JPH02131399A - 発電機／電動機の運転モード切換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、船舶の主機関の排熱エネルギーを利用して
駆動するタービン発電機と該主機関の軸にＲ械的に結合
された発電機／電動機と船内負荷との間におけるエネル
ギー供給量制御ジステムにおいて用いられる発電機／電
動機の運転モード切換装置に関する。

「従来の技術」 近時、大型船舶においてはエネルギーの有効利用を目的
として、主機関の排熱エネルギーを利用して駆動するタ
ービン発電機と共に主機関の軸と機械的に結合した同期
機を装備して、船内負荷に対する給電はタービン発電機
の方を優先して行わせるも、不足するときは同期機をタ
ービン発電機と並列な発電機運転となし、この不足分を
補充させるようにし、逆に過剰になるときは同期機をタ
ービン発電機を電源とする電動機運転となし、この過剰
分を動力エネルギーに変換Ｌ主機閏に付加させるように
するエネルギー供給量制御システムが用いられる．なお
、この同期機（以下、発電機／電動機という》の電気的
出／入力側とタービン発電機や船内負荷が接続されてい
る船内母線との間には他励式サイリスクインバー夕方式
の周波数変換装置が挿入されており、発電機／電動機の
回転数に変動があっても船内母線側の周波数は常に一定
に維持される。

さらに、このエネルギー供給量制御システムにつき第２
図を用いて詳しく説明する．１は船舶のプロペラＰを駆
動する回転変動のある主機関であり、２はこの主機関１
の軸に機械的に結合された発電機／電動機で、主機関１
との１１のエネルギーの授受の方向により、受のときは
発電機モード、授のときは電動機モードで運転される。

３は主機関１の排熱エネルギーを利用して蒸気を得る排
熱エコノマイザー、４はその蒸気によって回転力を得る
タービン、５はそれによって駆動される同期発電機（以
下、タービン発電機という）である．７は主回路装置部
７Ａと制御装置部７Ｂより成る？波数変換装置で、主回
路装置部７Ａは発電機／電動機２の電気的出／入力側Ｐ
，と船内母線（！ｔｌＩＰ２との間に在って、７Ｂと共
にＰ，点の周波数ｆ１に発電機／電動機２の回転数に伴
う変動があっても２２点の周波数ｆ２を一定ならしめる
ように機能する．なお、ＰＩ−Ｐ２間の電力の方向は双
方向となり得るもので、発電機／電動機２が発電機運転
されるときはＰ■一Ｐ２方向に、電動機運転されるとき
はＰ２→Ｐ，方向になるよう制御装置部７Ｂの働きによ
りコントロールされる，さらに詳しく言えば、７Ａはそ
の制御遅れ角の大きさによってコンバータ又はインバー
タのいづれにもなり得るサイリスク構成の２組のコンハ
ー夕兼インバータ（以下、単にサイリスクという）　Ｔ
　Ｉ−１　，及びＴＨ２より構成されているが、この２
組のサイリスタＴＨ．及びＴＨ．のそれぞれは、発電機
／電動機２が発電機運転されるときはコンバータ及びイ
ンバータとして、電動機運転されるときはインバータ及
びコンバータとして機能するよう７Ｂによりコントロー
ルされる。

主回路装置部７ＡのＰｚ＠とタービン発電機５の出力側
は、共通の船内母線８に接続されており、また、この船
内母線８には船内負荷６が接続されている．そして船内
負荷６への給電はタービン発電機５の方より優先的に行
わせるが、これだけで不足するときは後述の手段により
発電機／電動機２及び周波数変換装置７を発電機モード
に切替え（ＴＨ．はコンバータ、ＴＨ２はインバータ｝
，この方より不足分を補充させ、過剰となるときは電動
機モ，−ドに切替え（　Ｔ　Ｈ　，はインバータ、ＴＨ
２はコンバータ》、この過剰エネルギー分を５８”　（
Ｐ２　）−）７Ａ＋（Ｐ１）→２の経路で動力エネルギ
ーに変換し主機閏１を助勢させる。

