winding connecting the rotor and the exciter, and can be connected to the automatic voltage regulator through a second winding provided separately from the first winding.
Description
발전기가 개시된다. 구체적으로, 여자 전압이 공급되는 발전기가 개시된다.The generator is started. Specifically, the generator to which the excitation voltage is supplied is started.
일반적으로, 여자기는 주발전기 또는 주전동기의 계자 권선에 여자전류를 공급하기 위한 별개의 발전기이다. 여자기는 동기식 발전기 계자 권선에 직류를 공급하고 전력 시스템의 원활한 운전에 필수적인 제어 및 보호 기능을 수행할 수 있다.Typically, the exciter is a separate generator that supplies excitation current to the field winding of the main generator or motor. The exciter supplies direct current to the field winding of a synchronous generator and can perform control and protection functions essential for the smooth operation of the power system.
현재 이러한 기능을 수행하기 위하여, 동기식 발전기 계자 권선에 직류를 공급하는 것은 발전기 출력이 연속 용량 내에서 변화함에 따라 계자 전류를 자동으로 공급 및 조정하는 성능요구 사항을 만족하여야 하며, 전력 시스템의 원활한 운전에 필수적인 제어 및 보호 기능을 수행하는 것은 발전기의 성능과 일치하도록 계자의 과도한 교란에 응답하여야 하는 성능을 만족해야 한다.Currently, to perform these functions, the direct current supplied to the synchronous generator field winding must satisfy the performance requirements of automatically supplying and adjusting the field current as the generator output varies within the continuous capacity, and the control and protection functions essential for the smooth operation of the power system must satisfy the performance requirements of responding to excessive field disturbances in a manner consistent with the performance of the generator.
이를 위해, 일반적으로 각 발전기 제조사에서 고려되는 여자 방식에는 자여자 방식, 여자 증폭 방식, 영구자석 발전기 방식, 보조 권선 방식 등이 있으며, 각각의 장 단점에 따라 선택될 수 있다.For this purpose, the excitation methods generally considered by each generator manufacturer include self-excitation method, excitation amplification method, permanent magnet generator method, and auxiliary winding method, and can be selected according to the advantages and disadvantages of each.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지 기술이라고 할 수는 없다. The background technology described above is technology that the inventor possessed or acquired during the process of deriving the present invention, and cannot necessarily be said to be a publicly known technology disclosed to the general public prior to the application for the present invention.
일 실시예에 따른 목적은 SCR(실리콘 제어 정류기), UPS(무 정전 전원 공급 장치)의 부하와 같은 큰 비선형 부하를 비롯한 모든 유형의 부하에서 여자 시스템에 일관된 전력을 제공할 수 있는 별도 고정자 내부 전원 공급 여자 방식의 발전기를 제공하는 것이다. An object of one embodiment is to provide a separate stator internally powered generator capable of providing consistent power to the excitation system under all types of loads, including large non-linear loads such as loads of SCRs (silicon controlled rectifiers) and UPS (uninterruptible power supplies).
실시 예들에서 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The tasks to be solved in the embodiments are not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 발전기는, 케이싱; 상기 케이싱 내부에 고정 배치된 고정자; 상기 고정자 내부에 위치하며 샤프트를 중심으로 상기 고정자에 대해 회전하는 회전자; 상기 회전자와 전기적으로 연결되고 상기 샤프트에 회전 가능하게 배치되는 여자기; 및 상기 케이싱 외부에 위치하며 상기 고정자 및 상기 여자기에 각각 전기적으로 연결된 자동전압조절기;를 포함하고, 상기 여자기는 상기 회전자와 상기 여자기를 연결하는 제1권선을 통해 상기 회전자에 직접 연결되고, 상기 제1권선과 별개로 마련되는 제2권선을 통해 상기 자동전압조절기와 연결될 수 있다.According to one embodiment of the present invention for achieving the above object, a generator comprises: a casing; a stator fixedly arranged inside the casing; a rotor positioned inside the stator and rotating about a shaft with respect to the stator; an exciter electrically connected to the rotor and rotatably arranged on the shaft; and an automatic voltage regulator positioned outside the casing and electrically connected to the stator and the exciter, respectively; wherein the exciter is directly connected to the rotor through a first winding connecting the rotor and the exciter, and can be connected to the automatic voltage regulator through a second winding provided separately from the first winding.
