JPH09140195A - 主機軸駆動発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】特別な高調波フィルタを設けることなく、また
交流リアクトルのリアクタンスを大きくすることなく電
源母線の電圧歪率を低減し同時に系統の短絡電流を低減
させた主機軸駆動発電装置を提供すること。 【解決手段】船内の推進用エンジンで駆動される主機軸
駆動発電機と、主機軸駆動発電機の変動周波数の交流電
力を直流電力に変換するコンバータと、コンバータによ
り変換された直流電力を交流電力に変換するインバータ
と、インバータにより変換された交流電力により駆動さ
れるサイリスタモータと、サイリスタモータにより機械
的に駆動され船内母線に交流電力を供給する交流発電機
とから構成されているので、電源母線に流出する高調波
電流が皆無となり、電源母線の電圧歪率を低減し同時に
系統の短絡電流を従来より更に低減させることができ、
電源母線の電圧歪率を約３％とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主機軸駆動発電装置
の同期調相機を原動機とし、この原動機に交流発電機を
機械的に結合して運転し電源側に高調波歪の影響を与え
ない主機軸駆動発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の主機軸駆動発電装置を図２に示
す。同図において、１は推進用エンジン、２は推進用エ
ンジン１で駆動されるプロペラ、３は推進用エンジン１
とプロペラ２を結合する中間軸上に設けられた交流発電
機で推進用エンジン１により駆動される主機軸駆動発電
機、４は静止形電力変換器で、内部にサイリスタ素子で
構成される６アーム純ブリッジが５，６の２組と交流リ
アクトル７及び図示しない制御装置が組み込まれてい
る。５は主機軸駆動発電機３から出力される可変周波数
の交流電力を直流電力に変換するコンバータ、６は直流
電力を一定周波数の交流電力に変換するインバータ、８
は同期調相機でインバータ６から出力される一定周波数
の交流電力で運転される交流発電機で、インバータ６の
出力側の電圧を一定に保ち、またインバータ６の運転に
必要な無効電力と船内へ供給する無効電力の供給源であ
る。９は静止形電力変換器４の出力を開閉する遮断器、
１０は船内の主配電盤、１１は高周波フィルタである。

【０００３】次に、上記従来の主機軸駆動発電装置の作
用について説明する。推進用エンジン１は回転数が変化
するために、推進用エンジン１で駆動される主機軸駆動
発電機３の出力電力は周波数が５Ｈｚ〜１０Ｈｚの低周
波数電力であり、このままでは船内供給電力として利用
することができない。そこで、主機軸駆動発電機３の出
力電力をコンバータ５に入力し、周波数に関係の無い直
流電力に変換されインバータ６へ入力される。インバー
タ６は交流リアクトル７を介して同期調相機８と接続さ
れており、同期調相機８から運転に必要な無効電力の供
給を受けて直流電力を一定周波数の交流電力に変換す
る。交流リアクトル７は直流電力が交流電力に変換され
る過程で発生する高調波電流の抑制と電力変換をスムー
ズに行なわせる役目を果たしている。

【０００４】直流電力を交流電力に変換する過程でイン
バータ６の転流現象が発生する。この転流現象により高
調波電流が発生し、発生した高調波電流は遮断器９を介
して主配電盤１０の電源母線に流出する。

【０００５】インバータは一般にＳＣＲ素子で構成され
る６アーム純ブリッジが採用されている。ＳＣＲ素子が
Ｕ相からＶ相に切り替わる時、一時的にＵ相とＶ相が短
絡される。この瞬間、電圧波形に落込みが発生し、この
落込みはＵ相が完全にＶ相に切り替わる迄継続する。こ
の現象が転流と呼ばれ、この現象はＶ相からＷ相、Ｗ相
からＵ相に切り替わる時にも生じる。

【０００６】電圧波形の落込み率は、図２の従来例では
静止形電力変換器４内に装備された交流リアクトル７、
同期調相機８及び電源母線に接続された系統のリアクタ
ンスによって左右される。

