CN204179987U - 一种绞刀驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种绞刀驱动装置包括:用于驱动绞刀转动的绞刀电机；用于控制所述绞刀电机的转速的变频器，所述变频器与所述绞刀电机电连接；绞刀主变压器，其原边通过第一受控开关与主电源连接，其副边与所述变频器连接；所述绞刀主变压器为移相三绕组变压器，其原边接成三角形，副边为两个绕组，一个接成三角形，另一个接成星形；预充磁变压器，其输入端通过第二受控开关与所述主电源连接，其输出端与所述绞刀主变压器的原边连接；用于控制所述第一受控开关与所述第二受控开关的开关状态的延时切换控制电路。本实用新型可以使整个系统的对电网的谐波污染小，降低了励磁涌流，避免产生较大的瞬态压降以免影响其他弱电设备的正常运行。

Description

一种绞刀驱动装置

技术领域

本实用新型涉及船舶疏浚技术领域，具体是一种绞刀驱动装置。

背景技术

绞吸挖泥船是目前在疏浚工程中运用较广泛的一种船舶，它是利用吸水管前端围绕吸水管装设旋转绞刀装置，将河底泥沙进行切割和搅动，再经吸泥管将绞起的泥沙物料，借助强大的泵力，输送到泥沙物料堆积场，它的挖泥、运泥、卸泥等工作过程，可以一次性连续完成，它是一种效率高、成本较低的挖泥船。随着沿海筑港吹填工程规模的扩大，绞吸挖泥船的设备向着大扭矩、大功率(315KW以上)方向发展，使得挖泥船的总装置功率超过了6000KW(其额定电压一般为3～10kV，称为中压)，与普通集装箱船相比，它的挖泥装置、移船装置等耗能设备多、功率大，如挖泥装置的绞刀电机和泥泵电机占了疏浚设备功率80％以上，它们在实际挖泥作业时，由于进刀的深浅和挖掘的泥质不同，功率变化范围较大且变化频繁，从而要求并联运行的发电机的柴油机组有较好的调速特性。为了实现良好的调速特性，根据大功率绞吸挖泥船的特有工况和水下作业特点，以及辅助配套设备的控制与安全，西欧、美、日本等发达国家，绞刀功率超过315KW的挖泥船，几乎都采用电力变频驱动。这种电力拖动方案，不仅节能环保，而且挖掘力大，足以应付各种恶劣工况海况。

由于绞吸挖泥船的总装置的功率大，通常会产生以下两个问题:

一、大功率变频驱动使用后，由于电力半导体器件的开关特性，在其输入和输出侧的电压和电流都会出现波形的畸变，产生大量的高次谐波，仅电网总谐波电压THD_u就达到12％，耗费宝贵能源，更为严重的是威胁挖泥船通讯导航等弱电设备的安全使用。

二、绞吸挖泥船的绞刀主变压器容量很大(本船是2750kVA)，在全船负荷中占有相当大的比重，是船舶电力系统中的重要设备，其正常运行对船舶电网的影响很大。正常运行时，变压器的励磁电流很小，一般为额定电流的1％～2％。当变压器空载合闸投入电网运行时，铁心中磁通开始以空载合闸前铁心中的剩磁为起点，按电源电压波形积分关系变化。由于铁心磁通的饱和以及铁心材料的非线性特性，励磁电流可能达到极高的数值，同时波形会产生严重畸变，形成励磁涌流。励磁涌流有多种危害，励磁涌流可能会导致变压器继电保护的误动、大量的谐波会使船舶电力系统电能质量下降、高次谐波的电磁干扰还将影响变压器周围电子设备的正常运行。另外，励磁涌流还将导致母线处较大的瞬态电压降，从而影响船舶电力系统中其他用电设备的正常运行。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种应用于绞吸挖泥船的绞刀驱动装置，可以减少谐波电压以及励磁涌流，保障船舶电力系统中其他用电设备的正常运行。

为了达到上述目的，本实用新型实施例采用以下技术方案：一种绞刀驱动装置，包括:

