JP2009044836A - 船舶用電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】船舶内における設備機器の個数や設置面積の低減を図るとともに電気的損失の低減を図ること。
【解決手段】軸発電機１は船舶の主エンジン２によって駆動される。この軸発電機１の出力を変換装置３により定電圧・定周波数の交流電力に変換し、交流リアクトル４を介して船内負荷への電路である母線７に供給する。同期調相機１０は、交流リアクトル４の中間タップまたは出力側に接続されて変換装置３から出力される電力に無効電力を供給する。変換装置３と交流リアクトル４との間には遮断器１５が設けられており、同期調相機１０は、原動機１２の駆動および遮断器１５の遮断動作により、軸発電機１の系統に代わって母線７に単独で電力を供給する発電機に兼用できるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶内の負荷に電力を供給する船舶用電力供給システムに関するものである。

従来から船舶においては、主エンジンにより発電される軸発電機の系統と、軸発電機が停止しているときに電力を供給する発電機の系統とを備えて船舶内に電力を供給している。

軸発電機は、プロペラ軸を回転させる主エンジンにより駆動されて発電するが、主エンジンの回転数が航行状態により変化し、軸発電機の出力電圧も変化するので、この可変電圧・可変周波数を定電圧・定周波数に変換するために変換装置が設けられている。

変換装置はコンバータおよびインバータを備え、軸発電機からの交流を一旦コンバータにより直流に変換し、インバータにより交流に変換して有効電力を出力する。また変換装置から出力される電圧を一定に保つために無効電力を供給する同期調相機が設けられ、この無効電力および変換装置からの有効電力は、遮断器を介して船内負荷への電路である母線に供給される。（特許文献１参照）
一方、軸発電機とは別系統で、原動機により駆動される発電機が設けられており、この発電機の出力による有効電力と無効電力が遮断器を介して母線に供給されるようになっている。

すなわち、船舶は主エンジンで航行するので、航行中は軸発電機の系統の単独運転または軸発電機の系統と発電機の系統の並列運転、もしくは発電機の系統の単独運転を行い、船舶の停泊中は主エンジンを運転できないことが多いことから発電機の系統の単独運転を行うようになっている。
特開平１１−１５０８６６号公報

ところで、上記従来の電力供給システムにおいて、同期調相機は、軸発電機の系統を単独運転する場合と軸発電機の系統と発電機の系統を並列運転する場合に、軸発電機の系統に無効電力を供給するために駆動される。他方、発電機の系統を単独運転する場合には、同期調相機は停止して発電機が駆動されるようになっている。

このため同じ発電機能を有する同期調相機と発電機を個別に設ける必要があり、設備機器の個数が増加するばかりか、設置面積の増大を招き、また電気的な損失も増加するという問題があった。

本発明は、上述のような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、船舶内における設備機器の個数や設置面積の低減を図るとともに電気的損失の低減を図ることのできる船舶用電力供給システムを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明による船舶用電力供給システムは、船舶の主エンジンによって駆動される軸発電機と、この軸発電機の出力を定電圧・定周波数の交流電力に変換する変換装置と、この変換装置と船内負荷への電路である母線との間に設けられ、変換装置の出力電圧歪みを抑制する交流リアクトルと、この交流リアクトルの中間タップまたは出力側に接続されて変換装置から出力される電力に無効電力を供給する同期調相機と、変換装置と交流リアクトルとの間に設けられた遮断器と、を備え、同期調相機を、母線に単独で電力を供給する発電機に兼用したことを特徴とする。

また本発明は、船舶の主エンジンによって駆動される軸発電機と、この軸発電機の出力を定電圧・定周波数の交流電力に変換する変換装置と、この変換装置と船内負荷への電路である母線との間に設けられ、変換装置の出力電圧歪みを抑制する交流リアクトルと、この交流リアクトルの中間タップまたは出力側に接続されて変換装置から出力される電力に無効電力を供給するとともに第１の遮断器を介して母線に接続された同期調相機と、この同期調相機と交流リアクトルとの間に設けられた第２の遮断器と、を備え、同期調相機を、母線に単独で電力を供給する発電機に兼用したことを特徴とする。

本発明によれば、同期調相機を、単独運転できる発電機と兼用できるように構成したので、専用の同期調相機が不要となり、設備機器の個数および設置面積の低減を図ることができる。また専用の同期調相機と発電機の並列運転がないので、電気的損失の低減を図ることができ、しかも発電機兼同期調相機が常時稼動するので、設備稼働効率の向上も図ることができる。

