JP2011135764A - 配電システム - Google Patents

Abstract

【課題】高調波ひずみが結合することを抑える。
【解決手段】第１交流配電バスバーＭＶＡＣ１は、推進駆動システムの中間電圧バスバーであり、そして第２交流配電バスバーＬＶＡＣ１は、船舶の雑用作業用低電圧バスバーである。１２パルス整流器ＰＣの交流端子を第１交流配電バスバーＭＶＡＣ１に電気的に接続する。多重出力発電装置ＤＯＧ１は、第１および第２のガルバーニ隔離固定子巻き線を有する。第１固定子巻き線が、６相交流出力を出力し、この巻き線を第１交流配電バスバーＭＶＡＣ１に接続する。第２固定子巻き線が、３相交流出力を出力し、この巻き線を第２交流配電バスバーＬＶＡＣ１に接続する。３相交流出力に対して６相交流出力が位相シフトし、第１および第２の交流配電バスバーの間に問題を引き起こす高調波ひずみが結合することを抑える。
【選択図】図２

Description

本発明は、配電システム、より具体的には、船舶の雑用作業用に加えて電力を一つかそれ以上の推進モータに供給するために船舶に搭載できる配電システムに関する。

従来の船舶用配電/推進システムの一例を図１に示す。一連のディーゼルエンジンＤを使用して交流発電装置Ｇをそれぞれ独立して駆動する。これらが、交流電力を第１の中間電圧配電盤即ちバスバーＭＶＡＣ１および第２の中間電圧配電盤即ちＭＶＡＣ２に供給する。中間電圧バスバーには、回路遮断器および対応する制御装置からなる保護スイッチ装置を設ける。なお、これらバスバーは記号Ｘで示す。パワーコンバータＰＣを使用して、中間電圧バスバーを、プロペラを駆動推進する電気推進モータＰＭに結合する。中間電圧バスバーは、保護スイッチ装置によって相互接続する。

船舶の雑用作業の多くは、低電圧でよく、トランスの使用によって中間電圧バスバーから低電圧を誘導するのが便利である。図１に示した従来の船舶用配電/推進システム場合、第１トランスＴ１および保護スイッチ装置によって第１低電圧配電盤即ちバスバーＬＶＡＣ１を第１中間電圧バスバーＭＶＡＣ１に接続する。また、第２トランスＴ２および保護スイッチ装置によって第２低電圧配電盤即ちバスバーＬＶＡＣ２を第２中間電圧バスバーＭＶＡＣ２に接続する。低電圧バスバーは、保護スイッチ装置によって相互接続する。従って、一連の特に指定されていない電気負荷装置（ＬＶＡＣ負荷装置と標記する）を低電圧バスバーに接続できる。

低電圧バスバーを中間電圧バスバーに接続することが便利であるが、通常このような構成は、高調波ひずみが結合し、問題が発生する。換言すれば、推進モータの運転を原因とする中間電圧バスバーの高調波ひずみは、例えば、トランスＴ１およびＴ２を介して低電圧バスバーに伝わることになる。低電圧バスバーに接続される電気負荷装置が小さな高調波ひずみ（即ち、高品質の電源（ＱＰＳ））を必要とする場合、通常運転に関して潜在的な問題の原因になる。また、低電圧バスバーに接続される負荷装置の一部それ自体が、低電圧バスバーの高調波ひずみの原因となることもある。これは、トランスＴ１およびＴ２から中間電圧バスバーに伝わることになる。

このような高調波ひずみを抑制するためには、通常、サイズが大きく、コストのかかるフィルターＦを中間電圧バスバーに接続する。

高調波ひずみを抑制する第２の方法は、トランスＴ１、Ｔ２の代わりに位相シフトトランスを使用する方法である。

他の船舶用配電/推進システムの場合、低電圧交流電源装置を使用する。この場合、図１に示す構成を使用することは可能であるが、第１および第２の中間電圧バスバーＭＶＡＣ１およびＭＶＡＣ２は単に低電圧で動作するに過ぎない。これは、恐らく、推進モータＰＭの出力定格が中間電圧交流電源装置の使用を確保するには不十分なケースに相当する。推進モータＰＭの場合、ＬＶＡＣ負荷措置に供給される低電圧とは異なる値の低電圧を供給することが普通である。例えば、推進負荷装置は６９０Ｖの電源を、そして雑用負荷は４４０Ｖの電源を有する。

このような低電圧システムでは、スラスター、ポンプやクレーンなど大型の補助電気負荷装置に推進モータと同じ供給電圧を供給することが普通に行われている。なお、図示では、推進負荷装置のみを第１および第２の中間電圧バスバーＭＶＡＣ１およびＭＶＡＣ２に接続しているが、これらには、他の電気負荷装置も接続できることはいうまでもない。

