一種并聯(lián)發(fā)電的基于永磁電機(jī)的柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種適用于船舶應(yīng)用的動(dòng)力系統(tǒng)，特別涉及一種基于永磁電機(jī)的柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的船舶動(dòng)力系統(tǒng)中，推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)和電站分別采用獨(dú)立的柴油機(jī)提供能量，具體地說，推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)采用柴油機(jī)通過齒輪箱驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器，船舶電站采用另一個(gè)由柴油機(jī)和同步發(fā)電機(jī)組組成的電站柴油發(fā)電機(jī)組構(gòu)建船舶電站，對(duì)船用負(fù)載進(jìn)行供電。
[0003]最近開始出現(xiàn)了一種柴電混合系統(tǒng)，即柴油機(jī)的齒輪箱不僅連接推進(jìn)器，同時(shí)連接一個(gè)電機(jī)，在變頻器的驅(qū)動(dòng)下，這個(gè)電機(jī)既可以運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，也可以運(yùn)行在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，這個(gè)電機(jī)一般選擇為無刷同步電機(jī)，這種方案的優(yōu)勢在于無刷同步電機(jī)具有非常優(yōu)越的發(fā)電性能，但是缺點(diǎn)在于傳統(tǒng)的無刷同步電機(jī)沒有電動(dòng)起動(dòng)功能，因此不適合做電動(dòng)機(jī)，也有的方案中將這個(gè)電機(jī)選擇為鼠籠異步電機(jī)，這種方案的優(yōu)勢在于異步電機(jī)具有優(yōu)越的啟動(dòng)功能，很適合做電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，但是缺點(diǎn)在于異步電機(jī)必須通過外部勵(lì)磁才能進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，因此很不適合做發(fā)電機(jī)運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型提供了一種并聯(lián)發(fā)電的基于永磁電機(jī)的柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)，提供了這一系統(tǒng)的多種運(yùn)行方式的切換方法，解決了現(xiàn)有的船舶電機(jī)難以同時(shí)具備發(fā)電和電動(dòng)兩種功能的技術(shù)難題。
[0005]本實(shí)用新型的總體構(gòu)思是主推進(jìn)柴油機(jī)通過齒輪箱和永磁電機(jī)連接，永磁電機(jī)連接一個(gè)變頻器，變頻器最終和船用電站或者船用負(fù)載連接。
[0006]—種傳統(tǒng)的基于永磁電機(jī)的柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)，包括螺旋槳推進(jìn)器1、齒輪箱2、主推進(jìn)柴油機(jī)3、電站柴油發(fā)電機(jī)組7和船用負(fù)載9，主推進(jìn)柴油機(jī)3通過齒輪箱2連接有螺旋槳推進(jìn)器I，電站柴油發(fā)電機(jī)組7通過主斷路器8與船用負(fù)載9連接在一起，在齒輪箱2上連接有永磁電機(jī)4，永磁電機(jī)4的定子繞組與變頻器5的機(jī)側(cè)輸出端連接在一起，變頻器5網(wǎng)側(cè)輸出端通過軸帶斷路器6與船用負(fù)載9連接在一起，主斷路器8處于閉合狀態(tài)，軸帶斷路器6處于斷開狀態(tài)，此時(shí)變頻器5不工作，推進(jìn)器I由主推進(jìn)柴油機(jī)3驅(qū)動(dòng)，船用電站由船用發(fā)電機(jī)組7提供，對(duì)船用負(fù)載9進(jìn)行供電。
