JP4345640B2

JP4345640B2 - 電力変換装置の突入電流抑制装置

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Publication number: JP4345640B2
Application number: JP2004312143A
Authority: JP
Inventors: 泰弘高林; 修三岡山
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2024-10-27
Also published as: JP2006129572A

Description

この発明は、交流電力を直流電力に変換するコンバータとこのコンバータから出力される直流電圧を平滑する平滑コンデンサとこの平滑コンデンサから供給される直流電力を交流電力に変換するインバータとで構成した電力変換器を備えた電力変換装置、特に高電圧の交流電源のもとで運転するために、電力変換器の入力側に交流電源の電圧を電力変換器の定格電圧にあわせて変成する電源変圧器を備えた電力変換装置における起動時の突入電流抑制装置に関する。

船舶の電気推進装置は、大容量の推進機駆動電動機、この電動機に駆動電力を供給するディーゼルエンジン等の原動機により発電機を駆動して発電する原動機駆動発電装置およびこの発電装置から推進機駆動電動機に供給される電力を変換制御して推進機を可変速制御する電力変換装置等により構成される。原動機駆動発電装置は大容量となるので、小形化のために、発電機が高電圧化され、数ｋＶ以上の高電圧の出力電圧を発生するようにしている。しかしながら、電力変換器の定格電圧は、これを構成する半導体素子の耐電圧の関係から１ｋＶ以下となる場合が多い。このため、電力変換器の入力側に電源変圧器を設けて、この変圧器により原動機駆動発電機の出力電圧を電力変換器の定格電圧まで降圧するようにしている。

このような電源変圧器を有する電力変換装置においては、電源スイッチを投入して起動するとき、電力変換器内の平滑コンデンサの初期充電のための突入電流だけでなく、電源変圧器の初期励磁のための突入電流も流れるため、起動電流が過大となり、機器が損傷する危険がある。また、電源が船舶における原動機駆動発電機のように容量が限られている場合は、この過大な起動時の突入電流によって原動機駆動発電機の出力電圧が変動するだけでなく、原動機の速度変動により周波数が大きく変動し発電装置の出力が不安定となり、場合によっては、発電装置から給電系統への給電が遮断され、電力変換装置を起動できない事態も生じる。

このような不都合を回避するために、従来から、電力変換装置の起動時の突入電流抑制装置が種々提案されている。

図３は、特許文献１に示された従来の突入電流抑制装置を示すものである。

この図３の突入電流抑制装置は、高電圧交流電源１と電力変換器３の間に設けた電源変圧器Ｔに初期充電用の低圧巻線ｎ３を設け、この巻線に充電用スイッチＳＷ２、限流抵抗Ｒを介して低電圧交流電源２から初期充電電流を供給するものである。電力変換装置の電源スイッチＳＷ１を投入して電力変換器３を起動する前に、充電用スイッチＳＷ２を投入することにより、低電圧交流電源２から限流抵抗Ｒを介して低圧巻線ｎ３に充電電流を供給する。この電流によって電源変圧器Ｔが励磁され２次巻線ｎ２の出力電圧よって電力変換器３のコンバータ３１を介して平滑コンデンサ３２が充電される。低電圧交流電源２から供給される電流は限流抵抗Ｒによって制限されるため、電源変圧器Ｔの初期励磁のための突入電流も、平滑コンデンサ３２を初期充電するための突入電流も抑制され、これらは、過大となることはない。所定時間経過して平滑コンデンサ３２の充電が完了するとタイ
マ９が作動し、初期充電用スイッチＳＷ２を開き、初期充電電流を遮断する。そして、電源スイッチＳＷ１を投入して、電力変換器３の通常の運転を開始する。この電源スイッチＳＷ１の投入時には、すでに電源変圧器Ｔが励磁され、かつ平滑コンデンサ３２が充電されているので、突入電流は流れない。

