JP2521646Y2 - 主機軸駆動発電装置の電圧制御装置 - 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
装置に係わり、運転モードが切換わった場合でも、常に
安定した電圧制御が可能な主機軸駆動発電装置の電圧制
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】このような従来の主機軸駆動発電装置を図
３に示す構成図を参照して説明する。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は主エンジン、６はプロペラ、７は負荷、
８は遮断器、９は母線、１０は出力周波数指令設定器、
１１は出力周波数検出器、１２は出力周波数指令と出力
周波数検出値の偏差により電流指令値を演算する周波数
制御器、１３はインバータの出力電流を検出する第１の
電流検出器、１４は電流指令値と電流検出値が一致する
ようにインバータ３とコンバータ２の位相を演算する電
流制御器、１５はコンバータ２の位相制御器、１６はイ
ンバータ３の位相制御器、１７は軸発電機１の端子電圧
を制御する第１の電圧調整器、１８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、１９は回転数検出
器、２０は電圧検出器、２１は電圧指令演算器である。

【０００４】図２は電圧指令演算器２１の内部詳細図で
あり、２２はコンバータ出力の直流電圧により端子電圧
指令値を演算する直流電圧一定制御方式の場合の関数発
生器、２３は制御増幅器、２４は制御増幅器２３の出力
を制限するリミッタ、２５は主機軸駆動発電装置の運転
モードにより電圧指令演算器２１の出力を切換える継電
器、２６は軸発電機の回転数により端子電圧指令値を演
算する軸発電機電圧パターン制御方式の場合の関数発生
器である。

【０００５】次に、上記した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５はプロペラ６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５の
回転数は航行状態により変化する。軸発電機１の端子電
圧の大きさは第１の電圧調整器１７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により定周波数の交流電力に変換
する。同期調相機４はインバータ３及び負荷７に無効電
力を供給して母線９の電圧を一定に保つ。得られた定周
波定電圧の電力は、遮断器８を通して母線９により負荷
７に供給される。軸発電機１から負荷７に供給する電力
は電流に比例するので、負荷７に応じた電力が供給さ
れ、インバータ３の出力周波数が安定するように周波数
制御器１２と電流制御器１４にて電流を制御している。

【０００６】船舶の主エンジン５は、大容量機であり回
転数は低い。したがって、軸発電機１も出力周波数５〜
２０Ｈｚの低速機である。低速機は一般的に寸法、形状
が大きい上に、少しの出力容量の違いでも寸法が随分変
化する。そこで、軸発電機１の力率をできるだけ１に近
付けて運転するようにすれば、外形寸法も小さくでき
る。そのため発電運転中は、コンバータ２を制御角α＝
０°で運転し、インバータ３の位相制御で電流を調節す
るようにしている。こうすると、同期調相機４の外形寸
法は大きくなるが、高速機であるので少ない寸法増加で
対応できる。

【０００７】軸発電機１が低速機の場合リアクタンスが
大きくなるため、負荷時のコンバータ２の転流重なり角
が大きくなるという問題もある。軸発電機１の端子電圧
が一定でコンバータ２がα＝０°一定で運転されていて
も、負荷７が大きくなって転流重なり角が大きくなれ
ば、コンバータ２の直流出力電圧は無負荷時に比べて大
きく垂下する。直流出力電圧が低下すると、インバータ
３の力率が低下するので同期調相機４の容量を大きくし
なければならない。

【０００８】そこで、従来の発電運転中は電圧検出器２
０により検出したコンバータ２の直流出力電圧と、回転
数検出器１９からの検出信号をもとに関数発生器２２に
より出力される信号との偏差を制御増幅器２３により増
幅して、リミッタ２４と継電器２５を介し、端子電圧指
令値として第１の電圧調整器１７に与える構成の直流電
圧一定制御方式としている。