일 측에 의하면, 상기 여자기는, 상기 샤프트의 일단에 회전 가능하게 배치되고 상기 제1권선을 통해 상기 회전자와 연결되는 전류자; 및 상기 전류자를 둘러싸도록 상기 케이싱의 일단에 장착되고 상기 제2권선을 통해 상기 자동전압조절기와 연결되는 계자;를 포함할 수 있다.According to one aspect, the exciter may include: a current collector rotatably arranged at one end of the shaft and connected to the rotor through the first winding; and a field collector mounted at one end of the casing so as to surround the current collector and connected to the automatic voltage regulator through the second winding.
일 측에 의하면, 상기 여자기는 상기 전류자 및 상기 회전자 사이에 위치하며 상기 제1권선 상에 배치되는 정류자를 더 포함하고, 상기 정류자는 상기 전류자로부터의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 상기 회전자로 전달할 수 있다.According to one aspect, the excitation further includes a commutator positioned between the current collector and the rotor and arranged on the first winding, and the commutator can convert AC power from the current collector into DC power and transmit it to the rotor.
일 측에 의하면, 상기 제2권선은 직류를 공급할 수 있다.According to one side, the second winding can supply direct current.
일 측에 의하면, 상기 자동전압조절기는 각각 전기적으로 분리되어 있는 제3권선, 제4권선 및 제5권선에 의해 상기 고정자와 연결되며, 상기 제3권선, 제4권선 및 제5권선 중 적어도 하나는 상기 고정자의 슬롯 내부에 밀봉될 수 있다.According to one aspect, the automatic voltage regulator is connected to the stator by third, fourth and fifth windings which are electrically separated from each other, and at least one of the third, fourth and fifth windings can be sealed within a slot of the stator.
일 측에 의하면, 상기 여자기는 상기 전류자와 상기 샤프트 사이에 장착되는 베어링을 더 포함할 수 있다.According to one aspect, the female member may further include a bearing mounted between the current collector and the shaft.
일 측에 의하면, 상기 케이싱의 타단에 장착되는 냉각팬을 더 포함할 수 있다.According to one side, the other end of the casing may further include a cooling fan.
일 측에 의하면, 상기 발전기가 잔류자를 잃을 경우 별도로 잔류자전원을 유기시키도록 상기 발전기의 시동 시 자동으로 상기 계자를 플러싱할 수 있다.According to one aspect, the generator can automatically flush the field when starting up so as to separately generate residual current when the generator loses residual current.
일 실시예에 따른 발전기에 의하면, SCR(실리콘 제어 정류기), UPS(무 정전 전원 공급 장치)의 부하와 같은 큰 비선형 부하를 비롯한 모든 유형의 부하에서 여자 시스템에 일관된 전력을 제공할 수 있는 효과가 있다.According to one embodiment of the generator, there is an effect that can provide consistent power to the excitation system under all types of loads, including large nonlinear loads such as loads of SCRs (silicon controlled rectifiers) and UPSs (uninterruptible power supplies).
일 실시예에 따른 발전기의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the generator according to one embodiment are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 일 실시예에 따른 발전기를 개략적으로 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 발전기를 개략적으로 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 발전기를 개략적으로 도시한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.Figure 1 schematically illustrates a generator according to one embodiment.
Figure 2 schematically illustrates a generator according to one embodiment.
Figure 3 schematically illustrates a generator according to one embodiment.
The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention and, together with the detailed description of the invention, serve to further understand the technical idea of the present invention; therefore, the present invention should not be interpreted as being limited to matters described in such drawings.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to exemplary drawings. When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are given the same numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. In addition, when describing embodiments, if a specific description of a related known configuration or function is judged to hinder understanding of the embodiments, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Also, in describing components of an embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only intended to distinguish the components from other components, and the nature, order, or sequence of the components are not limited by the terms. When it is described that a component is "connected," "coupled," or "connected" to another component, it should be understood that the component may be directly connected or connected to the other component, but another component may also be "connected," "coupled," or "connected" between each component.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다. Components included in one embodiment and components that have common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless otherwise stated, descriptions made in one embodiment may be applied to other embodiments, and specific descriptions will be omitted to the extent of overlap.
도 1을 참조하여, 일 실시예에 따른 발전기(10)는, 케이싱(100), 고정자(200), 회전자(300) 및 여자기(400)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a generator (10) according to one embodiment may include a casing (100), a stator (200), a rotor (300), and an exciter (400).
