JP2014036496A - Main shaft drive power generator and propulsion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、船舶の推進用プロペラを主機により主機軸を介して駆動する場合の他、主機軸に連結された軸発電機により駆動することのできる主機軸駆動発電電動装置兼推進装置に関するものである。 The present invention relates to a main shaft drive generator-motor apparatus and propulsion apparatus that can be driven by a shaft generator connected to the main shaft in addition to the case where the propeller for ship propulsion is driven by the main device via the main shaft. is there.
船舶を推進する推進用プロペラの主機軸には、クラッチを介してディーゼルエンジンなどの主機が連結されており、通常時は、この主機の駆動により船舶が推進されるようになっている。また主機軸には、軸発電機(同期機)が連結されており、この軸発電機は、通常時、主機軸の駆動により発電し、発電した電力をコンバータとインバータを有する電力変換器で周波数変換して船内母線に電力を供給するようになっている。 A main engine such as a diesel engine is connected to a main shaft of a propeller for propulsion that propels the ship through a clutch, and the ship is normally driven by driving the main engine. In addition, a shaft generator (synchronous machine) is connected to the main shaft, and this shaft generator normally generates power by driving the main shaft, and the generated power is frequency-converted by a power converter having a converter and an inverter. The power is converted and supplied to the inboard bus.
船舶の中には、例えば特許文献1に記載されているように、観測船(海洋調査船)における観測調査時の航行、あるいはレジャー船における遊覧観光時の航行などにおいて、通常時の航行とは異なる、低騒音、低振動の低速航行が要求される場合がある。 Among ships, for example, as described in Patent Document 1, navigation at the time of observation survey on an observation ship (ocean research ship) or navigation at leisure tour on a leisure ship, etc. Different, low noise, low vibration, low speed navigation may be required.
このような場合、特許文献1に記載されているように、主機とは別に電動機を設け、船内母線を介して供給される電力により、この電動機を駆動して低速航行を行うことが考えられているが、軸発電機とは別に電動機を設ける必要があり、設備が増加する問題がある。 In such a case, as described in Patent Document 1, it is conceivable that an electric motor is provided separately from the main engine, and this electric motor is driven by the electric power supplied via the inboard bus for low speed navigation. However, it is necessary to install an electric motor separately from the shaft generator, and there is a problem that the facilities increase.
また特許文献2および3に記載されているように、船内母線を介して供給される電力をコンバータとインバータの電力変換器で周波数変換し、この電力により軸発電機を同期電動機として運転することで主機軸を駆動し、主機が故障した際の非常時低速航行や海洋調査船などの調査時の低速航行を行うことも考えられているが、軸発電機を同期電動機として運転する場合と軸発電機として運転する場合とでは、電力変換器を制御する方法、特に電力変換器の電流指令値が全く異なるため、切替えるにあたっては一旦制御を止める必要があり、それによって、電力変換器の制御装置を切り替えるときに操船できない期間が生じる問題がある。
Moreover, as described in
特に海洋調査船などでは、船舶の位置を正確に操作する必要があるため、軸発電用から電気推進用または電気推進用から軸発電用へ切り替えるときに操船できない期間が生じることは好ましくない。 Particularly in an ocean research ship or the like, since it is necessary to accurately operate the position of the ship, it is not preferable that a period during which the ship cannot be operated occurs when switching from shaft power generation to electric propulsion or from electric propulsion to shaft power generation.
本発明は上述の問題点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、主機軸に連結された軸発電機の運転を、軸発電用から電気推進用へ、または電気推進用から軸発電用へ連続的に切り替えることのできる主機軸駆動発電電動装置兼推進装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to change the operation of a shaft generator connected to a main shaft from shaft power generation to electric propulsion or electric propulsion. It is an object of the present invention to provide a main shaft drive generator-motor apparatus and propulsion apparatus that can be continuously switched from power use to shaft power generation.
