CN107834943A - 一种船用变频驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船用变频驱动装置，属于舰船传动装置，解决现有船用变频驱动装置直流滤波电抗器体积大、重量重的问题，由电机和变频控制设备构成，变频控制设备上连接直流电源，所述的电机采用六相绕组；所述的变频控制设备由两个相同的支路构成，每个支路均包括一个直流滤波电抗器、三个H桥单元和三个输出滤波单元，分别与所述电机的两个三相绕组连接。本发明电机的六相整距正弦波开绕组与变频控制设备形成工作运行的驱动路径，通过两个支路的直流滤波电抗器共磁路铁心实现磁通相互抵消，并增大其漏感量，在直流侧电流满足电磁兼容要求前提下，实现直流滤波电抗器体积重量变小的目的，且方便维修，特别适合船用电力推进。

Description

一种船用变频驱动装置
技术领域
本发明属于舰船传动装置技术领域，具体涉及一种船用变频驱动装置。
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。
变频驱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，普通的船用变频驱动装置，由电机和变频控制设备组成，电机为正弦波同步电机，变频控制设备由直流电抗器、H桥逆变单元和输出滤波单元组成。
由于船用电源电压等级低，输入侧直流电流大,导致直流滤波电抗器体积大、重量重，直接导致变频控制设备体积重量变大，且维修不方便。
发明内容
本发明提供一种船用变频驱动装置，解决现有船用变频驱动装置直流滤波电抗器体积大、重量重的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种船用变频驱动装置，由电机和变频控制设备构成，变频控制设备上连接直流电源，所述的电机采用六相绕组；所述的变频控制设备由两个相同的支路构成，每个支路均包括一个直流滤波电抗器、三个H桥单元和三个输出滤波单元，分别与所述电机的两个三相绕组连接。
所述的一种船用变频驱动装置，其电机为六相整距绕组型式，每相绕组均为正弦波开绕组连接。
进一步，所述的六相绕组被分为两个互错30 电角度的三相绕组，三相绕组之间互错120 电角度。
所述的一种船用变频驱动装置，其两个直流滤波电抗器共磁路铁心，绕组同名端在同一侧。
进一步，所述两个支路上的六个H桥单元构成相同，每个H桥单元均由左右两个桥臂与支撑电容并联组成，每个所述的桥臂上下各有一个IGBT。
所述的一种船用变频驱动装置，其两个支路上的六个输出滤波单元构成相同，每个输出滤波单元均是由滤波电感、滤波电容和阻尼电阻组成的LC型dv/dt滤波单元。
进一步，所述直流电源的正极分别与支路一中三个H桥单元的对应输入端正极以及支路二中直流滤波电抗器的正极连接，直流电源的负极与支路一中直流滤波电抗器的对应输入端正极以及支路二中的三个H桥单元的对应输入端负极连接；支路一中直流滤波电抗器的负极分别与支路一中三个H桥单元的对应输入端负极连接；支路二中直流滤波电抗器的负极分别与支路二中的三个H桥单元的对应输入端正极连接；六个H桥单元的输出端正、负极分别与六个输出滤波单元的输入端正、负极连接，六个输出滤波单元的输出端正、负极分别与两个三相绕组中对应相绕组的正负端连接。
本发明具有的优点和积极效果如下：本发明电机的两个三相整距正弦波开绕组与变频控制设备形成工作运行的驱动路径，通过两个支路的直流滤波电抗器共磁路铁心，使两个支路的直流电流磁通相互抵消，并利用直流滤波电抗器增大漏感量设计，在实现直流侧电流良好的电磁兼容性前提下，达到了减小直流滤波电抗器体积、重量的目的，进而减小了变频控制设备的体积和重量，使变频驱动装置的体积、重量得到有效控制，且方便维修，特别适合船用电力推进。
附图说明
图1为本发明实施例的拓扑示意图。
各附图标记为：1—电机，2—变频控制设备，21—直流滤波电抗器，22—H桥单元，23—输出滤波单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，作为本发明的实施例，一种船用变频驱动装置，由电机1和变频控制设备2构成，所述的电机1采用六相整距绕组型式，每相绕组均为正弦波开绕组连接，所述的六相绕组被分为两个互错30 电角度的三相绕组，三相绕组之间互错120 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；所述的变频控制设备2由两个组成相同的主回路支路构成，每个支路均包括一个直流滤波电抗器21、三个H桥单元22和三个输出滤波单元23，分别与所述电机1的两个三相绕组连接；所述的两个直流滤波电抗器21各有一套绕组，绕组形式相同，共磁路铁心，绕组同名端在同一侧，两个支路上的六个H桥单元22构成相同，每个H桥单元22均由左右两个桥臂与支撑电容并联组成，每个所述的桥臂上下各有一个IGBT；支路上的六个输出滤波单元23构成相同，每个输出滤波单元23均是由滤波电感、滤波电容和阻尼电阻组成的LC型dv/dt滤波单元。
本发明的船用变频驱动装置还包括直流电源，直流电源正极分别与支路一的3个H桥单元22的对应端正极连接，直流电源负极与支路一直流滤波电抗器21正极连接，支路一直流滤波电抗器21负极分别与支路一的三个H桥单元22的对应输入端负极连接；直流电源正极与支路二直流滤波电抗器21正极连接，支路二直流滤波电抗器21负极分别与支路二的三个H桥单元22的对应输入端正极连接，直流电源负极分别与支路二的三个H桥单元22的对应输入端负极连接；六个H桥单元22的输出端正、负极分别与六个输出滤波单元23的输入端正、负极连接；六个输出滤波单元23的输出端正、负极分别与两个三相绕组中对应相绕组的正负端连接。
本发明工作时，每个H桥单元22的各IGBT门极均连接到控制器；直流电源给变频控制设备2供电；变频控制设备2的两个支路分别与电机1的两个三相相绕组连接，构成旋转功能单元；直流滤波电抗器21抑制H桥单元22及电机1产生的谐波电流，使直流侧电流满足电磁兼容性要求；H桥单元22根据控制器发送的脉冲进行IGBT器件的开通与关断，产生控制电机1对应相绕组电流所需要的等效脉冲电压波形，使电机1旋转工作；输出滤波单元23防止H桥单元22产生的脉冲电压上升或关断过快对电机1绕组产生破坏。
在控制器的控制下，变频控制设备2将直流电逆变成具有特定相位和幅值的两组三相交流电压，在电机1的两个三相整距正弦波开绕组中，产生对应的相电流驱动电机1旋转工作；支路一直流滤波电抗器21与支路二直流滤波电抗器21通过共磁路铁芯，输入电流方向相反，实现直流电流在铁芯产生的磁通的相互抵消，使铁芯的B-H曲线工作点下降到0附近，在保证谐波电感量不变的前提下，电抗器铁心窗口截面积大幅减小，使得电抗器体积变小、重量变轻。
因为两个直流滤波电抗器21同名端位于同侧，所以两个支路相位互错180度的六倍频谐波电流得到有效抑制，而两个支路十二倍频及以上同相位谐波电流得不到抑制，为此该直流滤波电抗器21增大漏感量，实现对两个支路十二倍频及以上同相位谐波电流的抑制，实现直流侧电流具有良好电磁兼容性的同时直流滤波电抗器21体积重量变小的目的。
本发明权利要求保护范围不限于上述实施例。

