JP5549297B2 - 電気推進システムの保護方式 - Google Patents

Description

この発明は、電池，発電機，推進電動機および補機動力をそれぞれ２台ずつ備え、２系統の給電電路を介して給電する電気推進システムの保護方式、特に電気自動車や電気推進船舶に用いて好適な保護方式に関する。

電池を電源とする電気自動車または電気推進船舶などの電気推進システムは、電池と、発電機とからなるハイブリッド電源から推進電動機および補機類などへ電力を供給して運転される。

電気推進システムとしては、２台の電池を充電する２台の発電機からなる２系統の推進給電電路（主給電電路ともいう）から２台の推進電動機へ電力を供給するとともに、２系統の補機の給電電路（補機給電電路ともいう）から補機へ電力供給するものが一般的である。２系統構成とするのは、一方の系統に故障が発生しても、他方の健全な系統で運転を維持できるようにするためである。

図１５に、例えば特許文献１，２に開示されたこの種の電気推進システムの例を示す。同図のＢ１，Ｂ２は電池、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷＡＸ１，ＳＷＡＸ２，ＳＷＧ１，ＳＷＧ２はスイッチ、Ｆ１〜Ｆ６は保護装置、ＲＥＣ１，ＲＥＣ２は整流器、Ｇ１，Ｇ２は発電機、Ｍ１，Ｍ２は推進電動機である。

図１５においては、電池Ｂ１と発電機Ｇ１とから第１系統のハイブリッド電源が構成されており、電池Ｂ２と発電機Ｇ２とから第２系統のハイブリッド電源が構成されている。また、電池から給電する場合の電流ＩＢ１，２、ＩＡＸ１，２、ＩＭ１，２を実線で、発電機運転時の電流ＩＧ１，２やＩＬＣを点線でそれぞれ示している。

図１５で発電機を停止させて電池だけから給電している場合に、例えば図１６のＰ２点で短絡事故が発生すると、短絡事故点Ｐ２にはΣＩＳ１（＝ＩＢＳ１＋ＩＡＸＳ１）およびΣＩＳ２（＝ＩＢＳ２＋ＩＡＸＳ２）の短絡電流が流れる。なお、電流や各部の表記が図１５と図１６とでは若干相違するが、それぞれ図示通りとする。

この場合、推進電動機の給電電路（主給電電路）に設置された保護装置Ｆ１およびＦ２が動作し、推進電動機への電力給電が停止することから、推進電動機は停止し電気推進船舶は停止する。このため、危険回避行動中、例えば衝突回避行動，座礁回避行動，波浪回避行動などの行動中である場合は、極めて危険な状態となる。

また、短絡事故点Ｐ２に補機動力の吐き出し電流が流れることで保護装置Ｆ５，Ｆ６が動作し、補機動力がブラックアウトすれば、船舶の運航維持が不能となり、推進電動機の停止と同等の危険な状態が発生する。

特開２００５−０８６８９１号公報 特開２００５−３２３４４４号公報

上記のように、給電電路で短絡故障が発生すると、各給電電路に配置された保護装置が一斉に保護動作を行なうことにより、電気推進システムがブラックアウト（運転不能状態）に至るおそれが懸念される。その理由は、電気推進システムの電力容量が大きいことから、その給電電路が大電流供給電路であり、しかも電路の長さが短いため電路インピーダンスが極めて小さいことから、短絡電流によって極めて大きな短絡電流が流れること、また、短絡事故点のみを切り離す選択遮断のための保護協調の設定・選択が困難であることなどの理由による。

すなわち、一点で発生した短絡事故によって健全な周辺電路の保護装置をも作動させる結果、電気推進システムのブラックアウトが発生する。電気推進船舶のブラックアウトは運転不能状態であるから、安全航行を絶対条件とする電気推進船舶では極めて危険な状態あり、ブラックアウト対策を施すことが重大な課題となる。そのため、短絡事故が発生したときは短絡事故点のみを切り離し、健全な他の電路からの給電を継続し運転を継続できることが望ましい。