上記目的を達成するために、本発明による主機軸駆動発電電動装置兼推進装置は、主機と、この主機にクラッチを介して連結される船舶の推進用プロペラおよび軸発電機と、サイリスタを含み電力を直流に変換した後交流に変換する電力変換器と、この電力変換器の直流部の電流を検出する電流検出器と、前記電力変換器および船内母線に無効電力を供給する同期調相機と、この同期調相機および前記軸発電機の回転数の検出値を基に前記電力変換器を制御する制御装置と、前記同期調相機の回転指令値を設定する第1の回転数設定器と、前記軸発電機の回転数指令値を設定する第2の回転数設定器とを備え、
前記制御装置は、前記第1の回転数設定器の回転数指令値と前記同期調相機の回転数が一致するように前記電力変換器の直流部の電流指令値をPI制御により出力する第1の回転数制御回路と、前記第2の回転数設定器の回転数指令値と前記軸発電機の回転数が一致するように前記電力変換器の直流部をPI制御により出力する第2の回転数制御回路と、前記電力変換部の直流部の電流指令値を前記第1の回転数制御回路の出力か前記第2の回転数制御回路の出力かを選択する第1の切替スイッチと、前記電力変換器の直流部に流れる電流が前記電流指令値と一致するように位相制御信号を出力する電流制御回路と、前記電力変換器の交流側の電圧から同期信号を生成する第1のPLL回路と、前記軸発電機の電機子電圧から同期信号を生成する第2のPLL回路と、前記電流制御回路の位相制御信号と前記第1のPLL回路で生成した同期信号に基づき、前記電力変換器のサイリスタ点弧角を演算してゲートパルスを出力する第1の位相制御回路と、前記軸発電機の回転子位置の検出信号か前記第2のPLL回路の出力信号かを選択する第2の切替スイッチと、前記電流制御回路の位相制御信号と前記第2の切替スイッチで選択した出力信号に基づき、前記電力変換器のサイリスタ点弧角を演算してゲートパルスを出力する第2の位相制御回路と、を有し、
前記クラッチで前記主機を前記推進用プロペラから切り離し、船内母線の電力で前記軸発電機を電気推進用として運転するときは、前記第1の切替スイッチで前記第2の回転数制御回路の電流指令値を前記電流制御回路へ出力すると共に前記第2の切替スイッチで位置検出器の検出信号を前記第2の位相制御回路へ出力し、
前記クラッチで前記主機を推進用プロペラに連結し、前記軸発電機による電力を船内母線へ供給する軸発電用として切り替えるときは、前記第1の切替スイッチを切り替えて前記第1の回転数制御回路の電流指令値を前記電流制御回路へ出力すると共に前記第2の切替スイッチを切り替えて前記第2のPLL回路の出力信号を前記第2の位相制御回路へ出力し、
前記制御装置を軸発電用から電気推進用へ切り替えるときは、前記第1の回転数制御回路の出力を前記第2の回転数制御回路の積分要素に初期値として代入し、切り替え直後に初期値から前記軸発電機の回転数制御を開始し、
電気推進用から軸発電用へ切り替えるときは、前記第2の回転数制御回路の出力を前記第1の回転数制御回路の積分要素に初期値として代入し、切り替え直後に初期値から前記同期調相機の回転数制御を開始する積分設定器を設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a main shaft drive generator-motor apparatus and propulsion apparatus according to the present invention includes a main engine, a ship propeller and a shaft generator connected to the main engine via a clutch, and a thyristor. A power converter that converts the current into direct current and then converts into alternating current, a current detector that detects a current in a direct current portion of the power converter, a synchronous phase adjuster that supplies reactive power to the power converter and the inboard bus, A control device that controls the power converter based on a detected value of the rotational speed of the synchronous phase adjuster and the shaft generator, a first rotational speed setter that sets a rotational command value of the synchronous phase adjuster, A second rotational speed setting device for setting the rotational speed command value of the shaft generator;
The control device outputs a current command value of the DC section of the power converter by PI control so that the rotation speed command value of the first rotation speed setting device matches the rotation speed of the synchronous phase adjuster. And a second rotation that outputs the DC portion of the power converter by PI control so that the rotation speed command value of the second rotation speed setting device matches the rotation speed of the shaft generator. A first changeover switch for selecting whether the current command value of the direct current section of the power converter is an output of the first rotational speed control circuit or an output of the second rotational speed control circuit; A current control circuit that outputs a phase control signal so that a current flowing through a DC portion of the power converter matches the current command value; and a first PLL circuit that generates a synchronization signal from a voltage on the AC side of the power converter And generating a synchronization signal from the armature voltage of the shaft generator And calculating a thyristor firing angle of the power converter based on a second PLL circuit, a phase control signal of the current control circuit, and a synchronization signal generated by the first PLL circuit, and outputting a gate pulse. 1 phase control circuit, a second changeover switch for selecting a detection signal of the rotor position of the shaft generator or an output signal of the second PLL circuit, a phase control signal of the current control circuit, and the second A second phase control circuit that calculates a thyristor firing angle of the power converter and outputs a gate pulse based on the output signal selected by the changeover switch of 2;
When the main generator is disconnected from the propeller for propulsion by the clutch and the shaft generator is operated for electric propulsion by the power of the inboard bus, the current command of the second rotational speed control circuit is set by the first changeover switch. A value is output to the current control circuit and a detection signal of the position detector is output to the second phase control circuit by the second changeover switch;
When the clutch is connected to the propeller for propulsion by the clutch and is switched for shaft power generation to supply power from the shaft generator to the inboard bus, the first speed control circuit is switched by switching the first switch. Output the current command value to the current control circuit and switch the second changeover switch to output the output signal of the second PLL circuit to the second phase control circuit,
When switching the control device from shaft power generation to electric propulsion, the output of the first rotational speed control circuit is substituted as an initial value into the integral element of the second rotational speed control circuit, and the initial value immediately after switching To start the rotational speed control of the shaft generator,
When switching from electric propulsion to shaft power generation, the output of the second rotational speed control circuit is substituted as an initial value into the integral element of the first rotational speed control circuit, and immediately after switching, the synchronous adjustment is performed from the initial value. An integration setter for starting the rotation speed control of the phase machine is provided.