Ｓ２１Ｓ２は、発電機／電動機２及び周波数変換装置７
の運転モードを発電機モード又は電動機モードのいづれ
かに切換えるための運転モード切換スイッチであり、こ
れらを切換制御するための信号ｅｌ６は外部のモード切
換信号発生器１６（その入力側検出信号は図示されてい
ない）の出力信号ｅｔ６によって与えられる。１３はＤ
／Ａコンバ−夕で、入力信号として後述する外部からの
デシタルな２組の信号（上げ信号ｅ，と下げ信号ｅ２＞
のいづれかを得て、上げ信号ｅ！に対しては増大方向に
、下げ信号ｅ２に対しては減少方向にりニャに変化する
アナログ電圧量ｅ，に変換、出力する．そして、このｅ
，を発電機モード運転のときは２２点の周波数（ｆ２）
制御における設定値信号として位相制御用増幅器１．２
２１に与え、電動機モード運転のときは２２点の電力（
ＰＭ　）制御における設定値信号として位相制御用増幅
器１２ｂに与える。１３に外部より入力されるｅ　Ｉ　
＋　６　２信号は、図示されていないがタービン発電機
５の出力状態の検出を行ない、許容最大ないしはそれに
近い出力（以下、最適出力Ｐア。という）を境にそれよ
り過小のときは下げ信号ｅ２を，逆に、過大のときは上
げ信号ｅ１を発信する上げ・下け信号発生器１７によっ
て与えられる。１４は周波数ｆ２を検出し、これを逆比
例関係の適当な電圧量ｅ７に変換、出力する周波数検出
器であり、１５は人力電力ｐＭを検出し、これを比例Ｉ
ＪＪＪ係の適当？電圧量ｅ１。に変換、出力する電力検
出器である．１２ａは運転モード切換スイッチＳ，，Ｓ
，が発電機モード側のときに接続され動作するＰＩＤ機
能をもった位相制御用増巾器で、入力信号としては前述
のＤ／Ａコンバータ１３より与えられる周波数設定信号
ｅ３と周波数検出器１４より与えられる周波数ｆ２の検
出信号ｅ，との加算信号ｅ８が入力され、このｅ８一〇
を境にｅ８〉０のときは最大値に、逆に、ｅ８く０のと
きは最小値に変化する出力信号ｅ９を出す．そして、こ
のｅ９は後述のパルスユニットｌｌａを通してサイリス
タＴＨ，のコンバータ位相制御を行わせるための位相制
御信号として作用する．１２ｂは電動機モード側のとき
に接続され動作するＰＩＤ機能をもった位相制御増幅器
で、入力信号としては前述のＤ／Ａコンバータ１３より
与えられる電力設定信号ｅ，と電力検出器１５より与え
られる電力ＰＭの検出信号５１Ｇとの加算信号ｅｌｌが
入力され、このｅＩＩ＝Ｏを境にｅｔｔ＞Ｑのときは最
小値に、逆に、ｅ，．＜Ｏのときは最大値に変化する出
力信号ｅｌ■を出す。そして、このｅｌ２は後述のパル
スユニット１ｌｂを通してサイリスタＴ　Ｈ　２のコン
パータ位相制御を行なわせるための位相制御信号として
乍用する．１１ａは、その出力信号ｅｌ４をサイリスタ
ＴＨ．のゲートに与えて点弧させるパルスユニットで、
Ｓｉ，Ｓ．が発電機モード側のときは前述の位相制御信
号ｅ９が入力され、それに応じた出力信号ｅｌ４を発生
してサイリスタＴ　Ｈ　ｌのコンバータ位相制御（制御
遅れ角はＯ’−　　９０’間のコンバータ領域内で、ｅ
，が大きくなればＯ方向に変化する）を行なわせ、また
、電動機モード側のときは一定の大きさの信号ｅ１３が
入力され、それに応じた出力信号ｅｌ４を発生してサイ
リスタＴＨ，のインバータ位相制御（制御遅れ角は略１
５０ｃ′の一定）を行なわせる。ｌｌｂは、その出力信
号ｅ１６をサイリスタＴ　Ｈ．のケートに与えて点弧さ
せるパルスユニットで、発電機モード側のときは一定の
大きさの信号ｅ１ｓが入力され、それに応じた出力信号
ｅｔ６を発生してサイリスタＴ　Ｉ−｛，のインバータ
位相制御（制御遅れ角は１５０°の一定》を行なわせ、
また、電動機モード１ｍのときは、前述の位相制御信号