特許文献１，２に記載の方式もシステム全体を停電させず短絡事故点のみを切り離すことで、短絡事故時の保護を図るものであるが、短絡事故点の検出だけでなく、検出後の保護装置の制御などを必要とし、構成が複雑になるという問題がある。

従って、この発明の課題は、電気推進システムで短絡事故が発生しても、簡単な構成で短絡事故点のみを切り離し、健全な他の給電電路の保護装置は動作させないようにして給電および運転を継続可能とし、ブラックアウト（操作不能状態）を発生させないようにすることにある。

上記のような課題を解決するため、請求項１の発明では、電池，発電機，推進電動機および補機をそれぞれ２台ずつ備え、２系統の主給電電路および補機給電電路を介して電力を供給する電気推進システムにおいて、
前記２系統の主給電電路間を接続する中間回路に第１の保護装置を設け、前記２系統の主給電電路間を接続する中間回路に第１の保護装置を設け、前記２系統の主給電電路の一方に第２の保護装置を設けるとともに他方に第３の保護装置を設け、前記第２および第３の保護装置の過電流検出レベルを等しいレベルに設定し、前記第１の保護装置の過電流検出レベルを前記第２および第３の保護装置の過電流検出レベルの１／２のレベルに設定することより、前記主給電電路の何れかで短絡事故が発生したとき、最初に前記第１の保護装置で短絡電流を遮断して前記２系統の主給電電路を分離し、引き続き前記事故点に近い位置にある方の主給電電路内の第２または第３の保護装置で短絡電流を遮断し、事故点から遠い方の主給電電路内にある第３または第２の保護装置は動作させないようにし、２系統の一方の電池からの給電は継続させて運転を継続させることを特徴とする。

この請求項１の発明においては、通常時に、前記各推進電動機の負荷分担が１／２ずつとなるように制御するため、推進電動機が最大負荷時にもその１／２負荷を超過しないようにトルクおよび電流を制限するとともに、前記短絡事故により２系統の一方の電池から給電を継続させるときは、通常時と同様の制御により、１台運転に移行した推進電動機が過負荷とならないようにすることができる（請求項２の発明）。

上記請求項１の発明においては、前記各推進電動機の入力電流を常時監視し、推進電動機が２台運転から１台運転へと移行したことを電流比較器で検出したときは、推進電動機１台運転時の負荷が１／２分担を超えない回転速度に制限することができる（請求項３の発明）。

上記請求項１〜３のいずれかの発明においては、前記補機給電電路にダイオードを設け、補機給電電路に短絡事故が発生したときは、補機から短絡点への吐き出し電流により補機給電電路に設けた保護装置が動作しないように、前記ダイオードで阻止することができる（請求項４の発明）。

上記請求項１〜４のいずれかの発明においては、前記補機給電電路に補機給電電路用保護装置と短絡電流抑制用限流抵抗とを設け、補機給電電路に短絡事故が発生したときは、短絡電流を前記限流抵抗で抑制して補機給電電路用保護装置のみを動作させ、主給電電路の保護装置は動作させないようにすることができる（請求項５の発明）。

上記請求項１〜５のいずれかの発明においては、前記主給電電路に短絡事故が発生して保護装置が動作し、電池から給電を継続させて運転を継続するときは、電力変換装置，制御装置および監視装置を含む推進装置の制御電源がブラックアウトしないよう、直流給電電路を電源として直流給電系制御電源装置により得た直流給電系制御電源と、交流補機電路を電源として交流補機系制御電源装置により得た交流補機系制御電源とをダイオードで突き合わせることにより、前記直流給電系制御電源がブラックアウトしても前記交流補機系制御電源を前記推進装置へ供給することができる（請求項６の発明）。

この請求項６の発明においては、前記直流給電系制御電源と交流補機系制御電源とを組として２系統設け、２系統の各制御電源をそれぞれダイオードで突き合わせるとともに、各系統の制御電源を共通にして別のダイオードでそれぞれ突き合わせることにより、１系統の給電がブラックアウトしても、他の健全な１系統から制御電源を給電可能にすることができる（請求項７の発明）。