케이싱(100)은 발전기(10)의 고정자(200) 및 회전자(300) 등을 덮도록 공간을 형성하는 압력용기로 마련될 수 있다. 케이싱(100)은 분해 및 조립 가능하게 마련될 수 있다. 케이싱(100)은 열변형에 대하여 내구성을 구비할 수 있다.The casing (100) may be provided as a pressure vessel that forms a space to cover the stator (200) and the rotor (300) of the generator (10). The casing (100) may be provided so that it can be disassembled and assembled. The casing (100) may be durable against thermal deformation.
고정자(200)는 상기 케이싱(100) 내부에 고정 배치될 수 있다. The stator (200) can be fixedly placed inside the casing (100).
회전자(300)는 상기 고정자(200) 내부에 위치하며 샤프트를 중심으로 고정자(200)에 대해 회전할 수 있다. 회전자(300)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1권선(W1)을 통해 여자기(400)와 전기적으로 연결될 수 있다.The rotor (300) is positioned inside the stator (200) and can rotate about the shaft relative to the stator (200). The rotor (300) can be electrically connected to the exciter (400) through the first winding (W 1 ), as shown in Fig. 1.
여자기(400)는 케이싱(100)의 일단에서 샤프트에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 여자기(400)는 회전자(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 여자기(400)는 회전 여자기(Rotary Exciter)로 마련될 수 있으며, 상기 회전자(300)와의 구별을 위해 여자기(400)로 지칭한다. The exciter (400) can be rotatably arranged on a shaft at one end of the casing (100). The exciter (400) can be electrically connected to the rotor (300). Here, the exciter (400) can be provided as a rotary exciter, and is referred to as an exciter (400) to distinguish it from the rotor (300).
자동전압조절기(500)는 케이싱(100) 외부에 위치하며 고정자(200) 및 여자기(400)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 자동전압조절기(500)는 제2권선(W2)을 통해 여자기(400)에 직류 출력을 공급할 수 있다. 또한, 자동전압조절기(500)는 제3권선(W3), 제4권선(W4) 및 제5권선(W5)을 통해 고정자(200)와 전기적으로 연결될 수 있다.The automatic voltage regulator (500) is located outside the casing (100) and can be electrically connected to the stator (200) and the exciter (400), respectively. Specifically, the automatic voltage regulator (500) can supply a direct current output to the exciter (400) through the second winding (W 2 ). In addition, the automatic voltage regulator (500) can be electrically connected to the stator (200) through the third winding (W 3 ), the fourth winding (W 4 ), and the fifth winding (W 5 ).
이러한 자동전압조절기(500)는 발전기(10)의 샤프트가 회전함에 따라 고정자(200)의 입력 전압이 공급될 수 있다. 부하 피드백 신호로 인한 내부 고조파를 줄이거나 제거하기 위해 두 번째 입력을 수신하는 기능이 있는 자동전압조절기(500)는 비선형 부하 애플리케이션에 사용될 수 있다. 예를 들어, 자동전압조절기(500)는 실리콘 제어 정류기(SCR) 또는 전계 효과 트랜지스터(FET)로 마련될 수 있다.Such an automatic voltage regulator (500) can be supplied with an input voltage of a stator (200) as the shaft of the generator (10) rotates. An automatic voltage regulator (500) having the ability to receive a second input to reduce or eliminate internal harmonics due to a load feedback signal can be used in nonlinear load applications. For example, the automatic voltage regulator (500) can be provided with a silicon controlled rectifier (SCR) or a field effect transistor (FET).
또한, 일 실시예에 따른 발전기(10)는 냉각팬(600)을 더 포함할 수 있다. 냉각팬(600)은 케이싱(100)의 타단에 장착될 수 있다.Additionally, the generator (10) according to one embodiment may further include a cooling fan (600). The cooling fan (600) may be mounted on the other end of the casing (100).
전술한 일 실시예에 따른 발전기(10)는 여자기(400)가 제1권선(W1)을 통해 회전자(300)에 직접 연결되고, 제1권선(W1)과 별개로 마련되는 제2권선(W2)을 통해 자동전압조절기(500)와 연결될 수 있다.The generator (10) according to the above-described embodiment has a magnet (400) that is directly connected to the rotor (300) through the first winding (W 1 ) and can be connected to an automatic voltage regulator (500) through a second winding (W 2 ) that is provided separately from the first winding (W 1 ).
구체적으로, 여자기(400)는 전류자(410), 계자(420) 및 정류자(430)를 포함할 수 있다.Specifically, the female element (400) may include a current element (410), a field element (420), and a commutator (430).
