(57)【要約】      （修正有）【課題】廃熱回収システムによるエネルギー発生停止の際における電気系統故障、特に船の停電を回避することを可能にする船舶推進システムの運転のための方法および船舶推進システムを提供する。【解決手段】軸発電機／電動機１１の電動機動作中におけるエネルギー発生の停止の際に、軸発電機／電動機１１が電動機動作から発電機動作に切り換えられ、切換時間中に、船内電気系統５の電圧および周波数がその都度予め与えられている限界値を下回らないように、エネルギー源１７が電気エネルギーを船内電気系統５に供給することによって回避される。【選択図】図１
2010222001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリュー（４）に連結されている軸装置（３）を駆動する主機（２）と、
軸装置（３）に連結されかつコンバータ（１２）を介して船内電気系統（５）に接続されていて、電動機動作時には電気エネルギーを船内電気系統（５）から軸装置（３）の駆動のための機械エネルギーに変換し、発電機動作時には軸装置（３）の機械エネルギーを船内電気系統（５）のための電気エネルギーに変換する軸発電機／電動機（１１）と
を含む船舶推進システム（１、５０）の運転のための方法において、
軸発電機／電動機（１１）の電動機動作中における船内電気系統（５）のためのエネルギー発生の停止の際に、軸発電機／電動機（１１）を電動機動作から発電機動作に切り換え、切換時間中に、船内電気系統（５）の電圧および周波数をその都度予め与えられている限界値を下回らないように、エネルギー源（１７、５２）から電気エネルギーを船内電気系統（５）に供給することを特徴とする方法。
【請求項２】
コンバータとして直流電流中間回路形コンバータ（１２）を使用し、エネルギー源として船内電気系統（５）のための無効電力を発生するための回転調相機（１７）を使用することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
コンバータとして直流電圧中間回路形コンバータ（５１）を使用し、エネルギー源として直流電圧中間回路の中間回路コンデンサ（５２）を使用することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
コンバータ（１２、５１）が、各々制御可能な変換器弁を備えた系統側および電動機側変換器（１３、１４）を有し、軸発電機／電動機（１１）の電動機動作から発電機動作への切換を変換器弁のオン時間の変化によって行なうことを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項５】
船舶推進システム（１、５０）が、船内電気系統（５）への給電のために廃熱回収システム（２０）を含み、
該システム（２０）は主機（２）の廃熱から電気エネルギーを発生して船内電気系統（５）に給電し、そして
軸発電機／電動機（１１）が、廃熱回収システム（２０）によるエネルギー発生停止の際に電動機動作から発電機動作に切り換えられることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項６】
軸発電機／電動機（１１）の電動機動作から発電機動作への切換を、廃熱回収システム（２０）によってソフトウェア制御の電力管理システム（３０）の介在なしに実行することを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
廃熱回収システム（２０）によるエネルギー発生の停止の際に船内電気系統（５）に接続されている船舶運転のために重要でない電気負荷（６）を遮断することを特徴とする請求項５又は６記載の方法。
【請求項８】
軸発電機／電動機（１１）を電動機動作から発電機動作へ１秒よりも短い時間内に切り換えること特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方法。
【請求項９】
スクリュー（４）に連結されている軸装置（３）を駆動する主機（２）と、