Claims (7)

1.一种船用变频驱动装置，由电机（1）和变频控制设备（2）构成，变频控制设备（2）上连接直流电源，其特征在于：所述的电机（1）采用六相绕组；所述的变频控制设备（2）由两个相同的支路构成，每个支路均包括一个直流滤波电抗器（21）、三个H桥单元（22）和三个输出滤波单元（23），分别与所述电机（1）的两个三相绕组连接。
2.根据权利要求1所述的一种船用变频驱动装置，其特征在于，所述的电机（1）为六相整距绕组型式，每相绕组均为正弦波开绕组连接。
3. 根据权利要求2所述的一种船用变频驱动装置，其特征在于，所述的六相绕组被分为两个互错30 电角度的三相绕组，三相绕组之间互错120 电角度。
4.根据权利要求1所述的一种船用变频驱动装置，其特征在于，所述的两个直流滤波电抗器（21）共磁路铁心，绕组同名端在同一侧。
5.根据权利要求4所述的一种船用变频驱动装置，其特征在于，所述两个支路上的六个H桥单元（22）构成相同，每个H桥单元（22）均由左右两个桥臂与支撑电容并联组成，每个所述的桥臂上下各有一个IGBT。
6.根据权利要求4所述的一种船用变频驱动装置，其特征在于，所述两个支路上的六个输出滤波单元（23）构成相同，每个输出滤波单元（23）均是由滤波电感、滤波电容和阻尼电阻组成的LC型dv/dt滤波单元。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种船用变频驱动装置，其特征在于，所述直流电源的正极分别与支路一中三个H桥单元（22）的对应输入端正极以及支路二中直流滤波电抗器（21）的正极连接，直流电源的负极与支路一中直流滤波电抗器（21）的对应输入端正极以及支路二中的三个H桥单元（22）的对应输入端负极连接；支路一中直流滤波电抗器（21）的负极分别与支路一中三个H桥单元（22）的对应输入端负极连接；支路二中直流滤波电抗器（21）的负极分别与支路二中的三个H桥单元（22）的对应输入端正极连接；六个H桥单元（22）的输出端正、负极分别与六个输出滤波单元（23）的输入端正、负极连接，六个输出滤波单元（23）的输出端正、负极分别与两个三相绕组中对应相绕组的正负端连接。
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