この発明によれば、電気推進システムで短絡事故が発生したときに、事故点に流れる短絡電流の立ち上がり時間差を利用した極めて簡単な方式で、短絡事故点を含む給電経路のみを切り離し、健全回路での給電を継続させて電気推進システムの運転が継続できるようにしたので、電気推進システムの安全運転を確保することが可能となる。

この発明の実施の形態を示すシステム構成図である。 図１で推進電動機の１台運転時の動作説明図である。 図１で発電機の１台運転時の動作説明図である。 図１の主給電回路における短絡動作説明図である。 図４の回路定数を詳細に示す回路図である。 主給電回路における短絡保護動作の説明図である。 この発明による推進装置制御回路例を示す構成図である。 推進電動機の２乗トルク負荷特性説明図である。 図１の補機給電回路における短絡電流説明図である。 図９の回路定数を詳細に示す回路図である。 補機給電回路における短絡保護動作の説明図である。 この発明による制御電源給電回路の一例を示す構成図である。 制御電源給電回路とその短絡動作説明図である。 この発明による制御電源給電回路の別の例を示す構成図である。 電気推進システムにおける給電回路の従来例を示す構成図である。 図１５における短絡電流経路の説明図である。 制御電源供給回路の従来例を示す構成図である。

［推進電動機給電電路（主給電電路）の保護］
図１はこの発明の実施形態を示す構成図である。

同図からも明らかなように、推進電動機Ｍ１とＭ２の主給電回路の中間回路に保護装置Ｆ７を設置した点が特徴である。このような構成において、電池Ｂ１から推進電動機Ｍ１に至る経路と、電池Ｂ２から推進電動機Ｍ２に至る経路で負荷条件が同じであれば、中間回路に流れる中間回路電流ＩＬＣ＝０Ａとなる。

図２に、図１において推進電動機Ｍ１を運転する場合の電流経路、図３に発電機Ｇ１を運転する場合の電流経路、をそれぞれ示す。なお、図２，図３のＳＷ１，ＳＷ２およびＤＡ１，ＤＡ２は、図１のＳＷＢ１，ＳＷＢ２およびＤ１，Ｄ２にそれぞれ対応し、同じものを表わすものとする。

図２の場合は、２台の電池から推進電動機Ｍ１に電力を供給するので、中間回路の保護装置Ｆ７に流れる電流は、図示のように（1/2）ＩＭ１となる。

図３の場合、発電機１台（Ｇ１またはＧ２）の容量と、推進電動機１台（Ｍ１またはＭ２）の容量がほぼ等しいと仮定すれば、中間回路の保護装置Ｆ７には（1/2）ＩＭ１と同じ電流が流れることになる。すなわち、中間回路の保護装置Ｆ７に流れる電流は、推進電動機給電電路の保護装置Ｆ１およびＦ２に流れる電流の１／２となるから、保護装置Ｆ７の過電流検出値は保護装置Ｆ１，Ｆ２の１／２に設定すればよいことになる。

図４は短絡電流経路の一例を示す説明図、図５はこれに対応する詳細図である。なお、図４，図５のＤＡ１，ＤＡ２が、図１のＤ１，Ｄ２にそれぞれ対応するのは図２，図３の場合と同様である。

