CN111361721A - 一种电驱推进系统 - Google Patents

一种电驱推进系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111361721A
CN111361721A CN202010137270.2A CN202010137270A CN111361721A CN 111361721 A CN111361721 A CN 111361721A CN 202010137270 A CN202010137270 A CN 202010137270A CN 111361721 A CN111361721 A CN 111361721A
Authority
CN
China
Prior art keywords
speed
power converter
electric
heat engine
low
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010137270.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111361721B (zh
Inventor
张立春
张松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion China Shipbuilding Industry Corp No 712 Institute CSIC
Original Assignee
Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion China Shipbuilding Industry Corp No 712 Institute CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion China Shipbuilding Industry Corp No 712 Institute CSIC filed Critical Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion China Shipbuilding Industry Corp No 712 Institute CSIC
Priority to CN202010137270.2A priority Critical patent/CN111361721B/zh
Publication of CN111361721A publication Critical patent/CN111361721A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111361721B publication Critical patent/CN111361721B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/20—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/22—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
    • B63H23/24—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/20—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units
    • B63H2021/202—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units of hybrid electric type
    • B63H2021/205—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units of hybrid electric type the second power unit being of the internal combustion engine type, or the like, e.g. a Diesel engine
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/20—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units
    • B63H2021/202—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units of hybrid electric type
    • B63H2021/207—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units of hybrid electric type the second power unit being a gas turbine

Abstract

本发明公开了一种电驱推进系统，包括作为原动机的高速热机以及依次连接在高速热机转轴上的高速电机、电力变换器一、电力变换器二和电励磁磁齿轮，所述的电励磁磁齿轮由连接在所述转轴端部的高速少极电枢绕组、调磁环定子以及用于连接低速负载的低速多极永磁转子组成；本发明在高速原动机与低速负载之间采用电励磁磁齿轮连接，又在高速轴系上设置一套低功率的发电—整流—逆变电磁调节系统直接给电励磁磁齿轮的高速电枢绕组供电，电励磁磁齿轮的低速多级永磁转子采用具有机械调磁结构，在低速时弱磁运行，实现了通过增加一个低功率的电磁环节，增加了原系统转速调节范围。

