(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸発電機からコンバータ／インバータ形周波数変換器及び遮断器を介して船内給電系統の母線に電力を供給し、同期調相機を上記周波数変換器と遮断器の間に接続した船舶の主軸発電装置において、上記周波数変換器と遮断器との間に変圧器を設けたことを特徴とする船舶の主軸発電装置。
【請求項２】
上記変圧器の１次側及び２次側巻線うちの少なくとも一方の巻線をデルタ結線としたことを特徴とする請求項１記載の船舶の主軸発電装置。
【請求項３】
上記変圧器が上記周波数変換器の内部に装備されていることを特徴とする請求項１又は２記載の船舶の主軸発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶の主軸発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の船舶の主軸発電装置においては、図４に示すように、主機関たるディ−ゼルエンジン１の出力が固定ピッチプロペラ２に伝達される一方、中間の軸に設置された主軸発電機３にも伝達される。そして、このディ−ゼルエンジン１により所定回転数で稼動される主軸発電機３の出力は、コンバータ／インバータ形周波数変換器４を経た後、遮断器５を介してそのまま船内給電系統の母線６に接続されている。７は同期調相機である。
【０００３】
ここで船内給電系統の母線６は、例えば交流電圧４４０Ｖの低圧の供給母線である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、主軸発電機３で発電し、コンバータ／インバータ形周波数変換器４で周波数変換された電力の電圧波形は歪みが多いため、同期調相機７の体格を大きくしてインピーダンスを下げ、歪みを一定値以下になるようにしている。このため、母線６において短絡が生じた場合、同期調相機７側より流出する短絡電流が大きく増加することになる。その結果、母線６に接続される自己用の遮断器及び他の回路用の遮断器の短絡容量や、母線の短絡耐力を増加させる必要が生じ、そのためにコストの増加が発生する。場合によっては、必要耐力に見合う遮断器が市販されていない場合もある。尚、短絡容量の算出には図示されていない他の発電機が寄与する短絡電流も合算される。
【０００５】
特に、最近の大型コンテナ船の発電プラントは、船の大型化に伴い益々大きくなって来ており、これに伴い上記交流電圧４４０Ｖという低圧を適用することが難しく、高電圧例えば３３００Ｖで供給せざるを得なくなる。高電圧を採用すると必然的に高圧配電が必要となり、このために必要となるコストの増加は非常に大きなものがある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、船内給電系統の母線の短絡電流を減少させることができ、従って母線の遮断器の短絡容量及び母線の短絡耐力を減少させることが可能な船舶の主軸発電装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、主軸発電機からコンバータ／インバータ形周波数変換器及び遮断器を介して船内給電系統の母線に電力を供給し、同期調相機を上記周波数変換器と遮断器の間に接続した船舶の主軸発電装置において、上記周波数変換器と遮断器との間に変圧器を設けたものである。
【０００８】
船内給電系統に短絡事故が生じた場合、その短絡回路中に変圧器のリアクタンス分のインピーダンスが挿入されることとなるので、該変圧器が存在しない場合に比べ、母線の短絡電流を減少させることができる。従って母線の遮断器の短絡容量及び母線の短絡耐力を減少させることができ、高電圧でなく低電圧が採用でき、結果として主軸発電装置（配電を含む）のコストをひいては船舶の製造コストを著しく下げることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、上記変圧器の１次側及び２次側巻線うちの少なくとも一方の巻線をデルタ結線としたものである。これにより出力波形を改善し船内給電系統の母線に現れる高周波成分を低減することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、上記変圧器が上記周波数変換器の内部に装備されている構成のもので、扱いやすい実際的な船舶の主軸発電装置を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１に船舶の主軸発電装置の構成を、図２にその全体概略を示す。
【００１４】
図１及び図２に示すように、主機関たるディ−ゼルエンジン１の出力が固定ピッチプロペラ２に伝達される一方、軸の中間に装備された主軸発電機３にも伝達される。主軸発電機３は、この主機ディ−ゼルエンジン１により所定回転数で稼動される。
【００１５】
この主軸発電機３の出力は、コンバータ／インバータ形周波数変換器４を経て船内給電系統の母線６に接続されるが、従来と異なり、コンバータ／インバータ形周波数変換器４を経た後、更に変圧器８を経てから船内配電盤９に導かれ、該配電盤内の遮断器５を介して船内給電系統の母線６に接続されている。この変圧器８は上記周波数変換器４の内部に装備されている。
【００１６】
周波数変換器４は、コンバータ４１、直流リアクトル４２、インバータ４３、交流リアクトル４４を順次接続して成り、主軸発電機３で発電された電力は、このコンバータ／インバータ形周波数変換器４で周波数変換される。この変換された電力は、変圧器８を経て、所定の電圧、ここでは交流電圧４４０Ｖにて母線６に供給される。変圧器８の１次側及び２次側巻線うち、一次側つまり周波数変換器４側をデルタ結線とし、２次側つまり母線６側をＹ結線としている。これは母線６に供給される電力の出力波に含まれる高調波を低減するためであり、変圧器８の１次側及び２次側巻線うち、少なくとも一方をデルタ結線とすれば足りる。
【００１７】
同期調相機７は、上記の周波数変換器４と変圧器８との結合点Ｐに接続されている。この同期調相機７は、上記周波数変換器４で周波数変換された電力の電圧波形に多く含まれる歪みを一定値以下に抑えるべく、その同期調相機７の体格を大きくしてインピーダンスを下げている。そこで、仮に母線６において短絡が生じた場合、変圧器８が無いときは、既に述べたように同期調相機７側より流出する短絡電流が大きく増加し、このため母線６に接続される自己用或いは他の回路用の遮断器５の短絡容量や、母線６の短絡耐力を増加させる必要が生じ、装置のコストが著しく増加することになる。
【００１８】
しかし、主軸発電装置の出力側に変圧器８を設けているので、短絡が発生した場合、短絡回路中に変圧器のリアクタンスが挿入されるため、短絡電流が抑制されることになる。
【００１９】
図３は短絡が発生した場合の簡易的な等価回路（１相分）を示したもので、ＸS は同期調相機７のリアクタンス（母線側換算値）、ＸT は変圧器のリアクタンス、Ｅは発電電圧（母線側換算値）である。図３の母線側Ａ、Ａ′が短絡した場合の短絡電流Ｉは、Ｉ＝Ｅ／（ＸS ＋ＸT ）で求まり、同期調相機７のリアクタンスＸS の他に変圧器８のリアクタンスＸT が加わるため、短絡電流Ｉは変圧器８が無い場合よりも小さくなる。但し、厳密には、発電機の過度リアクタンス、初期過度リアクタンス、抵抗、時定数を考慮して計算される。
【００２０】
このように、主軸発電装置の出力側に変圧器８を設け、それを経由して、母線６の遮断器５に接続することにより、短絡電流Ｉを減少させ、母線の遮断器５の短絡容量及び母線６の短絡耐力を減少させることができ、その分だけ主軸発電装置のコストを低減することができる。
【００２１】
例えば、最近の大型コンテナ船では、船の大型化に伴い発電プラントも大きくなって交流電圧４４０Ｖという低圧を適用し難く、高電圧３３００Ｖで供給せざるを得ない場合もでてきているが、上記のように主軸発電装置の出力側に変圧器８を設けることにより、低圧の４４０Ｖで船内給電系統を構築することが可能であり、主軸発電装置のコスト、ひいては船舶１隻当たりの造船コストを下げることができる。
【００２２】
また、主軸発電装置の出力側に変圧器８を設けることは、軸発電機３の出力電圧を母線電圧とは関係なく選択することができるという長所も有する。
【００２４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００２５】
（１）請求項１に記載の発明によれば、主軸発電機からコンバータ／インバータ形周波数変換器及び遮断器を介して船内給電系統の母線に電力を供給する際、周波数変換器と遮断器との間に変圧器を設けているので、船内給電系統に短絡事故が生じた場合には、その短絡回路中に変圧器のリアクタンス分ないしインピーダンスが挿入される。このため、変圧器が存在しない場合に比べ、母線の短絡電流を減少させることができる。よって母線の遮断器の短絡容量及び母線の短絡耐力を減少させることができ、結果として主軸発電装置のコストひいては船舶の製造コストを著しく下げることができる。
【００２６】
また、変圧器を存在させた請求項１では、主軸発電機の電圧を母線電圧とは関係なく選択することができる。
【００２７】
（２）請求項２に記載の発明によれば、上記変圧器の１次側及び２次側巻線うちの少なくとも一方をデルタ結線としているので、出力波形を改善し船内給電系統の母線に現れる高周波成分を低減することができる。
【００２８】
（３）請求項３に記載の発明によれば、上記変圧器が上記周波数変換器の内部に装備されているので、扱いやすい実際的な船舶の主軸発電装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による船舶の主軸発電装置の実施形態を示す図である。
【図２】本発明による船舶の主軸発電装置の概要を示す図である。
【図３】図１の船舶の主軸発電装置の母線側換算による簡易等価回路を示す図である。
【図４】従来の船舶の主軸発電装置を示す図である。
【符号の説明】
１  ディ−ゼルエンジン（主機関）
２  プロペラ
３  主軸発電機
４  コンバータ／インバータ形周波数変換器
５  遮断器
６  船内給電系統の母線
７  同期調相機
８  変圧器
９  船内配電盤
Ｐ  結合点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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