휴대용 발전기의 알터네이터 및 AVR 성능개선을 위한 설계에 관한 연구

Abstract

발전기의 성능은 알터네이터와 AVR(automatic voltage regulator)의 설계에 의해 결정된다. 본 논문은 6.5 kW급 휴대용 소형 발전기의 알터네이터와 AVR의 성능을 개선하기 위한 설계에 관한 것이다.

기존 알터네이터의 경우 고정자 철심의 형상문제로 인해 슬롯주변과 계철부분의 자로폭이 좁아 이 부분에서 자속의 포화가 발생할 수 있었다. 따라서 알터네이터 고정자 철심 형상을 원형에서 사각형으로 변경하여 자속포화를 완화하고 대신에 고정자 철심의 적층길이를 줄일 것을 제안하였다. 제안 모델에 대한 2차원 FEM을 이용한 특성해석 결과, 기존 모델과 동등한 출력성능이 확인되었다. 이는 단위 체적당 출력밀도가 개선된 결과로 판단된다.

아날로그 AVR은 부하 변동시 전압이 비정상 상태가 되었다가 다시 정상상태로 돌아가는데 걸리는 시간, 즉 시정수가 빠른 장점이 있었다. 하지만 아날로그 AVR은 부하변동에 따른 전압변동이 큰 문제가 있었다. 디지털 AVR의 전압 변동률은 매우 안정적이지만, 시정수가 아날로그 AVR에 비해 매우 길어 부하변동이 매우 큰 상황에서 불안정한 출력성능을 나타내었다. 이에 본 연구에서는 두 AVR의 혼합된 형태를 가지며 빠른 시정수와 안정된 전압조정능력의 장점을 갖는 하이브리드 AVR을 제안하였다.

본 연구를 통해 제안된 알터네이터 및 하이브리드 AVR 시작기를 제작하여 실험하였다. 제안된 알터네이터는 줄어든 체적에도 불구하고 기존 제품에 비해 동등한 성능을 보였다. 하이브리드 AVR의 경우 부하에 따른 전압 변동이 1% 이내로 제한되었고, 전압 안정률도 개선되었다. 또한 아날로그 AVR 수준의 빠른 시정수를 나타내었다. 따라서 본 연구를 통해서 개발된 알터네이터 및 하이브리드 AVR은 산업현장에서 다양한 용도의 전원공급장치로 활용될 수 있을 것이다.