磁耦合軸帶發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及軸帶發(fā)電技術(shù)，具體地說是一種磁耦合軸帶發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶在運(yùn)行時(shí)，主要通過推進(jìn)系統(tǒng)提供動(dòng)力，此外，船舶上還需要設(shè)置電站，為用來定位的電力推進(jìn)螺旋槳以及船內(nèi)的電器設(shè)備等提供電能。一般而言，船舶上推進(jìn)動(dòng)力功率大，電站動(dòng)力功率小，推進(jìn)動(dòng)力和電站動(dòng)力相互獨(dú)立。但是，隨著船舶對(duì)電站容量要求越來越高，越來越有將電站動(dòng)力和推進(jìn)動(dòng)力合二為一的趨勢(shì)。以某型起重船為例，主推進(jìn)設(shè)備為中速柴油機(jī)，功率為2 X 4100kW，動(dòng)力定位采用電力推進(jìn)螺旋槳，功率為2 X 1700kW。如果推進(jìn)動(dòng)力和電站動(dòng)力是獨(dú)立的，2X1700kW電站動(dòng)力加上2X4100kW主動(dòng)力，全船至少需要11600kW的動(dòng)力。事實(shí)上，動(dòng)力定位時(shí)主推進(jìn)并不需要滿功率運(yùn)行。假設(shè)動(dòng)力定位時(shí)主推進(jìn)只需要2X1700kW，多余的容量足夠供給動(dòng)力定位電力推進(jìn)螺旋槳。二者合并至少可節(jié)省3400kW裝機(jī)容量。
[0003]軸帶發(fā)電就是近年來基于這種合并的思想逐漸發(fā)展起來的新技術(shù)。除了裝機(jī)容量的減少帶來初始投資的降低、維護(hù)量減少、船艙空間節(jié)省等優(yōu)點(diǎn)之外，優(yōu)化運(yùn)行模式、提高運(yùn)行效率是最明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在船舶電站容量不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)下，軸帶發(fā)電技術(shù)無(wú)疑具有廣闊的發(fā)展前景。
[0004]在船舶電站中，主要采用同步發(fā)電機(jī)。同步發(fā)電機(jī)的頻率與轉(zhuǎn)速成正比。如果采用獨(dú)立的電站動(dòng)力，通過控制原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定即可控制發(fā)電機(jī)的輸出頻率穩(wěn)定。但是，如果采用軸帶發(fā)電技術(shù)，推進(jìn)動(dòng)力需要隨時(shí)調(diào)整，主軸的轉(zhuǎn)速是不穩(wěn)定的。穩(wěn)定發(fā)電頻率是軸帶發(fā)電技術(shù)最大的挑戰(zhàn)。為了解決這個(gè)問題，目前有兩種主流的解決方式，一種是全功率變換，一種是雙饋發(fā)電。
[0005]其中，全功率變換的方法就是將同步發(fā)電機(jī)不穩(wěn)定頻率的交流電，通過整流、逆變、濾波等處理，變換為頻率穩(wěn)定的交流電。這種技術(shù)最大的問題是成本高，另外功率越大，可靠性越差。
[0006]另一種雙饋發(fā)電的方法就是通過交流勵(lì)磁的方式來發(fā)電，同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁是直流電，所以發(fā)電頻率與轉(zhuǎn)速成正比。如果采用交流勵(lì)磁，則發(fā)電頻率由轉(zhuǎn)速與勵(lì)磁頻率共同決定。為此，需要將磁極上的繞組設(shè)計(jì)為三相對(duì)稱繞組，通過專用的變頻器給勵(lì)磁繞組供電。
[0007]如中國(guó)專利文獻(xiàn)CN104779855A中公開了一種雙饋軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，包括軸帶機(jī)械裝置、雙饋發(fā)電機(jī)、變流器、信號(hào)檢測(cè)電路、控制電路以及其他裝置。發(fā)電機(jī)通過機(jī)械傳動(dòng)裝置與螺旋槳同軸的主軸連接，當(dāng)主機(jī)驅(qū)動(dòng)槳葉旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，帶動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電路部分通過背靠背式變頻器完成工作。該方案中，當(dāng)發(fā)電容量很大時(shí)，需要很大的變頻器，不僅成本高，而且體積大，限制了此方案應(yīng)用范圍。此外，船級(jí)社(Classificat1n society,或稱驗(yàn)船協(xié)會(huì)、有時(shí)統(tǒng)稱為驗(yàn)船機(jī)構(gòu)，是一個(gè)建立和維護(hù)船舶和離岸設(shè)施的建造和操作的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu))標(biāo)準(zhǔn)中還要求在船網(wǎng)出現(xiàn)短路時(shí)發(fā)電機(jī)具有強(qiáng)勵(lì)2-3倍的能力，這樣勵(lì)磁變頻器的容量將超過發(fā)電機(jī)額定容量，導(dǎo)致很難實(shí)現(xiàn)，即使能夠?qū)崿F(xiàn)，其成本也是不可接受的。