[实用新型]一种船舶轴带发电系统

说明书

技术领域

 本发明涉及一种船舶轴带发电系统，特别涉及一种基于无刷双馈电机的船舶轴带发电系统。

背景技术

 船舶轴带发电是利用船舶主机的功率储备，在主机带动螺旋桨推进船舶航行的同时拖动轴带发电机发电，从而使船舶在航行时基本不使用传统的柴油发电机组发电，这种方式具有显著的节能效果。这是由于船舶在选用主柴油机功率时都是按最大装载量、最大航速工况选用并留有10%-15%的裕量，如果海况及船况良好，在轻载经济巡航时，主柴油机将有很大的功率储备没有得到充分利用，这样就造成主柴油机大都在长期轻载下运行，因此造成了两方面的问题：一是柴油机在轻载下效率降低，其经济性将下降；二是柴油机在轻载下容易形成积碳，故障率增加。如果利用轴带发电机，可以使主机长时间在较高负荷下运行，从而具有良好的经济性。一般来说，正常航行时，船舶用电负荷约为主机额定功率的10%左右，轴带发电机完全能满足船舶正常航行的电力需要，此时无需运转辅助柴油发电机。一般采用轴带发电时，动力装置的效率可提高2%-4%，发电成本比辅助柴油发电机组约低50%。轴带发电除了降低燃油消耗量以外，还减少了辅柴油发电机的台数，节省了投资。

目前，船舶轴带系统主要采用的是带频率补偿装置的同步发电机，即先将同步发电机发出的交流电通过整流装置变换为直流，再通过逆变器变换为恒频恒压的交流，无疑所需的变流器为全功率变流器。近年来，有刷双馈异步电机在变速恒频风力发电领域得到广泛应用，变频器在发电机的励磁回路上, 而不是在主供电电路上, 其容量和体积都显著降低, 降低了系统的成本。鉴于有刷双馈电机明显的技术优势，人们开始尝试将该电机用于船舶轴带发电系统。但有刷双馈发电机仍保留电刷和滑环，需要经常维护，并不适合船舶轴带这种对可靠性较高的应用。无刷双馈电机是近年来国内外研究甚为活跃的一种新型电机。顾名思义，该电机是不需要电刷的双馈电机，它由有刷双馈电机发展而来，其基本结构是一个定子，一个转子，一套公共磁路，定子上有极数不同的两套绕组，一套接工频三相电源，称功率绕组，另一套接变频电源，称控制绕组。它除了无刷之外，还具有有刷双馈发电机的全部优点。

研究船舶无刷双馈轴带发电系统，和现有其它变速恒频发电技术相比，其优势在于：

（1）与双馈异步发电机相比，没有电刷和滑环，大大增加了系统的可靠性和可维护性；

（2）与带功率变换装置的永磁同步发电机和鼠笼式异步发电机相比，它不需要变频器提供全功率变换器，只需要提供“转差功率”即可，大大降低了变频器的容量；

鉴于上述优点，世界上许多国家尤其是发达国家，如美国很早就开始研究用无刷双馈轴带发电系统来取代柴油机发电系统，但至今仍未见产业化的报道，其难点在于主发动机转速不断变化，负载条件随时出现较大范围内变化时，如何实现轴带发电输出恒频恒压，即实现变速恒频恒压运行，才能保证轴带发电系统与船舶电站的并联运行或独立运行。围绕上述背景技术，在已公布的专利文献中，发明人检索出只有华中科技大学发表了一篇关于船用柴油机轴带无刷双馈发电机控制系统的专利，其专利号为ZL200910061296.7。此专利公布的励磁控制系统采用回馈器拓扑结构，存在控制系统响应速度慢的问题，无法实现无刷双馈电机定子发电电压和频率与船舶电站的电压和频率的无缝切换，当船舶负载发生突变时，该系统无法实现稳定运行。

发明内容

本发明提供了一种船舶轴带发电系统，解决了现有装置及控制方法存在的控制系统响应速度慢、无法实现无刷双馈电机定子发电电压和频率与船舶电站的电压和频率的无缝切换和当船舶负载发生突变时系统无法实现稳定运行的技术问题。