本発明による主機軸駆動発電電動装置兼推進装置によれば、制御装置を軸発電用から電気推進用または電気推進用から軸発電用へと切り替えるときに、電気推進時に使用し軸発電機の回転数指令値を出力する第2の回転数制御回路と軸発電時に使用し同期調相機の回転数指令値を出力する第1の回転数制御回路を切替スイッチで切替えると共に、その直前まで動作していた回転数制御回路の出力を、積分設定器を介して他方の回転数制御回路の積分要素に初期値として代入するようにしたので、切り替え直後に回転数制御回路は、積分要素の初期値から制御を行うことになり、その結果、電流制御回路に入力する電流指令値が急激に変化せず、船舶を停止させることなく切り替えることができる。 According to the main engine shaft drive generator motor propulsion device according to the present invention, when switching the control device from shaft power generation to electric propulsion or from electric propulsion to shaft power generation, the shaft generator is used for electric propulsion. The second rotational speed control circuit that outputs the rotational speed command value and the first rotational speed control circuit that is used during shaft power generation and outputs the rotational speed command value of the synchronous phase adjuster are switched by the changeover switch and operate until just before that. Since the output of the rotation speed control circuit is assigned as an initial value to the integration element of the other rotation speed control circuit via the integration setter, the rotation speed control circuit starts from the initial value of the integration element immediately after switching. As a result, the current command value input to the current control circuit does not change abruptly and can be switched without stopping the ship.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明による主機軸駆動発電電動装置兼推進装置の一実施の形態を模式的に示す構成図である。本実施の形態はコンバータおよびインバータを有する電力変換器を制御する制御装置の特に運転切替え方法に特徴があり、電気推進用から軸発電用へ、あるいは軸発電用から電気推進用へ連続的かつスムーズに切り替えることを可能にする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram schematically showing an embodiment of a main shaft drive generator-motor / propulsion device according to the present invention. This embodiment is particularly characterized in a method for switching operation of a control device that controls a power converter having a converter and an inverter. Continuously and smoothly from electric propulsion to shaft power generation or from shaft power generation to electric propulsion. It is possible to switch to.
図1において、1はディーゼル等の内燃機関の主機で、その主機軸2にはクラッチ3を介して推進用プロペラ4と軸発電機5が連結されている。軸発電機5には電圧を制御する自動電圧調整器(以下、AVRという)6が設けられ、軸発電機5の界磁巻線7に接続される。100は電力変換器で、サイリスタを含むコンバータ8、サイリスタを含むインバータ9および電流検出器10で構成されている。電流検出器10はコンバータ8とインバータ9間の直流部の電流を検出する。リアクトル11は電圧の歪みを除去するためのものである。12は同期調相機で界磁巻線14を有し、界磁巻線14は同期調相機12の電圧を制御するAVR13に接続される。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a main machine of an internal combustion engine such as diesel, and a propeller 4 for a propulsion and a shaft generator 5 are connected to a
軸発電用および電気推進用の制御装置15はコンバータ8とインバータ9に接続されてサイリスタ点弧角を調整することにより、電力変換器100を流れる電流を制御する。
The control device 15 for shaft power generation and electric propulsion is connected to the converter 8 and the
軸発電機5にはその回転子の位置を検出するための位置検出器16が配置され、同期調相機12にはその回転速度を検出するための回転数検出器17が配置される。さらに船内母線21、遮断器20、リアクトル11、インバータ9の回路に、インバータ9の交流側の電圧を検出するための変圧器19が接続される。また軸発電機5とコンバータ8の回路に、軸発電機5の電機子電圧を検出するための変圧器18が接続される。
The shaft generator 5 is provided with a
制御装置15には、軸発電時に使用し同期調相機12の回転数を設定する第1の回転数設定器22と、電気推進時に使用し軸発電機5の回転数を設定する第2の回転数設定器23と、位置検出器16の検出波形から軸発電機5の回転数を出力する回転数検出回路24が接続される。
The controller 15 includes a first rotation
制御装置15の内部には、軸発電時に回転数検出器17で検出した同期調相機12の回転数が第1の回転数設定器22で設定した回転数となるように、電力変換器100に流れる電流の指令値を出力する第1の回転数制御回路15−1と、電気推進時に位置検出器16および回転数検出回路24で検出される軸発電機5の回転数が第2の回転数設定器23で設定した回転数となるように、電力変換器100に流れる電流の指令値を出力する第2の回転数制御回路15−2が設けられている。
Inside the control device 15, the power converter 100 is arranged so that the rotational speed of the
第1の回転数制御回路15−1と第2の回転数制御回路15−2の間には、軸発電時に第1の回転数制御回路15−1の出力を電流指令値とし、電気推進時には第2の回転数制御回路15−2の出力を電流指令値とするように切替える第1の切替スイッチ15−3が設けられている。 Between the first rotation speed control circuit 15-1 and the second rotation speed control circuit 15-2, the output of the first rotation speed control circuit 15-1 is used as a current command value during shaft power generation, and during electric propulsion. A first changeover switch 15-3 is provided for switching the output of the second rotation speed control circuit 15-2 to be a current command value.
