JP2024071755A - Electric Propulsion Unit - Google Patents

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秀年 廣納
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西芝電機株式会社
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Abstract

【課題】船内母線系統電力変動を抑制できる電気推進装置を提供すること。
【解決手段】本発明における電気推進装置は、速度検出器により検出された回転速度と速度設定器により設定された回転速度の速度基準の差分をもとに第1トルク基準を生成する速度制御器と、速度検出器により検出される回転速度の変動に応じて速度制御器により生成される前記第1トルク基準よりも変動が少ない第2トルク基準を生成する生成回路と、速度制御器により生成される第1トルク基準と生成回路により生成される第2トルク基準を排他的に切り替える切替回路と、第1トルク基準あるいは第2トルク基準を基に磁束基準を生成する磁束基準演算器および磁化成分電流演算器と、速度制御器および磁化成分電流演算器により生成された電流基準信号と電力変換器の検出電流との差分増幅する電流制御器と、電力変換器の電流を検出する変流器と、電力変換器のベクトル制御を行うための座標変換器とを備える。
【選択図】図1

An electric propulsion device capable of suppressing power fluctuations in an onboard busbar system is provided.
[Solution] The electric propulsion device of the present invention includes a speed controller that generates a first torque reference based on the difference between a speed reference between a rotational speed detected by a speed detector and a rotational speed set by a speed setter, a generation circuit that generates a second torque reference that fluctuates less than the first torque reference generated by the speed controller in accordance with fluctuations in the rotational speed detected by the speed detector, a switching circuit that exclusively switches between the first torque reference generated by the speed controller and the second torque reference generated by the generation circuit, a magnetic flux reference calculator and a magnetization component current calculator that generate a magnetic flux reference based on the first torque reference or the second torque reference, a current controller that amplifies the difference between the current reference signal generated by the speed controller and the magnetization component current calculator and the detected current of a power converter, a current transformer that detects the current of the power converter, and a coordinate converter for performing vector control of the power converter.
[Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、船内系統における電気推進装置に関する。 The present invention relates to an electric propulsion device for an onboard system.

図3は、非特許文献1に示された従来のベクトル制御インバータを用いた電気推進装置制御方法の構成図である。 Figure 3 is a diagram showing the configuration of a conventional electric propulsion device control method using a vector control inverter, as shown in Non-Patent Document 1.

図3において、1は後述の3~14を包括するシステムである電気推進装置、2は速度設定器、3は速度制御器、4は磁束基準演算器、5は磁化成分電流演算器、6,7は電流制御器、8は位相演算器、9,10は座標変換器、11は電力変換器、12は変流器、13は推進用電動機、14は速度検出器、15は推進用プロペラ、16は電力変換器用遮断器、17はディーゼル発電機等の交流電源用遮断器、18はディーゼル発電機等の交流電源、19は船内母線系統である。 In FIG. 3, 1 is an electric propulsion device, which is a system that includes 3 to 14 described below, 2 is a speed setter, 3 is a speed controller, 4 is a magnetic flux reference calculator, 5 is a magnetization component current calculator, 6 and 7 are current controllers, 8 is a phase calculator, 9 and 10 are coordinate converters, 11 is a power converter, 12 is a current transformer, 13 is a propulsion motor, 14 is a speed detector, 15 is a propulsion propeller, 16 is a power converter circuit breaker, 17 is a circuit breaker for AC power sources such as diesel generators, 18 is an AC power source such as a diesel generator, and 19 is an onboard busbar system.

図3に示す従来の電気推進装置1における通常の動作を説明する。 The normal operation of the conventional electric propulsion device 1 shown in Figure 3 will be described.

船内母線系統19は、遮断器17を介してディーゼル発電機等の交流電源18が接続されて構成される。船内母線系統19は、遮断器16を介して、電気推進装置1の電力変換器11と接続される。 The onboard bus system 19 is configured by connecting an AC power source 18 such as a diesel generator via a circuit breaker 17. The onboard bus system 19 is connected to the power converter 11 of the electric propulsion device 1 via a circuit breaker 16.

電力変換器11は、船内母線系統19から供給される電力を推進用電動機(PM)13に供給する。推進用電動機13は、推進用プロペラ15の動力であり、電力変換器11から供給される電力により推進用プロペラ15を駆動する。 The power converter 11 supplies power from the onboard bus system 19 to the propulsion motor (PM) 13. The propulsion motor 13 is the power source for the propulsion propeller 15, and drives the propulsion propeller 15 with the power supplied from the power converter 11.

速度設定器2は、推進電動機13の回転速度を設定して速度基準ωを生成する。速度制御器3は、速度設定器2により生成された速度基準ωと、速度検出器(PG)14により検出された推進電動機13の回転速度(実速度ω)との差を誤差増幅し、トルク基準τを生成する。 The speed setter 2 sets the rotation speed of the propulsion motor 13 to generate a speed reference ω * . The speed controller 3 amplifies the error between the speed reference ω * generated by the speed setter 2 and the rotation speed (actual speed ω) of the propulsion motor 13 detected by a speed detector (PG) 14, and generates a torque reference τ * .

また、磁束基準演算器4は、速度検出器14に検出された実速度ωを基に、磁束基準Φ2を演算して、磁化成分電流演算器5に出力する。磁化成分電流演算器5は、磁束基準演算器4からの磁束基準Φ2をもとに磁化成分電流基準Idを生成する。 Furthermore, the magnetic flux reference calculator 4 calculates a magnetic flux reference Φ2 * based on the actual speed ω detected by the speed detector 14, and outputs the calculated magnetic flux reference Φ2* to the magnetization component current calculator 5. The magnetization component current calculator 5 generates a magnetic flux reference Id * based on the magnetic flux reference Φ2 * from the magnetic flux reference calculator 4.

除算器20は、前述のトルク基準τおよび磁束基準Φ2により、トルク成分電流基準Iqを生成する。 A divider 20 generates a torque component current reference Iq * according to the aforementioned torque reference τ * and flux reference Φ2 * .

変流器12は、電力変換器11の実電流を検出する。座標変換器9は、変流器12により検出された実電流、および位相演算器8により回転速度(実速度ω)を基に定められた位相θ1を基にして座標変換し、トルク成分電流フィードバックIqと磁化成分電流フィードバックIdを出力する。トルク成分電流フィードバックIqは、前述のトルク成分電流基準Iqと差分増幅し、電流制御器7を介してベクトル制御の座標変換器10に供給される。また、磁化成分電流フィードバックIdは、磁化成分電流基準Idと差分増幅し、電流制御器6を介して座標変換器10に供給される。座標変換器10は、電流制御器6,7からの入力を基に、電力変換器1次電圧基準(Vu,Vv,Vw)を生成し、推進用電動機13を運転する。 The current transformer 12 detects the actual current of the power converter 11. The coordinate converter 9 performs coordinate conversion based on the actual current detected by the current transformer 12 and the phase θ1 determined by the phase calculator 8 based on the rotation speed (actual speed ω), and outputs a torque component current feedback Iq and a magnetization component current feedback Id. The torque component current feedback Iq is differentially amplified with the torque component current reference Iq * described above, and is supplied to a coordinate converter 10 for vector control via a current controller 7. The magnetization component current feedback Id is differentially amplified with the magnetization component current reference Id * , and is supplied to the coordinate converter 10 via a current controller 6. The coordinate converter 10 generates power converter primary voltage references (Vu * , Vv * , Vw * ) based on inputs from the current controllers 6 and 7, and operates the propulsion motor 13.

電気学会「電気工学ハンドブック」第6版21編 ドライブシステム4章,誘導機の可変速ドライブ,P886,図43The Institute of Electrical Engineers, "Electrical Engineering Handbook", 6th edition, Vol. 21, Drive Systems, Chapter 4, Variable Speed Drives for Induction Machines, P886, Figure 43

図3に示される従来の電気推進装置1において、速度設定器2の速度基準ωと実速度ωの誤差増幅によりトルク基準演算を行うが、一般に速度制御器2のゲインは大きく、実速度変動が微小である場合でも演算結果としてトルク基準τが急峻に変動する。 In the conventional electric propulsion device 1 shown in FIG. 3, a torque reference is calculated by amplifying the error between the speed reference ω * of the speed setter 2 and the actual speed ω. However, the gain of the speed controller 2 is generally large, and even if the actual speed fluctuation is small, the torque reference τ * changes sharply as a result of the calculation.