Description

一种电驱推进系统
技术领域
本发明属于电力与机械混合拖动技术领域，尤其涉及一种具有电磁变速、调速功能的电驱推动系统。
背景技术
目前舰船的推进方式主要有两种即机械推进和电力推进。机械推进由原动机带减速齿轮箱直接驱动螺旋桨，电力推进一般由原动机带发电机发电，再由电力推进系统驱动螺旋桨。
舰船采用机械推进时，一般采用调距桨或原动机直接调速：调距桨相比定距桨效率低、保养维护复杂且易产生空泡现象；而采用原动机直接调速，原动机一般为柴油机或燃气轮机，其深度调速时效率低且不稳定，一般控制在70%转速。舰船采用电力推进时，一般由发电机、整流器、逆变器和推进电机四个全功率环节组成，虽然调速宽广，但价格昂贵，且系统体积重量大。有些船舶如大型货轮、大型邮船并不需要很深的调速比，但光靠原动机本身调速又不经济，需要在机械推进为主的基础上，以较小的电功率增加调速范围。
发明内容
针对现有技术中舰船采用原动机直接调速度范围不足，而采用全功率电力推进调速又价格昂贵、体积重量大的缺点，本发明提供一种具有电磁减速、调速功能的推进系统。
本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电驱推进系统，包括作为原动机的高速热机以及依次连接在高速热机转轴上的高速电机、电力变换器一、电力变换器二和电励磁磁齿轮，所述的电励磁磁齿轮由连接在所述转轴端部的高速少极电枢绕组、调磁环定子以及用于连接低速负载的低速多极永磁转子组成，所述的高速少极电枢绕组与电力变换器二、电力变换器一、高速电机组成一个与高速热机同轴旋转的电磁调速系统，通过非接触磁耦合将高速热机转轴与低速负载连接，并起到减速作用。
所述的一种电驱推进系统，其高速电机由安装在高速热机的转轴上一起旋转的多相绕组电枢组件和采用电励磁或永磁励磁且为固定结构的励磁组件组成。
所述的一种电驱推进系统，其电力变换器一安装在高速热机的转轴上一起旋转，是交流端与电枢组件连接的交直变换器；所述的电力变换器二安装在高速热机的转轴上一起旋转，是直流端与电力变换器一的直流端连接、交流端与高速少极电枢绕组连接的直交变换器。
所述的一种电驱推进系统，其低速多极永磁转子采用机械弱磁结构，其在中高速时额定励磁，在低速时机械弱磁。
所述的一种电驱推进系统，其高速热机为柴油机或燃气轮机。
本发明的有益效果是：在高速原动机与低速负载之间采用电励磁磁齿轮连接，又在高速轴系上设置一套低功率的发电-整流-逆变电磁调节系统，该系统直接给电励磁磁齿轮的高速电枢绕组供电，电励磁磁齿轮的低速多级永磁转子具有机械调磁结构，在低速时弱磁运行，实现了增加一个低功率的电磁调速环节，增加了原机械推进转速调节范围，且该电磁调速环节不需要外部供电。
本发明通过增加一个低功率的电磁调速环节，增加了原机械推进转速调节范围，且该电磁环节不需要外部供电，最终该系统在原动机转速不变时，调速比为1/(2s-1)/q。
附图说明
图1为本发明的原理示意图；
图2为本发明的功率传递图。
各附图标记为：1—高速热机，2—高速电机，2.1—电枢组件，2.2—励磁组件，3—电力变换器一，4—电力变换器二，5—电励磁磁齿轮，5.1—高速少极电枢绕组，5.2—调磁环定子，5.3—低速多极永磁转子，6—低速负载。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参照图1、图2所示，本发明公开的一种电驱推进系统，包括作为原动机的高速热机1以及依次连接在高速热机1转轴上的高速电机2、电力变换器一3、电力变换器二4和电励磁磁齿轮5，所述的电励磁磁齿轮5由连接在所述转轴端部的高速少极电枢绕组5.1、调磁环定子5.2以及用于连接低速负载6（如风机、泵类、螺旋桨）的低速多极永磁转子5.3组成，所述的高速少极电枢绕组5.1，与电力变换器二4、电力变换器一3、高速电机2组成一个与高速热机1同轴旋转的电磁调速系统，通过非接触磁耦合将高速热机1转轴与低速负载6连接，并起到减速作用。其中所述的高速电机2由安装在高速热机1的转轴上一起旋转的多相绕组电枢组件2.1和采用电励磁或永磁励磁且为固定结构的励磁组件2.2组成。其中所述的电力变换器一3安装在高速热机1的转轴上一起旋转，是交流端与电枢组件2.1连接的交直变换器；所述的电力变换器二4安装在高速热机1的转轴上一起旋转，是直流端与电力变换器一3的直流端连接、交流端与高速少极电枢绕组5.1连接的直交变换器。所述的低速多极永磁转子5.3采用机械弱磁结构（见专利一种弱磁升速永磁电机），其在中高速时额定励磁，在低速时机械弱磁，其弱磁比为q。所述的高速热机1为柴油机或燃气轮机。
分别令高速热机1的功率为P1，高速电机2的功率为Pg，电力变换器一3的功率为Pbpg，电力变换器二4的功率为Pbpm、交流端频率为fe，电励磁磁齿轮5的变比为K，高速少极电枢绕组5.1的极对数为p。