さらに、場合にもよるが、推進モータＰＭをその他の大型の補助電気負荷装置とともに、第１および第２の中間電圧バスバーＭＶＡＣ１およびＭＶＡＣ２に結合するために使用する推進コンバータＰＣには、コストおよびサイズを犠牲にして、高調波ひずみを最小限に抑える付加的な技術手段を組み込んである。このような付加的な技術手段を使用すれば、フィルターＦは必要なくなるが、高調波ひずみを最小限に抑えるためにどの手段を使用しても、低電圧ＬＶＡＣ１およびＬＶＡＣ２において満足のいくＱＰＳが同様に維持されるように、ＱＰＳを第１および第２の中間電圧バスバーＭＶＡＣ１およびＭＶＡＣ２において確実維持するためには、常にサイズおよびコストを犠牲にする必要がある。

本発明の目的は、上記の高調波ひずみの結合問題を解決することである。すなわち、本発明は、第１配電バスバー、第２配電バスバー、第１配電バスバーに電気的に接続した端子をもつ多重パルス整流器、および第１および第２のガルバーニ隔離固定子巻き線を形成した多重出力発電装置を有する配電システムであって、第１の固定子巻き線が第１の、ｎ個の位相をもつ多相交流出力を出力するとともに、（第１配電バスバーが直流配電電圧を有する場合には適宜多重パルス整流器によって）第１配電バスバーに接続され、第１配電バスバーに第１配電電圧を供給し、そして第２の固定子巻き線が第２の、ｍ個の位相をもつ多相交流出力を出力するとともに、第２配電バスバーに接続され、第２配電バスバーに第２配電電圧を供給し、第１交流出力のｎ個の位相が、第２交流出力のｍ個の位相に対して位相シフトする配電システムを提供するものである。

第１交流出力を第２交流出力に対して位相シフトすると、以下に詳しく説明する理由により高調波ひずみが減少する。実際には、第２交流出力は基準出力として機能し、そして第１交流出力の位相はこれに対して位相シフトする。

第１固定子巻き線については、２つかそれ以上の副固定子巻き線に分割するのが好ましく、各副固定子巻き線が、第１交流出力のｎ個の位相の一部分になる。

副固定子巻き線については、相互から、かつ第２固定子巻き線からガルバーニ隔離しておくことが好ましい。

第１および第２の固定子巻き線それぞれは、相互接続した複数のコイルを有し、そして多相固定子巻き線である。多重出力発生装置のライン電流群は、異なる電圧/高調波ひずみ位相関係で動作する。これらライン電流群は、また、異なる力率で動作することができる。

第１交流出力のｎ個の位相については、第２交流出力のｍ個の位相に対して実質的に対称的に位相シフトするのが好ましい。代表例を挙げると、第１交流出力のｎ個の位相の第１部分は、第２交流出力のｍ個の位相に対して所定の正の角度だけ位相シフトし、また第１交流出力のｎ個の位相の第２部分は、第２交流出力のｍ個の位相に対して所定の負の角度だけ位相シフトする。所定の正の角度および所定の負の角度は、大きさが実質的に同じである。

考えられる第１構成では、第１交流出力は６相交流出力であり、第２交流出力は、３相交流出力である。第１交流出力の３つの位相は、第２交流出力に対して所定の正の角度だけ位相シフトし、そして第１交流出力の３つの位相は、第２交流出力に対して所定の負の角度だけ位相シフトする。この所定の正の角度はおよそ＋１５°で、所定の負の角度はおよそ−１５°である。多重パルス整流器は、１２パルス整流器である。

考えられる第２構成では、第１交流出力は、１２相交流出力であり、第２交流出力は、３相交流出力である。第１交流出力の３つの位相は、第２の交流出力に対して第１の所定の正の角度だけ位相シフトし、第１交流出力の３つの位相は、第２交流出力に対して第２の所定の正の角度だけ位相シフトし、第１交流出力の３つの位相は、第２交流出力に対して第１の所定の負の角度だけ位相シフトし、そして第１交流出力の３つの位相は、第２交流出力に対して第２の所定の負の角度だけ位相シフトする。第１の所定の正の角度は、およそ＋２２．５°、第２の所定の正の角度は、およそ＋７．５°、第１の所定の負の角度は、およそ−７．５°、そして第２の所定の負の角度は、およそ−２２．５°である。多重パルス整流器は、２４パルス整流器である。