図４に、特許文献２に示された他の突入電流抑制装置を示す。

この図４の抑制装置は、３相の高電圧交流電源１に電源スイッチＳＷ１、電源変圧器Ｔを介して電力変換器３が接続され、単相の予備充電電源２aから充電スイッチＳＷ２、限流抵抗Ｒ、充電用変圧器Ｔ１を介して電源変圧器Ｔの２次側の２相に充電電圧を与えるようにしたものである。この装置においても、電源スイッチＳＷ１を投入して電力変換器３を起動する前に、充電用スイッチＳＷ２を投入し、予備充電電源２aから限流抵抗Ｒ、充電用変圧器Ｔ１、電力変換器３のコンバータ３１を介して平滑コンデンサ３２が充電される。このときの充電電流は、限流抵抗Ｒによって制限されるので突入電流は過大とならないように抑制される。

前記２つの従来の突入電流抑制装置は、いずれも電力変換器の平滑コンデンサの充電のための突入電流の抑制には効果があるが、特に図４に示す従来の装置の場合は、電源変圧器Ｔが２次側から３相のうちの２相が励磁されるだけであるので、３相の励磁が不平衡となる。このため、電源スイッチ２を投入し、運転を開始するとき、電源変圧器Ｔに過大な突入電流が発生する恐れがある。
また図３の従来の装置においては、電源変圧器Ｔの３相を３相の低電圧交流電源２より初期励磁するので、高電圧交流電源１と低電圧交流電源２との電圧位相が揃っていれば、初期励磁後、電源スイッチＳＷ１を投入して電力変換器３の運転を開始するとき、電源変圧器Ｔにはほとんど突入電流が流れないようになるが、高電圧交流電源１と低電圧交流電源２との電圧位相が異なっている場合に、突入電流が発生する恐れがあり、十分に電源変圧器の突入電流を抑制することができない。また、多相巻線を有する電源変圧器Ｔは、巻線構造上、低圧巻線ｎ３を形成することが困難となることがあるなどの不都合もある。
特開２００２−３５４８３０号公報特開２００３−０７０２５５号公報

船舶の電気推進装置における原動機駆動発電装置を電源とした電力変換装置の場合、電力変換装置に付属する電源変圧器の励磁突入電流および平滑コンデンサの充電突入電流は電源容量に比して無視できない大きさになるので、原動機駆動発電装置の安定運転のためには、これを電源装置に影響を与えない大きさに抑制することが極めて重要な課題となる。

そこで、この発明は、前記従来装置における不都合を解消して、原動機駆動発電装置を電源とする電力変換装置における電源変圧器に流れる励磁突入電流および平滑コンデンサに流れる充電突入電流の両方を共に充分に抑制することのできる突入電流抑制装置を提供することを課題とするものである。

この課題を解決するため、この発明は、原動機駆動高電圧交流発電装置と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ、このコンバータから出力される直流電圧を平滑する平滑コンデンサおよびこの平滑コンデンサから供給される直流電力を交流電力に変換するインバータにより構成された電力変換器と、前記高電圧交流発電装置の電圧を所定の電圧に変成して前記電力変換器に与える電源変圧器と、この電源変圧器と前記高電圧交流発電装置との接続を開閉する運転スイッチとを備えた電力変換装置において、前記高電圧交流発電装置の電圧を降圧して形成された低電圧の補助交流電源と、前記低電圧交流電源の電圧を前記電源変圧器の２次出力電圧と等しい電圧に変成する充電用昇圧変圧器と、この充電用昇圧変圧器の１次側を充電スイッチおよび限流抵抗を介して前記低電圧の補助交流電源に接続し、２次側を前記電源変圧器と電力変換器の接続点に接続した充電回路とを設け、前記電力変換装置の運転開始の前に前記運転スイッチの投入に先立って前記充電スイッチを投入し、平滑コンデンサの充電完了を検知して前記運転スイッチを投入した後、前記充電スイッチを遮断して前記電力変換装置の運転を開始するようにしたことを特徴とするものである。

この発明においては、前記の低電圧交流電源を船内の低電圧の動力負荷へ給電を行う動力配電回線に接続するようにすることができる。また、この動力配電回線には原動機駆動低電圧発電装置を切換可能に接続するようにしてもよい。