ｅｌ２が入力され、それに応じた出力信号ｅｌ６を発生
してサイリスタ′ｒ１｛２のコンバータ位相制ｍ＜制御
遅れ角は略０°４−９０″間のコンバータ領域内で、ｅ
１２が大きくなれば０＠方向へ変化する制御）を行なわ
せる９以下、各運転モードにおけるシステムの全体的動
作として発電機モードのときの周波数ｆ２の制御（つま
りは出力ＰＣ．の制ｆ３ｌ）と電動機モードのときの入
力電力ＰＭの制御（つまりは２の電動機運転としての出
力制御》につき説明する。先ず、発電機モードのときは
、位相制御用増巾器１２ａ及び１２ｂのうちの１２ａの
方にＤ　，／　Ａコンバータ１３より与えられる周波数
設定信号ｅ，と周波数検出器１４より与えられる周波数
ｆ２の検出信号ｅ７の双方の加算信号ｅ８が入力される
ので、それに応じた前述の位相制御信号ｅ９を出力し、
パルスユニットｌｌａを通してサイリスタＴＨ１にゲー
ト信号を与えコンバータ位相制御を行なわせるが、この
制御は、制御遅れ角を０６方向へ移和させれば出力Ｐ９
は増大し、ｔ２を上昇させ、逆に、９０°方向へ移相さ
せれば出力Ｐ９は減少し、ｆ２を下降させる周波数制御
となる。そして、このｆ２の検出信号ｅ７をＰ　Ｉ　Ｄ
機能をもった位相制御用増幅器１２ａの入力信号側に加
えるフィードバック制御方式を採っているので、結果的
には加算信号ｅｓ　　（””ｅ７＋ｅ，）を常に零に近
づけるような制御、つまりは、ｆ２をＤ　，−’　Ａコ
ンバータ１３によって与えられる設定値に合致させるよ
うな周波数制御が行なわれる。したがって、今、ｆ２”
　６　０　Ｈ　ｚ　，　Ｐ　（，　＝Ｐ　．ｔに整定し
テイルトシ（このときは、ｅ［ｌ＝ｅｔ　＋ｅｘ　＝０
が成立しているからｅ７−０とすれば、ｅ，二〇）、こ
の状態よりＤ／Ａコンバータ１３に上け信号ｅ，を入力
してやれは゛、ｅ，は０より増大（Δｅ，分）し、ｅｓ
　””ｅｔ　＋　（ｅｉ　＋Δｅ３　）＞Ｏにならうと
するが、常にｅ８＝０ならしめる周波数制御が行われて
いるので、ｅ７の方は逆にΔｅ，分減少するように、ｅ
７と反比例関係にあるｆ２はそれを満たすように６　０
　Ｈ　ｚより上昇し、出力ＰＱ（ｉＰ，，よりそれに相
応して増大する。逆に、下げ信号ｅ２を入力してやれば
、ｆ２は下降、Ｐ９は減少する９ 次に、電動機モードのときは，Ｄ／’Ａコンバータ１３
が出力ずる電力設定信号ｅ，と電力検出器１５が出力す
る入力電力Ｐウの検出信一号ｅｌＧとの加算信号ｅｔｔ
が位相制御増幅機１２ｂの方に与えられるようになるの
で、それに応じた前述の位相制御信号ｅｌ２を出力し、
パルスユニットｌｌｂを通してサイリスタＴＨ．にゲー
ト信号を与えコンバータ位相制御を行なわせるが、この
制御は、制御遅れ角を０６の方向へ移相させれば入力電
力Ｐウを増大させ、９０°の方向へ移行させれば減少さ
せる入力電力Ｐつの制御となる。そして、この入力電力
ＰＭの検出信号ｅｌｏをＰＩＤ機能をもった位相制御用
増幅器１２ｂの入力信号側に加えるフィートバック制御
方式を採っているので、結果的には加算信号ｅｌｌ（”
ｅｌ。＋ｅｉ）を常に零に近づけるような制御、つまり
は、Ｐエを常に設定値に合致させるような電力制御が行
なわれる９したがって、今、入力電力Ｐ．＝ＰＭ１に整
定しているとしくこのときは、ｅｔｔ＝ｅｔｏ−Ｆｅｉ
　＝Ｑが成立しているからｅ１。＝ＩＶとすれば、ｅ，
＝−ＩＶ》、この状態よりＤ／Ａコンバータ１３に下げ
信号ｅ２を入力してやれば、ｅ，は−ＩＶより減小（Δ
ｅ３分）し、ｅｌｌ”ｅｌ。＋（ｅｉ−Δｅ，）く０に
なろうとするが、常にｅ　１．二〇ならしめる電力制御
が行われているので、ｅｌｏの方が　ｅ３分増大される
ようにｅ，。と比例関係にあるＰＭはそれを満たすよう
に増大する。逆に、上げ信号ｅ１を入力してやればＰＭ
は減小する。

