[发明专利]基于异步电机自励磁的轴带发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种船舶动力推进系统，特别涉及一种基于异步发电机自励磁的船舶轴带发电系统。

背景技术

在传统的船舶动力系统中，船舶推进系统和船舶日用负载是分别采用独立的柴油机提供能量的，具体地说，推进系统采用柴油机通过齿轮箱直接驱动推进器，船舶日用负载的电源是由另一个由柴油机和同步发电机组组成的柴油发电机组提供的，两套柴油发电机组经常处于频繁冷启动状态，存在燃油使用率低，油耗高的缺陷，频繁冷启动也直接缩短了柴油机的使用寿命。为了克服这些缺陷，便出现了另一种新的轴带发电系统，即柴油机的齿轮箱不仅连接推进器，同时还连接一个电机，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，缺点在于传统的无刷同步电机没有电动启动功能，不适合做电动机使用，为了克服该缺陷，也有将无刷同步电机换成异步电机的，这种方案的优势在于异步电机具有优越的启动性能，很适合做电动机运行，但是缺点在于异步电机不能独立实现励磁，异步电机若做发电运行，需要通过变频器对发电机定子提供励磁电流建立励磁系统，通过配备额外的起励电源才能完成，而起励电源的配备增加了设备的投入，增大了空间的占用，存在结构复杂维护不方便的问题。

发明内容

本发明提供了一种基于异步电机自励磁的轴带发电系统，解决了现有船舶轴带发电系统中异步发电机本身无励磁能力无法独立完成发电机工作，因此在无额外的起励电源时，难以同时具备发电和电动两种功能的技术问题。

本发明的总体构思是：在船舶轴带发电系统中，主推进柴油机通过齿轮箱与异步发电机通过轴连接在一起，异步发电机的转子轴上设置永磁体磁极，在异步发电机的定子上设置励磁绕组，当齿轮箱带动异步发电机转动后，励磁绕组便可以产生电压，产生的电压经过整流器后为四相限变频器提供预充电流，四相限变频器得到电流后为异步发电机提供了启动励磁电流，异步发电机便可以进行发电，输送给船舶日用负载。

一种基于异步电机自励磁的轴带发电系统，包括主推进柴油机、齿轮箱、船舶推进器、船舶日用负载柴油发电机组和船舶日用负载，主推进柴油机通过齿轮箱连接船舶推进器，船舶日用负载柴油发电机组通过主断路器和船舶日用负载连接在一起，在齿轮箱上还连接有异步发电机，异步发电机的转子轴上设置有永磁体磁极，在异步发电机的定子上设置励磁绕组，励磁绕组经过整流器连接到四象限变频器的预充端口上，异步发电机的定子绕组与四象限变频器的机侧输出端连接在一起，四象限变频器的网侧输出端通过轴带断路器与船舶日用负载连接在一起。

励磁绕组是缠绕在异步发电机的外壳上的；四象限变频器有三个输入输出端口，分别是机侧端口、网侧端口和预充端口，其中机侧端口连接异步发电机的定子绕组，经过整流，将主要的能量转换成恒定的直流电压，再逆变，转换成恒定频率和电压的输出，通过网侧端口连接负载；从机侧端口到网侧端口组成的回路成为主回路，负责主要的能量流，中间通过了整流和逆变的过程；这个主回路和普通的四象限变频器是相同的，预充端口通过整流器与励磁绕组连接在一起，这个回路属于辅助回路，是在四象限变频器外额外添加的。

本发明在异步发电机上构建一个永磁发电系统，并应用于船舶轴带发电系统中，解决异步发电机自身无励磁能力，不能同时具备发电和电动两种功能的技术问题，当船舶主推进柴油机无需工作在满负荷状态下时，可以将多余的机械能通过异步发电机输出给船舶的日用电负载，这样不但可以减少船舶日用负载柴油发电机组的启动次数，还可以使船舶主推进柴油机一直工作在最佳的功率效率点上，提高燃油使用率，实现节能的效果。相反的，当主推进柴油机发生故障时，可以通过船舶日用负载柴油发电机组在为船舶日用负载供电的同时通过变频器和异步发电机为齿轮箱输送机械能，从而驱动船舶推进器保持正常工作状态。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明在并联发电状态下的结构示意图；

图3是本发明在单独发电状态下的结构示意图；

图4是本发明在并联推进状态下的结构示意图；

图5是本发明在传统模式状态下的结构示意图；

图6是本发明在应急状态下的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：