さらに、前記低電圧交流電源を形成するための動力用変圧器を設け、この変圧器の初期励磁を前記動力配電回線から行うようにすることができる。

さらにまた、この発明においては、充電用昇圧変圧器の２次出力電圧を電源の規定電圧で決まる平滑コンデンサの規定充電電圧より高く設定するのがよい。

この発明においては、前記のように構成するので、原動機駆動高電圧交流発電装置から電源変圧器をバイパスして形成された低電圧交流電源から電力変換器の接続された電源変圧器の２次側に、充電スイッチおよび限流抵抗を接続した充電用変圧器を介して充電電圧が加えられ、この電圧により電力変換器の平滑コンデンサの初期充電電流および電源変圧器の初期励磁電流を同時に供給することができるとともに、その大きさを限流抵抗により制限するので、平滑コンデンサの初期充電および電源変圧器の初期励磁に伴う突入電流が抑制され過大となることはない。その後に、電力変換器の運転のためにその電源スイッチを投入しても、既に電源変圧器および平滑コンデンサは初期励磁および初期充電されているのでほとんど突入電流は発生しない。また、充電電流を供給する充電回路の充電用スイッチおよび限流抵抗は充電用変圧器の低電圧の１次側に挿入されるため、耐電圧の低い低電圧規格のものを使用することができ、装置を小形でかつ安価に構成することができる。

以下に図に示すこの発明の実施例について説明する。

図１にこの発明を船舶の電気推進装置駆動用電力変換装置の初期充電装置に適用した実施例の構成を示す。

図１において、１は電気推進装置を駆動するための高電圧交流電源となるもので、高電圧の交流発電機ＧをディーゼルエンジンＤＥにより駆動して例えば電圧が６ｋＶの交流電力を発生するようにした原動機駆動高電圧交流発電装置である。発電機Ｇの出力には電源遮断器ＣＢ１、運転スイッチＳＷ１を介して電源変圧器Ｔ０が接続される。この電源変圧器Ｔ０は１次側に加わる発電機Ｇの高電圧の出力電圧を、この電圧より低い所定の電圧、すなわち電力変換器３の入力定格電圧に変成して２次側に接続された電力変換器３に供給する。電力変換器３は、入力の交流電力を直流電力に変換するコンバータ３１、このコンバータ３１の出力電圧を平滑する平滑コンデンサ３２およびこの平滑コンデンサ３２から供給される直流電力を可変周波数、可変電圧の交流電力に変換するインバータ３３により構成される。この電力変換器３のインバータ３３により船舶の推進装置４の推進機Ｓを駆動する推進電動機Ｍを駆動制御する。

発電機Ｇの出力は、電源遮断器ＣＢ１の後で分岐遮断器ＣＢ２を介して分岐され、降圧変圧器Ｔ１により４４０Ｖ程度の低電圧の補助交流電源を形成し、動力回線ＬＦを介して、船内の各種動力負荷Ｌへ動力電力として供給される。

そして、この発明にしたがって、この低電圧の動力回線ＬＦから充電スイッチＳＷ２、限流抵抗Ｒおよび充電用昇圧変圧器Ｔ２を介して電力変換器３の接続された電源変圧器Ｔ０の２次側に給電する充電回路１０が形成される。充電用昇圧変圧器Ｔ２は、動力回線ＬＦの低い電圧を電力変換器３の入力定格電圧と等しくなるように変成（昇圧）する。

この装置の運転は、次のように行われる。

高電圧交流電源１が起動され、所定の電圧（６ｋＶ）まで立ち上げられたところで、電源遮断器ＣＢ１と分岐遮断器ＣＢ２を順次投入する。これにより高電圧交流電源１から降圧変圧器Ｔ１を介して低電圧（４４０Ｖ）の電力が動力回線ＬＦへ給電される。このとき、運転スイッチＳＷ１と充電スイッチＳＷ２は両方とも開いている。

