可作為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種特殊的電機(jī)的啟動(dòng)和控制方法，特別涉及一種基于交流勵(lì)磁的無(wú)刷同步電機(jī)起動(dòng)的船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在可調(diào)槳船舶系統(tǒng)中，大量的軸帶發(fā)電機(jī)采用無(wú)刷同步電機(jī)，即無(wú)刷同步電機(jī)的機(jī)械軸連接主推進(jìn)器的主軸，輸出定子繞組連接電站，由于可調(diào)槳系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速基本恒定，電站的輸出電壓可以通過(guò)傳統(tǒng)直流勵(lì)磁模塊，即主動(dòng)電壓管理(AVR)電路進(jìn)行控制，保證輸出電壓的恒定，這樣主推進(jìn)柴油機(jī)額外的功率可以用來(lái)對(duì)電站進(jìn)行發(fā)電，不僅可以關(guān)閉部分甚至所有的輔機(jī)柴油機(jī)，而且可以保證主推進(jìn)柴油機(jī)工作在較高的負(fù)荷條件下，最終降低了整個(gè)系統(tǒng)的燃油消耗。
[0003]隨著對(duì)船舶可靠性的不斷提高，現(xiàn)在逐漸要求，當(dāng)主推進(jìn)柴油機(jī)損壞時(shí)，軸帶發(fā)電機(jī)可以從電站取電，工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)下，來(lái)拖動(dòng)主推進(jìn)器旋轉(zhuǎn)，如果采用無(wú)刷同步電機(jī)，由于無(wú)刷同步電機(jī)本身不具有調(diào)速功能，同時(shí)在靜止條件下采用AVR定子沒有輸出電壓和勵(lì)磁，因此很難用作電動(dòng)機(jī)進(jìn)行起動(dòng)和調(diào)速，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，一般的方法是將電機(jī)換成永磁電機(jī)或者異步電機(jī)，并且增加一個(gè)變頻器來(lái)完成上述工作，這樣對(duì)于新建船舶來(lái)說(shuō)是合適的，但是對(duì)于大量的已有的采用無(wú)刷同步電機(jī)作為軸帶發(fā)電機(jī)的船舶改造升級(jí)而言太過(guò)昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種可作為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)，解決了船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)作為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的技術(shù)難題。
[0005]本技術(shù)方案是通過(guò)以下技術(shù)方案解決以上技術(shù)問(wèn)題的:
一種可作為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)，包括主推進(jìn)柴油機(jī)3，主推進(jìn)柴油機(jī)3通過(guò)齒輪箱2驅(qū)動(dòng)主推進(jìn)器1，齒輪箱2伸出另外一個(gè)軸連接有無(wú)刷同步電機(jī)4，無(wú)刷同步電機(jī)4的定子繞組9通過(guò)旁路開關(guān)5與船用電站6連接，在定子繞組9與船用電站6之間并聯(lián)有由變頻器7和變頻器輸出開關(guān)8串聯(lián)組成的電動(dòng)機(jī)調(diào)速支路，無(wú)刷同步電機(jī)4的勵(lì)磁機(jī)14通過(guò)直流勵(lì)磁模塊開關(guān)15和直流勵(lì)磁模塊11與船用電站6連接，在勵(lì)磁機(jī)14與船用電站6之間并聯(lián)有由交流勵(lì)磁模塊開關(guān)16和交流勵(lì)磁模塊12串聯(lián)組成的同步電機(jī)啟動(dòng)交流勵(lì)磁支路。
[0006]—種可作為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
第一步、主推進(jìn)柴油機(jī)3通過(guò)齒輪箱2驅(qū)動(dòng)主推進(jìn)器1，齒輪箱2伸出另外一個(gè)軸連接有無(wú)刷同步電機(jī)4，無(wú)刷同步電機(jī)4的定子繞組9通過(guò)旁路開關(guān)5與船用電站6連接，在定子繞組9與船用電站6之間并聯(lián)有由變頻器7和變頻器輸出開關(guān)8串聯(lián)組成的電動(dòng)機(jī)調(diào)速支路，無(wú)刷同步電機(jī)4的勵(lì)磁機(jī)14通過(guò)直流勵(lì)磁模塊開關(guān)15和直流勵(lì)磁模塊11與船用電站6連接，在勵(lì)磁機(jī)14與船用電站6之間并聯(lián)有由交流勵(lì)磁模塊開關(guān)16和交流勵(lì)磁模塊12串聯(lián)組成的同步電機(jī)啟動(dòng)交流勵(lì)磁支路。