第２交流出力にコンデンサーバンクを接続すると、高調波ひずみをさらに減少できるうえに、多重出力発生装置の励起に影響を与えることができる。上記の第１の考えられる構成では、７を超えるオーダーの高調波電流の場合、発生装置内の位相消去から得られるものはなく、また８未満のオーダーの高調波電流の場合、位相消去が不完全になる恐れがある。また、第２の考えられる構成では、１３を超える程度の高調波電流の場合、発生装置内の位相消去から得られるものはなく、また１４未満のオーダーの高調波電流の場合、位相消去が不完全になる恐れがある。従って、発生装置の第２交流出力が、電圧高調波ひずみをもつことになる。コンデンサーバンクの作用は、電気装置の反応性および抵抗性インピーダンスと合わせて、減衰した二次ラグＬＣフィルターに匹敵するものであるが、電気装置の実際の特質は、フィルター作用が理想的な特性から誘導される程度である。にもかかわらず、コンデンサーバンクの作用は、有利な高調波フィルター作用を与えるものである。主力率で電流の基本成分を抽出することによって、コンデンサーバンクは、発生装置を励起させるものでもある。コンデンサーバンクの基本ＭＶＡＲ定格は、従来の安定性を超えてはならず、従ってコンデンサーバンクは、電流流入に対して制限が必要である。

第１配電バスバー（ＭＶＡＣ１）は、多重出力発生装置の第１固定子巻き線が供給する交流配電電圧を搬送できるものである。

第２配電バスバー（ＬＶＡＣ１）も、多重出力発生装置の第２固定子巻き線が出力する交流配電電圧を搬送できるものである。

通常、第１交流配電バスバーは、中間電圧（ＭＶ）または低電圧（ＬＶ）バスバーとして、そして第２交流配電バスバーは、低電圧バスバーとして機能することになる。従って、配電システムが船舶用配電／推進システムの場合、多重出力発生装置が出力する交流電力は、中間電圧または低電圧（例えば、６．６ｋＶまたは６９０Ｖ）で第１交流配電バスバーを介して一つかそれ以上の推進駆動システムに分配することができ、また低電圧（例えば、４４０Ｖ）で第２交流配電バスバーを介して船舶雑用作業に分配することができる。

多重パルス整流器は、第１配電バスバーと推進モータとの間に電気的に接続できる。換言すれば、多重パルス整流器は、直流リンク、および交流推進モータの交流端子に電気的に接続されるインバータをも有するパワーコンバータの要部を構成するものである。直流推進モータを使用するさいには、ある場合には、その端子を多重パルス整流器の直流端子に直接接続してもよく、別な場合には、介在させた直流／直流パワーコンバータによってその端子を多重パルス整流器の直流端子に接続すればよい。

第１配電バスバーは、直流配電電圧を搬送することができる。この構成では、多重パルス整流器は、第１交流出力を整流するために、多重出力発電装置の第１固定子巻き線と第１配電バスバーとの間に電気的に接続する。換言すれば、第１配電バスバーによって搬送される直流配電電圧は、多重パルス整流器の整流作用によって出力発電機の第１交流出力から直接取り出す。

配電システムは、付加的な配電バスバーを有することができる。同じ配電電圧を搬送する配電バスバーは、保護スイッチ装置によって相互接続することができる。全構成部品（例えば、多重出力発電装置、パワーコンバータ、低電圧負荷装置など）は、回路遮断器および対応する制御装置からなる保護スイッチ装置によって配電バスバーに接続することができる。

各配電バスバーは、付加的な多重出力発電装置から電力を受け取ることができる。例えば、考えられる構成では、配電システムは、２つかそれ以上の多重出力発電装置で構成することができ、その第１の交流出力を（場合によっては、第１配電バスバーが直流電圧を搬送する場合には多重パルス整流器によって整流した後に）第１配電バスバーに送り、そしてその第２交流出力を第２配電バスバーに送り出す。実際的な配電システムの場合には、任意の数の配電“島（ｉｓｌａｎｄｓ）”を用いて運転することができるが、並列接続した多重出力発電装置のシェアリングおよび運転モード間の切り換えについては注意深く制御する必要がある。上記島を並列に相互接続すると、（例えば、単独推進モータ運転を目的とする）単独の島構成を構成することができ、また分離すると、故障後に冗長性を確保でき、性能劣化をそれほどひどくなく抑制できる。各多重出力発電装置については、適正なアナログまたはデジタル制御方法またはアルゴリズムに従って従来からの自動電圧調節装置（ＡＶＲ）によって制御するのが好ましい。

推進モータは、介在させた適正なパワーコンバータを用いて、多重パルス整流器に接続でき、このモータとしては（誘導形、同期形などの）任意の適正な形式の推進モータを利用できる。なお、多重パルス整流器には、必要に応じて、他の電気負荷装置も接続できることはいうまでもない。

