CN106451753B - 船用在线式直流电源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船用在线式直流电源装置，向需要直流电源的特殊设备供电，当主电源失电时，自动切换到由应急电源供电，在主电源与应急电源切换过程中或主电源与应急电源全部失电时，由充放电板供电，以确保不允许中断供电的特殊直流设备能正常工作。本发明的船用在线式直流电源装置可为一台设备供电，也可通过机舱集中控制台或驾驶台上的配电箱向多台设备供电。本发明无需另外配置蓄电池及其充电器，以主电源或应急电源作为直流主供，充放电板作为直流备供，切换过程不掉电。
Description
技术领域
本发明涉及一种船用在线式直流电源装置，属于船舶电器设备技术领域。
背景技术
按照船舶建造规范的要求，对导航、监测和无线电通信等设备应进行连续供电，且在正常电源发生故障时能自动地转换到备用电源；对即使在船舶主电源和应急电源都出现故障时仍必须保持工作的特殊设备，可以使用蓄电池支持的公共直流配电网供电。
船舶建造规范规定当主电板上主电源失电时，应急发电机能自动启动并向应急配电板提供应急电源；具有两套充电装置和蓄电池组的船舶充放电板，可向直流公共配电网供电。因此，工程实践需要我们设计一种船用在线式直流电源装置，向需要直流电源的特殊设备供电，能做到当主电源失电时，自动切换到由应急电源供电，在主电源与应急电源切换过程中或主电源与应急电源全部失电时，由充放电板供电，以确保不允许中断供电的特殊设备能正常工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船用在线式直流电源装置，向需要直流电源的特殊设备供电，当主电源失电时，自动切换到由应急电源供电，在主电源与应急电源切换过程中或主电源与应急电源全部失电时，由充放电板供电，以确保不允许中断供电的特殊直流设备能正常工作。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种船用在线式直流电源装置，包括熔断器1F、熔断器2F、熔断器3F、熔断器4F、熔断器5F、熔断器6F、熔断器7F、熔断器8F、熔断器9F、熔断器10F、热继电器FR、接触器1KM、接触器2KM、RC阻容保护电路1、变压器T、桥式整流器2、RC滤波电路3、二极管1V、二极管2V，所述熔断器1F、熔断器2F、熔断器3F的一端接船舶主配电板馈电开关，所述熔断器1F、熔断器2F、熔断器3F的另一端接接触器1KM主触点的一端，所述接触器1KM主触点的另一端接热继电器FR的一端，所述热继电器FR的另一端接变压器T初级，所述RC阻容保护电路1接于变压器T初级，所述变压器T的次级接桥式整流器2，所述RC滤波电路3接于桥式整流器2的输出端，所述二极管1V的阳极接桥式整流器2的正极输出端，所述二极管1V的阴极接熔断器9F的一端，所述熔断器9F的另一端接用电设备直流电源进线端，所述熔断器10F的一端接桥式整流器2的负极输出端，所述熔断器10F的另一端接用电设备直流电源进线端；所述接触器1KM的线圈、接触器2KM的常闭辅助触点、热继电器FR的常闭触点串联，该串联电路两端接于熔断器2F、熔断器3F的负载侧之间，所述熔断器4F、熔断器5F、熔断器6F的一端接船舶应急配电板馈电开关，所述熔断器4F、熔断器5F、熔断器6F的另一端接接触器2KM主触点的一端，所述接触器2KM主触点的另一端接于热继电器FR的电源侧，所述接触器2KM的线圈、接触器1KM的常闭辅助触点、热继电器FR的另一对常闭触点串联，该串联电路两端接于熔断器4F、熔断器5F的负载侧之间，所述熔断器7F的一端接船舶充放电板馈电开关的正极，所述熔断器7F的另一端接二极管2V的阳极，所述二极管2V的阴极接二极管1V的阴极，所述熔断器8F的一端接船舶充放电板馈电开关的负极，所述熔断器8F的另一端接桥式整流器2的负极输出端。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：
