本發(fā)明涉及一種船舶動力推進(jìn)系統(tǒng)，特別涉及一種基于異步發(fā)電機(jī)自勵磁的船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在傳統(tǒng)的船舶動力系統(tǒng)中，船舶推進(jìn)系統(tǒng)和船舶日用負(fù)載是分別采用獨(dú)立的柴油機(jī)提供能量的，具體地說，推進(jìn)系統(tǒng)采用柴油機(jī)通過齒輪箱直接驅(qū)動推進(jìn)器，船舶日用負(fù)載的電源是由另一個(gè)由柴油機(jī)和同步發(fā)電機(jī)組組成的柴油發(fā)電機(jī)組提供的，兩套柴油發(fā)電機(jī)組經(jīng)常處于頻繁冷啟動狀態(tài)，存在燃油使用率低，油耗高的缺陷，頻繁冷啟動也直接縮短了柴油機(jī)的使用壽命。為了克服這些缺陷，便出現(xiàn)了另一種新的軸帶發(fā)電系統(tǒng)，即柴油機(jī)的齒輪箱不僅連接推進(jìn)器，同時(shí)還連接一個(gè)電機(jī)，在變頻器的驅(qū)動下，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，缺點(diǎn)在于傳統(tǒng)的無刷同步電機(jī)沒有電動啟動功能，不適合做電動機(jī)使用，為了克服該缺陷，也有將無刷同步電機(jī)換成異步電機(jī)的，這種方案的優(yōu)勢在于異步電機(jī)具有優(yōu)越的啟動性能，很適合做電動機(jī)運(yùn)行，但是缺點(diǎn)在于異步電機(jī)不能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)勵磁，異步電機(jī)若做發(fā)電運(yùn)行，需要通過變頻器對發(fā)電機(jī)定子提供勵磁電流建立勵磁系統(tǒng)，通過配備額外的起勵電源才能完成，而起勵電源的配備增加了設(shè)備的投入，增大了空間的占用，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜維護(hù)不方便的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于異步電機(jī)自勵磁的軸帶發(fā)電系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)中異步發(fā)電機(jī)本身無勵磁能力無法獨(dú)立完成發(fā)電機(jī)工作，因此在無額外的起勵電源時(shí)，難以同時(shí)具備發(fā)電和電動兩種功能的技術(shù)問題。

本發(fā)明的總體構(gòu)思是：在船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)中，主推進(jìn)柴油機(jī)通過齒輪箱與異步發(fā)電機(jī)通過軸連接在一起，異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上設(shè)置永磁體磁極，在異步發(fā)電機(jī)的定子上設(shè)置勵磁繞組，當(dāng)齒輪箱帶動異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動后，勵磁繞組便可以產(chǎn)生電壓，產(chǎn)生的電壓經(jīng)過整流器后為四相限變頻器提供預(yù)充電流，四相限變頻器得到電流后為異步發(fā)電機(jī)提供了啟動勵磁電流，異步發(fā)電機(jī)便可以進(jìn)行發(fā)電，輸送給船舶日用負(fù)載。

一種基于異步電機(jī)自勵磁的軸帶發(fā)電系統(tǒng)，包括主推進(jìn)柴油機(jī)、齒輪箱、船舶推進(jìn)器、船舶日用負(fù)載柴油發(fā)電機(jī)組和船舶日用負(fù)載，主推進(jìn)柴油機(jī)通過齒輪箱連接船舶推進(jìn)器，船舶日用負(fù)載柴油發(fā)電機(jī)組通過主斷路器和船舶日用負(fù)載連接在一起，在齒輪箱上還連接有異步發(fā)電機(jī)，異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上設(shè)置有永磁體磁極，在異步發(fā)電機(jī)的定子上設(shè)置勵磁繞組，勵磁繞組經(jīng)過整流器連接到四象限變頻器的預(yù)充端口上，異步發(fā)電機(jī)的定子繞組與四象限變頻器的機(jī)側(cè)輸出端連接在一起，四象限變頻器的網(wǎng)側(cè)輸出端通過軸帶斷路器與船舶日用負(fù)載連接在一起。

勵磁繞組是纏繞在異步發(fā)電機(jī)的外殼上的；四象限變頻器有三個(gè)輸入輸出端口，分別是機(jī)側(cè)端口、網(wǎng)側(cè)端口和預(yù)充端口，其中機(jī)側(cè)端口連接異步發(fā)電機(jī)的定子繞組，經(jīng)過整流，將主要的能量轉(zhuǎn)換成恒定的直流電壓，再逆變，轉(zhuǎn)換成恒定頻率和電壓的輸出，通過網(wǎng)側(cè)端口連接負(fù)載；從機(jī)側(cè)端口到網(wǎng)側(cè)端口組成的回路成為主回路，負(fù)責(zé)主要的能量流，中間通過了整流和逆變的過程；這個(gè)主回路和普通的四象限變頻器是相同的，預(yù)充端口通過整流器與勵磁繞組連接在一起，這個(gè)回路屬于輔助回路，是在四象限變頻器外額外添加的。