いま、図４のＰ２２点で短絡事故が発生したものとすると、Ｐ２２点には電池Ｂ１側からΣＩＳ１＝ＩＢＳ１＋ＩＭＳ１＋ＩＭＳ２の短絡電流と、電池Ｂ２側からΣＩＳ２＝ＩＢＳ２の短絡電流が流れる。また、中間回路の保護装置Ｆ７にはΣＩＳ０＝ＩＢＳ１＋ＩＭＳ１の短絡電流が流れる。これらの短絡電流を、図５の各回路定数を参照して求めると以下のようになる。
・ＩＢＳ１＝ｅＢ１÷（ＲＢ１＋ＲＬ１１＋ＲＬ１２＋ＲＬ１３＋ＲＬ２３＋ＲＬ２２）
時定数ＴＢＳ１＝（ＬＢ１＋ＬＬ１１＋ＬＬ１２＋ＬＬ１３＋ＬＬ２３＋ＬＬ２２）÷（ＲＢ１＋ＲＬ１１＋ＲＬ１２＋ＲＬ１３＋ＲＬ２３＋ＲＬ２２）
・ＩＭＳ１＝ＶＭＣ÷（ＲＬ２３＋ＲＬ２２）
周波数ｆ＝１／[２π√｛Ｌ（＝ＬＭ１＋ＬＬ２３＋ＬＬ２２）×Ｃ｝]
または、ＩＭＳ１＝ｅＭ１÷（ＲＭ１＋ＲＬ２３＋ＲＬ２２）
時定数ＴＭＳ１＝（ＬＭ１＋ＬＬ２３＋ＬＬ２２）÷（ＲＭ１＋ＲＬ２３＋ＲＬ２２）
・ΣＩＳ１＝ＩＳ０＋ＩＭＳ２＝ＩＢＳ１＋ＩＭＳ１＋ＩＭＳ２
・ΣＩＳ２＝ＩＢＳ２＝ｅＢ２÷（ＲＢ２＋ＲＬ２１）
時定数ＴＢＳ２＝（ＬＢ２＋ＬＬ２１）÷（ＲＢ２＋ＲＬ２１）
以上のように求めた各電流を図６に示す。

同図において、例えば保護装置Ｆ１，Ｆ２の過電流検出レベルを１００とし、保護装置Ｆ７の過電流検出レベルを５０とする（上記のＦ１，Ｆ２の１／２に依る）。すると、保護装置Ｆ２に流れる短絡電流は、上記のように求めたΣＩＳ２，時定数ＴＢＳ２で図６のように上昇し、検出点ＰＴ２で過電流を検出して保護装置Ｆ２を動作させ、ＤＴ２点で遮断動作＝限流動作を開始して短絡電流を遮断する。

推進電動機を電力変換装置（ＩＮＶ）で駆動する方式の場合は、電力変換装置の入力部に設けられたコンデンサＣ（図４参照）から短絡点Ｐ２２への急峻な吐き出し電流と、電池Ｂ１からの短絡電流ＩＢＳ１とが重畳したΣＩＳ０が保護装置Ｆ７に流れる。この吐き出し電流は、回路インダクタンスをＬとして、
ｆ＝１／｛２π√（ＬＣ）｝
なる周波数で急峻に立ち上がる振動電流となる。これにより、保護装置Ｆ７は図６の検出点ＰＴ１で動作を開始し、ＤＴ１点で遮断動作＝限流動作をして短絡電流を遮断する。

これに対し、短絡点Ｐ２２より離れた位置にある保護装置Ｆ１に流れる電流は、上記のＩＢＳ１，時定数ＴＢＳ１で図６のように上昇するが、保護装置Ｆ７の遮断動作によってＤＴ３点から限流し、Ｆ１検出レベル（１００）には到達することはなく、遮断動作も行なわれないことになる。

以上のように、事故点に流れる短絡電流の立ち上がり時間差を利用することにより、保護装置Ｆ２，Ｆ７は動作してもＦ１は動作しないようにできるので、電池Ｂ１からの給電は継続され、推進電動機Ｍ１の運転も継続される。このとき、Ｆ２の遮断動作によって推進電動機Ｍ２への給電は停止され、推進電動機は２台運転から１台運転へと移行するのは言うまでもない。

上記の動作に係る制御回路例を図７に示す。これは、図１に推進装置制御回路を付加した構成となっており、従って主回路構成は図１と同様である（ただし、ダイオードがＤＡ１，ＤＡ２、事故点をＰ２と表記した点で若干異なっている）。

推進電動機の回転速度制御は、速度設定器ＶＲＮで設定した速度指令Ｎと、回転速度検出器ＴＤで検出した回転速度検出信号ｎのフィードバック信号とが入力される速度調節器ＡＳＲによって行なわれる。速度調節器ＡＳＲの出力ＴＭはトルク分配器で１／２に分配され、（１／２）ＴＭｓとして電流演算器ＫＴ１，ＫＴ２に与えられる。電流演算器ＫＴ１，ＫＴ２の出力ＩＭｓ１，ＩＭｓ２は、電流検出器ＣＴＭ１，ＣＴＭ２の出力ＩＭ１，ＩＭ２と比較された後、電流調節器ＡＣＲ１，ＡＣＲ２に入力され、所定の電流調節演算をした結果に基づき電力変換装置（ＩＮＶ）を動作させる。このとき、トルク指令（１／２）ＴＭｓは（１／２）ＴＭＬ、電流指令ＩＭｓ１，ＩＭｓ２は（１／２）ＩＭＬにそれぞれ制限されるようにリミッタが設けられ、これにより各推進電動機の出力が（１／２）出力以上とならないように制限される。

