[发明专利]船用轴带双馈发电机系统

说明书

技术领域

本发明涉及船舶电力技术。

背景技术

70年代以来，由于中东发生石油危机，一些学者提出用船舶主机轴驱动发电机发电代替传统单独柴油发电机来发电。船舶轴带发电机及发电系统就是在这样的背景下逐渐发展起来的。之前轴带发电系统属于无频率补偿发电系统，十九世纪八十年代，日本Kawasaki公司研制了滚装式船用轴带发电系统，这种发电机系统受到海上风浪情况影响严重，主机转速变化将很大程度上影响电网频率，严重时几乎不能运作，必要时只能通过传统备用发电机供电。后期出现机械控制的频率补偿型轴带发电机比无补偿轴带发电机更进一步，在主机转速发生变化时，可以通过补偿装置使转速保持在一定值。但是这种系统在主机速度和额定转速相差过大时，装置容量将受限。80年代后期以来，大功率全控器件IGBT的出现和PWM技术的成熟，PWM整流器和逆变器被应用到船舶发电中去，给发电效果带来了很大程度改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种船用轴带双馈发电机系统，其将双馈发电技术应用到了船舶轴带电机系统中。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种船用轴带双馈发电机系统，包括螺旋桨、轴带双馈电机、转速传感器、采样电路、双馈变流器以及控制器；螺旋桨与轴带双馈电机的转子连接，轴带双馈电机的定子与船舶电网相连；双馈变流器包括与轴带双馈电机的转子的三相励磁绕组相连的机侧变流器、用于与船舶电网相连的网侧变流器以及直流母线电容，机侧变流器与网侧变流器通过两根直流母线相连，直流母线电容跨接在两根直流母线之间；转速传感器用于检测轴带双馈电机的转子转速，采样电路用于检测直流母线电容的电压以及轴带双馈电机的定子电压、定子电流和转子电流；转速传感器的输出端和采样电路的输出端与控制器的输入端连接，控制器的第一控制输出端与机侧变流器的控制输入端连接，控制器的第二控制输出端与网侧变流器的控制输入端连接。

采样上述技术方案后，可以实现双馈电机的电压调节功能，实现功率的双向流动。本发明按照船舶发电控制标准设计，可广泛应用于船舶电站中。

附图说明

图1示出了根据本发明一实施例的船用轴带双馈发电机系统的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对发明进行详细说明。

请参阅图1。根据本发明一种船用轴带双馈发电机系统，包括螺旋桨1、轴带双馈电机2、转速传感器3、采样电路4、双馈变流器以及控制器6。

螺旋桨1与轴带双馈电机2的转子连接，用于带动转子转动；轴带双馈电机2的定子与船舶电网10相连。

双馈变流器包括与轴带双馈电机的转子的三相励磁绕组相连的机侧变流器51、用于与船舶电网10相连的网侧变流器52以及直流母线电容53，机侧变流器51与网侧变流器52通过两根直流母线54相连，直流母线电容53跨接在两根直流母线54之间。直流母线电容53具有滤波的作用，能够避免轴带双馈电机2对船舶电网造成干扰。

转速传感器3用于检测轴带双馈电机的转子转速，采样电路4用于检测直流母线电容53的电压以及轴带双馈电机的定子电压、定子电流和转子电流。转速传感器3的输出端和采样电路4的输出端与控制器6的输入端连接，控制器6的第一控制输出端与机侧变流器51的控制输入端连接，控制器6的第二控制输出端与网侧变流器52的控制输入端连接。本实施例中，转速传感器3可采用光电编码器，控制器6可采用DSP芯片，型号为TI公司的TMS302F28335。

船用轴带双馈发电机系统还包括一UPS电源7，UPS电源7跨接在两根直流母线之间。该UPS电源可作为备用电源使用，当系统故障或电机转速不够时可以控制此电源上电给电机提供控制电源，从而提高了整个系统的运行可靠性。

当船舶主柴油机驱动螺旋桨1转动时，将一部分机械能也传递到了轴带双馈电机2的转子上，使其在螺旋桨1转动同时随着一起转动。在轴带双馈电机2工作时，轴带双馈电机2的定子所输出的交流电的角频率ωs等于轴带双馈电机2的转子的电流频率ωsl与转子的机械速运行角频率ωr之和，即ωr+ωsl=ωs。ωsl又称为转差频率，是由控制器6提供给电机的转子侧；ωs又称为同步角频率，由于船舶电网中所使用的是频率f为50Hz的工频交流电，而ωs=2πf，因此ωs是一个确定值。控制器6可以基于转速传感器3的检测信号获得转子的机械转速nr以及机械速运行角频率ωr，同时，基于采集到的定子电压和定子电流，可以获得轴带双馈电机2的定子的旋转磁场的转速n。