第1の切替スイッチ15−3の出力側には、電流検出器10の電流検出値が第1の切替スイッチ15−3で選択した電流指令値となるように位相制御信号を出力する電流制御回路15−4が設けられている。
On the output side of the first changeover switch 15-3, a current control circuit that outputs a phase control signal so that the current detection value of the
また変圧器19と変圧器18の二次側には、同期信号を出力する第1、第2のPLL回路15−5と15−6が、また、軸発電時に第2のPLL回路15−6の出力を、電気推進時には位置検出器16の出力を選択する第2の切替スイッチ15−7が設けられている。
Further, on the secondary side of the
第1のPLL回路15−5で生成した同期信号と電流制御回路15−4の出力である位相制御信号を基にインバータ9のサイリスタ点弧角を演算してパルス電圧を出力する第1の位相制御回路15−8と、第2の切替スイッチ15−7で選択した同期信号と電流制御回路15−4の出力である位相制御信号を基にコンバータ8のサイリスタ点弧角を演算してパルス電圧を出力する第2の位相制御回路15−9が設けられている。
A first phase for calculating a thyristor firing angle of the
なお、第1の切替スイッチ15−3,第2の切替スイッチ15−7は、制御装置15が軸発電用として運転するときにはa側に、制御装置15が非常航行をするための電気推進用として運転するときはb側に接続する。 The first changeover switch 15-3 and the second changeover switch 15-7 are provided on the a side when the control device 15 is operated for shaft power generation, and for electric propulsion for the control device 15 to perform emergency navigation. When driving, connect to b side.
図4(a)および(b)は、本発明の実施形態である図1の第1の回転数制御回路15−1、第2の回転数制御回路15−2をわかりやすく説明するための参考の制御ブロック図である。 4A and 4B are references for explaining the first rotation speed control circuit 15-1 and the second rotation speed control circuit 15-2 in FIG. 1 according to the embodiment of the present invention in an easily understandable manner. It is a control block diagram of.
図4(a)において、参考回転数制御回路15−1(A)は、第1の回転数設定器22で設定した回転数指令値から回転数検出器17で検出した同期調相機12の回転数検出値を減ずる減算回路30と、減算回路30の出力を比例増幅する比例増幅回路31と、減算回路30の出力を積分増幅する積分増幅回路32と、比例増幅回路31および積分増幅回路32の出力を加算する加算回路33とで構成されている。
In FIG. 4A, the reference rotation speed control circuit 15-1 (A) rotates the
図4(b)において、参考回転数制御回路15−2(A)は、第2の回転数設定器23で設定した回転数設定値から回転数検出回路24で検出した軸発電機5の回転数検出値を減ずる減算回路40と、減算回路40の出力を比例増幅する比例増幅回路41と、減算回路40の出力を積分増幅する積分増幅回路42と、比例増幅回路41および積分増幅回路42の出力を加算する加算回路43と、加算回路43の出力を入力し絶対値を出力する絶対値回路44で構成されている。
In FIG. 4B, the reference rotation speed control circuit 15-2 (A) rotates the shaft generator 5 detected by the rotation
図3は、図1の電流制御回路15−4の詳細を示す制御ブロックである。図3において、電流制御回路15−4は、第1の切替スイッチ15−3から出力された参考回転数制御回路15−1(A)または参考回転数制御回路15−2(A)の電流指令値の極性を検出するための極性検出回路50と、電流検出器10の検出値を入力し、極性を反転させて出力する反転回路51と、制御装置15が軸発電用として運転するときはa側へ、電気推進用として運転するときはb側へ接続する第3の切替スイッチ52と、第1の切替スイッチ15−3の出力から第3の切替スイッチ52の出力を減ずる減算回路53と、減算回路53の出力を比例増幅する比例増幅回路54と、減算回路53の出力を積分増幅する積分増幅回路55と、比例増幅回路54および積分増幅回路55の出力を加算する加算回路56を有する。
FIG. 3 is a control block showing details of the current control circuit 15-4 of FIG. In FIG. 3, the current control circuit 15-4 is a current command for the reference rotation speed control circuit 15-1 (A) or the reference rotation speed control circuit 15-2 (A) output from the first changeover switch 15-3. A
さらにインバータ9のサイリスタ点弧角が150度となるように固定値を出力する固定値回路57と、コンバータ8のサイリスタ点弧角が0度となるように固定値を出力する固定値回路58と、コンバータ8のサイリスタ点弧角が120度となるように固定値を出力する固定値回路59と、極性検出回路50の出力極性が正のときは、加算回路56の出力を、負のときは固定値回路57の出力を選択して第1の位相制御回路15−8に位相制御信号を出力する切替スイッチ60と、軸発電時に固定値回路58の出力を、また、電気推進時に固定値回路59の出力を選択して出力する第4の切替スイッチ61と、極性検出回路50の出力極性が正のとき、第4の切替スイッチ61の出力を、負のときは加算回路56の出力を選択して第2の位相制御回路15−9へ位相制御信号を出力する切替スイッチ62で構成されている。
Furthermore, a fixed
すなわち、切替スイッチ60,62は、極性検出回路50によって第1の切替スイッチ15−3の出力の極性が正のときは+側へ、負のときは−側へ接続する。
That is, the changeover switches 60 and 62 are connected to the + side when the polarity of the output of the first changeover switch 15-3 is positive by the
次にこのような構成で制御装置15が軸発電用として運転している場合を説明する。このときは第1、第2の切替スイッチ15−3,15−7と、第3、第4の切替スイッチ52,61(図3参照)とをa側に接続する。 Next, the case where the control device 15 is operated for shaft power generation with such a configuration will be described. At this time, the first and second changeover switches 15-3 and 15-7 and the third and fourth changeover switches 52 and 61 (see FIG. 3) are connected to the a side.
