JPS5840440B2 - 船舶用軸発電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は周波数変換器および電動発電機を使用した船舶
用軸発電装置の運転特性の改良に関するものである。

最近、船舶において船内電力を経済的に得る方法の一つ
として船舶の主機関の動力の一部を利用して発電すると
ころのいわゆる軸発電装置、別称主機駆動発電装置が注
目されている。

軸発電装置にも各種のものがあるが周波数変換器と交流
電動機および交流発電機を組合せたものは出力電圧波形
が良好である。

負荷からの外乱による影響が少なく動作の安定度が高い
等の特長がある。

第１図はこの方式の軸発電装置の従来例を示す。

図において１は主機関、２は減速機、３はツーペラ、４
は軸発電機、５はコンバータ、６は直流リアクトル、７
はインバータ、８はインバータで１駆動される同期電動
機、９は出力用の同期発電機、１０は始動用電動機、１
１は補助発電機、１２は発電機用ディーゼル・エンジン
、１３，１４゜１５はしゃ断器、１６は交流母線、１７
は制御装置、１８，１９，２０．２１は自動電圧調整器
（以下ＡＶＦｔと略す）、２２は補助変圧器、２３は変
流器である。

第１図の従来例の動作について簡単に述べると次のよう
になる。

軸発電機４は減速機２を経て供給される主機関１の動力
を電力に変換する。

４は普通、同期発電機が使われるが、周知のように同期
発電機は回転速度が変化するとその発生電力の周波数も
変化する。

主機関１０回転速度は操船上の都合や海からの外乱によ
って時々刻々と変化しており、したがって軸発電機の周
波数も常に変化している。

この変動周波数電力を安定化して良質の電力に変換する
ためコンバータ５で直流電力に変換して、直流リアクト
ル６で平滑後、インバニク７で再度、周波数の一定の交
流電力に変換し同期機８を定速駆動する。

一方、出力用の同期機９は８と直結あるいは歯車結合等
により回転子が機械的に結合した構造に構成されるので
出力用の同期機９も定速１駆動され船内の交流母線へ定
周波定電圧の交流電力を供給する。

ＡＶＲ１８〜２１はそれぞれ同期機４，８゜９．１１０
出力電圧を一定に制御する。

なお１０は８，９の始動用電動機で、ｌＬ１２から成る
ディーゼル発電装置は船の停泊中等の軸発電装置が使用
できない時に船内へ電力を供給するためのものである。

次にこの軸発電装置の運転について説明すると船が外洋
へ出て軸発電機４が使用可能な状態になれば軸発電機４
の電圧を確立する。

次にしゃ断器１４を投入し同期機８，９を始動させ、そ
れぞれ出力電圧を確立する。

そして、インバータ７へは軸発電機４の電圧をコンバー
タ５で整流した直流電圧が印加される。

次いで制御装置１７によりインバータ７を始動させる。

１７は７を制御して同期機８，９の定速運転を開始する
。

運転を開始した後はしゃ断器１４をしゃ断する。

その後は通常のディーゼル発電装置と同様に、同期機９
を交流母線１６へしゃ断器１３で同期併入し運用を開始
する。

なお、インバータ７は主に経済的理由により普通他励イ
ンバータが使われる。

次に制御装置１７の動作原理について簡単に説明する。

コンバータ５の出力側の直流電圧ＶＯＯＮＶは、軸発電
機４の出力電圧がｖＧで５がダイオードによる三相全波
ブリッジ接続の場合、周知のように■式で表される。

一方、インバータ７の要する直流電圧ＶＩＮＶは同期機
８の出力電圧をｖＭとすれば、これも周知のように７が
三相全波ブリッジ接続の場合、■式で表される。

■式においてγはいわゆるインバータの制御進み角であ
る。

したがって運転中にコンバータ５からインバータ７へ流
れる直流電流ＩＤＣは直流回路の等価抵抗をＲｅとすれ
ば■式で表される。

したがってインバータ７で一定周波数の交流電力に変換
される直流電力ＰＤＯは■式のようになる。

■ 制御装置１７は負荷変化等の種々の外乱に応じてγを制
御してインバータ７によって直流から交流に交換される
電力の大きさを制御して同期機８゜９の回転速度を一定
に制御することにより軸発電装置の出力周波数を一定に
保つ。

以上説明した軸発電装置は、出力電圧波形が良好である
。

安定度が高い、設計自由度が大きい等の利点を有してい
るが次に述べるような欠点がある。

つまり、主機関１０回転速度が通常運転範囲以下に低下
した場合に同期機８の運転力率が低下するため８の機械
寸法が大きくなり、またＡＶＲｌＢも容量の大きなもの
が必要となる。

また運転効率も低下する等の問題がある。

この問題点について詳しく説明する。

主機関１が通常運転範囲で運転している場合、軸発電機
４の出力電圧ｖＧはＡＶＲｌＢにより定格電圧に保たれ
ている。

一方、同期機８の出力電圧ｖＭはＡＶＲｌＢにより定格
電圧に保たれているので、インバータ７の制御進み角γ
は３００近辺の値で動作しており同期機８は高力率で運
転される。