本發(fā)明在異步發(fā)電機(jī)上構(gòu)建一個(gè)永磁發(fā)電系統(tǒng)，并應(yīng)用于船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)中，解決異步發(fā)電機(jī)自身無勵磁能力，不能同時(shí)具備發(fā)電和電動兩種功能的技術(shù)問題，當(dāng)船舶主推進(jìn)柴油機(jī)無需工作在滿負(fù)荷狀態(tài)下時(shí)，可以將多余的機(jī)械能通過異步發(fā)電機(jī)輸出給船舶的日用電負(fù)載，這樣不但可以減少船舶日用負(fù)載柴油發(fā)電機(jī)組的啟動次數(shù)，還可以使船舶主推進(jìn)柴油機(jī)一直工作在最佳的功率效率點(diǎn)上，提高燃油使用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。相反的，當(dāng)主推進(jìn)柴油機(jī)發(fā)生故障時(shí)，可以通過船舶日用負(fù)載柴油發(fā)電機(jī)組在為船舶日用負(fù)載供電的同時(shí)通過變頻器和異步發(fā)電機(jī)為齒輪箱輸送機(jī)械能，從而驅(qū)動船舶推進(jìn)器保持正常工作狀態(tài)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明在并聯(lián)發(fā)電狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明在單獨(dú)發(fā)電狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明在并聯(lián)推進(jìn)狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明在傳統(tǒng)模式狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明在應(yīng)急狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

如圖1所示，一種基于異步電機(jī)自勵磁的軸帶發(fā)電系統(tǒng)，包括主推進(jìn)柴油機(jī)1、齒輪箱2、船舶推進(jìn)器3、船舶日用負(fù)載柴油發(fā)電機(jī)組9和船舶日用負(fù)載7，主推進(jìn)柴油機(jī)1通過齒輪箱2連接船舶推進(jìn)器3，船舶日用負(fù)載柴油發(fā)電機(jī)組9通過主斷路器8和船舶日用負(fù)載7連接在一起。在齒輪箱2上還連接有異步發(fā)電機(jī)4，異步發(fā)電機(jī)4的轉(zhuǎn)子軸上設(shè)置有永磁體磁極，在異步發(fā)電機(jī)4的定子上設(shè)置勵磁繞組10，勵磁繞組10經(jīng)過整流器11連接到四象限變頻器5的預(yù)充端口上，異步發(fā)電機(jī)4的定子繞組與四象限變頻器5的機(jī)側(cè)輸出端連接在一起，四象限變頻器5的網(wǎng)側(cè)輸出端通過軸帶斷路器6與船舶日用負(fù)載7連接在一起。

如圖2所示，傳統(tǒng)模式狀態(tài)下，主斷路器8閉合，軸帶斷路器6斷開，船舶推進(jìn)器3由主推進(jìn)柴油機(jī)1驅(qū)動，船舶日用負(fù)載柴油發(fā)電機(jī)組9為船舶日用負(fù)載7供電。

如圖3所示，當(dāng)主推進(jìn)柴油機(jī)1有功率冗余時(shí)，軸帶發(fā)電系統(tǒng)便可以工作在并聯(lián)發(fā)電狀態(tài)下，此時(shí)將軸帶斷路器6閉合，主推進(jìn)柴油機(jī)1不僅驅(qū)動船舶推進(jìn)器3工作，同時(shí)將多余的機(jī)械能通過齒輪箱2輸送到異步發(fā)電機(jī)4。當(dāng)異步發(fā)電機(jī)4轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，在異步發(fā)電機(jī)4轉(zhuǎn)子軸上的永磁體也同時(shí)旋轉(zhuǎn)并切割異步發(fā)電機(jī)4定子上的永磁繞組10，永磁繞組10便可以產(chǎn)生電壓，電壓經(jīng)過整流器11整流以后后連接到四象限變頻器5的預(yù)充端口，為四象限變頻器5提供預(yù)充電流，然后四象限變頻器5再通過機(jī)側(cè)輸出端為異步發(fā)電機(jī)4提供勵磁電流，異步發(fā)電機(jī)4便可以開始進(jìn)入發(fā)電機(jī)模式開始產(chǎn)生電壓，產(chǎn)生的電壓通過四象限變頻器5的機(jī)側(cè)輸出端輸送到四象限變頻器5，然后由四象限變頻器5將異步發(fā)電機(jī)4產(chǎn)生的頻率和幅值都變化的電壓轉(zhuǎn)化成頻率和幅值都恒定的電壓并由網(wǎng)側(cè)輸出端口輸出，經(jīng)過軸帶斷路器6后和船舶日用負(fù)載柴油發(fā)電機(jī)組9一起為船舶日用負(fù)載7供電。