特に荒天時には、電気推進装置1の負荷変動が常時発生することにより実速度ωが変動するため、トルク基準τの急峻な変動を引き起こす。トルク基準τの変動は、電力変換器11および推進電動機13の電力変動に寄与するが、電力変換器11の電圧,電流は船内母線系統19より給電されることから、結果として船内母線系統電力19が急峻に変動することになり、船内母線系統19に電力を供給するディーゼル発電機等の交流電源18や電源機器に悪影響を与えるという課題があった。 In particular, in bad weather, constant load fluctuations in the electric propulsion device 1 cause fluctuations in the actual speed ω, which leads to abrupt fluctuations in the torque reference τ * . The fluctuations in the torque reference τ * contribute to power fluctuations in the power converter 11 and the propulsion motor 13, but because the voltage and current of the power converter 11 are supplied from the onboard bus system 19, the onboard bus system power 19 will fluctuate abruptly as a result, which has the problem of adversely affecting the AC power source 18 such as a diesel generator that supplies power to the onboard bus system 19, and power supply equipment.

本発明は、船内母線系統電力変動を抑制できる電気推進装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide an electric propulsion device that can suppress power fluctuations in the ship's busbar system.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明による電気推進装置は、交流電源を電源とする船内母線系統に接続され、プロペラが接続される推進用電動機を駆動する電力変換器と、前記推進用電動機の回転速度を設定する速度設定器と、前記推進用電動機の回転速度を検出する速度検出器と、前記速度検出器により検出される回転速度を基に位相を定める位相演算器と、前記速度検出器により検出された回転速度と前記速度設定器により設定された回転速度の速度基準の差分をもとに第1トルク基準を生成する速度制御器と、前記速度検出器により検出される回転速度の変動に応じて前記速度制御器により生成される前記第1トルク基準よりも変動が少ない第2トルク基準を生成する生成回路と、前記速度制御器により生成される第1トルク基準と前記生成回路により生成される第2トルク基準を排他的に切り替える切替回路と、前記第1トルク基準あるいは前記第2トルク基準を基に磁束基準を生成する磁束基準演算器および磁化成分電流演算器と、前記速度制御器および磁化成分電流演算器により生成された電流基準信号と電力変換器の検出電流との差分増幅する電流制御器と、前記電力変換器の電流を検出する変流器と、前記電力変換器のベクトル制御を行うための座標変換器とを備える。 In order to achieve the above object, the electric propulsion device according to the invention described in claim 1 includes a power converter connected to an inboard bus system powered by an AC power source and driving a propulsion motor to which a propeller is connected, a speed setter that sets the rotational speed of the propulsion motor, a speed detector that detects the rotational speed of the propulsion motor, a phase calculator that determines a phase based on the rotational speed detected by the speed detector, a speed controller that generates a first torque reference based on the difference between the speed reference of the rotational speed detected by the speed detector and the rotational speed set by the speed setter, and a speed controller that controls the speed controller in response to fluctuations in the rotational speed detected by the speed detector. The device includes a generation circuit that generates a second torque reference that fluctuates less than the first torque reference generated by the speed controller, a switching circuit that exclusively switches between the first torque reference generated by the speed controller and the second torque reference generated by the generation circuit, a magnetic flux reference calculator and a magnetization component current calculator that generate a magnetic flux reference based on the first torque reference or the second torque reference, a current controller that amplifies the difference between the current reference signal generated by the speed controller and the magnetization component current calculator and the detected current of the power converter, a current transformer that detects the current of the power converter, and a coordinate converter for performing vector control of the power converter.

請求項2に記載の発明による電気推進装置は、請求項1記載の電気推進装置において、前記生成回路は、前記速度設定器により設定された回転速度の速度基準を3乗演算する3乗演算器と、前記3乗演算器の演算結果と前記速度検出器により検出される前記回転速度を基に前記第2トルク基準を演算する回路とを備える。 The electric propulsion device according to the invention described in claim 2 is the electric propulsion device described in claim 1, in which the generation circuit includes a cube calculator that cubes the speed reference of the rotation speed set by the speed setter, and a circuit that calculates the second torque reference based on the calculation result of the cube calculator and the rotation speed detected by the speed detector.

請求項3に記載の発明による電気推進装置は、請求項1記載の電気推進装置において、前記生成回路は、前記速度設定器により設定された回転速度の速度基準に応じて前記速度制御器により生成される前記第1トルク基準よりも変動が少ない、前記速度設定器により設定される複数の異なる回転速度の速度基準のそれぞれに応じた前記第2トルク基準が対応づけられた、前記速度設定器により設定された回転速度に応じた前記第2トルク基準を決定するトルク基準テーブルを備える。 The electric propulsion device according to the invention described in claim 3 is the electric propulsion device described in claim 1, in which the generation circuit is provided with a torque reference table that determines the second torque reference according to the rotational speed set by the speed setter, in which the second torque reference corresponds to each of the speed references of a plurality of different rotational speeds set by the speed setter and fluctuates less than the first torque reference generated by the speed controller according to the speed reference of the rotational speed set by the speed setter.

本発明の電気推進装置によれば、トルク基準の急峻な変動が生じず、結果として船内母線系統電力の変動を抑制することができる。 The electric propulsion device of the present invention prevents sudden fluctuations in the torque reference, and as a result, fluctuations in the onboard bus system power can be suppressed.

本発明の第1の実施形態における電気推進装置の構成の一例を示すブロック図。1 is a block diagram showing an example of the configuration of an electric propulsion device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態における電気推進装置の構成の一例を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram showing an example of the configuration of an electric propulsion device according to a second embodiment of the present invention. 従来の電気推進装置の構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a conventional electric propulsion device.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

<第1の実施形態>
(構成)
図1は、本発明の第1の実施形態における電気推進装置の構成の一例を示す図である。
First Embodiment
(composition)
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an electric propulsion device according to a first embodiment of the present invention.

図1において、100は後述の3~14および21~23を包括するシステムである電気推進装置、2は速度設定器、3は速度制御器、4は磁束基準演算器、5は磁化成分電流演算器、6,7は電流制御器、8は位相演算器、9,10は座標変換器、11は電力変換器、12は変流器、13は推進用電動機、14は速度検出器、15は推進用プロペラ、16は電力変換器用遮断器、17はディーゼル発電機等の交流電源用遮断器、18はディーゼル発電機等の交流電源、19は船内母線系統、20は除算器、21は速度制御器3により演算したトルク基準(第1トルク基準)を選択するための切替器、22は速度設定機器2からの速度設定信号を3乗演算する3乗演算器、23は3乗演算器22による3乗演算の演算結果と実速度ωからトルク基準(第2トルク基準)を演算する除算器、24は除算器24により演算されたトルク基準(第2トルク基準)を選択するための切替器である。 In FIG. 1, 100 is an electric propulsion device, which is a system including 3 to 14 and 21 to 23 described below, 2 is a speed setter, 3 is a speed controller, 4 is a magnetic flux reference calculator, 5 is a magnetization component current calculator, 6 and 7 are current controllers, 8 is a phase calculator, 9 and 10 are coordinate converters, 11 is a power converter, 12 is a current transformer, 13 is a propulsion motor, 14 is a speed detector, 15 is a propulsion propeller, 16 is a power converter circuit breaker, 17 is an AC power supply circuit breaker for a diesel generator or the like, and 18 is a diesel 19 is an AC power source such as a generator, 20 is a divider, 21 is a switch for selecting the torque reference (first torque reference) calculated by the speed controller 3, 22 is a cube calculator that cubes the speed setting signal from the speed setting device 2, 23 is a divider that calculates the torque reference (second torque reference) from the result of the cube calculation by the cube calculator 22 and the actual speed ω, and 24 is a switch for selecting the torque reference (second torque reference) calculated by the divider 24.

