專利名稱：一種電力推進系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種推進系統(tǒng)，尤其是一種用于各種船只或其它水上移動式結(jié)構(gòu) 的電力推進系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的內(nèi)燃機驅(qū)動定距槳推進器的船舶或其它水上移動式結(jié)構(gòu)，其航行速度要通 過調(diào)節(jié)內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)，而內(nèi)燃機的氮氧化物排放量，變速運行工況比恒速運行工況高 得多，其廢氣排放通常超標。在節(jié)能減排的大環(huán)境下，電力推進系統(tǒng)應運而生，電力推進系 統(tǒng)的特點是經(jīng)濟性好，節(jié)省燃油；船舶的操縱性及安全性好。電力推進系統(tǒng)使用多臺內(nèi)燃 機，在個別機組發(fā)生故障時不致完全喪失動力；節(jié)省空間，改善了機艙布置；噪音低，采用 電力推進后，主要振動源抓發(fā)動機安裝在彈性底座上，以恒定轉(zhuǎn)速運行，與軸系和船體也無 直接聯(lián)結(jié)，大大減少了振動和噪聲，有利于船舶控制環(huán)境污染。電力推進系統(tǒng)有多種方案，例如1.可控硅整流器+直流電動機直流電機需要換向器，容易發(fā)生故障，且存在結(jié)構(gòu)復雜、成本高、體積大、維護困 難、效率低等缺點；因為采用了大功率電力電子器件，對船舶電網(wǎng)產(chǎn)生較大的諧波污染，阻 礙了它在船舶電力推進領(lǐng)域的廣泛應用。2.交流異步電動機+可調(diào)槳交流異步電動機起動瞬間電流較大，通常是正常電流的5 7倍，導致系統(tǒng)電網(wǎng)壓 降大；起動瞬間機械軸承受的轉(zhuǎn)矩大，約為額定轉(zhuǎn)矩的2 3倍；另外，功率因數(shù)較低，滿負 荷時也只能達到0. 85左右；反轉(zhuǎn)慢，制動距離長。3.電流型變頻器+交流同步電動機低速運行時，電流型變頻器將電流控制在零附近脈動，轉(zhuǎn)矩輸出也存在脈動，給軸 系帶來振動；時間常數(shù)較大(由于直流電同感性負載相連)，所以系統(tǒng)動態(tài)響應較差；電流型 逆變電路中的直流輸入電感數(shù)值很大才能夠構(gòu)成一個電流源，使直流回路電流恒定，所以 電感的重量、體積都很大，且對船舶電網(wǎng)產(chǎn)生較大的諧波污染，使得在使用上受到很大的限 制。4.交-交變頻器+交流同步電機(CYCLO)對船舶電網(wǎng)產(chǎn)生較大的諧波污染，諧波高低取決于電機速度；功率因數(shù)低，系統(tǒng)功 率因數(shù)由電機電壓決定，通常為0. 76左右。5.電壓型變頻器+交流異步電動機與電流型變頻器同屬于交菜晞交變頻器，也由整流器、濾波器、逆變器三部分組 成，因此效率低；另外，高壓大容量IGBT及IGCT成本高?，F(xiàn)在普遍使用的采用變頻技術(shù)的方案，要加裝移相變壓器、濾波器等附加裝置，電 能損耗變大，諧波污染大，而且使投資成本增加。更為重要的是，變頻器一旦故障，需要非常 專業(yè)的技術(shù)人員才能維修，這對船員提出了很高的要求，即使船上配備了相關(guān)的專業(yè)技術(shù)
3人員，損壞的零部件也很難在遠離陸地的船上解決，因此大大增加了水上尤其是海上航行 的風險。
