KR20140132404A - 선박용 구동 케스케이드 시스템 - Google Patents

선박용 구동 케스케이드 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구동 시스템 구동 방법에 관한 것으로, 상기 구동 방법은, 제1 작동 상태에 따라 하나 이상의 구동 프로펠러(2)와 연결된 구동 시스템의 하나 이상의 구동 모터(5)를 제1 교류 전압으로 작동시켜 구동 시스템의 하나 이상의 구동 프로펠러(2)를 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수 이하로 작동하는 단계로서, 상기 제1 작동 상태에 따라 하나 이상의 파워 인버터(22)가 제1 교류 전압을 제공하는 단계와, 제2 작동 상태에 따라 제2 교류 전압으로 하나 이상의 구동 모터(5)를 작동시켜 하나 이상의 구동 프로펠러(2)를 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수 이상으로 작동하는 단계로서, 상기 제2 작동 상태에 따라 제1 내연 기관(3)이 제2 교류 전압을 발생시키는 제1 발전기(4)를 구동하는 단계를 포함한다. 선박이 정지 상태로부터 최대 속도까지 그리고 그 반대 방향으로 연속으로 추진될 때, 덜컥거리는(jerky) 추진 변동을 방지하는 동시에 개별 구동 부품의 경제적인 작동으로 선박을 움직일 수 있도록 하기 위해, 제1 작동 상태로부터 제2 작동 상태로의 전환 시 또는 그 반대로의 전환 시, 먼저 하나 이상의 구동 프로펠러(2)가 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수로 작동되게 하는 회전수로 제1 내연 기관(3)을 작동시키고, 하나 이상의 파워 인버터를 이용하여 제1 교류 전압을 제2 교류 전압과 동기화하는 방법을 제안한다.

Description

선박용 구동 케스케이드 시스템{DRIVE CASCADE SYSTEM FOR A WATERCRAFT}
본 발명은 구동 시스템용 구동 방법에 관한 것으로,
- 제1 작동 상태에 따라, 하나 이상의 구동 프로펠러와 연결된 구동 시스템의 하나 이상의 구동 모터를 제1 교류 전압으로 작동시켜, 구동 시스템의 하나 이상의 구동 프로펠러를 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수 이하로 작동시키는 단계로서, 상기 제1 작동 상태에 따라 하나 이상의 파워 인버터가 제1 교류 전압을 제공하는 단계와,
- 제2 작동 상태에 따라, 하나 이상의 구동 모터를 제2 교류 전압으로 작동시켜, 하나 이상의 구동 프로펠러를 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수 이상으로 작동시키는 단계로서, 상기 제2 작동 상태에 따라 제1 내연 기관이 제2 교류 전압을 발생시키는 제1 발전기를 구동하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 하나 이상의 구동 시스템을 구비한 기계 및 제어부에 관한 것이다. 마지막으로 본 발명은 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
그 구동 시스템이 주행 프로파일로 인해 복수의 속도 또는 복수의 속도 범위를 위해 설계되어야 하고 최적화되어야 하는 선박에 있어서, 지금까지는 이른바 전전기(all electric) 또는 하이브리드 구동 시스템이 적용되었다. 이러한 구동 시스템은 통상 서로에 대해 무관하게 작동하는 적어도 두 개의 구동 엔진으로 이루어진다. 구동 엔진은 통상 출력 전달 시스템을 통해 선박 추진 시스템을 구동시킨다.
출력 전달 시스템은 예를 들어 이하의 부품을 포함할 수 있다: 관련 베어링을 갖는 샤프트 시스템, 트러스트 베어링, 구동 모터와 샤프트 시스템 사이의 커플링 및 구동 모터와 샤프트 시스템 사이의 감속 기어. 선박 추진 시스템은 특히 고정 프로펠러 또는 가변 피치 프로펠러 시스템을 포함할 수 있다.
전전기 또는 하이브리드 구동 시스템에 장착되는 전기 트랙션 모터에는 공지된 종래 기술에서 통상 일정한 전압 및 주파수가 구동 전력 시스템으로부터 공급된다. 전기 트랙션 모터의 회전수 조절을 위해, 전기 트랙션 모터는 고정 전압 및 주파수를 가변 주파수를 갖는 가변 전압으로 변환하는 컨버터를 통해 전력을 공급받으며, 가변 주파수 및 가변 전압은 각각 거의 0과 최대 전압 또는 최대 주파수 사이에 있다. 여기서, 논리적 결과는, 전체 구동 출력이 상응하는 컨버터 및 변압기를 통해 제공되어야만 한다는 것이다. 따라서, 컨버터 및 변압기는 상당한 무게와 부피를 나타내는데, 결과적으로, "경량 선박(lightweight ships")과 같은 예를 들어 무게가 중요한 선박 유형은 지금까지 상기 구동 시스템을 장착할 수 없었다.
대안적으로, 하나 이상의 발전기를 구동 전력 시스템 내에 포함하며 하나 이상의 전기 샤프트를 통해 선박을 구동하는 선박 유닛 시스템이 제공될 수 있으며, 전기 샤프트가 선박 추진 시스템과 연결되며 하나 이상의 구동 모터를 포함한다. 여기서 구동 전력 시스템이란, 선박의 구동 출력을 제공하는 전기 시스템 을 의미한다. 이를 위해 바람직하게는, 구동 전력 시스템 발전기로도 불리며, 예를 들어 디젤 발전기 셋트 또는 가스 터빈을 통해 구동되는 두 개 이상의 발전기가 사용된다. 트랙션 모터는 예를 들어 제트 및 프로펠러를 포함한다. 전기 샤프트는, 발전기의 회전 운동이 전기 구동 모터의 상응하는 회전 운동을 유발하는 방식의, 구동 모터를 갖는 발전기의 고정식 전기적 결합을 의미한다. 기계 샤프트의 기능은 상기 전기 샤프트를 재현한다. 구동 전력 시스템의 발전기들은 전기적으로 연결될 수 있고 극 수 및 전압은 구동 전력 시스템 또는 트랙션 모터와 일치된다.
각각의 전압 및 주파수가 동기화된다는 전제 하에, 발전기는 서로 연결될 뿐만 아니라 트랙션 모터와도 연결될 수 있다. 또한, 하나 이상의 컨버터를 갖는 변압기가 구동 전력 시스템에 연결되며, 변압기는 온보드 전력 시스템뿐만 아니라 프로펠러 모터에도 연결될 수 있고, 온보드 전력 시스템은 예를 들어 조명, 네비게이션- 및 제어 기기 등을 위한 전기선을 제공하는 선박의 나머지 전기 네트웍을 나타낸다. 온보드 전력 시스템은, 바람직하게는 비상- 및 항구 운행을 위해, 예를 들어 다종 연료 기관 유닛 및 이와 연결된 발전기에 의해 전력이 공급되는 통상 자체 전력 생산부를 갖고 있기 때문에, 추가로, 트랙션 모터의 특정 회전수까지 온보드 전력 네트웍으로부터 트랙션 모터에 전력을 공급하는 것이 가능하다. 이를 위해, 온보드 전력 시스템 파워 인버터 또는 다른 파워 인버터가 사용될 수 있으며, 상기 파워 인버터는 온보드 전력 시스템 전압과, 일정한 주파수 및 일정한 진폭을 갖는 교류 전압을 트랙션 모터의 작동을 위한 가변 주파수 및 가변 진폭을 갖는 교류 전압으로 변환한다. 상기 파워 인버터는 스타트 업 컨버터 또는 시동 컨버터로도 불리며 기본적으로 가역적으로 작동될 수도 있기 때문에, 구동 전력 시스템의 변경되는 교류 전압이 온보드 전력 시스템 전압으로 변환된다.