[0007]—種單獨(dú)發(fā)電的基于永磁電機(jī)的柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)，包括螺旋槳推進(jìn)器1、齒輪箱2、主推進(jìn)柴油機(jī)3、電站柴油發(fā)電機(jī)組7和船用負(fù)載9，主推進(jìn)柴油機(jī)3通過齒輪箱2連接有螺旋槳推進(jìn)器1，電站柴油發(fā)電機(jī)組7通過主斷路器8與船用負(fù)載9連接在一起，在齒輪箱2上連接有永磁電機(jī)4，永磁電機(jī)4的定子繞組與變頻器5的機(jī)側(cè)輸出端連接在一起，變頻器5網(wǎng)側(cè)輸出端通過軸帶斷路器6與船用負(fù)載9連接在一起，主斷路器8處于斷開狀態(tài)，軸帶斷路器6處于閉合狀態(tài)，即當(dāng)主推進(jìn)柴油機(jī)3具有足夠的功率冗余時(shí)，可以將多余的機(jī)械能通過電機(jī)傳輸給變頻器輸出穩(wěn)定的電壓給船用系統(tǒng)供電，關(guān)閉電站柴油發(fā)電機(jī)組7。
[0008]—種并聯(lián)發(fā)電的基于永磁電機(jī)的柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)，包括螺旋槳推進(jìn)器1、齒輪箱2、主推進(jìn)柴油機(jī)3、電站柴油發(fā)電機(jī)組7和船用負(fù)載9，主推進(jìn)柴油機(jī)3通過齒輪箱2連接有螺旋槳推進(jìn)器1，電站柴油發(fā)電機(jī)組7通過主斷路器8與船用負(fù)載9連接在一起，在齒輪箱2上連接有永磁電機(jī)4，永磁電機(jī)4的定子繞組與變頻器5的機(jī)側(cè)輸出端連接在一起，變頻器5網(wǎng)側(cè)輸出端通過軸帶斷路器6與船用負(fù)載9連接在一起，主斷路器8處于閉合狀態(tài)，軸帶斷路器6處于閉合狀態(tài)，即當(dāng)主推進(jìn)柴油機(jī)3具有足夠的功率冗余且負(fù)載容量很大時(shí)，主推進(jìn)柴油機(jī)3和電站柴油發(fā)電機(jī)組7同時(shí)為船用系統(tǒng)供電。
[0009]—種單獨(dú)推進(jìn)的基于永磁電機(jī)的柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)，包括螺旋槳推進(jìn)器1、齒輪箱2、主推進(jìn)柴油機(jī)3、電站柴油發(fā)電機(jī)組7和船用負(fù)載9，主推進(jìn)柴油機(jī)3通過齒輪箱2連接有螺旋槳推進(jìn)器1，電站柴油發(fā)電機(jī)組7通過主斷路器8與船用負(fù)載9連接在一起，在齒輪箱2上連接有永磁電機(jī)4，永磁電機(jī)4的定子繞組與變頻器5的機(jī)側(cè)輸出端連接在一起，變頻器5網(wǎng)側(cè)輸出端通過軸帶斷路器6與船用負(fù)載9連接在一起，主斷路器8處于閉合狀態(tài)，軸帶斷路器6處于閉合狀態(tài)，即當(dāng)主推進(jìn)柴油機(jī)3故障不能運(yùn)行時(shí)，變頻器可以從船用電站取電，使電機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，單獨(dú)驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器。
[0010]一種并聯(lián)推進(jìn)的基于永磁電機(jī)的柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)，包括螺旋槳推進(jìn)器1、齒輪箱
2、主推進(jìn)柴油機(jī)3、電站柴油發(fā)電機(jī)組7和船用負(fù)載9，主推進(jìn)柴油機(jī)3通過齒輪箱2連接有螺旋槳推進(jìn)器1，電站柴油發(fā)電機(jī)組7通過主斷路器8與船用負(fù)載9連接在一起，在齒輪箱2上連接有永磁電機(jī)4，永磁電機(jī)4的定子繞組與變頻器5的機(jī)側(cè)輸出端連接在一起，變頻器5網(wǎng)側(cè)輸出端通過軸帶斷路器6與船用負(fù)載9連接在一起，主斷路器8處于閉合狀態(tài)，軸帶斷路器6處于閉合狀態(tài)，即當(dāng)主推進(jìn)柴油機(jī)3不足以提供所需的動(dòng)力輸出時(shí)，變頻器可以從船用電站取電，使電機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。
