電推進系統的製作方法
2023-12-01 03:39:56
專利名稱：電推進系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電推進技術，尤其涉及一種用於水上工具的電推進系統。
技術背景
拖網漁船、小型遊艇、船舶等水上工具的電推進系統是利用電力驅動推進電機，進而通過推進電機推動螺旋槳葉片，使水上工具行駛。電推進系統可以顯著提高燃油經濟性， 降低汙染排放，提高水上工具動力性能，具有重要的技術及經濟效益。
現有技術中，在額定功率為一固定值的情況下，電推進系統的推進電機的輸出功率為額定功率時，推進電機的運行效率最高。對於不同載重的情況，水上工具的推進電機可以在不同的輸出功率下運行，例如在輕載時，以額定功率的30%作為輸出功率，在重載時， 以額定功率的80%作為輸出功率，甚至在重載時，水上工具所需的輸出功率還可能超過額定功率。
然而，對於輕載的狀況來說，其所需的輸出功率只佔額定功率的很小一部分，因此，其浪費了剩餘功率；而對於重載的狀況來說，還可能出現推進電機的額定功率無法滿足實際需要的輸出功率。所以，現有的電推進系統，不能適應輕載與重載工況對推進電機輸出功率的不同需求。發明內容
本發明提供一種電推進系統，用以克服水上工具不能適應輕載與重載工況對功率的不同需求的問題。
本發明提供一種電推進系統，包括供電裝置、電推進裝置、整機控制裝置和機械輸出裝置，所述電推進裝置包括推進電機和兩套逆變器，每套逆變器的輸入與所述供電裝置連接，每套逆變器的輸出與所述推進電機的輸入連接，所述推進電機的輸出與所述機械輸出裝置連接，所述整機控制裝置分別與每套逆變器、所述供電裝置以及所述機械輸出裝置連接。
由上述技術方案可知，本發明通過採用兩套逆變器獨立控制推進電機，使水上工具在輕載時，只使用一路控制工作在額定功率的50%，推進電機工作在高效工作區；重載時，同時使用兩路控制工作在額定功率的100%，推進電機仍工作在高效工作區，從而實現推進電機兩種不同功率等級的轉換，且均能夠工作在高效工作區，保證電推進系統的操作靈活和高效運行；同時，兩套逆變器獨立控制推進電機使得電推進系統的兩路推進相互不影響，在一路推進出現故障而不能正常運行時，可通過另一路推進驅動螺旋槳，保證水上工具能夠順利回港。
圖1為本發明電推進系統實施例一的結構示意圖。
圖2為本發明電推進系統實施例二的結構示意圖。
主要元件符號說明
1-電推進裝置；
3-機械輸出裝置；
11-推進電機；
13-整流櫃；
22-顯示單元；
31-螺旋槳；
33-聯軸器；
42-發電機組；
422-勵磁控制元件
R-電阻制動模塊；2-整機控制裝置； 4-供電裝置； 12-逆變器； 21-控制單元；駕控臺 32-齒輪箱 41-配電櫃 421-柴油發電機; L-電抗器；Ka、Kb、Kl、K2-交流接觸器。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
圖1為本發明電推進系統實施例一的結構示意圖，如圖1所示，本實施例的系統包括供電裝置4、電推進裝置1、整機控制裝置2和機械輸出裝置3，所述電推進裝置1包括推進電機11和兩套逆變器12，每套逆變器12的輸入與所述供電裝置4連接，每套逆變器 12的輸出與所述推進電機11的輸入連接，所述推進電機11的輸出與所述機械輸出裝置3 連接，所述整機控制裝置2分別與每套逆變器12、所述供電裝置4以及所述機械輸出裝置3 連接。
本實施例中，由於電推進裝置1的推進電機11由兩套逆變器12分別控制，可以輸出兩個不同功率等級，兩個不同功率等級獨立運行，從而保證水上工具在輕載或重載時可以根據功率需求進行功率等級選擇。具體來說，本實施例的電推進裝置1能夠將供電裝置 4提供的電能轉換為機械能通過電機的輸出軸輸出，從而驅動機械輸出裝置3，保證水上工具在水面行駛。同時，本實施例的整機控制裝置2可根據載重輸出兩路獨立的控制信號對兩套逆變器12分別進行控制，從而兩套逆變器12可以獨立控制與其連接的推進電機11，因此推進電機11可輸出不同等級的功率，實現水上工具輕載重載的功率轉換。通過逆變器控制本實施例中的推進電機的電流和輸出功率，還可實現水上工具在低速恆轉矩運行和高速恆功率運行，從而提高系統的動力性和操作靈活性。