전류자(410)는 샤프트의 일단에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 제1권선(W1)은 이러한 전류자(410)와 회전자(300)를 전기적으로 연결할 수 있다. The current collector (410) can be rotatably arranged on one end of the shaft. The first winding (W 1 ) can electrically connect the current collector (410) and the rotor (300).
계자(420)는 전류자(410)를 둘러싸며 케이싱(100)의 일단에 장착될 수 있다. 이러한 계자(420)는 제2권선(W2)을 통해 자동전압조절기와 연결될 수 있다. 계자(420)는 발전기(10)의 시동 시 자동으로 플러싱될 수 있다.The field (420) surrounds the current coil (410) and can be mounted on one end of the casing (100). The field (420) can be connected to an automatic voltage regulator through a second winding (W 2 ). The field (420) can be automatically flushed when the generator (10) is started.
정류자(430)는 전류자(410) 및 회전자(300) 사이에 위치할 수 있다. 정류자(430)는 전류자(410)와 회전자(300)를 연결하는 제1권선(W1) 상에 배치될 수 있다. 이러한 정류자(430)는 전류자(410)로부터의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 회전자(300)로 전달할 수 있다. 즉, 전류자(410)의 교류 출력은 회전자(300)에 대한 직류 입력으로 정류될 수 있다.The commutator (430) may be positioned between the current member (410) and the rotor (300). The commutator (430) may be placed on the first winding (W 1 ) connecting the current member (410) and the rotor (300). The commutator (430) may convert AC power from the current member (410) into DC power and transmit it to the rotor (300). That is, the AC output of the current member (410) may be commutated into a DC input to the rotor (300).
다시 도 1을 참조하여, 여자기(400)는 베어링(440)을 더 포함할 수 있다.Referring again to FIG. 1, the female element (400) may further include a bearing (440).
베어링(440)은 전류자(410)와 샤프트 사이에 장착될 수 있다. 베어링(440)은 여자기(400)를 회전 가능하게 지지할 수 있다. A bearing (440) can be mounted between the current collector (410) and the shaft. The bearing (440) can rotatably support the exciter (400).
제1권선(W1)은 전술한 바와 같이, 전류자(410)로부터의 교류 출력이 정류자(430)에 의해 변환되어 직류 입력으로 회전자(300)에 공급될 수 있다. As described above, the first winding (W 1 ) can be supplied to the rotor (300) as a DC input by converting the AC output from the current generator (410) by the commutator (430).
제2권선(W2)은 직류를 공급할 수 있다.The second winding (W 2 ) can supply direct current.
제3권선(W3)은 중성선으로 마련될 수 있다.The third winding (W 3 ) can be provided as a neutral wire.
제4권선(W4)은 고정자(200) 내부 전원으로부터 부하변동에 따르는 전압 변동 없이 자동전압조절기(500)의 전원 입력에 직렬로 연결될 수 있다. 제3권선(W3) 및 제4권선(W4)은 고정자(200)에서의 검출 전원일 수 있다.The fourth winding (W 4 ) can be connected in series to the power input of the automatic voltage regulator (500) without voltage fluctuation according to load fluctuation from the internal power source of the stator (200). The third winding (W 3 ) and the fourth winding (W 4 ) can be detection power sources in the stator (200).
제5권선(W5)은 전압을 감지하는 것으로, 고정자(200)의 출력을 모니터링할 수 있다. 제5권선(W5)은 자동전압조절기(500)에 전원을 공급하는 보조권선일 수 있다.The fifth winding (W 5 ) detects voltage and can monitor the output of the stator (200). The fifth winding (W 5 ) may be an auxiliary winding that supplies power to the automatic voltage regulator (500).
잔류자는 자성체가 외부 자기장에 의해 자화한 후 그 자기장이 없어져도 자화가 남아 있는 것을 말한다. 이러한 잔류자는 습도 및 먼지 등의 외부 요인으로 단락 상태가 되면 소멸된다. Remanence refers to the magnetization that remains even after the magnetic field disappears after the magnetic material has been magnetized by an external magnetic field. This remanence disappears when a short circuit occurs due to external factors such as humidity and dust.