図1において、前述した図3に示す電気推進装置1と同じ構成ついては同一符号を付して説明を省略する。
(作用)
図1は、図3に示す従来の電気推進装置1の構成に対して、速度検出器14により検出される回転速度(実速度ω)の変動に応じて速度制御器3により生成されるトルク基準τ(第1トルク基準)よりも変動が少ないトルク基準τ(第2トルク基準)を生成する生成回路と、速度制御器3により生成されるトルク基準τ(第1トルク基準)と生成回路により生成されるトルク基準τ(第2トルク基準)を排他的に切り替える切替回路とを追加したものである。
In FIG. 1, the same components as those in the electric propulsion device 1 shown in FIG. 3 are designated by the same reference numerals and will not be described.
(Action)
Figure 1 shows an electric propulsion device 1 having a configuration similar to that shown in Figure 3, to which a generation circuit is added that generates a torque reference τ * (second torque reference) that fluctuates less than the torque reference τ * (first torque reference) generated by the speed controller 3 in response to fluctuations in the rotational speed (actual speed ω) detected by the speed detector 14, and a switching circuit that exclusively switches between the torque reference τ * (first torque reference) generated by the speed controller 3 and the torque reference τ * (second torque reference) generated by the generation circuit.

第1の実施形態において、トルク基準τ(第2トルク基準)を生成する生成回路は、速度設定器2により設定された回転速度の速度基準ωを3乗演算する3乗演算器22と、3乗演算器22の演算結果と速度検出器14により検出される回転速度(実速度ω)を基に第2トルク基準を演算する除算器23により構成される。また、切替回路として、切替器21,24が設けられている。 In the first embodiment, a generating circuit that generates a torque reference τ * (second torque reference) is composed of a cube calculator 22 that cubes the speed reference ω * of the rotation speed set by the speed setter 2, and a divider 23 that calculates the second torque reference based on the calculation result of the cube calculator 22 and the rotation speed (actual speed ω) detected by the speed detector 14. In addition, switches 21 and 24 are provided as a switching circuit.

従来の技術では、速度設定器2による速度基準ωと速度検出器14による実速度ωとの差を速度制御器3により誤差増幅し、トルク基準τを生成するが、一般に速度制御器3のゲインは大きく、実速度変動が微小である場合でも演算結果としてトルク基準が急峻に変動する。 In the conventional technology, the difference between the speed reference ω * by the speed setter 2 and the actual speed ω by the speed detector 14 is error-amplified by the speed controller 3 to generate the torque reference τ * . However, the speed controller 3 generally has a large gain, and the torque reference fluctuates sharply as a calculation result even when the actual speed fluctuation is small.

ここで、推進用プロペラ15の負荷特性(電力-速度特性)として、電力は速度の3乗に比例し、速度ω,トルクτ,電力Pの関係はτ=P/ωで与えられることが知られている。そこで、速度設定器2の速度基準ωから3乗演算器23により演算した電力基準値Pを、速度検出器14による実速度ωで除算器24により除算してトルク基準τを決定することで、速度基準ωが変化しない限り急峻な変動のないトルク基準を生成できる。 Here, it is known that the load characteristic (power-speed characteristic) of the propulsion propeller 15 is that power is proportional to the cube of the speed, and the relationship between the speed ω, torque τ, and power P is given by τ=P/ω. Therefore, by determining the torque reference τ* by dividing the power reference value P * calculated by the cube calculator 23 from the speed reference ω * of the speed setter 2 by the actual speed ω from the speed detector 14 by the divider 24 , it is possible to generate a torque reference that does not fluctuate sharply as long as the speed reference ω * does not change.

切替器21,24は、トルク基準変動を抑える必要がある操作を行う場合、例えば荒天時などの電気推進装置1の負荷変動が常時発生することにより実速度ωが変動する場合に、切替器24を閉、切替器21を開にする。すなわち、速度制御器3により生成されるトルク基準τ(第1トルク基準)に代えて、生成回路(3乗演算器23、除算器23)により生成されるトルク基準τ(第2トルク基準)に切り替える。
(効果)
第1の実施形態によれば、実速度ωが変動する場合であってもトルク基準変動を抑える生成回路(3乗演算器23、除算器23)、および速度制御器3により生成されるトルク基準τ(第1トルク基準)から生成回路により生成されるトルク基準τ(第2トルク基準)に切り替える切替器21,24を備えることにより、急峻な変動のないトルク基準により電力変換器11を制御し、結果として電力変換器11、推進電動機13および船内母線系統19の電力変動を抑制することが可能となる。
<第2の実施形態>
(構成)
図2は、本発明の第2の実施形態における電気推進装置の構成の一例を示す図ある。
When performing an operation that requires suppressing torque reference fluctuations, for example when the actual speed ω fluctuates due to constant load fluctuations on the electric propulsion device 1 during bad weather, the switches 21 and 24 close the switch 24 and open the switch 21. In other words, instead of the torque reference τ * (first torque reference) generated by the speed controller 3, the torque reference τ * (second torque reference) generated by the generation circuit (cube calculator 23, divider 23) is switched to.
(effect)
According to the first embodiment, by providing a generation circuit (cube calculator 23, divider 23) that suppresses torque reference fluctuations even when the actual speed ω fluctuates, and switches 21, 24 that switch from the torque reference τ * (first torque reference) generated by the speed controller 3 to the torque reference τ * (second torque reference) generated by the generation circuit, it is possible to control the power converter 11 using a torque reference that does not fluctuate suddenly, and as a result, it is possible to suppress power fluctuations in the power converter 11, the propulsion motor 13 and the onboard busbar system 19.
Second Embodiment
(composition)
FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of an electric propulsion device according to a second embodiment of the present invention.

図2において、101は後述の3~14および21,25,26を包括するシステムである電気推進装置、2は速度設定器、3は速度制御器、4は磁束基準演算器、5は磁化成分電流演算器、6,7は電流制御器、8は位相演算器、9,10は座標変換器、11は電力変換器、12は変流器、13は推進用電動機、14は速度検出器、15は推進用プロペラ、16は電力変換器用遮断器、17はディーゼル発電機等の交流電源用遮断器、18はディーゼル発電機等の交流電源、19は船内母線系統、20は除算器、21は速度制御器3により演算したトルク基準(第1トルク基準)を選択するための切替器、25はトルク基準テーブル26を選択するための切替器、26はトルク基準テーブルである。 In FIG. 2, 101 is an electric propulsion device, which is a system including 3 to 14 and 21, 25, and 26 described below; 2 is a speed setter; 3 is a speed controller; 4 is a magnetic flux reference calculator; 5 is a magnetization component current calculator; 6 and 7 are current controllers; 8 is a phase calculator; 9 and 10 are coordinate converters; 11 is a power converter; 12 is a current transformer; 13 is a propulsion motor; 14 is a speed detector; 15 is a propulsion propeller; 16 is a power converter circuit breaker; 17 is a circuit breaker for an AC power source such as a diesel generator; 18 is an AC power source such as a diesel generator; 19 is an onboard bus system; 20 is a divider; 21 is a switch for selecting the torque reference (first torque reference) calculated by the speed controller 3; 25 is a switch for selecting the torque reference table 26; and 26 is a torque reference table.

図2において、前述した図3に示す電気推進装置1と同じ構成ついては同一符号を付して説明を省略する。
(作用)
図2は、図3に示す従来の電気推進装置1の構成に対して、第1に示す第1の実施形態における電気推進装置100と同様に、速度検出器14により検出される回転速度(実速度ω)の変動に応じて速度制御器3により生成されるトルク基準τ(第1トルク基準)よりも変動が少ないトルク基準τ(第2トルク基準)を生成する生成回路と、速度制御器3により生成されるトルク基準τ(第1トルク基準)と生成回路により生成されるトルク基準τ(第2トルク基準)を排他的に切り替える切替回路とを追加したものである。
In FIG. 2, the same components as those in the electric propulsion device 1 shown in FIG. 3 are designated by the same reference numerals and will not be described.
(Action)
Figure 2 shows an electric propulsion device 1 according to the conventional embodiment shown in Figure 3 , with the addition of a generation circuit that generates a torque reference τ * (second torque reference) that fluctuates less than the torque reference τ* (first torque reference) generated by the speed controller 3 in response to fluctuations in the rotational speed (actual speed ω) detected by the speed detector 14, and a switching circuit that exclusively switches between the torque reference τ * (first torque reference) generated by the speed controller 3 and the torque reference τ * (second torque reference) generated by the generation circuit, similar to the electric propulsion device 100 in the first embodiment shown in Figure 1.

