JP2519078Y2 - 主機軸駆動発電装置の周波数制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、船舶用の主機軸駆動発
電装置で、軸発電機の周波数と出力周波数が近い場合で
も、安定した周波数制御ができる主機軸駆動発電装置の
周波数制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】主機軸駆動発電装置は船舶の主エンジン
により発電機を駆動し発電するシステムであり、省エ
ネ、省保守に効果が大きく、多くの船舶で用いられてい
る。

【０００３】まず、従来の主機軸駆動発電装置の一例を
図６に示す。同図において、１は軸発電機、２はコンバ
ータ、３はインバータ、４は同期調相機、５は直流リア
クトル、６は主エンジン、７はプロペラ、８は負荷、９
は遮断器、１０は母線、１１は出力周波数指令設定器、
１２は出力周波数検出器、１３は周波数制御器、１４は
軸発電機の出力電流を検出する電流検出器、１５はイン
バータ３及びコンバータ２の点弧角指令値を演算する電
流制御器、１６はコンバータ２の位相制御器、１７はイ
ンバータ３の位相制御器、１８は軸発電機１の端子電圧
を制御する第１の電圧調整器、１９は同期調相機４の端
子電圧を制御する第２の電圧調整器である。

【０００４】次に、上記従来の主機軸駆動発電装置の動
作を説明する。主エンジン６はプロペラ７を駆動する
が、同時に軸発電機１をも駆動する。主エンジン６の回
転数は航行状態により変化する。軸発電機の端子電圧の
大きさは第一の電圧調整器１８によって希望の値に制御
できるが、周波数はエンジン回転数によって変化してし
まう。そこで、コンバータ２により交流を一旦直流に変
換しインバータ３により再度交流電力に変換する。同期
調相機４はインバータ及び負荷に無効電力を供給して母
線１０の電圧を一定に保つ。インバータ３の出力周波数
すなわち母線の周波数を一定に保つには、負荷に応じた
電力を供給してやれば良い。軸発電機から負荷に供給す
る電力は軸発電機の出力電流に比例するので、出力周波
数検出器１２でインバータ３の出力周波数を検出して、
それが一定となるように周波数制御器１３で流す電流の
指令値を決める。電流制御器１５は、電流検出器１４に
よる電流検出値が指令値になるようにコンバータ及びイ
ンバータの点弧角を決める。各位相制御器１６，１７は
決められた点弧角で各変換器２，３のサイリスタを点弧
する。得られた定周波定電圧の電力は遮断器９を通して
母線１０により負荷８に供給される。

【０００５】コンバータ２、インバータ３はサイリスタ
変換器であるので、各変換器の直流側電圧は例えば図２
（ａ），（ｂ）の様なリップルを含んだ波形となる。そ
のため直流電流も図２（ｃ）の様にリップルを含んだ波
形となる。直流電流のリップルは負荷に供給する電力の
リップルとなり、母線周波数の安定性に悪影響を及ぼす
ので、直流電流のリップルが充分小さくなるように直流
リアクトル５を設けている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】以上のように運転され
る主機軸駆動発電装置によれば、主エンジンのパワーに
より、定周波数・定電圧の電源が得られ、省エネ・省保
守に効果がある。しかしながら、従来のシステムにおい
て、軸発電機の周波数と出力周波数が近い場合に直流リ
アクトルの大きさ、制御の応答性で問題があった。

【０００７】以下、その理由について詳細に説明する。
図２（ａ），（ｂ）に示した直流側電圧のリップルの主
成分は交流側電圧の６倍の周波数となる。図２（ａ），
（ｂ）はコンバータ周波数がインバータ周波数の約１／
２の場合の例であり、直流電流リップルは高周波数のリ
ップルとなっている。しかしながら、コンバータとイン
バータの周波数がほぼ等しい場合、図３（ａ），（ｂ）
のように両波形の周波数差による低周波成分（以下ビー
ト電流と呼ぶ）が図３（ｃ）の様に電流リップルに含ま
れる波形になる。このビート電流は定電流制御系の負荷
応答周波数を超えるので、制御では取りきれない。直流
リアクトルでこの低周波成分を除去しようとすると非常
にリアクタンス値を大きくする必要があり、外形寸法・
重量の大きな直流リアクトルとなってしまう。また、直
流リアクトルのリアクタンス値を大きくすると電流制御
の応答が遅くなり、定周波数制御の応答が悪化するとい
う問題があった。