電力変換装置３の運転開始の前に平滑コンデンサの３２の初期充電を行うため、運転スイッチＳＷ１の投入に先立って、充電スイッチＳＷ２を投入する。これにより限流抵抗Ｒ、充電用昇圧変圧器Ｔ２を介して動力回線ＬＦから電力変換器３の接続された電源変圧器Ｔ０の２次側に充電電圧が加わる。この充電電圧によって、電源変圧器Ｔ０が２次側から初期励磁されるとともに、電力変換器３のコンバータ３１を通じて平滑コンデンサ３２が初期充電される。このときの励磁電流および充電電流は限流抵抗Ｒによって制限されるため、初期励磁および初期充電にともなう突入電流が抑制され、過大となることはない。所定時間後に平滑コンデンサ３２の電圧が所定値まで充電が進行したところで、図示しない制御装置により充電完了が検知され、運転スイッチＳＷ１を投入した後、充電スイッチＳＷ２を遮断して電力変換器３の運転を開始するが、既に電源変圧器Ｔ０が初期励磁されており、平滑コンデンサ３２が初期充電されているので、もはや過大な突入電流が流れることはなく円滑に起動することができる。

電力変換器３は、運転スイッチＳＷ１の投入によって、高電圧交流電源１から交流電力を得て、これをコンバータ３１により直流電力に変換し、平滑コンデンサ３２により平滑にした直流電力をインバータ３３で負荷である推進装置４の要求に応じた周波数および電圧の交流電力に変換して推進用電動機Ｍを可変速駆動する。この推進電動機Ｍにより推進機Ｓが可変速駆動され船舶の航行速度が制御される。

このように、この実施例においては、電源変圧器Ｔ０および平滑コンデンサ３２の初期励磁および充電を行う充電回路１０を構成する限流抵抗Ｒおよび充電スイッチＳＷ２は、動力回線ＬＦのような低電圧電源に接続されるため、耐電圧の低い低電圧仕様の小形で安価な汎用の抵抗器および電磁接触器のようなスイッチにより構成することができる。また、この充電回路１０は、電源変圧器Ｔ０および平滑コンデンサ３２の初期励磁および充電の行われる極めて短時間の間しか通電されないので、短時間定格のものを使用でき、充電回路を構成する各機器を小形で安価にすることができる。

そして、電源変圧器Ｔ０に２次側に印加する初期励磁のための電圧は、高電圧交流電源１の電圧を降圧して形成した低電圧電源から加えているので、高電圧電源電圧と同一位相となるため、電源スイッチＳＷ１を投入して運転を開始するときに電源変圧器Ｔ０に位相差による突入電流が生じることがなくなる。

なお、上述の充電回路１０による平滑コンデンサ３２への初期充電においては、充電電流が限流抵抗Ｒの抵抗値および平滑コンデンサ３２の容量に基づいてほぼ決まる時定数でもって時間的に減少していくとともに平滑コンデンサ３２の充電電圧が最終充電電圧値に向って飽和するようにして時間的に上昇していく。このため、実際には初期充電時間を極力短くすることが求められることから、初期充電の終了制御としては、平滑コンデンサ３２の充電電圧が最終充電電圧値よりは小さい所定の電圧レベルに達したことを例えば電圧センサによる検出信号やタイマなどにより検知した時点で運転スイッチＳＷ１を投入した後、充電スイッチＳＷ２を遮断して初期充電を終了させることになる。

一方、高電圧交流電源１の電圧が所定の電圧に規定される場合、運転スイッチＳＷ１を投入したときに、平滑コンデンサ３２の充電電圧が高電圧交流電源１の規定電圧に対応する規定充電電圧よりも低い電圧であれば、高電圧交流電源１から電源変圧器Ｔ０に向って電力変換器３内の低い充電電圧の平滑コンデンサ３２を再充電するための突入電流が流れ込むことになる。そして、このような再突入電流が電力変換装置の運転立上げ毎に発生することによって、平滑コンデンサ３２に流れる再突入電流により平滑コンデンサ３２の性能劣化がより促進されたり、電源変圧器Ｔ０の巻線に流れる再突入電流によって発生する電磁力による電磁機械的な衝撃に起因して電源変圧器Ｔ０の性能劣化がより促進されたり、高電圧交流電源１を構成する発電機ＧおよびディーゼルエンジンＤＥの制御動作が影響を受けたりするという問題があるので、特に船舶用電気システムでは原動機駆動発電装置や電力変換装置などの小型化が要請されることから、再突入電流の大きさを極力抑制するか、再突入電流が発生しないようにすることが望ましい。