「発明が解決しようとする課題」 以上で紹介した従来の技術では、タービン発電，機５と
発電機／電動機２との運転において省エネ化を図ること
を目的としてタービン発電機５の方が常に優先的に最適
出力ｐＴｏの運転状態に維持されるようにするために必
要な発電機／電動機２および周波数変換装置７の運転モ
ードの切換えを司どる運転モード切換スイッチＳ，，Ｓ
２への切換え指令信号は，周波数変換装置７の外部に設
けられたモート切換信号発生器１６に依在しているがこ
れの通常、知られているものとしては、船内負荷の需要
電力ＰＬとタービン発電機の最適出力ＰＴＯの双方を検
出、比較し、双方の大小関係を演算し（又は、それに相
当する手段を用いて）．ＰＴＯ〈ＰＬのときは発電機モ
ード切換え信号を、Ｐ７。

〉ＰＬのときは電動機モード切換え信号を作り、発信さ
せる機能を備えるものであるなめに複雑で高価な装置と
なり．かつ又、周波数変換装置７への配線を要するので
、その分、コスト高になるといった課題があった。この
発明の目的はこの課題を解決すべくきわめて安価な運転
モード切換装置を提供することにある。

「課題を解決するための手段、作用ｊ この発明に係る運転モード切換装置は、運転モード切換
スイッチＳ，，Ｓ２を切換えるための指令信号を得るの
に、検出要素として周波数変換装置７内にもともとある
Ｐ２点の電力検出器を利用して得られる電力検出信号（
ｅ，，）と、これも、もともと、Ｐ２点の出／入力電力
Ｐ，／’ＰＭ制御用に上げ　下げ信号発生器１６Ｊ：り
与えられている上，下げ信号ｅｘ　，ｅ．を利用して、
ｅ．．：０（例えば出／入力電力ＰＱ，／Ｐ．が定格の
５％以内）とｅｔ＝有の双方が同時成立したときに発電
機モード側に、ｅ２＋−ｙＯとｅ，一存の双方が同時成
立したときに電動機モード側に＋７３換える信号を出力
するモードセレクター（２１）を周波数変換装置７内に
設けることにより前記目的を達成した。