まず、軸発電機5を発電モードで運転する場合、主機1の運転が開始されると、クラッチ3を介して推進用プロペラ4と軸発電機5が駆動される。AVR6で界磁巻線7に界磁電流を供給することで、軸発電機5が発電を開始する。軸発電機5で発電した電力は、コンバータ8で直流電力に変換した後、インバータ9で再度交流電力に変換し、リアクトル11と同期調相機12と遮断器20を介して船内母線21に電力を供給する。同期調相機12の出力無効電力は、AVR13で界磁巻線14に流れる電流を調整することで制御される。
First, when the shaft generator 5 is operated in the power generation mode, the propeller 4 for propulsion and the shaft generator 5 are driven via the clutch 3 when the operation of the main engine 1 is started. The shaft generator 5 starts power generation by supplying a field current to the field winding 7 with the AVR 6. The power generated by the shaft generator 5 is converted to DC power by the converter 8 and then converted again to AC power by the
軸発電機5を発電モードで運転するためには、同期調相機12の回転数、すなわち電機子電圧の周波数が船内母線21の電圧の周波数よりも高くなるように第1の回転数設定器22で回転数指令値を設定する。このとき、参考回転数制御回路15−1(A)の出力である電流指令値が正であるため、図3の切替スイッチ60,62は+側に接続され、固定値回路58から固定値が切替スイッチ62を介して第2の位相制御回路15−9に入力されるので、コンバータ8のサイリスタ点弧角は0度に固定される。
In order to operate the shaft generator 5 in the power generation mode, the first
また、第1の切替スイッチ15−3からの電流指令値と電流検出器10の電流検出値との偏差値が切替スイッチ60を介して第1の位相制御回路15−8へ入力され、インバータ9は電流検出器10の電流検出値が第1の回転数制御回路15−1の電流指令値と一致するようにサイリスタ点弧角が調整される。なお、軸発電機5が発電モードで運転されているときの電流検出器10が検出する電流の向きは、コンバータ8からインバータ9の方向である。
Further, the deviation value between the current command value from the first changeover switch 15-3 and the current detection value of the
ここで、第1の回転数設定器22で同期調相機12の回転数、すなわち電機子電圧の周波数が船内母線21の電圧の周波数よりも低くなるように設定すると、参考回転数制御回路15−1(A)の出力は負となり、電流制御回路15−4には負の電流指令値が入力される。すなわち、インバータ9からコンバータ8の方向へ電流が流れるように制御されるので、軸発電機5は同期電動機として駆動され、主機1の運転を加勢する電動モードとなる。
Here, if the rotation speed of the
電動モードにおいて、図3の極性検出回路50は負の値を検出し、切替スイッチ60,62は−側に接続する。インバータ9は固定値回路57でサイリスタ点弧角が150度に固定され、コンバータ8は電流検出器10に流れる電流値が電流指令値と一致するようにサイリスタ点弧角が調整される。
In the electric mode, the
次に制御装置15が電気推進用として運転される場合について説明する。この場合、主機1はクラッチ3により主機軸2から切り離された状態にあり、第1、第2の切替スイッチ15−3,15−7,および第3、第4の切替スイッチ52,61はb側に接続される。このとき軸発電機5は、コンバータ8と、位置検出器16と、回転数検出回路24と、参考回転数制御回路15−2(A)と、電流制御回路15−4と、第2の位相制御回路15−9でサイリスタモータが構成される。
Next, a case where the control device 15 is operated for electric propulsion will be described. In this case, the main machine 1 is disconnected from the
回転数検出回路24で検出した軸発電機5の回転数が第2の回転数設定器23で設定した回転数となるように参考回転数制御回路15−2(A)で電流指令値を出力する。電流制御回路15−4に入力する前記の電流指令値は、絶対値回路44の作用により正となる。したがって、切替スイッチ60,62は+側に接続している。
The reference rotation speed control circuit 15-2 (A) outputs a current command value so that the rotation speed of the shaft generator 5 detected by the rotation
またコンバータ8とインバータ9の間に流れる電流は、反転回路51で極性を反転させてから第3の切替スイッチ52を介して減算回路53に入力するため、インバータ9からコンバータ8への方向となる。
Further, since the current flowing between the converter 8 and the
コンバータ8のサイリスタ点弧角は、第4の切替スイッチ61がb側へ接続しているので、固定値回路59により120度に固定されると共に、第2の切替スイッチ15−7を介して第2の位相制御回路15−9に入力する位置検出器16の検出波形を同期信号としてコンバータ8から軸発電機5を回転させるための交流電圧が出力される。一方、第1の切替スイッチ15−3からの電流指令値と切替スイッチ52の出力との偏差を比例増幅回路54と積分増幅回路55で増幅し,これらを加算する加算回路56の出力値が切替スイッチ60を介して第1の位相制御回路15−8へ入力され、インバータ9のサイリスタ点弧角は、電流検出器10の電流検出値が第2の回転数制御回路15−2の電流指令値となるように調整される。
The thyristor firing angle of the converter 8 is fixed to 120 degrees by the fixed
以上のことから船内母線21からコンバータとして動作するインバータ9と、インバータとして動作するコンバータ8で周波数変換して軸発電機5へ電力が供給され、軸発電機5はサイリスタモータとして運転することで推進用プロペラ4を駆動でき、主機1が故障などにより停止した非常時に船舶を航行させることができる。
From the above, the frequency is converted from the
このように、制御装置15を軸発電用、電気推進用に切替えて軸発電機を発電機として使用したり、非常航行の電気推進用として使用することができるが、切替えるときに次のような問題がある。 As described above, the control device 15 can be used for shaft power generation and electric propulsion to use the shaft generator as a generator, or can be used for emergency propulsion electric propulsion. There's a problem.