[0011]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和效果如下，本實(shí)用新型可以使船用系統(tǒng)靈活地工作在如下多種模式中，軸帶發(fā)電模式，也稱PTO模式，即當(dāng)主推進(jìn)柴油機(jī)具有足夠的功率冗余時(shí)，可以將多余的機(jī)械能通過電機(jī)傳輸給變頻器輸出穩(wěn)定的電壓給船用系統(tǒng)供電，這樣可以關(guān)閉電站柴油發(fā)電機(jī)組，讓主推進(jìn)柴油機(jī)工作在較好的效率點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果，并聯(lián)推進(jìn)模式，也稱PTI模式，即當(dāng)主推進(jìn)柴油機(jī)不足以提供所需的動(dòng)力輸出時(shí)，變頻器可以從船用電站取電，使電機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，和主推進(jìn)柴油機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，提升總的動(dòng)力輸出能力，單獨(dú)推進(jìn)模式，也稱PTH模式，即當(dāng)主推進(jìn)柴油機(jī)故障不能運(yùn)行時(shí)，變頻器可以從船用電站取電，使電機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，單獨(dú)驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器，提升了全船動(dòng)力系統(tǒng)的冗余性，本方案所采用的所有的電機(jī)和變頻器可以使用較為通用的結(jié)構(gòu)，而不需要采用定制化的產(chǎn)品，因此可以有較為廣闊的批量推廣空間。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是在并聯(lián)發(fā)電的工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是在單獨(dú)推進(jìn)的工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4是在并聯(lián)推進(jìn)的工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖5是整個(gè)系統(tǒng)在傳統(tǒng)模式下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖6是整個(gè)系統(tǒng)在應(yīng)急情況下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖7是變頻器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0020]主推進(jìn)柴油機(jī)3通過齒輪箱2連接螺旋槳推進(jìn)器I，齒輪箱2同時(shí)伸出一個(gè)軸和永磁電機(jī)4的轉(zhuǎn)子進(jìn)行機(jī)械連接，永磁電機(jī)4的定子繞組連接變頻器5的機(jī)側(cè)輸出，變頻器5的網(wǎng)側(cè)輸出通過軸帶斷路器6連接船用負(fù)載9，船用負(fù)載9也通過主斷路器8和電站柴油發(fā)電機(jī)組7連接。
[0021]在傳統(tǒng)模式下，主斷路器8閉合，軸帶斷路器6斷開，變頻器5不工作，此時(shí)螺旋槳推進(jìn)器I由主推進(jìn)柴油機(jī)3驅(qū)動(dòng)，船用電站由船用發(fā)電機(jī)組7提供，對(duì)船用負(fù)載9進(jìn)行供電。
[0022]在并聯(lián)發(fā)電模式下，主斷路器8和軸帶斷路器6都閉合，主推進(jìn)柴油機(jī)不僅驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器，而且將多余的能量通過齒輪箱2輸送給永磁電機(jī)4。當(dāng)永磁電機(jī)4旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于永磁電機(jī)4的轉(zhuǎn)子是永磁體而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，因此永磁電機(jī)4的定子會(huì)產(chǎn)生頻率隨著推進(jìn)器I的轉(zhuǎn)速而不斷變化的電壓，變頻器5將頻率和幅值都變化的電壓傳變成頻率和幅值都恒定的電壓，和船用發(fā)電機(jī)組7共同對(duì)船用負(fù)載9進(jìn)行供電。
[0023]在單獨(dú)發(fā)電模式下，可以將主斷路器8斷開，并且關(guān)閉船用發(fā)電機(jī)組7，僅僅閉合軸帶斷路器6，通過永磁電機(jī)4和變頻器5對(duì)船用負(fù)載9進(jìn)行供電。在此模式下，船用負(fù)載9的能量事實(shí)上來自于主推進(jìn)柴油機(jī)3，這樣的配置使得主推進(jìn)柴油機(jī)3工作在較高的負(fù)載點(diǎn)下，即具備較低的油耗。