用于驱动绞刀转动的绞刀电机；

用于控制所述绞刀电机的转速的变频器，所述变频器与所述绞刀电机电连接；

绞刀主变压器，其原边通过第一受控开关与主电源连接，其副边与所述变频器连接；所述绞刀主变压器为移相三绕组变压器，其原边接成三角形，副边为两个绕组，一个接成三角形，另一个接成星形；

预充磁变压器，其输入端通过第二受控开关与所述主电源连接，其输出端与所述绞刀主变压器的原边连接；

用于控制所述第一受控开关与所述第二受控开关的开关状态的延时切换控制电路。

进一步，所述延时切换控制电路包括合闸开关、第三受控开关、第四受控开关、第五受控开关、第六受控开关、第七受控开关以及用于控制所述第一受控开关、第三受控开关与第六受控开关的分闸控制线圈、用于控制所述第二受控开关、第四受控开关与第七受控开关的合闸控制线圈、用于控制所述第五受控开关的延时继电器；

所述合闸控制开关、所述第三受控开关以及所述合闸控制线圈串联在第一支路上，并且所述第四受控开关与所述合闸控制开关并联；所述合闸控制开关为常开型开关；

所述第五受控开关与所述分闸控制线圈串联在第二支路上，并且所述第六受控开关与所述第五受控开关并联；

所述第七受控开关与所述延时继电器串联在第三支路上；

所述第一支路、第二支路与第三支路两端分别接电源电压。

进一步，所述延时切换控制电路还包括串联在所述第二支路上的分闸控制开关；所述分闸控制开关为常闭型开关。

进一步，所述变频器包括整流模块、逆变器模块以及控制模块；所述整流模块的输入端与所述绞刀主变压器的副边连接，所述整流模块的输出端与所述逆变器模块连接；所述控制模块的输出端与所述逆变器模块连接；所述逆变器模块的输出端与所述绞刀电机连接。

进一步，所述绞刀电机包括绞刀左电机与绞刀右电机；所述逆变器模块包括绞刀左电机逆变器模块与绞刀右电机逆变器模块；所述绞刀左电机逆变器模块与所述绞刀左电机连接，由所述绞刀左电机逆变器模块驱动所述绞刀左电机转动；所述绞刀右电机逆变器模块与所述绞刀右电机连接，由所述绞刀右电机逆变器模块驱动所述绞刀右电机转动；所述绞刀驱动装置还包括由左离合器、左齿轮箱、右离合器、右齿轮箱以及机械轴组成的传动机构；所述绞刀左电机通过所述左离合器与所述左齿轮箱连接，所述绞刀右电机通过所述右离合器与所述右齿轮箱连接；所述左齿轮箱与所述右齿轮箱成双机并车结构共同驱动所述机械轴；所述机械轴与所述绞刀刚性连接。

进一步，所述主电源为690V的交流电；所述整流模块将690V的交流电整流升压为930V的直流电。

进一步，所述绞刀主变压器配置有冷却风机；所述变频器配置有冷却泵，所述冷却泵与变频器之间设有热交换器。

相比于现有技术，本实用新型所提供的一种绞刀驱动装置的有益效果在于：

1)采用移相变压器的多级移相技术与变频器的变频技术搭配，由于两个二次侧绕组线电压相同，则它们各项之间相位差为30度，这样5次、7次谐波会在一次侧抵消，17次、19次谐波也会互相抵消，使整个系统的对电网的谐波污染小，确保绞吸挖泥船上其它电气设备正常运行。