온보드 전력 시스템으로부터 트랙션 모터로의 전력 공급이 필요한데, 그 이유는, 전기 샤프트가 내연 기관의 공회전수로 인해 특정 주파수 이하로 작동될 수 없기 때문이다. 이를 통해, 오직 전기 샤프트를 통해서만 전력이 공급되는 구동 시스템에 의해서는, 추진 시스템이 그 회전수에 있어서 내연 기관의 정지 상태로부터 공회전수까지 무단(stepless)이 아니게 작동될 수 있다. 이는, 공회전 시의 토크가 전기 샤프트의 활성화 시에 선박 추진부에 작용하고, 이로써 예를 들어 항구 운행 및 거동 변경(maneuver) 시에, 저속 주행을 위한 선박의 선박 속도 또는 거동 변경 성능이 만족스럽지 못하게 되는 결과를 가져온다. 또한, 토크가 중단없이 선박 프로펠러 상으로 작용하는 것이 바람직한데, 이는 상승 또는 하강하는 회전수를 갖는 공회전수에서의 전환 시점과 관련된다.
WO 2011 092330 A2에는 상기 언급한 대안적인 선박 유닛 시스템이 공지되어 있고, 복수의 전기 구동 샤프트, 그리고 전기 샤프트 또는 온보드 전력 시스템을 통한 구동 모터로의 전력 공급이 제공된다.
소정의 작동 상태에서, 선박의 구동 프로펠러가 각각 하나의 내연 기관 및 발전기를 포함하는 하나 이상의 전기 샤프트에 의해 구동될 수 있으며, 내연 기관 및 그에 따라 구동 프로펠러의 구동부 또한 상기 작동 상태에서 최소 회전수를 포함한다. 프로펠러 회전수가 상기 최소 회전수보다 작은 다른 작동 상태에서, 구동 프로펠러에는 온보드 전력 시스템에 의해 특히 더 낮은 주파수의 교류 전압이 공급될 수 있다. 이는, 원하는 낮은 선박 속도에서도 고정 프로펠러의 사용을 허용한다.
본 발명의 과제는, 선박이 정지 상태로부터 최대 속도까지 그리고 그 반대로 연속으로 추진될 때, 저크(jerk)가 있는 추진 변동을 방지하는 동시에 개별 구동 부품의 경제적인 작동으로 선박을 움직일 수 있도록 하는 것이다.
이러한 과제는, 서두에 언급한 방식의 구동 방법에서, 제1 작동 상태로부터 제2 작동 상태로의 전환 시 또는 그 반대로의 전환 시, 먼저 하나 이상의 구동 프로펠러가 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수로 작동되게 하는 회전수로 제1 내연 기관이 작동되고, 하나 이상의 파워 인버터가 제1 교류 전압을 제2 교류 전압과 동기화됨으로써 해결된다.
또한, 상기 과제는 청구항 제6항에 따른 제어부, 청구항 제7항에 따른 선박, 청구항 제8항에 따른 컴퓨터 프로그램 및 청구항 제9항에 따른 컴퓨터 프로그램 제품을 통해 해결된다.
여기서, 각각의 속도 범위에 대해 구동 출력이 상이한 방식으로 제공되기 때문에, 특히 상이한 속도 범위에 대한 복수의 작동 상태의 존재, 그리고 작동 상태들 사이의 전환을 구동 케스케이드 시스템이라 지칭한다.
제1 및 제2 작동 상태의 구동을 위해 사용된 교류 전압의 동기화는, 특히 낮은 속도 범위에서 하나의 작동 상태로부터 다른 작동 상태로의 전환 중에, 최적의 거동 변경 성능을 허용한다. 선박 구동 시에 비교 가능한 거동 변경 정확도는 빈번히 단지 가변 피치 프로펠러의 사용을 통해서만 달성되는 반면, 비용이 적게 드는 종래의 고정 프로펠러에서 거동 변경 정확도는 본 발명에 따른 방법에 의해 가능하며, 바람직하게는 동시에 추가의 리던던스(redundance)가 형성된다. 이는, 특히 항구에서 입항 및 출항 중에 비교적 부정확하게 거동 변경될 수 있는 특히 고정 프로펠러를 갖는 이미 형성되어 있는 선박 구동부에서 바람직한데, 그 이유는 특히 항구에서 낮은 속도로 정확하게 위치 설정되어야 하기 때문이다. 본 발명의 방법을 위해 필요한 수단을 상기 유형의 선박에 후속 장착함으로써, 노화 선박 또는 고정 프로펠러를 갖는 선박에서 거동 변경 성능이 개선될 수 있다. 본 발명에 따른 방법에서 특히, 선박이 보통의 경우에 구동 시스템과 무관하게 작동함에도 불구하고 거동 변경 성능의 개선이 달성될 수 있도록 하는 부품이 사용되는 것은 장점이다.
본 발명의 방법에 따르면, 선박이 제1 작동 상태에 따라, 즉, 하나 이상의 파워 인버터를 사용하여 매우 저속으로 작동한다. 예를 들어 변압기를 사용하여, 하나 이상의 구동 프로펠러와 연결된 구동 모터에 공급되는 제1 교류 전압을 제공하기 위해, 하나 이상의 파워 인버터가 예를 들어 온보드 전력 시스템으로부터 출력을 취할 수 있다. 온보드 전력 시스템은 액화 석유 가스(LPG) 또는 액화 천연 가스(LNG)를 사용하는, 예를 들어 다종 연료 기관 유닛을 통해, 그리고 이와 연결된 온보드 전력 시스템 발전기에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 또한, 기본적으로, 복수의 구동 모터가 각각 하나 이상의 구동 프로펠러를 구동하는 것도 가능하다. 이때, 전체 구동 출력이 각각 하나의 전기 샤프트에 할당된 복수의 구동 모터 상으로 분배되는 것이 가능하나, 낮은 회전수 범위에서는 단지 하나의 모터만 구동되는 것도 가능하다.