公開日為2008年7月16日、公告號為CN101219644的中國專利文件公開了一種 基于超級電容混合動力的船舶電力推進系統(tǒng)，包括混合供電電源，超級電容組和電池堆， 充電系統(tǒng)，包括地面充電站整流驅(qū)動裝置、智能化自適應控制裝置，用于完成對超級電容組 的充電，駕駛操作控制系統(tǒng)，包括駕駛控制器、速度給定裝置和顯示器，以實現(xiàn)對船舶操作 及運行狀況的監(jiān)控；推進系統(tǒng)，包括依次相連的變頻器驅(qū)動裝置、交流電動機和推進裝置； 控制系統(tǒng)，包括電堆控制裝置和系統(tǒng)控制器，采用現(xiàn)場總線方式將駕駛操作控制系統(tǒng)和現(xiàn) 場控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)起來。該結(jié)構(gòu)中的超級電容相對于蓄電池其充電速度快，可以在短時間內(nèi) 完成，并具有無排放，無污染，利于環(huán)保，同時具有噪音小，可以提高船舶內(nèi)艙舒適度。另外 該結(jié)構(gòu)采用基于超級電容混合動力，便于配置，容易布局。
公開日為2008年1月9日、公告 號為CN201002715的中國專利文件公開了一種大型船舶高速航行的燃氣輪機斯特林發(fā)動 機電力推進裝置，包括兩級壓氣機、中間冷卻器、回熱器、燃燒室、兩級燃氣渦輪、A斯特林 發(fā)動機、B斯特林發(fā)動機、循環(huán)水泵、散熱器、風扇、主發(fā)電機、A發(fā)電機、B發(fā)電機、配電板、變 壓器、諧波濾波器、變頻器、監(jiān)測控制器、電力推進器。該結(jié)構(gòu)采用來自燃氣輪機的廢氣作為 斯特林發(fā)動機的熱源，在完全不增加燃料消耗、燃氣輪機組不增容、斯特林發(fā)動機工作時 無需供油的條件下，大幅度提高燃氣輪機組聯(lián)合動力循環(huán)熱效率和大型船舶推進力，能顯 著改善民用大型船舶的水上應急作業(yè)能力和國家海上防衛(wèi)大型船舶的機動性和應急能力， 具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。但上述專利在電力推進系統(tǒng)中均采用變頻技術(shù)調(diào)速，投 資成本高，電能損耗及諧波污染大，維護困難，船舶海上航行其動力設(shè)備的失效風險較大。
實用新型內(nèi)容本實用新型為解決現(xiàn)有技術(shù)的電力推進系統(tǒng)因采用變頻技術(shù)而導致投資成本高， 電能損耗及諧波污染大，維護困難，船舶海上航行其動力設(shè)備的失效風險較大的問題而提 供一種投入少、安裝維護方便、運行費用低、系統(tǒng)可靠性高、使用過程中失效風險低的電力 推進系統(tǒng)。本實用新型的另一個目的是為解決現(xiàn)有技術(shù)的電力推進系統(tǒng)起動瞬間電流大，導 致系統(tǒng)電網(wǎng)壓降大以及起動瞬間機械軸承受的轉(zhuǎn)矩大的問題而提供一種啟動時無沖擊電 流、機械軸承受轉(zhuǎn)矩小的電力推進系統(tǒng)。本實用新型為達到上述技術(shù)目的所采用的具體技術(shù)方案為一種電力推進系統(tǒng)， 包括內(nèi)燃機、發(fā)電機、配電系統(tǒng)、推進電動機及推進器，所述的發(fā)電機通過配電系統(tǒng)與推進 電動機電纜連接，推進電動機通過離合器及減速裝置連接推進器，所述的推進器為可調(diào)螺 距螺旋槳，所述的發(fā)電機和推進電動機均為同步電機，所述的新型電力推進系統(tǒng)還包括輔 助異步電動機及控制輔助異步電動機的輔助控制裝置，輔助異步電動機連接推進電動機， 輔助異步電動機的容量是推進電動機的4%至16%。本實用新型的結(jié)構(gòu)特點主要是推進電動 機和推進器之間沒有大容量變頻器及其附加設(shè)備，發(fā)電機和推進電動機均采用同步電機， 另外，船舶的速度控制通過可調(diào)螺距螺旋槳來完成，由于內(nèi)燃機驅(qū)動的是發(fā)電機，所以內(nèi)燃 機工作在恒速模式，這樣內(nèi)燃機燃燒充分，效率高，節(jié)省燃油，可以實現(xiàn)最小排放。采用可 調(diào)螺距螺旋槳，實現(xiàn)船舶前進和后退的切換，只要調(diào)節(jié)螺旋槳的螺距，比內(nèi)燃機正倒車和推 進電動機的正反轉(zhuǎn)要平滑穩(wěn)定、快速。本實用新型采用了減速裝置和可調(diào)螺距螺旋槳這樣的機械設(shè)備，優(yōu)點是它們技術(shù)都很成熟，可靠性高，都有電氣遙控和本地手動應急操作，當 電氣遙控故障時，可以在本地手動操作，而且一旦機械出現(xiàn)故障，查找維修簡單，更換備件 即可。