JPH0674098U - 主機軸駆動発電装置の電圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本考案は、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、かつ簡単に試験・調整ができる主
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。 【構成】本考案の主機軸駆動発電装置の電圧制御装置
は、船舶の主エンジンによって駆動される軸発電機と、
前記軸発電機の端子電圧を制御する電圧調整器と、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、前記コンバータの直流出力の直流電圧を
検出する直流電圧検出器及び制御増幅器とを備え、直流
電圧が所定の設定値と一致するように直流電圧と設定値
の偏差を前記制御増幅器にて増幅し、前記電圧調整器の
端子電圧指令値とするように構成しているので、無負荷
から全負荷まで安定した制御が可能で、かつ簡単に試験
・調整ができる。

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 置の電圧制御方法に関する。

【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２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は主エンジン、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、１１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は軸発電機の電流を検出する第２の電流検出器 、２０はフィルタ回路、２１は軸発電機１の端子電圧指令値を設定する電圧設定 器、２２は加算器である。

【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器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。低速機はもともと大きいのに加え 、少しの出力容量の違いで、外形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、高速機であり，少しの増加で対応できる。

【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、従来は第２の電流検出器１９，フィルタ回路２０，電圧設定器２１， 加算器２２からなる構成要素により軸発電機の出力電流の検出値をフィルタリン グした信号で軸発電機１の端子電圧設定に補正を加え、負荷時は軸発電機１の端 子電圧を増加させてコンバータ２の直流出力電圧が低下しないようにしている。 こうすれば、全負荷時でもインバータ側の力率が低くならず、安定に電流制御す 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、従来のシステムにおいて、無負荷から全負荷まで安定に軸発電機端子電 圧を制御しようとした場合に、フィルタ回路２０の調節が非常に難しいという問 題があった。

【０００９】 それは軸発電機の出力電流に応じて、軸発電機の端子電圧を増加させるように 補正を加えるという従来の方式では、補正のゲインが大きいと出力電流の増加→ 端子電圧の増加→さらなる出力電流の増加という正帰還を発生させるためである 。補正のゲインは直流出力電圧の垂下量に反比例するためできるだけ高い方がよ い。そのため従来はフィルタ回路の直流ゲインと周波数特性を調整するために、 無負荷から全負荷まで全ての条件で調整・確認を行っていた。大容量のシステム では全負荷試験は非常に困難であり、簡単な試験・調整で全範囲で安定な制御が できる制御系の開発が望まれていた。

【００１０】 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、かつ簡単に試験・調整ができる 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。

【００１１】

【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って駆動される 軸発電機と、前記軸発電機の端子電圧を制御する電圧調整器と、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 調相機とよりなる主機軸駆動発電装置において、前記コンバータの直流出力の直 流電圧を検出する直流電圧検出器及び制御増幅器を設け、直流電圧が所定の設定 値と一致するように直流電圧と設定値の偏差を制御増幅器にて増幅し、前記電圧 調整器の端子電圧指令値とすることを特徴としたものである。

【００１２】

【作用】

本考案によれば、コンバータの直流出力電圧を検出し、その値が一定になるよ うに軸発電機の端子電圧設定値を制御して電圧制御器を運転するように構成して いるので、無負荷から全負荷まで安定した制御が可能であり、かつ簡単に試験・ 調整ができる。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図によって説明する。 図１は本考案の一実施例のブロック図である。本実施例が既に説明した従来例 と異なる点は、電圧検出器２３、直流電圧設定器２４、制御増幅器２５を設けた 構成のみで、その他の構成は同一であるので、同一部分には同一符号を付してそ の説明は省略する。

【００１４】 次に、本実施例の主機軸駆動発電装置の電圧制御装置の動作を説明する。 無負荷から全負荷までコンバータ出力電圧が一定であれば、インバータ側力率 を常に高力率で運転するよう設計できるので、同期調相機の容量を低減できる。 また、コンバータ・インバータの素子の耐圧も定格負荷時に合わせた設計でよく 、効率の良い設計が可能である。そのために本実施例では、電圧検出器２３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２４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２５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２５の調節を行えば、全負荷時まで安定な 制御が可能となる。

【００１５】 なお、上記実施例では独立した制御増幅器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 ーラにてソフトウエアにより実現することもできる。

【００１６】 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。

【００１７】

【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、また制御ゲインの調整も簡単で、無負荷試 験のみの対応で可能になる、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】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
３，１９…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、２０…フィル
タ回路、２１…電圧設定器、２２…加算器、２３…電圧
検出器、２４…直流電圧設定器、２５…制御増幅器。

Claims (1)

【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って駆動される軸
   発電機と、前記軸発電機の端子電圧を制御する電圧調整
   器と、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よりなる主機軸駆動発電装置に
   おいて、前記コンバータの直流出力の直流電圧を検出す
   る直流電圧検出器及び制御増幅器を設け、直流電圧が所
   定の設定値と一致するように直流電圧と設定値の偏差を
   制御増幅器にて増幅し、前記電圧調整器の端子電圧指令
   値とすることを特徴とした主機軸駆動発電装置の電圧制
   御装置。