前述船用在线式直流电源装置，所述熔断器7F、熔断器8F、熔断器9F、熔断器10F为快速熔断器。
前述船用在线式直流电源装置，还包括直流风扇1M、直流风扇2M，所述直流风扇1M、直流风扇2M的两端连接于桥式整流器2的正、负极输出端之间。
前述船用在线式直流电源装置，其中熔断器1F、熔断器2F、熔断器3F使用断路器1Q代替，其中熔断器4F、熔断器5F、熔断器6F使用断路器2Q代替，其中熔断器7F、熔断器8F使用断路器3Q代替，其中熔断器9F、熔断器10F使用断路器4Q代替。
前述船用在线式直流电源装置，其中变压器T的接线组别为△/Y。
前述船用在线式直流电源装置，其中变压器T为三相整流变压器时，变压器额定容量按SN≥1.25PN确定，变压器T为单相整流变压器时，变压器额定容量按SN≥1.45PN确定，PN为负载功率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：当主电源失电时，自动切换到由应急电源供电，在主电源与应急电源切换过程中或主电源与应急电源全部失电时，由充放电板供电，以确保不允许中断供电的特殊设备能正常工作。本发明的船用在线式直流电源装置可为一台设备供电，也可通过机舱集中控制台或驾驶台上的配电箱向多台设备供电。
本发明无需另外配置蓄电池及其充电器，以主电源或应急电源作为直流主供，充放电板作为直流备供，切换过程不掉电。
附图说明
图1是本发明的船用在线式直流电源装置的系统结构图；
图2是三线制电源的船用在线式直流电源装置电路图；
图3是两线制电源的船用在线式直流电源装置电路图；
图4是三线制电源的船用在线式直流电源装置另一实施例电路图；
图5是两线制电源的船用在线式直流电源装置另一实施例电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，是本发明的船用在线式直流电源装置的系统结构图。
具体的，如图2所示，三线制电源的船用在线式直流电源装置，包括熔断器1F、熔断器2F、熔断器3F、熔断器4F、熔断器5F、熔断器6F、熔断器7F、熔断器8F、熔断器9F、熔断器10F、热继电器FR、接触器1KM、接触器2KM、RC阻容保护电路1、变压器T、桥式整流器2、RC滤波电路3、二极管1V、二极管2V，所述熔断器1F、熔断器2F、熔断器3F的一端接船舶主配电板馈电开关，所述熔断器1F、熔断器2F、熔断器3F的另一端接接触器1KM主触点的一端，所述接触器1KM主触点的另一端接热继电器FR的一端，所述热继电器FR的另一端接变压器T初级，所述RC阻容保护电路1接于变压器T初级，所述变压器T的次级接桥式整流器2，所述RC滤波电路3接于桥式整流器2的输出端，所述二极管1V的阳极接桥式整流器2的正极输出端，所述二极管1V的阴极接熔断器9F的一端，所述熔断器9F的另一端接用电设备直流电源进线端，所述熔断器10F的一端接桥式整流器2的负极输出端，所述熔断器10F的另一端接用电设备直流电源进线端；所述接触器1KM的线圈、接触器2KM的常闭辅助触点、热继电器FR的常闭触点串联，该串联电路两端接于熔断器2F、熔断器3F的负载侧之间，所述熔断器4F、熔断器5F、熔断器6F的一端接船舶应急配电板馈电开关，所述熔断器4F、熔断器5F、熔断器6F的另一端接接触器2KM主触点的一端，所述接触器2KM主触点的另一端接于热继电器FR的电源侧，所述接触器2KM的线圈、接触器1KM的常闭辅助触点、热继电器FR的另一对常闭触点串联，该串联电路两端接于熔断器4F、熔断器5F的负载侧之间，所述熔断器7F的一端接船舶充放电板馈电开关的正极，所述熔断器7F的另一端接二极管2V的阳极，所述二极管2V的阴极接二极管1V的阴极，所述熔断器8F的一端接船舶充放电板馈电开关的负极，所述熔断器8F的另一端接桥式整流器2的负极输出端。