図８に推進電動機の２乗トルク負荷特性を示す。

図１のようなシステムにおいて、通常は各電動機Ｍ１，Ｍ２は図８のＡ点（Ｍ１＋Ｍ２）の（１／２）負荷となるＢ点で運転される。この状態で、例えば図７のＰ２点で短絡事故が発生すると、保護装置Ｆ２，Ｆ７が動作して、推進電動機は２台運転（Ｍ１＋Ｍ２）から１台運転（Ｍ１）に移行する。つまり、上述の（１／２）ＴＭＬのトルク制限、および（１／２）ＩＭＬの電流制限により、図８に示すＣ点へと自動的に移行することになる。

このときのＣ点での回転速度ＮＣは、図示のようにＮＣ＝√（１／２）＝０．７０７≒０．７＝７０％に低下する。また、電動機Ｍ１の１台運転に移行すると、電動機Ｍ２の電流は０Ａになるから、この電流変化を電流比較器ＣＰで検出し、通常運転（Ｍ１＋Ｍ２）の回転速度制限ＮＬ１（１００％）を、回転速度制限ＮＬ２（７０％）に変更する。従って、例えば回転速度の増速指令を与えたとしても、回転速度制限ＮＬ２を超える操作は無効となる。なお、通常時に電動機Ｍ１またはＭ２の１台運転をする場合でも、電流比較器ＣＰにより検出されるので、回転速度指令が７０％を超えることはない。
［補機給電電路の保護装置］
補機給電電路に設けられたＦ５，Ｆ６の過電流検出レベルは、保護装置Ｆ１，Ｆ２の過電流検出レベルの約１／１０＝１０に設定する。これは、推進電動機電力に対し補機電力が約１／１０であることによる。また、補機給電電路には限流抵抗Ｒ１，Ｒ２および逆流阻止用ダイオードＤＡ１，ＤＡ２を設置する。限流抵抗Ｒ１，Ｒ２は、補機給電電路で短絡が発生したときの短絡電流を抑制するためのもので、電池Ｂ１からの電路抵抗ΣＲ１＝ＲＢ１＋ＲＬ１１＋ＲＬ１２＋ＲＬ１３＋ＲＬ２３＋ＲＬ２２＋ＲＬ２１＋ＲＡ２、および電池Ｂ２からの電路抵抗ΣＲ２＝ＲＢ２＋ＲＡ２よりも十分大きな抵抗値とし、かつ、補機給電電路で短絡が発生したときの短絡電流が、Ｐ２２点での短絡電流の１／１０となる抵抗値とする。

いま、図９，図１０のＰ２５点で短絡事故が発生したとすると、合計短絡電流ΣＩＳ１＋ΣＩＳ２＝（ｅＢ１÷Ｒ２）＋（ｅＢ２÷Ｒ２）の短絡電流が流れる。

図９，図１０の場合の短絡保護動作を図１１に示す。

保護装置Ｆ６に流れる短絡電流は限流抵抗Ｒ２で抑制され、かつＦ６の電流検出レベルがＦ１，Ｆ２の１／１０、Ｆ７の電流検出レベルの数分の一であるから、保護装置Ｆ６が図１１に示すＰＴ６点で過電流を検出し、ＤＴ６点で遮断動作を開始すれば、他の保護装置Ｆ１，Ｆ２およびＦ７は動作しないので、他の給電は継続される。

また、Ｐ２５点以外で短絡事故が発生した場合、例えばＰ２２点で発生した場合は、補機給電電路からの吐き出し電流は、ダイオードＤＡ１，ＤＡ２でブロックされるので、補機給電電路への給電は継続される。

