KR101427629B1 - generator system using multy phase generator body and capacitorless controller - Google Patents

generator system using multy phase generator body and capacitorless controller Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a multi-phase generator body capable of improving reliability and reducing maintenance costs by enabling a capacitorless controller applying the multi-phase generator body and a generator system in which the capacitorless controller is applied. A generation system given in the present invention includes an engine (110) which is a power source; a multi-phase generator (120) which is rotated by the engine (110) and outputs multi-phase AC power; and a capacitorless controller (130) which rectifies the output of the multi-phase generator (120) into DC, controls the DC power rectified without a capacitor with PWM, converts the power into stable single-phase or three-phase AC power, and supplies the converted power to a load (20). The capacitorless controller (130) includes a full-wave rectifier (132) which rectifies multi-phase AC power; a power circuit (134) which converts the DC power of the full-wave rectifier (132) into single-phase or three-phase AC power required by the load according to a PWM driving signal and outputs the converted power; and a controller (136) which monitors the input/output voltage of the power circuit (134) and controls the power circuit (134) to supply the stable single-phase or three-phase AC power to the load (20). According to the present invention, the generation system is able to build the capacitorless controller using the multi-phase generator and accordingly make the system compact. Furthermore, by removing capacitors which cause relatively frequent failures, reliability can be improved and maintenance costs can be reduced.

Description

다상발전기 동체 및 커패시터리스 제어기를 적용한 발전기 시스템{ GENERATOR SYSTEM USING MULTY PHASE GENERATOR BODY AND CAPACITORLESS CONTROLLER }TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a generator system using a multifunctional generator fuselage and a capacitorless controller,

본 발명은 발전기 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다상발전기 동체를 적용하여 커패시터리스 제어기를 가능하게 함으로써 신뢰성을 향상시키고 유지보수 비용을 절감할 수 있는 다상발전기 동체 및 커패시터리스 제어기를 적용한 발전기 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a generator system, and more particularly, to a generator system employing a multiphase generator body and a capacitorless controller capable of improving reliability and reducing maintenance cost by applying a multiphase generator body to a capacitorless controller .

일반적으로, 발전기 시스템은 풍력이나 수력, 원동기 등과 같은 동력원과, 동력원에 의해 회전되어 교류전력을 발생하는 단상 혹은 삼상 발전기와, 삼상 발전기의 동작을 제어하여 출력을 안정화시키는 제어기로 구성되어 부하에 단상이나 삼상 전원을 공급하는 시스템이다.Generally, a generator system is composed of a power source such as a wind power, a hydraulic power, a prime mover, a single-phase or three-phase generator that is rotated by a power source to generate an AC power, and a controller that controls the operation of the three- Or three-phase power supply.

전형적인 발전기 시스템은 동력원으로서 엔진을 사용하고, 엔진에 의해 단상이나 삼상 발전기가 회전되어 단상이나 삼상 교류전원을 공급하는데, 종래에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 출력에 존재하는 리플 등을 제거하고 효율을 개선하기 위하여 제어기에 진상 커패시터(C)가 사용되고 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 엔진(11)에 의해 단상이나 3상 발전기(12)가 회전되어 단상이나 3상 교류전원을 발생하고, 발생된 단상이나 3상 교류전원은 진상 커패시터(C)에 안정화되어 부하(20)에 직접 전달되거나 정류기(14)와 진상 커패시터(C)와 인버터(15)로 이루어진 컨트롤러(13)를 거쳐 부하(20)에 전달된다.A typical generator system uses an engine as a power source, and a single-phase or three-phase generator is rotated by an engine to supply single-phase or three-phase AC power. Conventionally, as shown in FIGS. 1 and 2, A phase-advance capacitor (C) is used in the controller to remove and improve efficiency. 1 and 2, the single-phase or three-phase generator 12 is rotated by the engine 11 to generate a single-phase or three-phase AC power, and the generated single-phase or three- And is directly transferred to the load 20 or transferred to the load 20 via the controller 13 composed of the rectifier 14 and the phase-inverting capacitor C and the inverter 15.