하나 이상의 파워 인버터가 변경 가능한 주파수의 교류 전압을 제공할 수 있기 때문에, 하나 이상의 구동 프로펠러가 정지 상태로부터 매우 낮은 프로펠러 회전수로 움직일 수 있다. 프로펠러 회전수는 정지 상태로부터 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수에 도달할 때까지 연속으로 그리고 저킹(jerking) 없이 상승할 수 있으며, 동일한 방식으로 프로펠러 회전수의 감소가 실행될 수 있다.
사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수는, 특히 온보드 전력 시스템으로부터 최대로 취할 수 있는 소정의 출력의 달성, 제1 내연 기관의 최저 회전수 또는 제1 내연 기관의 임의의 회전수를 특징으로 할 수 있다. 내연 기관은 예를 들어 디젤 엔진 또는 가스 터빈 등으로 구성될 수 있다. 디젤 엔진 또는 가스 터빈의 최저 회전수는 통상 100rpm 단위 또는 1000rpm 단위이다. 사전설정 가능한 프로펠러 회전수의 선택 시, 경우에 따라 내연 기관의 회전수에 따른 효율이 고려될 수도 있다.
기본적으로, 프로펠러 회전수 및 소정의 작동 상태에서 선박의 속도는, 예를 들어 내연 기관 및 그에 속한 발전기 또는 파워 인버터의 각각의 구동 부품의 최대 출력을 통해 제한된다. 또한, 온보드 전력 시스템에 남아있을 수 있는 출력이 이와 관련하여 제한을 야기할 수 있기 때문에, 이러한 파라미터들이 방법의 실시의 실행 시에 고려된다. 파라미터들의 과부하 용량으로 인해, 가스 터빈의 사용은, 특히 높은 출력이 필요하거나 또는 구동 시스템의 부품에 결함이 있을 때와 같은 특히 비상 시에 최대 출력과 관련하여 장점을 제공한다.
제1 작동 상태로부터 제2 작동 상태로의 전환을 위해 제1 내연 기관이 먼저 시동되어 소정의 회전수로 작동됨으로써, 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수에 도달될 수 있다. 끝으로, 하나 이상의 파워 인버터는, 제1 발전기가 제공하는 제2 교류 전압이 유지되고 제1 내연 기관과 제1 발전기의 조합체가 마스터로서 기능하도록 동기화를 실행한다. 이와 달리, 하나 이상의 파워 인버터가 슬레이브로서 기능하며, 이때, 제1 교류 전압은 하나 이상의 파워 인버터에 의해, 예를 들어 주파수, 위상각 및 전압 진폭에 관련하여, 제1 발전기 및 하나 이상의 파워 인버터가 동기화 교류 전압을 생성할 때까지, 적절한 공차 범위 내에서 제2 교류 전압에 적응된다. 그 다음, 하나 이상의 파워 인버터로부터 제1 발전기로의 에너지 공급의 유연한 전환이 수행될 수 있다. 제2 교류 전압의 언급된 크기는, 전력 반도체를 포함할 수 있는 특히 파워 인버터의 출력단에 의해 변경될 수 있고, 상기 전력 반도체는 제2 교류 전압의 소정의 형태가 생성되도록 제어된다.
전환 후에, 온보드 전력 시스템 발전기를 통해 온보드 전력 시스템에 에너지를 공급하는 예를 들어 온보드 전력 시스템 모터의 셧다운에 의해 온보드 전력 시스템의 출력이 적응될 수 있다. 이로써, 에너지가 절약될 수 있고 구동 시스템의 개별 부품들이 거의 최적의 작동 상태로 작동된다. 제1 작동 상태에서, 제2 작동 상태로의 전환이 예측되지 않는 경우, 연료 절감을 위해 제1 내연 기관이 차단되어 유지된다. 제1 작동 상태에서 내연 기관이 차단되어 유지될 수 있기 때문에, 선박이 단지 적은 소음 방출을 갖는 저속 속도(creep speed)가 구현될 수 있다. 이를 위해, 파워 인버터가 예를 들어 배터리 시스템, 연료 전지 시스템 또는 양호하게 캡슐화된 온보드 전력 유닛을 통해 에너지를 공급받을 수 있다.
또한, 동기화를 위해 필요한 시간에 있어서, 가능한 한 선박의 빠른 가속이 요구될 경우, 연속적으로 상승 가능한 프로펠러 회전수가 보장되도록 제1 내연 기관이 충분히 일찍 시동되는 것이 방법의 과정 중에 고려될 수 있다. 예를 들어 상기 필요한 시간은 예를 들어 구동부의 시간 상수를 통해 영향을 받는데, 그 이유는 변경된 프로펠러 회전수가, 물 속의 추친력으로 변환될 수 있을 때까지의 임의의 시간을 전제로 하기 때문이다. 추가로, 에너지 생성 시스템의 시간 상수도 고려되는데, 그 이유는 얼마나 빠르게 전기 에너지가 하나 이상의 파워 인버터 또는 제1 발전기로부터 하나 이상의 구동 모터로 공급될 수 있는지도 중요하기 때문이다. 예를 들어, 디젤 엔진의 기동은 약 30초 지속되고 가스터빈은 약 10초 지속되는데, 가스터빈에서는 예열 및 사전 윤활된 상태가 전제된다. 가스터빈이 아직 상기 상태에 있지 않다면, 가스터빈이 사용 가능할 때까지 시간이 경우에 따라 상당히 늘어난다. 이에 반해, 동기화는 파워 인버터에서 통상 몇 초 내에 비교적 빠르게 실행될 수 있다. 특히, 예를 들어 비상 정지 또는 원하는 매우 빠른 가속과 같은 비상 거동 시에, 적시적인 동기화를 위한 상기 시간 상수는 제1 내연 기관이 적시에 시동되도록 하는데 사용된다.
전환 후 제2 작동 상태에서, 제1 내연 기관의 회전수가 상승되는 동안, 구동 시스템의 출력 또는 프로펠러 회전수가 저크 발생없이 상승될 수 있다.
제2 작동 상태로부터 제1 작동 상태로의 전환 시, 제1 내연 기관이 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수 내에 있게 되는 회전수에 도달할 때까지, 프로펠러 회전수가 감소된다. 하나 이상의 파워 인버터는 다시 슬레이브로서, 파워 인버터가 제1 교류 전압을, 예를 들어 주파수, 위상각 및 전압 진폭과 관련하여 제2 교류 전압에 적응시키도록 동기화를 실행한다. 성공적인 적응 후에 제1 발전기로부터 하나 이상의 파워 인버터로의 에너지 공급의 유연한 전환이 수행될 수 있고, 연료 절감을 위해 제1 내연 기관이 경우에 따라 차단될 수 있다.