なお、限流抵抗Ｒ１，Ｒ２を用いて短絡電流を抑制・限流する方式、ダイオードブロック方式等は特開２００９−１５９７１３号公報により公知である。
［制御電源給電回路の保護］
電気推進システムを動作させるには、制御電源が必要である。図１７にその従来例を示す。ここでは、電池をＢ、スイッチをＳＷＢ，ＳＷＡＸ、補機給電電路の保護装置をＦ２で示す。

図１７における制御電源の供給は、制御電源切換器Ｓ３を（１）または（２）の位置に切換えて運転する。このため、（１）で運転しているときに、例えばＰ２点で短絡故障が発生して保護装置Ｆ１が遮断されると、制御電源ＣＳ１への給電が停止し、制御装置ＣＭ，電力変換装置（ＩＮＶ）および表示装置ＤＰへの電源供給は停止する。

また、（２）の位置で運転しているときに、例えばＰ３点で短絡故障が発生して保護装置Ｆ２が遮断されると、同様に制御装置ＣＭ，電力変換装置（ＩＮＶ）および表示装置ＤＰへの電源供給は停止する。

すなわち、制御電源切換器Ｓ３が何れの切換位置にあっても、制御装置ＣＭ，電力変換装置（ＩＮＶ）および表示装置ＤＰへの電源供給は停止するおそれがある。

運転中に制御電源の供給停止状態（制御電圧ＶＣ３＝０の状態）が発生すると、次のような問題が発生することが予想される。
（イ）制御電源が停止する過渡状態において、制御装置が誤動作・誤信号を発信し、電力変換装置（ＩＮＶ）内の素子を破壊させるなどの障害発生が予想される。
（ロ）制御電源が停止すると、運転履歴や故障情報の記録が消滅することが予想され、点検・修理などに支障を与えることが懸念される。このためには、バッテリバックアップする方法が一般的である。
（ハ）運転履歴，故障情報の監視表示が消灯すれば、運転状況を把握できないので、点検・修理などに支障をきたすおそれがある。

そこで、この発明では図１２のように、制御電源切換器Ｓ３で（１），（２），（１）＋（２）および（１）＋（３）の各位置の選択ができるようにしている。なお、（１），（２）は従来と同様であり、図１２で電池をＢ、スイッチをＳＷＢ、補機給電電路の保護装置をＦ２で示すのも図１７と同様である。

制御電源切換器Ｓ３で（１）＋（２）位置が選択されたときは、電池Ｂから保護装置Ｆ１を介して給電される直流電源と、電池Ｂから保護装置Ｆ２を介して給電される直流電源とをダイオードＤ１，Ｄ２で突き合わせて（直流給電系）制御電源装置ＣＳ１に給電する。この位置で運転する場合、例えばＰ２点で事故が発生して電池Ｂから保護装置Ｆ１を介した給電経路が断路し、（１）の給電が停止しても（２）の給電は継続されるので、上記の問題は発生しない。

しかしながら、上記の場合に（直流給電系）制御電源装置ＣＳ１が故障すると、制御装置ＣＭ，電力変換装置（ＩＮＶ）および表示装置ＤＰへの電源供給は停止すると言う問題は残る。

このような問題に対処するため、この発明では（１）＋（３）位置の選択をすることで、（１）による給電経路で直流の制御電源電圧ＶＣ１を確保するとともに、（３）による給電路で電池Ｂから保護装置Ｆ２を介して電力供給される電力変換装置ＣＶＣＦによる交流電源から、（交流補機系）制御電源装置ＣＳ２を介して直流の制御電源電圧ＶＣ２を確保し、（直流給電系）制御電源装置ＣＳ１からの制御電源電圧ＶＣ１と（交流補機系）制御電源装置ＣＳ２からの制御電源電圧ＶＣ２とをダイオードＤ３，Ｄ４で突き合わせて直流の制御電源ＶＣ３を得、これを制御装置ＣＭ，電力変換装置（ＩＮＶ）および表示装置ＤＰへ供給する。