軸装置（３）に連結されかつ電気的にコンバータ（１２）を介して船内電気系統（５）に接続されていて、電動機動作時には電気エネルギーを船内電気系統（５）から軸装置（３）の駆動のための機械エネルギーに変換し、発電機動作時には軸装置（３）の機械エネルギーを船内電気系統（５）のための電気エネルギーに変換することを可能にする軸発電機／電動機（１１）と、
を含む船舶推進システム（１）において、
船内電気系統（５）のためのエネルギー発生の停止の際に軸発電機／電動機（１１）を電動機動作から発電機動作に切り換えるための制御・調節システム（１６）と、
電動機動作から発電機動作への切換中に電気エネルギー（Ｅ）を船内電気系統（５）に供給することを可能にするエネルギー源（１７、５２）とを備え、
電動機動作から発電機動作への切換時間と、切換時間中に船内電気系統（５）に供給可能なエネルギーに関するエネルギー源（１７、５２）の大きさとが、切換中に船内電気系統（５）に供給されるエネルギーにより、船内電気系統（５）の電圧および周波数がその都度予め与えられている限界値を下回らないように、互いに調整されることを特徴とする船舶推進システム。
【請求項１０】
コンバータが直流電流中間回路形コンバータ（１２）として構成され、エネルギー源が船内電気系統（５）のための無効電力を発生するための回転調相機（１７）であることを特徴とする請求項９記載の船舶推進システム。
【請求項１１】
コンバータが直流電圧中間回路形コンバータ（５１）として構成され、エネルギー源が直流電圧中間回路の中間回路コンデンサ（５２）であることを特徴とする請求項９記載の船舶推進システム。
【請求項１２】
コンバータ（１２、５１）が、各々制御可能な変換器弁を備えた系統側および電動機側変換器（１３、１４）を有し、制御・調節システム（１６）が変換器弁のオン時間の変化によって軸発電機／電動機（１１）を電動機動作から発電機動作へ切り換えることを特徴とする請求項９乃至１１の１つに記載の船舶推進システム。
【請求項１３】
主機（２）の廃熱から船内電気系統（５）のための電気エネルギーを得るべく廃熱回収システム（２０）を含み、そして
廃熱回収システム（２０）によるエネルギー発生が消滅した際に軸発電機／電動機の電動機動作から発電機動作への切り換えのために制御・調節システムが働くことを特徴とする請求項９乃至１２の１つに記載の船舶推進システム。
【請求項１４】
軸発電機／電動機（１１）の電動機動作から発電機動作への切換が、廃熱回収システム（２０）によってソフトウェア制御の電力管理システム（３０）の介在なしで実行可能であることを特徴とする請求項１３記載の船舶推進システム。
【請求項１５】
廃熱回収システム（２０）によるエネルギー発生の停止の際に船内電気系統（５）に接続されている船舶運転のために重要でない電気負荷（６）が遮断されることを特徴とする請求項１３又は１４記載の船舶推進システム。
【請求項１６】
軸発電機／電動機（１１）が電動機動作から発電機動作へ１秒よりも短い時間内に切換可能であるように、軸発電機／電動機（１１）、コンバータ（１２、５２）および制御・調節システム（１６）が構成されていることを特徴とする請求項９乃至１５の１つに記載の船舶推進システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文による船舶推進システムの運転のための方法と請求項９の前文に記載の船舶推進システムに関する。この種の船舶推進システムは、例えば２００４年４月２８／２９日にロンドンで開催された「Green Ship  Conference April 2004」において公表された刊行物「Less emissions through waste  heat recovery」(Waertsilae Corporation)から公知である。
【０００２】
大型貨物船、例えばコンテナ船のための推進システムは、一般に、スクリューに連結された軸装置、例えばスクリュー軸の駆動のための機械エネルギーを発生するための低速走行する２サイクルディーゼルエンジンの形での主機を含む。この種のエンジンの推進出力は約１０ＭＷにおいて始まり、目下のところ７０ＭＷ以上において終わる。