図4(a)(b)に示す参考回転数制御回路15−1(A)、15−2(A)で説明すると、切り替え前の減算回路30、40の出力が積分増幅回路32、42に蓄積された状態にあり、この状態から制御装置15が軸駆動用、電気推進用として制御を行うように切り替えられると、電流制御回路15−4に入力する電流指令値が急激に変化する。
4A and 4B, the outputs of the subtracting
このことにより、軸発電機5の回転数の変動を電気側から助長させたり、同期調相機12の回転数の変動を電気側から助長させてしまう現象が生じる。
As a result, a phenomenon occurs in which fluctuations in the rotational speed of the shaft generator 5 are promoted from the electric side, and fluctuations in the rotational speed of the
このような現象を回避するために本実施の形態の制御装置では、図4(a)、(b)に示す参考回転数制御回路に代えて図2の回路構成を用いる。参考回転数制御回路と異なる点は積分設定器15−10を設け、軸発電用および電気推進用の異なる運転モードに切り替えるときに積分設定器15−10の指令に基づき、第1の回転数制御回路15−1、あるいは第2の回転数制御回路15−2の出力を他方の回転数制御回路の積分要素に初期値として入力し、切替直後に初期値から開始するように構成したところにある。 In order to avoid such a phenomenon, the control device of the present embodiment uses the circuit configuration of FIG. 2 instead of the reference rotation speed control circuit shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). The difference from the reference rotational speed control circuit is that an integral setter 15-10 is provided, and the first rotational speed control is performed based on the command of the integral setter 15-10 when switching to different operation modes for shaft power generation and electric propulsion. The output of the circuit 15-1 or the second rotational speed control circuit 15-2 is input as an initial value to the integral element of the other rotational speed control circuit, and is configured to start from the initial value immediately after switching. .
図2は、積分設定器15−10、第1の回転数制御回路15−1および第2の回転数制御回路15−2の詳細を示す制御ブロック図である。図において、PI制御を行う第1の回転数制御回路15−1は、図4(a)の電流制御回路15−1(A)に対し、固定値0を出力する固定値回路70と、第5の切替スイッチ71とを追加して設けている。
FIG. 2 is a control block diagram showing details of the integration setter 15-10, the first rotation speed control circuit 15-1, and the second rotation speed control circuit 15-2. In the figure, a first rotation speed control circuit 15-1 that performs PI control includes a fixed
第5の切替スイッチ71は、第1、第2の切替スイッチ15−3,15−7,第3、第4の切替スイッチ52,61と同様に、制御装置15が軸発電用として運転しているときはa側へ、電気推進用として運転しているときはb側へ接続する。
As with the first and second change-over switches 15-3, 15-7, the third and fourth change-over
第5の切替スイッチ71がa側(軸発電用)に接続しているときは、第1の回転数設定器22で設定した回転数指令値から回転数検出器17で検出した同期調相機12の回転数検出値を減算回路30で減算した出力が、第5の切替スイッチ71を介して比例増幅回路31、積分増幅回路32に入力されてPI制御を行い、第1の切替スイッチ15−3を介して電流制御回路15−4へ出力される。第5の切替スイッチ71がb側(電気推進用)に接続されているときは、固定値回路70の0が比例増幅回路31、積分増幅回路32に入力される。
When the
一方、第2の回転数制御回路15−2は、図4(b)の参考電流制御回路15−2(A)に対し、固定値0を出力する固定値回路72と第6の切替スイッチ73を追加して設けている。
On the other hand, the second rotation speed control circuit 15-2 has a fixed
第6の切替スイッチ73は、第1、第2の切替スイッチ15−3,15−7,第3、第4の切替スイッチ52,61と同様に、制御装置15が軸発電用として運転しているときはa側へ、電気推進用として運転しているときはb側へ接続する。
Similar to the first and second change-over switches 15-3, 15-7, the third and fourth change-over
第6の切替スイッチ73がb側(電気推進用)に接続されているときは、第2の回転数設定回路23で設定された回転数指令値から回転数検出回路24で検出した軸発電機5の回転数検出値を減算回路40で減算したものが、第6の切替スイッチ73を介して比例増幅回路41、積分増幅回路42に入力されて、PI制御が行なわれ、第1の切替スイッチ15−3を介して電流制御回路15−4へ出力される。第6の切替スイッチ73がa側(軸発電用)に接続されているときには、固定値回路72から第6の切替スイッチ73を介して比例増幅回路41、積分増幅回路42に0が入力される。
When the
積分設定器15−10は、2個の第7、第8の切替スイッチ74,75を接続して構成され、制御装置15が軸発電用として運転しているときは、各切替スイッチ74,75はa側に、制御装置15が電気推進用として運転しているときはb側に接続される。これにより、制御装置15が軸発電用として運転しているときは、切替スイッチ74,75はa側に接続されているので、第1の回転数制御回路15−1側の加算回路33の出力値は、第1の切替スイッチ15−3を介して電流制御回路15−4へ出力されると共に、第7、第8の切替スイッチ74,75を介して他方の側の第2の回転数制御回路15−2の積分要素である積分増幅回路42へも初期値として入力される。
The integration setter 15-10 is configured by connecting two seventh and eighth changeover switches 74 and 75. When the control device 15 is operating for shaft power generation, each
第2の回転数制御回路15−2は固定値回路72から、第6の切替スイッチ73を介して比例増幅回路41と積分増幅回路42に0が入力されているので、加算回路43の出力値は、第1の回転数制御回路15−1の加算回路33の出力値と一致する。
Since the second rotation speed control circuit 15-2 receives 0 from the fixed
ここで、運転中の主機1をクラッチ3で切り離し、第1、第2の切替スイッチ15−3,15−7,第3、第4、第5、第6、第7、第8の切替スイッチ52,61,71,73,74,75をa側からb側へ切り替えると、制御装置15は、通常時の軸発電用から調査航行時などの電気推進用へと切り替わる。 Here, the main machine 1 in operation is disconnected by the clutch 3, and the first and second change-over switches 15-3 and 15-7, the third, the fourth, the fifth, the sixth, the seventh and the eighth change-over switches. When 52, 61, 71, 73, 74, and 75 are switched from the a side to the b side, the control device 15 switches from normal shaft power generation to electric propulsion during survey navigation or the like.