このような再突入電流を抑制するために、この発明においては、例えば、次のような再突入電流抑制方式を適用することができる。
［再突入電流抑制方式１］
再突入電流を抑制するための第１の方式は、図１に示す実施例の装置において、高電圧交流電源１の電圧が所定の電圧に規定されている場合、運転スイッチＳＷ１を投入したときに、平滑コンデンサ３２の充電電圧が高電圧交流電源１の規定電圧に対応して決まる規定充電電圧と同じ電圧になるようにする。具体的には、充電回路１０による平滑コンデンサ３２への初期充電における最終充電電圧が上記の規定充電電圧に対して例えば約５〜１０％程度高い電圧となるように充電用昇圧変圧器Ｔ２の２次出力電圧を高く設定しておき、初期充電の終了制御としては、平滑コンデンサ３２の充電電圧が規定充電電圧とほぼ等しい電圧に達した時点で運転スイッチＳＷ１を投入した後に、充電スイッチＳＷ２を遮断して初期充電を終了させるようにする。

これにより、運転スイッチＳＷ１を投入したときに、平滑コンデンサ３２の実際の充電電圧と規定充電電圧とがほぼ等しく、差があっても１％程度と小さいので、高電圧交流電源１から電力変換器３に向って平滑コンデンサ３２を再充電するために突入電流が流れ込んでもその大きさは極めて小さく抑制されており、平滑コンデンサ３２や電源変圧器Ｔ０などの性能劣化の促進が防止され、高電圧交流電源１を構成する発電機ＧおよびディーゼルエンジンＤＥの制御動作への影響を抑制することができる。

また、充電用昇圧変圧器Ｔ２の２次出力電圧を電源変圧器Ｔ０の２次出力電圧で決まる規定充電電圧より高く設定することにより、平滑コンデンサ３２を所定充電電圧まで充電するのに要する時間を短縮することができるため、電力変換装置の起動を速くすることができる。
［再突入電流抑制方式２］
再突入電流を抑制するための第２の方式は、図１の実施例装置において、高電圧交流電源１の電圧が所定の電圧に規定される場合、運転スイッチＳＷ１を投入したときに、平滑コンデンサ３２の充電電圧が高電圧交流電源１の規定電圧に対応して決まる規定充電電圧よりも例えば約５〜１０％程度高い電圧となるようにしておく。具体的には、充電回路１０による平滑コンデンサ３２への初期充電における最終充電電圧が上記の規定充電電圧に対して例えば約１０〜１５％程度高い電圧、すなわち再突入電流抑制方式１における最終充電電圧値よりさらに高い電圧となるように充電用昇圧変圧器Ｔ２の２次出力電圧を設定しておき、初期充電の終了制御としては、平滑コンデンサ３２の充電電圧が規定充電電圧よりも例えば約５〜１０％程度高い電圧に達した時点で運転スイッチＳＷ１を投入した後に、充電スイッチＳＷ２を遮断して初期充電を終了させるようにする。

これにより、運転スイッチＳＷ１を投入したときに、平滑コンデンサ３２の実際の充電電圧は規定充電電圧よりも例えば５〜１０％程度高いので、高電圧交流電源１から電力変換器３に向って平滑コンデンサ３２を再充電する再突入電流が流れ込むことはなく、平滑コンデンサ３２や電源変圧器Ｔ０などの性能劣化の促進が防止され、また、高電圧交流電源１を構成する発電機ＧおよびディーゼルエンジンＤＥの制御動作への影響を、再突入電流抑制方式１に比べてより抑制することができる。