つまり、（１）＋（３）位置を選択することで、電池Ｂからの保護装置Ｆ１を介した給電が停止した場合には、（交流補機系）制御電源装置ＣＳ２から（交流補機系）制御電源を供給する一方、電池Ｂからの保護装置Ｆ２を介した給電が停止した場合には（直流給電系）制御電源装置ＣＳ１から（直流給電系）制御電源を供給することで、上記（イ）〜（ハ）の問題は解決される。

また、電圧ＶＣ１とＶＣ２との突き合わせに当たり、ＶＣ１＞ＶＣ２（例えば、ＶＣ１＝１００％Ｖに対してＶＣ２＝９５％Ｖ）に設定しておけば、常時は（直流給電系）制御電源装置ＣＳ１から（直流給電系）制御電源を供給し、ＶＣ１＜ＶＣ２の状態になったときのみ、（交流補機系）制御電源装置ＣＳ２から（交流補機系）制御電源を供給することも可能である。

図１３（ａ）に制御電源の給電電路を示し、同（ｂ）にその短絡動作説明図を示す。

図１３（ａ）は推進給電電路のＰ２点、または補機給電電路のＰ３点で短絡事故が発生した場合の例である。

図１３（ｂ）の時刻ｔ０で、図１３（ａ）の推進給電電路のＰ２点に短絡事故が発生すると、Ｐ２点電圧Ｖ２は図１３（ｂ）のように約０Ｖに低下する。また、Ｐ１点電圧Ｖ１は、短絡電流ＩＳによってＶ１＝ｅＢ１−ＲＢ×ＩＳに低下する（ＲＢ：電池内部抵抗）。

このとき、Ｐ１点電圧Ｖ１が瞬時低下しても、直流−交流電力変換装置ＣＶＣＦが正常動作を継続していれば、（交流補機系）制御電源装置ＣＳ２から制御電源ＶＣ２→ＶＣ３として制御電源が継続して供給されるから、制御電源ブラックアウトは発生しない。

また、補機給電電路のＰ３点で短絡事故が発生した場合には、保護装置Ｆ２が短絡電流を遮断して、「ＣＶＣＦ」→「（３）位置による経路」→「（交流補機系）制御電源装置ＣＳ２」の給電経路による（交流補機系）制御電源の供給は停止するが、「推進給電電路」→「（１）位置による経路」→「（直流給電系）制御電源装置ＣＳ１」の給電経路で（直流給電系）制御電源の供給が継続される。

図１４は制御電源供給回路の別の例を示す構成図である。

これは、電池Ｂ１，Ｂ２と発電機Ｇ１，Ｇ２と推進電動機ＭＩ，Ｍ２と２系統の補機動力とをそれぞれ備えた電気推進システムの、各系統に対し２系統の制御電源装置ＣＳ１１，ＣＳ１２とＣＳ２１，ＣＳ２２とを設け、制御電源装置ＣＳ１１，ＣＳ１２の各直流電源出力はダイオードD１３，Ｄ１４により、またＣＳ２１，ＣＳ２２の各直流電源出力はダイオードD２４，Ｄ２５により突き合わせ、制御装置ＣＭ，電力変換装置（ＩＮＶ）および表示装置ＤＰへ制御電源を供給する。さらに、２系統の監視・制御を行なう位置にはダイオードD１５，Ｄ２６を設け、ここでも制御電源装置ＣＳ１１，ＣＳ１２側からの直流電源出力とＣＳ２１，ＣＳ２２側からの直流電源出力との突き合わせをして制御電源を供給することにより、上述の問題が生じないようにしている。

