이동식 발전설비는 이송이나 설치의 편리성과 산간지역이나 도서지역 등의 전력 공급이 어려운 지역에서도 사용할 수 있는 장점을 갖고 있다. 하지만 기존의 이동식 발전설비는 공기식 시동시스템에 의해 기동 되므로 공기 압축기 및 탱크시스템 등이 필요하다. 이러한 장치의 추가로 공기시동시스템은 비용 및 용적률 측면에서 손실이 발생하고 에너지 효율이 감소하게 된다. 본 연구에서는 공기식 시동시스템의 단점을 개선하기 위해서 에너지 효율의 증가, 부피와 용적률 및 비용의 절감, 안전사고의 위험성 감소, 시동의 정확성 증가 및 시동시간의 감소 효과를 기대할 수 있는 전기시동전동기인 직류직권전동기를 개발하였다.
이동식 발전설비는 이송이나 설치의 편리성과 산간지역이나 도서지역 등의 전력 공급이 어려운 지역에서도 사용할 수 있는 장점을 갖고 있다. 하지만 기존의 이동식 발전설비는 공기식 시동시스템에 의해 기동 되므로 공기 압축기 및 탱크시스템 등이 필요하다. 이러한 장치의 추가로 공기시동시스템은 비용 및 용적률 측면에서 손실이 발생하고 에너지 효율이 감소하게 된다. 본 연구에서는 공기식 시동시스템의 단점을 개선하기 위해서 에너지 효율의 증가, 부피와 용적률 및 비용의 절감, 안전사고의 위험성 감소, 시동의 정확성 증가 및 시동시간의 감소 효과를 기대할 수 있는 전기시동전동기인 직류직권전동기를 개발하였다.
Packaged power systems are very convenient for transferring and installing, and can supply electric power steadily for the areas which have a great difficulty in drawing power line from the outside. Then, the equipments have been widely used in such mountain areas and the back of beyond. Generally, ...
Packaged power systems are very convenient for transferring and installing, and can supply electric power steadily for the areas which have a great difficulty in drawing power line from the outside. Then, the equipments have been widely used in such mountain areas and the back of beyond. Generally, compressed air has been employed to start the dynamo-engines for P.P.S. However, these systems necessitate air compressors, air tanks, air starting motors and pipe lines for transferring compressed air etc. Recently, starting systems which have only batteries and series DC motors as whole automobiles have been applied due to their simplicity and economy. In this paper, developed new starting motor for the P.P.S. And we achieved the better results from performance tests.: Output power, torque and speed.
Packaged power systems are very convenient for transferring and installing, and can supply electric power steadily for the areas which have a great difficulty in drawing power line from the outside. Then, the equipments have been widely used in such mountain areas and the back of beyond. Generally, compressed air has been employed to start the dynamo-engines for P.P.S. However, these systems necessitate air compressors, air tanks, air starting motors and pipe lines for transferring compressed air etc. Recently, starting systems which have only batteries and series DC motors as whole automobiles have been applied due to their simplicity and economy. In this paper, developed new starting motor for the P.P.S. And we achieved the better results from performance tests.: Output power, torque and speed.
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문제 정의
또한, 공기압축기, 배관자재 제작, 조립 및 설치 등에 과다한 비용과 생산 기간 및 인력이 투입될 뿐만 아니라 고압 압축공기에 의한 안전사고의 위험성을 가지고 있다.본 연구에서는 이러한 공기시동시스템의 문제점 및 단점을 개선하기 위해서 공기시동시스템과 달리, 전기에너지를 직접 기계에너지로 변환함으로써 에너지 효율의 증가, 부피와 용적률 및 비용의 절감, 안전사고의 위험성 감소, 시동의 정확성 증가 및 시동시간의 감소 효과를 기대할 수 있는 전기시동전동기를 개발하고자 하였다[1-3]. 이동식 발전설비 내 발전기의 원동기 시동용 전동기는 기동 시 큰 토크와 순간적으로 대전류가 공급되는 특수 전동기이며 제어가 용이해야 하므로 직류전동기가 적합하다.
[1]-[5] 또한, 디젤엔진 기동을 위한 전기시동전동기 개발에 있어서 핵심 기술은 시동전동기의 피니언 기어와 엔진 플라이휠이 접속되어 회전할 수 있도록 하는 시프팅 기능, 시동전동기의 기동 시 인가되는 과도한 기동 전류를 제한시키고 스위치에 발생되는 아크 손상(Arc Damage)을 방지할 수 있는 기동 접점과 직권과 분권을 혼용한 제어시스템 등이다. 연구 개발한 전기시동전동기는 기존의 육상 및 선박의 디젤발전기 원동기 기동용 뿐만 아니라 1차 전원공급이 어려운 도서지역이나 오지 등의 지역적 제한이 없는 컨테이너형 이동식 발전설비에 설치를 목적으로 하였다.
중·소형 엔진의 시동을 위한 전기시동전동기에 대한 국내 연구개발이 전무한 상황에서 국내의 이동식발전설비 생산업체가 사용하고 있는 공기식시동시스템은 패키지형 발전설비의 부피 및 생산가격이 증가되고 부속장치의 특성상 고장의 위험이 높은 단점을 가지고 있었다. 이러한 단점을 개선하기 위해서 새로운 시동방식인 시동전동기를 이용한 방식을 제안하였으며 이에 적합한 기동 토크가 크고 시동제어가 용이한 직류직권전동기와 시동제어장치를 개발하게 되었다. 개발된 전동기의 성능분석 결과, 현재 세계최고 수준의 세계 타사 제품과 비교하여 출력 및 기동특성에서 우수한 결과를 얻을 수 있었으며 최대 출력면에서는 비교우위의 성능을 보임을 알 수 있었다.