[0007]第二步、當(dāng)主推進(jìn)柴油機(jī)3發(fā)生故障時(shí)，此時(shí)將旁路開關(guān)5斷開，變頻器輸出開關(guān)8閉合，無(wú)刷同步電機(jī)的傳統(tǒng)直流勵(lì)磁模塊開關(guān)15斷開，交流勵(lì)磁模塊開關(guān)16閉合，在這個(gè)工況下，變頻器的網(wǎng)側(cè)和船用電站6同步，變頻器的機(jī)側(cè)來(lái)驅(qū)動(dòng)無(wú)刷同步電機(jī)4旋轉(zhuǎn)，交流勵(lì)磁模塊12在任何轉(zhuǎn)速下都對(duì)無(wú)刷同步電機(jī)4進(jìn)行勵(lì)磁，配合變頻器的機(jī)側(cè)驅(qū)動(dòng)無(wú)刷同步電機(jī)4，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)主推進(jìn)器1，來(lái)替代主推進(jìn)柴油機(jī)3的功能。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果如下，采用交流勵(lì)磁模塊，可以在靜止條件下啟動(dòng)電機(jī)，采用矢量控制方法，可以保證在靜止?fàn)顟B(tài)下提供額定的輸出轉(zhuǎn)矩，以克服整個(gè)軸系的靜摩擦力，同時(shí)保證對(duì)電站的沖擊很小，輸出采用了輸出正弦波濾波器，降低了對(duì)于傳統(tǒng)的同步電機(jī)的耐壓要求，不會(huì)降低同步電機(jī)的壽命，所有的控制參數(shù)并不基于電機(jī)，所以控制對(duì)于電機(jī)的參數(shù)變化不敏感。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的無(wú)刷同步電機(jī)4的交流勵(lì)磁原理結(jié)構(gòu)圖；
圖3是本發(fā)明的交流勵(lì)磁模塊12的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是變頻器7的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是無(wú)刷同步電機(jī)4的控制框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0011]—種可作為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)，包括主推進(jìn)柴油機(jī)3，主推進(jìn)柴油機(jī)3通過(guò)齒輪箱2驅(qū)動(dòng)主推進(jìn)器1，齒輪箱2伸出另外一個(gè)軸連接有無(wú)刷同步電機(jī)4，無(wú)刷同步電機(jī)4的定子繞組9通過(guò)旁路開關(guān)5與船用電站6連接，在定子繞組9與船用電站6之間并聯(lián)有由變頻器7和變頻器輸出開關(guān)8串聯(lián)組成的電動(dòng)機(jī)調(diào)速支路，無(wú)刷同步電機(jī)4的勵(lì)磁機(jī)14通過(guò)直流勵(lì)磁模塊開關(guān)15和直流勵(lì)磁模塊11與船用電站6連接，在勵(lì)磁機(jī)14與船用電站6之間并聯(lián)有由交流勵(lì)磁模塊開關(guān)16和交流勵(lì)磁模塊12串聯(lián)組成的同步電機(jī)啟動(dòng)交流勵(lì)磁支路。
[0012]—種可作為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的船舶軸帶發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
第一步、主推進(jìn)柴油機(jī)3通過(guò)齒輪箱2驅(qū)動(dòng)主推進(jìn)器1，齒輪箱2伸出另外一個(gè)軸連接有無(wú)刷同步電機(jī)4，無(wú)刷同步電機(jī)4的定子繞組9通過(guò)旁路開關(guān)5與船用電站6連接，在定子繞組9與船用電站6之間并聯(lián)有由變頻器7和變頻器輸出開關(guān)8串聯(lián)組成的電動(dòng)機(jī)調(diào)速支路，無(wú)刷同步電機(jī)4的勵(lì)磁機(jī)14通過(guò)直流勵(lì)磁模塊開關(guān)15和直流勵(lì)磁模塊11與船用電站6連接，在勵(lì)磁機(jī)14與船用電站6之間并聯(lián)有由交流勵(lì)磁模塊開關(guān)16和交流勵(lì)磁模塊12串聯(lián)組成的同步電機(jī)啟動(dòng)交流勵(lì)磁支路；