第2の実施形態において、トルク基準τ(第2トルク基準)を生成する生成回路は、トルク基準テーブル26による構成される。トルク基準テーブル26は、速度設定器2により設定された回転速度の速度基準ωに応じて速度制御器3により生成されるトルク基準τ(第1トルク基準)よりも変動が少ない、速度設定器2により設定される複数の異なる回転速度の速度基準ωのそれぞれに応じたトルク基準τ(第2トルク基準)が対応づけられて設定されている。トルク基準テーブル26は、速度設定器2により設定される回転速度の速度基準ωに対応するトルク基準τ(第2トルク基準)を決定して出力する。また、切替回路として、切替器21,25が設けられている。
従来の技術では、速度設定器2による速度基準ωと速度検出器14による実速度ωとの差を速度制御器3により誤差増幅し、トルク基準τを生成するが、一般に速度制御器3のゲインは大きく、実速度変動が微小である場合でも演算結果としてトルク基準が急峻に変動する。
In the second embodiment, a generating circuit for generating the torque reference τ * (second torque reference) is configured by a torque reference table 26. The torque reference table 26 is set with a torque reference τ * (second torque reference) corresponding to each of a plurality of different rotational speeds set by the speed setter 2, which fluctuates less than the torque reference τ * (first torque reference) generated by the speed controller 3 according to the speed reference ω * of the rotational speed set by the speed setter 2. The torque reference table 26 determines and outputs the torque reference τ * (second torque reference) corresponding to the speed reference ω * of the rotational speed set by the speed setter 2. In addition , switches 21 and 25 are provided as a switching circuit.
In the conventional technology, the difference between the speed reference ω * by the speed setter 2 and the actual speed ω by the speed detector 14 is error-amplified by the speed controller 3 to generate the torque reference τ * . However, the speed controller 3 generally has a large gain, and the torque reference fluctuates sharply as a calculation result even when the actual speed fluctuation is small.

ここで、速度設定器2の速度基準ωに対応するトルク基準τをトルク基準テーブル26により決定することで、速度基準ωが変化しない限り急峻な変動のないトルク基準を生成できる。 Here, by determining the torque reference τ * corresponding to the speed reference ω * of the speed setter 2 using the torque reference table 26, it is possible to generate a torque reference that does not change sharply as long as the speed reference ω * does not change.

切替器21,25は、トルク基準変動を抑える必要がある操作を行う場合、例えば荒天時などの電気推進装置1の負荷変動が常時発生することにより実速度ωが変動する場合に、切替器25を閉、切替器21を開にする。すなわち、速度制御器3により生成されるトルク基準τ(第1トルク基準)に代えて、生成回路(トルク基準テーブル26)により生成されるトルク基準τ(第2トルク基準)に切り替える。
(効果)
第2の実施形態によれば、実速度ωにより電力は変動するが、実速度ωの変化率が速度制御器3の出力(トルク基準τ(第1トルク基準))の変化率より一般に小さいため、速度設定器2において設定された回転速度の速度基準ωに応じたトルク基準τ(第2トルク基準)を出力するトルク基準テーブル26、および速度制御器3により生成されるトルク基準τ(第1トルク基準)から生成回路により生成されるトルク基準τ(第2トルク基準)に切り替える切替回路(切替器21,25)を備えることにより、急峻な変動のないトルク基準により電力変換器11を制御し、結果として電力変換器11、推進電動機13および船内母線系統19の電力変動を抑制することが可能となる。
When performing an operation that requires suppressing torque reference fluctuations, for example when the actual speed ω fluctuates due to constant load fluctuations in the electric propulsion device 1 during bad weather, the switches 21 and 25 close the switch 25 and open the switch 21. In other words, instead of the torque reference τ * (first torque reference) generated by the speed controller 3, the torque reference τ * (second torque reference) generated by the generation circuit (torque reference table 26) is used.
(effect)
According to the second embodiment, although power fluctuates depending on the actual speed ω, the rate of change of the actual speed ω is generally smaller than the rate of change of the output (torque reference τ * (first torque reference)) of the speed controller 3. Therefore, by providing a torque reference table 26 that outputs a torque reference τ * (second torque reference) corresponding to the speed reference ω * of the rotational speed set in the speed setter 2, and a switching circuit (switches 21, 25) that switches from the torque reference τ * (first torque reference) generated by the speed controller 3 to the torque reference τ * (second torque reference) generated by the generation circuit, the power converter 11 can be controlled using a torque reference that does not fluctuate suddenly, and as a result, power fluctuations in the power converter 11, the propulsion motor 13 and the onboard busbar system 19 can be suppressed.

なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and in the implementation stage, the components can be modified and embodied without departing from the gist of the invention. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining the multiple components disclosed in the above-described embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiments. Furthermore, components from different embodiments may be appropriately combined.

1,100,101…電気推進装置
2…速度設定器
3…速度制御器
4…磁束基準演算器
5…磁化成分電流演算器
6…電流制御器
7…電流制御器
8…位相演算器
9…座標変換器
10…座標変換器
11…電力変換器
12…電流検出用変流器
13…推進用電動機(PM)
14…速度検出器(PG)
15…推進用プロペラ
16…電力変換器用遮断器
17…交流電源用遮断器
18…交流電源
19…船内母線系統
20…乗算器
21,24,25…切替器
22…3乗演算器
26…トルク基準テーブル
Reference Signs List 1, 100, 101... Electric propulsion device 2... Speed setter 3... Speed controller 4... Magnetic flux reference calculator 5... Magnetization component current calculator 6... Current controller 7... Current controller 8... Phase calculator 9... Coordinate converter 10... Coordinate converter 11... Power converter 12... Current transformer for current detection 13... Propulsion motor (PM)
14...Speed detector (PG)
Reference Signs List 15: Propulsion propeller 16: Power converter circuit breaker 17: AC power supply circuit breaker 18: AC power supply 19: In-ship bus system 20: Multiplier 21, 24, 25: Switch 22: Cube calculator 26: Torque reference table

本発明は、船内系統における電気推進装置に関する。 The present invention relates to an electric propulsion device for an onboard system.

図3は、非特許文献1に示された従来のベクトル制御インバータを用いた電気推進装置制御方法の構成図である。 Figure 3 is a diagram showing the configuration of a conventional electric propulsion device control method using a vector control inverter, as shown in Non-Patent Document 1.

図3において、1は後述の3~14を包括するシステムである電気推進装置、2は速度設定器、3は速度制御器、4は磁束指令値演算器、5は磁化成分電流演算器、6,7は電流制御器、8は位相演算器、9,10は座標変換器、11は電力変換器、12は変流器、13は推進用電動機、14は速度検出器、15は推進用プロペラ、16は電力変換器用遮断器、17はディーゼル発電機等の交流電源用遮断器、18はディーゼル発電機等の交流電源、19は船内母線系統である。 In FIG. 3 , reference numeral 1 denotes an electric propulsion device which is a system including components 3 to 14 described below, 2 denotes a speed setter, 3 denotes a speed controller, 4 denotes a magnetic flux command value calculator , 5 denotes a magnetization component current calculator, 6 and 7 denote current controllers, 8 denotes a phase calculator, 9 and 10 denote coordinate converters, 11 denotes a power converter, 12 denotes a current transformer, 13 denotes a propulsion motor, 14 denotes a speed detector, 15 denotes a propulsion propeller, 16 denotes a power converter circuit breaker, 17 denotes a circuit breaker for an AC power source such as a diesel generator, 18 denotes an AC power source such as a diesel generator, and 19 denotes an inboard busbar system.

図3に示す従来の電気推進装置1における通常の動作を説明する。 The normal operation of the conventional electric propulsion device 1 shown in Figure 3 will be described.

