JPH05219654A - 船舶用電力システム - Google Patents

船舶用電力システム

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JPH05219654A
JPH05219654A JP4210439A JP21043992A JPH05219654A JP H05219654 A JPH05219654 A JP H05219654A JP 4210439 A JP4210439 A JP 4210439A JP 21043992 A JP21043992 A JP 21043992A JP H05219654 A JPH05219654 A JP H05219654A
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JP
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power system
voltage
propulsion
marine
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JP4210439A
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Inventor
Thomas B Dade
ダツデ，トーマス・ビイ
Kenneth W Leiding
レイデイング，ケンネス・ダブリユ
Peter P Mongeau
モンギオー，ピーター・ピイ
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Kaman Aerospace Corp
Newport News Shipbuilding and Dry Dock Co
Original Assignee
Newport News Shipbuilding and Dry Dock Co
EML Research Inc
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Publication date
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
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    • B63H23/22—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
    • B63H23/24—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/13—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines using AC generators and AC motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J4/00—Circuit arrangements for mains or distribution networks not specified as AC or DC; Circuit arrangements for mains or distribution networks combining AC and DC sections or sub-networks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • H02J2105/30—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load the load networks being external to vehicles, i.e. exchanging power with vehicles
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】回転機械の数を減らした電力システムであり、
推進力および船内サービスを同一の発電装置により供給
する。 【構成】交流発電機１４の電圧は低い直流電圧に整流さ
れ推進モータ５６の過渡現象は船内サービス電力システ
ムには反映しない。シリコン制御整流器(SCR) ブリッジ
が発電機の交流電圧を低い直流電圧に変換するのに利用
される。非常用電力供給として、充電式電池４６，４８
が推進および船内サービス用電力を供給するため設けら
れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は一般に船舶用電力システム、とく
に潜水船舶または水上船舶における推進ならびに船内サ
ービス用電力システムに関するものである。大型船舶に
おいては、二つの際立った動力要求が存在する。一つの
要求は推進（すなわち、推進軸を駆動する動力）であ
り、他の要求は船内電力サービス（すなわち、照明、コ
ンピュータ、電子機器等）である。推進と船内サービス
の動力要求とは余りにも相違が大きいため、一般に別々
の電力発生システムが設けられている。代表的機械推進
プラントは二つの推進タービン、減速歯車、二つのター
ビン発電機セットおよび推進および舶用サービス電力に
供給するための二つの電動発電機セットを有する。回転
機械の数が多いため、これらの現存システムは騒音が大
きく、大型で、重量大かつ製造、維持に経費がかかる。
現存する船舶用電気推進システムもまた、一部は別々の
電力発生装置が推進および舶用サービス用に設けられな
ければならないため、きわめて大型かつ重量大である。
別々の電力発生装置の代わりに、推進および船内サービ
ス用に同じ電力発生装置を利用することが提案された。
米国特許第 4,661,714号には、そのような代替案が開示
されており、それによれば、船舶の推進モータを駆動す
る三相電力は変成器を通して主要な船内サービスに供給
されるようになっている。そのシステムの主要な欠点は
推進モータの過渡状態が船内サービスに影響することで
あり、船内サービスの中には大きい電力変動によって損
傷されまたは少なくとも混乱する電子装置が含まれてい
る。
【０００２】本発明の目的は、進歩した舶用電力システ
ムを提供することである。本発明の別の目的は、回転機
械の数を減少した電力システムを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、電気推進力ならびに船内サ
ービス電力を供給するため同じ発電装置を利用すること
である。本発明のなお別の目的は、推進モータ電圧過渡
現象が船内サービスに影響するのを防止することであ
る。本発明のまた別の目的は、充電可能な電池によって
電力システムにおける停電することのない電力システム
を提供することである。本発明の電力システムは、好ま
しい実施例において、推進ならびに船内サービス電力を
供給する二つの高速発電機を有する。左舷および右舷の
各発電機は通常船舶の電力システムの半分に供給する。
しかしながら、発電機の一方が故障すると、配電盤は残
りの運転中の発電機が、少なくとも一時的に、システム
全体に給電するように設定することができる。
【０００３】各発電機の電気的出力は推進動力コンバー
タによって、通常のように、電機推進モータが必要とす
る適当な電圧および周波数に変換される。本発明のシス
テムにおいて、発電機出力の一部は船内サービス用にシ
リコン制御整流器（ＳＣＲ）ブリッジによって整流され
る。整流された電圧は推進モータ電圧より低く、船内サ
ービス電力供給は、推進モータ電圧過渡現象が低い電圧
より大きくないように制限されている限り、一定のまま
にされることができる。ＳＣＲ整流器ブリッジは交流発
電機出力電力を中間バスの直流出力電力に変換させる。
絶縁ゲート二極トランジスタ（ＩＧＢＴ′ｓ）インバー
タモジュールは船内サービス負荷要求に対応するため、
良質の交流または直流電力を発生する。好ましい実施例
において、船内サービス用に停電することなく電力を供
給するため充電可能な電池が中間バスに接続される。さ
らに、非常推進のため、電池は推進モータ供給システム
の中間バスに接続される。本発明のこれらのおよび他の
特徴、目的および利点は図面および下記の記載から明ら
かになるであろう。
【０００４】図１は本発明の電力システムの全体的ブロ
ック線図である。通常の舶用電気システムは左舷および
右舷を含む、全体的に二つの側に二重に分割されてい
る。発電機セットはそれぞれエンジン１０，１２および
発電機１４，１６を備えている。エンジン１０，１２ま
たはそれ以上の一般に原動機は、タービン（ガスまたは
蒸気）もしくはディーゼルのような適当な動力源とする
ことができる。発電機１４，１６は本発明が応用される
特殊な船舶に適した交流発電機とすることができる。二
つの発電機１４，１６の交流電力は適当な導線を通して
それぞれ左舷発電機配電盤１８および右舷発電機配電盤
２０に接続されている。通常の運転において、両方の発
電機が全力運転しているとき、発電機１４の出力はスイ
ッチパネル２２を通して左舷サービス整流器回路２４お
よび左舷推進整流器回路２６に供給される。同様に発電
機１６はスイッチパネル３６を通して右舷サービス整流