多重パルス整流器としては、従来の産業用または船舶用の整流器を使用することができる。利用する構成部品形態の正確さは、特に故障時に、配電システムの運転挙動および特性に影響する。多重パルス整流器は、標準的な直列構成または並列構成のいずれかの構成であればよく、例えばダイオードまたはサイリスタを用いることができる。サイリスタを利用する場合、通常、ファイヤリング遅れ角度をほぼ最少角度に抑えた状態で動作することができるが、保護や他の調節機能を発揮させるために位相を制御できる。第１配電バスバーが交流配電電圧を搬送する場合にどの構成を用いても、あるいはどの半導体パワー装置を用いても、本質的なことは、多重パルス整流器制御システム、整流器の整流設計および直流リンクフィルター作用に関して、第１配電バスバーの交流ラインのすべてにおいて位相バランスの必要条件を考慮することである。例えば、標準的な直列構成を用いる場合には、第１固定子巻き線の個々の位相群間に直流バイアス電圧が発生する。

多重パルス整流器の場合、ＩＧＢＴ系２レベルパルス幅変調（ＰＷＭ）タイプや３レベルＰＷＭタイプなどの任意の適当な電圧源インバータタイプと併用することができる。第１配電バスバーの交流ラインにおける位相バランスの必要条件の制限を受ける多重パルス整流器の場合も、他のよく知られている電流源インバータ直流リンク周波数コンバータと併用することができる。このインバータは、多重パルス整流器を有するパワーコンバータの一部を構成するか、あるいは例えば、第１配電バスバーが直流配電電圧を搬送する場合には、第１配電バスバーと推進モータとの間に配設することができる。

必要ならば、第１配電バスバーに、２つかそれ以上の多重パルス整流器を接続できる。

他の多相速度可変駆動装置、速度固定駆動装置、および非駆動形電気負荷装置も、第１配電バスバーに接続することができる。第１配電バスバーが交流配電電圧を搬送する場合に本質的なことは、多重パルス整流器が、第１配電バスバーの交流ラインにおける位相バランスの必要条件を満足することである。

非コンバータ系多相電気負荷装置も、第１配電バスバーに接続することができる。第１配電バスバーが交流配電電圧を搬送する場合に本質的なことは、多相負荷装置が、第１配電バスバーの交流ラインにおける位相バランスの必要条件を満足することである。さらに、直列多重パルス整流器が第１配電バスバーから電力を抽出する場合に本質的なことは、このような非コンバータ系多相負荷装置が、第１固定子巻き線の個々の位相群間に発生する直流バイアス電圧に対して耐電圧性でなければならない必要条件を満足することである。

従来の船舶用配電／推進システムを示す概略図である。 本発明の第１実施態様による船舶用配電／推進システムを示す概略図である。 ６相交流出力および３相交流出力を有すダブル出力発電装置（ＤＯＧ）を示す詳細な説明図である。 高調波位相消去を示す概略図である。 １２位相交流出力および３相交流出力を有するＤＯＧを示す詳細な説明図である。 直流配電構成をもつ本発明の第２実施態様による船舶用配電／推進システムを示す概略図である。

以下は、船舶用配電システムに、より具体的には、商用船、海軍船舶や潜水艦に特に好適な配電盤／推進システムを対象とする説明であるが、例えば、地上および航空分野で使用する他の配電システムにも同様な構成および制御方法を適用できることはいうまでもない。

図２に、本発明による第１の船舶用配電／推進システムを示す。本システムでは、ガルバーニ隔離した２つの多相固定子巻き線を有し、各巻き線が独立した負荷装置に接続できるダブル出力交流発電装置（ＤＯＧ）を利用する。

主ディーゼルダブル出力交流発電装置ＤＯＧ１および副ディーゼルダブル出力交流発電装置ＤＯＧ２それぞれは、多相固定子巻き線の一つから第１中間電圧配電盤即ちバスバーＭＶＡＣ１に交流電力を供給し、そして多相固定子巻き線のもう一つから第１低電圧配電盤即ちバスバーＬＶＡＣ１に交流電力を供給する。同様に、主ディーゼルダブル出力交流発電装置ＤＯＧ３および副ディーゼルダブル出力交流発電装置ＤＯＧ４は共に多相固定子巻き線の一つから第２中間電圧配電盤即ちバスバーＭＶＡＣ２に交流電力を供給し、そして多相固定子巻き線のもう一つから第２低電圧配電盤即ちバスバーＬＶＡＣ２に交流電力を供給する。なお、各ダブル出力発電装置の各固定子巻き線は異なる交流電圧を出力する（例えば、６．６ｋＶおよび４４０Ｖか、あるいは中間電圧バスバーが低電圧を搬送する場合は、６９０Ｖおよび４４０Ｖ）ことはいうまでもない。

中間電圧バスバーと低電圧バスバーとの間のトランスの必要条件を取り外すことによって、船舶用配電／推進システムの全効率を改善できると同時に、騒音、振動、システム容積および質量（重量〉を低減できる。

