JP3630823B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶の推進機を駆動する電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、船舶の推進機を電動機で駆動する電気推進船が提案されている。この種の電気推進船に採用されている従来の電動機の制御装置を図３に示す。図３は交流電動機を用いた場合の例で、一定速度で駆動される原動機５と発電機６で成る電源１から供給される電力が、制御部７で可変周波数の交流電力に変換され、交流電動機３を可変速駆動し、船舶の推進機４を駆動する。
【０００３】
制御部７は、速度設定部８で設定された速度基準ａと、速度検出器９を介して検出される交流電動機３の速度検出値ｂと、電流検出器１０を介して検出される交流電動機３の電流検出値ｃに基づいて発電機６から供給される電力を可変周波数の交流電力に変換する電力変換器としての機能を備えている。
【０００４】
上記構成において、制御部７は、速度基準ａと速度検出値ｂを比較して電流基準を生成し、この電流基準と電流検出値ｃを比較して交流電動機３の電流を制御することにより、発電機６から供給される電力を可変周波数の交流電力に変換し、交流電動機３の速度検出値ｂを速度基準ａに対応した値に制御する。
【０００５】
このような装置において、交流電動機３を急速に減速させると、船舶の慣性力により推進機４が交流電動機３の回転を維持するように作用し、交流電動機３が発電状態となり、制御部７が交流電動機３の発電電力を発電機６へ回生するように制御される。この回生電力が発電機６の内部損失と駆動系の機械損失以上に達すると加速トルクとして作用し、速度が上昇して原動機５に危険な過速度状態に至る場合がある。
【０００６】
このような危険を避けるため、従来装置では、危険速度まで上昇しないように電動機の減速率を小さく設定し、また、回生電流の最大値を小さく制限するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来装置では、電源の安全性や制御の安定性を重視する場合、減速率や回生電力の最大値を限界値から余裕をとって小さく設定するので船舶の操作性や運動性能が低下する。また、船舶の操作性や運動性能を良くするため、減速率や回生電力の最大値を限界値近傍に設定すると、船速、海象等の変化により場合によっては原動機に危険な過速度状態が生じるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題を解消しようとしてなされたもので、その目的とするところは、減速率や回生電力の最大値を限界値近傍まで大きくして、船舶の操作性や運転性能を向上させ、しかも、原動機に危険な過速度状態を防止することのできる電動機の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、本発明の電動機の制御装置は、原動機により一定速度で駆動される発電機の電力を、速度基準と電動機の速度検出値に基づいて所望の電力に変換し、前記電動機の速度を制御する制御部と、前記制御部から前記発電機へ回生される電力を検出し、この電力が所定の回生電力を越えないように前記速度基準を制御する速度補正部を備え、前記電動機で船舶の推進機を駆動すると共に、回生電力による原動機の過速度を防止する。（請求項１）
更に、前記速度補正部は、前記制御部から前記発電機へ回生される電力が所定の回生電力を越えるとき、前記速度基準の減速率を制限する。（請求項２）
更に、前記速度補正部は、前記制御部から前記発電機へ回生される電力が所定の回生電力を越えるとき、前記速度基準の減速を中止する。（請求項３）
更に、前記速度補正部は、減速時に前記速度検出値に基づいて前記速度基準の減速率を予定された値に制御すると共に、前記制御部から前記発電機へ回生される電力が所定の回生電力を越えないように前記速度基準を制御する。（請求項４）
更に、予め前記発電機が加速トルクを発生して前記原動機を危険速度付近まで上昇させ、該速度における駆動電力を測定し、前記速度補正部は、前記駆動電力に基づいて前記所定の回生電力を設定する。（請求項５）
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明による電動機の制御装置の実施例を図１に示す。図１において、１２は制御部７から発電機６へ回生される回生電力ｄを検出する電力検出器、１１は電力検出器１２を介して検出される回生電力ｄに基づき、速度補正信号ｅを出力する速度補正部である。その他は従来（図３）と同様のもので構成される。但し、速度設定部８は速度補正信号ｅに応じて速度基準ａを補正する機能を備えている。