상기 방법은 예를 들어 선상에서 여행 안락함을 향상시키기 위해 여객선에 사용될 수 있다. 또한, 불필요한 진동 및 요동이 상기 방법에 의해 감소될 수 있기 때문에, 저속 주행을 허용하는 잠수함에 사용하는 것도 가능하다. 상기 방법에 의해 선박이 저크없이 그리고 연속으로 정지 상태로부터 가속될 수 있고 특정 속도로부터 저크없이 그리고 연속으로 감속될 수 있으며, 프로펠러 회전수 및 하나 이상의 구동 프로펠러에 의해 제공되는 출력이 항상 무단으로 선택될 수 있다.
바람직하게는, 선박 구동 시스템은, 하나 이상의 주행 레버를 통해, 각각의 선박 속도 또는 프로펠러 회전수에 대한 전력 메니지먼트를 갖는 제어부가 최적의 작동 상태를 선택하도록 제어된다. 스위칭 작동은 설정 목표값에 따라 방법 단계의 고려하에 주행 레버를 통해 자동으로 조절- 및 제어 시스템에 의해 실행될 수 있다. 최적의 작동 상태는 최적의 구동 유형을 나타내며, 내연 기관, 그에 따라 구동되는 구동 전력 시스템의 발전기 및 프로펠러 모터에 대한 최적화된 수가 결정되고, 추가의 출력이 파워 인버터 및 온보드 전력 시스템으로부터 부가되는지의 여부가 설정된다. 전기 구동 시스템은 최대 프로펠러 회전수 및 최대 가능한 출력 토크와 관련되는 선박 추진 시스템에 적응된다. 구동 모터는 정지 상태와 최대 회전수 사이의 회전수 범위 내에서 그 한계 특성 곡선 이하에서 무단으로 각각의 회전수 및 각각의 토크를 출력할 수 있다. 비상 거동 시에 상기 언급한 시간 상수는, 비교적 변하지 않는 전류-전압-특성 곡선을 갖는 특히 초전도성 동기기(synchronous machine)의 사용시에 받을 수 있는, 시스템 부품의 부하 용량의 한계까지 진행될 수 있다.
통상, 카타머랜(catamaran) 및 트라이머랜(trimaran)과 같은 예를 들어 고속 멀티헐(multihull) 선박과 같은 빠르고 가벼운 선박에 대한 적용이 바람직한데, 그 이유는 특히, 중간 속도 및 높은 속도를 위한, 크고 출력이 강한 파워 인버터 및 변압기가 생략될 수 있기 때문이다. 이러한 유형의 파워 인버터 및 변압기는 통상 비교적 큰 구성 공간을 필요로 하고 상당히 비용 집약적이고 비교적 무겁기 때문에, 이들을 생략하는 것은 재정적으로 장점을 제공하고 선박을 더 가볍고 빠르게 설계하는 것을 허용한다. 단지, 온보드 전력 시스템의 하나 이상의 파워 인버터가 기존의 사용 분야에 추가로 구동 목적을 위해서도 사용될 뿐이다. 이를 통해, 에너지 생성을 위해 온보드 전력 시스템 발전기를 구동시키는 온보드 전력 유닛의 낮은 회전수가 방지될 수 있고 온보드 전력 유닛이 그 최적의 작동점에 가깝게 작동될 수 있고 이는 에너지 절약을 가능케 한다.
선박의 구동이 온보드 전력 시스템에 의해 또는 전기 샤프트에 의해 구현되기 때문에, 구동 시스템은, 선박이 에너지 생성 부품 중 하나에 기술적인 문제가 있을 때에도 거동 능력을 유지하는 리던던시를 포함한다. 이 리던던시는 특히 구동 시스템의 부품에 결함이 있는 비상 시에 큰 장점을 제공한다. 경우에 따라 존재하는 온보드 전력 유닛이, 특히 비상 시에 또는 예를 들어 높은 속도에서 차단될 수 있는데, 그 이유는 온보드 전력 시스템이 내연 기관 및 전기 샤프트의 발전기에 의해 전력을 공급받을 수 있기 때문이다. 선박의 감속 시에 하나 이상의 구동 프로펠러가 구동 모터를 구동함으로써 추가의 에너지 절약이 달성될 수 있으며, 이때 구동 모터가 발전기 방식으로 작동되기 때문에 이른바 PTO-작동("power take out")이 제시된다. 이렇게 얻어진 에너지는 파워 인버터를 통해 온보드 전력 시스템으로 공급된다. 온보드 전력 시스템에 전력을 공급하기 위한 온보드 전력 유닛은 감축되거나 또는 완전히 차단될 수 있다. 이에 반해, 다른 작동 방식에서 이른바 PTI-작동("power take in")이 제시되는데, 즉, 구동 모터가 모터 방식으로 작동된다.
본 발명의 바람직한 구성에서, 이하의 다른 방법 단계가 제공된다:
- 제3 교류 전압으로, 하나 이상의 구동 모터의 작동을 통한 제3 작동 상태에 따라, 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수보다 큰 사전설정 가능한 제2 프로펠러 회전수 이상으로 하나 이상의 구동 프로펠러가 작동시키는 단계,
- 제3 작동 상태에 따라, 하나 이상의 파워 인버터의 제1 교류 전압이 제2 교류 전압과 동기화되어 함께, 제3 교류 전압을 제공하는 단계,
- 제2 작동 상태로부터 제3 작동 상태로의 전환 시, 제1 교류 전압이 하나 이상의 파워 인버터에 의해 제2 교류 전압과 동기화되어야 비로소, 하나 이상의 구동 모터가 제3 교류 전압으로 작동시키는 단계.
제2 작동 상태로부터 제3 작동 상태로의 전환은 더 높은 속도를 허용하고, 동기화를 통해 실제로 저크없는 전환이 보장된다. 동기화는 제1 작동 상태로부터 제2 작동 상태로의 전환과 유사하게 수행되나, 제3 작동 상태 중에 하나 이상의 구동 프로펠러를 위한 구동 에너지가 하나 이상의 파워 인버터로부터 그리고 제1 발전기로부터도 유래한다는 차이점이 있다. 제3 교류 전압은, 제2 교류 전압에 대한 제1 교류 전압의 적응된 주파수, 적응된 위상각 및 적응된 전압 진폭에서, 두 개의 교류 전압의 중첩으로부터 형성된다.
본 발명의 대안적인 바람직한 구성에서 이하의 대안적인 방법 단계가 제공된다:
- 제4 교류 전압으로, 하나 이상의 구동 모터의 작동을 통한 제4 작동 상태에 따라, 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수보다 큰 사전설정 가능한 제3 프로펠러 회전수 이상으로 하나 이상의 구동 프로펠러가 작동시키는 단계,
- 제4 작동 상태에 따라, 하나 이상의 다른 내연 기관이, 제2 교류 전압과 동기화되어 함께, 제4 교류 전압을 제공하는 각각 하나의 다른 교류 전압을 발생시키는 하나 이상의 각각 다른 발전기를 구동하는 단계,
- 제2 작동 상태로부터 제4 작동 상태로의 전환 시, 하나 이상의 다른 발전기의 각각의 각변위(angular displacement)가 제1 발전기의 제1 각변위와 동기화되는 단계.