以下、本発明による船舶用電力供給システムの実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施の形態に係る船舶用電力供給システムを示す回路図である。図１において、軸発電機１は、船舶のプロペラ軸を回転させる主エンジン２に連結されて駆動される。この軸発電機１により発電される電力は、変換装置３、交流リアクトル４および遮断器５を介して船内負荷６への電路である母線７に供給されるようになっている。軸発電機１は、母線７から電力供給された自動電圧調整器８により界磁巻線９に流れる電流が調整されて出力電圧が制御されるようになっている。

変換装置３は、主エンジン２の回転数が航行状態により変化し、それに伴って軸発電機１の出力電圧も変化するので、この可変電圧・可変周波数を定電圧・定周波数に変換するために設けられる。この変換装置３は、コンバータおよび他励式インバータを備え、軸発電機１からの交流を一旦コンバータにより直流に変換し、他励式インバータにより交流に変換して有効電力を出力する。変換装置３の他励式インバータは、サイリスタの転流時に電圧波形に陥没歪みを発生するので、この陥没歪みを抑制するために交流リアクトル４が設けられている。

交流リアクトル４は、同一鉄心上に直列接続の２つの巻線を巻装して構成されており、その中間タップには、変換装置３から出力される電圧を一定に保つために無効電力を供給する同期調相機１０の出力端が接続されている。同期調相機１０の出力端を交流リアクトル４の中間タップに接続しているのは、他励式インバータから巻線に流入する電流と、同期調相機１０から中間タップを介して巻線に流入する電流とにより生じる磁束が加わり合うようにすることによって他励式インバータの出力電圧波形の陥没歪みを完全に抑制するためである。なお、同期調相機１０の出力端は、直列接続の二つの巻線の中間タップに接続する構成に代えて、交流リアクトル４を波形改善リアクトルとして構成し、その出力側（交流リアクトル４と遮断器５の間）に接続して構成することもできる。

そしてこの交流リアクトル４からの無効電力および有効電力が遮断器５を介して母線７に供給される。

ここで、同期調相機１０は、クラッチ１１を介して原動機１２に接続されており、また母線７から電力供給された自動電圧調整器１３により界磁巻線１４に流れる電流が調整されて出力電圧が制御されるようになっている。そしてこの同期調相機１０が母線７に単独で電力を供給する発電機として兼用できるように、変換装置３と交流リアクトル４との間に遮断器１５が設けられている。なお、発電機兼同期調相機１０とすることで、皮相電力で決定される容量は大きくなるが構造的にはほとんど変わらない。

かかる構成の船舶用電力供給システムにおいて、船舶停止時、遮断器１５は遮断の状態にあり、主エンジン２も停止していることから軸発電機１の系統の電力は母線７には供給されていない。この状態のときに発電機を兼用する同期調相機１０は、原動機１２によりクラッチ１１を介して駆動されて発電し、中間タップ付き交流リアクトル４および遮断器５を介して単独で母線７に電力を供給している。この際、発電機兼同期調相機１０は、自動電圧調整器１３により一定電圧に調整される。

次に船舶が航行を開始し、主エンジン２で軸発電機１を駆動し、変換装置３を介して発電できる状態になると、遮断器１５を投入し、中間タップ付き交流リアクトル４を介して変換装置３からの電力を母線７に供給するようにして軸発電機１と発電機兼同期調相機１０との並列運転とする。このとき変換装置３で軸発電機１の出力電圧が制御され、変換装置３から定電圧・定周波数の電力が出力される。また発電機兼同期調相機１０から単独で供給していた電力は、一旦、図示しない他の発電機で供給するように負荷移行が行われ、この際、発電機兼同期調相機１０は、交流リアクトル４へ無効電力を供給する運転となり、クラッチ１１の開放により原動機１２が切り離される。そして図示しない他の発電機に負荷移行していた電力系統を軸発電機１の系統に移行し、軸発電機１から母線７へ電力供給を開始する。

次に船舶が停止する場合は、上記と逆の順序で制御され、原動機１２を連結して発電機を兼用する同期調相機１０を駆動し、遮断器１５を遮断して交流リアクトル４および遮断器５を介して単独で母線７に電力を供給することになる。

このように本実施の形態によれば、同期調相機１０を、単独運転できる発電機と兼用できるように構成したことにより、専用の同期調相機が不要となり、設備機器の個数および設置面積の低減を図ることができる。また専用の同期調相機と発電機の並列運転がないので、電気的損失の低減を図ることができ、しかも発電機兼同期調相機１０が常時稼動することにより設備稼働効率の向上も図ることができる。