船内母線系統19は、遮断器17を介してディーゼル発電機等の交流電源18が接続されて構成される。船内母線系統19は、遮断器16を介して、電気推進装置1の電力変換器11と接続される。 The onboard bus system 19 is configured by connecting an AC power source 18 such as a diesel generator via a circuit breaker 17. The onboard bus system 19 is connected to the power converter 11 of the electric propulsion device 1 via a circuit breaker 16.

電力変換器11は、船内母線系統19から供給される電力を推進用電動機(PM)13に供給する。推進用電動機13は、推進用プロペラ15の動力であり、電力変換器11から供給される電力により推進用プロペラ15を駆動する。 The power converter 11 supplies power from the onboard bus system 19 to the propulsion motor (PM) 13. The propulsion motor 13 is the power source for the propulsion propeller 15, and drives the propulsion propeller 15 with the power supplied from the power converter 11.

速度設定器2は、推進電動機13の回転速度を設定して速度目標値ωを生成する。速度制御器3は、速度設定器2により生成された速度目標値ωと、速度検出器(PG)14により検出された推進電動機13の回転速度(実速度ω)との差を誤差増幅し、トルク目標値τを生成する。 The speed setter 2 sets the rotational speed of the propulsion motor 13 to generate a speed target value ω * . The speed controller 3 amplifies the error between the speed target value ω * generated by the speed setter 2 and the rotational speed (actual speed ω) of the propulsion motor 13 detected by a speed detector (PG) 14, and generates a torque target value τ * .

また、磁束指令値演算器4は、速度検出器14に検出された実速度ωを基に、磁束指令値Φ2を演算して、磁化成分電流演算器5に出力する。磁化成分電流演算器5は、磁束指令値演算器4からの磁束指令値Φ2をもとに磁化成分電流指令値Idを生成する。 Furthermore, the magnetic flux command value calculator 4 calculates a magnetic flux command value Φ2 * based on the actual speed ω detected by the speed detector 14, and outputs it to the magnetization component current calculator 5. The magnetization component current calculator 5 generates a magnetization component current command value Id * based on the magnetic flux command value Φ2 * from the magnetic flux command value calculator 4.

除算器20は、前述のトルク目標値τおよび磁束指令値Φ2により、トルク成分電流指令値Iqを生成する。 A divider 20 generates a torque component current command value Iq * from the above-mentioned torque target value τ * and magnetic flux command value Φ2 * .

変流器12は、電力変換器11の実電流を検出する。座標変換器9は、変流器12により検出された実電流、および位相演算器8により回転速度(実速度ω)を基に定められた位相θ1を基にして座標変換し、トルク成分電流フィードバックIqと磁化成分電流フィードバックIdを出力する。トルク成分電流フィードバックIqは、前述のトルク成分電流指令値Iqと差分増幅し、電流制御器6を介してベクトル制御の座標変換器10に供給される。また、磁化成分電流フィードバックIdは、磁化成分電流指令値Idと差分増幅し、電流制御器7を介して座標変換器10に供給される。座標変換器10は、電流制御器6,7からの入力を基に、電力変換器1次電圧基準(Vu,Vv,Vw)を生成し、推進用電動機13を運転する。 The current transformer 12 detects the actual current of the power converter 11. The coordinate converter 9 performs coordinate conversion based on the actual current detected by the current transformer 12 and the phase θ1 determined by the phase calculator 8 based on the rotation speed (actual speed ω), and outputs a torque component current feedback Iq and a magnetization component current feedback Id. The torque component current feedback Iq is differentially amplified from the torque component current command value Iq * described above, and is supplied to a coordinate converter 10 for vector control via a current controller 6. The magnetization component current feedback Id is differentially amplified from the magnetization component current command value Id * , and is supplied to the coordinate converter 10 via a current controller 7. The coordinate converter 10 generates a power converter primary voltage reference (Vu * , Vv * , Vw * ) based on inputs from the current controllers 6 and 7, and operates the propulsion motor 13.

電気学会「電気工学ハンドブック」第6版21編 ドライブシステム4章,誘導機の可変速ドライブ,P886,図43The Institute of Electrical Engineers, "Electrical Engineering Handbook", 6th edition, Vol. 21, Drive Systems, Chapter 4, Variable Speed Drives for Induction Machines, P886, Figure 43

図3に示される従来の電気推進装置1において、速度設定器2の速度目標値ωと実速度ωの誤差増幅によりトルク目標値演算を行うが、一般に速度制御器2のゲインは大きく、実速度変動が微小である場合でも演算結果としてトルク目標値τが急峻に変動する。 In the conventional electric propulsion device 1 shown in FIG. 3, a torque target value is calculated by amplifying the error between the speed target value ω * of the speed setter 2 and the actual speed ω. However, the gain of the speed controller 2 is generally large, and even when the actual speed fluctuation is small , the torque target value τ * changes sharply as a result of the calculation.

特に荒天時には、電気推進装置1の負荷変動が常時発生することにより実速度ωが変動するため、トルク目標値τの急峻な変動を引き起こす。トルク目標値τの変動は、電力変換器11および推進電動機13の電力変動に寄与するが、電力変換器11の電圧,電流は船内母線系統19より給電されることから、結果として船内母線系統電力19が急峻に変動することになり、船内母線系統19に電力を供給するディーゼル発電機等の交流電源18や電源機器に悪影響を与えるという課題があった。 In particular, in bad weather, constant load fluctuations in the electric propulsion device 1 cause fluctuations in the actual speed ω, which causes abrupt fluctuations in the torque target value τ * . The fluctuations in the torque target value τ * contribute to power fluctuations in the power converter 11 and the propulsion motor 13, but because the voltage and current of the power converter 11 are supplied from the onboard bus system 19, the result is abrupt fluctuations in the onboard bus system power 19, which has an adverse effect on the AC power source 18 such as a diesel generator that supplies power to the onboard bus system 19, and on power supply equipment.

本発明は、船内母線系統電力変動を抑制できる電気推進装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide an electric propulsion device that can suppress power fluctuations in the ship's busbar system.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明による電気推進装置は、交流電源を電源とする船内母線系統に接続され、プロペラが接続される推進用電動機に電力を供給して駆動させる電力変換器と、前記推進用電動機の回転速度の速度目標値を設定する速度設定器と、前記推進用電動機の回転速度を検出する速度検出器と、前記速度検出器により検出された回転速度と前記速度設定器により設定された前記速度目標値が示す回転速度の差分をもとに第1トルク指令値を生成する速度制御器と、前記第1トルク指令値と比較して変動が少ない、前記速度検出器により検出される回転速度の変動に応じて前記速度制御器により生成される、前記速度目標値に応じた第2トルク指令値を生成する生成回路と、前記速度制御器により生成される前記第1トルク指令値と前記生成回路により生成される前記第2トルク指令値を排他的に切り替える切替回路と、前記速度検出器に検出された回転速度を基に、磁束指令値を生成する磁束指令値演算器と、前記切替回路により切り替えられた前記第1トルク指令値あるいは前記第2トルク指令値と、前記磁束指令値演算器により生成された前記磁束指令値を基に、トルク成分電流指令値を生成する回路と、前記磁束指令値演算器により生成された前記磁束指令値をもとに、磁化成分電流指令値を生成する磁化成分電流演算器と、前記電力変換器から前記推進用電動機に供給される電力の電流を検出する変流器と、前記変流器により検出された電流に応じた、トルク成分電流と磁化成分電流を出力する第1座標変換器と、前記トルク成分電流指令値と前記トルク成分電流との誤差増幅をする第1電流制御器と、前記磁化成分電流指令値と前記磁化成分電流との誤差増幅をする第2電流制御器と、前記第1電流制御器による前記トルク成分電流に対応する誤差増幅の値と前記第2電流制御器による前記磁化成分電流に対応する誤差増幅の値をもとに、前記電力変換器による電力の供給をベクトル制御するための第2座標変換器とを備える。 In order to achieve the above object, an electric propulsion device according to the invention as set forth in claim 1 includes a power converter connected to an inboard bus system powered by an AC power source and supplying power to a propulsion motor to which a propeller is connected to drive the propulsion motor, a speed setter for setting a target speed value for the rotational speed of the propulsion motor, a speed detector for detecting the rotational speed of the propulsion motor , a speed controller for generating a first torque command value based on a difference between the rotational speed detected by the speed detector and the rotational speed indicated by the speed target value set by the speed setter, a generation circuit for generating a second torque command value corresponding to the speed target value, which is generated by the speed controller in response to fluctuations in the rotational speed detected by the speed detector and which fluctuates less than the first torque command value, a switching circuit for exclusively switching between the first torque command value generated by the speed controller and the second torque command value generated by the generation circuit, and a magnetic flux command value calculation circuit for generating a magnetic flux command value based on the rotational speed detected by the speed detector. a current transformer that detects the current of power supplied to the propulsion motor from the power converter; a first coordinate converter that outputs a torque component current and a magnetization component current corresponding to the current detected by the current transformer; a first current controller that amplifies an error between the torque component current command value and the torque component current; a second current controller that amplifies an error between the magnetization component current command value and the magnetization component current; and a second coordinate converter that vector-controls the supply of power by the power converter based on a value of error amplified corresponding to the torque component current by the first current controller and a value of error amplified corresponding to the magnetization component current by the second current controller .