【０００８】本考案は、上記問題を解消するためになさ
れたもので、その目的は軸発電機の周波数と出力周波数
が近い場合でも、小型の直流リアクトルにより安定した
周波数制御が可能な主機軸駆動発電装置の周波数制御装
置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本考案の請求項１は、船舶の主エンジンによって駆
動される軸発電機、軸発電機の出力を直流に変換するコ
ンバータ、コンバータの直流出力を交流に変換するイン
バータ、インバータ及び負荷に無効電力を供給する同期
調相機、同期調相機の周波数が所定の値になるように軸
発電機の出力電流指令値を演算する周波数制御器、出力
電流指令値に出力電流が一致するようコンバータ及びイ
ンバータの点弧角指令値を演算する電流制御器、コンバ
ータ点弧角指令値によりコンバータに点弧信号を与える
第１の位相制御器、インバータ点弧角指令値によりイン
バータに点弧信号を与える第２の位相制御器、よりなる
主機軸駆動発電装置において、コンバータの交流側電圧
位相を検出する第１の位相検出器とインバータの交流側
電圧位相を検出する第２の位相検出器を設け、第１及び
第２の位相検出器の信号と前記のインバータ点弧角指令
値及びコンバータ点弧角指令値と合わせてコンバータの
直流出力のリップル電流を演算するビート電流演算器を
設け、ビート電流演算器の出力に所定のゲインを乗じて
前記出力電流指令値から減算して電流制御器へ出力する
減算器を設けた事を特徴とする。

【００１０】また請求項２は、リップル電流の演算に用
いるインバータ及びコンバータ点弧角指令値の片方また
は両方を一定の設定値とすることを特徴とする。さらに
請求項３は、第１及び第２の位相制御器がその構成要素
として位相検出回路を持つ場合に、第１及び第２の位相
検出器は、位相制御器の位相検出回路で兼ねる構成とす
ることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本考案によれば、軸発電機の周波数と出力周波
数が近い場合でもビート電流を抑制し、安定した周波数
制御を行うことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本考案の実施例を図を参照して説明す
る。図１は本考案の一実施例の構成図であり、既に説明
した図６と同一の符号のものは同一の構成要素を示し、
その説明は省略する。図１において、２０は軸発電機端
子電圧の位相を検出する第１の位相検出器、２１は同期
調相機端子電圧の位相を検出する第２の位相検出器、２
２はビート電流演算器、２３は減算器である。ビート電
流演算器２２では、軸発電機端子電圧位相検出値とコン
バータ点弧角指令値からコンバータ直流側電圧の瞬時値
を演算する。また、同様に同期調相機端子電圧位相検出
値とインバータ点弧角指令値からインバータ直流側電圧
の瞬時値を演算する。そして両電圧の差電圧と既知の回
路インピーダンス値からビート電流を演算する。減算器
ではビート電流演算値に所定のゲインを乗じ電流指令値
から減じる。定電流制御系の指令値応答は負荷応答の3
倍程度高速であるので、このビート電流を考慮した電流
指令値でビート電流を相殺することができる。結果とし
て流れる直流電流は一定の値となり、電力のリップルは
発生しない。

【００１３】図４は本考案の他の実施例の構成図であ
る。位相制御器において位相制御の為に各変換器の交流
側電圧の位相を検出している場合、独立した位相検出器
を用いず位相制御器の位相検出値を用いる構成としても
良い。

