本發(fā)明涉及一種船用在線(xiàn)式直流電源裝置，屬于船舶電器設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

按照船舶建造規(guī)范的要求，對(duì)導(dǎo)航、監(jiān)測(cè)和無(wú)線(xiàn)電通信等設(shè)備應(yīng)進(jìn)行連續(xù)供電，且在正常電源發(fā)生故障時(shí)能自動(dòng)地轉(zhuǎn)換到備用電源；對(duì)即使在船舶主電源和應(yīng)急電源都出現(xiàn)故障時(shí)仍必須保持工作的特殊設(shè)備，可以使用蓄電池支持的公共直流配電網(wǎng)供電。

船舶建造規(guī)范規(guī)定當(dāng)主電板上主電源失電時(shí)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)能自動(dòng)啟動(dòng)并向應(yīng)急配電板提供應(yīng)急電源；具有兩套充電裝置和蓄電池組的船舶充放電板，可向直流公共配電網(wǎng)供電。因此，工程實(shí)踐需要我們?cè)O(shè)計(jì)一種船用在線(xiàn)式直流電源裝置，向需要直流電源的特殊設(shè)備供電，能做到當(dāng)主電源失電時(shí)，自動(dòng)切換到由應(yīng)急電源供電，在主電源與應(yīng)急電源切換過(guò)程中或主電源與應(yīng)急電源全部失電時(shí)，由充放電板供電，以確保不允許中斷供電的特殊設(shè)備能正常工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種船用在線(xiàn)式直流電源裝置，向需要直流電源的特殊設(shè)備供電，當(dāng)主電源失電時(shí)，自動(dòng)切換到由應(yīng)急電源供電，在主電源與應(yīng)急電源切換過(guò)程中或主電源與應(yīng)急電源全部失電時(shí)，由充放電板供電，以確保不允許中斷供電的特殊直流設(shè)備能正常工作。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種船用在線(xiàn)式直流電源裝置，包括熔斷器1F、熔斷器2F、熔斷器3F、熔斷器4F、熔斷器5F、熔斷器6F、熔斷器7F、熔斷器8F、熔斷器9F、熔斷器10F、熱繼電器FR、接觸器1KM、接觸器2KM、RC阻容保護(hù)電路1、變壓器T、橋式整流器2、RC濾波電路3、二極管1V、二極管2V，所述熔斷器1F、熔斷器2F、熔斷器3F的一端接船舶主配電板饋電開(kāi)關(guān)，所述熔斷器1F、熔斷器2F、熔斷器3F的另一端接接觸器1KM主觸點(diǎn)的一端，所述接觸器1KM主觸點(diǎn)的另一端接熱繼電器FR的一端，所述熱繼電器FR的另一端接變壓器T初級(jí)，所述RC阻容保護(hù)電路1接于變壓器T初級(jí)，所述變壓器T的次級(jí)接橋式整流器2，所述RC濾波電路3接于橋式整流器2的輸出端，所述二極管1V的陽(yáng)極接橋式整流器2的正極輸出端，所述二極管1V的陰極接熔斷器9F的一端，所述熔斷器9F的另一端接用電設(shè)備直流電源進(jìn)線(xiàn)端，所述熔斷器10F的一端接橋式整流器2的負(fù)極輸出端，所述熔斷器10F的另一端接用電設(shè)備直流電源進(jìn)線(xiàn)端；所述接觸器1KM的線(xiàn)圈、接觸器2KM的常閉輔助觸點(diǎn)、熱繼電器FR的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，該串聯(lián)電路兩端接于熔斷器2F、熔斷器3F的負(fù)載側(cè)之間，所述熔斷器4F、熔斷器5F、熔斷器6F的一端接船舶應(yīng)急配電板饋電開(kāi)關(guān)，所述熔斷器4F、熔斷器5F、熔斷器6F的另一端接接觸器2KM主觸點(diǎn)的一端，所述接觸器2KM主觸點(diǎn)的另一端接于熱繼電器FR的電源側(cè)，所述接觸器2KM的線(xiàn)圈、接觸器1KM的常閉輔助觸點(diǎn)、熱繼電器FR的另一對(duì)常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，該串聯(lián)電路兩端接于熔斷器4F、熔斷器5F的負(fù)載側(cè)之間，所述熔斷器7F的一端接船舶充放電板饋電開(kāi)關(guān)的正極，所述熔斷器7F的另一端接二極管2V的陽(yáng)極，所述二極管2V的陰極接二極管1V的陰極，所述熔斷器8F的一端接船舶充放電板饋電開(kāi)關(guān)的負(fù)極，所述熔斷器8F的另一端接橋式整流器2的負(fù)極輸出端。

