[发明专利]宽范围变速轴带发电系统及轴带发电机设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轴带发电系统，尤其涉及一种宽范围变速轴带发电系统及轴带发电机设计方法，属于船舶设备技术领域。

背景技术

船舶在选用主发动机时，考虑到河况、海况、船况来进行安全功率储备。一般功率储备可达到额定功率的10％-15％。对于货船，一般来说，其电站功率为主机额定功率的5％左右，采用主机轴带发电系统，使主机长期在较高负荷下工作，采用主发动机富裕功率输送给轴带发电机发电，完全能够满足船舶正常航行的电力需要。采用主发动机富裕功率实现的轴带发电系统，因其具有良好的经济性等优点得到了广泛应用。轴带发电系统主要由主机、齿轮箱、发电机、变频器和隔离变压器等组成。

目前530-1500rpm、400V、50Hz轴带发电系统主要是由常规发电机和四象限变频器(AFE)构成，这种组合方案，常规发电机输出的电压值随着主机转速的变化而变化，当转速过低使发电机电压低于400V时，使用四象限变频器可弥补电压低的不足，从而输出稳定的400V、50Hz的电压。现有的这种技术方案虽然可以解决常规发电机输出的电压值随着主机转速变化的问题，但是大大增加了发电系统的成本和故障率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽范围变速轴带发电系统及轴带发电机设计方法，解决530-1500rpm轴带发电系统成本高的问题，并且提供一种轴带发电机的设计方法，从而使轴带发电系统可以使用普通二象限变频器取代四象限变频器，将变频器的硬件成本降低、软件程序简单化，有效降低了系统成本及故障率。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种宽范围变速轴带发电系统，包括船舶主机1、齿轮箱2、轴带发电机3、二象限变频器4、隔离变压器5，所述船舶主机1通过齿轮箱2与轴带发电机3连接，并带动轴带发电机3旋转发电，所述二象限变频器4输入端与轴带发电机3连接，所述二象限变频器4输出端与隔离变压器5输入端相连，所述隔离变压器5输出端为船舶供电。

一种宽范围变速轴带发电系统的轴带发电机设计方法，包括以下步骤：

1)选择发电机极数：按照低转速为基准，530rpm与10极电机在电源频率为50Hz时的同步转速600rpm接近，故将轴带发电机设计成10极电机；

2)电磁方案计算：为使设计的轴带发电机在530-1500rpm转速范围内保持电压为400V，根据公式：选择发电机在530rpm时定子线圈的线规使得定子的电流密度在3.5-5.5A/mm²，再根据公式：E＝4.44*k*f*N*φ、φ＝B*S，选择定子绕组的匝数使气隙磁通密度值在8000-9000GS之间，式中E为发电机电压、k为绕组系数、f为频率、N为定子绕组匝数、φ为磁通量，B为气隙磁通密度值，S为气隙面积；

3)励磁方式确定：计算轴带发电机在530rpm、210kW时的主机转子电流为63A，换算成励磁机定子电流为4.7A，计算975rpm、400kW时的主机转子电流为77A，换算成励磁机定子电流为7A，根据计算出的两种状态下励磁电流的最大值为选择自动电压调节器的依据；

4)冷却方式选择：根据轴带发电机在530rpm、210kW和975rpm、400kW时的损耗，分别计算风扇所需的风压和风量，在任何状态下，风压不应低于400pa；

5)定子绕组绝缘处理：考虑到系统中变频器谐波引起的附加发热效应，定子绕组的绝缘厚度增加20％，发电机额定电压值及耐压试验值分别增加50％，以增加发电机的寿命。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述宽范围变速轴带发电系统的轴带发电机设计方法，其中步骤3)中自动电压调节器选用型号为ABB1010，最大输出电流为10A。

前述宽范围变速轴带发电系统的轴带发电机设计方法，其中步骤4)中，在发电机最大安装空间内，风压若不能满足大于400pa的要求，则采用强迫风冷。

前述宽范围变速轴带发电系统的轴带发电机设计方法，其中步骤5)中，变频器与发电机连接电缆以及变频器与负载连接电缆的截面积为常规发电机的1.3倍。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的轴带发电机可在530-1500rpm下输出400V变频电压，满足二象限变频器电压输入范围在400-450V的条件，从而使轴带发电系统可以使用普通二象限变频器取代四象限变频器，将变频器的硬件成本降低、软件程序简单化，有效降低了系统成本及故障率。

附图说明

图1是本发明的系统结构图。