2)通过设置所述预充磁变压器，降低了励磁涌流，避免产生较大的瞬态压降，保障船舶电力系统中其他用电设备的正常运行。

3)采用双电机同步驱动，可以满足负载大的工作量，应付不同的工况，鲁棒性更强，更稳定可靠。

附图说明

图1是本实用新型实施例所提供的一种绞刀驱动装置的结构框图；

图2是图1中的主电源、绞刀主变压器以及预充磁变压器的电气原理图；

图3是延时切换控制电路的电气原理图；

图4是逆变器模块与绞刀电机的接线电气原理图；

图5是绞刀电机与传动机构的连接示意图。

具体实施方式

请参阅图1，其是本实用新型实施例所提供的一种绞刀驱动装置的结构框图。本实用新型实施例所提供的一种绞刀驱动装置包括绞刀电机1、变频器2、绞刀主变压器3、预充磁变压器4以及延时切换控制电路5(图1未示)。

所述绞刀电机1与所述绞刀连接，用于驱动所述绞刀转动。

所述变频器2与所述绞刀电机1连接，通过控制输入到所述绞刀电机1的频率来控制所述绞刀电机1的转速。

请参阅图2，其是图1中的主电源、绞刀主变压器以及预充磁变压器的电气原理图。

所述绞刀主变压器3的原边通过第一受控开关501与主电源连接，其副边与所述变频器2连接。在本实施例中，所述主电源为690V的交流电。所述绞刀主变压器3为移相三绕组变压器，其原边接成三角形，副边为两个绕组，一个接成三角形，另一个接成星形；所述绞刀主变压器3将所述主电源的电压移相后输入到所述变频器2，为所述变频器2提供工作电压。由于两个二次侧绕组线电压相同，则它们各项之间相位差为30度，这样5次、7次谐波会在一次侧抵消，17次、19次谐波也会互相抵消。

所述预充磁变压器4的输入端通过第二受控开关502与所述主电源连接，其输出端与所述绞刀主变压器3的原边连接。

所述延时切换控制电路5用于控制所述第一受控开关501与所述第二受控开关502的开关状态；工作状态下，所述延时切换控制电路5先控制所述第一受控开关501断开并且控制所述第二受控开关502闭合，使所述预充磁变压器4与主电源连接；经过延时，所述延时切换控制电路5控制所述第一受控开关501闭合并且控制所述第二受控开关502断开，使绞刀主变压器3与主电源连接。

通过设置所述预充磁变压器4，可以在装置工作开始阶段预先对所述绞刀主变压器3充磁，经过延时后，再将绞刀主变压器3接到主电源，进入正常工作阶段，从而降低了励磁涌流，避免产生较大的瞬态压降，保障船舶电力系统中其他用电设备的正常运行。

请参阅图3，其是延时切换控制电路的电气原理图。

所述延时切换控制电路5包括合闸控制线圈509、分闸控制线圈510、延时继电器511、合闸控制开关508、第三受控开关503、第四受控开关504、第五受控开关505、第六受控开关506以及第七受控开关507。

所述合闸控制线圈509用于控制所述第二受控开关502、第四受控开关504、第七受控开关507；当所述合闸控制线圈509通电时，所述第二受控开关502闭合，所述第四受控开关504闭合，所述第七受控开关507闭合；当所述合闸控制线圈509断电时，所述第二受控开关502断开，所述第四受控开关504断开，所述第七受控开关507断开。

所述分闸控制线圈510用于控制所述第一受控开关501、第三受控开关503以及第六受控开关506；当所述分闸控制线圈510通电时，所述第一受控开关501闭合，所述第三受控开关503断开，所述第六受控开关506闭合；当所述分闸控制线圈510断电时，所述第一受控开关501断开，所述第三受控开关503闭合，所述第六受控开关506断开。

所述延时继电器511用于控制所述第五受控开关505；当所述延时继电器511通电时，经过延时后，所述第五受控开关505再闭合。

所述合闸控制开关508、所述第三受控开关503以及所述合闸控制线圈509串联在第一支路上，并且所述第四受控开关504与所述合闸控制开关508并联；所述合闸控制开关508为常开型开关，用于使所述合闸控制线圈509通电。