本實施例中的推進電機11可以為雙電樞電機，也可以為雙繞組電機。若是雙電樞電機時，雙電樞電機的兩個定子的鐵芯和繞組相互獨立，通過一個機座實現一體化安裝；雙電樞電機的兩個轉子的鐵芯和繞組也相互獨立，通過一根轉軸輸出轉矩，實現功率及力矩的疊加，兩路電樞可相互獨立工作；單電樞工作時輸出50%的額定功率；由於兩套逆變器 12及其控制是相互獨立的，從而可實現雙電樞電機的運行能夠輸出不同功率。在一路電樞出現故障時，另一路電樞仍可以輸出50%的額定功率，保證水上工具的正常運行。雙繞組電機是通過相互電氣隔離的兩套繞組分別受相互獨立的兩套逆變器12控制，從而實現在一根轉軸輸出轉矩，實現功率及力矩的疊加，兩套繞組可相互獨立工作，單繞組工作室輸出 50%的額定功率。同樣由於兩套逆變器12及其控制是相互獨立的，從而可實現雙繞組電機的運行能夠輸出不同功率。在一套繞組出現故障時，另一套繞組仍可以輸出50%的額定功率，保證水上工具的正常運行。
實際運行中，整機控制裝置2可給出功率和轉矩選擇指令，控制輸出的兩路控制信號，兩逆變器12接收控制信號後，分別控制推進電機，可以根據功率指令在50 %或100 % 額定工況下運行，從而實現推進電機的輸出功率可調控制。輕載時，可只使用一路電樞或一套繞組工作，最大輸出50%的額定功率，推進系統運行點接近高效區；重載時，採用兩路電樞或兩套繞組同時工作，最大輸出100%的額定功率，推進系統仍處於高效運行區。
本實施例通過採用兩套逆變器獨立控制推進電機，使水上工具在輕載時，只使用一路控制工作在額定功率的50%，推進電機工作在高效工作區；重載時，同時使用兩路控制工作在額定功率的100%，推進電機仍工作在高效工作區，從而實現推進電機兩種不同功率等級的轉換，且均能夠工作在高效工作區，保證電推進系統的操作靈活和高效運行；同時，兩套逆變器獨立控制推進電機使得電推進系統的兩路推進相互不影響，在一路推進出現故障而不能正常運行時，可通過另一路推進驅動螺旋槳，保證水上工具能夠順利回港。
圖2為本發明電推進系統實施例二的結構示意圖，如圖2所示，本實施例在上述圖 1所示實施例一的基礎上，供電裝置4可以包括發電機組42和配電櫃41，配電櫃41的輸入與發電機組42的輸出連接，每套整流櫃13的輸入連接到配電櫃41的一路輸出，發電機組 42和配電櫃41分別與整機控制裝置2的控制單元21連接。發電機組42可以包括兩臺或多臺柴油發電機421。電推進裝置1還可包括兩套整流櫃13和電抗器L，每套整流櫃和電抗器中，整流櫃13的輸入與供電裝置4連接，整流櫃13的輸出與電抗器L的輸入連接，電抗器L的輸出與逆變器12的輸入連接。機械輸出裝置3可以包括螺旋槳31、聯軸器33和齒輪箱32，聯軸器33 —端與推進電機11的輸出軸連接，聯軸器33的另一端與齒輪箱32的主動軸連接，齒輪箱32的從動軸與螺旋槳31連接。整機控制裝置2可以包括駕控臺23、控制單元21和顯示單元22，駕控臺23和顯示單元22分別與控制單元21連接，控制單元21 分別與供電裝置4、電推進裝置1和機械輸出裝置3連接。
本實施例中，柴油發電機421將柴油燃料的能量轉化為電能通過配電櫃41輸出交流電，通過兩路交流電分別輸出到電推進裝置1，每路交流電通過整流櫃13整流並經電抗器L濾波後成為一路直流輸入一套逆變器12，兩套逆變器12分別在控制單元21的兩路信號控制下相互獨立，互不影響的控制推進電機11的電流和輸出功率，推進電機11的輸出軸輸出的轉矩通過聯軸器33和齒輪箱32，最後驅動螺旋槳31，使水上工具在水上行駛。