請求項2に記載の発明による電気推進装置は、請求項1記載の電気推進装置において、前記生成回路は、前記速度設定器により設定された回転速度の速度目標値を3乗演算する3乗演算器と、前記3乗演算器の演算結果と前記速度検出器により検出される前記回転速度を基にした演算により、前記第2トルク指令値を生成する回路とを備える。 The electric propulsion device according to the invention recited in claim 2 is the electric propulsion device recited in claim 1, wherein the generation circuit comprises a cube calculator that cubes the speed target value of the rotational speed set by the speed setter, and a circuit that generates the second torque command value by calculation based on the result of the cube calculator and the rotational speed detected by the speed detector.

請求項3に記載の発明による電気推進装置は、請求項1記載の電気推進装置において、前記生成回路は、前記速度検出器により検出される回転速度の変動に応じて前記速度制御器により生成される前記第1トルク指令値と比較して変動が少ない、前記速度設定器により設定される複数の異なる回転速度の速度目標値のそれぞれに応じた前記第2トルク指令値が対応づけられた、前記速度設定器により設定された前記速度目標値に対応する前記第2トルク指令値を決定して出力するトルクテーブルを備える。 The electric propulsion device according to the invention recited in claim 3 is the electric propulsion device recited in claim 1, wherein the generation circuit is provided with a torque table which determines and outputs the second torque command value corresponding to the speed target value set by the speed setter, the second torque command value corresponding to each of a plurality of different rotational speed target values set by the speed setter and which fluctuates less than the first torque command value generated by the speed controller in response to fluctuations in the rotational speed detected by the speed detector.

本発明の電気推進装置によれば、トルク目標値の急峻な変動が生じず、結果として船内母線系統電力の変動を抑制することができる。 The electric propulsion device of the present invention prevents sudden fluctuations in the torque target value, and as a result, fluctuations in the onboard bus system power can be suppressed.

本発明の第1の実施形態における電気推進装置の構成の一例を示すブロック図。1 is a block diagram showing an example of the configuration of an electric propulsion device according to a first embodiment of the present invention; 本発明の第2の実施形態における電気推進装置の構成の一例を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram showing an example of the configuration of an electric propulsion device according to a second embodiment of the present invention. 従来の電気推進装置の構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a conventional electric propulsion device.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

<第1の実施形態>
(構成)
図1は、本発明の第1の実施形態における電気推進装置の構成の一例を示す図である。
First Embodiment
(composition)
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an electric propulsion device according to a first embodiment of the present invention.

図1において、100は後述の3~14および21~23を包括するシステムである電気推進装置、2は速度設定器、3は速度制御器、4は磁束指令値演算器、5は磁化成分電流演算器、6,7は電流制御器、8は位相演算器、9,10は座標変換器、11は電力変換器、12は変流器、13は推進用電動機、14は速度検出器、15は推進用プロペラ、16は電力変換器用遮断器、17はディーゼル発電機等の交流電源用遮断器、18はディーゼル発電機等の交流電源、19は船内母線系統、20は除算器、21は速度制御器3により演算したトルク目標値(第1トルク目標値)を選択するための切替器、22は速度設定機器2からの速度設定信号を3乗演算する3乗演算器、23は3乗演算器22による3乗演算の演算結果と実速度ωからトルク目標値(第2トルク目標値)を演算する除算器、24は除算器24により演算されたトルク目標値(第2トルク目標値)を選択するための切替器である。 In FIG. 1, reference numeral 100 denotes an electric propulsion device which is a system including components 3 to 14 and 21 to 23 described below, 2 denotes a speed setter, 3 denotes a speed controller, 4 denotes a magnetic flux command value calculator , 5 denotes a magnetization component current calculator, 6 and 7 denote current controllers, 8 denotes a phase calculator, 9 and 10 denote coordinate converters, 11 denotes a power converter, 12 denotes a current transformer, 13 denotes a propulsion motor, 14 denotes a speed detector, 15 denotes a propulsion propeller, 16 denotes a power converter circuit breaker, 17 denotes a circuit breaker for an AC power source such as a diesel generator, and 18 denotes a diesel generator. Reference numeral 19 denotes an AC power source for electric machines, etc., 19 denotes an onboard bus system, 20 denotes a divider, 21 denotes a switch for selecting the torque target value (first torque target value ) calculated by the speed controller 3, 22 denotes a cube calculator that cubes the speed setting signal from the speed setting device 2, 23 denotes a divider that calculates a torque target value (second torque target value ) from the result of the cube calculation by the cube calculator 22 and the actual speed ω, and 24 denotes a switch for selecting the torque target value (second torque target value ) calculated by the divider 24.

図1において、前述した図3に示す電気推進装置1と同じ構成ついては同一符号を付して説明を省略する。
(作用)
図1は、図3に示す従来の電気推進装置1の構成に対して、速度検出器14により検出される回転速度(実速度ω)の変動に応じて速度制御器3により生成されるトルク目標値τ(第1トルク目標値)よりも変動が少ないトルク目標値τ(第2トルク目標値)を生成する生成回路と、速度制御器3により生成されるトルク目標値τ(第1トルク目標値)と生成回路により生成されるトルク目標値τ(第2トルク目標値)を排他的に切り替える切替回路とを追加したものである。
In FIG. 1, the same components as those in the electric propulsion device 1 shown in FIG. 3 are designated by the same reference numerals and will not be described.
(Action)
Figure 1 shows an electric propulsion device 1 having a configuration similar to that shown in Figure 3, to which a generation circuit is added that generates a torque target value τ * (second torque target value ) that fluctuates less than a torque target value τ * (first torque target value ) generated by a speed controller 3 in accordance with fluctuations in the rotational speed (actual speed ω) detected by a speed detector 14, and a switching circuit that exclusively switches between the torque target value τ * (first torque target value ) generated by the speed controller 3 and the torque target value τ * (second torque target value ) generated by the generation circuit.

第1の実施形態において、トルク目標値τ(第2トルク目標値)を生成する生成回路は、速度設定器2により設定された回転速度の速度目標値ωを3乗演算する3乗演算器22と、3乗演算器22の演算結果と速度検出器14により検出される回転速度(実速度ω)を基に第2トルク目標値を演算する除算器23により構成される。また、切替回路として、切替器21,24が設けられている。 In the first embodiment, a generation circuit that generates a torque target value τ * (second torque target value ) is composed of a cube calculator 22 that cubes the speed target value ω * of the rotational speed set by the speed setter 2, and a divider 23 that calculates the second torque target value based on the calculation result of the cube calculator 22 and the rotational speed (actual speed ω) detected by the speed detector 14. In addition, switches 21 and 24 are provided as a switching circuit.

従来の技術では、速度設定器2による速度目標値ωと速度検出器14による実速度ωとの差を速度制御器3により誤差増幅し、トルク目標値τを生成するが、一般に速度制御器3のゲインは大きく、実速度変動が微小である場合でも演算結果としてトルク目標値が急峻に変動する。 In the conventional technology, the difference between the speed target value ω * set by the speed setter 2 and the actual speed ω set by the speed detector 14 is error-amplified by the speed controller 3 to generate the torque target value τ * . However, the speed controller 3 generally has a large gain, and therefore the torque target value changes sharply as a calculation result even when the actual speed fluctuation is small.