【０００９】このような構成とした場合、制御増幅器２
３に積分要素を持たせれば、ゲインが低くても定常的に
は必ず直流出力電圧を設定値に一致させることができ
る。そのため、制御ゲインを安定限界値の数分の一まで
小さく設定しても問題ない。それは主機軸駆動発電装置
では定常特性が重要であり、過渡現象は秒単位の長い時
間まで許容されるからである。したがって、無負荷時に
充分余裕をとって制御増幅器２３の調節を行えば、全負
荷時まで安定な制御が可能であり、無負荷から全負荷ま
でインバータを高力率に保つことができ、同期調相機４
の容量を低減することが可能である。

【００１０】

【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
て前記発電運転の直流一定制御方式から発電運転以外の
電動モードや同期調相機の始動モードなどの、回転数検
出器１９からの検出信号をもとに関数発生器２６により
発生される端子電圧指令値を第１の電圧調整器１７に与
える構成の軸発電機電圧パターン制御方式へと切換わる
瞬間、その切換え直前に演算された端子電圧指令値で軸
発電機１の端子電圧を制御するので、端子電圧指令値の
変化分が大きくなり軸発電機１の端子電圧の変動が外乱
となってインバータ３の出力周波数が変動するという問
題があった。

【００１１】本考案は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は運転モードに応じて電圧指令演算器で端
子電圧指令値が切換えて出力されても、軸発電機の端子
電圧に切換え時のショックが出ないようにし、運転モー
ドが切換わっても安定で応答の速い制御が期待できる主
機軸駆動発電装置の電圧制御装置を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本考案は、船舶の主エンジンによって駆動される軸
発電機と、前記軸発電機の端子電圧を制御する電圧調整
器と、前記軸発電機の出力を直流に変換するコンバータ
と、前記コンバータの直流出力を定周波数の交流に変換
するインバータと、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とを備えた主機軸駆動発電装置の
電圧制御装置において、前記電圧調整器に与える端子電
圧指令値を、前記軸発電機の回転数より演算する軸発電
機電圧パターン制御方式か，または前記コンバータ出力
の直流電圧より演算する直流電圧一定制御方式かに切換
えて出力する電圧指令演算器と、前記直流電圧一定制御
方式から前記軸発電機電圧パターン制御方式へと切換え
られた時に，前記電圧指令演算器の出力である端子電圧
指令値が入力信号の変化に対し所定の傾き以上に変化し
ないように変化量を制限するレートリミッタとを設け、
さらに前記両制御方式の相互切換え時にその直前の制御
方式による端子電圧指令値を切換え後の初期データとす
ることにより、切換え時の端子電圧指令値が制御上なめ
らかに変更できるように構成したことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本考案の主機軸駆動発電装置の電圧制御装置に
よれば、運転モードに応じて電圧指令演算器で端子電圧
指令値が切換えて出力されても、軸発電機の端子電圧に
切換え時のショックが出ないようにし、運転モードが切
換わっても安定で応答の速い制御が可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、本考案の実施例を図によって説明す
る。図１は本考案の一実施例に係わる電圧指令演算器ブ
ロック図である。本実施例が既に説明した従来例と異な
る点は、レートリミッタ２７を設け、制御増幅器２３と
相互に初期データを送れる構成としたのみで、その他の
構成は同一であるので、同一部分には同一符号を付して
その説明は省略する。