作用の詳細は、後述の実施例において説明する。

「実施例」 第１図は、この発明に係わる運転モード切換装置を含む
エネルギー供給量制御システムの実施例を示すブロック
図であり、第３図はそのシステムにおける運転モード切
換えを示すタイムチャート図である。以下、先ず、第１
図について説明する。

なお、既に説明した第２図と同一部分は、同一符号を１
１シ説明は省略する． ２１は■）２点の出／入力電力Ｐ　ｃ　／’　Ｐ　Ｍを
検出し適当な２つの電圧量ｅｌｏ及びｅ２ｔに変換し出
力する電力検出器である。なお、ｅ，。の方は第２図？
それと同一である９２２は、その出力信号■ｅ２２をモ
ード切換スイッチＳ１．Ｓ２の動作コイル×１，×２に
与えて発電機モード側か電動機モード側のいづれかに切
換えるためのモードセレクターである。なお、モード切
換スイッチＳ！，Ｓ２はｅ２２信号が停止のときは電動
機モード側に、発信のときは発電機モード側に接続され
る。そして、このモードセレクタ−２２は、入力信号と
して電力検出器２１からの電力信号ｅ２１並びに前述し
た上げ・下げ信号発生器１７からの上げ信号ｅ，又は下
げ信号ｅ２のいづれか（ただし、双方の信号とも停止の
こともある》を得て、その出力信号ｅ２２はこれらの入
力信号の関係がｅｚｓ＝ｏ（例えば電力ＰＱ又はＰＭが
定格の５％以内）と上げ信号ｅ，＝有の双方の条件が同
時成立（以下、発電機モード条件成立という）した時点
より後述の電動機モード条件成立の時点となるまでは出
力信号ｅ２２を発信し続けてＳ，．Ｓ２を発電機モード
側に接続させ、一方、ｅ２１÷０と下げ信号ｅ，＝有の
双方の条件が同時成立（以下、電動機モード条件成立と
いう》した時点から発電機モード条件成立の時点になる
までは出力信号ｅ２２を停止させてＳ１，Ｓ２を電動機
モード側に接続させる９次に、第３図を用いて運転モー
ド切換えの動１ヤにつき、さらに詳しく説明する。なお
、各運転モードにおける運転動作（発電機モードにおけ
る周波数ｆ２の制御、つまりは出力ＰＣの制御、並びに
電動機モードにおける入力電力ＰＭの制御）については
既に説明した第２図の場合と同一である。

今、タービン発電機５の最適出力ＰＴ０には変動はなく
一定に侃たれており、船内負荷６の害要電力ＰＬの方に
増減があった場合を例にとり説明する。先ず、１，時に
おいては、発電機７／電動機２に出／人力は無＜　（ｐ
ｃ　＝ｏ、ＰＭ二〇）、需要電力Ｐ　ｔ．　Ｊ．ｉ　Ｐ
　ｙｏより下回ったｐ，，で、タービン発電機５の出力
ｐ．ｒの方の分ＰＴＩ（一ＰＬＩ）だけで賄われていた
とし、その後、し２時点よりｔ４時点まで需要電力ＰＬ
がＰＬＩからＰＬ３まで増大していったとすると、ＰＴ
はそれに伴い増大して行き、ＰＴ＝ＰＴ２（二ＰＴｏ＋
ΔＰＴ、ただし、ΔＰＴは僅少）になるｔ，時点までは
、ＰＬのすべてを賄うが、このｔ，時点からは上げ・下
げ信号発生器１７より上け信号ｅ，が発信されるように
なるためモードセレクタ−２２への入力信号ｅ２１とｅ
ｌの関係が前述の発電機モード条件成立となり、その出
力信号ｅ２２を発信させるようになる。このため、Ｓ，
，Ｓ２は発電機モード側に接続されて発電ａ／電動機２
及び周波数変換装置７は発電機モート運転に入り、ＰＣ
が出力されるようになる。

