一種并聯推進的基于永磁電機的柴電混合動力系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種適用于船舶應用的動力系統，特別涉及一種基于永磁電機的柴電混合動力系統。
【背景技術】
[0002]傳統的船舶動力系統中，推進動力系統和電站分別采用獨立的柴油機提供能量，具體地說，推進動力系統采用柴油機通過齒輪箱驅動推進器，船舶電站采用另一個由柴油機和同步發電機組組成的電站柴油發電機組構建船舶電站，對船用負載進行供電。
[0003]最近開始出現了一種柴電混合系統，即柴油機的齒輪箱不僅連接推進器，同時連接一個電機，在變頻器的驅動下，這個電機既可以運行在發電機狀態，也可以運行在電動機狀態，這個電機一般選擇為無刷同步電機，這種方案的優勢在于無刷同步電機具有非常優越的發電性能，但是缺點在于傳統的無刷同步電機沒有電動起動功能，因此不適合做電動機，也有的方案中將這個電機選擇為鼠籠異步電機，這種方案的優勢在于異步電機具有優越的啟動功能，很適合做電動機運行，但是缺點在于異步電機必須通過外部勵磁才能進入發電狀態，因此很不適合做發電機運行。
【發明內容】
[0004]本實用新型提供了一種并聯推進的基于永磁電機的柴電混合動力系統，解決了當主推進柴油機不足以提供所需的動力輸出時，變頻器可以從船用電站取電，使電機工作在電動機狀態的問題。
[0005]本實用新型的總體構思是主推進柴油機通過齒輪箱和永磁電機連接，永磁電機連接一個變頻器，變頻器最終和船用電站或者船用負載連接。
[0006]—種傳統的基于永磁電機的柴電混合動力系統，包括螺旋槳推進器1、齒輪箱2、主推進柴油機3、電站柴油發電機組7和船用負載9，主推進柴油機3通過齒輪箱2連接有螺旋槳推進器I，電站柴油發電機組7通過主斷路器8與船用負載9連接在一起，在齒輪箱2上連接有永磁電機4，永磁電機4的定子繞組與變頻器5的機側輸出端連接在一起，變頻器5網側輸出端通過軸帶斷路器6與船用負載9連接在一起，主斷路器8處于閉合狀態，軸帶斷路器6處于斷開狀態，此時變頻器5不工作，推進器I由主推進柴油機3驅動，船用電站由船用發電機組7提供，對船用負載9進行供電。
[0007]—種單獨發電的基于永磁電機的柴電混合動力系統，包括螺旋槳推進器1、齒輪箱2、主推進柴油機3、電站柴油發電機組7和船用負載9，主推進柴油機3通過齒輪箱2連接有螺旋槳推進器1，電站柴油發電機組7通過主斷路器8與船用負載9連接在一起，在齒輪箱2上連接有永磁電機4，永磁電機4的定子繞組與變頻器5的機側輸出端連接在一起，變頻器5網側輸出端通過軸帶斷路器6與船用負載9連接在一起，主斷路器8處于斷開狀態，軸帶斷路器6處于閉合狀態，即當主推進柴油機3具有足夠的功率冗余時，可以將多余的機械能通過電機傳輸給變頻器輸出穩定的電壓給船用系統供電，關閉電站柴油發電機組7。
[0008]—種并聯發電的基于永磁電機的柴電混合動力系統，包括螺旋槳推進器1、齒輪箱2、主推進柴油機3、電站柴油發電機組7和船用負載9，主推進柴油機3通過齒輪箱2連接有螺旋槳推進器1，電站柴油發電機組7通過主斷路器8與船用負載9連接在一起，在齒輪箱2上連接有永磁電機4，永磁電機4的定子繞組與變頻器5的機側輸出端連接在一起，變頻器5網側輸出端通過軸帶斷路器6與船用負載9連接在一起，主斷路器8處于閉合狀態，軸帶斷路器6處于閉合狀態，即當主推進柴油機3具有足夠的功率冗余且負載容量很大時，主推進柴油機3和電站柴油發電機組7同時為船用系統供電。