在船电系统中，主电源与应急电源的额定电压、额定频率均相同，其额定电压通常为三相AC400V、415V、440V、630V、690V和单相230V，额定频率为50Hz和60Hz两个系列，装设在机舱集中控制台、驾驶台及其它处所的特殊设备，使用直流电源的额定电压通常为DC24V、110V、220V，这些特殊设备容量较小，一般在50W—5000W之间。本发明可为一台设备供电，也可通过机舱集中控制台或驾驶台上的配电箱向多台设备供电。
船用在线式直流电源装置功率在500W以上者，可采用三相电源和三相桥式整流器，原理如图2所示。对功率在500W及以下者，可采用单相电源和单相桥式整流器，原理如图3所示。这并非一概而论，在选取船用在线式直流电源装置整流电路时，应根据船舶主电源系统的额定电压与频率等具体情况，按对船舶交流电网干扰小、变压器和整流器能得到充分利用等因素进行确定，经常容量在5000W及以下的整流装置采用单相桥式整流器，也完全可行。
在将船用在线式直流电源装置制造成产品时，需考虑结构紧凑，箱体可根据需方实际情况采用立式或卧式，交流进线与直流出线的位置应合理，元器件应选用耐盐雾、耐霉菌的船用产品，变压器和整流器的冷却可各装设1台直流风扇，额定功率约1.2—3W、电压DC24-220V，电流约0.05—0.13A、外型尺寸约80×80×25mm左右、转速3000—4500RPM、风量约11—16CFM，可直接对着变压器和整流器进行风冷，风扇可并联在本装置直流侧，如图2、3所示的直流风扇1M和2M。
在图2中三相整流变压器T，接线组别为△/Y，初级侧的额定电压与额定频率，和船电主电源的额定电压与额定频率相同，其次级侧的额定线电压E2可按E2＝KU·Udi求出，(式中Udi为整流器理想的直流空载电压，KU为阀侧电压变换系数，其理论值为0.74)，变压器T的额定容量SN约为1.05UN·IN，(式中UN为负载额定直流电压，IN为负载额定直流电流，1.05为理论系数)；交流接触器1KM、2KM，其额定电压及线圈电压、额定频率，和电源的额定电压与额定频率相同，额定电流按≥三相整流变压器初级侧额定电流I1选配；FR为热继电器，其电流整定值可按I1进行设定；三相桥式整流器的臂电流方均根理论值为0.58IN，其反向工作峰值电压理论值为直流输出额定电压Udn的1.05倍；二极管1V、2V的电流方均根值为IN，其反向工作峰值电压理论值为1.05Udn；熔断器1F至6F，其熔芯电流可按I1的1.6倍配置；熔断器7F—10F为快速熔断器，其熔芯电流可按IN的1.4倍配置。
在图3中，T为单相整流变压器，初级侧的额定电压E1与额定频率，和船电主电源的额定电压与额定频率相同，其次级侧E2可按E2＝KU·Udi求出，(式中Udi为整流器理想的直流空载电压，KU为阀侧电压变换系数，其理论值为1.11)，T的额定容量SN约为1.23UN·IN，(式中UN为负载额定直流电压，IN为负载额定直流电流，1.23为理论系数)；1KM、2KM为交流接触器，其额定电压及线圈电压与额定频率，和电源的额定电压与额定频率相同，额定电流按≥单相整流变压器初级侧额定电流I1选配；FR为热继电器，其电流整定值可按I1进行设定；单相桥式整流器的臂电流方均根理论值为0.785IN，其反向工作峰值电压理论值为1.57Udn；二极管1V、2V的电流方均根值为IN，其反向工作峰值电压理论值为1.05Udn；熔断器1F—4F，其熔芯电流可按I1的1.6倍配置；熔断器5F—8F为快速熔断器，其熔芯电流可按1.4In进行配置。