【０００３】
船内の電気負荷は、一般に船内電気系統から電気エネルギーを供給され、電気エネルギーはここでも発電機から発生させられ、発電機は主機よりも高速走行する補機、一般に高速走行する４サイクルディーゼルエンジンによって駆動される。
【０００４】
最近では、上昇する燃料費、少ない排気への要望および少ない動作コストへの要望が、エネルギー回収のための主機の廃熱利用への関心を強めた。利用可能な廃熱は、特に主機の排気ガスおよび冷媒に存在する。
【０００５】
前述の刊行物から公知の船舶推進システムにおいては、廃熱回収システムが主機の廃熱から電気エネルギーを発生し、これを船内電気系統へ供給する。コンバータを介して電気系統に接続された軸発電機／電動機が軸装置に連結され、電動機動作時には船内電気系統からの電気エネルギーを軸装置駆動のための機械エネルギーに変換し、発電機動作時には軸装置の機械エネルギーを船内電気系統のための付加的な電気エネルギーに変換する。
【０００６】
廃熱回収システムがエネルギーを船内電気系統に供給するや否や、電力管理システムによって、電流発生装置を駆動するための補機が負荷を軽減され、或いはそのうえ更に最善の場合には遮断される。付加的に軸発電機／電動機によって発電機動作にて電気エネルギーを船内電気系統に供給し、そのため補機からの電力需要がなお一層低下させられる。この措置によって、燃料および運転コストならびに補機の排気が著しく低減される。
【０００７】
優先的な狙いは、できるかぎり廃熱回収システムによって回収した全ての電気エネルギーを船内電気系統に供給することにある。廃熱回収システムが船内電気負荷にとって必要であるよりも多いエネルギーさえも発生する場合には、このエネルギー余剰分により軸発電機／電動機が電動機動作にて運転され、従って付加的な駆動力がスクリュー軸に対して与えられる。この動作状態では、廃熱回収システムのみにより電気エネルギーが船内電気系統に供給され、これに対して補機は遮断される。
【０００８】
廃熱回収システムによるエネルギー発生の突然停止の際には、一般に上位の電力管理システムによって補機が始動されて、それによって駆動される発電機が船内電気系統のための電流を発生するまでに若干の時間がかかる。従って、廃熱回収システムによるエネルギー発生の停止は、系統電圧および系統周波数に急激な変化をもたらし、それによって船内電気系統の完全停電に至るまでの船内負荷の安全遮断、即ち船の運転にとって重要な負荷の遮断をもたらす。
【０００９】
本発明の課題は、廃熱回収システムによるエネルギー発生停止の際における電気系統故障、特に船の停電を回避することを可能にする冒頭に述べた如き船舶推進システムの運転のための方法および船舶推進システムを提供することにある。
【００１０】
方法に関する課題は請求項１による方法によって解決される。方法の有利な実施形態は従属請求項２乃至７の対象である。船舶推進システムに関する課題は請求項８による船舶推進システムによって解決される。船舶推進システムの有利な実施形態は従属の請求項９乃至１４の対象である。
【００１１】
本発明による方法によれば、軸発電機／電動機の電動機動作中における廃熱回収システムのエネルギー発生停止の際に、軸発電機／電動機が電動機動作から発電機動作に切り換えられ、切換時間中に、船内電気系統の電圧および周波数がその都度予め与えられる限界値を下回らないように、エネルギー源が電気エネルギーを船内電気系統に供給する。
【００１２】
船内電気系統の電圧および周波数のための各限界値の適切な選定により、系統故障が回避される。特に、廃熱回収システムによるエネルギー発生の停止時、狙いを定めて船の運転にとり重要な船内負荷の機能準備を確保することで、船の停電を回避できる。
【００１３】
本発明による方法の有利な形態によれば、コンバータとして直流電流中間回路形コンバータが使用され、エネルギー源として船内電気系統のための無効電力を発生するための回転調相機が使用される。この種のコンバータにおける無効電力発生のためにいずれにせよ必要な調相機が、廃熱回収システムによるエネルギー発生の停止の際における船内電気系統の支えのために利用される。それにより、他の付加的なエネルギー源のための付加的な占有スペースが回避される。