그런데 진상 커패시터(C)가 사용된 제어기는 고용량의 커패시터 사용에 의해 제품 단가가 비싸고, 고장이 자주 발생되어 유지보수 비용이 많이 드는 문제점이 있다.
However, the controller using the phase-advance capacitor (C) is expensive due to the use of a high-capacity capacitor, and the maintenance is costly because the breakdown is frequently generated.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 단상이나 삼상 발전기 대신에 다상 발전기를 사용하여 제어기에서 진상 커패시터를 제거함으로써 신뢰성을 향상시키고 유지보수 비용을 줄일 수 있는 다상발전기 동체 및 커패시터리스 제어기를 적용한 발전기 시스템을 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a multiphase generator capable of improving reliability and reducing maintenance cost by removing a phase- And a generator system to which a generator fuselage and a capacitorless controller are applied.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 시스템은, 동력원인 엔진; 상기 엔진에 의해 회전되어 다상 교류전원을 출력하는 다상 발전기; 및 상기 다상 발전기의 출력을 직류로 정류한 후 커패시터없이 정류된 직류전원을 PWM 제어하여 다시 안정적인 단상이나 삼상 교류전원으로 변환하여 부하에 공급하는 커패시터리스 제어기로 구성된 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a system including: an engine as a power source; A polyphase generator rotated by the engine to output a polyphase AC power; And a capacitorless controller for rectifying the output of the polyphase generator to DC, PWM-controlling the rectified DC power without the capacitor, converting it into a stable single-phase or three-phase AC power, and supplying it to the load.

상기 커패시터리스 제어기는 다상의 교류전원을 각각 정류하는 전파 정류기와, 상기 전파 정류기의 직류전원을 PWM 구동신호에 따라 부하에서 요구하는 단상이나 3상으로 교류화하여 출력하는 파워회로와, 상기 파워회로의 입/출력 전압을 모니터링하여 안정적인 단상 또는 3상 교류전원을 부하측에 제공하도록 제어하는 컨트롤러로 구성된다.The capacitorless controller includes a full-wave rectifier for rectifying alternating-current power of a multiphase, a power circuit for converting the direct-current power of the full-wave rectifier into a single-phase or three- And a controller that monitors the input / output voltage of the inverter to provide stable single-phase or three-phase AC power to the load side.

상기 컨트롤러는 파워회로의 출력전압을 감지하기 위한 출력 감지부와, 감지된 신호를 증폭하여 피드백시키는 피드백부와, 기준전압(Vref)과 감지된 피드백전압(V)을 비교하는 감산기와, 상기 감산기의 차전압을 입력받아 제어전압을 출력하는 전압제어기와, 상기 파워회로의 입력전압을 감지함과 아울러 상기 전압제어기의 제어전압을 입력받아 보상신호를 출력하는 전압감지 및 보상부와, 상기 보상신호를 입력받아 파워회로의 전력 반도체 소자를 구동하기 위한 PWM 구동신호를 생성하는 PWM구동부로 구성된다.
The controller includes an output sensing unit for sensing the output voltage of the power circuit, a feedback unit for amplifying and feedbacking the sensed signal, a subtractor for comparing the reference voltage Vref with the sensed feedback voltage V, A voltage sensing and compensating unit for sensing an input voltage of the power circuit and receiving a control voltage of the voltage controller and outputting a compensation signal; And a PWM driver for generating a PWM drive signal for driving the power semiconductor device of the power circuit.

본 발명에 따른 발전 시스템은 다상 발전기를 사용함으로써 커패시터리스 제어기를 구현할 수 있고, 이에 따라 컴택트화를 가능하게 함과 아울러 상대적으로 고장이 잦은 커패시터가 제거되어 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 유지보수비용을 절감할 수 있다.The power generation system according to the present invention can realize a capacitorless controller by using a polyphase generator, thereby making it possible to increase the reliability by eliminating a capacitor having a relatively frequent fault, Can be saved.