【００１４】図５は本考案のさらに他の実施例の構成図
である。インバータ・コンバータの点弧角がほぼ一定で
運転される場合、ビート電流の演算に用いる点弧角は電
流制御器１５からの信号ではなく、一定の設定値を用い
ても図１の実施例と同様の効果が得られる。

【００１５】なお、図１、図４、図５の各実施例では、
直流リアクトルを設けた構成で示しているが、軸発電機
の内部リアクタンスで直流リアクタンスの代替とし、直
流リアクトルを省略する構成でもビート電流に対し同様
の効果が得られる。

【００１６】また以上の説明では、各制御要素１１〜２
３は独立した機器を想定して記したが、これに限るもの
ではなく、同一のコントローラにてソフトウェアにより
実現されるものでも良い。

【００１７】

【考案の効果】以上説明したように、本考案の主機軸駆
動発電装置の周波数制御装置によれば、軸発電機の周波
数と出力周波数が近い場合でも、ビート電流を抑制し、
周波数制御を安定に行う事が出来る。これにより直流リ
アクトルが大きくなったり、周波数制御の応答が遅くな
ったりする不都合を解消する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の主機軸駆動発電装置の周波数制御装置
の一実施例のブロック構成図。

【図２】図１の各部の電圧電流波形図。

【図３】図１の各部の電圧電流波形図。

【図４】本考案の他の実施例のブロック構成図。

【図５】本考案のさらに他の実施例のブロック構成図。

【図６】従来の主機軸駆動発電装置の周波数制御装置の
ブロック構成図。

【符号の説明】

１…軸発電機、２…コンバータ、３…インバータ、４…
同期調相機、６…主エンジン、８…負荷、９…遮断器、
１０…母線、１１…出力周波数指令設定器、１２…出力
周波数検出器、１３…周波数制御器、１４…電流検出
器、１５…電流制御器、１６，１７…位相制御器、１
８，１９…電圧調整器、２０，２１…位相検出器、２２
…ビート電流演算器、２３…減算器。

Claims (3)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 船舶の主エンジンによって駆動される軸
   発電機、前記軸発電機の出力を直流に変換するコンバー
   タ、前記コンバータの直流出力を交流に変換するインバ
   ータ、前記インバータ及び負荷に無効電力を供給する同
   期調相機、前記同期調相機の周波数が所定の値になるよ
   うに前記軸発電機の出力電流指令値を演算する周波数制
   御器、出力電流指令値に出力電流が一致するよう前記コ
   ンバータ及び前記インバータの点弧角指令値を演算する
   電流制御器、前記コンバータ点弧角指令値により前記コ
   ンバータに点弧信号を与える第１の位相制御器、前記イ
   ンバータ点弧角指令値により前記インバータに点弧信号
   を与える第２の位相制御器、よりなる主機軸駆動発電装
   置において、前記コンバータの交流側電圧位相を検出す
   る第１の位相検出器とインバータの交流側電圧位相を検
   出する第２の位相検出器を設け、第１及び第２の位相検
   出器の信号と前記のインバータ点弧角指令値及びコンバ
   ータ点弧角指令値と合わせてコンバータの直流出力のリ
   ップル電流を演算するビート電流演算器を設け、ビート
   電流演算器の出力に所定のゲインを乗じて前記出力電流
   指令値から減算して電流制御器へ出力する減算器を設け
   た事を特徴とする主機軸駆動発電装置の周波数制御装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の機軸駆動発電装置の周波
   数制御装置において、リップル電流の演算に用いるイン
   バータ及びコンバータ点弧角指令値の片方または両方を
   一定の設定値とすることを特徴とする主機軸駆動発電装
   置の周波数制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の主機軸駆動発電装置の周
   波数制御装置において、その構成要素として位相検出回
   路を有する第１及び第２の位相制御器であって、この第
   １及び第２の位相制御器の位相検出回路を第１及び第２
   の位相検出器の位相検出回路に兼用することを特徴とす
   る主機軸駆動発電装置の周波数制御装置。