なお、本方式では、運転スイッチＳＷ１を投入したときに、電源変圧器Ｔ０の２次側，すなわち電力変換器３の入力側の電圧が規定電圧よりも高い電圧となっているので、「充電用昇圧変圧器Ｔ２→電源変圧器Ｔ０→運転スイッチＳＷ１→分岐遮断器ＣＢ２→降圧変圧器Ｔ１→充電スイッチＳＷ２→限流抵抗Ｒ→充電用昇圧変圧器Ｔ２」および「充電用昇圧変圧器Ｔ２→電源変圧器Ｔ０→運転スイッチＳＷ１→電源遮断器ＣＢ１→発電機Ｇ→電源遮断器ＣＢ１→分岐遮断器ＣＢ２→降圧変圧器Ｔ１→充電スイッチＳＷ２→限流抵抗Ｒ→充電用昇圧変圧器Ｔ２」という２つの回路を循環電流が流れるが、いずれの回路の循環電流も限流抵抗Ｒによって抑制されるので、過大な循環電流が流れることはない。また、いずれの回路の循環電流も、初期充電の終了制御中に運転スイッチＳＷ１および充電スイッチＳＷ２の両方が閉じている、約０．５秒程度以下の短いラップ期間中のみ流れるものであるため、発電機Ｇ、電源変圧器Ｔ０、降圧変圧器Ｔ１および充電用昇圧変圧器Ｔ２に影響を及ぼすことはなく、また、循環電流が流れることによる限流抵抗Ｒの負担も無視することができる。

図２に、この発明の第２の実施例を示す。

この実施例は、船舶における船内動力用の補助発電装置２が設けられた例である。補助発電装置２はディーゼルエンジンＤＥ２により低電圧、たとえば４４０Ｖの補助発電機Ｇ２を駆動して発電を行うもので、遮断器ＣＢ３を介して船内の動力配電回線ＬＦに接続し、この回線に接続された図示しない動力負荷Ｌに給電する。なお、主配電回線ＭＦと動力配電回線ＬＦは連系変圧器Ｔ１、連系スイッチＣＢ２，ＳＷ３を介して連系接続されている。さらに連系変圧器Ｔ１の２次側にこの変圧器を動力配電回線ＬＦから初期励磁するための限流抵抗Ｒ１および励磁スイッチＳＷ４で構成された初期励磁回路が設けられている。その他の構成は、前記実施例１と同じである。

これにより、推進装置４を駆動するため、高電圧交流電源である主発電装置１が運転されているときに、連系スイッチＣＢ２、ＳＷ３を投入してやると、主発電装置１から連系変圧器Ｔ１を介して低電圧電力を動力配電回線ＬＦへ給電することができる。連系変圧器Ｔ１は、当然、１次側に加わる主発電装置１の電圧、例えば６ｋＶを２次側で動力配電回線ＬＦの電圧、例えば４４０Ｖに降圧する。

補助発電装置２が運転されているときは、この補助発電装置２から動力配電回線ＬＦへ給電を行うために、連系スイッチＣＢ２、ＳＷ３を遮断して動力配電回線ＬＦを主配電回線ＭＦから切り離す。

このように主発電装置１および補助発電装置２のいずれからも給電可能にされた低電圧の動力配電回線ＬＦから電源変圧器Ｔ０の初期励磁および電力変換器３の平滑コンデンサ３２の初期充電を行うために動力配電回線ＬＦと電力変換器３の接続された電源変圧器Ｔ０の２次側との間に充電スイッチＳＷ２、限流抵抗Ｒ、充電用昇圧変圧器Ｔ２からなる充電回路１０を接続する。これにより、実施例１の場合と同様に、電力変換装置３の運転を開始する前に、充電スイッチＳＷ２を投入して低電圧の動力配電回線ＬＦから充電抵抗Ｒ、充電用昇圧変圧器Ｔ２を介して、電源変圧器Ｔ０の電力変換器３の接続された２次側に充電電圧を加える。これにより、電源変圧器Ｔ０が２次側から初期励磁されるとともに、電力変換器３の平滑コンデンサ３２がコンバータ３１を介して初期充電される。このときの電流は、限流抵抗Ｒによって制限されるため、電源変圧器Ｔ０および平滑コンデンサ３２の初期励磁および初期充電時に生じる突入電流は抑制され、過大となることはない。