Ｂ，Ｂ１，Ｂ２…電池、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷＢ１，ＳＷＢ２，ＳＷＡＸ１，ＳＷＡＸ２，ＳＷＧ１，ＳＷＧ２…スイッチ、Ｆ１〜Ｆ７…保護装置、ΣＲ…電路抵抗、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２…限流抵抗、Ｄ１〜Ｄ４，Ｄ１３〜Ｄ１５，Ｄ２４〜Ｄ２６…ダイオード、ＲＥＣ１，ＲＥＣ２…整流器、Ｇ１，Ｇ２…発電機、ＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＣＶＣＦ，ＣＶＣＦ１，ＣＶＣＦ２…電力変換装置、Ｍ１，Ｍ２…推進電動機、ＶＲＮ…速度設定器、ＣＰ…電流比較器、ＡＳＲ…速度調節器、ＫＴ１，ＫＴ２…電流演算器、ＡＣＲ１，ＡＣＲ２…電流調節器、ＴＤ…速度検出器、ＣＴＭ１，ＣＴＭ２…電流検出器、Ｓ３…制御電源切換器、ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ１１，ＣＳ１２，ＣＳ２１，ＣＳ２２…制御電源装置、ＣＭ…制御装置、ＤＰ…表示装置。

Claims (7)

1. 電池，発電機，推進電動機および補機をそれぞれ２台ずつ備え、２系統の主給電電路および補機給電電路を介して推進電動機および補機に電力を供給する電気推進システムにおいて、
   前記２系統の主給電電路間を接続する中間回路に第１の保護装置を設け、前記２系統の主給電電路の一方に第２の保護装置を設けるとともに他方に第３の保護装置を設け、前記第２および第３の保護装置の過電流検出レベルを等しいレベルに設定し、前記第１の保護装置の過電流検出レベルを前記第２および第３の保護装置の過電流検出レベルの１／２のレベルに設定することより、前記主給電電路の何れかで短絡事故が発生したとき、最初に前記第１の保護装置で短絡電流を遮断して前記２系統の主給電電路を分離し、引き続き前記事故点に近い位置にある方の主給電電路内の第２または第３の保護装置で短絡電流を遮断し、事故点から遠い方の主給電電路内にある第３または第２の保護装置は動作させないようにし、２系統の一方の電池からの給電は継続させて運転を継続させることを特徴とする電気推進システムの保護方式。
2. 通常時に、前記各推進電動機の負荷分担が１／２ずつとなるように制御するため、推進電動機が最大負荷時にもその１／２負荷を超過しないようにトルクおよび電流を制限するとともに、前記短絡事故により２系統の一方の電池から給電を継続させるときは、通常時と同様の制御により、１台運転に移行した推進電動機が過負荷とならないようにすることを特徴とする請求項１に記載の電気推進システムの保護方式。
3. 前記各推進電動機の入力電流を常時監視し、推進電動機が２台運転から１台運転へと移行したことを電流比較器で検出したときは、推進電動機１台運転時の負荷が１／２分担を超えない回転速度に制限することを特徴とする請求項１に記載の電気推進システムの保護方式。
4. 前記補機給電電路にダイオードを設け、補機給電電路に短絡事故が発生したときは、補機から短絡点への吐き出し電流により補機給電電路に設けた保護装置が動作しないように、前記ダイオードで阻止することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電気推進システムの保護方式。
5. 前記補機給電電路に補機給電電路用保護装置と短絡電流抑制用限流抵抗とを設け、補機給電電路に短絡事故が発生したときは、短絡電流を前記限流抵抗で抑制して補機給電電路用保護装置のみを動作させ、主給電電路の保護装置は動作させないようにすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電気推進システムの保護方式。
6. 前記主給電電路に短絡事故が発生して保護装置が動作し、電池から給電を継続させて運転を継続するときは、電力変換装置，制御装置および監視装置を含む推進装置の制御電源がブラックアウトしないよう、直流給電電路を電源として直流給電系制御電源装置により得た直流給電系制御電源と、交流補機電路を電源として交流補機系制御電源装置により得た交流補機系制御電源とをダイオードで突き合わせることにより、前記直流給電系制御電源がブラックアウトしても前記交流補機系制御電源を前記推進装置へ供給することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の電気推進システムの保護方式。
7. 前記直流給電系制御電源と交流補機系制御電源とを組として２系統設け、２系統の各制御電源をそれぞれダイオードで突き合わせるとともに、各系統の制御電源を共通にして別のダイオードでそれぞれ突き合わせることにより、１系統の給電がブラックアウトしても、他の健全な１系統から制御電源を給電可能にしたことを特徴とする請求項６に記載の電気推進システムの保護方式。

Images