本發(fā)明的目的還可以通過(guò)以下技術(shù)措施來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)：

前述船用在線(xiàn)式直流電源裝置，所述熔斷器7F、熔斷器8F、熔斷器9F、熔斷器10F為快速熔斷器。

前述船用在線(xiàn)式直流電源裝置，還包括直流風(fēng)扇1M、直流風(fēng)扇2M，所述直流風(fēng)扇1M、直流風(fēng)扇2M的兩端連接于橋式整流器2的正、負(fù)極輸出端之間。

前述船用在線(xiàn)式直流電源裝置，其中熔斷器1F、熔斷器2F、熔斷器3F使用斷路器1Q代替，其中熔斷器4F、熔斷器5F、熔斷器6F使用斷路器2Q代替，其中熔斷器7F、熔斷器8F使用斷路器3Q代替，其中熔斷器9F、熔斷器10F使用斷路器4Q代替。

前述船用在線(xiàn)式直流電源裝置，其中變壓器T的接線(xiàn)組別為△/Y。

前述船用在線(xiàn)式直流電源裝置，其中變壓器T為三相整流變壓器時(shí)，變壓器額定容量按S_N≥1.25P_N確定，變壓器T為單相整流變壓器時(shí)，變壓器額定容量按S_N≥1.45P_N確定，P_N為負(fù)載功率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：當(dāng)主電源失電時(shí)，自動(dòng)切換到由應(yīng)急電源供電，在主電源與應(yīng)急電源切換過(guò)程中或主電源與應(yīng)急電源全部失電時(shí)，由充放電板供電，以確保不允許中斷供電的特殊設(shè)備能正常工作。本發(fā)明的船用在線(xiàn)式直流電源裝置可為一臺(tái)設(shè)備供電，也可通過(guò)機(jī)艙集中控制臺(tái)或駕駛臺(tái)上的配電箱向多臺(tái)設(shè)備供電。

本發(fā)明無(wú)需另外配置蓄電池及其充電器，以主電源或應(yīng)急電源作為直流主供，充放電板作為直流備供，切換過(guò)程不掉電。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的船用在線(xiàn)式直流電源裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2是三線(xiàn)制電源的船用在線(xiàn)式直流電源裝置電路圖；

圖3是兩線(xiàn)制電源的船用在線(xiàn)式直流電源裝置電路圖；

圖4是三線(xiàn)制電源的船用在線(xiàn)式直流電源裝置另一實(shí)施例電路圖；

圖5是兩線(xiàn)制電源的船用在線(xiàn)式直流電源裝置另一實(shí)施例電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，是本發(fā)明的船用在線(xiàn)式直流電源裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體的，如圖2所示，三線(xiàn)制電源的船用在線(xiàn)式直流電源裝置，包括熔斷器1F、熔斷器2F、熔斷器3F、熔斷器4F、熔斷器5F、熔斷器6F、熔斷器7F、熔斷器8F、熔斷器9F、熔斷器10F、熱繼電器FR、接觸器1KM、接觸器2KM、RC阻容保護(hù)電路1、變壓器T、橋式整流器2、RC濾波電路3、二極管1V、二極管2V，所述熔斷器1F、熔斷器2F、熔斷器3F的一端接船舶主配電板饋電開(kāi)關(guān)，所述熔斷器1F、熔斷器2F、熔斷器3F的另一端接接觸器1KM主觸點(diǎn)的一端，所述接觸器1KM主觸點(diǎn)的另一端接熱繼電器FR的一端，所述熱繼電器FR的另一端接變壓器T初級(jí)，所述RC阻容保護(hù)電路1接于變壓器T初級(jí)，所述變壓器T的次級(jí)接橋式整流器2，所述RC濾波電路3接于橋式整流器2的輸出端，所述二極管1V的陽(yáng)極接橋式整流器2的正極輸出端，所述二極管1V的陰極接熔斷器9F的一端，所述熔斷器9F的另一端接用電設(shè)備直流電源進(jìn)線(xiàn)端，所述熔斷器10F的一端接橋式整流器2的負(fù)極輸出端，所述熔斷器10F的另一端接用電設(shè)備直流電源進(jìn)線(xiàn)端；所述接觸器1KM的線(xiàn)圈、接觸器2KM的常閉輔助觸點(diǎn)、熱繼電器FR的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，該串聯(lián)電路兩端接于熔斷器2F、熔斷器3F的負(fù)載側(cè)之間，所述熔斷器4F、熔斷器5F、熔斷器6F的一端接船舶應(yīng)急配電板饋電開(kāi)關(guān)，所述熔斷器4F、熔斷器5F、熔斷器6F的另一端接接觸器2KM主觸點(diǎn)的一端，所述接觸器2KM主觸點(diǎn)的另一端接于熱繼電器FR的電源側(cè)，所述接觸器2KM的線(xiàn)圈、接觸器1KM的常閉輔助觸點(diǎn)、熱繼電器FR的另一對(duì)常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，該串聯(lián)電路兩端接于熔斷器4F、熔斷器5F的負(fù)載側(cè)之間，所述熔斷器7F的一端接船舶充放電板饋電開(kāi)關(guān)的正極，所述熔斷器7F的另一端接二極管2V的陽(yáng)極，所述二極管2V的陰極接二極管1V的陰極，所述熔斷器8F的一端接船舶充放電板饋電開(kāi)關(guān)的負(fù)極，所述熔斷器8F的另一端接橋式整流器2的負(fù)極輸出端。