所定時間経過後、平滑コンデンサ３２の電圧が所定の電圧に達して充電を完了したところで、運転スイッチＳＷ１を投入した後、充電スイッチＳＷ２を遮断して電力変換器３の運転を開始する。

電力変換器３の運転を開始するときは、既に電源変圧器Ｔ０および平滑コンデンサ３２の初期励磁および初期充電が終了しているのでほとんど突入電流は発生しない。

船舶の停泊中は電気推進装置が停止しているので、主発電装置１は停止し、補助発電装置２を運転する。船内の動力負荷の接続された動力配電回線ＬＦへは運転中の補助発電装置２から給電する。

船舶を出航するときは、電気推進装置を運転するために大容量の主発電装置１を起動する。この発電装置１の出力が確立したところで、動力配電回線ＬＦへの給電を補助発電装置２から主発電装置１に切り換えるが、切換のために遮断器ＣＢ３を遮断し、連系用スイッチＣＢ２、ＳＷ３を投入するとき、このとき連系用変圧器Ｔ１に初期励磁のための過大な突入電流が発生することがある。

この発明では、この連系用変圧器Ｔ１の初期励磁に伴う突入電流の抑制のために、初期励磁回路２０が設けられている。この初期励磁回路２０は、遮断器ＣＢ３が投入され補助発電装置２から低電圧の動力配電回線ＬＦに給電されている状態で、もちろん連系用スイッチＣＢ２およびスイッチＳＷ３が遮断状態のときに、励磁スイッチＳＷ４を投入して、動力配電回線ＬＦから連系変圧器Ｔ１の２次側に初期励磁電流を供給して初期励磁を行う。このときの電流は限流抵抗Ｒ１によって制限されるので突入電流が抑制されて過大となることはない。初期励磁が終了したところで、連係用スイッチＳＷ３を投入した後に充電用スイッチＳＷ４を遮断する。

このようして連系変圧器Ｔ１の初期励磁が終了したところで、開かれている連系用スイッチＣＢ２の両端の電圧の周波数および位相を比較し、図示しない系統制御装置によりこれらが一致するように主電源装置１の調速装置を制御し、同期が取れたところでスイッチＣＢ２を投入する。このスイッチＣＢ２の投入が完了したところで、遮断器ＣＢ３を遮断し、補助発電装置２を動力配電回線ＬＦから切り離す。これにより、動力配電回線ＬＦには主発電装置１から、連系変圧器Ｔ１を介して給電される状態となり、補助発電装置２の運転は停止することができる。

続いて、電力変換器３の起動のために、充電回路１０による電源変圧器Ｔ０と平滑コンデンサ３２の初期励磁および初期充電を行い、運転スイッチＳＷ１を投入した後、充電スイッチＳＷ２を遮断してから電力変換器３を起動する。前記したとおりこの過程でほとんど突入電流は発生せず円滑に電力変換器３を起動することができる。

なお、上記の連系変圧器Ｔ１の初期励磁が終了したところで、開かれている連系用スイッチＣＢ２の両端の電圧の周波数および位相を比較し、図示しない系統制御装置によりこれらが一致するように主電源装置１の調速装置を制御し、同期が取れた時点で、連系用スイッチＣＢ２を投入する前に、電力変換器３の起動のための充電回路１０による電源変圧器Ｔ０と平滑コンデンサ３２の初期励磁および初期充電を開始するようにしてもよい。より具体的には、例えば、同期が取れた時点で、連系用スイッチＣＢ２を投入する前に、充電回路１０の充電スイッチＳＷ２を投入して補助発電装置２からの供給電源でもって電源変圧器Ｔ０と平滑コンデンサ３２の初期励磁および初期充電を開始し、その後、初期励磁および初期充電の期間中に連系用スイッチＣＢ２を投入し、この連系用スイッチＣＢ２の投入が完了したところで、遮断器ＣＢ３を遮断して補助発電装置２を動力配電回線ＬＦから切り離し、動力配電回線ＬＦには主発電装置１から連系変圧器Ｔ１を介して給電される状態とし、さらにその後、運転スイッチＳＷ１を投入して主電源装置１を電源変圧器Ｔ０の１次側に接続した後、充電スイッチＳＷ２を遮断して初期励磁および初期充電を終了し、電力変換器３を起動する。このように、同期が取れた時点で、連系用スイッチＣＢ２を投入する前に、主電源装置１とは別に設けられた補助発電装置２からの供給電源でもって電源変圧器Ｔ０と平滑コンデンサ３２の初期励磁および初期充電を開始することにより、電力変換器３の起動制御における初期励磁および初期充電の開始タイミングをより早くすることができるので、その分だけ、電力変換器３の起動も早く行うことができるようになる。