中間電圧バスバーは、中間電圧（ＭＶ）交流配電電圧（例えば、６．６ｋＶ、６０Ｈｚ）を搬送し、保護スイッチ装置を備える。保護スイッチ装置は、回路遮断器および対応する制御装置からなり、図２では、×記号で示す。中間電圧バスバーＭＶＡＣ１およびＭＶＡＣ２は、保護スイッチ装置によって相互接続する。なお、中間電圧バスバーＭＶＡＣ１およびＭＶＡＣ２が（６９０Ｖ、６０Ｈｚの低電圧を始めとする）任意の電圧を搬送でき、この構成もまた本発明の範囲にあることはいうまでもない。

主、副ディーゼルダブル出力交流発電装置ＤＯＧ１、ＤＯＧ２は、保護スイッチ装置によって第１中間電圧バスバーＭＶＡＣ１に接続する。同様に、主、副ディーゼルダブル出力交流発電装置ＤＯＧ３、ＤＯＧ４は、保護スイッチ装置によって第２中間電圧バスバーＭＶＡＣ２に接続する。図示しないが、中間電圧バスバーは、２つかそれ以上の個別部分に分割でき、これら部分は保護スイッチ装置によって相互接続する。従って、各中間電圧バスバーの個別部分、および第１、第２の中間電圧バスバーそれ自体は、所定の運転条件下で相互から選択的に隔離することができる。従って、適正数のダブル（またはマルチプル）出力交流発電装置、中間電圧バスバーおよびバスバー部分を使用して、船舶用配電／推進システムの一つかそれ以上の島の運転が可能になる。

第１および第２の推進駆動システムそれぞれは、パワーコンバータＰＣを有し、これを使用して中間電圧バスバーＭＶＡＣ１およびＭＶＡＣ２を、プロペラ―を駆動する交流推進モータＰＭにつなぐ。この船舶用配電／推進システムは、また、第１、および第２のスラスター駆動システムを有する。各スラスター駆動システムは、パワーコンバータＰＣを有し、これを使用して中間電圧バスバーＭＶＡＣ１およびＭＶＡＣ２を、プロペラ―を駆動する交流スラスターモータＴＭにつなぐ。図２に示す各パワーコンバータＰＣは、１２パルス整流器、直流リンクおよびインバータを有する。なお、第１、および第２の推進駆動システムが、直流推進モータまたはスラスターモータを有する場合には、各パワーコンバータＰＣは１２パルス整流器のみを有する。

主、副のディーゼルダブル出力交流発電装置ＤＯＧ１、ＤＯＧ２は、保護スイッチ装置によって第１低電圧バスバーＬＶＡＣ１に接続する。同様に、主、副のディーゼルダブル出力交流発電装置ＤＯＧ３、ＤＯＧ４は、保護スイッチ装置によって第２低電圧バスバーＬＶＡＣ２に接続する。低電圧バスバーＬＶＡＣ１およびＬＶＡＣ２は、保護スイッチ装置によって相互接続する。

低電圧バスバーＬＶＡＣ１およびＬＶＡＣ２は、低電圧（ＬＶ）交流配電電圧（例えば、４４０Ｖ、６０Ｈｚ）を搬送し、雑用配電システム（ＬＶＡＣ負荷装置と標記）などの多くの具体的には説明しない負荷装置は、保護スイッチ装置によって低電圧バスバーに接続する。

以下図３について、ダブル出力交流発電装置（ＤＯＧ）の技術的作用効果を詳しく説明する。ＤＯＧは、例えばディーゼルエンジンなどの原動機によって駆動される回転子（図示省略）を有する。第１固定子巻き線は、一体に接続された複数のコイル（図示省略）を有し、６相の第１交流出力を構成する。６相固定子巻き線の６位相すべては、具体的な動作関係で巻き回されている。これは、たとえ第１固定子巻き線がガルバーニ隔離されている２つの副固定子巻き線に分割されている場合でも、また第１固定子巻き線がガルバーニ隔離されている２つの副固定子巻き線を組み込んでいる場合でも、同じである。第１副固定子巻き線が、第１交流出力の３位相を与え、そして第２副固定子巻き線が第１交流出力の３位相を与える。代表例を挙げると、第１および第２の副固定子巻き線は、バランスの取れたリアクタンスをもち、そしてバランスの取れた基本電流、高調波電流および基本力率をもつ負荷装置とともに動作して、位相消去のプロセスの有効性を完全にしなければならない。従って、第１固定子巻き線は、これらの動作の必要条件を満足するように具体的に設計かつ構成する必要がある。