所述第五受控开关505与所述分闸控制线圈510串联在第二支路上；并且所述第六受控开关506与所述第五受控开关505并联。

所述第七受控开关507与所述延时继电器511串联在第三支路上。

所述第一支路、第二支路与第三支路两端分别接电源电压；

进一步地，所述延时切换控制电路5还包括串联在所述第二支路上的分闸控制开关512；所述分闸控制开关512为常闭型开关，用于使所述分闸控制线圈510断电。

所述延时切换控制电路5的完整工作过程如下：

1)装置未工作时，所述合闸控制开关508、第一受控开关501、第二受控开关502、第四受控开关504、第五受控开关505、第六受控开关506以及第七受控开关507断开，第一支路、第二支路与第三支路均为断路状态；

2)闭合所述合闸控制开关508，装置进入启动阶段，第一支路通路，所述合闸控制线圈509通电，因而所述第二受控开关502、第四受控开关504以及第七受控开关507闭合。

此时，第四受控开关504闭合可以保持第一支路的通路，即所述合闸控制线圈509可以保持通电；第二受控开关502的闭合使所述预充磁变压器4的输入端接上主电源，预充磁变压器4开始对所述绞刀主变压器3充磁；所述第七受控开关507的闭合使第三支路也通路，即所述延时继电器511通电；

3)所述延时继电器511经过一段时间延时后，所述第五受控开关505闭合，所述第二支路通路，从而所述分闸控制线圈510通电；此时，第一受控开关501与第六受控开关506闭合，第三受控开关503断开，进而第一支路断路，所述合闸控制线圈509断电，进而第二受控开关502、第四受控开关504、第七受控开关507断开。此时，主电源由原来接预充磁变压器4切换为接绞刀主变压器3，即从预充磁的状态切换至工作状态。所述第六受控开关506闭合可以使第二支路保持通路，即让所述分闸控制线圈510在工作状态下保持通电。

4)当分闸控制开关512断开时，第二支路断路，从而第一受控开关501也断开，此时这个装置处于关闭状态。

具体地，所述变频器2包括整流模块21、逆变器模块22以及控制模块23。

所述整流模块21的输入端与所述绞刀主变压器3的副边连接，用于将所述绞刀主变压器3移相后的交流电压转换为直流电压；在本实施例中，所述整流模块21将690V的交流电整流升压为930V的直流电。

所述控制模块23的输出端与所述逆变器模块22连接，用于输出交流变频控制信号。

所述逆变器模块22用于将整流模块21输出的直流电压转换为交流电压，并且根据所述交流变频控制信号对所述交流电压变频。

所述逆变器模块22与所述绞刀电机1连接，变频后的交流电压输出到所述绞刀电机1以驱动其转动。

请参阅图4，其是逆变器模块22与绞刀电机的接线电气原理图。

所述绞刀电机1包括绞刀左电机11与绞刀右电机12；所述逆变器模块22包括绞刀左电机逆变器模块221与绞刀右电机逆变器模块222；所述绞刀左电机逆变器模块221与所述绞刀左电机11连接，由所述绞刀左电机逆变器模块221驱动所述绞刀左电机11转动；所述绞刀右电机逆变器模块222与所述绞刀右电机12连接，由所述绞刀右电机逆变器模块222驱动所述绞刀右电机12转动；所述绞刀左电机11与所述绞刀右电机12是同步的。

请参阅图5，其是绞刀电机与传动机构的连接示意图。

所述绞刀驱动装置还包括由左离合器61、左齿轮箱62、右离合器63、右齿轮箱64以及机械轴65组成的传动机构6；所述绞刀左电机11通过所述左离合器61与所述左齿轮箱62连接，所述绞刀右电机12通过所述右离合器63与所述右齿轮箱64连接；所述左齿轮箱62与所述右齿轮箱64成双机并车结构共同驱动所述机械轴65；所述机械轴65与所述绞刀R刚性连接。

进一步地，所述绞刀主变压器3配置有冷却风机7；所述变频器2配置有冷却泵8，所述冷却泵8与变频器2之间设有热交换器9。所述冷却风机7与冷却泵8由380V的交流电压供电。