图2与图3中指示灯1H、2H、3H的电压与相应位置的电源电压相同。整流器交流侧用以抑制操作过电压的RC阻容保护电路的线绕电阻R通常为5W、30Ω，交流电容器C的额定电压应按不小于E2的2.5倍选取,电容量通常为6—10uf。整流器直流侧RC滤波电路的参数，应按对直流输出纹波的要求及直流输出电压与负载额定电流适当选配(阻容值与负载额定电流成正比)，金属膜或被釉线绕电阻Rz一般为5W—100W、5—100Ω，钽电容或电解电容器Cz的额定电压可按≥3Udn进行选取，电容量一般为10—30uf。
图2与图3中进行短路保护的熔断器和进行过载保护的热继电器，可以用具有短路和过载保护的断路器取代，原理图见图4与图5。在运行中各断路器应在合闸位置。
图4与图5中的1Q、2Q为交流断路器，其额定电压与额定频率，和电源的额定电压与额定频率相同，壳架电流按≥I1选配，过载电流整定值可按I1进行设定。3Q、4Q为直流断路器，其额定电压应≥UdN，壳架电流可按1.3IN进行选配，过载电流整定值可按IN进行设定。
在实际应用中，选择元器件及计算参数时，对上述各理论值需作适当调整。应考虑电网波动(船舶规范允许交流电源电压的波动范围为+6％、－10％，允许直流电压的波动范围为±10％)，并顾及到各种压降等因素，一般情况下整流变压器的E2按上述理论值公式求出后，应再加大1.05—1.07倍；整流变压器的额定容量应考虑到变压器的漏抗、电阻、铜损、铁损与网侧电源的阻抗、经济运行等因素，一般情况下三相整流变压器的额定容量可按SN≥1.25PN求出，单相整流变压器的额定容量可按SN≥1.45PN求出，(式中直流负载功率PN＝UN·IN)；整流器与二极管的选配应考虑到直流负载功率PN，以及负载要求过载的倍数或工作制、环境温度、冷却方式、需要的可靠性程度等因素，三相桥式整流器的臂电流方均根值可按不小于IN进行选取，其反向工作峰值电压可按不小于2.5Udn进行选取，二极管1V、2V的电流方均根值可按不小于1.5IN进行选取，其反向工作峰值电压可按不小于2Udn进行选取；单相桥式整流器的臂电流方均根值可按不小于1.5IN进行选取，其反向工作峰值电压可按不小于3Udn进行选取，二极管1V、2V的电流方均根值可按不小于1.5IN进行选取，其反向工作峰值电压可按不小于2Udn进行选取；如果对直流输出纹波的限制有较高的要求，RC滤波的电容器Cz的电容量宜适当加大。
提供船舶主电源与应急电源的发电机都具备自动调压装置，在正常情况下电压能保持在额定值，只有在大功率用电设备启动时，有可能会造成电压短暂波动。船舶充放电板上的充电装置也具备自动调压功能，当蓄电池充足电之后处在浮充状态，供给公共直流配电网的电压能维持在接近蓄电池组的电压额定值，但在负载较大或供电距离较长时，直流系统的压降较大。由于在整流器直流电压输出侧有R-C滤波，使其直流空载电压要高于直流额定电压值，更高于公共直流配电网的电压值，只有在加入负载后，整流器直流输出侧的电压才回归到额定电压值。本装置两台整流器与充放电板的直流输出共负极，和直流输出的正极分别装有二极管1V与2V。
综上所述，在主电源或应急电源供电时，二极管1V的阴极电位势必高于二极管2V的阴极电位，尤其是在空载时，二极管1V的阴极电位会远远高于二极管2V的阴极电位。
当主电源正常向船用在线式直流电源装置供电时，1KM自动吸合，2KM被闭锁，主电源通过整流装置向直流负载供电，此时1V导通、2V处于截止状态；当主电源失电或因短路、过载保护使1KM释放，若应急电源已向船用在线式直流电源装置供电时，2KM自动吸合，1KM被闭锁，应急电源通过整流装置向直流负载供电，此时1V导通、2V处于截止状态；在主电源失电切换到由应急电源供电的过程约有30s左右时间，(船舶规范要求不超过45s)，或主电源和应急电源都失电或因短路、过载保护使1KM、2KM全部释放的状况下，由于充放电板提供的直流电源始终在线，此时2V的阴极电位将高于1V的阴极电位，2V导通、1V处于截止状态，由充放电板向直流负载供电；当主电源或应急电源恢复供电后，1KM或2KM自动吸合(先恢复的先吸合)，并通过整流装置向直流负载供电，此时1V的阴极电位再次高于2V的阴极电位，1V导通、2V处于截止状态。