在船電系統(tǒng)中，主電源與應(yīng)急電源的額定電壓、額定頻率均相同，其額定電壓通常為三相AC400V、415V、440V、630V、690V和單相230V，額定頻率為50Hz和60Hz兩個(gè)系列，裝設(shè)在機(jī)艙集中控制臺(tái)、駕駛臺(tái)及其它處所的特殊設(shè)備，使用直流電源的額定電壓通常為DC24V、110V、220V，這些特殊設(shè)備容量較小，一般在50W—5000W之間。本發(fā)明可為一臺(tái)設(shè)備供電，也可通過(guò)機(jī)艙集中控制臺(tái)或駕駛臺(tái)上的配電箱向多臺(tái)設(shè)備供電。

船用在線(xiàn)式直流電源裝置功率在500W以上者，可采用三相電源和三相橋式整流器，原理如圖2所示。對(duì)功率在500W及以下者，可采用單相電源和單相橋式整流器，原理如圖3所示。這并非一概而論，在選取船用在線(xiàn)式直流電源裝置整流電路時(shí)，應(yīng)根據(jù)船舶主電源系統(tǒng)的額定電壓與頻率等具體情況，按對(duì)船舶交流電網(wǎng)干擾小、變壓器和整流器能得到充分利用等因素進(jìn)行確定，經(jīng)常容量在5000W及以下的整流裝置采用單相橋式整流器，也完全可行。

在將船用在線(xiàn)式直流電源裝置制造成產(chǎn)品時(shí)，需考慮結(jié)構(gòu)緊湊，箱體可根據(jù)需方實(shí)際情況采用立式或臥式，交流進(jìn)線(xiàn)與直流出線(xiàn)的位置應(yīng)合理，元器件應(yīng)選用耐鹽霧、耐霉菌的船用產(chǎn)品，變壓器和整流器的冷卻可各裝設(shè)1臺(tái)直流風(fēng)扇，額定功率約1.2—3W、電壓DC24-220V，電流約0.05—0.13A、外型尺寸約80×80×25mm左右、轉(zhuǎn)速3000—4500RPM、風(fēng)量約11—16CFM，可直接對(duì)著變壓器和整流器進(jìn)行風(fēng)冷，風(fēng)扇可并聯(lián)在本裝置直流側(cè)，如圖2、3所示的直流風(fēng)扇1M和2M。

