一種并聯(lián)推進的基于永磁電機的柴電混合動力系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種適用于船舶應用的動力系統(tǒng)，特別涉及一種基于永磁電機的柴電混合動力系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的船舶動力系統(tǒng)中，推進動力系統(tǒng)和電站分別采用獨立的柴油機提供能量，具體地說，推進動力系統(tǒng)采用柴油機通過齒輪箱驅(qū)動推進器，船舶電站采用另一個由柴油機和同步發(fā)電機組組成的電站柴油發(fā)電機組構(gòu)建船舶電站，對船用負載進行供電。
[0003]最近開始出現(xiàn)了一種柴電混合系統(tǒng)，即柴油機的齒輪箱不僅連接推進器，同時連接一個電機，在變頻器的驅(qū)動下，這個電機既可以運行在發(fā)電機狀態(tài)，也可以運行在電動機狀態(tài)，這個電機一般選擇為無刷同步電機，這種方案的優(yōu)勢在于無刷同步電機具有非常優(yōu)越的發(fā)電性能，但是缺點在于傳統(tǒng)的無刷同步電機沒有電動起動功能，因此不適合做電動機，也有的方案中將這個電機選擇為鼠籠異步電機，這種方案的優(yōu)勢在于異步電機具有優(yōu)越的啟動功能，很適合做電動機運行，但是缺點在于異步電機必須通過外部勵磁才能進入發(fā)電狀態(tài)，因此很不適合做發(fā)電機運行。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實用新型提供了一種并聯(lián)推進的基于永磁電機的柴電混合動力系統(tǒng)，解決了當主推進柴油機不足以提供所需的動力輸出時，變頻器可以從船用電站取電，使電機工作在電動機狀態(tài)的問題。
[0005]本實用新型的總體構(gòu)思是主推進柴油機通過齒輪箱和永磁電機連接，永磁電機連接一個變頻器，變頻器最終和船用電站或者船用負載連接。
[0006]—種傳統(tǒng)的基于永磁電機的柴電混合動力系統(tǒng)，包括螺旋槳推進器1、齒輪箱2、主推進柴油機3、電站柴油發(fā)電機組7和船用負載9，主推進柴油機3通過齒輪箱2連接有螺旋槳推進器I，電站柴油發(fā)電機組7通過主斷路器8與船用負載9連接在一起，在齒輪箱2上連接有永磁電機4，永磁電機4的定子繞組與變頻器5的機側(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)，此時變頻器5不工作，推進器I由主推進柴油機3驅(qū)動，船用電站由船用發(fā)電機組7提供，對船用負載9進行供電。
[0007]—種單獨發(fā)電的基于永磁電機的柴電混合動力系統(tǒng)，包括螺旋槳推進器1、齒輪箱2、主推進柴油機3、電站柴油發(fā)電機組7和船用負載9，主推進柴油機3通過齒輪箱2連接有螺旋槳推進器1，電站柴油發(fā)電機組7通過主斷路器8與船用負載9連接在一起，在齒輪箱2上連接有永磁電機4，永磁電機4的定子繞組與變頻器5的機側(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)，即當主推進柴油機3具有足夠的功率冗余時，可以將多余的機械能通過電機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)電機組7。
[0008]—種并聯(lián)發(fā)電的基于永磁電機的柴電混合動力系統(tǒng)，包括螺旋槳推進器1、齒輪箱2、主推進柴油機3、電站柴油發(fā)電機組7和船用負載9，主推進柴油機3通過齒輪箱2連接有螺旋槳推進器1，電站柴油發(fā)電機組7通過主斷路器8與船用負載9連接在一起，在齒輪箱2上連接有永磁電機4，永磁電機4的定子繞組與變頻器5的機側(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)，即當主推進柴油機3具有足夠的功率冗余且負載容量很大時，主推進柴油機3和電站柴油發(fā)電機組7同時為船用系統(tǒng)供電。
[0009]—種單獨推進的基于永磁電機的柴電混合動力系統(tǒng)，包括螺旋槳推進器1、齒輪箱2、主推進柴油機3、電站柴油發(fā)電機組7和船用負載9，主推進柴油機3通過齒輪箱2連接有螺旋槳推進器1，電站柴油發(fā)電機組7通過主斷路器8與船用負載9連接在一起，在齒輪箱2上連接有永磁電機4，永磁電機4的定子繞組與變頻器5的機側(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)，即當主推進柴油機3故障不能運行時，變頻器可以從船用電站取電，使電機工作在電動機狀態(tài)，單獨驅(qū)動推進器。
[0010]一種并聯(lián)推進的基于永磁電機的柴電混合動力系統(tǒng)，包括螺旋槳推進器1、齒輪箱
2、主推進柴油機3、電站柴油發(fā)電機組7和船用負載9，主推進柴油機3通過齒輪箱2連接有螺旋槳推進器1，電站柴油發(fā)電機組7通過主斷路器8與船用負載9連接在一起，在齒輪箱2上連接有永磁電機4，永磁電機4的定子繞組與變頻器5的機側(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)，即當主推進柴油機3不足以提供所需的動力輸出時，變頻器可以從船用電站取電，使電機工作在電動機狀態(tài)。