제안 방법
개발 제품의 성능 분석을 위해 성능 시험장치 및 데이터 측정 시스템을 구축하였다. 표 3은 성능 시험장치 및 데이터 측정 시스템의 사양이며 Figure 11는 성능시험장치를 나타낸다.
전기시동전동기 기동제어장치의 핵심은 전동기 축이 이동될 수 있도록 아마추어 축 끝단에 스플라인을 형성하여 피니언 축의 스플라인과 치합되게 하며, 솔레노이드 스위치에 의하여 작동되는 브레이크의 작용에 의해 피니언이 엔진 링기어에 치합되고 피니언의 회전 속도가 전동기의 회전속도보다 빠른 경우에는 스플라인의 작용에 의해 피니언이 후퇴하여 엔진 링기어와의 결합이 해제되도록 하는 부분과 시동전동기의 기동시 인가되는 과도한 기동 전류를 제한하고 스위치에서 발생되는 아크 손상(Arc Damage)을 방지 할 수 있는 기동 접점과 제어시스템이다. 특히, 본 연구에서는 피니언이 엔진 링기어에 완전히 치합된 후 기동전원이 투입되도록 하는 기동 안전장치를 두었으며 Figure 8에서 볼 수 있듯이 정지시 신속한 접점의 이탈을 통해 스위치 손상을 방지하기 위해 직권 권선과 분권 권선을 혼용하였다.
성능/효과
이러한 단점을 개선하기 위해서 새로운 시동방식인 시동전동기를 이용한 방식을 제안하였으며 이에 적합한 기동 토크가 크고 시동제어가 용이한 직류직권전동기와 시동제어장치를 개발하게 되었다. 개발된 전동기의 성능분석 결과, 현재 세계최고 수준의 세계 타사 제품과 비교하여 출력 및 기동특성에서 우수한 결과를 얻을 수 있었으며 최대 출력면에서는 비교우위의 성능을 보임을 알 수 있었다. 또한 부드러운 시동을 위한 시동제어장치를 설치한 결과 시동 및 정지 시 양호한 결과를 보였다.
개발된 전동기의 성능분석 결과, 현재 세계최고 수준의 세계 타사 제품과 비교하여 출력 및 기동특성에서 우수한 결과를 얻을 수 있었으며 최대 출력면에서는 비교우위의 성능을 보임을 알 수 있었다. 또한 부드러운 시동을 위한 시동제어장치를 설치한 결과 시동 및 정지 시 양호한 결과를 보였다.
개발된 전기시동전동기의 성능 분석을 위해 전동기의 공급전류에 대한 전압, 토크, 출력 및 속도값을 Figure 11의 성능시험장치를 사용하여 측정하였다. 본 연구개발에서 목표로 하였던 전기시동 전동기의 출력은 12[kW] 였으나 개발 제품은 13[kW]로서 목표치를 상향하는 성과를 얻었다. 또한, 토크, 전류, 작동전압, 시동회전수, 시동시간 및 내구성에 있어서도 목표값을 달성하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기존의 이동식 발전설비는 어떤 문제점을 가지고 있는가?
Figure 2와 같은 기존의 이동식 발전설비의 경우는 공기압축설비, 공기 저장설비 및 배관계통의 설치로 인해 부피가 커지며 많은 장치로 인해 고장 및 안전성의 문제점을 가지게 된다.
디젤발전기의 원동기 기동에 주로 사용되는 공기시동시스템의 구성에 추가로 필요한 공기 압축기 및 탱크시스템 등에서는 어떠한 문제가 발생하는가?
디젤발전기의 원동기 기동은 주로 공기시동시스템을 사용하고 있으며 공기시동시스템의 구성에는 공기 압축기 및 탱크시스템 등이 필요하다. 이러한 장치의 추가로 공기시동시스템은 비용 및 용적률 측면에서 손실이 발생하고 에너지 효율이 감소하게 된다. 또한, 공기압축기, 배관자재 제작, 조립 및 설치 등에 과다한 비용과 생산기간 및 인력이 투입될 뿐만 아니라 고압 압축공기에 의한 안전사고의 위험성을 가지고 있다.본 연구에서는 이러한 공기시동시스템의 문제점 및 단점을 개선하기 위해서 공기시동시스템과 달리, 전기에너지를 직접 기계에너지로 변환함으로써 에너지 효율의 증가, 부피와 용적률 및 비용의 절감, 안전사고의 위험성 감소, 시동의 정확성 증가 및 시동시간의 감소 효과를 기대할 수 있는 전기시동전동기를 개발하고자 하였다[1-3].
이동식 발전설비는 어떤 특징을 가지는가?
이동식 발전설비는 컨테이너 내부에 제너레이터, 디젤엔진 및 발전기 운전에 필요한 각종 설비를 담은 소규모 패키지형 발전기로서 이동과 설치가 용이하며 가격이 저렴한 중유를 연료로 사용할 수 있어 경제적인 특징을 가진다. 또한 외부 전원의 공급이 필요하지 않으므로 산간오지, 도서지역, 전시지역 및 재난이 발생한 지역 등에서 제한없이 사용할 수 있는 설치의 편리성과 컨테이너 내부에 모든 설비를 설치하여 운용하므로 안정성도 확보할 수 있다.
참고문헌 (5)
A. E. Fitzgerald, Charles Kingsley, and Jr. Sthphen D. Umans Electric Machinery McGraw-Hill Book Company, 2010.
김성환.김종수.오세진.김현수 실용전기기기 상학당, 2011.
P. C. Krause, Analysis of Electrical Machinery, McGraw-Hill Book Company, 1987.
B. K. Bose, Power Electronics and AC Drives, Prentice-Hall, 1987.
Stephen J. Chapman, Electric Machinery and Power System, McGraw-Hill Book Company, 2002.
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