このとき第2の回転数制御回路15−2の内部の減算回路40の出力は、第6の切替スイッチ73を介して比例増幅回路41と積分増幅回路42に入力され、PI制御が行われるが、この際、積分要素である積分増幅回路42には、制御装置15を軸発電用から電気推進用へ切り替える直前の軸発電時の電流指令値を初期値として持っているので、絶対値回路44の出力である電流指令値は、その初期値から制御を行って電流制御回路15−4へ出力し、軸発電機5の制御を行うことになる。従って、切り替えに伴って電気推進時の電流指令値が急激に変化せず、船舶を停止させることなく切り替えることができる。
At this time, the output of the
また制御装置15を電気推進用から軸発電用へ切り替えるときも同様で、切替スイッチ15−3,15−7,52,61,71,73,74,75をb側からa側へ切り替えると第1の回転数制御回路15−1内部の減算回路30の出力は、第5の切替スイッチ71を介して比例増幅回路31と積分増幅回路32に入力される。
The same applies when the control device 15 is switched from electric propulsion to shaft power generation. When the changeover switches 15-3, 15-7, 52, 61, 71, 73, 74, 75 are switched from the b side to the a side, The output of the
この時、積分要素である積分増幅回路32には、制御装置15を電気推進用から軸発電用へと切り替える直前まで第2の回転数制御回路15−2の加算回路43から第7、第8の切替スイッチ74,75を介して電気推進時の電流指令値が初期値として代入されている。そのため、加算回路33の出力である電流指令値は、電気推進時の電流指令値を初期値として電流制御回路15−4へ出力し、同期電動機12の制御を行うことになるので、電流指令値が急激に変化せず、船舶を停止させることなく切り替えることができる。
At this time, the
このようにして、電流制御回路15−4への電流指令値を急激に変化させることなく、連続的に軸発電用から電気推進用へ、または電気推進用から軸発電用へ切り替えることができるので、操船できない期間の発生をなくすことができる。 In this way, it is possible to continuously switch from shaft power generation to electric propulsion or from electric propulsion to shaft power generation without abruptly changing the current command value to the current control circuit 15-4. It is possible to eliminate the occurrence of a period during which the ship cannot be operated.
以上本発明を実施の形態により説明したが、本発明を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。 Although the present invention has been described with the embodiment, it goes without saying that various modifications can be made without departing from the present invention.
1…主機
2…主機軸
3…クラッチ
4…推進用プロペラ
5…軸発電機
6,13…AVR
7…軸発電機の界磁巻線、
8…コンバータ(インバータ)
9…インバータ(コンバータ)
10…電流検出器
11…リアクトル
12…同期調相機
14…同期調相機の界磁巻線
15…軸発電用および電気推進用の制御装置
15−1…回転数制御回路
15−1(A)…参考回転数制御回路
15−2…回転数制御回路
15−2(A)…参考回転数制御回路
15−3…切替スイッチ
15−4…電流制御回路
15−5,15−6…PLL回路
15−7…切替スイッチ
15−8,15−9…位相制御回路
15−10…積分設定器
16…位置検出器
17…回転数検出器
18,19…変圧器
20…遮断器
21…船内母線
22,23…回転数設定器
24…回転数検出回路
30,40…減算回路
31,41…比例増幅回路
32,42…積分増幅回路
33,43…加算回路
44…絶対値回路
50…極性検出回路
51…反転回路
52…切替スイッチ
53…減算回路
54…比例増幅回路
55…積分増幅回路
56…加算回路
57,58,59…固定値回路
60,61,62…切替スイッチ
74,75…切替スイッチ
100…電力変換器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
7 ... Field winding of shaft generator,
8 ... Converter (inverter)
9 ... Inverter (converter)
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記制御装置は、前記第1の回転数設定器の回転数指令値と前記同期調相機の回転数が一致するように前記電力変換器の直流部の電流指令値をPI制御により出力する第1の回転数制御回路と、前記第2の回転数設定器の回転数指令値と前記軸発電機の回転数が一致するように前記電力変換器の直流部をPI制御により出力する第2の回転数制御回路と、前記電力変換部の直流部の電流指令値を前記第1の回転数制御回路の出力か前記第2の回転数制御回路の出力かを選択する第1の切替スイッチと、前記電力変換器の直流部に流れる電流が前記電流指令値と一致するように位相制御信号を出力する電流制御回路と、前記電力変換器の交流側の電圧から同期信号を生成する第1のPLL回路と、前記軸発電機の電機子電圧から同期信号を生成する第2のPLL回路と、前記電流制御回路の位相制御信号と前記第1のPLL回路で生成した同期信号に基づき、前記電力変換器のサイリスタ点弧角を演算してゲートパルスを出力する第1の位相制御回路と、前記軸発電機の回転子位置の検出信号か前記第2のPLL回路の出力信号かを選択する第2の切替スイッチと、前記電流制御回路の位相制御信号と前記第2の切替スイッチで選択した出力信号に基づき、前記電力変換器のサイリスタ点弧角を演算してゲートパルスを出力する第2の位相制御回路と、を有し、
前記クラッチで前記主機を前記推進用プロペラから切り離し、船内母線の電力で前記軸発電機を電気推進用として運転するときは、前記第1の切替スイッチで前記第2の回転数制御回路の電流指令値を前記電流制御回路へ出力すると共に前記第2の切替スイッチで位置検出器の検出信号を前記第2の位相制御回路へ出力し、
前記クラッチで前記主機を推進用プロペラに連結し、前記軸発電機による電力を船内母線へ供給する軸発電用として切り替えるときは、前記第1の切替スイッチを切り替えて前記第1の回転数制御回路の電流指令値を前記電流制御回路へ出力すると共に前記第2の切替スイッチを切り替えて前記第2のPLL回路の出力信号を前記第2の位相制御回路へ出力し、
前記制御装置を軸発電用から電気推進用へ切り替えるときは、前記第1の回転数制御回路の出力を前記第2の回転数制御回路の積分要素に初期値として代入し、切り替え直後に初期値から前記軸発電機の回転数制御を開始し、
電気推進用から軸発電用へ切り替えるときは、前記第2の回転数制御回路の出力を前記第1の回転数制御回路の積分要素に初期値として代入し、切り替え直後に初期値から前記同期調相機の回転数制御を開始する積分設定器を設けたことを特徴とする主機軸駆動発電電動装置兼推進装置。
Main engine, marine propulsion propeller and shaft generator connected to the main engine via a clutch, a power converter including a thyristor for converting electric power into direct current and then converting into direct current, and a direct current section of the power converter A current detector for detecting the current of the power converter, a synchronous phase adjuster for supplying reactive power to the power converter and the inboard bus, and the power converter based on the detected value of the rotational speed of the synchronous phase adjuster and the shaft generator A control device for controlling the rotation speed, a first rotation speed setting device for setting the rotation command value of the synchronous phase adjuster, and a second rotation speed setting device for setting the rotation speed command value of the shaft generator,