[0011]本實用新型的優(yōu)點和效果如下，本實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，即當主推進柴油機具有足夠的功率冗余時，可以將多余的機械能通過電機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)電機組，讓主推進柴油機工作在較好的效率點上，實現(xiàn)節(jié)能效果，并聯(lián)推進模式，也稱PTI模式，即當主推進柴油機不足以提供所需的動力輸出時，變頻器可以從船用電站取電，使電機工作在電動機狀態(tài)，和主推進柴油機并聯(lián)運行，提升總的動力輸出能力，單獨推進模式，也稱PTH模式，即當主推進柴油機故障不能運行時，變頻器可以從船用電站取電，使電機工作在電動機狀態(tài)，單獨驅(qū)動推進器，提升了全船動力系統(tǒng)的冗余性，本方案所采用的所有的電機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是在單獨推進的工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4是在并聯(lián)推進的工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖5是整個系統(tǒng)在傳統(tǒng)模式下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖6是整個系統(tǒng)在應急情況下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖7是變頻器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明。
[0020]主推進柴油機3通過齒輪箱2連接螺旋槳推進器I，齒輪箱2同時伸出一個軸和永磁電機4的轉(zhuǎn)子進行機械連接，永磁電機4的定子繞組連接變頻器5的機側(cè)輸出，變頻器5的網(wǎng)側(cè)輸出通過軸帶斷路器6連接船用負載9，船用負載9也通過主斷路器8和電站柴油發(fā)電機組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，此時螺旋槳推進器I由主推進柴油機3驅(qū)動，船用電站由船用發(fā)電機組7提供，對船用負載9進行供電。
[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，主推進柴油機不僅驅(qū)動推進器，而且將多余的能量通過齒輪箱2輸送給永磁電機4。當永磁電機4旋轉(zhuǎn)時，由于永磁電機4的轉(zhuǎn)子是永磁體而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，因此永磁電機4的定子會產(chǎn)生頻率隨著推進器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)電機組7共同對船用負載9進行供電。
[0023]在單獨發(fā)電模式下，可以將主斷路器8斷開，并且關(guān)閉船用發(fā)電機組7，僅僅閉合軸帶斷路器6，通過永磁電機4和變頻器5對船用負載9進行供電。在此模式下，船用負載9的能量事實上來自于主推進柴油機3，這樣的配置使得主推進柴油機3工作在較高的負載點下，即具備較低的油耗。
[0024]在并聯(lián)推進模式下，主斷路器8和軸帶斷路器6都閉合，船用發(fā)電機組7不僅給船用負載9進行供電，而且將能量輸入變頻器5的網(wǎng)側(cè)輸出，變頻器5的機側(cè)輸出驅(qū)動軸帶電機4，軸帶電機4和主推進柴油機3共同通過齒輪箱2對主推進器I進行驅(qū)動。這樣可以保證螺旋槳主推進器I獲得除了主推進柴油機3之外額外的推進功率，提升主推進器I的推進能力。
[0025]單獨推進模式是一種應急模式，此時主推進柴油機3已經(jīng)損壞，和并聯(lián)推進模式類似的，主斷路器8和軸帶斷路器6都閉合，船用發(fā)電機組7不僅給船用負載9進行供電，而且將能量輸入變頻器5的網(wǎng)側(cè)輸出，變頻器5的機側(cè)輸出驅(qū)動軸帶電機4，和并聯(lián)推進模式不同的是，由于主推進柴油機3已經(jīng)損壞，螺旋槳主推進器I的所有推進動力都是來自于永磁電機4，在這種模式下，即便主推進柴油機3損壞，螺旋槳主推進器I仍然獲得了動力，因此系統(tǒng)的動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】
1.一種并聯(lián)推進的基于永磁電機的柴電混合動力系統(tǒng)，包括螺旋槳推進器(I)、齒輪箱(2)、主推進柴油機(3)、電站柴油發(fā)電機組(7)和船用負載(9)，主推進柴油機(3)通過齒輪箱(2)連接有螺旋槳推進器(1)，其特征在于，電站柴油發(fā)電機組(7)通過主斷路器(8)與船用負載(9)連接在一起，在齒輪箱(2)上連接有永磁電機(4)，永磁電機(4)的定子繞組與變頻器(5)的機側(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】本實用新型公開了一種并聯(lián)推進的基于永磁電機的柴電混合動力系統(tǒng)，解決了當主推進柴油機不足以提供所需的動力輸出時，變頻器可以從船用電站取電，使電機工作在電動機狀態(tài)的問題。包括主推進柴油機（3）通過齒輪箱（2）連接有螺旋槳推進器（1），電站柴油發(fā)電機組（7）通過主斷路器（8）與船用負載（9）連接在一起，在齒輪箱（2）上連接有永磁電機（4），永磁電機（4）的定子繞組與變頻器（5）的機側(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)。提升了全船動力系統(tǒng)的冗余性。
【IPC分類】B63H21/20
【公開號】CN205273826
【申請?zhí)枴緾N201520974389
【發(fā)明人】蘭建軍, 烏云翔, 樊雙英, 岳凡, 周思宇
【申請人】北京賽思億電氣科技有限公司, 山西汾西重工有限責任公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月1日