【００１１】
上記構成において、内燃機関等でなる原動機５は一定の回転速度で発電機６を駆動して一定周波数の交流電力を発生させる。この交流電力は制御部７で可変周波数の交流電力に変換されて交流電動機３に供給され、交流電動機３は船舶の推進機４を可変速駆動する。この場合、制御部７は、速度基準ａ、速度検出値ｂ、電流検出値ｃに基づいて従来と同様に制御され、交流電動機３の回転速度（速度検出値ｂ）が速度基準ａに対応するように電力が供給される。
【００１２】
一定の速度基準ａが与えられ交流電動機３が一定の回転速度ωで運転される場合、推進機４による交流電動機３の負荷トルクτは図２の曲線Ａに示すように、ほぼ回転速度ωの２乗に比例して力行運転となり、制御部７は発電機６の発生電力をほぼωに対応する周波数でωの３乗に比例する交流電力に変換して交流電動機３を駆動し、船舶はωに対応した速度で前進走行する。
【００１３】
図２の曲線Ｂ１ 、Ｂ２ は、交流電動機３が回転速度１００％で前進走行中に、速度基準ａを一定の減速率β１ 、β２ で変化させ、正転から逆転に変化させたときの推進機４による交流電動機３の負荷トルクτの変化を示した特性図である。（但し、β１ ＞β２ ）このように、船舶の速力を前進から後進へ変更すると、負荷トルクτは回転速度ωの減少と共に急速に減少し、途中から船舶の慣性エネルギーにより極性が反転して負の負荷トルクとして作用する。この負の負荷トルクにより交流電動機３は発電機として作用し、その発電電力は制御部７を介して発電機６へ回生される。
【００１４】
この回生電力は電力検出器１２で検出されて速度補正部１１に入力され、速度補正部１１は回生電力が所定の回生電力を越えると速度補正信号ｅを出力し、速度設定部８から出力される速度基準ａの減速率を減少させ、回生電力が所定の回生電力を越えないように制御される。例えば、図２の曲線Ｂ１ （減速率β１ ）で速度基準ａを減速させたとき、負荷トルクの極性が正から負に変化する時点の回転速度ω１ からゼロ速度に至るまでの速度範囲で回生電力が発生し、この速度範囲で回生電力が最大となる速度が存在し、回生電力が所定の回生電力を越えると減速率をβ１ からβ２ 側へ変化させるように速度補正信号ｅが出力される。この速度補正信号ｅによって曲線Ｂ２ 側へ特性が変化し、負荷トルクの極性が正から負に変化する時点の回転速度がω１ からω２ 側へシフトして回生電力を発生する速度範囲が狭くなり、回生電力の最大値も小さくなる。従って、回生電力が所定の回生電力に制限される。（請求項１、２）
また、速度補正信号ｅによって減速を中断（減速率β＝０）させても同様の効果を得ることができる。（請求項３）
また、船舶が任意の速度で前進走行中に所定の減速率で減速を行ったときの負荷トルクの変化を事前に測定することにより、任意の速度における回生電力の最大値が所定の回生電力となる減速率を電動機の回転速度から予測することができる。従って、前記速度補正部に、減速時に速度検出値ｂに基づいて速度基準ａの減速率を予定された値に制御する手段を設け、減速時にその時点の回転速度における最大減速率を予測して速度基準ａの減速率を補正し、船舶の減速を最短時間で行うようにすることができる。（請求項４）
また、予め、発電機６が加速トルクを発生して原動機５を危険速度付近まで上昇させ、その速度における駆動電力を測定し、速度補正部１１は、上述の所定の回生電力を上記駆動電力より少し余裕をみて低く設定する。これにより、回生能力限度付近までの減速率に設定し、船速、海象等が変化しても回生電力により危険速度以上に上昇することが防止され、船舶の操作性を向上させ、しかも、原動機に危険な過速度状態を防止することができる。（請求項５）
なお、以上の説明では交流電動機を用いる例で説明したが、直流電動機を用いても同様の効果を得ることができる。この場合、制御部７は発電機６の電力を所望の直流電力に変換する電力変換器の機能とすることはいうまでもない。
また、回生電力の検出は、制御部７の内部で生成される電流基準と速度検出信号ｂにより演算によって求め、電力検出器１２を省略することもできる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、電動機で船舶の推進機を駆動する場合、電動機の減速率を能力一杯に設定して船舶の減速性能を高め操作性を向上させ、減速時に発生する回生電力による原動機の過速度を防止し、安全性、信頼性の向上した電動機の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電動機の制御装置の実施例を示す構成図。