図２は、本発明の第２実施の形態に係る船舶用電力供給システムを示す回路図である。図２において、本実施の形態が第１実施の形態と異なる点は、変換装置３と交流リアクトル４との間に遮断器１５を設ける構成に代えて、発電機兼同期調相機１０の出力側を、第１の遮断器１６を介して船内負荷への電路である母線７に接続し、第２の遮断器１７を介して交流リアクトル４の中間タップまたは出力側に接続して構成したところにある。

本実施の形態における電力供給は、次のようにして行われる。船舶停止時、主エンジン２の停止に伴って母線７には軸発電機１の系統の電力が供給されていない。このとき遮断器１７は遮断の状態にある。この状態のときに発電機兼同期調相機１０は、原動機１２によりクラッチ１１を介して駆動されて発電しており、遮断器１６を介して単独で母線７に電力を供給している。この際、発電機兼同期調相機１０は、自動電圧調整器１３により一定電圧に調整される。

次に船舶が航行を開始し、主エンジン２で軸発電機１を駆動し、変換装置３を介して発電できる状態になると、第２の遮断器１７を投入し、中間タップ付き交流リアクトル４を介して母線７に供給する並列運転とする。このとき変換装置３で軸発電機１の出力電圧が制御され、変換装置３から定電圧・定周波数の電力が出力される。また発電機兼同期調相機１０から単独で供給していた電力は、一旦、図示しない他の発電機で供給するように負荷移行が行われ、この際に発電機兼同期調相機１０は、クラッチ１１により原動機１２が切り離されて交流リアクトル４へ無効電力を供給する運転を行う。

次いで遮断器５を投入し、第１の遮断器１６を遮断して図示しない他の発電機に負荷移行していた電力系統を、軸発電機１の系統に移行し、軸発電機１から母線７へ電力供給を開始する。

次に船舶が停止する場合は、上記と逆の順序で制御され、発電機兼同期調相機１０により第１の遮断器１６を介して単独で母線７に電力を供給する。

このように本実施の形態によれば、同期調相機１０を、第１の遮断器１６の投入および第２の遮断器１７の遮断により、母線７に単独で電力を供給する発電機に兼用できるように構成でき、第１実施の形態と同様の効果が得られるほか、母線７に単独で電力を供給する際に、交流リアクトル４を介する場合のように電圧低下を招くようなこともなくなる。

本発明の第１実施の形態に係る船舶用電力供給システムを示す回路図である。 本発明の第２実施の形態に係る船舶用電力供給システムを示す回路図である。

符号の説明

１…軸発電機
２…主エンジン
３…変換装置
４…交流リアクトル
５…遮断器
６…船内負荷
７…母線
８，１３…自動電圧調整器
９，１４…界磁巻線
１０…同期調相機（発電機兼同期調相機）
１１…クラッチ
１２…原動機
１５…遮断器
１６…第１の遮断器
１７…第２の遮断器

Claims (2)

1. 船舶の主エンジンによって駆動される軸発電機と、
   この軸発電機の出力を定電圧・定周波数の交流電力に変換する変換装置と、
   この変換装置と船内負荷への電路である母線との間に設けられ、前記変換装置の出力電圧歪みを抑制する交流リアクトルと、
   この交流リアクトルの中間タップまたは出力側に接続されて前記変換装置から出力される電力に無効電力を供給する同期調相機と、
   前記変換装置と前記交流リアクトルとの間に設けられた遮断器と、
   を備え、前記同期調相機を、前記母線に単独で電力を供給する発電機に兼用したことを特徴とする船舶用電力供給システム。
2. 船舶の主エンジンによって駆動される軸発電機と、
   この軸発電機の出力を定電圧・定周波数の交流電力に変換する変換装置と、
   この変換装置と船内負荷への電路である母線との間に設けられ、前記変換装置の出力電圧歪みを抑制する交流リアクトルと、
   この交流リアクトルの中間タップまたは出力側に接続されて前記変換装置から出力される電力に無効電力を供給するとともに第１の遮断器を介して前記母線に接続された同期調相機と、
   この同期調相機と前記交流リアクトルとの間に設けられた第２の遮断器と、
   を備え、前記同期調相機を、前記母線に単独で電力を供給する発電機に兼用したことを特徴とする船舶用電力供給システム。

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