增壓器及船舶的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種增壓器及具備增壓器的船舶。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，已知有如下混合式增壓器，即將從內(nèi)燃機排放的發(fā)動機尾氣不僅作為增壓器壓縮機的驅(qū)動力來使用，而且還作為驅(qū)動發(fā)電電動機的動力來使用，以獲得發(fā)電功率。
圖10表示以往的混合式增壓器的結(jié)構(gòu)。例如，如圖10所示，混合式增壓器100具備通過從船用柴油機等內(nèi)燃機排放的尾氣來驅(qū)動的排氣渦輪機101、由排氣渦輪機101驅(qū)動并向內(nèi)燃機壓送外部氣體的壓縮機102、及連結(jié)于排氣渦輪機101及壓縮機102的旋轉(zhuǎn)軸上的發(fā)電電動機103。通過發(fā)電電動機103獲得的交流發(fā)電功率通過轉(zhuǎn)換器104轉(zhuǎn)換為直流功率后，通過逆變器105轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于系統(tǒng)106頻率的三相交流功率而供給至系統(tǒng)106。在轉(zhuǎn)換器104與逆變器105之間連接有用于吸收直流電壓波動的平滑電容器107。
[0003]通常，在混合式增壓器中，發(fā)電電動機的動力運行動作(從逆變器向發(fā)電電動機供給功率的運行狀態(tài))及再生動作由控制內(nèi)燃機的上位控制裝置確定選取其一。因此，當(dāng)由上位控制裝置選定動力運行動作時再生動作就被禁止，相反，當(dāng)選定再生動作時動力運行動作就被禁止。
以往技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)I:日本專利公開2012 — 214143號公報專利文獻(xiàn)2:日本專利公開平7 — 95775號公報
發(fā)明的概要
發(fā)明要解決的技術(shù)課題
[0005]然而，例如，當(dāng)由上位控制裝置選定發(fā)電電動機的動力運行動作時，若發(fā)電電動機的轉(zhuǎn)速指令在實際轉(zhuǎn)速以下，盡管再生動作被禁止，但仍產(chǎn)生若干量的再生功率，而該再生功率儲存于平滑電容器中，而直流母線電壓會逐漸上升。若直流母線電壓上升而超過規(guī)定的容許值，可能會發(fā)生半導(dǎo)體元件及電容器的損壞及跳閘等現(xiàn)象。
如上所述的問題，不僅發(fā)生在混合式增壓器中，同樣也會發(fā)生在例如具備由渦輪機驅(qū)動并向內(nèi)燃機壓送外部氣體的壓縮機及連結(jié)于壓縮機的旋轉(zhuǎn)軸上的電動機的裝置。
[0006]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種能夠抑制動力運行時的直流母線電壓上升的增壓器及具備該增壓器的船舶。
用于解決技術(shù)課題的手段
[0007]本發(fā)明第I方式提供一種具備由渦輪機驅(qū)動并向內(nèi)燃機壓送外部氣體的壓縮機及連結(jié)于所述壓縮機的旋轉(zhuǎn)軸上的電動機的增壓器，其具備:功率轉(zhuǎn)換機構(gòu)，其具備將直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率并輸出至所述電動機的功能;平滑電容器，其設(shè)在連接在所述功率轉(zhuǎn)換機構(gòu)中的直流母線上;及控制機構(gòu)，其控制所述功率轉(zhuǎn)換機構(gòu)，以在所述電動機進行動力運行動作時，使實際轉(zhuǎn)速追隨從上位控制裝置輸入的所述電動機的轉(zhuǎn)速指令，所述控制機構(gòu)具有指令變更機構(gòu)，以在所述電動機進行動力運行動作時，當(dāng)所述電動機的轉(zhuǎn)速指令低于實際轉(zhuǎn)速且所述平滑電容器的端子間電壓為規(guī)定的第I閾值以上時，將所述轉(zhuǎn)速指令變更為實際轉(zhuǎn)速以上的值。
[0008]根據(jù)這種增壓器，在進行動力運行動作時，當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速指令低于實際轉(zhuǎn)速且直流母線電壓為規(guī)定的第I閾值以上時，將轉(zhuǎn)速指令變更為實際轉(zhuǎn)速以上的值，因此能夠增加電動機中所消耗的功率。由此，能夠釋放設(shè)在直流母線之間的平滑電容器所儲存的電荷，并能夠降低直流母線電壓。
