增压器及船舶的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种增压器及具备增压器的船舶。
【背景技术】
[0002]以往，已知有如下混合式增压器，即将从内燃机排放的发动机尾气不仅作为增压器压缩机的驱动力来使用，而且还作为驱动发电电动机的动力来使用，以获得发电功率。
图10表示以往的混合式增压器的结构。例如，如图10所示，混合式增压器100具备通过从船用柴油机等内燃机排放的尾气来驱动的排气涡轮机101、由排气涡轮机101驱动并向内燃机压送外部气体的压缩机102、及连结于排气涡轮机101及压缩机102的旋转轴上的发电电动机103。通过发电电动机103获得的交流发电功率通过转换器104转换为直流功率后，通过逆变器105转换为对应于系统106频率的三相交流功率而供给至系统106。在转换器104与逆变器105之间连接有用于吸收直流电压波动的平滑电容器107。
[0003]通常，在混合式增压器中，发电电动机的动力运行动作(从逆变器向发电电动机供给功率的运行状态)及再生动作由控制内燃机的上位控制装置确定选取其一。因此，当由上位控制装置选定动力运行动作时再生动作就被禁止，相反，当选定再生动作时动力运行动作就被禁止。
以往技术文献专利文献
[0004]专利文献I:日本专利公开2012 — 214143号公报专利文献2:日本专利公开平7 — 95775号公报
发明的概要
发明要解决的技术课题
[0005]然而，例如，当由上位控制装置选定发电电动机的动力运行动作时，若发电电动机的转速指令在实际转速以下，尽管再生动作被禁止，但仍产生若干量的再生功率，而该再生功率储存于平滑电容器中，而直流母线电压会逐渐上升。若直流母线电压上升而超过规定的容许值，可能会发生半导体元件及电容器的损坏及跳闸等现象。
如上所述的问题，不仅发生在混合式增压器中，同样也会发生在例如具备由涡轮机驱动并向内燃机压送外部气体的压缩机及连结于压缩机的旋转轴上的电动机的装置。
[0006]本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够抑制动力运行时的直流母线电压上升的增压器及具备该增压器的船舶。
用于解决技术课题的手段
[0007]本发明第I方式提供一种具备由涡轮机驱动并向内燃机压送外部气体的压缩机及连结于所述压缩机的旋转轴上的电动机的增压器，其具备:功率转换机构，其具备将直流功率转换为交流功率并输出至所述电动机的功能;平滑电容器，其设在连接在所述功率转换机构中的直流母线上;及控制机构，其控制所述功率转换机构，以在所述电动机进行动力运行动作时，使实际转速追随从上位控制装置输入的所述电动机的转速指令，所述控制机构具有指令变更机构，以在所述电动机进行动力运行动作时，当所述电动机的转速指令低于实际转速且所述平滑电容器的端子间电压为规定的第I阈值以上时，将所述转速指令变更为实际转速以上的值。
[0008]根据这种增压器，在进行动力运行动作时，当电动机的转速指令低于实际转速且直流母线电压为规定的第I阈值以上时，将转速指令变更为实际转速以上的值，因此能够增加电动机中所消耗的功率。由此，能够释放设在直流母线之间的平滑电容器所储存的电荷，并能够降低直流母线电压。
上述电动机的“实际转速”，例如，可通过转速测量装置进行测量。转速测量装置例如可采用设在电动机上的转速传感器，或者也可以采用通过马达电流等的运算而估计的转速。对于马达电流，可以测量从功率转换机构向电动机输送的马达电流，或者也可以根据流过直流母线的直流电流等进行估计。根据直流电流进行估计的方法，由于使用比马达电流干扰成分少的电流，因此能够提高估计精度。
[0009]在上述增压器中，所述控制机构，在从所述转速指令进行变更时起经过规定期间时为止，当所述平滑电容器的端子间电压变为所述第I阈值以下的值即第2阈值以下时，可将所述转速指令复原为从所述上位控制装置输入的转速指令。
[0010]如此，当平滑电容器的端子间电压换言之直流母线电压变为第2阈值以下时，将转速指令复原为原来的转速指令，因此能够使电动机的转速追随从上位控制装置发送的转速指令。
[0011]在上述增压器中，在以规定的频率以上进行所述转速指令的变更时，所述指令变更机构可以降低所述转速指令的增加量。
[0012]当频繁地进行转速指令的变更时，通过降低转速指令的增加量，能够减缓功率消耗。其结果，能够减缓平滑电容器的端子电压的下降速度，并能够抑制频繁切换转速指令。