잔류자가 존재하면 엔진이 가동되어 회전할 때 전압이 생성되어 고정자에서 전압이 나오고 부하측으로 인가될 수 있다. 그러나 이때는 저전압 상태이므로, 전원 투입을 하지 않고 제3권선 내지 제5권선(W3, W4, W5)에서 받은 전원으로 자동전압조절기(500)가 동작되어 제2권선(W2)으로 정상 여자 전압을 인가하게 된다. 제1권선(W1)은 회전자(300)에 인가하면 고정자(200)는 정상 전압을 발생시켜 전원을 투입함으로써 전기를 사용할 수 있게 되며, 부하전류에 따라 전압이 변동되면 제3권선(W3) 및 제4권선(W4)에서 변동 전압을 검출하여 자동전압조절기(500)가 더 높거나 얕은 전압을 제2권선(W2)으로 공급하여 일정한 전압이 고정자(200)에서 발생할 수 있다.When the residual current exists, voltage is generated when the engine is running and rotating, and the voltage can be output from the stator and applied to the load side. However, since this is a low voltage state, the automatic voltage regulator (500) operates with the power received from the third to fifth windings (W 3 , W 4 , W 5 ) without supplying power, and applies a normal exciting voltage to the second winding (W 2 ). When the first winding (W 1 ) is supplied to the rotor (300), the stator (200) generates a normal voltage, and by supplying power, electricity can be used. When the voltage fluctuates according to the load current, the third winding (W 3 ) and the fourth winding (W 4 ) detect the fluctuating voltage, and the automatic voltage regulator (500) supplies a higher or shallower voltage to the second winding (W 2 ) so that a constant voltage can be generated in the stator (200).
도 1 내지 도 3을 참조하여, 일 실시예에 따른 발전기(10)는 샤프트의 구동 단부에 부착된 여자기(400)의 전원을 고정자(200)에서 독립된 전원을 인출하여 별도로 공급할 수 있다. 이에 따라, 잔류자를 잃은 경우에도 별도로 잔류자 전원을 유기시켜 줄 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 3, a generator (10) according to one embodiment can separately supply power to an exciter (400) attached to a drive end of a shaft by drawing power independently from the stator (200). Accordingly, even if the residual current is lost, the residual current can be separately generated.
회전자(300)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1권선(W1)을 통해 여자기(400)와 전기적으로 연결될 수 있다.The rotor (300) can be electrically connected to the exciter (400) through the first winding (W 1 ), as illustrated in FIG. 1.
자동전압조절기(500)는 제2권선(W2)을 통해 여자기(400)에 전원을 공급하고, 여자기(400)로부터 제1권선(W1)을 통과하면서 직류 전류로 정류될 수 있다.The automatic voltage regulator (500) supplies power to the exciter (400) through the second winding (W 2 ), and the current can be rectified into direct current while passing through the first winding (W 1 ) from the exciter (400).
도 1 내지 도 3을 참조하여, 고정자(200)의 특정 슬롯에는 두 개의 추가 코일 세트가 삽입되도록 구성될 수 있다. 권선은 주 고정자(200)의 권선과 전기적으로 분리되어 있으며 절연 과정에서 고정자(200) 슬롯 내부에 밀봉되어 있을 수 있다. 1개의 보조 권선은 여자기(400)의 전원으로 부하변동에 따르는 전압변동 없이 안정적인 전압을 자동전압조절기(500)의 3상 전원 입력에 직렬로 연결될 수 있다. 하나의 보조 권선은 발전기(10)의 출력 전압에 비례하는 전압을 생성할 수 있다. 다른 하나는 변류기처럼 작동하고 발전기(10)의 출력 전류에 비례하는 전압을 생성하며 적용된 부하의 함수이다. 두 개의 출력은 전압 조정기 내부에서 결합되어 일정한 전원을 제공할 수 있다. 전술한 보조 권선들은 각각, 제3권선(W3), 제4권선(W4) 및 제5권선(W5) 중 하나일 수 있다. 도 1 내지 도 3은 교류 발전기(10)의 다양한 구성 요소 간의 상호 연결을 보여준다.With reference to FIGS. 1 to 3, a particular slot of the stator (200) may be configured to have two additional sets of coils inserted therein. The windings may be electrically separated from the windings of the main stator (200) and sealed within the stator (200) slots during the insulation process. One auxiliary winding may be connected in series to the three-phase power input of the automatic voltage regulator (500) to provide a stable voltage without voltage fluctuation due to load variation as a power source of the exciter (400). One auxiliary winding may generate a voltage proportional to the output voltage of the generator (10). The other may act as a current transformer and generate a voltage proportional to the output current of the generator (10) and is a function of the applied load. The two outputs may be combined within the voltage regulator to provide a constant power source. The aforementioned auxiliary windings may each be one of the third winding (W 3 ), the fourth winding (W 4 ), and the fifth winding (W 5 ). Figures 1 to 3 show the interconnections between various components of an alternator (10).
