JP2524545Y2 - 主機軸駆動発電装置の電圧制御装置 - Google Patents

主機軸駆動発電装置の電圧制御装置

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JP2524545Y2
JP2524545Y2 JP1993059565U JP5956593U JP2524545Y2 JP 2524545 Y2 JP2524545 Y2 JP 2524545Y2 JP 1993059565 U JP1993059565 U JP 1993059565U JP 5956593 U JP5956593 U JP 5956593U JP 2524545 Y2 JP2524545 Y2 JP 2524545Y2
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整 伊藤
敏和 岩本
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西芝電機株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/04Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

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、軸発電機が低速機でコンバータの転流リ
アクタンスが大きな場合でも安定した制御ができる主機
軸駆動発電装置の制御方法に関する。
【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、1
1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は直流電圧設定
器、20は電圧検出器、21は制御増幅器である。
【0004】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
制御部12と電流制御器14にて電流を制御している。
【0005】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。低速機はもともと外形寸法が大
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。
【0006】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。
【0007】そこで、従来は電圧検出器20によりコン
バータ2の直流出力電圧を検出し、電圧設定器19によ
り設定される直流出力電圧設定値との偏差を制御増幅器
21により増幅して端子電圧指令値として第1の電圧調
整器17に与える構成としている。この構成とした場
合、制御増幅器21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の
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。このた
め無負荷時に充分余裕をとって制御増幅器21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。
【0008】
【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、負荷が小さい時、直流
出力電圧が一定となるように軸発電機1の端子電圧を制
御すると、インバータ3での電流制御が不安定になるこ
とがあるという問題があった。
【0009】これは、通常の発電運転中、コンバータ2
は制御角α=0°一定で最大直流出力電圧が得られるよ
うに運転し、インバータ3のβ位相制御で負荷に供給す
る電流を制御している。ここでインバータ3側について
みると、直流電圧Vdcと同期調相機4の端子電圧Vs/c
は一定であり、直流電圧Vdc、同期調相機の端子電圧V
s/c 、制御進み角β、転流重なり角uの関係は次式とな
る。 Vdc=(3√2/π)・Vs/c ・cos(β−u/2)
【0010】負荷が大きく転流重なり角uが大の時は、
制御進み角βも大となってβリミット値に対するβの可
変範囲が大であるが、負荷が小さく転流重なり角uが小
の時は、制御進み角βも小となり、電流のわずかな変化
でβリミットとなって電流制御が不安定になる。電流制
御器14はインバータ3の制御がβリミットとなって電
流が制御しきれない場合に、コンバータ2のα位相制御
で電流を制御しようとする。例えば、負荷が小さくなり
直流電流を減少させるような場合に、インバータ3の位
相制御がβリミットとなり、コンバータ2側でもα位相
制御のモードになることである。ここでシステムの電流
制御の応答についてみると、軸発電機1は低速機で出力
周波数が低いため、コンバータ2の位相制御の応答はイ
ンバータ3の位相制御の応答にくらべ遅く、システムの
電流制御の応答も遅くなる。
【0011】通常のコンバータ2が制御角α=0°一定
で運転される場合は、インバータ3による速い制御応答
を望めるが、コンバータ2側でもα位相制御を行うモー
ドになるとシステムの制御応答はコンバータ2側の遅い
制御応答になってしまう。また、応答が遅いだけでなく
制御が不安定になるという問題があった。
【0012】本考案は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は無負荷から全負荷までインバータの力率
を高力率に保つことができ、かつ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。
【0013】
【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り駆動される軸発
電機と、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、前記インバータの入力電圧
を検出する直流電圧検出器と、前記直流電圧検出器で検
出した直流電圧が直流電圧設定器の設定値となるよう前
記軸発電機の電圧を制御する電圧調整器とからなる主機
軸駆動発電装置において、前記軸発電機の出力電流を検
出する電流検出器と、前記電流検出器の電流検出値を入
力し、その検出値が大きい場合100%の出力信号を出
力し、小さい場合は、100%に満たない出力信号を出
力する関数発生器と、前記直流電圧設定器の電圧設定値
と前記関数発生器の出力信号とを入力して電圧設定値を
関数発生器の出力信号によって補正し、補正した電圧設
定値を前記電圧調整器の電圧設定値として出力する演算
器とを設け、前記軸発電機の出力電流が小さいときに軸
発電機の出力電圧を低下して運転することを特徴とした