[0013]在上述船用混合式增压器中，所述指令变更机构，当即使从所述转速指令的变更起经过规定期间所述平滑电容器的端子间电压也未变为低于第2阈值时，可将所述转速指令设为更大的值。
[0014]当即使变更转速指令其効果也不明显且即使经过规定期间平滑电容器的端子间电压也未变为低于第2阈值时，通过进一步将转速指令变更为大的值，加大实际转速与转速指令之间的差分。由此，对电动机的供给功率增加，因此能够进一步释放平滑电容器中的电荷，并能够降低平滑电容器的端子间电压。
[0015]本发明第2方式提供一种具备由涡轮机驱动并向内燃机压送外部气体的压缩机及连结于所述压缩机的旋转轴上的电动机的增压器，其具备:功率转换机构，其具备将直流功率转换为交流功率而输出至所述电动机的功能;平滑电容器，其设在连接在所述功率转换机构中的直流母线上;及控制机构，其在所述电动机进行动力运行动作时，将使实际转速追随从上位控制装置输入的所述电动机的转速指令的控制信号发送至所述功率转换机构，所述控制机构，在所述电动机进行动力运行动作时，当所述电动机的转速指令低于实际转速且所述平滑电容器的端子间电压为规定的阈值以上时，生成增加励磁电流成分的控制指令，并发送至所述功率转换机构。
[0016]根据这种增压器，当电动机的转速指令低于实际转速，平滑电容器的端子间电压换言之直流母线电压为阈值以上时，增加励磁电流成分。由此能够增加电动机中所消耗的无功功率，其结果，设在直流母线之间的平滑电容器中的电荷的释放增加，并能够降低平滑电容器的端子间电压。
[0017]本发明第3方式提供一种具备由涡轮机驱动并向内燃机压送外部气体的压缩机及连结于所述压缩机的旋转轴上的电动机的增压器，其具备:功率转换机构，其具备将直流功率转换为交流功率而输出至所述电动机的功能;平滑电容器，其设在连接在所述功率转换机构中的直流母线上；电阻，其与所述平滑电容器并联连接;半导体开关，其与该电阻串联连接，且在稳定状态下为开状态;开关控制机构，其控制所述半导体开关的通断，所述开关控制机构，在所述电动机进行动力运行动作时，当所述电动机的转速指令低于实际转速且所述平滑电容器的端子间电压为规定的阈值以上时，在规定的工作周期内对所述半导体开关进行通断比控制。
[0018]根据这种增压器，在电动机进行动力运行动作时，当转速指令成为低于实际转速且平滑电容器的端子间电压换言之直流母线电压成为阈值以上时，通过开关控制机构对半导体开关进行通断比控制。由此，在半导体开关为导通期间，平滑电容器中的电荷被电阻所消耗，因此能够降低平滑电容器的端子间电压。作为开关元件使用半导体开关，因此能够以数百Hz至数kHz的范围设定开关频率。由此能够抑制放电时的瞬间过电流。
[0019]在上述增压器中，所述开关控制机构，根据以所述平滑电容器的端子间电压与所述阈值之间的差分作为输入的比例积分控制，设定所述工作周期内的通断比，同时，当所述电动机转速的波动成为规定值以上时，通过对所述对半导体开关进行通断比控制，可以降低所述比例积分控制的比例增益及积分增益中的至少任意一个。
[0020]如此，当电动机转速的波动成为规定值以上时，通过对半导体开关进行通断比控制，减小比例积分控制的比例增益及积分增益中的至少任意一个，因此能够减缓平滑电容器的端子间电压的下降速度。
[0021]在上述增压器中，所述开关控制机构，在从对所述半导体开关进行通断比控制开始起规定期间内，当所述平滑电容器的端子间电压未变为所述阈值以下时，可以增加所述比例积分控制的比例增益及积分增益中的至少任意一个。
[0022]如此，在从对半导体开关进行通断比控制开始起规定期间内，当平滑电容器的端子间电压未变为阈值以下时，增加比例积分控制的比例增益及积分增益中的至少任意一个，因此能够加快平滑电容器的端子间电压的下降速度。
[0023]本发明第4方式提供一种具备上述的增压器及通过所述增压器压送外部气体的内燃机的船舶。
[0024]本发明第5方式提供一种方法，其通过平滑电容器抑制直流功率的电压波动，并将直流功率转换为交流功率而输出至所述电动机，以使实际转速追随电动机的转速指令，该方法中，在所述电动机进行动力运行动作时，当所述电动机的转速指令低于实际转速且所述平滑电容器的端子间电压为规定的阈值以上时，将所述转速指令变更为比实际转速更大的值，并根据变更后的转速指令将直流功率转换为交流功率而输出至所述电动机。
[0025]本发明第6方式提供一种方法，其通过平滑电容器抑制直流功率的电压波动，并将直流功率转换为交流功率而输出至所述电动机，以使实际转速追随电动机的转速指令，该方法中，在所述电动机进行动力运行动作时，当所述电动机的转速指令低于实际转速且所述平滑电容器的端子间电压为规定的阈值以上