CN205273825U - 一种单独推进的基于永磁电机的柴电混合动力系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种单独推进的基于永磁电机的柴电混合动力系统，解决了变频器可以从船用电站取电，使电机工作在电动机状态的技术难题。包括螺旋桨推进器（1）、电站柴油发电机组（7）和船用负载（9），主推进柴油机（3）通过齿轮箱（2）连接有螺旋桨推进器（1），电站柴油发电机组（7）通过主断路器（8）与船用负载（9）连接在一起，在齿轮箱（2）上连接有永磁电机（4），永磁电机（4）的定子绕组与变频器（5）的机侧输出端连接在一起，变频器网侧输出端通过轴带断路器（6）与船用负载连接在一起，主断路器（8）处于闭合状态，轴带断路器处于闭合状态。即当主推进柴油机故障不能运行时，变频器可以从船用电站取电，单独驱动推进器。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种适用于船舶应用的动力系统，特别涉及一种基于永磁电机的柴电混合动力系统。
背景技术
传统的船舶动力系统中，推进动力系统和电站分别采用独立的柴油机提供能量，具体地说，推进动力系统采用柴油机通过齿轮箱驱动推进器，船舶电站采用另一个由柴油机和同步发电机组组成的电站柴油发电机组构建船舶电站，对船用负载进行供电。最近开始出现了一种柴电混合系统，即柴油机的齿轮箱不仅连接推进器，同时连接一个电机，在变频器的驱动下，这个电机既可以运行在发电机状态，也可以运行在电动机状态，这个电机一般选择为无刷同步电机，这种方案的优势在于无刷同步电机具有非常优越的发电性能，但是缺点在于传统的无刷同步电机没有电动起动功能，因此不适合做电动机，也有的方案中将这个电机选择为鼠笼异步电机，这种方案的优势在于异步电机具有优越的启动功能，很适合做电动机运行，但是缺点在于异步电机必须通过外部励磁才能进入发电状态，因此很不适合做发电机运行。
发明内容
本实用新型提供了一种单独推进的基于永磁电机的柴电混合动力系统，提供了这一系统的多种运行方式的切换方法，解决了变频器可以从船用电站取电，使电机工作在电动机状态的技术难题。
本实用新型的总体构思是主推进柴油机通过齿轮箱和永磁电机连接，永磁电机连接一个变频器，变频器最终和船用电站或者船用负载连接。
一种传统的基于永磁电机的柴电混合动力系统，包括螺旋桨推进器1、齿轮箱2、主推进柴油机3、电站柴油发电机组7和船用负载9，主推进柴油机3通过齿轮箱2连接有螺旋桨推进器1，电站柴油发电机组7通过主断路器8与船用负载9连接在一起，在齿轮箱2上连接有永磁电机4，永磁电机4的定子绕组与变频器5的机侧输出端连接在一起，变频器5网侧输出端通过轴带断路器6与船用负载9连接在一起，主断路器8处于闭合状态，轴带断路器6处于断开状态，此时变频器5不工作，推进器1由主推进柴油机3驱动，船用电站由船用发电机组7提供，对船用负载9进行供电。
一种单独发电的基于永磁电机的柴电混合动力系统，包括螺旋桨推进器1、齿轮箱2、主推进柴油机3、电站柴油发电机组7和船用负载9，主推进柴油机3通过齿轮箱2连接有螺旋桨推进器1，电站柴油发电机组7通过主断路器8与船用负载9连接在一起，在齿轮箱2上连接有永磁电机4，永磁电机4的定子绕组与变频器5的机侧输出端连接在一起，变频器5网侧输出端通过轴带断路器6与船用负载9连接在一起，主断路器8处于断开状态，轴带断路器6处于闭合状态，即当主推进柴油机3具有足够的功率冗余时，可以将多余的机械能通过电机传输给变频器输出稳定的电压给船用系统供电，关闭电站柴油发电机组7。
一种并联发电的基于永磁电机的柴电混合动力系统，包括螺旋桨推进器1、齿轮箱2、主推进柴油机3、电站柴油发电机组7和船用负载9，主推进柴油机3通过齿轮箱2连接有螺旋桨推进器1，电站柴油发电机组7通过主断路器8与船用负载9连接在一起，在齿轮箱2上连接有永磁电机4，永磁电机4的定子绕组与变频器5的机侧输出端连接在一起，变频器5网侧输出端通过轴带断路器6与船用负载9连接在一起，主断路器8处于闭合状态，轴带断路器6处于闭合状态，即当主推进柴油机3具有足够的功率冗余且负载容量很大时，主推进柴油机3和电站柴油发电机组7同时为船用系统供电。
一种单独推进的基于永磁电机的柴电混合动力系统，包括螺旋桨推进器1、齿轮箱2、主推进柴油机3、电站柴油发电机组7和船用负载9，主推进柴油机3通过齿轮箱2连接有螺旋桨推进器1，电站柴油发电机组7通过主断路器8与船用负载9连接在一起，在齿轮箱2上连接有永磁电机4，永磁电机4的定子绕组与变频器5的机侧输出端连接在一起，变频器5网侧输出端通过轴带断路器6与船用负载9连接在一起，主断路器8处于闭合状态，轴带断路器6处于闭合状态，即当主推进柴油机3故障不能运行时，变频器可以从船用电站取电，使电机工作在电动机状态，单独驱动推进器。
一种并联推进的基于永磁电机的柴电混合动力系统，包括螺旋桨推进器1、齿轮箱2、主推进柴油机3、电站柴油发电机组7和船用负载9，主推进柴油机3通过齿轮箱2连接有螺旋桨推进器1，电站柴油发电机组7通过主断路器8与船用负载9连接在一起，在齿轮箱2上连接有永磁电机4，永磁电机4的定子绕组与变频器5的机侧输出端连接在一起，变频器5网侧输出端通过轴带断路器6与船用负载9连接在一起，主断路器8处于闭合状态，轴带断路器6处于闭合状态，即当主推进柴油机3不足以提供所需的动力输出时，变频器可以从船用电站取电，使电机工作在电动机状态。