【０００７】図３は主機軸駆動発電装置が搭載された電
源系統をリアクタンスと電圧源で図式化したもので、イ
ンバータ６を構成するＳＣＲがＵ相からＶ相へ転流する
時、一時的にＵ相とＶ相が短絡され、その瞬間、Ｕ相と
Ｖ相の相間電圧は０Ｖとなる。この時の電圧源は同期調
相機８と船内系統機器であり、電源母線の電圧は電圧源
の電圧を交流リアクトル７（ＡＣＬ）のリアクタンス
（Ｘａｃｌ）と、同期調相機８のリアクタンス（Ｘｓ
ｃ）と、船内系統機器のリアクタンス（ＸＬ）が並列回
路を構成するリアクタンス（ＸＬＬ）の直列回路で決定
されるリアクタンス比に分圧されるので、電圧波形の落
込み率は、下記（１）式で表される。

【０００８】

【数１】

【０００９】また、落込みの幅はＵ相が完全にＶ相に切
り替わる迄の時間に相当し、供給される電流の大きさに
比例する。従って、直流電力が交流電力に変換される
時、電圧波形は図４に示されるような波形となり、高調
波電流が発生する。電力変換過程で発生した高調波電流
は接続されている系統に流出し、系統に接続されている
機器に影響を与える。

【００１０】従来は、電源母線に流出する高調波電流の
影響を電源母線の電圧歪率で１５％以下になるように計
画されている。ところが、近年、船内搭載機器の電子化
が進み様々な機器の制御に電子回路が採用されているこ
とから高調波電流による影響が懸念されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】船内に電子機器の搭載
が増加したことにより、電源系統に接続された各種機器
への影響をなくする為に電源母線の電圧歪率を５％以下
にする要望が強くなってきた。このためには、転流時に
発生する電圧の落込み率と幅を低減しなければならな
い。その方法として、下記の如き手段が考えられる。

【００１２】（１）交流リアクトル７のリアクタンスを
大きくする。 交流リアクトル７のリアクタンスをむやみに大きくする
と転流失敗を招くことにつながり限界がある。現状では
数％程度の電圧歪率の低減が限度であるが、これでは電
源母線の電圧歪率を５％以下にすることはできない。

【００１３】（２）系統のリアクタンス（交流リアクト
ル以外の）を小さくする。 負荷系統のリアクタンスは決まった値なので、具体的に
は同期調相機８のリアクタンスを極力小さくすることに
なる。同期調相機８のリアクタンスを約１／２に小さく
しても電源母線の電圧歪率は数％程度低減されるだけで
あり決定的な方法にはなり得ない。逆に、同期調相機８
のリアクタンスが小さくなったことで短絡電流が増加し
配電系統の遮断容量に影響を与えることになり、実用的
な方法とは言えない。

【００１４】（３）高調波フィルタ（系統に設け特定成
分をカットするフィルタ）を採用する。 高調波フィルタで対応するにはかなり高次迄吸収する必
要がある。船内電源は±５％の周波数変動を持ってい
る。この周波数変動幅に対して有効な吸収能力を持った
高調波フィルタを製作するのはフィルタが大形になり、
小形軽量化が要求される船舶にとっては実用的でない。

【００１５】以上のように、従来技術では高調波電流の
抑制を講じても実用的と言えず、電源母線の電圧歪率を
低減する技術手段が要望されていた。本発明は上記事情
に鑑みてなされたもので、その目的は主機軸駆動発電装
置において特別な高調波フィルタを設けることなく、ま
た交流リアクトルのリアクタンスを大きくすることなく
電源母線の電圧歪率を低減し同時に系統の短絡電流を従
来より更に低減させた主機軸駆動発電装置を提供するこ
とにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１は、船内の推進用エンジンで駆動
される主機軸駆動発電機と、前記主機軸駆動発電機の変
動周波数の交流電力を直流電力に変換するコンバータ
と、前記コンバータにより変換された直流電力を交流電
力に変換するインバータと、前記インバータにより変換
された交流電力により駆動されるサイリスタモータと、
前記サイリスタモータにより機械的に駆動され船内母線
に交流電力を供給する交流発電機とから構成されたこと
を特徴とする。