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]為此，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)中的軸帶發(fā)電系統(tǒng)采用全功率變換或者雙饋發(fā)電的方式，成本高、可靠性差、實(shí)現(xiàn)困難，從而提出一種可使發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速下的磁耦合軸帶發(fā)電系統(tǒng)。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種磁耦合軸帶發(fā)電系統(tǒng)，包括主機(jī)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)，以及設(shè)置在所述主機(jī)與所述推進(jìn)機(jī)構(gòu)之間的用于將所述主機(jī)的主輸出軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為所述推進(jìn)機(jī)構(gòu)需要的轉(zhuǎn)速的齒輪箱；
[0010]還包括磁耦合調(diào)速器、控制器和發(fā)電機(jī)，所述磁耦合調(diào)速器包括分別設(shè)置在其耦合輸入軸和耦合輸出軸之一上的磁轉(zhuǎn)子和設(shè)置在所述耦合輸入軸和所述耦合輸出軸另一個(gè)上的繞組轉(zhuǎn)子；
[0011]其中，所述主機(jī)的所述主輸出軸還與所述磁耦合調(diào)速器的所述耦合輸入軸連接，使得所述主機(jī)能夠帶動(dòng)所述耦合輸入軸旋轉(zhuǎn)；所述耦合輸出軸與所述發(fā)電機(jī)連接，以使能夠帶動(dòng)所述發(fā)電機(jī)發(fā)電；所述繞組轉(zhuǎn)子的繞組還與所述控制器連接，所述控制器通過控制所述繞組中的電流將所述耦合輸出軸控制在發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。
[0012]優(yōu)選地，所述主機(jī)的所述主輸出軸通過皮帶與所述磁耦合調(diào)速器的所述耦合輸入軸連接。
[0013]優(yōu)選地，所述發(fā)電機(jī)為無(wú)刷勵(lì)磁恒壓同步發(fā)電機(jī)。
[0014]優(yōu)選地，所述推進(jìn)機(jī)構(gòu)包括螺旋槳。
[0015]優(yōu)選地，所述磁轉(zhuǎn)子為永磁轉(zhuǎn)子。
[0016]優(yōu)選地，所述磁轉(zhuǎn)子為電磁轉(zhuǎn)子。
[0017]本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)，
[0018](I)本實(shí)用新型提供一種磁耦合軸帶發(fā)電系統(tǒng)，包括主機(jī)、齒輪箱和推進(jìn)機(jī)構(gòu)，還包括磁耦合調(diào)速器、控制器和發(fā)電機(jī)，所述主機(jī)的主輸出軸還與所述磁耦合調(diào)速器的耦合輸入軸連接，所述磁耦合調(diào)速器的耦合輸出軸與所述發(fā)電機(jī)連接。所述繞組轉(zhuǎn)子的繞組還與所述控制器連接，所述控制器通過控制所述繞組中的電流將所述耦合輸出軸控制在所述發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。該方案中，通過磁耦合調(diào)速器進(jìn)行調(diào)速，使其輸出軸的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，這樣就可以克服主機(jī)在推進(jìn)時(shí)隨時(shí)調(diào)整導(dǎo)致主軸輸出不穩(wěn)定的問題，由于通過控制器對(duì)繞組轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，使得磁耦合調(diào)速器的輸出軸可以穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，從而使得此處的發(fā)電機(jī)可以運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)，輸出穩(wěn)定電能，可以與船內(nèi)電網(wǎng)連接并進(jìn)行供電，解決了現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)電不穩(wěn)定、成本高、可靠性差、不易實(shí)現(xiàn)的問題。
[0019](2)本實(shí)用新型所述的磁耦合軸帶發(fā)電系統(tǒng)，所述主機(jī)的主輸出軸通過皮帶與所述磁耦合調(diào)速器的耦合輸入軸連接，當(dāng)主機(jī)的主輸出軸的速度波動(dòng)范圍不大時(shí)，通過一定的皮帶輪的變化，將磁耦合調(diào)速器的輸入軸的轉(zhuǎn)速控制在發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速附近，保證發(fā)電機(jī)工作在額定狀態(tài)，使其輸出穩(wěn)定的電能。
【附圖說明】
[0020]為了使本實(shí)用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