ものである。
【0014】
【作用】本考案によれば、軸発電機1の出力電流から負
荷7の大きさを検出し、負荷7が小さな場合に関数発生
器24により電圧設定器19の電圧設定値を小さく補正
しているので、負荷7が小さくなった場合でもコンバー
タ2を制御角α=0°一定のまま運転し、インバータ3
をβ位相制御で制御できるようになる。
【0015】
【実施例】以下、本考案の実施例を図1によって説明す
る。図3の従来例と異なるところは、軸発電機1の出力
電流を検出し、その電流の大きさに応じた電流検出値を
出力する第2の電流検出器22と、フィルタ回路23で
処理した電流検出値に基づいて図2に示すような出力信
号を出力する関数発生器24と、関数発生器24の出力
信号と電圧設定器19の電圧設定値とを入力して電圧設
定値を関数発生器24の出力信号で補正し、補正した電
圧設定値を電圧調整器の制御増幅器21へ出力する演算
器25とを設けた点が相違するもので、その他の構成は
図3と同一である。関数発生器24は、図2のように電
流検出器22の電流検出値が大きい場合、即ち軸発電機
1の出力電流が大きい場合は、関数発生器24からは、
100%の出力信号を出力し、小さい場合は、100%
に満たない出力信号が出力されるような特性を有してい
る。
【0016】次に、本実施例の動作を説明する。今、主
機軸駆動発電装置が発電運転中で母線9に通常の負荷7
が接続されていると、軸発電機1からは、その負荷7の
大きさに応じた電流が流れ、その電流に応じた電流検出
値が第2の電流検出器22で検出される。検出された電
流検出値は、フィルタ回路23を介して関数発生器24
に入力されるが、この時、負荷7が大きく軸発電機1か
ら大きな電流が流れていると、関数発生器24からは、
100%の出力信号が出力され、負荷7が小さいと10
0%に満たない出力信号が演算器25に出力される。演
算器25は、関数発生器24からの出力信号を受けて電
圧設定器19の電圧設定値を補正し、補正した電圧設定
値を制御増幅器21に出力する。即ち、電流検出器22
の検出値が大きな場合は、電圧設定値に補正が加わら
ず、そのままの電圧設定値が制御増幅器21に出力さ
れ、検出値が小さければ、電圧設定値に補正が加わり電
圧設定器19で設定した電圧設定値より低い電圧設定値
が制御増幅器21に出力される。従って、負荷7が小さ
くなると、小さな電圧設定値が制御増幅器21に出力さ
れ、軸発電機1の出力電圧が低下する。その結果、負荷
7が小さい場合でも、コンバータ2を制御角α=0°一
定のまま、インバータ3の位相角制御をβリミットに対
して充分余裕を持って制御できるようになり、インバー
タ3による応答の早い安定な制御が可能となる。
【0017】このように、軸発電機1の出力電流から負
荷7の大きさを検出し、負荷7が小さな場合に関数発生
器24により電圧設定器19の電圧設定値を小さく補正
しているので、負荷7が小さくなってもコンバータ2を
制御角α=0°一定のまま運転し、インバータ3をβ位
相制御できるようになる。従って、インバータ3による
速い制御が可能となり、電流制御応答の遅れに起因する
不安定現象もなくなり、無負荷から全負荷まで安定した
応答の速い制御が可能となる。
【0018】図2は本考案の関数発生器による関数パタ
ーン図の一例で、横軸は軸発電機1の出力電流で負荷の
大きさにほぼ比例する。縦軸は直流の電圧設定値を補正
する信号で、負荷が小さい時に電圧設定値を下げる関数
パターンとしている。これにより、コンバータ2を制御
角α=0°一定のままでも、インバータ3の位相制御は
βリミットに対し充分余裕をもった制御で運転すること
ができ、インバータ3による速い制御が可能になる。ま
た、上記関数パターンは一例であり、目的に応じて任意
のパターンを設定することが可能である。
【0019】なお、上記実施例では独立したフィルタ回
路23、関数発生器24、演算器25、制御増幅器21
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。
【0020】また、上記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。
【0021】
【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、無負荷から全負荷
までインバータの力率を高力率に保つことができ、同期
調相機の容量を低減することが可能であり、また負荷の
大小にかかわらず安定で応答の速い制御が可能になる、
という優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の主機軸駆動発電装置の電圧制御装置の
一実施例のブロック図。
【図2】図1の関数発生器による関数パターンの一例を
示す図。
【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
3,22…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…電圧設
定器、20…電圧検出器、21…制御増幅器、23…フ
ィルタ回路、24…関数発生器、25…演算器。

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り駆動される軸発
    電機と、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、前記インバータの入力電圧
    を検出する直流電圧検出器と、前記直流電圧検出器で検
    出した直流電圧が直流電圧設定器の設定値となるよう前
    記軸発電機の電圧を制御する電圧調整器とからなる主機
    軸駆動発電装置において、 前記軸発電機の出力電流を検出する電流検出器と、前記
    電流検出器の電流検出値を入力し、その検出値が大きい
    場合100%の出力信号を出力し、小さい場合は、10
    0%に満たない出力信号を出力する関数発生器と、前記
    直流電圧設定器の電圧設定値と前記関数発生器の出力信
    号とを入力して電圧設定値を関数発生器の出力信号によ
    って補正し、補正した電圧設定値を前記電圧調整器の電
    圧設定値として出力する演算器とを設け、前記軸発電機
    の出力電流が小さいときに軸発電機の出力電圧を低下し
    て運転することを特徴とする主機軸駆動発電装置の電圧
    制御装置。
JP1993059565U 1993-11-05 1993-11-05 主機軸駆動発電装置の電圧制御装置 Expired - Lifetime JP2524545Y2 (ja)

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