【００１４】
本発明の方法の代替的な形態では、コンバータとして直流電圧中間回路形コンバータが使用され、エネルギー源としてこのコンバータの直流電圧中間回路の中間回路コンデンサが使用される。この場合にも、コンバータ動作のため、特にそれの無効電力発生のためにも何れにせよ必要な中間回路コンデンサ、従って既存の中間回路コンデンサが、廃熱回収システムによるエネルギー発生の停止時に、船内電気系統の支えのために利用される。その結果、他の付加的なエネルギー源のための付加的な占有スペースが回避される。
【００１５】
軸発電機／電動機の電動機動作から発電機動作への特に高速の切換は、コンバータが、各々制御可能な変換器弁を備えた系統側変換器および電動機側変換器を有し、軸発電機／電動機の電動機動作から発電機動作への切換が変換器弁のオン時間の変化によって行なわれることによって可能である。
【００１６】
更に、軸発電機／電動機の電動機動作から発電機動作への特に高速の切換は、軸発電機／電動機の電動機動作から発電機動作への切換が廃熱回収システムによってソフトウェア制御の電力管理システムの介在なしに作動させられる場合に行なわれる。
【００１７】
切換中に供給すべきエネルギーに関するエネルギー源の大きさおよびそれの占有スペースは、廃熱回収システムによるエネルギー発生の停止の際に船内電気系統に接続されている船舶運転のために重要でない電気負荷が遮断されることによって小さく保たれる。
【００１８】
本発明による廃熱回収式船舶推進システムは、特に本発明による方法の実施のために、次のように構成されている。
廃熱回収システムによるエネルギー発生の停止の際に軸発電機／電動機を電動機動作から発電機動作に切り換えるための制御・調節システムと、
電動機動作から発電機動作への切換中に電気エネルギーを船内電気系統に供給することを可能にするエネルギー源とを備え、
電動機動作から発電機動作への切換時間と切換時間中に船内電気系統に供給可能なエネルギーに関するエネルギー源の大きさとが、切換中に船内電気系統に供給されるエネルギーのおかげで船内電気系統の電圧および周波数がその都度予め与えられている限界値を下回らないように、互いに調整されている。
【００１９】
本発明による方法に対して述べた利点は、本発明による船舶推進システムに対してそれ相応に当てはまる。
【００２０】
以下、本発明ならびに従属請求項の特徴による本発明の他の有利な構成を図示の実施例に基づいて更に詳細に説明する。
【００２１】
図１に概略的に示す大型コンテナ船用の廃熱吸収式船舶推進システム１は、低速走行する２サイクルディーゼルエンジンとして構成された主機２を有し、主機２はスクリュー軸３を介して船舶推進用スクリュー４を有する。
【００２２】
船内電気系統５は、船内の電気的な機器およびシステムへの給電のために用いられる。この場合、遮断が船の停電をもたらす重要な負荷と、船の停電をもたらさない非重要負荷（例えばホテル負荷）とが区別されるべきである。図の見易さのため、図１には、各々唯一の重要負荷６および唯一の非重要負荷７だけを示すが、実際には非常に多数のこの種負荷６、７が船内電気系統５から電流を供給される。
【００２３】
船内電気系統５用のエネルギー発生のために、各々主機より高速走行する補機９により駆動される多数の発電機８が設けられている。補機９は、一般に、例えば５ＭＷ迄の出力の高速走行する４サイクルディーゼルエンジンである。一般に、各々において発電機８およびディーゼルエンジン９は、１つのディーゼル発電機セット１０にまとめられている。
【００２４】
軸発電機／電動機１１がスクリュー軸３に機械的に結合されていて、電気的にはコンバータ１２および変圧器３５を介して船内電気系統５に接続されている。コンバータ１２は直流電流中間回路形コンバータとして構成されていて、電動機側変換器１３および系統側変換器１４から構成されている。
【００２５】