일 실시예에 따른 발전기(10)의 주요 성능 이점은 SCR(실리콘 제어 정류기), UPS(무 정전 전원 공급 장치)의 부하와 같은 큰 비선형 부하를 비롯한 모든 유형의 부하에서 여자 시스템에 일관된 전력 또는 가변 주파수 드라이브(VFD)를 제공할 수 있다는 것이다. 또한, 비선형 부하와 함께 작동하는 일 실시예에 따른 발전기(10)의 고유한 기능은 필터링 된 DC 전원 공급 장치와 해당 전원 트랜지스터에서 비롯될 수 있다. 비선형 부하는 보조 권선의 출력에 나타나는 자속 왜곡을 생성할 수 있다. 자동전압조절기(500)의 첫 번째 단계는 대형 필터 캐패시터를 통해 전력 트랜지스터에 전원을 공급하는 전파 3상 정류기 브리지이다. 이 필터는 교류 발전기(10)의 부하 왜곡 출력 전압과 독립적인 자동전압조절기(500)에 깨끗한 DC 전원을 제공할 수 있다. 또한 트랜지스터는 동기 주파수와 다른 주파수에서 펄스 폭 변조로 작동하므로 부하 SCR 추적을 방지할 수 있다. 비선형 부하로 일관된 전력을 제공하는 일 실시예에 따른 발전기(10)의 능력은 교류기 자체의 안정성 또는 성능에 대한 전압 고조파의 영향과 교류기의 크기에 대한 일반적인 고려 사항을 대체하지 않는다.A key performance advantage of the generator (10) according to one embodiment is its ability to provide consistent power or variable frequency drive (VFD) to the excitation system for all types of loads, including large nonlinear loads such as silicon controlled rectifiers (SCRs), uninterruptible power supplies (UPSs). In addition, the unique ability of the generator (10) according to one embodiment to work with nonlinear loads may come from the filtered DC power supply and its power transistors. Nonlinear loads can create flux distortion that appears at the output of the auxiliary winding. The first stage of the automatic voltage regulator (500) is a full-wave three-phase rectifier bridge that supplies power to the power transistors through large filter capacitors. This filter can provide clean DC power to the automatic voltage regulator (500) that is independent of the load distortion output voltage of the alternator (10). In addition, the transistors operate in pulse width modulation at a frequency different from the synchronous frequency, thereby preventing load SCR tracking. The ability of the generator (10) according to one embodiment to provide consistent power with a non-linear load does not replace the general considerations regarding the effects of voltage harmonics on the stability or performance of the alternator itself and the sizing of the alternator.
일 실시예에 따른 발전기(10)는 또한 선형 부하 적용의 장점을 보여줄 수 있다. 보조 권선에 의해 제공되는 일정한 전원 공급 장치는 큰 모터 시동 요구 사항에서 발생하는 것과 같은 부하 변동과 함께 교류 발전기에 탁월한 과도 성능을 제공할 수 있다.The generator (10) according to one embodiment can also demonstrate the advantages of linear load application. The constant power supply provided by the auxiliary winding can provide the alternator with excellent transient performance with load fluctuations such as those occurring in large motor starting requirements.
발전기 세트가 매우 오랜 기간 동안 작동하지 않을 가능성이 있는 일부 비상 대기 발전기에서는 시스템이 작동할 수 없을 정도로 교류 발전기의 잔류 자기 손실에 대한 우려가 있을 수 있으나 일 실시예에 따른 발전기(10)에는 발전기(10) 시동 시 자동으로 계자(420)를 플러싱하는 기능을 갖출 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 발전기(10)가 제공하는 증가된 고장 전류 기능 장점이 있다. In some emergency standby generators where the generator set is likely to be out of service for very long periods of time, there may be concerns about residual magnetic losses in the alternator to the extent that the system cannot operate, but in one embodiment, the generator (10) may be provided with a function to automatically flush the field (420) upon starting of the generator (10). Thus, there is an increased fault current capability advantage provided by the generator (10) in one embodiment.