器回路３１および左舷推進整流器回路３２に供給する。
もしいずれかの発電機出力が利用しえなくなると、運転
中の発電機は図１に示すように自動的にスイッチパネル
３４または２８を通して船舶の他の半分に供給し、また
ゲートを作動することによって信号を発電機を作動する
ため船内サービスおよび推進整流器回路に信号を伝達す
る。
【０００５】整流器回路２６および３２は、推進直流バ
ス３８，４０にそれぞれ接続されている。これらの中間
直流バスはまたスイッチパネル４４を通して電池４２に
接続され、発電機１４，１６の故障の際非常推進動力を
えることができる。バス３８および４０はそれぞれ、左
舷および右舷推進コンバータ回路４６，４８に接続さ
れ、それらの回路は直流電圧を交流推進モータ５０に適
した波形、周波数および大きさを有する交流運転出力に
変換する。その大きさおよび型は所定の用途に大して選
択された推進モータ５０は推進機５２を駆動する。上記
のように発電機１４，１６の出力はそれぞれ船舶サービ
ス整流器回路２４，３０および２５，３１に接続されて
いる。下記に一層詳細に説明する整流機回路２４，２５
および３０，３１は、大型船舶では通常交流 890Ｖであ
る交流電圧を通常直流 370Ｖ（ライン−中性点）に降圧
する。推進モータ電圧過渡状態の大きさは所定の船舶ま
たは車両の種類に対して経験的に決定することができ
る。そのような決定によれば整流器回路によって給電さ
れる電圧は、そのような過渡状態を補償するのに十分な
値まで、発電機出力電圧から降圧された船内サービスに
対して一定に維持される。整流回路２４，２５および３
０，３１から降圧された直流電圧はそれぞれ左舷および
右舷バス５４，５６に供給される。
【０００６】これらの中間バス５４，５６から、電圧は
舶用サービス動力インバータ５８，６０に供給され、イ
ンバータ５８，６０は全体的に符号６２，６４で示した
船内サービス負荷に必要な良質の交流または直流動力を
供給する。これらの負荷は通常照明、コンピュータ、レ
ーダーおよび種々の電子装置を含んでいる。さらに、バ
ス５４，５６からの降圧された電圧は左舷および右舷の
電池充電／コンバータ回路６７，６８および６８，６９
にそれぞれ供給される。これらの回路は６７，６８およ
び６８，６９は、通常運転の際電池に充電するためまた
は非常の際電池から中間直流バス５４，５６に直流電圧
を供給するためスイッチ板４４を通して電池４２に接続
されている。図１は本発明の基本的電力システムを示し
ている。通常の大型船舶において、別の発電機セットが
舶用サービス負荷に電力を給電するため使用されてい
る。本発明の特異なシステムにおいて、発電機１４，１
６からの動力は推進モータ５０と舶用サービス負荷６
２，６４に、推進モータの過渡現象が舶用サービスシス
テムに影響する危険なしに、分配される。さらに、電池
４２は両方の推進およばバイタル舶用サービス負荷に非
常用電力を供給する。
【０００７】図２は本発明の左舷船内サービス電力およ
び電力システムの電池部分のブロック線図である。右舷
部分も同様である。上記のように交流電圧は左舷発電機
１４および右舷発電機１６からそれぞれ右舷舶用サービ
ス整流機２４，２５に供給される。図２に示す好ましい
実施例において、これらの整流機回路２４，２５はシリ
コン制御整流器（ＳＣＲ）ブリッジを有する。図３に示
すように、各ＳＣＲブリッジは別の６脚モジュールとし
て構成され、一方は右舷発電機入力用で他方は左舷発電
機用である。図３は６脚モジュールの一つを示す。通常
の大型舶用システムにおいて、交流発電機入力はほぼ交
流 890Ｖである。ＳＣＲブリッジ整流器はこの電圧をほ
ぼ直流± 370Ｖ（ライン−中性点）に整流し、この電圧
は右舷および左舷中間バス５４，５６に給電される。Ｓ
ＣＲブリッジ整流器は通常のように位相を制御型で自動
的に中間直流電圧に制御する。発電機電圧の変化を自動
的に補償するＳＣＲブリッジによって、船内サービス電
圧はたとえば推進モータの過渡状態より４０％電圧が降
下しても一定に保たれる。上記のように、これらの過渡
状態の大きさは、特殊な船舶または車両のクラスに対し
て経験的に決定される。
【０００８】図２において、中間バス５４における直流
電圧は右舷船内サービスインバータ５８に給電される。
図２に示す好ましい実施例において、船内サービスイン
バータは交流 450Ｖを発生するため船内に別に設置され
たモジュール、三相動力源を有する。右舷船内サービス
も同じモジュールを有する。交互の交流／直流または直
流／直流変換は特殊な負荷要求に応じて通常のように実
施することができる。図４はそれぞれ左舷および右舷モ