そして、ｔ４時点までは上げ信号ｅ，の発信を受けてＰ
ＱはＰｑｖ（一ＰＬｔ　　ＰＴＯ）まで増大し続ける。

次に、ｔ，時点より１、８時点までに需要電力Ｐ，がＰ
Ｌ’３からＰＬ４まで減少していったとすると、それに
伴い最初はＰＴの方がＰ　Ｔ３（　＝　Ｐ　Ｔｏ一ΔＰ
ア、たたし、ΔＰＴは僅少》まで減少するが、このｔ６
時点からは上げ・下げ信号発生器１７より下げ信号ｅ２
が発信されるようになるなめＰ９の方が減少して行き、
ｐｃ＝４ｏに至るが、このし，時点ではモートセしクタ
ー２２への入力信号ｅ２１？ｅ２の関係が前述の電動機
モード条件成立となり、その出力信号Ｃ２■は停止され
る。このため、Ｓ　＋　，　Ｓ　２は電動機モード側に
接続されて介電ル７／電動機２及び周波数変換装置７は
電動機モード運転に切換わり、ＰＭを生ずるようになる
。そして、ｔｌｌ時点までは下げ信号ｅ２の発信を受け
てｐ，はＰ　Ｍ４　（　＝　Ｐ　Ｔｏ　　Ｐ　Ｌ４）ま
で増大し続ける。

「発明の効果」 以上、詳しく説明したように運転モードの切換えを行う
ための指令信号を得るのに、従来は周波数変換装置の外
部に、その検出要素が複雑で高価なモード切換信号発生
器を設けており、したがって、双方間の配線も必要とな
るなめ、コスト高を招いていたが、この発明に係る装置
を用いれば、検出要素は周波数変換装置内にもともとあ
る電力検出器を活用して得られる電力検出信号（ｅ２，
）と、これも，もともと電力（ＰＱ／Ｐウ）制ｌ用に外
部より与えられている上げ・下げ信号（ｅ＋・ｅｘ）を
利用するだけで済むモートセレクターを設ければよく、
したがって、きわめて簡単てコスト安にできるという大
きな経済効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第２図は、従来の運転モード切換装置が用いられている
エネルギー供給量制御システムを示すブロック図であり
、第１図及び第３図は、この発明に係る実施例の運転モ
ード切換装置が用いられているエネルギー供給量制御シ
ステムを示すブロック図及びそのシステムにおける運転
モード切換えを説明するためのタイムチャート図である
．１・・・主機関、２・・・発電機／電動機、３・・・
排熱エコノマイザ、４・・・タービン、５−・・タービ
ン発電機、６・・・船内負荷、７・・・周波数変換装置
、８・・・船内母線、１　１　ａ，　１．　１．　ｂ・
−パルスユニット、１２ａ，１２ｂ・・・位相制御用増
幅器、１３・・・Ｄ／Ａコンバータ、１４・・・周波数
検出器、１５．２１−・・電力検出器、１６・・・モー
ド切換信号発生器、１７・・・上げ・下げ信号発生器、
２２・・・モードセレクター２トＪブＡｊ：． 第２図 図面の浄書 第１図 第３図 平成元年３ 月／　乙日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 船舶の主機関の排熱エネルギーを利用して駆動されるタ
   ービン発電機と、該主機関によって駆動され、電気的出
   ／入力端は周波数変換装置を介して船内母線に接続され
   る発電機／電動機と、船内負荷との間におけるエネルギ
   ー供給量制御システムにおいて用いられる前記発電機／
   電動機の運転モード切換え装置において、 運転モードを切換えるための検出要素として当該発電機
   ／電動機の出／入力電力の検出信号（ｅ＿２＿１）と前
   記タービン発電機の出力状態に基づいて発信される上げ
   信号（ｅ＿１）、下げ信号（ｅ＿２）を用い、ｅ＿２＿
   １≒０とｅ＿１＝有の双方が同時成立したときに発電機
   モード側に、ｅ＿２＿１≒０とｅ＿２＝有の双方が同時
   成立したときに電動機モード側に切換えるようにしたこ
   とを特徴とする運転モード切換装置。