軸電動機／発電機１１は、低速走行する同期機として構成されており、介挿ギアなしに直接にスクリュー軸に作用するとよい。しかし、発電機／電動機１１をギアを介してスクリュー軸３に結合してもよいし、或いは主機２のクランクシャフトに結合してもよく、しかもスクリュー軸３から離れたところにある端部に接続してもよい。
【００２６】
軸発電機／電動機１１のための励磁電流ＩEが同様に船内電気系統５から取り込まれ、励磁用変換器１５を介して制御および調節をされる。
【００２７】
コンバータ１２および励磁電流ＩEによる電気的なエネルギーの流れの制御および調節によって、軸発電機／電動機１１を電動機としても発電機としても動作させ得る。電動機動作時には船内電気系統５からの電気エネルギーがスクリュー４の駆動のための機械エネルギーに変換される。従って、船内電気系統５における出力蓄積が船の推進出力増強のために使用可能であり、それによって船の速度を高めるか、又は同じままの船の速度において主機２の負荷が軽減される。発電機動作時にはスクリュー軸３の機械エネルギーが船内電気系統５のための電気エネルギーに変換される。これによって主機２の出力蓄積が船内電気系統５のためのエネルギー発生のために利用される。このために、軸発電機／電動機１１の定格出力は主機２の定格出力の少なくとも５％であると好ましい。
【００２８】
コンバータ１２と励磁用変換器１５による軸発電機／電動機の制御と調節は、共通な、好ましくはディジタル技術で構成された制御・調節システム１６によって行なわれる。この場合、電動機側変換器１３、系統側変換器１４および励磁用変換器１５は、制御・調節システム１６によって互いに独立に制御および調節可能である。
【００２９】
このために制御・調節システム１６は、図示しない測定装置を介して、軸発電機／電動機の回転数、電動機電圧ＵM、電動機周波数ｆM、中間回路電流Ｉd、系統電圧ＵNおよび系統周波数ｆMを検出する。
【００３０】
直流中間回路形コンバータが有効電力のみを船内電気系統５へ供給可能とすべく、船内電気系統５の無効電力需要は同期発電機として構成された調相機１７により用意する。調相機１７は通常動作時に移相機としてのみ動作し、有効電力を系統５に供給しない。始動用コンバータ１８と始動用電動機１９が調相機１７の始動のために使用される。始動用コンバータ１８の制御は同様に制御・調節システム１６によって行なわれる。
【００３１】
付加的に廃熱回収システム２０が主機２の熱を船内電気系統５のための電気エネルギーに変換する。このため、主機２の排ガスからの熱が熱交換器２１を介して図示しない蒸気循環路に伝達される。蒸気循環路中に蒸気タービン２２が接続されていて、蒸気タービン２２はタービン発電機２３に連結されている。そのうえ排ガスの一部が熱交換器２１への供給前に動力タービン２４に供給され、動力タービン２４は同様にタービン発電機２３に連結されている。タービン発電機２３で発生された電気エネルギーが船内電気系統５へ供給される。
【００３２】
ソフトウェア制御の電力管理システム３０は、種々の負荷のための電気エネルギーの需要に応じた供給を配慮し、要求および自由使用可能な出力に応じ、開閉器３１、３２、３３を介して、個々の負荷６、７、ディーゼル発電機セット１０、タービン発電機２３又は軸発電機／電動機１１を投入又は遮断する。電力管理システム３０は、このために制御線３４又は他の通信接続を介して開閉器３１、３２、３３、ディーゼル発電機ユニット１０、制御・調節システム１６ならびに廃熱回収システム２０の図示しない制御・調節システムに接続されている。
【００３３】
船舶推進システム１の運転時の優先的な目標は、廃熱回収システム２０により回収した全ての電気エネルギーを船内電気系統５に供給することにある。タービン発電機２３が船内電気系統へエネルギーを供給するや否や、電力管理システムによりディーゼル発電機セット１０が負荷を軽減され、可能であれば遮断さえもされる。この措置に伴い、燃料コストと運転コストならびにディーゼル発電機セット１０の排気を著しく減らせる。
【００３４】