[0009]—種單獨推進的基于永磁電機的柴電混合動力系統，包括螺旋槳推進器1、齒輪箱2、主推進柴油機3、電站柴油發電機組7和船用負載9，主推進柴油機3通過齒輪箱2連接有螺旋槳推進器1，電站柴油發電機組7通過主斷路器8與船用負載9連接在一起，在齒輪箱2上連接有永磁電機4，永磁電機4的定子繞組與變頻器5的機側輸出端連接在一起，變頻器5網側輸出端通過軸帶斷路器6與船用負載9連接在一起，主斷路器8處于閉合狀態，軸帶斷路器6處于閉合狀態，即當主推進柴油機3故障不能運行時，變頻器可以從船用電站取電，使電機工作在電動機狀態，單獨驅動推進器。
[0010]一種并聯推進的基于永磁電機的柴電混合動力系統，包括螺旋槳推進器1、齒輪箱
2、主推進柴油機3、電站柴油發電機組7和船用負載9，主推進柴油機3通過齒輪箱2連接有螺旋槳推進器1，電站柴油發電機組7通過主斷路器8與船用負載9連接在一起，在齒輪箱2上連接有永磁電機4，永磁電機4的定子繞組與變頻器5的機側輸出端連接在一起，變頻器5網側輸出端通過軸帶斷路器6與船用負載9連接在一起，主斷路器8處于閉合狀態，軸帶斷路器6處于閉合狀態，即當主推進柴油機3不足以提供所需的動力輸出時，變頻器可以從船用電站取電，使電機工作在電動機狀態。
[0011]本實用新型的優點和效果如下，本實用新型可以使船用系統靈活地工作在如下多種模式中，軸帶發電模式，也稱PTO模式，即當主推進柴油機具有足夠的功率冗余時，可以將多余的機械能通過電機傳輸給變頻器輸出穩定的電壓給船用系統供電，這樣可以關閉電站柴油發電機組，讓主推進柴油機工作在較好的效率點上，實現節能效果，并聯推進模式，也稱PTI模式，即當主推進柴油機不足以提供所需的動力輸出時，變頻器可以從船用電站取電，使電機工作在電動機狀態，和主推進柴油機并聯運行，提升總的動力輸出能力，單獨推進模式，也稱PTH模式，即當主推進柴油機故障不能運行時，變頻器可以從船用電站取電，使電機工作在電動機狀態，單獨驅動推進器，提升了全船動力系統的冗余性，本方案所采用的所有的電機和變頻器可以使用較為通用的結構，而不需要采用定制化的產品，因此可以有較為廣闊的批量推廣空間。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的整體結構示意圖；
[0013]圖2是在并聯發電的工作狀態下的結構示意圖；
[0014]圖3是在單獨推進的工作狀態下的結構示意圖；
[0015]圖4是在并聯推進的工作狀態下的結構示意圖；
[0016]圖5是整個系統在傳統模式下的結構示意圖；
[0017]圖6是整個系統在應急情況下的結構示意圖；
[0018]圖7是變頻器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。
[0020]主推進柴油機3通過齒輪箱2連接螺旋槳推進器I，齒輪箱2同時伸出一個軸和永磁電機4的轉子進行機械連接，永磁電機4的定子繞組連接變頻器5的機側輸出，變頻器5的網側輸出通過軸帶斷路器6連接船用負載9，船用負載9也通過主斷路器8和電站柴油發電機組7連接。
[0021]在傳統模式下，主斷路器8閉合，軸帶斷路器6斷開，變頻器5不工作，此時螺旋槳推進器I由主推進柴油機3驅動，船用電站由船用發電機組7提供，對船用負載9進行供電。
