CN103281021B - 一种船用永磁传动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种船用永磁传动装置，解决现有船用永磁传动装置变频驱动装置器件容量大、缺通道运行转矩脉动大、低速定子磁密波正弦度不好的问题。本发明包括变频驱动装置和永磁电机，变频驱动装置包括两个变频驱动装置通道，其电气拓扑结构完全一致，两个变频驱动装置通道分别为变频驱动装置通道一和变频驱动装置通道二；所述变频驱动装置通道一和变频驱动装置通道二分别与永磁电机连接。本发明形成2个可独立工作运行的驱动路径，充分利用了电源电压，全寿命周期内转矩脉动小，振动噪声低，变频驱动装置通用性强，在低电源电压供电情况下使装置内的电流在可接受范围内，特别适合于船用电力推进。
Description
技术领域
本发明涉及一种船用传动装置，尤其是涉及一种船用永磁传动装置。
背景技术
以柴油机和汽轮机为主的传统型船舶动力装置，曾对船舶及航运的发展作出了重要贡献，然而这类动力装置也因其一些固有的缺陷阻碍了进一步发展，例如：占据空间过大，以柴油机和汽轮机为主机的船舶，其机舱空间都被体积庞大的发动机、机械传动装置、减速器和轴系等占据，舱室空间利用率大大降低，有效载荷减小。工作环境差，以柴油机或汽轮机为主机的机舱内，不仅振动大、噪声高，而且油污多，废气排放影响空气质量，卫生条件差。主机大而高，系统复杂，增加维护难度，加重维护工作量。相比之下，船舶采用电力推进系统后，舱室布置灵活，制造简单，推进电机与原动机之间通过电缆软连接，轴系设计简单，推进振动和噪声较小，使船舶航行起来更加隐蔽，推进效率高，操作简单。
永磁传动装置是电力推进系统中传动装置重要的发展方向，在各型船舶应用中越来越广泛，常规的船用永磁传动装置，由永磁电机和变频驱动部分组成，永磁电机的每一相绕组是单一整套绕组，而不是一分为二分出2套半绕组，变频驱动装置器件数量少，但是对变频驱动装置器件容量要求较高，当变频驱动装置出现故障，缺通道运行时永磁电机则是缺相运行，转矩脉动大，同时定子气隙磁场正弦度变差，会使装置的振动噪声性能变差。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种能够充分利用了电源电压，全寿命周期内转矩脉动小，振动噪声低，变频驱动装置器件通用性强，在低电源电压供电情况下使装置内的电流在可接受范围内，特别适合于船用电力推进的一种船用永磁传动装置。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种船用永磁传动装置，其特征在于，包括变频驱动装置和永磁电机，变频驱动装置包括两个变频驱动装置通道，其电气拓扑结构完全一致，两个变频驱动装置通道分别为变频驱动装置通道一和变频驱动装置通道二；所述变频驱动装置通道一和变频驱动装置通道二分别与永磁电机连接。
优选的，所述永磁电机包括6相整距绕组型式，每相绕组均为正弦波开绕组连接，6相绕组中，形成两个3相绕组，3相绕组之间互错120电角度，两个3相绕组之间互错30电角度，每相绕组由两个相位完全相同的绕组组成，最终电机绕组为两套相位完全相同的六相绕组组成。
优选的，变频驱动装置通道一和变频驱动装置通道二均包括依次连接的预充电单元、输入滤波电感、制动单元；所述制动单元同时与6个H桥单元连接；所述6个H桥单元连接分别与对应的6个输出滤波器连接；所述6个输出滤波器与永磁电机的六相绕组连接。
优选的，所述预充电单元由辅助晶闸管和限流电阻串联后，再与主晶闸管并联组成；所述制动单元由功率电阻和二极管并联后，再与制动IGBT串联组成；所述6个H桥单元构成相同，每个H桥单元由左右两个桥臂与支撑电容并联组成，每个桥臂上下各1个IGBT；所述6个输出滤波器均由滤波电感、滤波电容和阻尼电阻组成LC型dv/dt滤波器。
优选的，所述预充电单元的主晶闸管正极与直流输入电源正极连接，主晶闸管负极与输入滤波电感输入端正极相连，输入滤波电感输入端负极与电源的负极相连接；输入滤波电感输出端正极与制动单元二极管负极以及6个H桥单元的输入端正极连接，输入滤波电感输出端负极与制动单元制动IGBT的负极以及6个H桥单元输入端负极连接；所述输入滤波电感和6个H桥单元的支撑电容组成LC型滤波器；6个H桥单元的输出端正、负极分别与6个输出滤波器的输入端正、负极连接；6个输出滤波器的输出端正、负极分别与对应三相绕组中一相绕组的正负端连接。
因此，本发明具有如下优点：永磁电机的双六相整距正弦波开绕组与2个变频驱动装置通道形成2个可独立工作运行的驱动路径，充分利用了电源电压，全寿命周期内转矩脉动小，振动噪声低，变频驱动装置器件通用性强，在低电源电压供电情况下使装置内的电流在可接受范围内，特别适合于船用电力推进。