각각의 전기 샤프트는 특히 온보드 전력 시스템에서 이용할 수 있는 출력과 비교하여 출력이 매우 강하게 구성될 수 있기 때문에, 복수의 내연 기관을 갖는 구동 시스템 및 이와 각각 연결된 발전기는 비교적 높은 속도를 허용한다. 이러한 실시예는 가능한 높은 속도로 인해, 그리고 더 큰 구동 출력이 안락하고 실제로 저크없이 연결되기 때문에, 특히 빠른 선박, 특히 여객선 또는 잠수함에 유리하다.
상기 방법의 이러한 실시예에 따르면, 개별 발전기가 동기화되며, 제1 발전기가 마스터로서 작동된다. 제1 발전기는 회전자를 포함하고 그 위치는 각변위를 특징으로 한다. 또한, 하나 이상의 다른 발전기도 각각의 각변위를 갖는 각각 하나의 회전자를 포함한다. 발전기들이 각각 동일한 쌍의 극 수를 포함한다는 가정 하에, 발전기의 동기화는, 하나 이상의 다른 발전기 또는 하나 이상의 다른 내연 기관이 제1 발전기 또는 제1 내연 기관과 동일한 회전수로 작동되고, 추가로 발전기의 각각의 각변위 및 각각의 전압 진폭이 일치됨으로써, 달성된다. 만일 이 경우에 해당된다면, 다른 발전기는 실제로 저크없이 연결될 수 있다. 발전기가 각각 상이한 쌍의 극 수를 포함한다면, 그럼에도 불구하고, 상기 방법은 상이한 쌍의 극 수가 각각의 발전기 주파수 및 각각의 각변위에서 고려될 경우 실행될 수 있다. 제4 작동 상태로의 전환 시, 하나 이상의 다른 내연 기관이 비교적 높은 회전수로 작동된다. 내연 기관 중 적어도 하나가 증가된 연료 공급을 통해 가속을 시도할 경우 추가의 구동 출력이 얻어진다. 상기 내연 기관과 연결된 발전기의 각변위가 다른 발전기의 각변위를 쉽게 초과할 수도 있다. 이로써, 상기 내연 기관은 추가의 부하를 넘겨 받고 전체 구동 시스템에는 더 높은 출력이 제공된다. 물론, 이러한 목적으로 내연 기관들이 가능한 한 동시에, 개별 내연 기관들이 결국 각각의 출력 한계에 도달할 때까지 시동된다.
제4 작동 상태로부터 제2 작동 상태로의 전환이 프로펠러 회전수의 감소, 그리고 이어서 제2 교류 전압으로 하나 이상의 구동 모터가 기동됨으로써 달성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이하의 방법 단계가 더 제공된다:
- 제5 교류 전압으로, 하나 이상의 구동 모터의 작동을 통한 제5 작동 상태에 따라, 사전설정 가능한 제4 프로펠러 회전수 이상으로 하나 이상의 구동 프로펠러를 작동하는 단계,
- 제5 작동 상태에 따라, 하나 이상의 파워 인버터의 제1 교류 전압이 제4 교류 전압과 동기화되어 함께, 제5 교류 전압을 제공하는 단계,
- 제4 작동 전압으로부터 제5 작동 전압으로의 전환 시, 제1 교류 전압이 하나 이상의 파워 인버터에 의해 제3 교류 전압과 동기화되어야 비로소, 하나 이상의 구동 모터가 제5 교류 전압으로 작동시키는 단계.
제1 내연 기관, 하나 이상의 다른 내연 기관 그리고 요컨대 하나 이상의 파워 인버터의 출력의 조합을 통해, 하나 이상의 구동 프로펠러가 그 최대 프로펠러 회전수로 작동될 수 있기 때문에, 선박은 최대 속도에 도달될 수 있다. 슬레이브로서 작동되는 파워 인버터를 이용하여 제4 교류 전압에 대한 제1 교류 전압의 동기화 연결을 통해, 제4 작동 상태로부터 제5 작동 상태로의 전환도 마찬가지로 실제로 저크없이 가능하다.
제5 작동 상태는 최대 프로펠러 회전수에 도달되어야 하는 특히 비상 상황에 있어서 중요할 수 있다. 이때, 이전에 설명한 시간 상수가 경우에 따라, 가능한 한 빠르게 가능한 한 높은 출력이 하나 이상의 구동 프로펠러 상으로 전달될 수 있도록 고려될 수 있다.
제5 작동 상태로부터 제4 작동 상태로의 전환은 바람직하게, 하나 이상의 파워 인버터가, 결국 출력이 전혀 전달되지 않을 때까지 하나 이상의 구동 모터로 공급된 출력을 연속적으로 감소시킴으로써 가능하다.
상기 방법의 다른 실시예에 따르면, 하나의 작동 상태에서 작동 중에 각각의 교류 전압의 생성을 위해 요구되는 구동 시스템의 부품에 결함이 있을 경우에 다른 작동 상태로 전환되며, 다른 작동 상태의 각각의 교류 전압의 동기화는 하나 이상의 구동 모터에 인가된 교류 전압의 고려하에 수행된다.
이미 언급한 바와 같이, 예를 들어 복수의 에너지 생성 부품, 그리고 예를 들어 복수의 구동 프로펠러 및 구동 모터로 구동 출력을 분배하는 것은, 선박이 구동 부품들 중 하나에 기술적인 문제가 있을 때에도 거동 능력을 유지하는 것을 허용하는 리던던스의 장점을 제공한다.
내연 기관들 중 하나 또는 발전기들 중 하나가 결함이 있거나 또는 기술적으로 제한된 최저 출력에 있을 때, 예를 들어 다른 내연 기관 및 이 내연 기관을 통해 구동되는 발전기 또는 하나 이상의 파워 인버터가 동기화 방식으로 연결될 수 있다. 언급된 시간 상수로 인해, 통상적으로 연결은 결함이 있는 내연 기관 또는 결함이 있는 발전기의 출력이 제거된 후에야 비로소 이루어진다. 결함이 보고되는 즉시, 다른 내연 기관 또는 경우에 따라, 파워 인버터에 전력을 공급하는 온보드 전력 유닛은, 다른 작동 상태로의 전환을 준비하기 위해 시동된다. 상기 전환은, 하나 이상의 구동 모터에 인가된 교류 전압에 대해 구동 시스템의 시동되는 부품을 통해 생성된 교류 전압의 동시성(synchronicity)이 달성되는 즉시 이루어지며, 각각의 주파수, 진폭 및 위상각이 일치될 경우 교류 전압의 동시성이 제시된다. 특히, 출력이 강한 내연 기관이 비교적 약한 온보드 전력 유닛으로 대체되어야 하는 경우, 상당히 더 낮은 구동 출력이 제공된다. 이 경우에, 전환은, 특히 선박의 정지 단계 후 그리고 경우에 따라 구동 프로펠러 및 구동 모터의 터빈 작동 후에야 비로소 발생할 수 있고, 파워 인버터가 적응된 프로펠러 회전수에서 이루어지는 충분히 큰 출력을 제공할 수 있을 경우에 비로소 구현된다. 파워 인버터로부터 구동 모터로의 출력 전달은 실제로 저크없이 이루어질 수 있다.