廃熱回収システム２０が、更に船内電気負荷６、７のために必要とされるよりも多量のエネルギーを発生する場合には、このエネルギー余剰分により軸発電機／電動機１１が電動機動作で運転され、そのためスクリュー軸３に付加的な駆動力が与えられる。従って、この運転状態では廃熱回収システム２０のみが電気エネルギーを船内電気系統に供給し、これに対しディーゼル発電機セット１０は遮断される。
【００３５】
廃熱回収システム２０によるエネルギー発生の突然の停止、例えば故障時の停止は、重要および非重要な負荷６、７の安全遮断という結果を伴う船内電気系統５の電圧および周波数の急激な変化、従って船の停電を招いていた。何故ならば、ディーゼル発電機セット１０が始動されて船内電気系統５のためのエネルギー供給に自由使用可能になる迄に数秒の時間がかかるからである。
【００３６】
これを回避すべく、軸発電機／電動機が故障信号発生後１秒よりも短い時間内に電動機動作から発電機動作に切り換えられる。切換時間中は、系統５のエネルギー需要が調相機１８の回転運動エネルギーで満たされる。これは一時的に重要負荷のためのエネルギー供給を引き受け、このためのエネルギーを船内電気系統５に供給し、特に船内電気系統５の電圧と周波数がその都度予め与えられた限界値を下回らないように供給する。限界値は船内停電を招き得る重要な船内負荷６の安全遮断を回避できるように選定される。切換時間と切換時間中の調相機のエネルギー発生能力とは、このために相互に調整されている。更に、１秒よりも短い切換時間においては、一般に使用される４〜７ＭＶＡの出力を有する調相機のエネルギー蓄積・エネルギー発生能力は十分であるので、切換時間中におけるエネルギー供給目的に狙いを定めた過大な設計は必ずしも必要としない。
【００３７】
タービン発電機２３が船内電気系統５および種々の電力変換器の無効電力需要を満たし得る場合に、調相機１７の運転は必要でなく、調相機１７は遮断され得る。勿論この場合には、タービン発電機２３の故障時に船内電気系統５を支えるために、調相機の回転運動エネルギーも利用できない。従って、調相機１７はタービン発電機２３によるエネルギー発生時にも運転され続ける。
【００３８】
短い切換時間は、一方では廃熱回収システム２０が制御・調節システム１６に直接の導線接続３６を介して、即ちソフトウェア制御の電力管理システム３０をバイパスして、故障信号を送ることによって得られる。これによって、電力管理システムのソフトウェアによる信号伝達遅れが回避できる。
【００３９】
制御・調節システム１６は、このために信号入力を有する。この信号入力は、導線接続３６を介して、即ち「ハード」配線によって直接に廃熱回収システム２０の故障通報信号発生器に接続されている信号入力を有する。実施例において、信号発生器は、故障時にタービン発電機２３を系統５から切り離すべく開路される、開閉器３２の図示しない絶縁された補助接点である。
【００４０】
更に、このような短い切換時間は、変換器１３、１４および励磁用変換器１５の制御が電動機動作から発電機動作への切換時にパルス遮断なしに、即ち変換器弁のオン時点およびそれに伴うオン時間の変化のみにより行なわれることで得られる。変換器弁としてサイリスタが使用される場合には、一般にオン時点は所謂制御角αを介して制御される。ＧＴＯ、ＩＧＢＴ又はＩＧＣＴを使用する場合には、オン時点もオフ時点も制御可能である。
【００４１】
このようなパルス遮断なしの変換器弁制御は、制御・調節システム１６がコンバータ１２と電力変換器１５を介して軸発電機／電動機を電動機動作および発電機動作にて同じ調節様式にて調節することによって可能である。この結果、電動機動作と発電機動作のための異なる調節様式の場合に必要な、電動機動作から発電機動作への移行時におけるパルス遮断およびそれに伴う遅れを回避できる。
【００４２】
軸発電機／電動機が電動機動作時にも発電機動作時にもトルク調節され、従って授受される電気出力に比例して調節されるとよい。何故なら、回転数が比較的緩やかに変化するからである。この際、制御・調節システム１６は、図２に従い、一方では発電機動作におけるトルク目標値ＭGの発生のための調節構成要素４１を有し、他方では電動機動作におけるトルク目標値ＭMの発生のための調節構成要素４２を有し、切換手段４３によって、両目標値の一方のみが、発電機動作と電動機動作におけるコンバータ１２と１５の制御のための後続の制御構成要素４４に接続される。調節構成要素４１、４２、切換手段４３および制御構成要素４４は、ソフトウェアにおける機能ブロックとして実現するとよい。