第２固定子巻き線は、一体に接続された複数のコイル（図示省略）をもち、３相の第２交流出力を構成する。第１および第２の固定子巻き線は、ガルバーニ隔離されている。より具体的には、第２固定子巻き線は、第１固定子巻き線を一体に形成する第１および第２の副固定子巻き線からガルバーニ隔離されている。

高調波位相消去および位相シフトの基本原理はよく知られているが、本発明の範囲内で使用される具体的な位相シフトについては、以下の詳しい説明が必要である。図３に示すように、第１交流出力の２つの３位相群は、第２の３位相交流出力を中心にして対称的に位相シフトする。第１副固定子巻き線によって与えられる第１交流出力の３位相は、第２交流出力のそれぞれ３位相に対して＋１５°だけシフトし、そして第２副固定子巻き線によって与えられる第１交流出力の残りの３位相は、第２交流出力のそれぞれ３位相に対して−１５°だけシフトする。

位相シフト角度は、固定子電圧の基本成分に対して与えられるもので、具体的には、第１交流出力の第１の３位相群の第５高調波電圧および第７高調波電圧（即ち、高調波次数５および７）が、第１交流出力の第２の３位相群のそれぞれ第５高調波電圧および第７高調波電圧に対して反位相になるように選択するものである。これら基本電圧間には３０°の相対位相シフトがあり、これに対応して、第５高調波電圧間には３０°“プラス”５×３０＝１８０°の位相シフトがあり、そして第７高調波電圧間には３０°“マイナス”７×３０＝−１８０°の位相シフトがある。ここで、３０°“プラス”および“マイナス”は、それぞれ、第５高調波電圧の負シーケンスおよび 第７高調波電圧の正シーケンスに対応する。高調波電圧は反位相にあるため、１２パルス負荷装置から発生するすべての高調波電流は、第１交流出力の２つの３位相群の間を循環し、有意味な程度でＤＯＧの回転子巻き線に結合することはない。第１交流出力の２つの３位相群間に対称的に配置されることにより、またこれらが回転子に結合することがない結果として、第２交流出力が、第５高調波電圧および第７高調波電圧において第１交流出力に結合することはない。

位相消去および位相結合については、図４を参考にしてさらに詳しく説明する。なお、図４では、第１交流出力の第１の３位相を与える第１副固定子巻き線を固定子１／１と標記し、第１交流出力の第２の３位相を与える第２副固定子巻き線を固定子１／２と標記する。同様に、第２交流出力を与える第２固定子巻き線を固定子２と標記する。上述したように、第５高調波電圧および第７高調波電圧は、第１および第２の副固定子巻き線、即ち固定子１／１と固定子１／２との間において反位相で循環する。第１および第２の副固定子巻き線、即ち固定子１／１および固定子1／２は、ともに第１固定子巻き線になるため、固有な性質として結合が良好である。この結果、第５および第７高調波電圧の、回転子巻き線、および第２交流出力を出力する第２固定子巻き線、即ち固定子２の両者への漏電が最少になる。図４を明瞭にするため、図４では構成を簡略化した単相形態を図示してある。なお、実際には、言うまでもなく、第１および第２の副固定子巻き線、即ち固定子１／１および１／２、第２固定子巻き線、即ち固定子２および回転子巻き線はそれぞれ３位相をもち、そして図４に示した各第１位相の位相関係もそれぞれの第２位相と第３位相との間に維持されている。図４に示した角度は固定子の基本周波数に適用でき、当業者ならば、等価な物理的角度は、回転子磁極の数に依存することを理解できるはずである。

第１交流出力は、６位相の中間電圧バスバーに接続する。この中間電圧バスバーは、図２に示す第１または第２の中間電圧バスバーＭＶＡＣ１、ＭＶＡＣ２に接続できる。より具体的には、中間電圧バスバーは、第１副固定子巻き線が出力する第１交流出力の３位相を搬送する第１交流バスバーＡＣ１、および第２副固定子巻き線が出力する第１交流出力の３位相を搬送する第２交流バスバーＡＣ２を有する。図３では、中間電圧バスバーは、推進駆動システムに電力を供給するために使用されるため、これをＭＶＡＣ推進バスと標記する。この中間電圧バスバーに保護スイッチ装置によって２つの１２パルス整流器を接続する。そして、各１２パルス整流器の第１交流入力端子を第１交流バスバーＡＣ１に接続し、また各１２パルス整流器の第２交流入力端子を第２交流バスバーＡＣ２に接続する。

１２パルス整流器は、推進スラスター駆動システムの一部を構成する。より具体的には、１２パルス整流器は、図２に示したパワーコンバータＰＣの一体部分である。各１２パルス整流器の直流端子は、直流リンクおよび１２パルスインバータ（図示省略）によって対応する交流推進モータＰＭおよび交流スラスターモータＴＭに接続する。