【図２】電動機の回転速度と負荷トルクの関係を示す特性図。
【図３】従来の電動機の制御装置を示す構成図。
【符号の説明】
１…電源
３…交流電動機 ４…推進機
５…原動機 ６…発電機
７…制御部 ８…速度設定部
９…速度検出器 １０…電流検出器
１１…速度補正部 １２…電力検出器
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶の推進機を駆動する電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、船舶の推進機を電動機で駆動する電気推進船が提案されている。この種の電気推進船に採用されている従来の電動機の制御装置を図３に示す。図３は交流電動機を用いた場合の例で、一定速度で駆動される原動機５と発電機６で成る電源１から供給される電力が、制御部７で可変周波数の交流電力に変換され、交流電動機３を可変速駆動し、船舶の推進機４を駆動する。
【０００３】
制御部７は、速度設定部８で設定された速度基準ａと、速度検出器９を介して検出される交流電動機３の速度検出値ｂと、電流検出器１０を介して検出される交流電動機３の電流検出値ｃに基づいて発電機６から供給される電力を可変周波数の交流電力に変換する電力変換器としての機能を備えている。
【０００４】
上記構成において、制御部７は、速度基準ａと速度検出値ｂを比較して電流基準を生成し、この電流基準と電流検出値ｃを比較して交流電動機３の電流を制御することにより、発電機６から供給される電力を可変周波数の交流電力に変換し、交流電動機３の速度検出値ｂを速度基準ａに対応した値に制御する。
【０００５】
このような装置において、交流電動機３を急速に減速させると、船舶の慣性力により推進機４が交流電動機３の回転を維持するように作用し、交流電動機３が発電状態となり、制御部７が交流電動機３の発電電力を発電機６へ回生するように制御される。この回生電力が発電機６の内部損失と駆動系の機械損失以上に達すると加速トルクとして作用し、速度が上昇して原動機５に危険な過速度状態に至る場合がある。
【０００６】
このような危険を避けるため、従来装置では、危険速度まで上昇しないように電動機の減速率を小さく設定し、また、回生電流の最大値を小さく制限するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来装置では、電源の安全性や制御の安定性を重視する場合、減速率や回生電力の最大値を限界値から余裕をとって小さく設定するので船舶の操作性や運動性能が低下する。また、船舶の操作性や運動性能を良くするため、減速率や回生電力の最大値を限界値近傍に設定すると、船速、海象等の変化により場合によっては原動機に危険な過速度状態が生じるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題を解消しようとしてなされたもので、その目的とするところは、減速率や回生電力の最大値を限界値近傍まで大きくして、船舶の操作性や運転性能を向上させ、しかも、原動機に危険な過速度状態を防止することのできる電動機の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、本発明の電動機の制御装置は、原動機により一定速度で駆動される発電機の電力を、速度基準と電動機の速度検出値に基づいて所望の電力に変換し、前記電動機の速度を制御する制御部と、前記制御部から前記発電機へ回生される電力を検出し、この電力が所定の回生電力を越えないように前記速度基準を制御する速度補正部を備え、前記電動機で船舶の推進機を駆動すると共に、回生電力による原動機の過速度を防止する。（請求項１）
更に、前記速度補正部は、前記制御部から前記発電機へ回生される電力が所定の回生電力を越えるとき、前記速度基準の減速率を制限する。（請求項２）
更に、前記速度補正部は、前記制御部から前記発電機へ回生される電力が所定の回生電力を越えるとき、前記速度基準の減速を中止する。（請求項３）
更に、前記速度補正部は、減速時に前記速度検出値に基づいて前記速度基準の減速率を予定された値に制御すると共に、前記制御部から前記発電機へ回生される電力が所定の回生電力を越えないように前記速度基準を制御する。（請求項４）
更に、予め前記発電機が加速トルクを発生して前記原動機を危険速度付近まで上昇させ、該速度における駆動電力を測定し、前記速度補正部は、前記駆動電力に基づいて前記所定の回生電力を設定する。（請求項５）