如圖4所示，當(dāng)主推進(jìn)柴油機(jī)1功率冗余較多時(shí)，軸帶發(fā)電系統(tǒng)便可以工作在單獨(dú)發(fā)電狀態(tài)下，此時(shí)可以閉合軸帶斷路器6，斷開主斷路器8，關(guān)閉船舶日用負(fù)載柴油發(fā)電機(jī)組9，首先主推進(jìn)柴油機(jī)1驅(qū)動船舶推進(jìn)器3工作，同時(shí)將機(jī)械能通過齒輪箱2輸送到異步發(fā)電機(jī)4，帶動異步發(fā)電機(jī)4轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在異步發(fā)電機(jī)4轉(zhuǎn)子軸上的永磁體也同時(shí)旋轉(zhuǎn)并切割異步發(fā)電機(jī)4定子上的永磁繞組10，永磁繞組10便可以產(chǎn)生電壓，電壓經(jīng)過整流器11整流以后后連接到四象限變頻器5的預(yù)充端口，為四象限變頻器5提供預(yù)充電流，然后四象限變頻器5再通過機(jī)側(cè)輸出端為異步發(fā)電機(jī)4提供勵磁電流，異步發(fā)電機(jī)4便可以開始進(jìn)入發(fā)電機(jī)模式開始產(chǎn)生電壓，產(chǎn)生的電壓通過四象限變頻器5的機(jī)側(cè)輸出端輸送到四象限變頻器5，然后由四象限變頻器5將異步發(fā)電機(jī)4產(chǎn)生的頻率和幅值都變化的電壓轉(zhuǎn)化成頻率和幅值都恒定的電壓并由網(wǎng)側(cè)輸出端口輸出，經(jīng)過軸帶斷路器6后為船舶日用負(fù)載7供電。由主推進(jìn)柴油機(jī)1同時(shí)為船舶推進(jìn)器3和船舶日用負(fù)載7供電，這種情況下主推進(jìn)柴油機(jī)1可以工作在較高的功率效率點(diǎn)上，有效降低系統(tǒng)油耗。

如圖5所示，當(dāng)船舶推進(jìn)器3所需能量較多時(shí)，可以將軸帶斷路器6和主斷路器8均閉合，船舶日用負(fù)載柴油發(fā)電機(jī)組9在為船舶日用負(fù)載7供電的同時(shí)可以將電量由四象限變頻器5的網(wǎng)側(cè)端口輸送到四象限變頻器5主電路，經(jīng)過四象限變頻器5的逆變和整流之后由四象限變頻器5的機(jī)側(cè)端口輸出，為異步發(fā)電機(jī)4供電，使異步發(fā)電機(jī)4工作在電動機(jī)狀態(tài)，然后異步發(fā)電機(jī)4為齒輪箱2輸送機(jī)械能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)船舶日用負(fù)載柴油發(fā)電機(jī)組9與主推進(jìn)柴油機(jī)1一起為船舶推進(jìn)器3供電，此時(shí)軸帶發(fā)電系統(tǒng)便工作在并聯(lián)推進(jìn)狀態(tài)。

如圖6所示，當(dāng)主推進(jìn)柴油機(jī)1發(fā)生故障時(shí)，無法為系統(tǒng)正常供電便進(jìn)入應(yīng)急狀態(tài)，此時(shí)軸帶斷路器6和主斷路器8均閉合，船舶日用負(fù)載柴油發(fā)電機(jī)組9在為船舶日用負(fù)載7供電的同時(shí)可以將電量由四象限變頻器5的網(wǎng)側(cè)端口輸送到四象限變頻器5主電路，經(jīng)過四象限變頻器5的逆變和整流之后由四象限變頻器5的機(jī)側(cè)端口輸出，為異步發(fā)電機(jī)4供電，使異步發(fā)電機(jī)4工作在電動機(jī)狀態(tài)，然后異步發(fā)電機(jī)4為齒輪箱2輸送機(jī)械能，齒輪箱2驅(qū)動船舶推進(jìn)器3正常工作。