第二步、當(dāng)主推進(jìn)柴油機(jī)3發(fā)生故障時(shí)，此時(shí)將旁路開關(guān)5斷開，變頻器輸出開關(guān)8閉合，無(wú)刷同步電機(jī)的傳統(tǒng)直流勵(lì)磁模塊開關(guān)15斷開，交流勵(lì)磁模塊開關(guān)16閉合，在這個(gè)工況下，變頻器的網(wǎng)側(cè)和船用電站6同步，變頻器的機(jī)側(cè)來(lái)驅(qū)動(dòng)無(wú)刷同步電機(jī)4旋轉(zhuǎn)，交流勵(lì)磁模塊12在任何轉(zhuǎn)速下都對(duì)無(wú)刷同步電機(jī)4進(jìn)行勵(lì)磁，配合變頻器的機(jī)側(cè)驅(qū)動(dòng)無(wú)刷同步電機(jī)4，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)主推進(jìn)器1，來(lái)替代主推進(jìn)柴油機(jī)3的功能。
[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，可以閉合直流勵(lì)磁開關(guān)15，通過(guò)傳統(tǒng)直流勵(lì)磁模塊(AVR) 11進(jìn)行勵(lì)磁，也可以閉合交流勵(lì)磁開關(guān)16，通過(guò)交流勵(lì)磁模塊12進(jìn)行勵(lì)磁，直流勵(lì)磁在正常工作模式下使用，交流勵(lì)磁在應(yīng)急模式下使用，直流勵(lì)磁開關(guān)15和交流勵(lì)磁開關(guān)16不同時(shí)閉合，無(wú)刷同步電機(jī)4的定子繞組9通過(guò)旁路開關(guān)5連接船用電站6，也通過(guò)變頻器7和變頻器輸出開關(guān)8連接船用電站6，旁路開關(guān)5在正常工作模式下閉合，變頻器輸出開關(guān)8在應(yīng)急工作模式下閉合，旁路開關(guān)5和變頻器輸出開關(guān)8不允許同時(shí)閉合。在正常工作模式下，即當(dāng)主推進(jìn)柴油機(jī)3沒有損壞時(shí)，主推進(jìn)柴油機(jī)3驅(qū)動(dòng)主推進(jìn)器1，此時(shí)將旁路開關(guān)5閉合，變頻器輸出開關(guān)8斷開，無(wú)刷同步電機(jī)4的傳統(tǒng)直流勵(lì)磁模塊開關(guān)15閉合，交流勵(lì)磁模塊開關(guān)16斷開，在這個(gè)工況下，多余的機(jī)械能通過(guò)無(wú)刷同步電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能提供給船用電站6，無(wú)刷同步電機(jī)4工作在發(fā)電模式下。當(dāng)主推進(jìn)柴油機(jī)損壞時(shí)，此時(shí)將旁路開關(guān)5斷開，變頻器輸出開關(guān)8閉合，無(wú)刷同步電機(jī)4的傳統(tǒng)直流勵(lì)磁模塊開關(guān)15斷開，交流勵(lì)磁模塊開關(guān)16閉合，在這個(gè)工況下，變頻器的網(wǎng)側(cè)和船用電站6同步，變頻器的機(jī)側(cè)來(lái)驅(qū)動(dòng)無(wú)刷同步電機(jī)4旋轉(zhuǎn)，交流勵(lì)磁模塊12在任何轉(zhuǎn)速下都對(duì)無(wú)刷同步電機(jī)4進(jìn)行勵(lì)磁，配合變頻器的機(jī)側(cè)驅(qū)動(dòng)無(wú)刷同步電機(jī)4，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)主推進(jìn)器1，來(lái)替代主推進(jìn)柴油機(jī)3的功能，交流勵(lì)磁模塊12的控制采用恒定的高頻電壓驅(qū)動(dòng)，這樣可以在相當(dāng)大的范圍內(nèi)保證無(wú)刷同步電機(jī)定子9電壓的輸出恒定，變頻器的機(jī)側(cè)控制采用基于電壓軸的矢量控制，但是反饋的角度并不是從電壓采集獲得，而是通過(guò)裝在電機(jī)上的光電編碼器38米集獲得。
[0014]圖2是本發(fā)明的無(wú)刷同步電機(jī)4的交流勵(lì)磁原理結(jié)構(gòu)圖，為了實(shí)現(xiàn)無(wú)刷勵(lì)磁，需要專門設(shè)計(jì)勵(lì)磁機(jī)14，勵(lì)磁機(jī)14由靜止的三相定子繞組19、三相轉(zhuǎn)子繞組18和整流模塊17組成，其中勵(lì)磁機(jī)三相轉(zhuǎn)子繞組18和整流模塊17同無(wú)刷同步電機(jī)4的勵(lì)磁繞組13連接，如果采用直流勵(lì)磁的方法，勵(lì)磁機(jī)三相定子繞組1