제1 작동 상태에서 작동 중에 온보드 전력 유닛 또는 파워 인버터에 결함이 있을 경우, 경우에 따라 구동 시스템의 결함이 있는 부품을 단지 내연 기관 및 이와 함께 작동하는 발전기로 대체하는 것만이 가능하다. 프로펠러 회전수가 비교적 낮을 경우, 바람직하게는 출력이 약한 내연 기관이 연결되기 때문에, 가능한 한 유연한 전환이 이루어질 수 있다. 이때 프로펠러 회전수는, 사전설정 가능한 특정 프로펠러 회전수 이상에서 동기화 전환이 이루어지는 방식으로 고려된다. 사전설정 가능한 특정 프로펠러 회전수 이하에서, 예를 들어 전환에 대한 별도의 허용이 수행되어야만 하는데, 그 이유는 마스터로서 내연 기관 및 이와 함께 작동되는 발전기를 사용하는 경우에 내연 기관의 최소 회전수로 인해 단지 비교적 저크를 갖는 전환이 실행될 수 있기 때문이다.
그 외에, 발전기 및/또는 구동 모터를 위해 고온 초전도체(HTSC) 권선이 사용될 수 있다. 이는, 구동 시스템이 더 높은 출력 밀도를 포함하는 장점을 갖는다. 이로써, 동일한 구성 공간에서 더 높은 출력이 달성될 수 있거나 도는 동일한 출력에서 더 작은 구성 공간이 요구된다. 추가로, HTSC 기계의 사용은, 전기 구동 시스템에서 고조파가 방지될 수 있는 장점을 제공한다.
초전도체 권선은 발전기의 고정자 권선 또는 회전하는 회전자 권선일 수 있다. 또한, 초전도체 권선을 갖는 발전기는 통상, 초전도체 권선이 없는 종래의 발전기에 비해 회전자와 고정자 사이에 실질적으로 큰 자기 에어갭을 포함한다. 그 이유는 특히, 초전도체가 진공 저온 유지 장치(cryostat) 또는 유사한 냉각 장치를 통해 냉각되기 때문이며, 그 벽은 에어갭 내에서 연장된다. 비교적 큰 자기 에어갭은, 발전기가 종래의 발전기보다 실질적으로 더 작은 동기 리액턴스를 포함하는데 작용한다. 이는, 동일한 전기 출력에서 HTSC 발전기가 종래 발전기에 비해 명확하게 변하지 않는 전류-전압-특성 곡선을 포함하도록 한다. 이에 의해, 부하 증가 또는 부하 써지(surges) 시에 발전기에 의해 생성된 전압의 하강이 발생하지 않으며, 이는 극도의 출력이 요구되는 비상 상황에서 특히 바람직하다. 이를 통해 전기 샤프트 내의 전압 및 주파수의 변동이 감소될 수 있다. 이로써, 구동 샤프트의 전압 및 구동 모터 또는 추진 유닛의 회전수의 안정화를 위한 전기 샤프트를 위한 복잡한 조절이 필요치 않다.
이하, 본 발명이 도면에 도시된 실시예를 참조로 상세히 기술되며 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 구동 시스템의 제1 실시예를 도시한다.
도 2는 상대적 프로펠러 회전수에 따른 구동 케스케이드 구성의 예시적인 그래프를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 구동 시스템의 제1 실시예를 도시한다. 구동 시스템은 각각 하나의 구동 프로펠러(2)를 구동하기 위한 세 개의 전기 구동 샤프트(11, 12, 13)를 포함한다.
제1 구동 샤프트(11)는, 제1 내연 기관(3)에 의해 구동되며 가변 진폭과 가변 주파수를 갖는 모터 전압을 생성하기 위한 회전수 변경 가능한 발전기(4), 및 상기 모터 전압이 공급되며 구동 프로펠러(2)와 연결된 회전수 변경 가능한 구동 모터(5)를 포함한다.
제2 구동 샤프트(12) 및 제3 구동 샤프트(13)는, 각각 하나의 다른 내연 기관(6)에 의해 구동되며 가변 진폭과 가변 주파수를 가지며 모터 전압을 생성하기 위한 회전수 변경 가능한 각각 하나의 다른 발전기(34), 그리고 상기 모터 전압이 공급되며 구동 프로펠러(2)와 연결된 회전수 변경 가능한 구동 모터(5)를 포함한다. 제1 내연 기관(3) 및 다른 내연 기관(6)은 각각 예를 들어 가스터빈 또는 디젤 엔진으로서 구성될 수 있다.
구동 샤프트(11, 12, 13)에서 각각 하나의 발전기(4, 34) 및 구동 모터(5)가 버스 바(7)를 통해 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 버스 바(7)에 대한 발전기(4, 34) 및 구동 모터(5)의 연결은 각각 하나의 스위치(9)를 통해 이루어진다. 버스 바(7) 및 스위치(9)는 스위치 시스템(8)의 부품이다. 제1 구동 샤프트(11)의 버스 바(7)는 도선 연결부(14)를 통해 제2 구동 샤프트(12)의 버스 바(7)와, 그리고 도선 연결부(15)를 통해 제3 구동 샤프트(13)의 버스 바(7)와 연결 가능하다. 버스 바(7)에 대한 도선 연결부(14, 15)의 연결은 각각 하나의 스위치(16)를 통해 이루어진다.
도선 연결부(14, 15) 및 스위치(16)를 통해 제1 구동 샤프트(11)가 선택적으로 제2 및/또는 제3 구동 샤프트(12, 13)와 연결 가능하다. 발전기(4, 34)들 중 하나와 내연 기관(3, 6)들 중 하나 사이에는 추가로 기계적 기어가 연결될 수 있다. 이는 구동 프로펠러(2)들 중 하나와 구동 모터(5)들 중 하나 사이에도 가능하다. 또한, 구동 샤프트(11, 12, 13)는 단지 각각 하나의 단일 발전기(4) 및 구동 모터(5) 대신에 복수의 발전기 및/또는 구동 모터를 포함할 수 있다.