ここで、推進用プロペラ15の負荷特性(電力-速度特性)として、電力は速度の3乗に比例し、速度ω,トルクτ,電力Pの関係はτ=P/ωで与えられることが知られている。そこで、速度設定器2の速度目標値ωから3乗演算器23により演算した電力基準値Pを、速度検出器14による実速度ωで除算器24により除算してトルク目標値τを決定することで、速度目標値ωが変化しない限り急峻な変動のないトルク目標値を生成できる。 Here, it is known that the load characteristics (power-speed characteristics) of the propulsion propeller 15 are such that power is proportional to the cube of the speed, and the relationship between speed ω, torque τ, and power P is given by τ=P/ω. Therefore, by determining the torque target value τ * by dividing the power reference value P * calculated by the cube calculator 23 from the speed target value ω* of the speed setter 2 by the actual speed ω measured by the speed detector 14 using the divider 24 , it is possible to generate a torque target value that does not fluctuate sharply as long as the speed target value ω * does not change.

切替器21,24は、トルク変動を抑える必要がある操作を行う場合、例えば荒天時などの電気推進装置1の負荷変動が常時発生することにより実速度ωが変動する場合に、切替器24を閉、切替器21を開にする。すなわち、速度制御器3により生成されるトルク目標値τ(第1トルク目標値)に代えて、生成回路(3乗演算器23、除算器23)により生成されるトルク目標値τ(第2トルク目標値)に切り替える。
(効果)
第1の実施形態によれば、実速度ωが変動する場合であってもトルク変動を抑える生成回路(3乗演算器23、除算器23)、および速度制御器3により生成されるトルク目標値τ(第1トルク目標値)から生成回路により生成されるトルク目標値τ(第2トルク目標値)に切り替える切替器21,24を備えることにより、急峻な変動のないトルク目標値により電力変換器11を制御し、結果として電力変換器11、推進電動機13および船内母線系統19の電力変動を抑制することが可能となる。
<第2の実施形態>
(構成)
図2は、本発明の第2の実施形態における電気推進装置の構成の一例を示す図ある。
When performing an operation that requires suppressing torque fluctuations , for example when the actual speed ω fluctuates due to constant load fluctuations on the electric propulsion device 1 during bad weather, the switches 21 and 24 close the switch 24 and open the switch 21. In other words, instead of the torque target value τ * (first torque target value ) generated by the speed controller 3, the torque target value τ * (second torque target value ) generated by the generation circuit (cube calculator 23, divider 23) is switched to.
(effect)
According to the first embodiment, by providing a generation circuit (cube calculator 23, divider 23) that suppresses torque fluctuations even when the actual speed ω fluctuates, and switches 21, 24 that switch from the torque target value τ * (first torque target value ) generated by the speed controller 3 to the torque target value τ * (second torque target value ) generated by the generation circuit, it is possible to control the power converter 11 using a torque target value that does not fluctuate suddenly, and as a result, it is possible to suppress power fluctuations in the power converter 11, the propulsion motor 13, and the onboard busbar system 19.
Second Embodiment
(composition)
FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of an electric propulsion device according to a second embodiment of the present invention.

図2において、101は後述の3~14および21,25,26を包括するシステムである電気推進装置、2は速度設定器、3は速度制御器、4は磁束指令値演算器、5は磁化成分電流演算器、6,7は電流制御器、8は位相演算器、9,10は座標変換器、11は電力変換器、12は変流器、13は推進用電動機、14は速度検出器、15は推進用プロペラ、16は電力変換器用遮断器、17はディーゼル発電機等の交流電源用遮断器、18はディーゼル発電機等の交流電源、19は船内母線系統、20は除算器、21は速度制御器3により演算したトルク目標値(第1トルク目標値)を選択するための切替器、25はトルクテーブル26を選択するための切替器、26はトルクテーブルである。 In FIG. 2 , reference numeral 101 denotes an electric propulsion device which is a system including components 3 to 14 and 21, 25, and 26 described below, reference numeral 2 denotes a speed setter, reference numeral 3 denotes a speed controller, reference numeral 4 denotes a magnetic flux command value calculator , reference numeral 5 denotes a magnetization component current calculator, reference numerals 6 and 7 denote current controllers, reference numeral 8 denotes a phase calculator, reference numerals 9 and 10 denote coordinate converters, reference numeral 11 denotes a power converter, reference numeral 12 denotes a current transformer, reference numeral 13 denotes a propulsion motor, reference numeral 14 denotes a speed detector, reference numeral 15 denotes a propulsion propeller, reference numeral 16 denotes a power converter circuit breaker, reference numeral 17 denotes a circuit breaker for an AC power source such as a diesel generator, reference numeral 18 denotes an AC power source such as a diesel generator, reference numeral 19 denotes an inboard bus system, reference numeral 20 denotes a divider, reference numeral 21 denotes a switch for selecting a torque target value (first torque target value ) calculated by the speed controller 3, reference numeral 25 denotes a switch for selecting a torque table 26, and reference numeral 26 denotes a torque table .

図2において、前述した図3に示す電気推進装置1と同じ構成ついては同一符号を付して説明を省略する。
(作用)
図2は、図3に示す従来の電気推進装置1の構成に対して、第1に示す第1の実施形態における電気推進装置100と同様に、速度検出器14により検出される回転速度(実速度ω)の変動に応じて速度制御器3により生成されるトルク目標値τ(第1トルク目標値)よりも変動が少ないトルク目標値τ(第2トルク目標値)を生成する生成回路と、速度制御器3により生成されるトルク目標値τ(第1トルク目標値)と生成回路により生成されるトルク目標値τ(第2トルク目標値)を排他的に切り替える切替回路とを追加したものである。
In FIG. 2, the same components as those in the electric propulsion device 1 shown in FIG. 3 are designated by the same reference numerals and will not be described.
(Action)
Figure 2 shows a configuration of the conventional electric propulsion device 1 shown in Figure 3, with the addition of a generation circuit that generates a torque target value τ * (second torque target value) that fluctuates less than the torque target value τ* ( first torque target value ) generated by the speed controller 3 in response to fluctuations in the rotational speed (actual speed ω) detected by the speed detector 14, and a switching circuit that exclusively switches between the torque target value τ * (first torque target value) generated by the speed controller 3 and the torque target value τ * (second torque target value ) generated by the generation circuit, similar to the electric propulsion device 100 in the first embodiment shown in Figure 1 .

第2の実施形態において、トルク目標値τ(第2トルク目標値)を生成する生成回路は、トルクテーブル26による構成される。トルクテーブル26は、速度設定器2により設定された回転速度の速度目標値ωに応じて速度制御器3により生成されるトルク目標値τ(第1トルク目標値)よりも変動が少ない、速度設定器2により設定される複数の異なる回転速度の速度目標値ωのそれぞれに応じたトルク目標値τ(第2トルク目標値)が対応づけられて設定されている。トルクテーブル26は、速度設定器2により設定される回転速度の速度目標値ωに対応するトルク目標値τ(第2トルク目標値)を決定して出力する。また、切替回路として、切替器21,25が設けられている。
従来の技術では、速度設定器2による速度目標値ωと速度検出器14による実速度ωとの差を速度制御器3により誤差増幅し、トルク目標値τを生成するが、一般に速度制御器3のゲインは大きく、実速度変動が微小である場合でも演算結果としてトルク目標値が急峻に変動する。
In the second embodiment, a generating circuit for generating the torque target value τ * (second torque target value ) is configured by a torque table 26. The torque table 26 is set with torque target values τ * (second torque target values) corresponding to each of a plurality of different rotational speed target values ω * set by the speed setter 2, which fluctuate less than the torque target value τ* (first torque target value ) generated by the speed controller 3 according to the speed target value ω * of the rotational speed set by the speed setter 2. The torque table 26 determines and outputs the torque target value τ * (second torque target value ) corresponding to the speed target value ω * of the rotational speed set by the speed setter 2. In addition, switches 21 and 25 are provided as a switching circuit.
In the conventional technology, the difference between the speed target value ω * set by the speed setter 2 and the actual speed ω set by the speed detector 14 is error-amplified by the speed controller 3 to generate the torque target value τ * . However, the speed controller 3 generally has a large gain, and therefore the torque target value changes sharply as a calculation result even when the actual speed fluctuation is small.