図３に１２パルス直列接続を示すが、並列接続も使用できることはいうまでもない。

１２パルス整流器によって抽出される第５高調波電圧および第７高調波電圧は、上記に説明した公知の位相シフト原理に従ってＤＯＧを循環するが、これは、ＤＯＧの回転子が、３相６パルス整流器システムに伴う第６高調波電圧の悪影響や問題のある影響をある程度まで受けないことを意味する。より高次の高調波成分にも位相消去が有利に作用することがなく、従って、ＤＯＧの回転子が、第１２、第１８、第２４、・・・高調波電圧の作用を受けることになるが、これは特に問題のあるものではない。

第２交流出力は、図２に示した第１または第２の低電圧バスバーＬＶＡＣ１、ＬＶＡＣ２に接続できる３相低電圧バスバーに接続する。位相シフトの結果、第２交流出力には最低限の第５および第７高調波電圧が存在することになるが、整流器ライン電流には第１１、第１３、第１７、第１９、第２３、・・・高調波電圧が存在するため、これら高調波電圧も存在することになる。ダイオードブリッジ整流器を利用し、かつＤＯＧの６相整流リアクタンスを増すことによって、これら高調波電圧は緩和することができる。さらなる緩和が必要な場合には、コンデンサーバンクを第２交流出力に接続して、ローパスフィルター応答を６相〜３相漏えいリアクタンスと組み合わせることによって、高次高調波電圧を所望に応じて緩和することができる。このようなコンデンサーバンクは図２および図３に示すが、これらは有利な固定子励起を実現するものと考えられる。

図５に、各ＤＯＧの第１固定子巻き線が１２位相をもつ第１交流出力を構成する別な構成を対象とする位相消去を示す。第１固定子巻き線を４つの副固定子巻き線に分割し、それぞれが、第１交流出力の３位相を出力するようにする。これら４つの副固定子巻き線は、相互にガルバーニ隔離する。第２固定子巻き線が、３位相をもつ第２交流出力を構成する。第１および第２固定式巻き線は、相互にガルバーニ隔離する。より具体的には、第２固定子巻き線は、一緒になって第１固定子巻き線を形成する４つの副固定子巻き線からガルバーニ隔離する。

第１交流出力の４つの３相群は、第２の３相交流出力を中心にして対称的に位相シフトする。より具体的には、第１の副固定子巻き線が出力する第１交流出力の３つの位相は、第２交流出力のそれぞれの３つの位相に対して＋２５．５°だけシフトし、第２の副固定子巻き線が出力する第１交流出力の３つの位相は、第２交流出力のそれぞれ３つの位相に対して＋７．５°だけシフトし、第３の副固定子巻き線が出力する第１交流出力の３つ位相は、第２交流出力のそれぞれ３つの位相に対して−７．５°だけシフトし、そして第４の副固定子巻き線が出力する第１交流出力の３つの位相は、第２交流出力のそれぞれ３つの位相に対して−２２．５°だけシフトする。

本発明は、Ｎｅが偶数で、直列５、7、１１、１３から６Ｎｅ±１までの高調波次数が位相消去から有利な作用を得ることができる直列３Ｎｅ内の第１交流出力の任意の数の位相にも対称的に適用できる。なお、一般的には、過剰数の位相で交流電力を分配することは実際的ではない。というのは、配電システム内に無理な程の数の交流バスバーおよびスイッチ接点を設ける必要性が出てくるからである。

図６に、本発明による第２の船舶用配電／推進システムを示す。このシステムは、各ＤＯＧの第１固定子巻き線が出力する第１交流出力を、第１および第２の中間電圧バスバーＭＶＤＣ１およびＭＶＤＣ２に供給する前に、多重パルス整流器Ｒによって整流する。従って、中間電圧バスバーＭＶＤＣ１およびＭＶＤＣ２は、考えられる直流配電構造を構成するものである。多重パルスＲを利用すれば、そして直流電力を配電すれば、各ＤＯＧの第１固定子巻き線に任意の有効な数の位相を持たせることによって位相消去の作用効果を拡張でき、過剰数の位相を使用して交流電力を配電する必要なない。

図６の構成では、多重パルス整流器は、図２に示した各パワーコンバータＰＣの整流機能を複製するものである。整流器Ｒについては、各ＤＯＧに物理的に近接して配設するのが好適である。第１および第２の中間電圧バスバーＭＶＤＣ１およびＭＶＤＣ２に直流電力を配電するため、交流推進モータＰＭをつなぐためには、インバータＩのみを使用すればよい。

ＡＣ：交流バスバー
ＤＯＧ１、３：主交流発電装置
ＤＯＧ２、４：副交流発電装置
ＬＶＡＣ：低電圧バスバー
ＭＶＡＣ：中間電圧バスバー
ＰＣ：パワーコンバータ
Ｒ：整流器
ＴＭ：スラスターモータ