【００１７】本発明の請求項２は、請求項１記載の主機
軸駆動発電装置において、前記インバータを制御して出
力周波数を変更し、前記サイリスタモータの起動・停止
及び速度調整を行うことを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は本発明の一実施例（請求項１
及び請求項２対応）である主機軸駆動発電装置の構成図
である。

【００１９】同図において、１は推進用エンジン、２は
推進用エンジン１で駆動されるプロペラ、３は推進用エ
ンジン１とプロペラ２を結合する中間軸上に設けられた
交流発電機で推進用エンジン１により駆動される主機軸
駆動発電機、４は静止形電力変換器で内部にサイリスタ
素子で構成される２組の６アーム純ブリッジ５，６と交
流リアクトル７及び制御装置が組み込まれている。５は
交流電力を直流電力に変換するコンバータ、６は直流電
力を一定周波数の交流電力に変換するインバータ、９は
交流発電機１３の出力を開閉する遮断器、１０は船内の
主配電盤、１２はサイリスタモータと呼ばれ、サイリス
タインバータで運転される交流同期電動機で運転に必要
な電力は静止形電力変換器４から供給される。１３はサ
イリスタモータ１２で駆動される交流発電機である。

【００２０】次に、本実施例の作用について説明する。
主機軸駆動発電機３の低周波電力をコンバータ５で直流
電力に変換し、更にインバータ６によりこの直流電力を
交流電力に変換してサイリスタモータ１２を駆動する。
サイリスタモータ１２はインバータ６の制御により始動
・停止制御が行なわれる他一定回転数で運転される。ま
た、必要に応じて運転回転数を±５％の範囲で自在に調
整することができる。サイリスタモータ１２は機械的に
結合された交流発電機１３を駆動し、交流発電機１３か
らの交流電力を電源母線に供給する。

【００２１】従来の装置では静止形電力変換器の出力が
同期調相機を介して電気的に電源母線に接続されている
ために、電源母線に流出する高調波電流を低減すること
はできても皆無にすることはできなかった。しかし、本
実施例は上記したように構成されているので、インバー
タ６の出力側と系統との電気的接続が無くなり、これに
よりインバータの転流により発生していた高調波電流を
電源母線から分離することができ、電源母線に流出する
高調波電流を無くすることが可能となり、電源母線の電
圧歪率を低減し同時に系統の短絡電流を従来より更に低
減させることができ、電源母線の電圧歪率を約３％とす
ることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の主機軸駆
動発電装置によると、電源母線に流出する高調波電流を
無くすることが可能となり、電源母線の電圧歪率を低減
し同時に系統の短絡電流を従来より更に低減させること
ができ、電源母線の電圧歪率を約３％とすることができ
る。また電源母線に流出する高調波電流が皆無になるこ
とで系統に接続される各種の電力・計装機器は高調波電
流に対する対策を講じる必要がなくなるので、部品数が
削減され、信頼性が向上し経済的にも非常にすぐれてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の主機軸駆動発電装置の構成
図。

【図２】従来の主機軸駆動発電装置の構成図。

【図３】図２の主機軸駆動発電装置の電源系統をリアク
タンスと電圧源で示した図。

【図４】直流電力が交流電力に変換される時の電圧波形
図。

【符号の説明】

１…推進用エンジン、２…プロペラ、３…主機軸駆動発
電機、４…静止形電力変換器、５…コンバータ、６…イ
ンバータ、７…交流リアクトル、８…同期調相機、９…
気中遮断機、１０…主配電盤、１１…高調波フィルタ、
１２…サイリスタモータ、１３…交流発電機。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船内の推進用エンジンで駆動される主機
   軸駆動発電機と、前記主機軸駆動発電機の変動周波数の
   交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コン
   バータにより変換された直流電力を交流電力に変換する
   インバータと、前記インバータにより変換された交流電
   力により駆動されるサイリスタモータと、前記サイリス
   タモータにより機械的に駆動され船内母線に交流電力を
   供給する交流発電機とから構成されたことを特徴とする
   主機軸駆動発電装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の主機軸駆動発電装置にお
   いて、前記インバータを制御して出力周波数を変更し、
   前記サイリスタモータの起動・停止及び速度調整を行う
   ことを特徴とする主機軸駆動発電装置。