전기 구동 샤프트(12, 13)의 발전기들(34)에 의해 형성된 가변 진폭 및 가변 주파수의 전압으로, 변압기(21)를 통해 추가로 각각 하나의 전환기(22)가 작동될 수 있고, 상기 전환기는 가변 전압을 각각 하나의 부분 온보드 전력 시스템(20)을 위한 일정한 진폭 및 일정한 주파수를 갖는 전압으로 변환한다. 부분 온보드 전력 시스템(20)으로부터, 더 이상 상세히 도시되지 않은 선박의 저전압 소비기(예를 들어, 네비게이션 및 제어 기기, 스피커 장치, 조명)에 전력이 공급된다. 부분 온보드 전력 시스템(20)은 통상 50Hz의 정격 주파수에서 400V의 정격 전압 또는 60Hz의 정격 주파수에서 440V의 정격 전압을 갖는다. 두 개의 부분 온보드 전력 시스템(20)은 스위치(23)를 통해 서로 연결 가능하기 때문에, 두 개의 부분 온보드 전력 시스템(20)으로의 전력 공급은 두 개의 구동 샤프트(12, 13) 중 하나가 결함이 있거나 차단되었을 경우에도 가능하다.
온보드 전력 유닛(24)에 의해 구동되는 각각 하나의 추가의 항구 발전기(25)는, 바람직하게는 상세히 도시되지 않은 하류에 연결된 파워 인버터를 통해, 전기 샤프트(12, 13)가 차단되었을 때 일정한 진폭 및 일정한 주파수를 갖는 전압이 각각 하나의 부분 온보드 전력 시스템(20) 또는 서로 연결된 부분 온보드 전력 시스템(20)에 공급되도록 하기 위해 사용된다. 이는, 예를 들어, 선박이 항구에 위치하고 구동 출력이 필요하지 않을 경우, 또는 구동을 위해 발전기(4, 34)의 전체 출력이 필요할 경우에 해당한다. 보충적으로 또는 대안적으로, 부분 온보드 전력 시스템(20) 대신에 항구 발전기(25)를 통해서, 배터리를 통해서, 또는 연료 전지셀을 통해서 또는 배터리 시스템을 통해서도 전력이 공급될 수 있다. 전체 구동 출력이 세 개의 전기 샤프트(11, 12, 13)의 세 개의 구동 모터(5)로 분배되는 것도 가능하다.
제1 작동 상태에서, 스위치(26)는 폐쇄되고 구동 출력이 온보드 전력 유닛(24)으로부터 파워 인버터(22)를 통해 그리고 각각 하나의 변압기(21)를 통해 버스 바(7)에 전달될 수 있다. 적절한 스위칭에서 제1 전기 샤프트(11)의 구동 모터(5)가 상기 출력으로 구동될 수 있다.
제2 작동 상태에서, 제1 전기 샤프트(11)의 구동 모터(5)에는 더 이상 파워 인버터(22)를 통해 전력이 공급되는 것이 아니라, 제1 내연 기관(3) 및 이와 연결된 발전기(4)를 통해 공급된다. 이를 위해 제1 전기 샤프트(11)의 스위치(9)는 폐쇄되고 예를 들어 도선 연결부(14, 15)는 개방된다.
도선 연결부(14, 15)가 제3 작동 상태에서 폐쇄됨으로써, 파워 인버터(22)가 제1 전기 샤프트(11)의 구동 모터(5)에 출력을 전달할 수 있다. 추가로, 제2 작동 상태에서와 같이 제1 전기 샤프트가 활성화됨으로써, 제1 내연 기관(3) 및 이와 연결된 발전기(4)가 구동 모터(5)에 전력을 공급한다. 이는, 파워 인버터(22)가 슬래이브로서 기능하고 그 출력 교류 전압이 발전기(5)의 교류 전압에 적응됨으로써 가능하다.
제4 작동 상태에서, 도선 연결부(14, 15)는 폐쇄되나 스위치(26)는 개방된다. 이렇게 파워 인버터(22)는 구동 출력에 관여하지 않는다. 두 개의 전기 구동 샤프트(12, 13)의 스위치(9)가 폐쇄되기 때문에, 다른 내연 기관(6)이 발전기(34)를 통해 버스 바(7)를 이용하여 구동 출력을 제1 전기 샤프트(11)의 구동 모터(5)에 전달할 수 있다. 이를 통해, 높은 토크에서 높은 프로펠러 회전수가 가능하다.
제5 작동 상태 중에, 제4 작동 상태로부터 시작하여 아직도 스위치(26)가 폐쇄되어 있기 때문에 파워 인버터(22)도 전기 출력을 버스 바(7)에 전달한다.
도 2는 상대적인 프로펠러 회전수에 따른 구동 케스케이드 구현의 예시적인 그래프를 도시한다. 프로펠러 회전수의 증가 시에, 이를 위해 필요한 회전수에 따른 프로펠러 출력(10)이 연속으로 증가하며, 프로펠러 회전수 뿐만 아니라 프로펠러 출력도 각각의 최대 값에 대해 세팅된다. 이로써, 100%의 최대 프로펠러 회전수에서 프로펠러 출력은 최대이며 100%의 값을 취하며, 이는 연속 작동에서 최대 크기와 관련된다. 특히 가스터빈을 통해서는 물론 100% 이상의 단시간 작동이 가능한데, 이는 과부하 용량을 근거로 하고 비상 거동 시에 사용될 수 있다.
구동 케스케이드 시스템은, 40% 미만의 프로펠러 회전수에 대해 파워 인버터의 비교적 작은 가용 출력(17)만이 이용되며, 파워 인버터는 최대 프로펠러 출력의 20%까지 실행할 수 있다. 가스터빈 또는 대형 디젤 엔진과 같이 출력이 강한 구동 유닛이 비활성화로 유지될 수 있기 때문에, 각각의 부품들이 최적의 작동점에 가깝게 작동될 수 있고 에너지가 절감된다.
최대 프로펠러 회전수의 45% 내지 70% 범위 내의 중간 프로펠러 회전수에서, 가스터빈을 포함할 수 있는 제1 전기 샤프트는 가용 출력(18)을 공급한다. 이제, 파워 인버터는 비활성화되거나 또는 완전히 온보드 전력 시스템의 요구에 상응하게 작동될 수 있는데, 그 이유는 제1 전기 샤프트가 단독으로 최대 프로펠러 출력의 50%까지 제공할 수 있기 때문이다. 이에 상응하여, 파워 인버터의 가용 출력(17)이 중간 프로펠러 회전수에서 0으로 감소할 수 있다.
끝으로, 복수의 전기 샤프트가 최대 프로펠러 회전수의 65%부터의 높은 프로펠러 회전수에 대해 세팅된다. 전기 샤프트의 가용 출력(19)은, 최대 프로펠러 회전수를 구현할 수 있을 정도로 충분히 크다.
살펴본 바와 같이, 증가하는 프로펠러 회전수에서 전환 중에, 제1 또는 복수의 전기 샤프트는 이미 언급한 시간 상수를 감안하기에 충분히 일찍 시동된다. 프로펠러 회전수의 감소 시에 적시적인 동기화가 발생하는데, 이때, 예를 들어 파워 인버터는 가용 출력(17)을 적시에 증가시킨다. 이로써, 구동 출력 및 교류 전압의 동기화를 위한 충분한 시간이 유지되며, 이는 실제로 저크없는 연속적인 가속 또는 감속 그래프를 가능케 한다. 이는 낮은 속도의 전환 거동 중에 장점을 제공한다.