具體來說，本實施例中的每臺柴油發電機421採用在額定轉速下恆速運行，一方面可提高柴油機的燃油經濟性15%以上，汙染排放降低50%以上，從而節能減排效果顯著，另一方面可輸出恆定的電流頻率。每臺柴油發電機421與整機控制裝置2的控制單元 21連接，每臺柴油發電機可設置有勵磁控制元件422，如AVR勵磁裝置，用於調節發電機輸出的電壓，因此每個發電機可輸出恆壓恆頻的電源。每臺柴油發電機421的工作狀況受控制單元21的控制，當輕載時，可以啟動一臺或少數臺柴油發電機供電，推進電機工作在較低功率級別即可，一方面可以節能減排，另一方面還可以使推進電機工作在高效運行區。重載時可啟動多臺或所有柴油發電機供電，推進電機工作在較高功率級別，推進電機同樣是5工作在高效運行區，因此本實施例不僅實現了輕載重載運行時輸出功率的有效轉換，而且還達到了節能減排的效果。
發電機組42可實現其他能量向電能的轉換，如上述的將柴油燃料的化學能轉換為電能。多臺發電機可組成的發電機組，即動力電站，為整個電推進系統提供電源，後端的電推進裝置可通過配電櫃從該動力電站中獲取電力。配電櫃41由輸入側交流接觸器Ka、交流接觸器Kb、輸出側交流接觸器K1、交流接觸器K2、並車裝置(圖中未示出)等部分組成； 配電櫃41的輸入輸出端的交流接觸器工作受控制單元21的控制，可實現柴油機發電機組 421啟停控制、並車及電能分配輸出等，通過配電櫃41統一將該電能合理分配給電推進系統後端用電的電推進裝置1，有利於能量的合理使用。
電推動裝置1中整流櫃13將供電裝置4輸出的交流電變換成直流後，再通過電抗器L濾除波紋，可有效保護電推進裝置1後端的逆變器12及推進電機11。一套整流櫃、電抗器、逆變器依次連接，為推進電機的一路推進提供驅動控制，另一套整流櫃、電抗器、逆變器依次連接，為推進電機的另一路推進提供驅動控制，兩路驅動控制相互沒有影響，從而實現推進電機可分別獨立地受兩路推進控制而正常運行。整流櫃13的整流電路可採用6脈波整流，採用6脈波整流的整流櫃代替移相變壓器，可以降低系統造價。逆變器12內部可設置用於快速停機的電阻制動模塊R，電阻制動模塊R可實現制動時電流和功率控制。在系統需快速停機時，電阻制動模塊R中的電阻可消耗掉機械輸出裝置因慣性而產生的部分能量，從而快速停機，採用電阻制動停機，可去掉離合器和機械剎車裝置，從而簡化維護。
整機控制裝置2中控制單元21是整個電推進系統的控制核心，對其他元件或裝置的控制具體可採用ftOfibus網絡通信協議，從而實現關鍵流程按序操作和重要部件自動保護、輔助電能轉移、運行信息顯示及存儲、故障報警及故障診斷等功能。控制單元21根據駕控臺23發送的操控指令控制供電裝置4、電推進裝置1和機械輸出裝置3的操作運行並能在獲取的系統運行和故障信息後將其發送給顯示單元22。駕控臺23用於操控人員向控制單元21發送操控指令，如開機、停機、前進、後退等控制信號，在向前推進時可選擇不同的推進功率及轉矩，通過駕控臺23可完成對電推進系統的運行操作控制。顯示單元22， 如顯示屏XP，用於顯示機電系統運行和故障信息，方便駕駛員觀察操縱；整機控制裝置中各個部分的協調控制，提高了水上工具運行自動化程度，有利於實現水上工具經濟、可靠運行。
機械輸出裝置3中通過齒輪箱32速比與推進電機11轉速的合理匹配，螺旋槳31 轉速和直徑的優化設計，也可以進一步提高水上工具的推進效率。控制單元21通過檢測機械輸出裝置3的齒輪箱32傳動及螺旋槳31的工作情況可以實時向顯示單元22發送系統的運行參數信息或故障信息。
本實施例在達到實施例一的技術效果的基礎上，進一步通過兩臺或多臺柴油發電機組成的動力電站，再由配電櫃統一配電，為推進系統和輔助系統提供電能，通過採用恆速發電，保證柴油發電機恆速運行，提高了柴油機燃油經濟性，降低汙染排放，從而達到節能減排的效果；通過整流櫃對供電裝置輸出的交流電的整流，電抗器的濾波，進一步提高電推動系統應用交流電的靈活性；通過在逆變器內設置電阻制動模塊，一方面實現快速停機，另一方面可省去離合器和機械剎車裝置，簡化維護；通過齒輪箱轉速比、螺旋槳轉速的合理設計，使其與推進電機匹配，可進一步提高水上工具的推進效率；通過駕控臺、控制單元的控制及顯示單元實時顯示，實現了關鍵部件運行控制、狀態參數實時顯示及故障診斷及信息存儲，操作便捷舒適，自動化程度高。