本发明无需另外配置蓄电池及其充电器，以主电源或应急电源作为直流主供，充放电板作为直流备供，切换过程不掉电。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种船用在线式直流电源装置，其特征在于，包括熔断器1F、熔断器2F、熔断器3F、熔断器4F、熔断器5F、熔断器6F、熔断器7F、熔断器8F、熔断器9F、熔断器10F、热继电器FR、接触器1KM、接触器2KM、RC阻容保护电路(1)、变压器T、桥式整流器(2)、RC滤波电路(3)、二极管1V、二极管2V，所述熔断器1F、熔断器2F、熔断器3F的一端接船舶主配电板馈电开关，所述熔断器1F、熔断器2F、熔断器3F的另一端接接触器1KM主触点的一端，所述接触器1KM主触点的另一端接热继电器FR的一端，所述热继电器FR的另一端接变压器T初级，所述RC阻容保护电路(1)接于变压器T初级，所述变压器T的次级接桥式整流器(2)，所述RC滤波电路(3)接于桥式整流器(2)的输出端，所述二极管1V的阳极接桥式整流器(2)的正极输出端，所述二极管1V的阴极接熔断器9F的一端，所述熔断器9F的另一端接用电设备直流电源进线端，所述熔断器10F的一端接桥式整流器(2)的负极输出端，所述熔断器10F的另一端接用电设备直流电源进线端；所述接触器1KM的线圈、接触器2KM的常闭辅助触点、热继电器FR的常闭触点串联成串联电路，该串联电路两端接于熔断器2F、熔断器3F的负载侧之间，所述熔断器4F、熔断器5F、熔断器6F的一端接船舶应急配电板馈电开关，所述熔断器4F、熔断器5F、熔断器6F的另一端接接触器2KM主触点的一端，所述接触器2KM主触点的另一端接于热继电器FR的电源侧，所述接触器2KM的线圈、接触器1KM的常闭辅助触点、热继电器FR的另一对常闭触点串联成串联电路，该串联电路两端接于熔断器4F、熔断器5F的负载侧之间，所述熔断器7F的一端接船舶充放电板馈电开关的正极，所述熔断器7F的另一端接二极管2V的阳极，所述二极管2V的阴极接二极管1V的阴极，所述熔断器8F的一端接船舶充放电板馈电开关的负极，所述熔断器8F的另一端接桥式整流器(2)的负极输出端。
2.如权利要求1所述的船用在线式直流电源装置，其特征在于，所述熔断器7F、熔断器8F、熔断器9F、熔断器10F为快速熔断器。
3.如权利要求1所述的船用在线式直流电源装置，其特征在于，还包括直流风扇1M、直流风扇2M，所述直流风扇1M、直流风扇2M的两端连接于桥式整流器(2)的正、负极输出端之间。
4.如权利要求1所述的船用在线式直流电源装置，其特征在于，所述熔断器1F、熔断器2F、熔断器3F使用断路器1Q代替，所述熔断器4F、熔断器5F、熔断器6F使用断路器2Q代替，所述熔断器7F、熔断器8F使用断路器3Q代替，所述熔断器9F、熔断器10F使用断路器4Q代替。
5.如权利要求1所述的船用在线式直流电源装置，其特征在于，所述变压器T的接线组别为△/Y。
6.如权利要求1所述的船用在线式直流电源装置，其特征在于，所述变压器T为三相整流变压器时，变压器额定容量按SN≥1.25PN确定，变压器T为单相整流变压器时，变压器额定容量按SN≥1.45PN确定，PN为负载功率。
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- 2016-12-07 CN CN201611113985.4A patent/CN106451753B/zh active Active
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