在圖2中三相整流變壓器T，接線(xiàn)組別為△/Y，初級(jí)側(cè)的額定電壓與額定頻率，和船電主電源的額定電壓與額定頻率相同，其次級(jí)側(cè)的額定線(xiàn)電壓E₂可按E₂＝K_U·U_di求出，(式中U_di為整流器理想的直流空載電壓，K_U為閥側(cè)電壓變換系數(shù)，其理論值為0.74)，變壓器T的額定容量S_N約為1.05U_N·I_N，(式中U_N為負(fù)載額定直流電壓，I_N為負(fù)載額定直流電流，1.05為理論系數(shù))；交流接觸器1KM、2KM，其額定電壓及線(xiàn)圈電壓、額定頻率，和電源的額定電壓與額定頻率相同，額定電流按≥三相整流變壓器初級(jí)側(cè)額定電流I₁選配；FR為熱繼電器，其電流整定值可按I₁進(jìn)行設(shè)定；三相橋式整流器的臂電流方均根理論值為0.58I_N，其反向工作峰值電壓理論值為直流輸出額定電壓U_dn的1.05倍；二極管1V、2V的電流方均根值為I_N，其反向工作峰值電壓理論值為1.05U_dn；熔斷器1F至6F，其熔芯電流可按I₁的1.6倍配置；熔斷器7F—10F為快速熔斷器，其熔芯電流可按I_N的1.4倍配置。

在圖3中，T為單相整流變壓器，初級(jí)側(cè)的額定電壓E₁與額定頻率，和船電主電源的額定電壓與額定頻率相同，其次級(jí)側(cè)E₂可按E₂＝K_U·U_di求出，(式中U_di為整流器理想的直流空載電壓，K_U為閥側(cè)電壓變換系數(shù)，其理論值為1.11)，T的額定容量S_N約為1.23U_N·I_N，(式中U_N為負(fù)載額定直流電壓，I_N為負(fù)載額定直流電流，1.23為理論系數(shù))；1KM、2KM為交流接觸器，其額定電壓及線(xiàn)圈電壓與額定頻率，和電源的額定電壓與額定頻率相同，額定電流按≥單相整流變壓器初級(jí)側(cè)額定電流I₁選配；FR為熱繼電器，其電流整定值可按I₁進(jìn)行設(shè)定；單相橋式整流器的臂電流方均根理論值為0.785I_N，其反向工作峰值電壓理論值為1.57U_dn；二極管1V、2V的電流方均根值為I_N，其反向工作峰值電壓理論值為1.05U_dn；熔斷器1F—4F，其熔芯電流可按I₁的1.6倍配置；熔斷器5F—8F為快速熔斷器，其熔芯電流可按1.4I_n進(jìn)行配置。

圖2與圖3中指示燈1H、2H、3H的電壓與相應(yīng)位置的電源電壓相同。整流器交流側(cè)用以抑制操作過(guò)電壓的RC阻容保護(hù)電路的線(xiàn)繞電阻R通常為5W、30Ω，交流電容器C的額定電壓應(yīng)按不小于E2的2.5倍選取,電容量通常為6—10uf。整流器直流側(cè)RC濾波電路的參數(shù)，應(yīng)按對(duì)直流輸出紋波的要求及直流輸出電壓與負(fù)載額定電流適當(dāng)選配(阻容值與負(fù)載額定電流成正比)，金屬膜或被釉線(xiàn)繞電阻Rz一般為5W—100W、5—100Ω，鉭電容或電解電容器Cz的額定電壓可按≥3Udn進(jìn)行選取，電容量一般為10—30uf。

圖2與圖3中進(jìn)行短路保護(hù)的熔斷器和進(jìn)行過(guò)載保護(hù)的熱繼電器，可以用具有短路和過(guò)載保護(hù)的斷路器取代，原理圖見(jiàn)圖4與圖5。在運(yùn)行中各斷路器應(yīng)在合閘位置。

圖4與圖5中的1Q、2Q為交流斷路器，其額定電壓與額定頻率，和電源的額定電壓與額定頻率相同，殼架電流按≥I₁選配，過(guò)載電流整定值可按I₁進(jìn)行設(shè)定。3Q、4Q為直流斷路器，其額定電壓應(yīng)≥Ud_N，殼架電流可按1.3I_N進(jìn)行選配，過(guò)載電流整定值可按I_N進(jìn)行設(shè)定。