ここで、速度設定器2の速度目標値ωに対応するトルク目標値τトルクテーブル26により決定することで、速度目標値ωが変化しない限り急峻な変動のないトルク目標値を生成できる。 Here, by determining the torque target value τ * corresponding to the speed target value ω * of the speed setter 2 using the torque table 26, it is possible to generate a torque target value that does not change sharply as long as the speed target value ω * does not change.

切替器21,25は、トルク目標値変動を抑える必要がある操作を行う場合、例えば荒天時などの電気推進装置1の負荷変動が常時発生することにより実速度ωが変動する場合に、切替器25を閉、切替器21を開にする。すなわち、速度制御器3により生成されるトルク目標値τ(第1トルク目標値)に代えて、生成回路(トルクテーブル26)により生成されるトルク目標値τ(第2トルク目標値)に切り替える。
(効果)
第2の実施形態によれば、実速度ωにより電力は変動するが、実速度ωの変化率が速度制御器3の出力(トルク目標値τ(第1トルク目標値))の変化率より一般に小さいため、速度設定器2において設定された回転速度の速度目標値ωに応じたトルク目標値τ(第2トルク目標値)を出力するトルクテーブル26、および速度制御器3により生成されるトルク目標値τ(第1トルク目標値)から生成回路により生成されるトルク目標値τ(第2トルク目標値)に切り替える切替回路(切替器21,25)を備えることにより、急峻な変動のないトルク目標値により電力変換器11を制御し、結果として電力変換器11、推進電動機13および船内母線系統19の電力変動を抑制することが可能となる。
When performing an operation that requires suppressing fluctuations in the torque target value , for example when the actual speed ω fluctuates due to constant load fluctuations in the electric propulsion device 1 during bad weather, the switches 21 and 25 close the switch 25 and open the switch 21. In other words, instead of the torque target value τ * (first torque target value ) generated by the speed controller 3, the torque target value τ * (second torque target value ) generated by the generation circuit ( torque table 26) is switched to.
(effect)
According to the second embodiment, although the power fluctuates depending on the actual speed ω, the rate of change of the actual speed ω is generally smaller than the rate of change of the output ( torque target value τ * (first torque target value )) of the speed controller 3. Therefore, by providing a torque table 26 that outputs a torque target value τ * (second torque target value ) corresponding to the speed target value ω * of the rotational speed set in the speed setter 2, and a switching circuit (switches 21, 25) that switches from the torque target value τ * (first torque target value ) generated by the speed controller 3 to the torque target value τ * (second torque target value ) generated by the generation circuit, the power converter 11 can be controlled by a torque target value that does not fluctuate suddenly, and as a result, power fluctuations in the power converter 11, the propulsion motor 13 and the onboard busbar system 19 can be suppressed.

なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and in the implementation stage, the components can be modified and embodied without departing from the gist of the invention. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining the multiple components disclosed in the above-described embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiments. Furthermore, components from different embodiments may be appropriately combined.

1,100,101…電気推進装置
2…速度設定器
3…速度制御器
4…磁束指令値演算器
5…磁化成分電流演算器
6…電流制御器
7…電流制御器
8…位相演算器
9…座標変換器
10…座標変換器
11…電力変換器
12…電流検出用変流器
13…推進用電動機(PM)
14…速度検出器(PG)
15…推進用プロペラ
16…電力変換器用遮断器
17…交流電源用遮断器
18…交流電源
19…船内母線系統
20…乗算器
21,24,25…切替器
22…3乗演算器
26…トルクテーブル
1, 100, 101... Electric propulsion device 2... Speed setting device 3... Speed controller 4... Magnetic flux command value calculator
Reference Signs List 5: Magnetization component current calculator 6: Current controller 7: Current controller 8: Phase calculator 9: Coordinate converter 10: Coordinate converter 11: Power converter 12: Current detection transformer 13: Propulsion motor (PM)
14...Speed detector (PG)
REFERENCE SIGNS LIST 15: Propulsion propeller 16: Power converter circuit breaker 17: AC power supply circuit breaker 18: AC power supply 19: In-ship bus system 20: Multiplier 21, 24, 25: Switch 22: Cube calculator 26: Torque table

Claims (3)

交流電源を電源とする船内母線系統に接続され、プロペラが接続される推進用電動機を駆動する電力変換器と、
前記推進用電動機の回転速度を設定する速度設定器と、
前記推進用電動機の回転速度を検出する速度検出器と、
前記速度検出器により検出される回転速度を基に位相を定める位相演算器と、
前記速度検出器により検出された回転速度と前記速度設定器により設定された回転速度の速度基準の差分をもとに第1トルク基準を生成する速度制御器と、
前記速度検出器により検出される回転速度の変動に応じて前記速度制御器により生成される前記第1トルク基準よりも変動が少ない第2トルク基準を生成する生成回路と、
前記速度制御器により生成される第1トルク基準と前記生成回路により生成される第2トルク基準を排他的に切り替える切替回路と、
前記第1トルク基準あるいは前記第2トルク基準を基に磁束基準を生成する磁束基準演算器および磁化成分電流演算器と、
前記速度制御器および磁化成分電流演算器により生成された電流基準信号と電力変換器の検出電流との差分増幅する電流制御器と、
前記電力変換器の電流を検出する変流器と、
前記電力変換器のベクトル制御を行うための座標変換器とを備えたことを特徴とする電気推進装置。
a power converter connected to an onboard bus system powered by an AC power source and configured to drive a propulsion motor to which a propeller is connected;
a speed setter for setting the rotational speed of the propulsion motor;
a speed detector for detecting a rotational speed of the propulsion motor;
a phase calculator that determines a phase based on the rotation speed detected by the speed detector;
a speed controller that generates a first torque reference based on a difference between a rotation speed detected by the speed detector and a speed reference of the rotation speed set by the speed setter;
a generating circuit for generating a second torque reference having smaller fluctuations than the first torque reference generated by the speed controller in response to fluctuations in the rotation speed detected by the speed detector;
a switching circuit that exclusively switches between a first torque reference generated by the speed controller and a second torque reference generated by the generating circuit;
a magnetic flux reference calculator and a magnetization component current calculator that generate a magnetic flux reference based on the first torque reference or the second torque reference;
a current controller that amplifies a difference between a current reference signal generated by the speed controller and the magnetization component current calculator and a detection current of a power converter;
a current transformer for detecting a current of the power converter;
and a coordinate converter for performing vector control of the power converter.
前記生成回路は、
前記速度設定器により設定された回転速度の速度基準を3乗演算する3乗演算器と、 前記3乗演算器の演算結果と前記速度検出器により検出される前記回転速度を基に前記第2トルク基準を演算する回路とを備えたことを特徴とする請求項1記載の電気推進装置。
The generating circuit includes:
2. The electric propulsion device according to claim 1, further comprising: a cube calculator that cubes a speed reference of the rotational speed set by the speed setter; and a circuit that calculates the second torque reference based on a result of the cube calculator and the rotational speed detected by the speed detector.
前記生成回路は、
前記速度設定器により設定された回転速度の速度基準に応じて前記速度制御器により生成される前記第1トルク基準よりも変動が少ない、前記速度設定器により設定される複数の異なる回転速度の速度基準のそれぞれに応じた前記第2トルク基準が対応づけられた、前記速度設定器により設定された回転速度に応じた前記第2トルク基準を決定するトルク基準テーブルを備えたことを特徴とする請求項1記載の電気推進装置。
The generating circuit includes:
2. The electric propulsion device according to claim 1, further comprising a torque reference table for determining the second torque reference in accordance with the rotational speed set by the speed setter, the second torque reference being associated with each of a plurality of speed references for different rotational speeds set by the speed setter, the speed reference having less fluctuation than the first torque reference generated by the speed controller in accordance with the speed reference for the rotational speed set by the speed setter.
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