ジュール用の好ましい回路を示す。この回路は中間バス
５４，５６の直流電圧を三相交流に変換するため、パル
ス幅変調モードの絶縁ゲート二極トランジスタ（ＩＧＢ
Ｔｓ）を使用している。通常のパルス幅変調（ＰＷＭ）
は負荷とは無関係に電圧、周波数および位相を制御する
ことができる。ＰＷＭ周波数はリップルおよびフイルタ
要求を最少にするため20KHz の範囲にあるのが好まし
い。図４に示すように、単段フイルタが基本リップルを
１％以下に減少するため利用されている。図２におい
て、中間バス５４の直流電圧は充電器６６に給電され
る。別の充電回路（および電池コンバータ回路）が、図
１に示すような好ましい実施例において船舶の左舷およ
び右舷の両半部に設けられている（ブロック６６，６７
および６８，６９）。図５は電池充電器の好ましい回路
を示す。このセンタータップ構造は中間直流電圧、通常
直流± 370Ｖ（ライン−中性点）を、通常± 135Ｖ（ラ
イン−中性点）または通常直流± 270Ｖ（ライン−ライ
ン）の定格電圧に降圧する。絶縁ゲート二極トランジス
タはスイッチ要素に使用され、ＰＷＭが充電電力および
電圧を制御するのに使用されることが好ましい。
【０００９】ふたたび図２を参照すると、舶用電池は直
流−直流コンバータ６７をブーストするため接続されて
いる。非常の場合、舶用電池の電圧は中間バス５４に伝
達され船内サービス要求に対処し、図１を参照して説明
したように、非常推進力を供給する。図６はブーストコ
ンバータ用の好ましい回路を示し、その回路は電池電圧
を中間バス電圧に逓増するため中心タップ変成器を使用
している。さらに、絶縁ゲート二極トランジスタがスイ
ッチ要素に使用されるのが好ましく、またＰＷＭはバス
５４に供給される電力および電圧を制御する。上記のよ
うに、図２には船内サービスの一部しか示されていない
が、左舷舶用サービスも同じある。以上本発明を好まし
い実施例について記載した。しかしながら、小形船舶に
おいて、別々の発電機セット（すなわち、左舷および右
舷）および二重の回路は必要がなく、また大型船舶にお
いては二つ以上の発電機および推進モータの種々の別の
組合わせがえられる。さらに、インバータモジュール、
電池充電機およびブーストコンバータの別異の回路が、
この技術の通常の知識を有する技術者にとって明らかで
ある。上記のように、本発明によってえられる明らかな
利点は舶用サービス負荷に跳返りかつ影響する推進モー
タの過渡状態の危険なしに、推進電力システムおよび船
内サービス電力システムに供給しうることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電力システムの全体的ブロック線図で
ある。
【図２】左舷船内サービスおよび電池電力システムのブ
ロック線図である。
【図３】船内サービス電力変換に利用されるＳＣＲブリ
ッジの回路線図である。
【図４】船内サービス電力を供給するため利用されるイ
ンバータモジュールの回路線図である。
【図５】本発明の電力システムに利用される電池充電装
置の回路線図である。
【図６】本発明の電力システムに利用される電池直流／
直流ブーストコンバータの回路線図である。
【符号の説明】
１０ エンジン １２ エンジン １４ 交流発電機 １６ 交流発電機 １８ 左舷発電機配電盤 ２０ 右舷発電機配電盤 ２２ 左舷スイッチパネル ２４ 左舷船内サービス整流器回路 ２５ 左舷船内サービス整流器回路 ２６ 左舷推進機整流器回路 ２８ 右舷スイッチパネル ３０ 右舷船内サービス整流器回路 ３１ 右舷船内サービス整流器回路 ３２ 右舷推進整流器回路 ３４ 左舷スイッチパネル ３６ 右舷スイッチパネル ３８ 左舷推進直流バス ４０ 右舷推進直流バス ４２ 電池 ４４ スイッチパネル ４６ 左舷電池充電器 ４８ 右舷電池充電器 ５０ 推進モータ ５４ 中間バス ５６ 中間バス ５８ 左舷船内サービスコンバータ ６０ 右舷船内サービスコンバータ ６２ 左舷船内サービス負荷 ６４ 右舷船内サービス負荷 ６７ 左舷電池充電コンバータ ６９ 右舷電池充電コンバータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダツデ，トーマス・ビイ アメリカ合衆国．バージニア・23662．ポ クオソン．ホワイト・ハウス・ドライブ. 103 (72)発明者 レイデイング，ケンネス・ダブリユ アメリカ合衆国．バージニア・23503．ノ ーフオーク．オルリンズ・ストリート. 9425 (72)発明者 モンギオー，ピーター・ピイ アメリカ合衆国．マサチユーセツツ・ 01748．ホプキントン．ヴアレイウツド・ ロード．13