附图说明
图1为本发明的拓扑结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
如图1所示，本发明的实施例，包括变频驱动装置通道一、变频驱动装置通道二以及一个永磁电机，所述变频驱动装置通一道和变频驱动装置通道二分别与永磁电机连接。
变频驱动装置通一道和变频驱动装置通道二均包括依次连接的预充电单元、输入滤波电感、制动单元；所述制动单元同时与6个H桥单元连接；所述6个H桥单元连接分别与对应的6个输出滤波器连接；所述6个输出滤波器与永磁电机的六相绕组连接。
永磁电机为6相整距绕组型式，每相绕组均为正弦波开绕组连接，6相绕组分为2个六相绕组，每个六相绕组中，分成2个三相，三相绕组之间互错120电角度，2个三相绕组之间互错30电角度；图1中，第一个三相绕组包括A1、B1、C1相绕组，第二个三相绕组包括A2、B2、C2相绕组。
预充电单元由辅助晶闸管和限流电阻串联后，再与主晶闸管并联组成；所述制动单元由功率电阻和二极管并联后，再与制动IGBT串联组成；所述6个H桥单元构成相同，每个H桥单元由左右两个桥臂与支撑电容并联组成，每个桥臂上下各1个IGBT；所述6个输出滤波器构成相同，每个输出滤波器均由滤波电感、滤波电容和阻尼电阻组成LC型dv/dt滤波器。
本发明工作时，各变频驱动装置通道中，预充电单元的辅助晶闸管门极和主晶闸管门极连接到控制器，制动IGBT门极以及每个H桥单元的各IGBT门极均连接到控制器；直流电源分为2路分别给变频驱动部分的2个变频驱动装置通道供电；每个变频驱动装置通道与永磁电机的一个六相绕组连接，构成一个基本旋转功能单元；系统上电后，各变频驱动装置通道的预充电单元通过限流电阻限制充电电流，防止电流过大产生冲击损坏滤波电容，完成滤波电容的充电，关断辅助晶闸管、开通主晶闸管；输入滤波电感抑制直流电源线上的谐波电流脉动；H桥单元根据控制器发送的脉冲进行IGBT器件的开通与关断，产生控制永磁电机对应相绕组电流所需要的等效脉冲电压波形，使永磁电机旋转工作；输出滤波器防止H桥单元产生的脉冲电压上升或关断过快对永磁电机绕组产生破坏；制动单元是在永磁电机制动过程中处于发电状态，产生可控电流消耗在制动电阻上，加速永磁电机的制动过程。
在控制器的控制下，2个变频驱动装置通道将直流电逆变成具有特定相位和幅值的6相交流电压，在永磁电机的双六相整距正弦波开绕组中，产生对应的相电流驱动永磁电机旋转工作；2个变频驱动装置通道可以独立工作运行，工作的变频驱动装置通道数量越多，输出功率越大。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (3)
1.一种船用永磁传动装置，其特征在于，包括变频驱动装置和永磁电机，变频驱动装置包括两个变频驱动装置通道，其电气拓扑结构完全一致，两个变频驱动装置通道分别为变频驱动装置通道一和变频驱动装置通道二；所述变频驱动装置通道一和变频驱动装置通道二分别与永磁电机连接；所述永磁电机包括6相整距绕组型式，每相绕组均为正弦波开绕组连接，6相绕组中，形成两个3相绕组，3相绕组之间互错120°电角度，两个3相绕组之间互错30°电角度，每相绕组由两个相位完全相同的绕组组成，最终电机绕组为两套相位完全相同的六相绕组组成；所述的变频驱动装置通道一和变频驱动装置通道二均包括依次连接的预充电单元、输入滤波电感、制动单元；所述制动单元同时与6个H桥单元连接；所述6个H桥单元连接分别与对应的6个输出滤波器连接；所述6个输出滤波器与永磁电机的六相绕组连接。
2.根据权利要求1所述的一种船用永磁传动装置，其特征在于，所述预充电单元由辅助晶闸管和限流电阻串联后，再与主晶闸管并联组成；所述制动单元由功率电阻和二极管并联后，再与制动IGBT串联组成；所述6个H桥单元构成相同，每个H桥单元由左右两个桥臂与支撑电容并联组成，每个桥臂上下各1个IGBT；所述6个输出滤波器均由滤波电感、滤波电容和阻尼电阻组成LC型dv/dt滤波器。
3.根据权利要求2所述的一种船用永磁传动装置，其特征在于，所述预充电单元的主晶闸管正极与直流输入电源正极连接，主晶闸管负极与输入滤波电感输入端正极相连，输入滤波电感输入端负极与电源的负极相连接；输入滤波电感输出端正极与制动单元二极管负极以及6个H桥单元的输入端正极连接，输入滤波电感输出端负极与制动单元制动IGBT的负极以及6个H桥单元输入端负极连接；所述输入滤波电感和6个H桥单元的支撑电容组成LC型滤波器；6个H桥单元的输出端正、负极分别与6个输出滤波器的输入端正、负极连接；6个输出滤波器的输出端正、负极分别与对应三相绕组中一相绕组的正负端连接。
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