【００４３】
以下、図３を参照しつつ、電力変換器１３、１４、１５において変換器弁としてサイリスタが使用される場合につき、電動機動作から発電機動作への切換を説明する。この場合には、電力変換器１３、１４、１５の変換器弁のオン時間およびそれに伴う電動機動作から発電機動作への切換は、その都度の制御角を介して制御される。サイリスタを通る電流はそれらの点弧時点に依存する。制御角は、電圧零通過時点の点弧に対して点弧時点がどれ程の角度だけずらされているかを示す。制御角の制御により電力変換器を通る電流の流れを制御でき、従って電力変換器出力側における電流および電圧を制御できる。
【００４４】
図３は、信号線３６上の故障信号Ｓ、船内電気系統５の電力需要ＰN、コンバータ１２の系統側での電力授受ＰM、電動機側変換器１３の制御角αM、系統側変換器１４の制御角αNおよび励磁電流ＩEの時間的経過を示す。
【００４５】
時点ｔ１において、故障信号Ｓが値Ｓ0への跳躍によって廃熱回収システム２０の故障を合図する。これに伴い、一方で電力管理システム３０の介在なしに船内電気系統５の電力需要ＰNが非重要負荷７の遮断によって低下される。他方で制御・調節システム１６が軸発電機／電動機１１を１秒より短い時間内に電動機動作から発電機動作に切り換える。このため、第１のステップにおいて系統側変換器１４が次のように制御される。即ち、系統５から変換器１４への電流の流れが最大限の速度にて阻止され、それによって船内電気系統５からの電気エネルギーへの需要も更に低下させられる。
【００４６】
このため、電動機動作のための調節構成要素４２がトルク目標値ＭMを速やかに零に低下させ、それに伴い変換器１４の弁制御のための制御角αNを元の値αN1から値αN2へ増大させる。
【００４７】
結局、この措置により、船内電気系統の電力需要ＰNが値ＰNminに低下する。更に、系統周波数の瞬時値が後での発電機動作のための目標値として制御・調節システム１６に保存される。
【００４８】
軸発電機／電動機１１が電動機動作時に界磁弱め領域で運転されていた場合、次のステップにおいて、励磁用変換器１５が、励磁電流ＩEを介して電動機電圧ＵMがコンバータ１２のサイリスタのインバータ転流失敗の危険が回避できる限り低減されるように制御される。これは励磁用変換器１５のサイリスタのための制御角αIEの変化により行なわれる。
【００４９】
軸発電機／電動機１１の励磁が発電機動作のための目標値に減少する迄の時間は、励磁電流ＩEが先ず実際に発電機動作のための目標値よりも小さい値に低下させられてから引き続いて目標値迄引き上げられるように励磁用変換器１５を制御することで短縮される。実施例の場合におけるように、励磁電流を先ず０．６×ＩEmaxに低下させ、しかる後に０．８×ＩEmaxに引き上げることが特に有利であることが分かった。
【００５０】
軸発電機／電動機１１が電動機動作にて界磁弱め領域外で運転されていた場合、電動機電圧ＵMはコンバータにおけるインバータ転流失敗を回避するに既に十分に小さい。
【００５１】
次のステップでは、時点ｔ2で制御・調節システム１６によって電動機側変換器１３が次のように制御される。即ち、変換器１３を通るエネルギー流れ方向が逆になり、従って変換器１３が軸発電機／電動機１１からエネルギーを受け入れて、直流電流に変換し、直流電流中間回路３７に供給するように制御される。これは、変換器１３の弁制御のための制御角αMを元の値αM1から値αM2へ縮小することによって行なわれる。軸発電機は今や電動機動作から発電機動作へ移行する。
【００５２】
次のステップでは、時点ｔ3において制御・調節システム１６によって系統側変換器１４が次のように制御される。即ち、系統側変換器１４が、直流電流中間回路３７に変換器１３から供給されるエネルギーを船内電気系統５の周波数を持った電流に変換し、船内電気系統５に供給するように制御される。これは、変換器１４の弁制御のための制御角αNを値αN2から値αN3へ縮小することによって行なわれる。