[0022]在并聯發電模式下，主斷路器8和軸帶斷路器6都閉合，主推進柴油機不僅驅動推進器，而且將多余的能量通過齒輪箱2輸送給永磁電機4。當永磁電機4旋轉時，由于永磁電機4的轉子是永磁體而產生旋轉磁場，因此永磁電機4的定子會產生頻率隨著推進器I的轉速而不斷變化的電壓，變頻器5將頻率和幅值都變化的電壓傳變成頻率和幅值都恒定的電壓，和船用發電機組7共同對船用負載9進行供電。
[0023]在單獨發電模式下，可以將主斷路器8斷開，并且關閉船用發電機組7，僅僅閉合軸帶斷路器6，通過永磁電機4和變頻器5對船用負載9進行供電。在此模式下，船用負載9的能量事實上來自于主推進柴油機3，這樣的配置使得主推進柴油機3工作在較高的負載點下，即具備較低的油耗。
[0024]在并聯推進模式下，主斷路器8和軸帶斷路器6都閉合，船用發電機組7不僅給船用負載9進行供電，而且將能量輸入變頻器5的網側輸出，變頻器5的機側輸出驅動軸帶電機4，軸帶電機4和主推進柴油機3共同通過齒輪箱2對主推進器I進行驅動。這樣可以保證螺旋槳主推進器I獲得除了主推進柴油機3之外額外的推進功率，提升主推進器I的推進能力。
[0025]單獨推進模式是一種應急模式，此時主推進柴油機3已經損壞，和并聯推進模式類似的，主斷路器8和軸帶斷路器6都閉合，船用發電機組7不僅給船用負載9進行供電，而且將能量輸入變頻器5的網側輸出，變頻器5的機側輸出驅動軸帶電機4，和并聯推進模式不同的是，由于主推進柴油機3已經損壞，螺旋槳主推進器I的所有推進動力都是來自于永磁電機4，在這種模式下，即便主推進柴油機3損壞，螺旋槳主推進器I仍然獲得了動力，因此系統的動力冗余程度大大提升。
[0026]變頻器4采用傳統的背靠背結構，使用基于IGBT和二極管的基本功率模塊10組成，機側和網側采用相同的全橋結構，中間通過直流電容11組成直流環節。
【主權項】
1.一種并聯推進的基于永磁電機的柴電混合動力系統，包括螺旋槳推進器(I)、齒輪箱(2)、主推進柴油機(3)、電站柴油發電機組(7)和船用負載(9)，主推進柴油機(3)通過齒輪箱(2)連接有螺旋槳推進器(1)，其特征在于，電站柴油發電機組(7)通過主斷路器(8)與船用負載(9)連接在一起，在齒輪箱(2)上連接有永磁電機(4)，永磁電機(4)的定子繞組與變頻器(5)的機側輸出端連接在一起，變頻器(5)網側輸出端通過軸帶斷路器(6)與船用負載(9)連接在一起，主斷路器(8)處于閉合狀態，軸帶斷路器(6)處于閉合狀態。
【專利摘要】本實用新型公開了一種并聯推進的基于永磁電機的柴電混合動力系統，解決了當主推進柴油機不足以提供所需的動力輸出時，變頻器可以從船用電站取電，使電機工作在電動機狀態的問題。包括主推進柴油機（3）通過齒輪箱（2）連接有螺旋槳推進器（1），電站柴油發電機組（7）通過主斷路器（8）與船用負載（9）連接在一起，在齒輪箱（2）上連接有永磁電機（4），永磁電機（4）的定子繞組與變頻器（5）的機側輸出端連接在一起，變頻器（5）網側輸出端通過軸帶斷路器（6）與船用負載（9）連接在一起，主斷路器（8）處于閉合狀態，軸帶斷路器（6）處于閉合狀態。提升了全船動力系統的冗余性。
【IPC分類】B63H21/20
【公開號】CN205273826
【申請號】CN201520974389
【發明人】蘭建軍, 烏云翔, 樊雙英, 岳凡, 周思宇
【申請人】北京賽思億電氣科技有限公司, 山西汾西重工有限責任公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月1日