令低速负载6的功率为P2，额定转速为nN、额定功率为PN，一般n1设定在s*K*nN(s为小于1的系数)，将功率P1分解为直接传递给高速少极电枢绕组5.1的机械功率Pt和经由Pg—Pbpg—Pbpm最终以电磁能形式传递给高速少极电枢绕组5.1的电磁功率Pe，高速少极电枢绕组5.1的磁场旋转频率为n1*p/60±fe，n2=（n1±fe*60/p）/K，其中当Pe产生的旋转磁场与n1同方向时取+，当反方向时取-，忽略各设备效率损失。
当fe=0时，Pe亦为0，此时n2=n1/K，此时高速电机2、电力变换器一3、电力变换器二4仅起到直流励磁作用，并无有效功率传递。
当Pe产生的旋转磁场与n1同方向时，Pe＞0，系统向上调速，此时n2=（n1+fe*60/p）/K，高速电机2为发电机工况、电力变换器一3为整流工况、电力变换器二4为逆变工况。
当Pe产生的旋转磁场与n1反方向时，Pe＜0，系统向下调速，此时n2=（n1-fe*60/p）/K，高速电机2为电动工况、电力变换器一3为逆变工况、电力变换器二4为整流工况，此时电磁功率Pe在电磁调速系统内部空转。
在n1±（1-s）*K*nN范围内调速时，低速多级永磁转子5.3的磁场维持不变，在nN、PN工况点Pe达到最大值即为（1-s）*PN，也是高速电机2、电力变换器一3、电力变换器二4的所需要的容量。
进一步，在n1-（1-s）*K *nN以下调速时，为了不增加电压值，需要低速多级永磁转子5.3进行弱磁，此时系统转矩能力下降，所以适合转矩随转速正相关性变化负载。
本发明为原理拓扑类创新，仅列举三个具体参数举例，以表明该发明的意义所在。
针对低速螺旋桨负载特性时，在保持高速热机1转速不变时，调速因素有两个：即电磁功率Pe和电励磁磁齿轮5的弱磁比q。在高速热机1转速保持不变时电励磁磁齿轮5亦不采用弱磁调节，当电磁调速系统设定为20%额定功率时，其调速范围为1：1.67，当电磁调速系统设定为45%额定功率时，其调速范围为1：10，当电磁调速系统设定为50%额定功率时，其调速范围为0～额定转速。
在高速热机1转速保持不变时，假定电励磁磁齿轮5弱磁比0.5时（技术上容易实现），当电磁调速系统设定为20%额定功率时，其调速范围为1：3.33，当电磁调速系统设定为40%额定功率时，其调速范围为1：10。
在高速热机1保持较高效率和稳定性前提下具有最低70%额定转速运行能力时，假定电励磁磁齿轮5弱磁比0.5时（技术上容易实现），当电磁调速系统设定为20%额定功率时，其调速范围为1：4.76，当电磁调速系统设定为35.7%额定功率时，其调速范围为1：10。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电驱推进系统，其特征在于：包括依次连接在高速热机（1）转轴上的高速电机（2）、电力变换器一（3）、电力变换器二（4）和电励磁磁齿轮（5），所述的电励磁磁齿轮（5）由连接在所述转轴端部的高速少极电枢绕组（5.1）、调磁环定子（5.2）以及用于连接低速负载（6）的低速多极永磁转子（5.3）组成，所述的高速少极电枢绕组（5.1），与电力变换器二（4）、电力变换器一（3）、高速电机（2）组成一个与高速热机（1）同轴旋转的电磁调速系统，通过非接触磁耦合将高速热机（1）转轴与低速负载（6）连接，并起到减速作用。
2.根据权利要求1所述的一种电驱推进系统，其特征在于，所述的高速电机（2）由安装在高速热机（1）转轴上的电枢组件（2.1）和采用电励磁或永磁励磁且为固定结构的励磁组件（2.2）组成。
3.根据权利要求2所述的一种电驱推进系统，其特征在于，所述的电力变换器一（3）是交流端与电枢组件（2.1）连接的交直变换器；所述的电力变换器二（4）是直流端与电力变换器一（3）连接、交流端与高速少极电枢绕组（5.1）连接的直交变换器。
4.根据权利要求1所述的一种电驱推进系统，其特征在于，所述的低速多极永磁转子（5.3）采用机械弱磁结构。
5.根据权利要求1所述的一种电驱推进系统，其特征在于，所述的高速热机（1）为柴油机或燃气轮机。
CN202010137270.2A 2020-03-02 2020-03-02 一种电驱推进系统 Active CN111361721B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010137270.2A CN111361721B (zh) 2020-03-02 2020-03-02 一种电驱推进系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010137270.2A CN111361721B (zh) 2020-03-02 2020-03-02 一种电驱推进系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111361721A true CN111361721A (zh) 2020-07-03
CN111361721B CN111361721B (zh) 2021-10-19