[0021]圖1是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的磁耦合軸帶發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0022]圖2是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的磁耦合軸帶發(fā)電系統(tǒng)的控制器的控制方法流程圖；
[0023]圖3是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的磁耦合軸帶發(fā)電系統(tǒng)的控制原理圖；
[0024]圖4是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的磁耦合軸帶發(fā)電系統(tǒng)的控制器的結(jié)構(gòu)框圖。
[0025]圖中附圖標(biāo)記表示為:1-主機(jī)，2-齒輪箱，3-螺旋槳，4-磁耦合調(diào)速器，5-發(fā)電機(jī)，6-控制器，7-皮帶，01-轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)單元，02-第一控制單元，03-第二控制單元。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實(shí)用新型的內(nèi)容，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0027]本實(shí)施例提供一種磁耦合軸帶發(fā)電系統(tǒng)，用于船舶中，可實(shí)現(xiàn)軸帶發(fā)電。該磁耦合軸帶發(fā)電系統(tǒng)，包括主機(jī)1、齒輪箱2和推進(jìn)機(jī)構(gòu)3，齒輪箱2設(shè)置在所述主機(jī)I與所述推進(jìn)機(jī)構(gòu)3之間，用于將所述主機(jī)I的主輸出軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為所述推進(jìn)機(jī)構(gòu)3需要的轉(zhuǎn)速。此處的推進(jìn)機(jī)構(gòu)3為螺旋槳，主機(jī)I為內(nèi)燃機(jī)或汽輪機(jī)等動(dòng)力輸出設(shè)備。主機(jī)I的主輸出軸作為輸出軸連接齒輪箱2，該齒輪箱2與作為推進(jìn)機(jī)構(gòu)3的螺旋槳連接，通過主機(jī)I帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，此處主機(jī)I的主輸出軸輸出的轉(zhuǎn)速是不穩(wěn)定的，根據(jù)推進(jìn)動(dòng)力的需要來進(jìn)行輸出，主機(jī)I的主輸出軸輸出的動(dòng)力隨動(dòng)力需求進(jìn)行調(diào)整。
[0028]本實(shí)施例中的磁耦合軸帶發(fā)電系統(tǒng)，還包括磁耦合調(diào)速器4、控制器6和發(fā)電機(jī)5。所述磁親合調(diào)速器4包括磁轉(zhuǎn)子和繞組轉(zhuǎn)子，磁轉(zhuǎn)子分別設(shè)置在其親合輸入軸和親合輸出軸之一上，繞組轉(zhuǎn)子設(shè)置在所述耦合輸入軸和所述耦合輸出軸另一個(gè)上，可以互為輸入或輸出。本實(shí)施例中，磁轉(zhuǎn)子可以設(shè)置在耦合輸入軸上，繞組轉(zhuǎn)子設(shè)置在耦合輸出軸上。此處的磁轉(zhuǎn)子可以是永磁轉(zhuǎn)子也可以是勵(lì)磁轉(zhuǎn)子，一般優(yōu)選永磁轉(zhuǎn)子，由于永磁轉(zhuǎn)子無(wú)需通電，設(shè)置比較方便；當(dāng)然也可以選擇勵(lì)磁轉(zhuǎn)子，勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的缺點(diǎn)是需要外接電源，但是其優(yōu)點(diǎn)是可以通過外接電源來對(duì)其產(chǎn)生的磁力進(jìn)行調(diào)節(jié)。磁耦合調(diào)速器4的耦合輸入軸和耦合輸出軸分別連接該磁轉(zhuǎn)子和該繞組轉(zhuǎn)子。
[0029]此外，所述主機(jī)I的主輸出軸還與所述磁耦合調(diào)速器4的輸入軸連接，可以通過皮帶7將上述兩個(gè)軸連接起來，這樣就使得所述主機(jī)I能夠帶動(dòng)所述磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。當(dāng)主機(jī)I輸出軸的速度波動(dòng)范圍不大時(shí)，可以通過一定的皮帶輪變比，將永磁耦合調(diào)速器4的耦合輸入軸的轉(zhuǎn)速控制在發(fā)電機(jī)5額定轉(zhuǎn)速附近。
[0030]所述磁耦合調(diào)速器4的耦合輸出軸與所述發(fā)電機(jī)5連接，這樣就使得所述繞組轉(zhuǎn)子能夠帶動(dòng)所述發(fā)電機(jī)5發(fā)電。所述磁耦合調(diào)速器4的繞組轉(zhuǎn)子的繞組還與所述控制器6連接，所述控制器6通過控制所述繞組中的電流將所述磁耦合調(diào)速器4的耦合輸出軸控制在發(fā)電機(jī)5額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。
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