【００５３】
コンバータ１２は、今や、主機２の回転数に依存した周波数、従って船内電気系統５とは異なる周波数を有する電動機側電流を、船内電気系統５の周波数を有する電流に変換する。この場合、系統電圧の周波数は制御・調節システム１６によって切換開始前の船内電気系統５における瞬時値に調節される。
【００５４】
発電機動作への切換の時間中に船内電気系統５が必要とするエネルギーＥは調相機１７によって供給されるので、船内電気系統５の周波数と電圧がその都度予め与えられている限界値を下回ることはなく、限界値は重要負荷７の安全遮断が確実に回避されるように選定されている。
【００５５】
直流電流中間回路形コンバータ１２の代わりに、直流電圧中間回路形コンバータも使用可能である。この場合、船内電気系統５の無効電力需要が直流電圧中間回路形コンバータの中間回路コンデンサによって満たされるので、特別な無効電力調整機は必要でない。
【００５６】
図４は、これに関して、直流電流中間回路形コンバータが直流電圧中間回路形コンバータ５１によって置き換えられ、調相機が省略されていることを除けば図１の船舶推進システム１に対応する船舶推進システム５０を示す。
【００５７】
電動機動作から発電機動作への切換中には、船内電気系統５の電圧および周波数がその都度予め与えられている限界値を下回らないように、中間回路コンデンサ５２が電気エネルギーを船内電気系統に供給する。切換時間中に船内電気系統５に供給可能なエネルギーに関係する電動機動作から発電機動作への切換のための時間および中間回路コンデンサ５２の容量がこのために相互に調整される。
【００５８】
サイリスタ変換器弁を有する電力変換器および制御角αを介するそれらの制御の説明例おいて、１秒よりも短い切換時間ｔ3−ｔ1が達成される。
【００５９】
ターンオンに関してもターンオフに関しても制御可能な変換器弁、例えばＩＧＢＴ変換器弁が使用される場合には、それらの制御が、制御角を介して行なわれる代わりに、パルスパターンを介して行なわれる（パルス幅変調）。この場合には、系統から系統側変換器への電流の流れの阻止、電動機側におけるエネルギー方向の転換および系統側変換器による系統電圧および系統周波数を有する船内電気系統へのエネルギー供給が、その都度変換器のパルスパターンの変化によって行なわれる。このため、１００ｍｓの範囲内の切換時間さえも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の有利な実施形態による船舶推進システムの原理図
【図２】図１の制御・調節システムの構成例を示すブロック図
【図３】軸発電機／電動機の電動機動作から発電機動作への切換例を示すタイムチャート
【図４】本発明の第２の有利な実施形態による船舶推進システムの原理図
【符号の説明】
【００６１】
１  船舶推進システム、２  主機、３  スクリュー軸、４  スクリュー、５  船内電気系統、６  重要負荷、７  非重要負荷、８  発電機、９  補機、１０  ディーゼル発電機セット、１１  軸発電機／電動機、１２  直流電流中間回路形コンバータ、１３  電動機側変換器、１４  系統側変換器、１５  励磁用変換器、１６  制御・調節システム、１７  調相機、１８  始動用コンバータ、１９  始動用電動機、２０  廃熱回収システム、２１  熱交換器、２２  蒸気タービン、２３  タービン発電機、２４  動力タービン、３０  電力管理システム、３１〜３３  開閉器、３４  制御線、３５  変圧器、３６  導線接続、３７  直流電流中間回路、４１、４２  調節構成要素、４３  切換器、４４  制御構成要素、５０  船舶推進システム、５１  直流電圧中間回路形コンバータ、５２  中間回路コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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