The control device outputs a current command value of the DC section of the power converter by PI control so that the rotation speed command value of the first rotation speed setting device matches the rotation speed of the synchronous phase adjuster. And a second rotation that outputs the DC portion of the power converter by PI control so that the rotation speed command value of the second rotation speed setting device matches the rotation speed of the shaft generator. A first changeover switch for selecting whether the current command value of the direct current section of the power converter is an output of the first rotational speed control circuit or an output of the second rotational speed control circuit; A current control circuit that outputs a phase control signal so that a current flowing through a DC portion of the power converter matches the current command value; and a first PLL circuit that generates a synchronization signal from a voltage on the AC side of the power converter And generating a synchronization signal from the armature voltage of the shaft generator And calculating a thyristor firing angle of the power converter based on a second PLL circuit, a phase control signal of the current control circuit, and a synchronization signal generated by the first PLL circuit, and outputting a gate pulse. 1 phase control circuit, a second changeover switch for selecting a detection signal of the rotor position of the shaft generator or an output signal of the second PLL circuit, a phase control signal of the current control circuit, and the second A second phase control circuit that calculates a thyristor firing angle of the power converter and outputs a gate pulse based on the output signal selected by the changeover switch of 2;
When the main generator is disconnected from the propeller for propulsion by the clutch and the shaft generator is operated for electric propulsion by the power of the inboard bus, the current command of the second rotational speed control circuit is set by the first changeover switch. A value is output to the current control circuit and a detection signal of the position detector is output to the second phase control circuit by the second changeover switch;
When the clutch is connected to the propeller for propulsion by the clutch and is switched for shaft power generation to supply power from the shaft generator to the inboard bus, the first speed control circuit is switched by switching the first switch. Output the current command value to the current control circuit and switch the second changeover switch to output the output signal of the second PLL circuit to the second phase control circuit,
When switching the control device from shaft power generation to electric propulsion, the output of the first rotational speed control circuit is substituted as an initial value into the integral element of the second rotational speed control circuit, and the initial value immediately after switching To start the rotational speed control of the shaft generator,
When switching from electric propulsion to shaft power generation, the output of the second rotational speed control circuit is substituted as an initial value into the integral element of the first rotational speed control circuit, and immediately after switching, the synchronous adjustment is performed from the initial value. A main shaft drive generator-motor apparatus and propulsion apparatus, characterized in that an integral setting device is provided for starting the rotation speed control of the phase machine.
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