如果可調(diào)螺距螺旋槳故障，且無法修理，本實用新型還可以將可調(diào)螺距螺旋槳鎖定螺 距，作為定距槳使用。這樣，解決了現(xiàn)有技術(shù)的電力推進系統(tǒng)因采用變頻技術(shù)而導致投資 成本高，電能損耗及諧波污染大，維護困難，船舶海上航行其動力設(shè)備的失效風險較大的問 題，避免了現(xiàn)有技術(shù)電力推進系統(tǒng)的發(fā)電機和推進電動機之間使用變壓器、變頻器等設(shè)備， 而一旦這些電器設(shè)備故障，其故障查找及維修也困難，需要非常專業(yè)的電氣技術(shù)人員才能 解決等現(xiàn)實難題。另外，本實用新型所述的減速裝置連接推進器，其減速裝置與推進器可以 是分體結(jié)構(gòu)，也可以采用自身帶有減速裝置的推進器。因為本實用新型的推進電動機為同 步電機，不能直接起動，而本實用新型設(shè)有輔助異步電動機及控制輔助異步電動機的輔助 控制裝置，且輔助異步電動機連接推進電動機，我們可以通過先啟動輔助異步電動機，來帶 動推進電動機，從而使推進電動機順利啟動。另外，本實用新型的輔助異步電動機與推進電 動機可以是一體化的結(jié)構(gòu)，也可以是各自獨立的結(jié)構(gòu)。作為優(yōu)選，輔助控制裝置包括變頻器或軟起動器或星三角起動器或自耦起動器。 輔助控制裝置和輔助異步電動機，只是幫助推進電動機并入系統(tǒng)電網(wǎng)，容量小，只有推進電 動機容量的4%至16%，且工作時間很短，因此使用壽命很長。而且可以幾個推進電動機分時 共用一套輔助控制系統(tǒng)，這樣可以更省成本，節(jié)省空間。這里所述的變頻器，是指與輔助異 步電動機相適配的小容量變頻裝置。電力推進系統(tǒng)起動時，將推進電動機與減速裝置之間的離合器脫開，通過輔助控 制裝置起動輔助異步電動機，輔助異步電動機帶動推進電動機緩慢起動，然后加速到額定 轉(zhuǎn)速，再通過配電系統(tǒng)的自動同步裝置將推進電動機并入系統(tǒng)電網(wǎng)，同時切斷輔助異步電 動機。系統(tǒng)開始工作時，發(fā)電機運行，系統(tǒng)電網(wǎng)準備就緒，要投入推進電動機，因推進電動 機為同步電機，不能直接起動，因此，先將推進電動機與減速裝置脫開，確定為空載后(對于 電勵式同步電機，關(guān)斷勵磁)，通過輔助控制裝置起動輔助異步電動機，輔助異步電動機帶 著推進電動機緩慢起動，然后按程序加速到額定轉(zhuǎn)速(對于電勵式同步電機，再將推進電動 機進行勵磁)，此時，推進電動機工作在發(fā)電狀態(tài)，再通過自動同步裝置將其并入電網(wǎng)，并網(wǎng) 后，立即切掉輔助異步電動機，這樣推進電動機就在空載下，由發(fā)電機狀態(tài)切換到電動機工 作模式，實現(xiàn)了無沖擊電流起動。作為優(yōu)選，發(fā)電機數(shù)量大于等于三臺，所述的配電系統(tǒng)對系統(tǒng)電網(wǎng)進行分區(qū)供電， 其分區(qū)數(shù)大于等于兩個。分區(qū)供電有利于系統(tǒng)的正常運行，如果輔助控制系統(tǒng)故障，可以將 動力、照明等常用負載暫時轉(zhuǎn)移到獨立的一個區(qū)供電，另一個區(qū)則用于起動推進電動機。發(fā) 電機數(shù)量大于等于三臺，則在通常使用的雙推進器情況下可以使用兩臺發(fā)電機分別給兩個 推進電動機供電，而用另一個發(fā)電機給系統(tǒng)的常用負載供電。在輔助控制裝置或輔助異步電動機故障的情況下，電力推進系統(tǒng)起動時，配電系 統(tǒng)對系統(tǒng)電網(wǎng)進行分區(qū)供電，其中一個供電區(qū)用于起動推進電動機，將推進電動機與減速 裝置之間的離合器脫開，再將本供電區(qū)的發(fā)電機轉(zhuǎn)速調(diào)到最低并對推進電動機供電，可以 先異步再同步起動，或直接同步背靠背起動，當推進電動機緩慢起動后，然后緩慢升高發(fā)電 機的轉(zhuǎn)速(對于電勵式同步電機，可以控制發(fā)電機和推進電動機的勵磁電流)，推進電動機 的轉(zhuǎn)速跟隨上升，直至推進電動機達到額定轉(zhuǎn)速。