相比于现有技术，本实用新型所提供的一种绞刀驱动装置的有益效果在于：

1)采用移相变压器的多级移相技术与变频器的变频技术搭配，使整个系统的对电网的谐波污染小，确保绞吸挖泥船上其它电气设备正常运行。

2)通过设置所述预充磁变压器，降低了励磁涌流，避免产生较大的瞬态压降，保障船舶电力系统中其他用电设备的正常运行。

3)采用双电机同步驱动，可以满足负载大的工作量，应付不同的工况，鲁棒性更强，更稳定可靠。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制。本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种绞刀驱动装置，其特征在于，包括

用于驱动绞刀转动的绞刀电机；

用于控制所述绞刀电机的转速的变频器，所述变频器与所述绞刀电机电连接；

绞刀主变压器，其原边通过第一受控开关与主电源连接，其副边与所述变频器连接；所述绞刀主变压器为移相三绕组变压器，其原边接成三角形，副边为两个绕组，一个接成三角形，另一个接成星形；

预充磁变压器，其输入端通过第二受控开关与所述主电源连接，其输出端与所述绞刀主变压器的原边连接；

用于控制所述第一受控开关与所述第二受控开关的开关状态的延时切换控制电路。

2.根据权利要求1所述的一种绞刀驱动装置，其特征在于：所述延时切换控制电路包括合闸开关、第三受控开关、第四受控开关、第五受控开关、第六受控开关、第七受控开关以及用于控制所述第一受控开关、第三受控开关与第六受控开关的分闸控制线圈、用于控制所述第二受控开关、第四受控开关与第七受控开关的合闸控制线圈、用于控制所述第五受控开关的延时继电器；

所述合闸控制开关、所述第三受控开关以及所述合闸控制线圈串联在第一支路上，并且所述第四受控开关与所述合闸控制开关并联；所述合闸控制开关为常开型开关；

所述第五受控开关与所述分闸控制线圈串联在第二支路上，并且所述第六受控开关与所述第五受控开关并联；

所述第七受控开关与所述延时继电器串联在第三支路上；

所述第一支路、第二支路与第三支路两端分别接电源电压。

3.根据权利要求2所述的一种绞刀驱动装置，其特征在于：所述延时切换控制电路还包括串联在所述第二支路上的分闸控制开关；所述分闸控制开关为常闭型开关。

4.根据权利要求1所述的一种绞刀驱动装置，其特征在于：所述变频器包括整流模块、逆变器模块以及控制模块；所述整流模块的输入端与所述绞刀主变压器的副边连接，所述整流模块的输出端与所述逆变器模块连接；所述控制模块的输出端与所述逆变器模块连接；所述逆变器模块的输出端与所述绞刀电机连接。

5.根据权利要求4所述的一种绞刀驱动装置，其特征在于：所述绞刀电机包括绞刀左电机与绞刀右电机；所述逆变器模块包括绞刀左电机逆变器模块与绞刀右电机逆变器模块；所述绞刀左电机逆变器模块与所述绞刀左电机连接，由所述绞刀左电机逆变器模块驱动所述绞刀左电机转动；所述绞刀右电机逆变器模块与所述绞刀右电机连接，由所述绞刀右电机逆变器模块驱动所述绞刀右电机转动；所述绞刀驱动装置还包括由左离合器、左齿轮箱、右离合器、右齿轮箱以及机械轴组成的传动机构；所述绞刀左电机通过所述左离合器与所述左齿轮箱连接，所述绞刀右电机通过所述右离合器与所述右齿轮箱连接；所述左齿轮箱与所述右齿轮箱成双机并车结构共同驱动所述机械轴；所述机械轴与所述绞刀刚性连接。

6.根据权利要求5所述的一种绞刀驱动装置，其特征在于：所述主电源为690V的交流电；所述整流模块将690V的交流电整流升压为930V的直流电。

7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的一种绞刀驱动装置，其特征在于：所述绞刀主变压器配置有冷却风机；所述变频器配置有冷却泵，所述冷却泵与变频器之间设有热交换器。