上述電動機的“實際轉(zhuǎn)速”，例如，可通過轉(zhuǎn)速測量裝置進行測量。轉(zhuǎn)速測量裝置例如可采用設(shè)在電動機上的轉(zhuǎn)速傳感器，或者也可以采用通過馬達(dá)電流等的運算而估計的轉(zhuǎn)速。對于馬達(dá)電流，可以測量從功率轉(zhuǎn)換機構(gòu)向電動機輸送的馬達(dá)電流，或者也可以根據(jù)流過直流母線的直流電流等進行估計。根據(jù)直流電流進行估計的方法，由于使用比馬達(dá)電流干擾成分少的電流，因此能夠提高估計精度。
[0009]在上述增壓器中，所述控制機構(gòu)，在從所述轉(zhuǎn)速指令進行變更時起經(jīng)過規(guī)定期間時為止，當(dāng)所述平滑電容器的端子間電壓變?yōu)樗龅贗閾值以下的值即第2閾值以下時，可將所述轉(zhuǎn)速指令復(fù)原為從所述上位控制裝置輸入的轉(zhuǎn)速指令。
[0010]如此，當(dāng)平滑電容器的端子間電壓換言之直流母線電壓變?yōu)榈?閾值以下時，將轉(zhuǎn)速指令復(fù)原為原來的轉(zhuǎn)速指令，因此能夠使電動機的轉(zhuǎn)速追隨從上位控制裝置發(fā)送的轉(zhuǎn)速指令。
[0011]在上述增壓器中，在以規(guī)定的頻率以上進行所述轉(zhuǎn)速指令的變更時，所述指令變更機構(gòu)可以降低所述轉(zhuǎn)速指令的增加量。
[0012]當(dāng)頻繁地進行轉(zhuǎn)速指令的變更時，通過降低轉(zhuǎn)速指令的增加量，能夠減緩功率消耗。其結(jié)果，能夠減緩平滑電容器的端子電壓的下降速度，并能夠抑制頻繁切換轉(zhuǎn)速指令。
[0013]在上述船用混合式增壓器中，所述指令變更機構(gòu)，當(dāng)即使從所述轉(zhuǎn)速指令的變更起經(jīng)過規(guī)定期間所述平滑電容器的端子間電壓也未變?yōu)榈陀诘?閾值時，可將所述轉(zhuǎn)速指令設(shè)為更大的值。
[0014]當(dāng)即使變更轉(zhuǎn)速指令其効果也不明顯且即使經(jīng)過規(guī)定期間平滑電容器的端子間電壓也未變?yōu)榈陀诘?閾值時，通過進一步將轉(zhuǎn)速指令變更為大的值，加大實際轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速指令之間的差分。由此，對電動機的供給功率增加，因此能夠進一步釋放平滑電容器中的電荷，并能夠降低平滑電容器的端子間電壓。
[0015]本發(fā)明第2方式提供一種具備由渦輪機驅(qū)動并向內(nèi)燃機壓送外部氣體的壓縮機及連結(jié)于所述壓縮機的旋轉(zhuǎn)軸上的電動機的增壓器，其具備:功率轉(zhuǎn)換機構(gòu)，其具備將直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率而輸出至所述電動機的功能;平滑電容器，其設(shè)在連接在所述功率轉(zhuǎn)換機構(gòu)中的直流母線上;及控制機構(gòu)，其在所述電動機進行動力運行動作時，將使實際轉(zhuǎn)速追隨從上位控制裝置輸入的所述電動機的轉(zhuǎn)速指令的控制信號發(fā)送至所述功率轉(zhuǎn)換機構(gòu)，所述控制機構(gòu)，在所述電動機進行動力運行動作時，當(dāng)所述電動機的轉(zhuǎn)速指令低于實際轉(zhuǎn)速且所述平滑電容器的端子間電壓為規(guī)定的閾值以上時，生成增加勵磁電流成分的控制指令，并發(fā)送至所述功率轉(zhuǎn)換機構(gòu)。
[0016]根據(jù)這種增壓器，當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速指令低于實際轉(zhuǎn)速，平滑電容器的端子間電壓換言之直流母線電壓為閾值以上時，增加勵磁電流成分。由此能夠增加電動機中所消耗的無功功率，其結(jié)果，設(shè)在直流母線之間的平滑電容器中的電荷的釋放增加，并能夠降低平滑電容器的端子間電壓。