Claims (18)

1. 第１配電バスバー（ＭＶＡＣ１）、
   第２配電バスバー（ＬＶＡＣ１）、
   第１配電バスバー（ＭＶＡＣ１、ＭＶＡＣ２）に電気的に接続した端子をもつ多重パルス整流器、および
   第１および第２のガルバーニ隔離固定子巻き線を形成した多重出力発電装置（ＤＯＧ１）を有する配電システムであって、第１の固定子巻き線が第１の、ｎ個の位相をもつ多相交流出力を出力するとともに、第１配電バスバー（ＭＶＡＣ１）に接続され、第１配電バスバー（ＭＶＡＣ１）に第１配電電圧を供給し、そして第２の固定子巻き線が第２の、ｍ個の位相をもつ多相交流出力を出力するとともに、第２配電バスバー（ＬＶＡＣ１）に接続され、第２配電バスバー（ＬＶＡＣ１）に第２配電電圧を供給し、第１交流出力のｎ個の位相が、第２交流出力のｍ個の位相に対して位相シフトすることを特徴とする配電システム。
   
2. 第１固定子巻き線を２つかそれ以上の副固定子巻き線に分割し、各固定子巻き線が、第１交流出力のｎ個の位相の部分を出力する請求項１に記載の配電システム。
   
3. 第１交流出力のｎ個の位相が、第２交流出力のｍ個の位相に対して実質的に対称的に位相シフトする請求項１または２に記載の配電システム。
   
4. 第１交流出力のｎ個の位相の第１部分が、第１交流出力のｍ個の位相に対して所定の正の角度だけ位相シフトし、そして第１交流出力のｎ個の位相の第２部分が、第２交流出力のｍ個の位相に対して所定の負の角度だけ位相シフトする請求項１〜３のいずれか１項に記載の配電システム。
   
5. 上記所定の正の角度および上記所定の負の角度は、実質的に大きさが同じである請求項４に記載の配電システム。
   
6. ｎがｍに等しくない請求項１〜５のいずれか１項に記載の配電システム。
   
7. 第１交流出力が、６相交流出力であり、そして第２交流出力が、３相交流出力である請求項１〜６のいずれか１項に記載の配電システム。
   
8. 第１交流出力の３つの位相が、第２交流出力に対して所定の正の角度だけ位相シフトし、そして第１交流出力の３つの位相が、第２交流出力に対して所定の負の角度だけ位相シフトしている請求項７に記載の配電システム。
   
9. 上記所定の正の角度がおよそ＋１５°で、そして上記所定の負の角度がおよそ−１５°である請求項８に記載の配電システム。
   
10. 上記多重パルス整流器が、１２パルス整流器である請求項７〜９のいずれか１項に記載の配電システム。
    
11. 第１交流出力が１２相交流出力であり、そして第２交流出力が３相交流出力である請求項１〜６のいずれか１項に記載の配電システム。
    
12. 第１交流出力の３つの位相が、第２交流出力に対して第１の所定の正の角度だけ位相シフトし、第１交流出力の３つの位相が、第２交流出力に対して第２の所定の正の角度だけ位相シフトし、第１交流出力の３つの位相が、第２交流出力に対して第１の所定の負の角度だけ位相シフトし、そして第１交流出力の３つの位相が、第２交流出力に対して第２の所定の負の角度だけ位相シフトしている請求項１１に記載の配電システム。
    
13. 上記第１の所定の正の角度がおよそ＋２２．５°であり、上記第２の所定の正の角度がおよそ＋７．５°であり、上記第１の所定の負の角度がおよそ−７．５°であり、そして上記第２所定の負の角度がおよそ−２２．５°である請求項１２に記載の配電システム。
    
14. 上記多重パルス整流器が、２４パルス整流器である請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の配電システム。
    
15. さらにコンデンサーバンクを第２交流出力に接続した請求項１〜１４のいずれか１項に記載の配電システム。
    
16. 第１配電バスバー（ＭＶＡＣ１）が、交流配電電圧を搬送する請求項１〜１５のいずれか１項に記載の配電システム。
    
17. 多重パルス整流器（ＰＣ）を、第１配電バスバー（ＭＶＡＣ）と電気負荷装置（例えば、推進モータ）との間に電気的に接続した請求項１６に記載の配電システム。
    
18. 第１配電バスバー（ＭＶＤＣ１）が直流配電電圧を搬送し、第１固定子巻き線と第１配電バスバー（ＭＶＤＣ１）との間に多重パルス整流器（Ｒ）を電気的に接続して第１交流出力を整流する請求項１〜１５のいずれか１項に記載の配電システム。

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