在上述任一實施例中，當需要更大的驅動功率時可以採用兩臺或多臺推進電機推進，其使用控制方法與一臺推進電機類似。推進電機可採用變頻異步電機，也可採用永磁同步電機。
最後應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其進行限制， 儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改後的技術方案脫離本發明技術方案的精神和範圍。
權利要求
1.一種電推進系統，其特徵在於，包括供電裝置、電推進裝置、整機控制裝置和機械輸出裝置，所述電推進裝置包括推進電機和兩套逆變器，每套逆變器的輸入與所述供電裝置連接，每套逆變器的輸出與所述推進電機的輸入連接，所述推進電機的輸出與所述機械輸出裝置連接，所述整機控制裝置分別與每套逆變器、所述供電裝置以及所述機械輸出裝置連接。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述推進電機為雙電樞電機或雙繞組電機。
3.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述逆變器內部設置有電阻制動模塊。
4.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述電推進裝置還包括兩套整流櫃和電抗器，每套整流櫃和電抗器中，整流櫃的輸入與所述供電裝置連接，整流櫃的輸出與電抗器的輸入連接，電抗器的輸出與逆變器的輸入連接。
5.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述整流櫃的整流電路採用6脈波整流。
6.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述供電裝置包括發電機組和配電櫃，所述配電櫃的輸入與所述發電機組的輸出連接，每個整流櫃的輸入連接到所述配電櫃的一路輸出，所述發電機組和所述配電櫃分別與所述整機控制裝置連接。
7.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述發電機組包括至少兩臺柴油發電機， 每臺柴油發電機與所述整機控制裝置連接，每臺柴油發電機設置有勵磁控制元件。
8.根據權利要求7所述的系統，其特徵在於，所述柴油發電機為恆速發電機。
9.根據權利要求1 8中任一項所述的系統，其特徵在於，所述機械輸出裝置包括螺旋槳、聯軸器和齒輪箱，所述聯軸器一端與所述推進電機的輸出軸連接，所述聯軸器的另一端與所述齒輪箱的主動軸連接，所述齒輪箱的從動軸與所述螺旋槳連接。
10.根據權利要求1 8中任一項所述的系統，其特徵在於，所述整機控制裝置包括駕控臺、控制單元和顯示單元，所述駕控臺和所述顯示單元分別與所述控制單元連接，所述控制單元分別與所述供電裝置、所述電推進裝置和所述機械輸出裝置連接，所述駕控臺用於操控人員向所述控制單元發送操控指令，所述顯示單元用於顯示系統運行和故障信息，所述控制單元用於根據接收的操控指令控制所述供電裝置、所述電推進裝置和所述機械輸出裝置的操作運行並將獲取的系統運行和故障信息發送給顯示單元。
全文摘要
本發明涉及一種電推進系統，包括供電裝置、電推進裝置、整機控制裝置和機械輸出裝置，所述電推進裝置包括推進電機和兩套逆變器，每套逆變器的輸入與所述供電裝置連接，每套逆變器的輸出與所述推進電機的輸入連接，所述推進電機的輸出與所述機械輸出裝置連接，所述整機控制裝置分別與每套逆變器、所述供電裝置以及所述機械輸出裝置連接。本發明可以實現水上工具輕載與重載運行對功率的不同需求，而且能夠在電推進系統一路推進出現故障時系統繼續運行保證水上工具順利回港。
文檔編號B63H21/17GK102530219SQ201010587250
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月8日 優先權日2010年12月8日
發明者張亞社, 梁培志, 程衛東, 董曉妮 申請人:永濟新時速電機電器有限責任公司