JPH0739299U - 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ことができ、かつ安定で応答の速い
制御が可能な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】本考案は、船舶の主エンジンによって駆動され
る軸発電機を備えた主機軸駆動発電装置の電圧制御装置
において、前記軸発電機の出力電流を検出する電流検出
器と、その電流検出値をもとに関数を発生する関数発生
器と、電圧調整器の端子電圧指令値を前記関数発生器の
出力信号により補正するための演算器とを設け、前記軸
発電機の出力電流により当該軸発電機の端子電圧を補正
するように構成しているので、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、かつ安定で
応答の速い制御が可能である。

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、軸発電機が低速度でコンバー 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可能な主機軸駆動発電装 置の電圧制御装置に関する。

【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３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は回転数検出器、２０は電圧指令演算器である 。

【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。低速機は一般的に寸法、形状が大 きい上に、少しの出力容量の違いでも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、高速機であるので低速機に比べ少ない寸法増加で対応 できる。

【０００６】

【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負荷が小さい時、軸発電機１の端子電圧が一定と なるように制御すると、インバータ３での電流制御が不安定になることがあると いう問題があった。

【０００７】 これは、通常の発電運転中、コンバータ２は制御角α＝０°一定で最大直流出 力電圧が得られるように運転し、インバータ３のβ位相制御で負荷に供給する電 流を制御している。ここでインバータ３側についてみると、直流電圧Ｖ_dcと同期 調相機４の端子電圧Ｖ_s/c は一定であり、直流電圧Ｖ_dc、同期調相機の端子電圧 Ｖ_s/c 、制御進み角β、転流重なり角ｕの関係は次式となる。

【数１】

【０００８】 負荷が大きく転流重なり角ｕが大の時は、制御進み角βも大となってβリミッ ト値に対するβの可変範囲が大であるが、負荷が小さく転流重なり角ｕが小の時 は、制御進み角βも小となり、電流のわずかな変化でβリミットとなって電流制 御が不安定になる。電流制御器１４はインバータ３の制御がβリミットとなって 電流が制御しきれない場合に、コンバータ２のα位相制御で電流を制御しようと する。例えば、負荷が小さくなり直流電流を減少させるような場合に、インバー タ３の位相制御がβリミットとなり、コンバータ２側でもα位相制御のモードに なることである。ここでシステムの電流制御の応答についてみると、軸発電機１ は低速機で出力周波数が低いため、コンバータ２の位相制御の応答はインバータ ３の位相制御の応答にくらべ遅く、システムの電流制御の応答も遅くなる。

【０００９】 通常のコンバータ２が制御角α＝０°一定で運転される場合は、インバータ３ による速い制御応答を望めるが、コンバータ２側でもα位相制御を行うモードに なるとシステムの制御応答はコンバータ２側の遅い制御応答になってしまう。ま た、応答が遅いだけでなく制御が不安定になるという問題があった。

【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、かつ安定で応答の速い制御が可 能な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 調相機とを備えた主機軸駆動発電装置の電圧制御装置において、前記軸発電機の 出力電流を検出する電流検出器と、その電流検出値をもとに関数を発生する関数 発生器と、前記電圧調整器の端子電圧指令値を前記関数発生器の出力信号により 補正するための演算器とを設け、前記軸発電機の出力電流により当該軸発電機の 端子電圧を補正するように構成したことを特徴とする ものである。

【００１２】

【作用】

本考案によれば、軸発電機の出力電流を検出し、その値をもとに発生した負荷 に応じた関数で端子電圧指令値を補正して軸発電機の端子電圧を制御するような 電圧調整器の構成としているので、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、かつ安定で応答の速い制御が可能である。

【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 の図３と異なる点は、第２の電流検出器２１、フィルタ回路２２、関数発生器２ ３、演算器２４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、コンバータ及び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。そして、安定で応答の速い制御も可能である 。そのために本実施例では、軸発電機１の出力電流を検出する第２の電流検出器 ２１とフィルタ回路２２で処理した電流検出値をもとに関数を発生する関数発生 器２３と、端子電圧指令値を関数発生器２３の出力信号により補正するための演 算器２４とを設け、軸発電機１の出力電流により当該軸発電機の端子電圧を補正 する構成としている。

【００１５】 このような構成とした場合、主機軸駆動発電装置の発電運転中、軸発電機１の 端子電圧を負荷の大小にかかわらず適正値に制御することができる。そのため、 従来方式では負荷が小さくなり、インバータ３の位相制御がβリミットとなり、 コンバータ２側でもα位相制御のモードになりシステムの電流制御の応答が遅く なるような場合にも、軸発電機１の出力電流から負荷の大きさを検出し、関数発 生器２３により軸発電機１の端子電圧指令値を補正しているので、コンバータ２ は制御角α＝０°一定のままで運転し、インバータ３のβ位相制御で負荷に供給 する電流を制御できるので、インバータ３による速い制御が可能となる。また、 電流制御応答の遅れに起因する不安定現象もなくなり、無負荷から全負荷まで安 定で応答の速い制御が可能となる。

【００１６】 図２は本考案の関数発生器による関数パターンの一例で、横軸は軸発電機１の 出力電流で負荷の大きさにほぼ比例する。縦軸は軸発電機１の端子電圧指令値を 補正する信号で、負荷が小さい時に端子電圧指令値を下げる関数パターンとして いる。これにより、コンバータ２を制御角α＝０°一定のままで、インバータ３ の位相制御はβリミットに対し充分余裕をもった制御で運転することができ、イ ンバータ３による速い制御が可能になる。また、上記関数パターンは一例であり 、目的に応じて任意のパターンを設定することが可能である。

【００１７】 なお、本実施例では独立したフィルタ回路２２、関数発生器２３、演算器２４ 、電圧指令演算器２０、制御増幅器１７など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 ーラにてソフトウェアにより実現することもできる。 また、本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い。

【００１８】

【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、また負荷の大小にかかわらず安定で応答の 速い制御が可能になる、というすぐれた効果を奏する。

【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】図１の関数発生器による関数パターンの一例を
示す図。

【図３】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
３，２１…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、１９…回転数
検出器、２０…電圧指令演算器、２２…フィルタ回路、
２３…関数発生器、２４…演算器。

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を備えた主機軸駆動発電装置の
   電圧制御装置において、前記軸発電機の出力電流を検出
   する電流検出器と、その電流検出値をもとに関数を発生
   する関数発生器と、前記電圧調整器の端子電圧指令値を
   前記関数発生器の出力信号により補正するための演算器
   とを設け、前記軸発電機の出力電流により当該軸発電機
   の端子電圧を補正するように構成したことを特徴とする
   主機軸駆動発電装置の電圧制御装置。