起動成功后，再按正常操作進行控制。[0022]作為優(yōu)選，發(fā)電機和推進電動機均為高速或中速同步電機。這樣可以減小電機體 積，減輕電機重量，節(jié)省安裝空間。作為優(yōu)選，可調(diào)螺距螺旋槳剛開始轉(zhuǎn)動時，其螺距為零。螺距為零使螺旋槳呈空載 狀態(tài)，所需的啟動扭矩很小，可以解決現(xiàn)有技術(shù)的電力推進系統(tǒng)起動瞬間機械軸承受的轉(zhuǎn) 矩大的問題，可以提高離合器等設(shè)備的使用壽命。本實用新型的有益效果是它有效地解決現(xiàn)有技術(shù)的電力推進系統(tǒng)因采用變頻技 術(shù)而導致投資成本高，電能損耗及諧波污染大，維護困難，船舶海上航行其動力設(shè)備的失效 風險較大的問題，也解決了現(xiàn)有技術(shù)的電力推進系統(tǒng)起動瞬間電流大，導致系統(tǒng)電網(wǎng)壓降 大以及起動瞬間機械軸承受的轉(zhuǎn)矩大的問題，本實用新型投入少、安裝維護方便、運行費用 低、系統(tǒng)可靠性高、使用過程中的失效風險低，社會效益與經(jīng)濟效益明顯。
圖1是本實用新型電力推進系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實用新型電力推進系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面通過實施例，并結(jié)合附圖對本實用新型技術(shù)方案的具體實施方式
作進一步的 說明。實施例1在如圖1圖2所示的實施例1中，一種電力推進系統(tǒng)，包括五臺內(nèi)燃機1、五臺發(fā)電 機2、配電系統(tǒng)3、兩臺推進電動機4及兩臺推進器8，所述的發(fā)電機通過配電系統(tǒng)與推進電 動機電纜連接，配電系統(tǒng)對系統(tǒng)電網(wǎng)進行分區(qū)供電，其分區(qū)數(shù)為三個，其中照明等船舶常用 負載為一個供電區(qū)，左右兩臺推進電動機各為一個供電區(qū)，推進電動機通過離合器及減速 裝置連接推進器，所述的推進器為可調(diào)螺距螺旋槳，所述的發(fā)電機和推進電動機均為電勵 式高速同步電機，所述的電力推進系統(tǒng)還包括輔助異步電動機5及控制輔助異步電動機的 輔助控制裝置6，所述的輔助控制裝置為小容量變頻器，輔助異步電動機連接推進電動機， 輔助異步電動機的容量是推進電動機的8%。另外，本實施例的輔助控制裝置也可以采用軟 起動器、星三角起動器或自耦起動器。實施例1的電力推進系統(tǒng)起動時，內(nèi)燃機帶動發(fā)電機運行，系統(tǒng)電網(wǎng)準備就緒，先 將推進電動機與減速裝置脫開，確定為空載后，關(guān)斷推進電動機的勵磁，通過輔助控制裝置 起動輔助異步電動機，輔助異步電動機帶著推進電動機緩慢起動，然后按程序加速到額定 轉(zhuǎn)速，再將推進電動機進行勵磁，此時，推進電動機工作在發(fā)電狀態(tài)，再通過系統(tǒng)自動同步 裝置將推進電動機并入電網(wǎng)，并網(wǎng)后，立即切掉輔助異步電動機，這樣推進電動機就在空載 下，由發(fā)電機狀態(tài)切換到電動機工作模式，實現(xiàn)了無沖擊電流起動，當推進電動機達到額定 轉(zhuǎn)速后，將可調(diào)螺距螺旋槳的螺距調(diào)節(jié)到零，合上離合器，推進電動機通過減速裝置驅(qū)動可 調(diào)螺距螺旋槳，螺旋槳轉(zhuǎn)動，船舶要加減速，只需調(diào)節(jié)可調(diào)槳的螺距大小即可，螺距的增減 速度可受推進電動機功角限制，以防止推進電動機負載突然變化，引起同步電動機失步。另 外，發(fā)電機由內(nèi)燃機驅(qū)動運行，而內(nèi)燃機配有調(diào)速器，也可以按需要進行調(diào)速。