本实用新型的优点和效果如下，本实用新型可以使船用系统灵活地工作在如下多种模式中，轴带发电模式，也称PTO模式，即当主推进柴油机具有足够的功率冗余时，可以将多余的机械能通过电机传输给变频器输出稳定的电压给船用系统供电，这样可以关闭电站柴油发电机组，让主推进柴油机工作在较好的效率点上，实现节能效果，并联推进模式，也称PTI模式，即当主推进柴油机不足以提供所需的动力输出时，变频器可以从船用电站取电，使电机工作在电动机状态，和主推进柴油机并联运行，提升总的动力输出能力，单独推进模式，也称PTH模式，即当主推进柴油机故障不能运行时，变频器可以从船用电站取电，使电机工作在电动机状态，单独驱动推进器，提升了全船动力系统的冗余性，本方案所采用的所有的电机和变频器可以使用较为通用的结构，而不需要采用定制化的产品，因此可以有较为广阔的批量推广空间。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是在并联发电的工作状态下的结构示意图；
图3是在单独推进的工作状态下的结构示意图；
图4是在并联推进的工作状态下的结构示意图；
图5是整个系统在传统模式下的结构示意图；
图6是整个系统在应急情况下的结构示意图；
图7是变频器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
主推进柴油机3通过齿轮箱2连接螺旋桨推进器1，齿轮箱2同时伸出一个轴和永磁电机4的转子进行机械连接，永磁电机4的定子绕组连接变频器5的机侧输出，变频器5的网侧输出通过轴带断路器6连接船用负载9，船用负载9也通过主断路器8和电站柴油发电机组7连接。
在传统模式下，主断路器8闭合，轴带断路器6断开，变频器5不工作，此时螺旋桨推进器1由主推进柴油机3驱动，船用电站由船用发电机组7提供，对船用负载9进行供电。
在并联发电模式下，主断路器8和轴带断路器6都闭合，主推进柴油机不仅驱动推进器，而且将多余的能量通过齿轮箱2输送给永磁电机4。当永磁电机4旋转时，由于永磁电机4的转子是永磁体而产生旋转磁场，因此永磁电机4的定子会产生频率随着推进器1的转速而不断变化的电压，变频器5将频率和幅值都变化的电压传变成频率和幅值都恒定的电压，和船用发电机组7共同对船用负载9进行供电。
在单独发电模式下，可以将主断路器8断开，并且关闭船用发电机组7，仅仅闭合轴带断路器6，通过永磁电机4和变频器5对船用负载9进行供电。在此模式下，船用负载9的能量事实上来自于主推进柴油机3，这样的配置使得主推进柴油机3工作在较高的负载点下，即具备较低的油耗。
在并联推进模式下，主断路器8和轴带断路器6都闭合，船用发电机组7不仅给船用负载9进行供电，而且将能量输入变频器5的网侧输出，变频器5的机侧输出驱动轴带电机4，轴带电机4和主推进柴油机3共同通过齿轮箱2对主推进器1进行驱动。这样可以保证螺旋桨主推进器1获得除了主推进柴油机3之外额外的推进功率，提升主推进器1的推进能力。
单独推进模式是一种应急模式，此时主推进柴油机3已经损坏，和并联推进模式类似的，主断路器8和轴带断路器6都闭合，船用发电机组7不仅给船用负载9进行供电，而且将能量输入变频器5的网侧输出，变频器5的机侧输出驱动轴带电机4，和并联推进模式不同的是，由于主推进柴油机3已经损坏，螺旋桨主推进器1的所有推进动力都是来自于永磁电机4，在这种模式下，即便主推进柴油机3损坏，螺旋桨主推进器1仍然获得了动力，因此系统的动力冗余程度大大提升。
变频器4采用传统的背靠背结构，使用基于IGBT和二极管的基本功率模块10组成，机侧和网侧采用相同的全桥结构，中间通过直流电容11组成直流环节。
Claims (1)
1.一种单独推进的基于永磁电机的柴电混合动力系统，包括螺旋桨推进器（1）、齿轮箱（2）、主推进柴油机（3）、电站柴油发电机组（7）和船用负载（9），主推进柴油机（3）通过齿轮箱（2）连接有螺旋桨推进器（1），其特征在于，电站柴油发电机组（7）通过主断路器（8）与船用负载（9）连接在一起，在齿轮箱（2）上连接有永磁电机（4），永磁电机（4）的定子绕组与变频器（5）的机侧输出端连接在一起，变频器（5）网侧输出端通过轴带断路器（6）与船用负载（9）连接在一起，主断路器（8）处于闭合状态，轴带断路器（6）处于闭合状态。
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Cited By (2)
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| CN109515672A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-03-26 | 广州海工船舶设备有限公司 | 一种轮缘式无轴推进的无人艇用混合动力系统 |
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