在實(shí)際應(yīng)用中，選擇元器件及計(jì)算參數(shù)時(shí)，對(duì)上述各理論值需作適當(dāng)調(diào)整。應(yīng)考慮電網(wǎng)波動(dòng)(船舶規(guī)范允許交流電源電壓的波動(dòng)范圍為+6％、－10％，允許直流電壓的波動(dòng)范圍為±10％)，并顧及到各種壓降等因素，一般情況下整流變壓器的E2按上述理論值公式求出后，應(yīng)再加大1.05—1.07倍；整流變壓器的額定容量應(yīng)考慮到變壓器的漏抗、電阻、銅損、鐵損與網(wǎng)側(cè)電源的阻抗、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等因素，一般情況下三相整流變壓器的額定容量可按S_N≥1.25P_N求出，單相整流變壓器的額定容量可按S_N≥1.45P_N求出，(式中直流負(fù)載功率P_N＝U_N·I_N)；整流器與二極管的選配應(yīng)考慮到直流負(fù)載功率P_N，以及負(fù)載要求過(guò)載的倍數(shù)或工作制、環(huán)境溫度、冷卻方式、需要的可靠性程度等因素，三相橋式整流器的臂電流方均根值可按不小于I_N進(jìn)行選取，其反向工作峰值電壓可按不小于2.5U_dn進(jìn)行選取，二極管1V、2V的電流方均根值可按不小于1.5I_N進(jìn)行選取，其反向工作峰值電壓可按不小于2U_dn進(jìn)行選??；單相橋式整流器的臂電流方均根值可按不小于1.5I_N進(jìn)行選取，其反向工作峰值電壓可按不小于3U_dn進(jìn)行選取，二極管1V、2V的電流方均根值可按不小于1.5I_N進(jìn)行選取，其反向工作峰值電壓可按不小于2U_dn進(jìn)行選取；如果對(duì)直流輸出紋波的限制有較高的要求，RC濾波的電容器Cz的電容量宜適當(dāng)加大。

提供船舶主電源與應(yīng)急電源的發(fā)電機(jī)都具備自動(dòng)調(diào)壓裝置，在正常情況下電壓能保持在額定值，只有在大功率用電設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，有可能會(huì)造成電壓短暫波動(dòng)。船舶充放電板上的充電裝置也具備自動(dòng)調(diào)壓功能，當(dāng)蓄電池充足電之后處在浮充狀態(tài)，供給公共直流配電網(wǎng)的電壓能維持在接近蓄電池組的電壓額定值，但在負(fù)載較大或供電距離較長(zhǎng)時(shí)，直流系統(tǒng)的壓降較大。由于在整流器直流電壓輸出側(cè)有R-C濾波，使其直流空載電壓要高于直流額定電壓值，更高于公共直流配電網(wǎng)的電壓值，只有在加入負(fù)載后，整流器直流輸出側(cè)的電壓才回歸到額定電壓值。本裝置兩臺(tái)整流器與充放電板的直流輸出共負(fù)極，和直流輸出的正極分別裝有二極管1V與2V。

綜上所述，在主電源或應(yīng)急電源供電時(shí)，二極管1V的陰極電位勢(shì)必高于二極管2V的陰極電位，尤其是在空載時(shí)，二極管1V的陰極電位會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二極管2V的陰極電位。

當(dāng)主電源正常向船用在線(xiàn)式直流電源裝置供電時(shí)，1KM自動(dòng)吸合，2KM被閉鎖，主電源通過(guò)整流裝置向直流負(fù)載供電，此時(shí)1V導(dǎo)通、2V處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)主電源失電或因短路、過(guò)載保護(hù)使1KM釋放，若應(yīng)急電源已向船用在線(xiàn)式直流電源裝置供電時(shí)，2KM自動(dòng)吸合，1KM被閉鎖，應(yīng)急電源通過(guò)整流裝置向直流負(fù)載供電，此時(shí)1V導(dǎo)通、2V處于截止?fàn)顟B(tài)；在主電源失電切換到由應(yīng)急電源供電的過(guò)程約有30s左右時(shí)間，(船舶規(guī)范要求不超過(guò)45s)，或主電源和應(yīng)急電源都失電或因短路、過(guò)載保護(hù)使1KM、2KM全部釋放的狀況下，由于充放電板提供的直流電源始終在線(xiàn)，此時(shí)2V的陰極電位將高于1V的陰極電位，2V導(dǎo)通、1V處于截止?fàn)顟B(tài)，由充放電板向直流負(fù)載供電；當(dāng)主電源或應(yīng)急電源恢復(fù)供電后，1KM或2KM自動(dòng)吸合(先恢復(fù)的先吸合)，并通過(guò)整流裝置向直流負(fù)載供電，此時(shí)1V的陰極電位再次高于2V的陰極電位，1V導(dǎo)通、2V處于截止?fàn)顟B(tài)。

本發(fā)明無(wú)需另外配置蓄電池及其充電器，以主電源或應(yīng)急電源作為直流主供，充放電板作為直流備供，切換過(guò)程不掉電。

除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍內(nèi)。