本發(fā)明涉及一種船舶動力推進系統(tǒng),特別涉及一種基于異步發(fā)電機自勵磁的船舶直流組網(wǎng)電力推進系統(tǒng)。
背景技術(shù):
目前,船舶的電力推進系統(tǒng)已開始采用直流組網(wǎng)電力推進系統(tǒng),該系統(tǒng)是由柴油發(fā)電機組、公共直流母線、變頻器和推進系統(tǒng)組成。直流組網(wǎng)電力推進系統(tǒng)是由柴油機帶動異步發(fā)電機產(chǎn)生直流電壓為公共直流母線提供直流電,公共直流母線上并聯(lián)有多路的逆變變頻器,每個逆變變頻器連接有各自的推進電機,每個推進電機與各自的船舶推進器連接。異步發(fā)電機具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高等優(yōu)勢,非常適合在船舶直流組網(wǎng)電力推進系統(tǒng)所使用,但由于柴油發(fā)電機組中的異步發(fā)電機本身并沒有勵磁能力,因此異步發(fā)電機需要由連接在直流電網(wǎng)上的變頻模塊提供勵磁,為了在電網(wǎng)尚未建立前達到建立勵磁的效果,一般需要在直流組網(wǎng)電力推進系統(tǒng)中增加外加的起勵單元,由外加的起勵單元對公共直流母線放電從而為異步發(fā)電機提供勵磁電流,使其能夠進入發(fā)電機的工作狀態(tài)。但是外加的起勵單元的增加會造成系統(tǒng)的復(fù)雜程度和投入成本的提高。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明提供了一種基于異步電機自勵磁的船舶直流組網(wǎng)電力推進系統(tǒng),解決了現(xiàn)有船舶直流組網(wǎng)電力推進系統(tǒng)中異步發(fā)電機本身無勵磁能力無法獨立完成發(fā)電機工作,而需要外加起勵電路的技術(shù)問題。
本發(fā)明的總體構(gòu)思是:在船舶直流組網(wǎng)電力推進系統(tǒng)柴油發(fā)電機組的異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸上增加永磁體磁極,在異步發(fā)電機的定子上設(shè)置勵磁繞組,構(gòu)建一個結(jié)構(gòu)相當于一臺與異步發(fā)電機同軸的永磁發(fā)電機,但其額定功率明顯低于異步發(fā)電機額定功率,僅需滿足為直流母線電網(wǎng)提供預(yù)充所需的功率。當船舶直流組網(wǎng)電力推進系統(tǒng)中柴油機啟動之后帶動異步發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸高速轉(zhuǎn)動,此時與異步發(fā)電機轉(zhuǎn)子同軸的永磁體磁極就會切割在異步發(fā)電機的定子上設(shè)置的勵磁繞組,勵磁繞組會產(chǎn)生電流,勵磁繞組輸出的電壓通過交-直整流器后為船舶直流組網(wǎng)電力推進系統(tǒng)公共直流母線充電,之后,公共直流母線電壓通過每一個發(fā)電機回路的整流變頻器后為每一個發(fā)電機提供勵磁電流。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)是采用柴油機帶動一臺異步發(fā)電機進行發(fā)電,異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子上增加永磁體磁極,在異步發(fā)電機的定子上設(shè)置的勵磁繞組通過整流器連接到公共直流母線上;在每臺異步發(fā)電機的輸出端上還連接有各自的交流變直流的整流變頻器,該交流變直流的整流變頻器采用基于igbt的有源整流,整流后的直流電連接到公共直流母線上,在該公共直流母線上并聯(lián)有多個逆變變頻器,經(jīng)過逆變變頻器輸出的是恒定頻率的電壓,每個逆變變頻器上連接有各自的船舶推進電機,每個船舶推進電機與各自的船舶推進器連接在一起。當船舶負載發(fā)生變化時,可動態(tài)調(diào)節(jié)每臺柴油機的轉(zhuǎn)速,控制柴油機始終運行在最佳功率效率點上,也就是使其處于較佳的燃油使用狀態(tài)下,大大地降低了柴油機的油耗。特別是,由于采用公共直流母線的方式,使負載的變化可以通過異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速來靈活地線性地調(diào)整,而不會造成公共直流母線直流電壓的波動,進而也不會影響到船舶上各用電電網(wǎng)的正常運行。
一種基于異步發(fā)電機自勵磁的船舶直流組網(wǎng)電力推進系統(tǒng),包括公共直流母線,在公共直流母線上分別連接有主推進電機逆變變頻器4和側(cè)推進電機逆變變頻器,在主推進電機逆變變頻器輸出端上連接有主推進電機,在主推進電機的輸出軸連接有主推進器;在側(cè)推進電機逆變變頻器的輸出端上連接有側(cè)推進電機,在側(cè)推進電機的輸出軸上連接有側(cè)推進器,在公共直流母線上連接有船舶日用變壓器逆變變頻器,在船舶日用變壓器逆變變頻器的輸出端上連接有變壓器,在變壓器的輸出端上連接有船舶日用負載。