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の大きさの交流電圧を発生する第１
    発電機、 船舶の推進機を駆動する推進モータを有する推進電力シ
    ステム、 前記発生した交流電圧を前記推進電力システムに供給す
    る装置および船内サービス電力システム、 を有する船舶用電力システムにおいて、 前記発生した交流電圧を前記推進電力システムに供給す
    る装置は、前記交流電圧を制御された小さい大きさの直
    流電圧に整流する装置を有し、前記小さい大きさの直流
    電圧は一定値だけ前記第１の大きさの交流電圧より小さ
    く、それにより前記一定値より小さい前記推進電力シス
    テムにおける過渡現象は前記整流する装置によって前記
    船内電力システムに影響しないように自動的に補償され
    ることを特徴とする船舶用電力システム。
  2. 【請求項２】 前記制御された整流装置はシリコン制御
    整流器ブリッジを有することを特徴とする請求項１に記
    載の船舶用電力システム。
  3. 【請求項３】 前記発生した交流電圧を前記サービス電
    力システムに接続する装置は船内サービス負荷によって
    使用されるため前記大きさの直流電圧を三相交流電圧に
    変換するインバーターを有することを特徴とする請求項
    １または２に記載の船舶用電力システム。
  4. 【請求項４】 前記インバーターは絶縁ゲート二極トラ
    ンジスタを有することを特徴とする請求項３に記載の船
    舶用電力システム。
  5. 【請求項５】 充電式電池をさらに有することを特徴と
    する請求項４に記載の船舶用電力システム。
  6. 【請求項６】 前記小さい大きさの直流電圧を伝送する
    直流バスをさらに有し、前記直流バスは前記制御された
    整流装置にまた前記インバータに接続されていることを
    特徴とする請求項５に記載の船舶用電力システム。
  7. 【請求項７】 前記電池を充電する装置を有し、前記充
    電装置は前記直流バスに接続され、それにより前記電池
    は前記直流バスの前記小さい大きさの直流電圧から充電
    されることを特徴とする請求項６に記載の船舶用電力シ
    ステム。
  8. 【請求項８】 電池電圧を前記小さい大きさの直流電圧
    に変換するため前記電池と前記直流バスの間に接続され
    た変換装置を有し、それにより前記電池は前記船内サー
    ビス電力システムに交流電力を供給することを特徴とす
    る請求項７に記載の船舶用電力システム。
  9. 【請求項９】 前記充電式電池を前記推進電力システム
    に接続する装置を有し、それにより前記電池が船舶推進
    用交流電力を供給することを特徴とする請求項５に記載
    の船舶用電力システム。
  10. 【請求項１０】 前記第１の大きさの交流電圧を発生す
    る第２発電機をさらに有することを特徴とする請求項５
    に記載の船舶用電力システム。
  11. 【請求項１１】 前記第１または第２発電機のいずれか
    によって発生された交流電圧を前記推進モータに供給す
    る装置を有することを特徴とする請求項１０に記載の船
    舶用電力システム。
  12. 【請求項１２】 前記第１および第２発電機の双方によ
    って発生された交流電圧を前記推進モータに供給する装
    置を有することを特徴とする請求項１０に記載の船舶用
    電力システム。
  13. 【請求項１３】 前記第１または第２発電機の一方また
    は双方によって発生された交流電圧を右舷側船内サービ
    スシステムに供給する装置を有することを特徴とする請
    求項１０に記載の船舶用電力システム。
  14. 【請求項１４】 前記第１または第２発電機の一方また
    は双方によって発生された交流電圧を左舷側船内サービ
    スシステムに供給する装置を有することを特徴とする請
    求項１０に記載の船舶用電力システム。
JP4210439A 1991-08-15 1992-08-06 船舶用電力システム Pending JPH05219654A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/745350 1991-08-15
US07/745,350 US5199912A (en) 1991-08-15 1991-08-15 Electric power system for marine vehicles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05219654A true JPH05219654A (ja) 1993-08-27

Family

ID=24996328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4210439A Pending JPH05219654A (ja) 1991-08-15 1992-08-06 船舶用電力システム

Country Status (9)

Country Link
US (1) US5199912A (ja)
EP (1) EP0536876B1 (ja)
JP (1) JPH05219654A (ja)
KR (1) KR930004151A (ja)
DE (1) DE69208193T2 (ja)
DK (1) DK0536876T3 (ja)
ES (1) ES2089408T3 (ja)
FI (1) FI923650A7 (ja)
GR (1) GR3019506T3 (ja)

Cited By (2)

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