この実施例２においても、充電回路１０および初期励磁回路２０の各機器は低電圧の動力配電回線ＬＦ側に設けられるため、低電圧規格の機器を使用することができ、それによって装置を小形かつ安価に構成することが可能となる。

また、この実施例２においても、運転スイッチＳＷ１を投入したときの再突入電流を抑制するために、例えば、上述の実施例１における再突入電流抑制方式１および再突入電流抑制方式２とそれぞれ同様な２通りの方式を適用することができる。

この発明の第１の実施例を示す回路構成図である。この発明の第２の実施例を示す回路構成図である。従来装置を示す回路構成図である。他の従来装置を示す回路構成図である。

符号の説明

１：高電圧交流発電装置（主発電装置）
２：補助低電圧発電装置
３：電力変換器
６：電力変換器
４：電気推進装置
１０：充電回路
２０：初期励磁回路

Claims

原動機駆動高電圧交流発電装置と、交流電力を直流電力に変換するコンバータ、このコンバータから出力される直流電圧を平滑する平滑コンデンサおよびこの平滑コンデンサから供給される直流電力を交流電力に変換するインバータにより構成された電力変換器と、前記高電圧交流発電装置の電圧を所定の電圧に変成して前記電力変換器に与える電源変圧器と、この電源変圧器と前記高電圧交流発電装置との接続を開閉する運転スイッチとを備えた電力変換装置において、前記高電圧交流発電装置の電圧を降圧して形成された低電圧の補助交流電源と、前記低電圧交流電源の電圧を前記電源変圧器の２次出力電圧と等しい電圧に変成する充電用昇圧変圧器と、この充電用昇圧変圧器の１次側を充電スイッチおよび限流抵抗を介して前記低電圧の補助交流電源に接続し、２次側を前記電源変圧器と電力変換器の接続点に接続した充電回路とを設け、前記電力変換装置の運転開始の前に前記運転スイッチの投入に先立って前記充電スイッチを投入し、平滑コンデンサの充電完了を検知して前記運転スイッチを投入した後、前記充電スイッチを遮断して前記電力変換装置の運転を開始するようにしたことを特徴とする電力変換装置の突入電流抑制装置。
請求項１記載のものにおいて、前記低電圧交流電源を船内の低電圧の動力負荷へ給電を行う動力配電回線に接続したことを特徴とする電力変換装置の突入電流抑制装置。
請求項２記載のものにおいて、動力配電回線に原動機駆動低電圧発電装置を切換可能に接続することを特徴とする電力変換装置の突入電流抑制装置。
請求項３記載のものにおいて、前記低電圧交流電源を形成する動力用変圧器を設け、この動力用変圧器の初期励磁を前記動力配電回線から行うようにすることを特徴とする電力変換装置の突入電流抑制装置。
請求項１ないし４の何れか１項に記載のものにおいて、充電用昇圧変圧器の２次出力電圧を電源の規定電圧で決まる平滑コンデンサの規定充電電圧より高く設定したことを特徴とする電力変換装置の突入電流抑制装置。
請求項１ないし５の何れか１項に記載のものにおいて、前記電力変換装置が、船舶の電気推進装置における原動機駆動高電圧交流発電装置から推進機駆動電動機に供給される電力を変換制御して推進機を可変速制御するものであることを特徴とする電力変換装置の突入電流抑制装置。