周知のようにインバータの運転力率はほぼｃｏｓγにな
るためである。

ところが、主機関１０回転速度が通常運転範囲以下に低
下した場合は、ＡＶＲｌＢが飽和し軸発電機４は定格電
圧を維持できなくなり、ＶＧは回転速度の低下につれて
低下する。

一方、同期機８は一定速度で運転されているためｖＭは
定格電圧を維持する。

したがって制御装置１７は運転に必要な直流電流をイン
バータ１に供給するため制御進み角γの値を大きくし■
式で表わされるＶＯＯＮＶの低下に応じて■式で表され
るＶＩＮＶＯ値を低下させる。

ところが前述したようにγが大きくなるとインバータの
運転力率が低下する。

またＶＩＮＶが低下するため同じ変換電力を得るために
はより大きな直流電流が必要とされ、力率の悪い大きな
電流が同期機８に流れるため、８の機械寸法やＡＶＲｌ
Ｂの容量が大きくなり運転効率も低下するのである。

本発明はこのような欠点を改善することを目的とするも
ので、軸発電機４の電圧低下に応じて同期機８の電圧を
低下させるように構成したものである。

本発明の一実施例を第２図に示す。

図において２４．２５．２６は電圧検出用の補助変圧器
である。

その他は第１図における同一番号のものと同一である。

第１図の従来例との相違点はＡＶＲ，１８，１９の電源
を交流母線１６から得ている点と、１９の電圧設定値に
軸発電機４の出力電圧を使い同期機８の出力電圧を４の
電圧低下に応じて低下させるように構成した点にある。

第２図の動作を説明すると、主機関１の回転速度が通常
運転範囲内で運転している場合は第２図は第１図と同様
に動作する。

つまり軸発電機４は定格電圧を発生しているので同期機
８もそれにつれて定格電圧を発生し制御装置１７はγを
制御して８を定速度運転している。

ところが主機関１の回転速度が通常運転範囲以下になる
と、ＡＶＲ１８が飽和し４の出力電圧ＶＭは１の回転速
度につれて低下する。

ところがｖＭが低下すれば同期機８のＡＶＲ１９の電圧
設定値が低下することになるので８の出力電圧も低下す
ることになる。

したがって■式で明らかなように制御装置１７はγをあ
まり大きくすることなしに同期機８を定速度運転するの
に要する直流電流をインバータに供給することができる
。

つまりインバータ７は主機関１の回転速度が通常運転範
囲内およびそれ以下の広い範囲にわたって比較的小さい
γによる高力率運転ができるので、同期機８の機械寸法
やＡＶＲ１９の容量を小さくできる。

また８の運転効率が良くなるので軸発電装置のシステム
効率が高くなる。

第３図は第２図の実施例における軸発電機４と同期機８
の出力電圧と主機関１の回転速度の関係を示す図である
。

以上説明したように本発明によれば主機関の回転速度が
通常運転範囲を外れて異常に低下した時にも効率よく運
転できる軸発電装置をより安価に提供できる。

主機関の回転速度の異常低下は船舶の操船上の都合や主
機関のトリップの場合に発生し、その場合軸発電装置に
より給電されている船内負荷はディーゼル発電機等の補
助発電機に速やかに移す必要がある。

このような時に広い範囲にわたって効率よく運転できる
軸発電装置は好都合であり、船舶の安全運航の面におけ
る本発明の効果も太き（／＼なお、第２図に示す実施例
においてコンバータ５はダイオードで構成されているが
、これをサイリスクで構成してもよいことはもちろんで
ある。

また周波数変換部をコンバータ・インバータ方式による
場合で説明したが、これを他励式電流形サイクロコンバ
ータで構成した場合も同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の船舶用軸発電装置のブロック図、第２図
は本発明に係わる船舶用軸発電装置のブロック図で第３
図は主機関の回転速度と軸発電機および同期電動機の出
力電圧との関係を示す特性図である。 １・・・・・・主機関、４・・・・・・軸発電機、５・
・・・・・コンバータ、７・・・・・・インバータ、８
・・・・・・同期電動機、９・・・・・・同期発電機、
１７・・・・・・制御装置、１８，１９゜２０ 、２１
−・・−・・ＡＶ Ｒ０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転速度が変化する原動機により駆動される軸発電
   機、上記軸発電機の発生する電圧を一定に制御する自動
   電圧調整器、上記軸発電機の発生する変動周波数交流電
   力を一定周波数の交流電力に変換する周波数変換器、上
   記周波数変換器の出力に電機子が接続された同期電動機
   、上記電動機と回転軸が機械的に結合され連動して回転
   し、かつその電機子が船内交流母線に接続された同期発
   電機、上記電動機と上記発電機との電圧を一定に制御す
   る自動電圧調整器および上記周波数変換器を制御する制
   御装置から成る発電装置において、軸発電機の電圧が定
   格値に保たれている間は同期電動機の電圧を定格値に保
   ち、上記軸発電機の電圧が低下した場合はそれに応じて
   上記同期電動機の電圧を低下させるように制御すること
   を特徴とする船舶用軸発電装置。