[0024]在并聯(lián)推進(jìn)模式下，主斷路器8和軸帶斷路器6都閉合，船用發(fā)電機(jī)組7不僅給船用負(fù)載9進(jìn)行供電，而且將能量輸入變頻器5的網(wǎng)側(cè)輸出，變頻器5的機(jī)側(cè)輸出驅(qū)動(dòng)軸帶電機(jī)4，軸帶電機(jī)4和主推進(jìn)柴油機(jī)3共同通過齒輪箱2對(duì)主推進(jìn)器I進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。這樣可以保證螺旋槳主推進(jìn)器I獲得除了主推進(jìn)柴油機(jī)3之外額外的推進(jìn)功率，提升主推進(jìn)器I的推進(jìn)能力。
[0025]單獨(dú)推進(jìn)模式是一種應(yīng)急模式，此時(shí)主推進(jìn)柴油機(jī)3已經(jīng)損壞，和并聯(lián)推進(jìn)模式類似的，主斷路器8和軸帶斷路器6都閉合，船用發(fā)電機(jī)組7不僅給船用負(fù)載9進(jìn)行供電，而且將能量輸入變頻器5的網(wǎng)側(cè)輸出，變頻器5的機(jī)側(cè)輸出驅(qū)動(dòng)軸帶電機(jī)4，和并聯(lián)推進(jìn)模式不同的是，由于主推進(jìn)柴油機(jī)3已經(jīng)損壞，螺旋槳主推進(jìn)器I的所有推進(jìn)動(dòng)力都是來自于永磁電機(jī)4，在這種模式下，即便主推進(jìn)柴油機(jī)3損壞，螺旋槳主推進(jìn)器I仍然獲得了動(dòng)力，因此系統(tǒng)的動(dòng)力冗余程度大大提升。
[0026]變頻器4采用傳統(tǒng)的背靠背結(jié)構(gòu)，使用基于IGBT和二極管的基本功率模塊10組成，機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)采用相同的全橋結(jié)構(gòu)，中間通過直流電容11組成直流環(huán)節(jié)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種并聯(lián)發(fā)電的基于永磁電機(jī)的柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)，包括螺旋槳推進(jìn)器(I)、齒輪箱(2)、主推進(jìn)柴油機(jī)(3)、電站柴油發(fā)電機(jī)組(7)和船用負(fù)載(9)，主推進(jìn)柴油機(jī)(3)通過齒輪箱(2)連接有螺旋槳推進(jìn)器(1)，其特征在于，電站柴油發(fā)電機(jī)組(7)通過主斷路器(8)與船用負(fù)載(9)連接在一起，在齒輪箱(2)上連接有永磁電機(jī)(4)，永磁電機(jī)(4)的定子繞組與變頻器(5)的機(jī)側(cè)輸出端連接在一起，變頻器(5)網(wǎng)側(cè)輸出端通過軸帶斷路器(6)與船用負(fù)載(9)連接在一起，主斷路器(8)處于閉合狀態(tài)，軸帶斷路器(6)處于閉合狀態(tài)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種并聯(lián)發(fā)電的基于永磁電機(jī)的柴電混合動(dòng)力系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有的船舶電機(jī)難以同時(shí)具備發(fā)電和電動(dòng)兩種功能的技術(shù)難題。包括螺旋槳推進(jìn)器（1）、電站柴油發(fā)電機(jī)組（7）和船用負(fù)載（9），主推進(jìn)柴油機(jī)（3）通過齒輪箱（2）連接有螺旋槳推進(jìn)器（1），電站柴油發(fā)電機(jī)組（7）通過主斷路器（8）與船用負(fù)載（9）連接在一起，在齒輪箱（2）上連接有永磁電機(jī)（4），永磁電機(jī)（4）的定子繞組與變頻器（5）的機(jī)側(cè)輸出端連接在一起，變頻器（5）網(wǎng)側(cè)輸出端通過軸帶斷路器（6）與船用負(fù)載（9）連接在一起，主斷路器（8）處于閉合狀態(tài)，軸帶斷路器（6）處于閉合狀態(tài)。提升了全船動(dòng)力系統(tǒng)的冗余性。
【IPC分類】B63H21/20
【公開號(hào)】CN205273827
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520974400
【發(fā)明人】蘭建軍, 烏云翔, 樊雙英, 岳凡, 周思宇
【申請(qǐng)人】北京賽思億電氣科技有限公司, 山西汾西重工有限責(zé)任公司
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月1日