CN201430498Y - 船用逆变式轴带发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种全功率逆变式的船舶轴带发电机装置，具体是船用逆变式轴带发电机。其以船舶推进主机为动力，直接或间接带动一台同步发电机，至于船舶在航行过程中船舶推进主机转速的变化而对同步发电机输出电源频率、电压、功率这些电源质量参数的影响，是通过连接在同步发电机电源输出端的变流装置的自动调整，从而输出稳频稳压正弦波电源，供给船舶用电设备使用。它能使船舶在航行过程中关闭船舶辅机——柴油发电机，从而大大降低船舶运行费用和减少废气排放。它还具有轴带发电机与船舶辅机功率负荷的无缝转移，以及当船舶辅机功率不足时可与轴带发电机长时间并联运行使用的效能。该装置可广泛用于固定螺旋浆类船舶发电系统中。

Description

船用逆变式轴带发电机

一、技术领域

本实用新型涉及固定螺旋浆类船舶轴带发电装置。

二、背景技术

目前，在固定螺旋浆类船舶中，由于船舶航行的速度是由调节船舶推进主机的转速来实现的，所以，船舶推进主机的转速是随船舶的航行速度的改变而经常变化，如果简单地从船舶推进主机引出动力带动发电机发电，则此发电机所发出的电源频率、电压、功率也随船舶推进主机转速的变化而变化，因此，该电源不能作为船舶电源直接供给船舶用电设备使用。当然，它与可变浆类船舶和电力推进类船舶不同，该类船舶的推进主机是恒速运行的，其轴带发电机系统实质上就是一台普通发电机。

近几年来针对固定螺旋浆类船舶中的轴带发电机装置大致可分为：频率补偿式轴带发电装置、行星齿轮机械式恒速轴带发电装置、电磁传动调速轴带发电装置等，这些轴带发电装置都存在系统结构复杂、功率容量小、速度变化范围窄、可靠性及效率低等缺点，而且都不能满足固定螺旋浆类船舶电源实际使用的需要。到目前为止，这些轴带发电装置还没有形成可供固定螺旋浆类船舶实际、有效使用的系列产品。

三、实用新型内容

为了克服用于固定螺旋浆类船舶的轴带发电装置已有技术的不足，本实用新型提出一种船用逆变式轴带发电机。

本实用新型提出了如下的技术解决方案：本实用新型由变速装置、同步发电机装置、变流装置、输出开关装置这四大部分组成，其特征在于：从船舶推进主机的主轴或副轴通过联轴器引出动力，经变速装置将船舶推进主机的额定转速变换为同步发电机的额定转速驱动同步发电机发电，该同步发电机所输出的电源，经变流装置的整流电路整流变成直流电，再经逆变桥电路逆变成交流电，该交流电经正弦滤波器输出。本实用新型只要适当控制逆变桥电路的触发时间、调制频率以及调制度，则变流装置输出的电源只与控制设定值有关，与输入电源无关，所以当船舶推进主机转速变化时，变流装置输出的仍是稳频稳压正弦波电源，经输出开关装置与船舶电网连接，实现船舶在航行过程中，由本轴带发电机独立供电或与船舶电网并网供电，由此供给船舶用电设备使用。

该装置具有系统结构简单明了、技术成熟可靠、功率容量范围广、速度变化范围大，而且效率高、工作稳定成熟、所输出的电源稳频稳压等特点，并且可形成能完全满足固定螺旋浆类船舶实际使用需要的系列船用逆变式轴带发电机产品。

四、附图说明

图1、是依据本实用新型提出的结构原理图；

图2、是本实用新型中所述变流装置的结构原理图。

五、具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的结构和工作原理作进一步描述：

本实用新型以船舶推进主机为动力，直接或间接带动一台同步发电机，至于固定螺旋浆类船舶在航行过程中，船舶推进主机转速的变化而对同步发电机输出电源频率、电压、功率这些电源质量参数的影响，是通过连接在同步发电机电源输出端，具有交流——直流——交流变换及稳频稳压自动控制的变流装置的自动调整，从而输出稳频稳压正弦波电源，供给船舶用电设备使用。

在图1和图2中，本实用新型由变速装置1、同步发电机装置2、变流装置3、输出开关装置4这四大部分组成(如图1所示)。从船舶推进主机K的主轴或副轴通过联轴器引出动力，经变速装置1将船舶推进主机K的额定转速变换为同步发电机装置2的额定转速驱动同步发电机发电，该同步发电机所输出的电源，经变流装置3中的整流电路a整流变成直流电，再经逆变桥电路b逆变成交流电，该交流电经正弦滤波器c输出。

本实用新型只要适当控制逆变桥电路b的触发时间、调制频率以及调制度，则经变流装置3输出的电源只与控制设定值有关，与输入电源无关。所以当船舶推进主机K转速变化时，变流装置3输出的仍是稳频稳压正弦波电源，经输出开关装置4与船舶电网连接，实现船舶在航行过程中，由本轴带发电机独立供电或与船舶电网并网供电，由此供给船舶用电设备使用。