[0017]本發(fā)明第3方式提供一種具備由渦輪機驅(qū)動并向內(nèi)燃機壓送外部氣體的壓縮機及連結(jié)于所述壓縮機的旋轉(zhuǎn)軸上的電動機的增壓器，其具備:功率轉(zhuǎn)換機構(gòu)，其具備將直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率而輸出至所述電動機的功能;平滑電容器，其設(shè)在連接在所述功率轉(zhuǎn)換機構(gòu)中的直流母線上；電阻，其與所述平滑電容器并聯(lián)連接;半導(dǎo)體開關(guān)，其與該電阻串聯(lián)連接，且在穩(wěn)定狀態(tài)下為開狀態(tài);開關(guān)控制機構(gòu)，其控制所述半導(dǎo)體開關(guān)的通斷，所述開關(guān)控制機構(gòu)，在所述電動機進行動力運行動作時，當(dāng)所述電動機的轉(zhuǎn)速指令低于實際轉(zhuǎn)速且所述平滑電容器的端子間電壓為規(guī)定的閾值以上時，在規(guī)定的工作周期內(nèi)對所述半導(dǎo)體開關(guān)進行通斷比控制。
[0018]根據(jù)這種增壓器，在電動機進行動力運行動作時，當(dāng)轉(zhuǎn)速指令成為低于實際轉(zhuǎn)速且平滑電容器的端子間電壓換言之直流母線電壓成為閾值以上時，通過開關(guān)控制機構(gòu)對半導(dǎo)體開關(guān)進行通斷比控制。由此，在半導(dǎo)體開關(guān)為導(dǎo)通期間，平滑電容器中的電荷被電阻所消耗，因此能夠降低平滑電容器的端子間電壓。作為開關(guān)元件使用半導(dǎo)體開關(guān)，因此能夠以數(shù)百Hz至數(shù)kHz的范圍設(shè)定開關(guān)頻率。由此能夠抑制放電時的瞬間過電流。
[0019]在上述增壓器中，所述開關(guān)控制機構(gòu)，根據(jù)以所述平滑電容器的端子間電壓與所述閾值之間的差分作為輸入的比例積分控制，設(shè)定所述工作周期內(nèi)的通斷比，同時，當(dāng)所述電動機轉(zhuǎn)速的波動成為規(guī)定值以上時，通過對所述對半導(dǎo)體開關(guān)進行通斷比控制，可以降低所述比例積分控制的比例增益及積分增益中的至少任意一個。
[0020]如此，當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速的波動成為規(guī)定值以上時，通過對半導(dǎo)體開關(guān)進行通斷比控制，減小比例積分控制的比例增益及積分增益中的至少任意一個，因此能夠減緩平滑電容器的端子間電壓的下降速度。
[0021]在上述增壓器中，所述開關(guān)控制機構(gòu)，在從對所述半導(dǎo)體開關(guān)進行通斷比控制開始起規(guī)定期間內(nèi)，當(dāng)所述平滑電容器的端子間電壓未變?yōu)樗鲩撝狄韵聲r，可以增加所述比例積分控制的比例增益及積分增益中的至少任意一個。
[0022]如此，在從對半導(dǎo)體開關(guān)進行通斷比控制開始起規(guī)定期間內(nèi)，當(dāng)平滑電容器的端子間電壓未變?yōu)殚撝狄韵聲r，增加比例積分控制的比例增益及積分增益中的至少任意一個，因此能夠加快平滑電容器的端子間電壓的下降速度。
[0023]本發(fā)明第4方式提供一種具備上述的增壓器及通過所述增壓器壓送外部氣體的內(nèi)燃機的船舶。
[0024]本發(fā)明第5方式提供一種方法，其通過平滑電容器抑制直流功率的電壓波動，并將直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率而輸出至所述電動機，以使實際轉(zhuǎn)速追隨電動機的轉(zhuǎn)速指令，該方法中，在所述電動機進行動力運行動作時，當(dāng)所述電動機的轉(zhuǎn)速指令低于實際轉(zhuǎn)速且所述平滑電容器的端子間電壓為規(guī)定的閾值以上時，將所述轉(zhuǎn)速指令變更為比實際轉(zhuǎn)速更大的值，并根據(jù)變更后的轉(zhuǎn)速指令將直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率而輸出至所述電動機。
[0025]本發(fā)明第6方式提供一種方法，其通過平滑電容器抑制直流功率的電壓波動，并將直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率而輸出至所述電動機，以使實際轉(zhuǎn)速追隨電動機的轉(zhuǎn)速指令，該方法中，在所述電動機進行動力運行動作時，當(dāng)所述電動機的轉(zhuǎn)速指令低于實際轉(zhuǎn)速且所述平滑電容器的端子間電壓為規(guī)定的閾值以上