在輔助控制裝置或輔助異步電動機故障的情況下，電力推進系統(tǒng)起動時，配電系統(tǒng)對系統(tǒng)電網(wǎng)進行分區(qū)供電，其中一個供電區(qū)用于起動推進電動機，將推進電動機與減速 裝置之間的離合器脫開，再將本供電區(qū)的發(fā)電機轉(zhuǎn)速調(diào)到最低并對推進電動機供電，可以 先異步再同步起動，或直接同步背靠背起動，當推進電動機緩慢起動后，控制發(fā)電機和推進 電動機的勵磁電流，然后緩慢升高發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，推進電動機的轉(zhuǎn)速跟隨上升，直至推進電 動機達到額定轉(zhuǎn)速，起動成功后，再按正常操作進行控制。 如果可調(diào)螺距螺旋槳故障，且無法修理，本實用新型還可以將可調(diào)螺距螺旋槳作 為定距槳使用，鎖定螺距，若要改變船速，只要調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，就可以改變船速。對于采 用分區(qū)供電的結(jié)構(gòu)，專門分一個區(qū)用于故障可調(diào)螺距螺旋槳的推進電動機，讓發(fā)電機工作 在變速工況；另一個區(qū)發(fā)電機工作在恒速工況，用于照明等常用負載。
權(quán)利要求一種電力推進系統(tǒng)，包括內(nèi)燃機、發(fā)電機、配電系統(tǒng)、推進電動機及推進器，其特征是所述的發(fā)電機(2)通過配電系統(tǒng)(3)與推進電動機(4)電纜連接，推進電動機通過離合器(9)及減速裝置(7)連接推進器(8)，所述的推進器為可調(diào)螺距螺旋槳，所述的發(fā)電機和推進電動機均為同步電機，所述的電力推進系統(tǒng)還包括輔助異步電動機(5)及控制輔助異步電動機的輔助控制裝置(6)，輔助異步電動機連接推進電動機，輔助異步電動機的容量是推進電動機的4%至16%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力推進系統(tǒng)，其特征在于所述的輔助控制裝置包括變頻器 或軟起動器或星三角起動器或自耦起動器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力推進系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā)電機數(shù)量大于等于三 臺，所述的配電系統(tǒng)對系統(tǒng)電網(wǎng)進行分區(qū)供電，其分區(qū)數(shù)大于等于兩個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力推進系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā)電機和推進電動機均為 高速或中速同步電機。
專利摘要本實用新型公開了一種電力推進系統(tǒng)，包括內(nèi)燃機、發(fā)電機、配電系統(tǒng)、推進電動機及推進器，所述的發(fā)電機通過配電系統(tǒng)與推進電動機電纜連接，推進電動機通過離合器及減速裝置連接推進器，所述的推進器為可調(diào)螺距螺旋槳，所述的發(fā)電機和推進電動機均為同步電機，所述的新型電力推進系統(tǒng)還包括輔助異步電動機及控制輔助異步電動機的輔助控制裝置，輔助異步電動機連接推進電動機，輔助異步電動機的容量是推進電動機的4％至16％。它有效地解決現(xiàn)有技術(shù)的電力推進系統(tǒng)因采用變頻技術(shù)而導致投資成本高、維護困難、失效風險大的問題。本實用新型投入少、安裝維護方便、使用過程中的失效風險低，經(jīng)濟效益明顯。
文檔編號B63H23/24GK201694383SQ201020300440
公開日2011年1月5日 申請日期2010年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月11日
發(fā)明者馮木易, 劉恩欣 申請人:浙江欣亞磁電發(fā)展有限公司