【００１５】次に、本実施例の主機軸駆動発電装置の電
圧制御装置の動作を説明する。無負荷から全負荷までコ
ンバータ出力電圧が一定であれば、インバータ側力率を
常に高力率で運転するよう設計できるので、同期調相機
の容量を低減できる。また、コンバータ及びインバータ
の素子の耐圧も定格負荷時に合わせた設計でよく、効率
の良い設計が可能である。そして、安定で応答の速い制
御も可能である。そのために本実施例では、電圧調整器
１７に与える端子電圧指令値を運転モードに応じて軸発
電機１の回転数により演算する軸発電機電圧パターン制
御の場合と、コンバータ３出力の直流電圧により演算す
る直流電圧一定制御の場合とを切換えて出力するような
電圧指令演算器２１の構成とし、直流電圧一定制御方式
から軸発電機電圧パターン制御方式へと切換えられた時
に、電圧指令演算器２１の出力である端子電圧指令値
が、入力信号の変化に対し所定の傾き以上に変化しない
ような変化量を制限するレートリミッタ２７を設け、か
つ相互の切換え時にその直前の制御方式による端子電圧
指令値を切換え後の初期データとすることにより、切換
え時の端子電圧指令値が制御上なめらかに変更できるよ
うにしている。

【００１６】なお、本実施例ではレートリミッタ２７を
軸発電機電圧パターン制御方式の関数発生器２６の出力
に設ける構成としたが、本考案はこれに限るものではな
く、本実施例に追加して直流電圧一定制御方式の出力側
にも設ける構成、あるいは、継電器２５の共通出力側に
一括して設ける構成としてもよい。

【００１７】また、本実施例では電圧指令演算器２１の
構成として独立した関数発生器２２、２６、制御増幅器
２３、リミッタ２４、継電器２５、レートリミッタ２７
などを設ける構成を示したが、本考案はこれに限るもの
ではなく、周波数制御器１２や電流制御器１４と同一の
コントローラにてソフトウェアにより実現することもで
きる。

【００１８】さらに、本実施例ではコンバータとインバ
ータを直に結合する構成を示したが、間に直流リアクト
ルを介する構成としてもよく、その場合インバータの直
流入力電圧を検出してそれを所定の値に制御する構成と
してもよい。

【００１９】

【考案の効果】以上説明したように、本考案の主機軸駆
動発電装置の電圧制御装置によれば、運転モードが切換
わった場合でも常に安定した電圧制御が可能になる、と
いう優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係る主機軸駆動発電装置の
電圧指令演算器の詳細なブロック図。

【図２】従来の主機軸駆動発電装置の電圧指令演算器の
詳細なブロック図。

【図３】従来の主機軸駆動発電装置の電圧制御装置のブ
ロック図。

【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、５…主エンジン、６…プロペラ、７…負
荷、８…遮断器、９…母線、１０…出力周波数指令設定
器、１１…出力周波数検出器、１２…周波数制御器、１
３…電流検出器、１４…電流制御器、１５，１６…位相
制御器、１７，１８…電圧調整器、１９…回転数検出
器、２０…電圧検出器、２１…電圧指令演算器、２２，
２６…関数発生器、２３…制御増幅器、２４…リミッ
タ、２５…継電器、２７…レートリミッタ。

Claims (1)

(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
   発電機と、前記軸発電機の端子電圧を制御する電圧調整
   器と、前記軸発電機の出力を直流に変換するコンバータ
   と、前記コンバータの直流出力を定周波数の交流に変換
   するインバータと、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とを備えた主機軸駆動発電装置の
   電圧制御装置において、前記電圧調整器に与える端子電
   圧指令値を、前記軸発電機の回転数より演算する軸発電
   機電圧パターン制御方式か，または前記コンバータ出力
   の直流電圧より演算する直流電圧一定制御方式かに切換
   えて出力する電圧指令演算器と、前記直流電圧一定制御
   方式から前記軸発電機電圧パターン制御方式へと切換え
   られた時に，前記電圧指令演算器の出力である端子電圧
   指令値が入力信号の変化に対し所定の傾き以上に変化し
   ないように変化量を制限するレートリミッタとを設け、
   さらに前記両制御方式の相互切換え時にその直前の制御
   方式による端子電圧指令値を切換え後の初期データとす
   ることにより、切換え時の端子電圧指令値が制御上なめ
   らかに変更できるように構成したことを特徴とする主機
   軸駆動発電装置の電圧制御装置。