以下对本实用新型船用逆变式轴带发电机中的上述四大部分功能分别作补充说明：

1、变速装置

考虑到不同转速的船舶推进主机K与同步发电机转速的配合，需要设置变速装置3。该变速装置3可以是齿轮变速箱或皮带传动。

2、同步发电机装置

该同步发电机装置2是一台普通的4极、6极或多极同步发电机。该同步发电机能满足低速运行的特殊要求。

3、变流装置

该变流装置3为电子逆变器装置，是本轴带发电机的核心装置。其结构原理如图2所示。它由整流电路a、逆变桥电路b、正弦滤波器c、CPU控制器d、同步检测及电压控制器e、有功及无功调节器f、辅机频率及电压调节器g这些主要部分组成。其中：

a、整流电路

该整流电路a是将由同步发电机输出的三相交流电源整流变成直流电源供给逆变桥电路b。该整流电路a可采用二极管不可控整流器或晶闸管半可控整流器或IGBT全控整流器。

b、逆变桥电路

该逆变桥电路b是将直流电源变换成为正弦脉宽调制的三相SPWM电源供给正弦滤波器c。其电源的频率、相位角、电压幅值由CPU控制器d控制。该逆变桥电路b采用三相全桥逆变电路或三个单相逆变桥并联的型式，而其中的功率开关器件采用IGBT或可控硅元件。

c、正弦滤波器

该正弦滤波器c是将逆变桥电路b输出的三相SPWM电源滤波成正弦波电源输出。该正弦滤波器c采用LC或LCL滤波型式。

d、CPU控制器

该CPU控制器d是变流装置3的程序中央处理器，它接收所有的控制信息，通过运算处理产生三相SPWM控制脉冲，驱动逆变桥电路b中的功率开关器件，输出SPWM电源。该CPU控制器d采用DSP专用数字信号处理芯片。

e、同步检测及电压控制器

该同步检测及电压控制器e通过对船舶电网电源及变流装置3的输出电源检测，经Park转换产生有功分量、无功分量、频率、相位角等控制信息，这些控制信息与设定值进行PI运算，从而使变流装置3输出的电源与船舶电网电源完全同步并且稳频稳压。

f、有功及无功调节器

该有功及无功调节器f通过自动或人工操作独立调节变流装置3的有功功率及无功功率输出，实现本轴带发电机与船舶辅机之间的功率负荷无缝转移，以及无冲击与船舶电网并网。

g、辅机频率及电压调节器

该辅机频率及电压调节器g通过自动或人工操作调节船舶辅机的油门和励磁电压，使船舶辅机的输出电源与本轴带发电机电源同步，实现船舶辅机与本轴带发电机之间的功率负荷无缝转移，以及无冲击与船舶电网并网。

4、输出开关装置

该输出开关装置4实质上是一台智能型断路器开关，通过自动或人工合闸/分闸将本轴带发电机与船舶电网连接/分离，并具有保护电网功能。

本实用新型在实际应用中，当船舶驶离港口正常航行时，船舶推进主机K经变速装置3带动同步发电机装置2输出电力，该电力输入到变流装置3，经变流装置3中的整流电路a整流成直流电源供给逆变桥电路b；此时，通过同步检测及电压控制器e对船舶电网的检测，经CPU控制器d的运算控制，产生与船舶电网完全同步的三相SPWM控制脉冲，驱动逆变桥电路b中的功率开关器件，经正弦滤波器c滤波后输出与船舶电网完全同步的三相稳频稳压正弦波电源；并给输出开关装置4发出合闸指令，通过自动或人工操作将本轴带发电机并入船舶电网；通过有功及无功调节器f调节本轴带发电机的有功功率及无功功率的输出，将船舶电网的负荷功率全部或部分转移到本轴带发电机，此时，可关闭船舶辅机由本轴带发电机独立供电或按负荷比例与船舶电网并网供电。

当船舶驶入港口需关闭本轴带发电机而重新启动船舶辅机供电时，通过辅机频率及电压调节器g微调船舶辅机电源的频率和电压，使其与本轴带发电机电源同步后并入船舶电网，通过有功及无功调节器f调节本轴带发电机的有功功率及无功功率的输出，将本轴带发电机的全部功率负荷转移到船舶辅机，此时，可关闭本轴带发电机，由船舶辅机独立供电。

以上所述的仅是本实用新型的优先实施方式。应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这也视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1、一种船用逆变式轴带发电机，包含有同步发电机装置(2)，其特征在于：本轴带发电机由变速装置(1)、同步发电机装置(2)、变流装置(3)、输出开关装置(4)组成，所述变速装置(1)连接于同步发电机装置(2)，所述同步发电机装置(2)连接于变流装置(3)，所述变流装置(3)连接于输出开关装置(4)。

2、根据权利要求1所述的船用逆变式轴带发电机，其特征在于：本轴带发电机利用船舶推进主机(K)动力通过变速装置(1)驱动同步发电机装置(2)，由同步发电机装置(2)输出的电源输入变流装置(3)，通过变流装置(3)的交流——直流——交流变换及稳频稳压的自动控制，输出三相稳频稳压正弦波电源，经输出开关装置(4)与船舶电网连接，实现船舶在航行过程中，由本轴带发电机独立供电或与船舶电网并网供电。

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