또한 본 발명의 발전 시스템은 고효율화, THD 저감, 전압 맥동률 저감 및 전압변동률 저감의 효과가 있다.
Further, the power generation system of the present invention has effects of high efficiency, reduction in THD, reduction in voltage pulse rate, and reduction in voltage variation rate.

도 1은 종래 발전 시스템의 제1 실시예를 도시한 개략도,
도 2는 종래 발전 시스템의 제2 실시예를 도시한 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 발전기 시스템의 구성을 도시한 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 발전기 시스템의 회로를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 커패시터리스 제어기의 구성 블럭도,
도 6은 본 발명에 적용되는 다상 발전기의 전압 맥동 파형의 예이다.1 is a schematic view showing a first embodiment of a conventional power generation system,
2 is a schematic view showing a second embodiment of a conventional power generation system,
3 is a schematic view showing a configuration of a generator system according to the present invention,
4 is a circuit diagram of a generator system according to the present invention,
5 is a block diagram of a configuration of a capacitorless controller according to the present invention,
6 is an example of a voltage pulsation waveform of the polyphase generator according to the present invention.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings. The following examples are merely illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 발전기 시스템의 구성을 도시한 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따른 발전기 시스템의 회로도의 예이다.Fig. 3 is a schematic view showing a configuration of a generator system according to the present invention, and Fig. 4 is an example of a circuit diagram of a generator system according to the present invention.

본 발명에 따른 발전기 시스템(100)은 도 3에 도시된 바와 같이, 동력원인 엔진(110)과, 엔진(110)에 의해 회전되어 다상 교류전원을 출력하는 다상 발전기(120)와, 다상 발전기(120)의 출력을 직류로 정류한 후 커패시터없이 정류된 직류전원을 PWM 제어하여 다시 안정적인 삼상 교류전원으로 변환하여 부하(20)에 공급하는 커패시터리스 제어기(130)로 구성된다.3, a generator system 100 according to the present invention includes an engine 110 as a power source, a polyphase generator 120 that is rotated by the engine 110 to output a polyphase AC power, And a capacitorless controller 130 for rectifying the output of the DC-DC converter 120 to DC, PWM-controlling the rectified DC power without the capacitor, converting the DC power to a stable three-phase AC power and supplying it to the load 20.

도 3 및 도 4를 참조하면, 다상 발전기(120)는 원통형의 고정자와 영구자석을 갖는 회전자로 구성되고, 커패시터리스 제어기(130)는 다상의 교류전원을 각각 정류하는 전파 정류기(132)와, 전파 정류기(132)의 직류전원을 PWM 구동신호에 따라 부하에서 요구하는 단상이나 3상으로 교류화하여 출력하는 파워회로(134)와, 파워회로(134)의 입/출력 전압을 모니터링하여 안정적인 단상 또는 3상 교류전원을 부하(20)측에 제공하도록 제어하는 컨트롤러(136)로 구성된다.3 and 4, the multiphase generator 120 includes a cylindrical stator and a rotor having a permanent magnet. The capacitorless controller 130 includes a full-wave rectifier 132 for rectifying multiphase AC power, A power circuit 134 for converting the DC power of the full-wave rectifier 132 into a single-phase or three-phase alternating current requested by the load in accordance with the PWM driving signal, And a controller 136 for controlling the single-phase or three-phase AC power source to be provided on the side of the load 20.

본 발명의 실시예에서 파워회로(134)는 전력 반도체 소자(Q1~Q4)로 구성되고, 컨트롤러(136)의 PWM구동신호에 따라 해당 전력 반도체 소자(Q1~Q4)를 구동하여 단상 교류전원을 부하(20)측에 공급한다.In the embodiment of the present invention, the power circuit 134 is constituted by the power semiconductor elements Q1 to Q4 and drives the corresponding power semiconductor elements Q1 to Q4 in accordance with the PWM drive signal of the controller 136 to generate a single- To the load 20 side.

도 5는 본 발명에 따른 커패시터리스 제어기의 구성 블럭도이고, 도 6은 본 발명에 적용되는 다상 발전기의 전압 맥동 파형의 예이다.FIG. 5 is a block diagram of a configuration of a capacitorless controller according to the present invention, and FIG. 6 is an example of a voltage pulsation waveform of a multiphase generator according to the present invention.

본 발명에 따른 컨트롤러(136)는 도 5에 도시된 바와 같이, 파워회로(134)의 출력전압을 감지하기 위한 출력 감지부(136-5)와, 감지된 신호를 증폭하여 피드백시키는 피드백부(136-6)와, 기준전압(Vref)과 감지된 피드백전압(V)을 비교하는 감산기(136-1)와, 감산기(136-1)의 차전압을 입력받아 제어전압을 출력하는 전압제어기(136-2)와, 파워회로(134)의 입력전압을 감지함과 아울러 전압제어기(136-2)의 제어전압을 입력받아 보상신호를 출력하는 전압감지 및 보상부(136-3)와, 보상신호를 입력받아 파워회로(134)의 전력 반도체 소자(Q1~Q4)를 구동하기 위한 PWM 구동신호를 생성하는 PWM구동부(136-4)로 구성된다.5, the controller 136 according to the present invention includes an output sensing unit 136-5 for sensing the output voltage of the power circuit 134, and a feedback unit (not shown) for amplifying and feedbacking the sensed signal A subtracter 136-1 for comparing the reference voltage Vref with the sensed feedback voltage V and a voltage controller for receiving the difference voltage between the subtractor 136-1 and the voltage controller A voltage sensing and compensating unit 136-3 for sensing an input voltage of the power circuit 134 and receiving a control voltage of the voltage controller 136-2 and outputting a compensation signal, And a PWM driver 136-4 that receives a signal and generates a PWM drive signal for driving the power semiconductor devices Q1 to Q4 of the power circuit 134.

도 5를 참조하면, 엔진(110)의 회전에 의해 다상 발전기(120)는 다상 교류전원을 발전하고, 각 상의 교류전원은 다이오드로 구현된 전파 정류기(132)에 의해 정류되어 도 6에 도시된 바와 같은 맥동 파형을 생성한다. 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 다상 발전기(120)의 정류된 맥동 파형은 매우 작아 정류기(132)와 파워회로(134) 사이에 진상 커패시터를 제거하여 사용할 수 있다.5, the rotation of the engine 110 causes the polyphase generator 120 to generate a polyphase AC power, and the AC power of each phase is rectified by a full-wave rectifier 132 implemented as a diode, And generates a pulsating waveform such as a bar. 6, the rectified pulsation waveform of the polyphase generator 120 according to the present invention is very small, so that a phase-progressive capacitor can be removed between the rectifier 132 and the power circuit 134 and used.

파워회로(134)는 커패시터가 없는 정류기(132)의 직류전원을 입력받아 컨트롤러(136)의 PWM 구동신호에 따라 부하에서 필요로 하는 단상이나 삼상 교류전원을 제공한다.The power circuit 134 receives the DC power of the rectifier 132 without a capacitor and provides a single phase or three-phase AC power required at the load in accordance with the PWM drive signal of the controller 136.

이와 같이 본 발명에 따른 발전기 시스템은 다상발전기를 사용함으로써 커패시터리스 제어기를 구현할 수 있고, 이에 따라 컴택트화를 가능하게 함과 아울러 상대적으로 고장이 잦은 커패시터가 제거되어 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 유지보수비용을 절감할 수 있다.
As described above, the generator system according to the present invention can realize the capacitorless controller by using the polyphase generator, thereby making it possible to increase the reliability by eliminating the capacitor with relatively frequent faults, The maintenance cost can be reduced.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims.

110: 엔진 120: 다상발전기
130: 커패시터리스 제어기 132: 정류기
134: 파워회로 136: 컨트롤러
136-1: 감산기 136-2: 전압제어기
136-3: 전압감지 및 보상부 136-4: PWM구동부
136-5: 출력 감지부 136-6: 피드백부
20: 부하110: engine 120: polyphase generator
130: Capacitorless controller 132: Rectifier
134: power circuit 136: controller
136-1: subtracter 136-2: voltage controller
136-3: Voltage detection and compensation unit 136-4: PWM driving unit
136-5: output detection unit 136-6: feedback unit
20: Load

Claims (3)

삭제delete 동력원인 엔진(110);
상기 엔진(110)에 의해 회전되어 다상 교류전원을 출력하는 다상 발전기(120); 및
상기 다상 발전기(120)의 출력을 직류로 정류한 후 커패시터없이 정류된 직류전원을 PWM 제어하여 다시 안정적인 단상이나 삼상 교류전원으로 변환하여 부하(20)에 공급하는 커패시터리스 제어기(130)를 포함하고,
상기 커패시터리스 제어기(130)는
다상의 교류전원을 각각 정류하는 전파 정류기(132)와,
상기 전파 정류기(132)의 직류전원을 PWM 구동신호에 따라 부하에서 요구하는 단상이나 3상으로 교류화하여 출력하는 파워회로(134)와,
상기 파워회로(134)의 입/출력 전압을 모니터링하여 안정적인 단상 또는 3상 교류전원을 부하(20)측에 제공하도록 제어하는 컨트롤러(136)로 구성된 것을 특징으로 하는 다상발전기 동체 및 커패시터리스 제어기를 적용한 발전기 시스템.An engine 110 as a power source;
A polyphase generator 120 rotated by the engine 110 to output a polyphase AC power; And
And a capacitorless controller 130 for rectifying the output of the polyphase generator 120 to DC, PWM-controlling the rectified DC power without the capacitor, converting it into a stable single-phase or three-phase AC power, and supplying it to the load 20 ,
The capacitorless controller (130)
A full-wave rectifier 132 for rectifying alternating-current power of the polyphase,
A power circuit 134 for converting the direct current power of the full-wave rectifier 132 into a single-phase or three-phase alternating current requested by the load in accordance with the PWM driving signal,
And a controller (136) for monitoring the input / output voltage of the power circuit (134) to provide a stable single-phase or three-phase AC power to the load (20) side. Applied generator system. 제2항에 있어서, 상기 컨트롤러는
파워회로(134)의 출력전압을 감지하기 위한 출력 감지부(136-5)와,
감지된 신호를 증폭하여 피드백시키는 피드백부(136-6)와,
기준전압(Vref)과 감지된 피드백전압(V)을 비교하는 감산기(136-1)와,
상기 감산기(136-1)의 차전압을 입력받아 제어전압을 출력하는 전압제어기(136-2)와,
상기 파워회로(134)의 입력전압을 감지함과 아울러 상기 전압제어기(136-2)의 제어전압을 입력받아 보상신호를 출력하는 전압감지 및 보상부(136-3)와,
상기 보상신호를 입력받아 파워회로(134)의 전력 반도체 소자(Q1~Q4)를 구동하기 위한 PWM 구동신호를 생성하는 PWM구동부(136-4)로 구성된 것을 특징으로 하는 다상발전기 동체 및 커패시터리스 제어기를 적용한 발전기 시스템.3. The apparatus of claim 2, wherein the controller
An output sensing unit 136-5 for sensing an output voltage of the power circuit 134,
A feedback unit 136-6 for amplifying and feeding back the sensed signal,
A subtracter 136-1 for comparing the reference voltage Vref with the sensed feedback voltage V,
A voltage controller 136-2 receiving a difference voltage of the subtractor 136-1 and outputting a control voltage,
A voltage sensing and compensating unit 136-3 for sensing an input voltage of the power circuit 134, receiving a control voltage of the voltage controller 136-2 and outputting a compensation signal,
And a PWM driving unit (136-4) receiving the compensation signal and generating a PWM driving signal for driving the power semiconductor devices (Q1 to Q4) of the power circuit (134). The multiphase generator body and the capacitorless controller .
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