도시된 구동 케스케이드에 추가로, 다른 단계가 구현될 수 있는데, 더 큰 중간 프로펠러 회전수가 가능하도록 파워 인버터가 전기 샤프트에 연결된다. 또는, 구동 시스템의 좀 더 큰 최대 출력에 도달하도록 파워 인버터가 복수의 전기 샤프트에 연결될 수 있다. 이는 가능한 한 빠르게 가속 또는 감속되어야 하는 비상 상황에서 특히 큰 장점을 제공한다.
요약하여, 본 발명은 구동 시스템 구동 방법에 관한 것이며, 상기 방법은,
- 제1 작동 상태에 따라, 구동 시스템의 하나 이상의 구동 프로펠러가 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수 이하로 작동되고, 하나 이상의 구동 프로펠러와 연결된 구동 시스템의 하나 이상의 구동 프로펠러가 제1 교류 전압으로 작동되며, 하나 이상의 작동 상태에 따라 하나 이상의 파워 인버터가 제1 교류 전압을 제공하는 단계와,
- 제2 작동 상태에 따라, 하나 이상의 구동 프로펠러가 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수 이상으로 작동되고, 하나 이상의 구동 모터가 제2 교류 전압으로 작동되며, 제2 작동 상태에서 제1 내연 기관은 제2 교류 전압을 발생시키는 제1 발전기를 작동시키는 단계를 제공한다.
선박이 정지 상태로부터 최대 속도까지 그리고 그 반대로, 연속 추진 시 덜커덕거리는 추진 변동을 방지하면서, 동시에 개별 구동 부품들의 경제적인 작동으로 움직일 수 있도록, 제1 작동 상태로부터 제2 작동 상태로의 전환 시 또는 그 반대로의 전환 시, 먼저 하나 이상의 구동 프로펠러가 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수로 작동되게 하는 회전수로 제1 내연 기관을 작동시키고, 하나 이상의 파워 인버터를 이용하여 제1 교류 전압을 제2 교류 전압과 동기화하는 방법을 제안한다.

Claims (9)

  1. 구동 시스템의 구동 방법이며,
    제1 작동 상태에 따라, 하나 이상의 구동 프로펠러(2)와 연결된 구동 시스템의 하나 이상의 구동 모터(5)를 제1 교류 전압으로 작동시켜, 구동 시스템의 하나 이상의 구동 프로펠러(2)를 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수 이하로 작동시키는 단계로서, 상기 제1 작동 상태에 따라 하나 이상의 파워 인버터(22)가 제1 교류 전압을 제공하는 단계와,
    제2 작동 상태에 따라, 하나 이상의 구동 모터(5)를 제2 교류 전압으로 작동시켜, 하나 이상의 구동 프로펠러(2)를 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수 이상으로 작동시키는 단계로서, 상기 제2 작동 상태에 따라 제1 내연 기관(3)이 제2 교류 전압을 발생시키는 제1 발전기(4)를 구동하는 단계를 포함하는, 구동 시스템 구동 방법에 있어서,
    제1 작동 상태로부터 제2 작동 상태로의 전환 시 또는 그 반대로의 전환 시, 먼저 하나 이상의 구동 프로펠러(2)가 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수로 작동되게 하는 회전수로 제1 내연 기관(3)이 작동되고, 하나 이상의 파워 인버터(22)가 제1 교류 전압을 제2 교류 전압과 동기화하는 것을 특징으로 하는, 구동 시스템 구동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동 방법은 제3 작동 상태에 따라 하나 이상의 구동 모터(5)를 제3 교류 전압으로 작동시켜, 하나 이상의 구동 프로펠러(2)를 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수보다 큰 사전설정 가능한 제2 프로펠러 회전수 이상으로 작동시키는 추가 단계를 포함하며,
    상기 제3 작동 상태에 따라 하나 이상의 파워 인버터(22)의 제1 교류 전압이 제2 교류 전압과 동기화되어 함께 제3 교류 전압을 제공하며,
    제2 작동 상태로부터 제3 작동 상태로의 전환 시, 제1 교류 전압이 하나 이상의 파워 인버터(22)에 의해 제2 교류 전압과 동기화되어야 비로소 하나 이상의 구동 모터(5)가 제3 교류 전압으로 작동되는, 구동 시스템 구동 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 구동 방법은 제4 작동 상태에 따라 하나 이상의 구동 모터(5)를 제4 교류 전압으로 작동시켜, 하나 이상의 구동 프로펠러(2)를 사전설정 가능한 제1 프로펠러 회전수보다 큰 사전설정 가능한 제3 프로펠러 회전수 이상으로 작동시키는 추가 단계를 포함하며,
    상기 제4 작동 상태에 따라, 하나 이상의 다른 내연 기관(6)이, 제2 교류 전압과 동기화되어 함께 제4 교류 전압을 제공하는 각각 하나의 다른 교류 전압을 발생시키는 하나 이상의 각각 다른 발전기(34)를 구동하며,
    제2 작동 상태로부터 제4 작동 상태로의 전환 시, 하나 이상의 다른 발전기(34)의 각각의 각변위가 제1 발전기(4)의 제1 각변위와 동기화되는, 구동 시스템 구동 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 구동 방법은 제5 작동 상태에 따라 하나 이상의 구동 모터(5)를 제5 교류 전압으로 작동시켜, 하나 이상의 구동 프로펠러(2)를 사전설정 가능한 제4 프로펠러 회전수 이상으로 작동시키는 추가 단계를 포함하며,
    제5 작동 상태에 따라, 하나 이상의 파워 인버터(22)의 제1 교류 전압이 제4 교류 전압과 동기화되어 함께 제5 교류 전압을 제공하며,
    제4 작동 전압으로부터 제5 작동 전압으로의 전환 시, 제1 교류 전압이 하나 이상의 파워 인버터(22)에 의해 제3 교류 전압과 동기화되어야 비로소 하나 이상의 구동 모터(5)가 제5 교류 전압으로 작동되는, 구동 시스템 구동 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 작동 상태에서 작동 중에, 각각의 교류 전압의 생성을 위해 필요한 구동 시스템의 부품에 결함이 있을 경우 다른 작동 상태로 전환되며,
    하나 이상의 구동 모터에 인가된 교류 전압의 고려하에 상기 다른 작동 상태의 각각의 교류 전압의 동기화가 실행되는, 구동 시스템 구동 방법.
  6. 하나 이상의 구동 시스템을 구비한 선박용 제어부이며,
    상기 제어부는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 수단을 포함하는, 제어부.
  7. 하나 이상의 구동 시스템 및 제6항에 따라 구성된 제어부를 구비한 선박.
  8. 제7항에 따른 제어부에서 실행될 경우, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램.
  9. 제8항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 프로그램 제품.
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