일부 유틸리티는 높은 단락 기능을 가진 기계가 무 충돌 재전송 또는 연속 열 병합 발전 또는 피크 쉐이빙 동안 네트워크와 병렬로 작동하는 것을 금지할 수 있다. 일 실시예에 따른 발전기(10)는 이러한 요구 사항을 충족하기 위한 추가 기능이 설계될 수 있다. 단락 전류 기능은 유틸리티와 병렬로 작동하는 동안 비활성화할 수 있으며 최대 성능을 위해 단독 가동 중에 부하를 인가할 수 있다. 이를 통해 일 실시예에 따른 발전기(10)는 응용 프로그램이 동적일지라도 응용 프로그램에 대한 최상의 특성을 나타낼 수 있다.Some utilities may prohibit machines with high short-circuit capability from operating in parallel with the network during bumpless retransmission or continuous cogeneration or peak shaving. The generator (10) according to one embodiment may be designed with additional features to meet these requirements. The short-circuit current capability may be disabled while operating in parallel with the utility and may be loaded during standalone operation for maximum performance. This allows the generator (10) according to one embodiment to exhibit the best characteristics for the application, even if the application is dynamic.
일 실시예에 따른 발전기(10)의 기능에는 비선형 부하에 대한 내성, 우수한 모터 시동 및 단락 전류 기능이 포함될 수 있다. 일 실시예에 따른 발전기(10)는 예를 들어, 영구 자석 발전기 방식 PERMANENT MAGNET GENERATOR (PMG) 시스템과 달리 자 여자 방식[SELF-EXCITED (SHUNT)] 교류 발전기와 동일한 물리적 크기 내에서 추가 구성 요소 없이 전술한 기능을 제공할 수 있다. The functions of the generator (10) according to one embodiment may include tolerance to nonlinear loads, excellent motor starting, and short-circuit current capabilities. The generator (10) according to one embodiment may provide the aforementioned functions without additional components within the same physical size as a SELF-EXCITED (SHUNT) AC generator, unlike, for example, a PERMANENT MAGNET GENERATOR (PMG) system.
다시 말하자면, 일 실시예에 따른 발전기(10)는 우수한 모터 시동 기능을 제공할 수 있으며, 자 여자 방식[SELF-EXCITED (SHUNT)]에 비해 고조파 왜곡이 높은 부하에서 우수한 성능을 가질 수 있으며, 자 여자 방식[SELF-EXCITED (SHUNT)]에 비해 부하 변동 시 성능이 향상될 수 있으며, 정격 60Hz 전류의 300% 10초간 단락 전류 지속이 가능하며, 교류 발전기(10)의 시동 시 잔류자기 손실에서도 전압 상승을 보장할 수 있으며, 영구 자석 발전기 방식 PERMANENT MAGNET GENERATOR (PMG)보다 크기가 작고 이로 인해 에너지 손실을 저감할 수 있으며, 부품 수가 적어 영구 자석 발전기 방식 PERMANENT MAGNET GENERATOR (PMG)에 비해 고장 위험이 낮은 효과가 있다.In other words, the generator (10) according to one embodiment can provide an excellent motor starting function, can have excellent performance at a load with high harmonic distortion compared to the self-excited method [SELF-EXCITED (SHUNT)], can improve performance at load fluctuations compared to the self-excited method [SELF-EXCITED (SHUNT)], can sustain a short-circuit current of 300% of the rated 60 Hz current for 10 seconds, can ensure a voltage increase even at residual magnetic loss during the starting of the alternator (10), is smaller in size than a PERMANENT MAGNET GENERATOR (PMG), and can reduce energy loss due to the smaller number of parts, thereby having the effect of lowering the risk of failure compared to a PERMANENT MAGNET GENERATOR (PMG).
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, in the embodiments of the present invention, specific matters such as specific components, etc., and limited examples and drawings have been described, but this is only provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiments described above, and those with ordinary skill in the art to which the present invention pertains can make various modifications and variations from this description. For example, even if the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or the described structures, devices, etc. components are combined or combined in a different form from the described method, or are replaced or substituted by other components or equivalents, appropriate results can be achieved. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all things that are equivalent or equivalent to the claims described below, as well as variations thereof, fall within the scope of the spirit of the present invention.