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明による電動機の制御装置の実施例を図１に示す。図１において、１２は制御部７から発電機６へ回生される回生電力ｄを検出する電力検出器、１１は電力検出器１２を介して検出される回生電力ｄに基づき、速度補正信号ｅを出力する速度補正部である。その他は従来（図３）と同様のもので構成される。但し、速度設定部８は速度補正信号ｅに応じて速度基準ａを補正する機能を備えている。
【００１１】
上記構成において、内燃機関等でなる原動機５は一定の回転速度で発電機６を駆動して一定周波数の交流電力を発生させる。この交流電力は制御部７で可変周波数の交流電力に変換されて交流電動機３に供給され、交流電動機３は船舶の推進機４を可変速駆動する。この場合、制御部７は、速度基準ａ、速度検出値ｂ、電流検出値ｃに基づいて従来と同様に制御され、交流電動機３の回転速度（速度検出値ｂ）が速度基準ａに対応するように電力が供給される。
【００１２】
一定の速度基準ａが与えられ交流電動機３が一定の回転速度ωで運転される場合、推進機４による交流電動機３の負荷トルクτは図２の曲線Ａに示すように、ほぼ回転速度ωの２乗に比例して力行運転となり、制御部７は発電機６の発生電力をほぼωに対応する周波数でωの３乗に比例する交流電力に変換して交流電動機３を駆動し、船舶はωに対応した速度で前進走行する。
【００１３】
図２の曲線Ｂ１ 、Ｂ２ は、交流電動機３が回転速度１００％で前進走行中に、速度基準ａを一定の減速率β１ 、β２ で変化させ、正転から逆転に変化させたときの推進機４による交流電動機３の負荷トルクτの変化を示した特性図である。（但し、β１ ＞β２ ）このように、船舶の速力を前進から後進へ変更すると、負荷トルクτは回転速度ωの減少と共に急速に減少し、途中から船舶の慣性エネルギーにより極性が反転して負の負荷トルクとして作用する。この負の負荷トルクにより交流電動機３は発電機として作用し、その発電電力は制御部７を介して発電機６へ回生される。
【００１４】
この回生電力は電力検出器１２で検出されて速度補正部１１に入力され、速度補正部１１は回生電力が所定の回生電力を越えると速度補正信号ｅを出力し、速度設定部８から出力される速度基準ａの減速率を減少させ、回生電力が所定の回生電力を越えないように制御される。例えば、図２の曲線Ｂ１ （減速率β１ ）で速度基準ａを減速させたとき、負荷トルクの極性が正から負に変化する時点の回転速度ω１ からゼロ速度に至るまでの速度範囲で回生電力が発生し、この速度範囲で回生電力が最大となる速度が存在し、回生電力が所定の回生電力を越えると減速率をβ１ からβ２ 側へ変化させるように速度補正信号ｅが出力される。この速度補正信号ｅによって曲線Ｂ２ 側へ特性が変化し、負荷トルクの極性が正から負に変化する時点の回転速度がω１ からω２ 側へシフトして回生電力を発生する速度範囲が狭くなり、回生電力の最大値も小さくなる。従って、回生電力が所定の回生電力に制限される。（請求項１、２）
また、速度補正信号ｅによって減速を中断（減速率β＝０）させても同様の効果を得ることができる。（請求項３）
また、船舶が任意の速度で前進走行中に所定の減速率で減速を行ったときの負荷トルクの変化を事前に測定することにより、任意の速度における回生電力の最大値が所定の回生電力となる減速率を電動機の回転速度から予測することができる。従って、前記速度補正部に、減速時に速度検出値ｂに基づいて速度基準ａの減速率を予定された値に制御する手段を設け、減速時にその時点の回転速度における最大減速率を予測して速度基準ａの減速率を補正し、船舶の減速を最短時間で行うようにすることができる。（請求項４）
また、予め、発電機６が加速トルクを発生して原動機５を危険速度付近まで上昇させ、その速度における駆動電力を測定し、速度補正部１１は、上述の所定の回生電力を上記駆動電力より少し余裕をみて低く設定する。これにより、回生能力限度付近までの減速率に設定し、船速、海象等が変化しても回生電力により危険速度以上に上昇することが防止され、船舶の操作性を向上させ、しかも、原動機に危険な過速度状態を防止することができる。（請求項５）
なお、以上の説明では交流電動機を用いる例で説明したが、直流電動機を用いても同様の効果を得ることができる。この場合、制御部７は発電機６の電力を所望の直流電力に変換する電力変換器の機能とすることはいうまでもない。