在公共直流母線上連接有第一整流變頻器和第二整流變頻器,在第一整流變頻器的輸入端上連接有第一異步發(fā)電機,第一異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸上連接有第一柴油機,在第二整流變頻器的輸入端上連接有第二異步發(fā)電機,第二異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸上連接有第二柴油機,第一異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸上設(shè)置有第一永磁體磁極,在第一異步發(fā)電機的定子上設(shè)置有第一勵磁繞組,第一勵磁繞組通過第一整流器連接到公共直流母線上,第二異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸上設(shè)置有第二永磁體磁極,在第二異步發(fā)電機的定子上設(shè)置有第二勵磁繞組,第二勵磁繞組通過第二整流器連接到公共直流母線上。第一勵磁繞組是纏繞在第一異步發(fā)電機的外殼上的;第二勵磁繞組是纏繞在第二異步發(fā)電機的外殼上的。
本發(fā)明采用在異步發(fā)電機增加構(gòu)建一個永磁發(fā)電結(jié)構(gòu)的方案來解決異步發(fā)電機自身無法實現(xiàn)勵磁的技術(shù)問題,并用于船舶直流組網(wǎng)電力推進系統(tǒng)柴油發(fā)電機組中,相對于在船舶直流組網(wǎng)電力推進系統(tǒng)中增加額外的起勵單元的方案,具有結(jié)構(gòu)簡單,系統(tǒng)成本低和設(shè)備數(shù)量少等優(yōu)勢。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明:
一種基于異步發(fā)電機自勵磁的船舶直流組網(wǎng)電力推進系統(tǒng),包括公共直流母線14,在公共直流母線14上分別連接有主推進電機逆變變頻器4和側(cè)推進電機逆變變頻器9,在主推進電機逆變變頻器4輸出端上連接有主推進電機5,在主推進電機5的輸出軸連接有主推進器15;在側(cè)推進電機逆變變頻器9的輸出端上連接有側(cè)推進電機10,在側(cè)推進電機10的輸出軸上連接有側(cè)推進器16,在公共直流母線14上連接有船舶日用變壓器逆變變頻器11,在船舶日用變壓器逆變變頻器11的輸出端上連接有變壓器12,在變壓器12的輸出端上連接有船舶日用負載13。
在公共直流母線14上連接有第一整流變頻器3和第二整流變頻器8,在第一整流變頻器3的輸入端上連接有第一異步發(fā)電機2,第一異步發(fā)電機2的轉(zhuǎn)軸上連接有第一柴油機1,在第二整流變頻器8的輸入端上連接有第二異步發(fā)電機7,第二異步發(fā)電機7的轉(zhuǎn)軸上連接有第二柴油機6,第一異步發(fā)電機2的轉(zhuǎn)子軸上設(shè)置有第一永磁體磁極,在第一異步發(fā)電機2的定子上設(shè)置有第一勵磁繞組17,第一勵磁繞組17通過第一整流器18連接到公共直流母線14上,第二異步發(fā)電機7的轉(zhuǎn)子軸上設(shè)置有第二永磁體磁極,在第二異步發(fā)電機7的定子上設(shè)置有第二勵磁繞組19,第二勵磁繞組19通過第二整流器20連接到公共直流母線14上。
本發(fā)明中船舶直流組網(wǎng)電力推進系統(tǒng)的柴油發(fā)電機組的工作步驟如下:當?shù)谝徊裼蜋C1啟動后,第一柴油機1的曲軸連桿帶動第一異步發(fā)電機2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,在第一異步發(fā)電機2的轉(zhuǎn)子軸上設(shè)置的第一永磁體磁極切割在第一異步發(fā)電機2的定子上設(shè)置的第一勵磁繞組17,第一永磁繞組17便會產(chǎn)生電壓,產(chǎn)生的電壓輸入給第一整流器18,第一整流器18將其轉(zhuǎn)化成頻率和幅值恒定的電壓輸送到公共直流母線14,公共直流母線14再將電壓分別通過第一整流變頻器3和第二整流變頻器8輸送給第一異步發(fā)電機2和第二異步發(fā)電機7,第一異步發(fā)電機2和第二異步發(fā)電機7有了勵磁電流后便可以進行發(fā)電,產(chǎn)生電流,然后,再分別通過第一整流變頻器3和第二整流變頻器8為公共直流母線14進行供電,公共直流母線14再分別通過主推進電機逆變變頻器4、側(cè)推進電機逆變變頻器9和船舶日用變壓器逆變變頻器11為船舶主推進電機5、側(cè)推進電機10以及船舶日用負載13供電。