10: 발전기
100: 케이싱
200: 고정자
300: 회전자
400: 여자기
410: 전류자
420: 계자
430: 정류자
440: 베어링
500: 자동전압조절기
600: 냉각팬
W1: 제1권선
W2: 제2권선
W3: 제3권선
W4: 제4권선
W5: 제5권선 10: Generator
100: Casing
200: Stator
300: Rotor
400: Women's
410: Current
420: Account
430: Stopper
440: Bearing
500: Automatic voltage regulator
600: Cooling fan
W 1 : 1st winding
W 2 : Second winding
W 3 : Third winding
W 4 : 4th winding
W 5 : 5th winding
Claims (8)
상기 케이싱의 내부에 고정 배치된 고정자;
상기 고정자의 내부에 위치하며 샤프트를 중심으로 상기 고정자에 대해 회전하는 회전자;
상기 회전자와 전기적으로 연결되고 상기 샤프트에 회전 가능하게 배치되는 여자기; 및
상기 케이싱의 외부에 위치하며 상기 고정자 및 상기 여자기에 각각 전기적으로 연결된 자동전압조절기;
를 포함하고,
상기 여자기는 상기 회전자와 상기 여자기를 연결하는 제1권선을 통해 상기 회전자에 직접 연결되고, 상기 제1권선과 별개로 마련되는 제2권선을 통해 상기 자동전압조절기와 연결되며,
상기 여자기는,
상기 샤프트의 일단에 회전 가능하게 배치되고 상기 제1권선을 통해 상기 회전자와 연결되는 전류자; 및
상기 전류자를 둘러싸도록 상기 케이싱의 일단에 장착되고 상기 제2권선을 통해 상기 자동전압조절기와 연결되는 계자;
를 포함하며,
발전기가 잔류자를 잃을 경우 별도로 잔류자전원을 유기시키도록 발전기의 시동 시 자동으로 상기 계자를 플러싱하며,
상기 제1권선이 상기 회전자에 전압을 인가하면 상기 고정자는 정상 전압을 발생시켜 전원을 투입함으로써 전기를 사용하며, 부하전류에 따라 전압이 변동되면 상기 자동전압조절기가 상기 제2권선을 통해 더 높거나 얕은 전압을 공급하여 상기 고정자에 일정한 전압을 발생시키는, 발전기.
casing;
A stator fixedly arranged inside the above casing;
A rotor positioned inside the stator and rotating about the shaft relative to the stator;
an exciter electrically connected to the rotor and rotatably arranged on the shaft; and
An automatic voltage regulator positioned outside the casing and electrically connected to the stator and the exciter, respectively;
Including,
The above exciter is directly connected to the rotor through a first winding connecting the rotor and the exciter, and is connected to the automatic voltage regulator through a second winding provided separately from the first winding.
The above female member,
a current source rotatably arranged on one end of the shaft and connected to the rotor through the first winding; and
A field coil mounted on one end of the casing so as to surround the current collector and connected to the automatic voltage regulator through the second winding;
Including,
When the generator loses residual current, the above field is automatically flushed when the generator starts to generate residual current separately.
A generator in which, when the first winding applies voltage to the rotor, the stator generates a normal voltage to supply power and use electricity, and when the voltage fluctuates according to the load current, the automatic voltage regulator supplies a higher or shallower voltage through the second winding to generate a constant voltage in the stator.
상기 여자기는 상기 전류자 및 상기 회전자 사이에 위치하며 상기 제1권선 상에 배치되는 정류자를 더 포함하고,
상기 정류자는 상기 전류자로부터의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 상기 회전자로 전달하는, 발전기.
In the first paragraph,
The above-mentioned female element further includes a commutator positioned between the current generator and the rotor and arranged on the first winding,
A generator in which the commutator converts alternating current from the current generator into direct current and transmits it to the rotor.
상기 제2권선은 직류를 공급하는, 발전기.
In the first paragraph,
The above second winding is a generator that supplies direct current.
상기 자동전압조절기는 각각 전기적으로 분리되어 있는 제3권선, 제4권선 및 제5권선에 의해 상기 고정자와 연결되며,
상기 제3권선, 제4권선 및 제5권선 중 적어도 하나는 상기 고정자의 슬롯 내부에 밀봉되는, 발전기.
In the first paragraph,
The above automatic voltage regulator is connected to the stator by third, fourth and fifth windings, which are each electrically separated,
A generator, wherein at least one of the third, fourth and fifth windings is sealed within a slot of the stator.
상기 여자기는 상기 전류자와 상기 샤프트 사이에 장착되는 베어링을 더 포함하는, 발전기.
In the first paragraph,
A generator, wherein the female member further includes a bearing mounted between the current collector and the shaft.
상기 케이싱의 타단에 장착되는 냉각팬을 더 포함하는, 발전기.
In the first paragraph,
A generator further comprising a cooling fan mounted on the other end of the casing.
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