また、回生電力の検出は、制御部７の内部で生成される電流基準と速度検出信号ｂにより演算によって求め、電力検出器１２を省略することもできる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、電動機で船舶の推進機を駆動する場合、電動機の減速率を能力一杯に設定して船舶の減速性能を高め操作性を向上させ、減速時に発生する回生電力による原動機の過速度を防止し、安全性、信頼性の向上した電動機の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電動機の制御装置の実施例を示す構成図。
【図２】電動機の回転速度と負荷トルクの関係を示す特性図。
【図３】従来の電動機の制御装置を示す構成図。
【符号の説明】
１…電源
３…交流電動機 ４…推進機
５…原動機 ６…発電機
７…制御部 ８…速度設定部
９…速度検出器 １０…電流検出器
１１…速度補正部 １２…電力検出器
Claims (5)
- 原動機により一定速度で駆動される発電機の電力を、速度基準と電動機の速度検出値に基づいて所望の電力に変換し、前記電動機の速度を制御する制御部と、前記制御部から前記発電機へ回生される電力を検出し、この電力が所定の回生電力を越えないように前記速度基準を制御する速度補正部を備え、前記電動機で船舶の推進機を駆動すると共に、回生電力による原動機の過速度を防止することを特徴とする電動機の制御装置。
- 請求項１に記載の電動機の制御装置において、前記速度補正部は、前記制御部から前記発電機へ回生される電力が所定の回生電力を越えるとき、前記速度基準の減速率を制限することを特徴とする電動機の制御装置。
- 請求項１に記載の電動機の制御装置において、前記速度補正部は、前記制御部から前記発電機へ回生される電力が所定の回生電力を越えるとき、前記速度基準の減速を中止することを特徴とする電動機の制御装置。
- 請求項１に記載の電動機の制御装置において、前記速度補正部は、減速時に前記速度検出値に基づいて前記速度基準の減速率を予定された値に制御すると共に、前記制御部から前記発電機へ回生される電力が所定の回生電力を越えないように前記速度基準を制御する手段を備え、船舶の減速を早くすることを特徴とする電動機の制御装置。
- 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電動機の制御装置において、予め前記発電機が加速トルクを発生して前記原動機を危険速度付近まで上昇させ、該速度における駆動電力を測定し、前記速度補正部は、前記駆動電力に基づいて前記所定の回生電力を設定することを特徴とする電動機の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02881296A JP3630823B2 (ja) | 1996-02-16 | 1996-02-16 | 電動機の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02881296A JP3630823B2 (ja) | 1996-02-16 | 1996-02-16 | 電動機の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09224389A JPH09224389A (ja) | 1997-08-26 |
| JP3630823B2 true JP3630823B2 (ja) | 2005-03-23 |
Family
ID=12258831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02881296A Expired - Fee Related JP3630823B2 (ja) | 1996-02-16 | 1996-02-16 | 電動機の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3630823B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5510049B2 (ja) * | 2010-05-13 | 2014-06-04 | 富士電機株式会社 | 船舶の電気推進システムの推進制御装置 |
-
1996
- 1996-02-16 JP JP02881296A patent/JP3630823B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH09224389A (ja) | 1997-08-26 |
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