[发明专利]双馈式船舶混合轴带电机单机起动与推进的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种船舶混合轴带电机单机起动与推进的系统及方法，尤其是涉及一种双馈式船舶混合轴带电机单机起动与推进的系统及方法。

背景技术

在目前能源紧缺、环境危机以及航运业低迷的形势下，人们对船舶行驶的燃油经济性和环保性愈加重视。混合轴带系统能节省燃料、减小排放，已成为目前各国积极发展的船舶推进新技术。双馈式船舶轴带系统具有成本较低、体积小的优点，但由于其转速运行范围有限，在主柴油机故障时难以实现零速起动独立推进运行。

混合轴带系统按变速恒频装置容量大小可大致分为：全功率式和双馈式轴带系统。

1)全功率式轴带系统：

浙江大学李荣贵的学术论文“船舶混合轴带永磁同步电机数字控制研究”和中国专利CN 201180028366.4：轴带发电系统采用双向全功率变速恒频装置，直接将轴带电机发出的变压/变频交流电转换成为恒压/恒频的交流电并与船载电网相连接。此方案可实现轴带电机在单机推进/并网推进/并网发电三种运行模式间灵活切换。但全功率变速恒频装置容量必须大于轴带电机，因此该方案存在成本高、体积大、不便于安装等不足。

2)双馈式轴带系统

华中科技大学吴涛的学术论文“变速恒频无刷双馈发电系统独立运行控制研究”和中国专利CN 201511011706.9：船用轴带双馈发电机系统中采用双馈式变速恒频装置轴带系统。相比于全功率式轴带系统，双馈轴带系统变速恒频装置的容量仅由螺旋桨调速范围决定。由于船舶行驶过程中螺旋桨调速的实际范围较小(约为额定转速30％)，双馈轴带技术可大大减小变速恒频装置容量、成本和体积，提高系统的技术经济性能。然而双馈电机只能在一定转速范围内并网运行，在主柴油机故障条件下难以单机起动与推进运行。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种双馈式船舶混合轴带电机单机起动与推进的系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种双馈式船舶混合轴带电机单机起动与推进的系统，该系统包括螺旋桨、双馈轴带电机、变速恒频装置和控制器，所述的双馈轴带电机转子连接螺旋桨，双馈轴带电机定子连接船舶电网，所述的变速恒频装置连接在船舶电网和双馈轴带电机转子之间，所述的控制器连接变速恒频装置，双馈轴带电机定子与船舶电网之间通过状态切换单元连接，所述的状态切换单元包括用于将双馈轴带电机三相定子绕组与船舶电网接通与断开的接触器Ks1以及用于将双馈轴带电机三相定子绕组短路和开路的接触器Ks2，所述的接触器Ks1和接触器Ks2分别连接控制器；

控制器控制接触器Ks1断开，接触器Ks2闭合，双馈轴带电机三相定子绕组短路，双馈轴带电机切换至感应电机状态，控制器控制变速恒频装置工作，双馈轴带电机单机起动；

双馈轴带电机转速达到设定范围，控制器控制接触器Ks2断开，双馈轴带电机三相定子绕组开路，双馈轴带电机切换至双馈电机状态，控制器控制变速恒频装置工作，进而控制接触器Ks1闭合，双馈轴带电机完成单机起动与并网，并拖动螺旋桨运行。

所述的双馈轴带电机定子与螺旋桨之间设有用于柔性接排的离合器。

控制器分别通过一个弱电控制回路连接至接触器Ks1和接触器Ks2，所述的弱电控制回路均包括一个继电器，继电器线圈分别连接控制器，继电器开关对应与接触器Ks1和接触器Ks2的线圈串联；

控制器控制接触器Ks1或接触器Ks2对应的继电器线圈通电后，继电器开关闭合，进而接触器Ks1或接触器Ks2线圈通电，接触器Ks1或接触器Ks2闭合。

所述的变速恒频装置包括网侧变流器和转子侧变流器，所述的网侧变流器与船舶电网连接，所述的转子侧变流器与双馈轴带电机转子连接，所述的网侧变流器和转子侧变流器通过两根直流母线连接，所述的直流母线直接跨接一个直流母线电容。

一种双馈式船舶混合轴带电机单机起动与推进方法，该方法包括如下步骤：

(1)系统启动，控制器控制接触器Ks1断开，接触器Ks2闭合，双馈轴带电机三相定子绕组短路，双馈轴带电机切换至感应电机状态；

(2)控制器控制变速恒频装置，双馈轴带电机进行单机起动；

(3)双馈轴带电机转速达到设定范围后，控制器控制接触器Ks2断开，双馈轴带电机三相定子绕组开路，双馈轴带电机切换至双馈电机状态，进而控制接触器Ks1闭合，双馈轴带电机并入船舶电网；

(4)双馈轴带电机通过离合器与螺旋桨柔性接排并拖动螺旋桨运行。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：