Family

ID=71200287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010137270.2A Active CN111361721B (zh) 2020-03-02 2020-03-02 一种电驱推进系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111361721B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113315269A (zh) * 2021-05-31 2021-08-27 河北工业大学 一种具有弱磁功能的定子型永磁同步电机

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2440400A (en) * 2006-07-26 2008-01-30 Rolls Royce Plc Starting a rim driven pm motor by an associated induction motor
CN101488690A (zh) * 2008-01-17 2009-07-22 颜广博 多功能电磁无级变矩装置
CN101951048A (zh) * 2010-08-31 2011-01-19 东南大学 基于空间磁场调制的直驱式电机
CN104377915A (zh) * 2014-12-10 2015-02-25 哈尔滨工业大学 径向-径向磁场电磁行星齿轮功率分配器
CN105119450A (zh) * 2015-09-24 2015-12-02 哈尔滨理工大学 低速大转矩磁传动复合电机
WO2019101915A1 (de) * 2017-11-23 2019-05-31 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische maschine mit erhöhter betriebssicherheit

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2440400A (en) * 2006-07-26 2008-01-30 Rolls Royce Plc Starting a rim driven pm motor by an associated induction motor
CN101488690A (zh) * 2008-01-17 2009-07-22 颜广博 多功能电磁无级变矩装置
CN101951048A (zh) * 2010-08-31 2011-01-19 东南大学 基于空间磁场调制的直驱式电机
CN104377915A (zh) * 2014-12-10 2015-02-25 哈尔滨工业大学 径向-径向磁场电磁行星齿轮功率分配器
CN105119450A (zh) * 2015-09-24 2015-12-02 哈尔滨理工大学 低速大转矩磁传动复合电机
WO2019101915A1 (de) * 2017-11-23 2019-05-31 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische maschine mit erhöhter betriebssicherheit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113315269A (zh) * 2021-05-31 2021-08-27 河北工业大学 一种具有弱磁功能的定子型永磁同步电机
CN113315269B (zh) * 2021-05-31 2022-10-25 河北工业大学 一种具有弱磁功能的定子型永磁同步电机

Also Published As

Publication number Publication date
CN111361721B (zh) 2021-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5291880B2 (ja) 船用推進システム
CN201323515Y (zh) 一种径向磁场的无刷双馈双机械端口电机
CN110242470A (zh) 一种油电混合无人机用起动发电一体式系统及控制方法
CN101752968A (zh) 内部风冷双转子发电机
CN111361721B (zh) 一种电驱推进系统
CN107565727B (zh) 可变速内燃机发电机组-变速恒频交直流凸极同步发电机组
Gupta et al. Some investigations on recent advances in wind energy conversion systems
CN210246317U (zh) 一种电动船舶推进系统和电动船舶
CN106787545B (zh) 一种三电气端口的双定子磁阻无刷风力发电机
CN107332417A (zh) 基于异步电机自励磁的船舶直流组网电力推进系统
CN201323512Y (zh) 一种轴向磁场的无刷双馈双机械端口电机
EP2296257A2 (en) Multi-stage controlled frequency generator for direct-drive wind power
CN201323514Y (zh) 一种无刷单馈双机械端口电机
CN107332416A (zh) 基于异步电机自励磁的轴带发电系统
CN201590737U (zh) 内部风冷双转子发电机
CN206977285U (zh) 基于异步电机自励磁的轴带发电系统
CN202103555U (zh) 船用无刷交流轴带发电机
CN201466929U (zh) 双永磁型无刷双馈双机械端口电机
TWI463068B (zh) 直驅式風力／潮汐同步發電系統
EP2527690A2 (en) Transmission shaft having centrifugal device and transmission method thereof
CN113517801B (zh) 一种无级变速磁齿轮
CN212627633U (zh) 一种开关磁阻型电磁调速电动机
CN218142153U (zh) 动力系统
CN110017250B (zh) 一种变速恒频风力发电系统
CN207398981U (zh) 一种新型高效、绿色节能动力源

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant