专利名称：电推进系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电推进技术，尤其涉及一种用于水上工具的电推进系统。
技术背景
拖网渔船、小型游艇、船舶等水上工具的电推进系统是利用电力驱动推进电机，进而通过推进电机推动螺旋桨叶片，使水上工具行驶。电推进系统可以显著提高燃油经济性， 降低污染排放，提高水上工具动力性能，具有重要的技术及经济效益。
现有技术中，在额定功率为一固定值的情况下，电推进系统的推进电机的输出功率为额定功率时，推进电机的运行效率最高。对于不同载重的情况，水上工具的推进电机可以在不同的输出功率下运行，例如在轻载时，以额定功率的30%作为输出功率，在重载时， 以额定功率的80%作为输出功率，甚至在重载时，水上工具所需的输出功率还可能超过额定功率。
然而，对于轻载的状况来说，其所需的输出功率只占额定功率的很小一部分，因此，其浪费了剩余功率；而对于重载的状况来说，还可能出现推进电机的额定功率无法满足实际需要的输出功率。所以，现有的电推进系统，不能适应轻载与重载工况对推进电机输出功率的不同需求。发明内容
本发明提供一种电推进系统，用以克服水上工具不能适应轻载与重载工况对功率的不同需求的问题。
本发明提供一种电推进系统，包括供电装置、电推进装置、整机控制装置和机械输出装置，所述电推进装置包括推进电机和两套逆变器，每套逆变器的输入与所述供电装置连接，每套逆变器的输出与所述推进电机的输入连接，所述推进电机的输出与所述机械输出装置连接，所述整机控制装置分别与每套逆变器、所述供电装置以及所述机械输出装置连接。
由上述技术方案可知，本发明通过采用两套逆变器独立控制推进电机，使水上工具在轻载时，只使用一路控制工作在额定功率的50%，推进电机工作在高效工作区；重载时，同时使用两路控制工作在额定功率的100%，推进电机仍工作在高效工作区，从而实现推进电机两种不同功率等级的转换，且均能够工作在高效工作区，保证电推进系统的操作灵活和高效运行；同时，两套逆变器独立控制推进电机使得电推进系统的两路推进相互不影响，在一路推进出现故障而不能正常运行时，可通过另一路推进驱动螺旋桨，保证水上工具能够顺利回港。
图1为本发明电推进系统实施例一的结构示意图。
图2为本发明电推进系统实施例二的结构示意图。
主要元件符号说明
1-电推进装置；
3-机械输出装置；
11-推进电机；
13-整流柜；
22-显示单元；
31-螺旋桨；
33-联轴器；
42-发电机组；
422-励磁控制元件
R-电阻制动模块；2-整机控制装置； 4-供电装置； 12-逆变器； 21-控制单元；驾控台 32-齿轮箱 41-配电柜 421-柴油发电机; L-电抗器；Ka、Kb、Kl、K2-交流接触器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明电推进系统实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例的系统包括供电装置4、电推进装置1、整机控制装置2和机械输出装置3，所述电推进装置1包括推进电机11和两套逆变器12，每套逆变器12的输入与所述供电装置4连接，每套逆变器 12的输出与所述推进电机11的输入连接，所述推进电机11的输出与所述机械输出装置3 连接，所述整机控制装置2分别与每套逆变器12、所述供电装置4以及所述机械输出装置3 连接。
本实施例中，由于电推进装置1的推进电机11由两套逆变器12分别控制，可以输出两个不同功率等级，两个不同功率等级独立运行，从而保证水上工具在轻载或重载时可以根据功率需求进行功率等级选择。具体来说，本实施例的电推进装置1能够将供电装置 4提供的电能转换为机械能通过电机的输出轴输出，从而驱动机械输出装置3，保证水上工具在水面行驶。同时，本实施例的整机控制装置2可根据载重输出两路独立的控制信号对两套逆变器12分别进行控制，从而两套逆变器12可以独立控制与其连接的推进电机11，因此推进电机11可输出不同等级的功率，实现水上工具轻载重载的功率转换。通过逆变器控制本实施例中的推进电机的电流和输出功率，还可实现水上工具在低速恒转矩运行和高速恒功率运行，从而提高系统的动力性和操作灵活性。
本实施例中的推进电机11可以为双电枢电机，也可以为双绕组电机。若是双电枢电机时，双电枢电机的两个定子的铁芯和绕组相互独立，通过一个机座实现一体化安装；双电枢电机的两个转子的铁芯和绕组也相互独立，通过一根转轴输出转矩，实现功率及力矩的叠加，两路电枢可相互独立工作；单电枢工作时输出50%的额定功率；由于两套逆变器 12及其控制是相互独立的，从而可实现双电枢电机的运行能够输出不同功率。在一路电枢出现故障时，另一路电枢仍可以输出50%的额定功率，保证水上工具的正常运行。双绕组电机是通过相互电气隔离的两套绕组分别受相互独立的两套逆变器12控制，从而实现在一根转轴输出转矩，实现功率及力矩的叠加，两套绕组可相互独立工作，单绕组工作室输出 50%的额定功率。同样由于两套逆变器12及其控制是相互独立的，从而可实现双绕组电机的运行能够输出不同功率。在一套绕组出现故障时，另一套绕组仍可以输出50%的额定功率，保证水上工具的正常运行。
实际运行中，整机控制装置2可给出功率和转矩选择指令，控制输出的两路控制信号，两逆变器12接收控制信号后，分别控制推进电机，可以根据功率指令在50 %或100 % 额定工况下运行，从而实现推进电机的输出功率可调控制。轻载时，可只使用一路电枢或一套绕组工作，最大输出50%的额定功率，推进系统运行点接近高效区；重载时，采用两路电枢或两套绕组同时工作，最大输出100%的额定功率，推进系统仍处于高效运行区。
本实施例通过采用两套逆变器独立控制推进电机，使水上工具在轻载时，只使用一路控制工作在额定功率的50%，推进电机工作在高效工作区；重载时，同时使用两路控制工作在额定功率的100%，推进电机仍工作在高效工作区，从而实现推进电机两种不同功率等级的转换，且均能够工作在高效工作区，保证电推进系统的操作灵活和高效运行；同时，两套逆变器独立控制推进电机使得电推进系统的两路推进相互不影响，在一路推进出现故障而不能正常运行时，可通过另一路推进驱动螺旋桨，保证水上工具能够顺利回港。
图2为本发明电推进系统实施例二的结构示意图，如图2所示，本实施例在上述图 1所示实施例一的基础上，供电装置4可以包括发电机组42和配电柜41，配电柜41的输入与发电机组42的输出连接，每套整流柜13的输入连接到配电柜41的一路输出，发电机组 42和配电柜41分别与整机控制装置2的控制单元21连接。发电机组42可以包括两台或多台柴油发电机421。电推进装置1还可包括两套整流柜13和电抗器L，每套整流柜和电抗器中，整流柜13的输入与供电装置4连接，整流柜13的输出与电抗器L的输入连接，电抗器L的输出与逆变器12的输入连接。机械输出装置3可以包括螺旋桨31、联轴器33和齿轮箱32，联轴器33 —端与推进电机11的输出轴连接，联轴器33的另一端与齿轮箱32的主动轴连接，齿轮箱32的从动轴与螺旋桨31连接。整机控制装置2可以包括驾控台23、控制单元21和显示单元22，驾控台23和显示单元22分别与控制单元21连接，控制单元21 分别与供电装置4、电推进装置1和机械输出装置3连接。
本实施例中，柴油发电机421将柴油燃料的能量转化为电能通过配电柜41输出交流电，通过两路交流电分别输出到电推进装置1，每路交流电通过整流柜13整流并经电抗器L滤波后成为一路直流输入一套逆变器12，两套逆变器12分别在控制单元21的两路信号控制下相互独立，互不影响的控制推进电机11的电流和输出功率，推进电机11的输出轴输出的转矩通过联轴器33和齿轮箱32，最后驱动螺旋桨31，使水上工具在水上行驶。
具体来说，本实施例中的每台柴油发电机421采用在额定转速下恒速运行，一方面可提高柴油机的燃油经济性15%以上，污染排放降低50%以上，从而节能减排效果显著，另一方面可输出恒定的电流频率。每台柴油发电机421与整机控制装置2的控制单元 21连接，每台柴油发电机可设置有励磁控制元件422，如AVR励磁装置，用于调节发电机输出的电压，因此每个发电机可输出恒压恒频的电源。每台柴油发电机421的工作状况受控制单元21的控制，当轻载时，可以启动一台或少数台柴油发电机供电，推进电机工作在较低功率级别即可，一方面可以节能减排，另一方面还可以使推进电机工作在高效运行区。重载时可启动多台或所有柴油发电机供电，推进电机工作在较高功率级别，推进电机同样是5工作在高效运行区，因此本实施例不仅实现了轻载重载运行时输出功率的有效转换，而且还达到了节能减排的效果。
发电机组42可实现其他能量向电能的转换，如上述的将柴油燃料的化学能转换为电能。多台发电机可组成的发电机组，即动力电站，为整个电推进系统提供电源，后端的电推进装置可通过配电柜从该动力电站中获取电力。配电柜41由输入侧交流接触器Ka、交流接触器Kb、输出侧交流接触器K1、交流接触器K2、并车装置(图中未示出)等部分组成； 配电柜41的输入输出端的交流接触器工作受控制单元21的控制，可实现柴油机发电机组 421启停控制、并车及电能分配输出等，通过配电柜41统一将该电能合理分配给电推进系统后端用电的电推进装置1，有利于能量的合理使用。
电推动装置1中整流柜13将供电装置4输出的交流电变换成直流后，再通过电抗器L滤除波纹，可有效保护电推进装置1后端的逆变器12及推进电机11。一套整流柜、电抗器、逆变器依次连接，为推进电机的一路推进提供驱动控制，另一套整流柜、电抗器、逆变器依次连接，为推进电机的另一路推进提供驱动控制，两路驱动控制相互没有影响，从而实现推进电机可分别独立地受两路推进控制而正常运行。整流柜13的整流电路可采用6脉波整流，采用6脉波整流的整流柜代替移相变压器，可以降低系统造价。逆变器12内部可设置用于快速停机的电阻制动模块R，电阻制动模块R可实现制动时电流和功率控制。在系统需快速停机时，电阻制动模块R中的电阻可消耗掉机械输出装置因惯性而产生的部分能量，从而快速停机，采用电阻制动停机，可去掉离合器和机械刹车装置，从而简化维护。
整机控制装置2中控制单元21是整个电推进系统的控制核心，对其他元件或装置的控制具体可采用ftOfibus网络通信协议，从而实现关键流程按序操作和重要部件自动保护、辅助电能转移、运行信息显示及存储、故障报警及故障诊断等功能。控制单元21根据驾控台23发送的操控指令控制供电装置4、电推进装置1和机械输出装置3的操作运行并能在获取的系统运行和故障信息后将其发送给显示单元22。驾控台23用于操控人员向控制单元21发送操控指令，如开机、停机、前进、后退等控制信号，在向前推进时可选择不同的推进功率及转矩，通过驾控台23可完成对电推进系统的运行操作控制。显示单元22， 如显示屏XP，用于显示机电系统运行和故障信息，方便驾驶员观察操纵；整机控制装置中各个部分的协调控制，提高了水上工具运行自动化程度，有利于实现水上工具经济、可靠运行。
机械输出装置3中通过齿轮箱32速比与推进电机11转速的合理匹配，螺旋桨31 转速和直径的优化设计，也可以进一步提高水上工具的推进效率。控制单元21通过检测机械输出装置3的齿轮箱32传动及螺旋桨31的工作情况可以实时向显示单元22发送系统的运行参数信息或故障信息。
本实施例在达到实施例一的技术效果的基础上，进一步通过两台或多台柴油发电机组成的动力电站，再由配电柜统一配电，为推进系统和辅助系统提供电能，通过采用恒速发电，保证柴油发电机恒速运行，提高了柴油机燃油经济性，降低污染排放，从而达到节能减排的效果；通过整流柜对供电装置输出的交流电的整流，电抗器的滤波，进一步提高电推动系统应用交流电的灵活性；通过在逆变器内设置电阻制动模块，一方面实现快速停机，另一方面可省去离合器和机械刹车装置，简化维护；通过齿轮箱转速比、螺旋桨转速的合理设计，使其与推进电机匹配，可进一步提高水上工具的推进效率；通过驾控台、控制单元的控制及显示单元实时显示，实现了关键部件运行控制、状态参数实时显示及故障诊断及信息存储，操作便捷舒适，自动化程度高。
在上述任一实施例中，当需要更大的驱动功率时可以采用两台或多台推进电机推进，其使用控制方法与一台推进电机类似。推进电机可采用变频异步电机，也可采用永磁同步电机。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制， 尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种电推进系统，其特征在于，包括供电装置、电推进装置、整机控制装置和机械输出装置，所述电推进装置包括推进电机和两套逆变器，每套逆变器的输入与所述供电装置连接，每套逆变器的输出与所述推进电机的输入连接，所述推进电机的输出与所述机械输出装置连接，所述整机控制装置分别与每套逆变器、所述供电装置以及所述机械输出装置连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述推进电机为双电枢电机或双绕组电机。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述逆变器内部设置有电阻制动模块。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电推进装置还包括两套整流柜和电抗器，每套整流柜和电抗器中，整流柜的输入与所述供电装置连接，整流柜的输出与电抗器的输入连接，电抗器的输出与逆变器的输入连接。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述整流柜的整流电路采用6脉波整流。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述供电装置包括发电机组和配电柜，所述配电柜的输入与所述发电机组的输出连接，每个整流柜的输入连接到所述配电柜的一路输出，所述发电机组和所述配电柜分别与所述整机控制装置连接。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述发电机组包括至少两台柴油发电机， 每台柴油发电机与所述整机控制装置连接，每台柴油发电机设置有励磁控制元件。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述柴油发电机为恒速发电机。
9.根据权利要求1 8中任一项所述的系统，其特征在于，所述机械输出装置包括螺旋桨、联轴器和齿轮箱，所述联轴器一端与所述推进电机的输出轴连接，所述联轴器的另一端与所述齿轮箱的主动轴连接，所述齿轮箱的从动轴与所述螺旋桨连接。
10.根据权利要求1 8中任一项所述的系统，其特征在于，所述整机控制装置包括驾控台、控制单元和显示单元，所述驾控台和所述显示单元分别与所述控制单元连接，所述控制单元分别与所述供电装置、所述电推进装置和所述机械输出装置连接，所述驾控台用于操控人员向所述控制单元发送操控指令，所述显示单元用于显示系统运行和故障信息，所述控制单元用于根据接收的操控指令控制所述供电装置、所述电推进装置和所述机械输出装置的操作运行并将获取的系统运行和故障信息发送给显示单元。
全文摘要
本发明涉及一种电推进系统，包括供电装置、电推进装置、整机控制装置和机械输出装置，所述电推进装置包括推进电机和两套逆变器，每套逆变器的输入与所述供电装置连接，每套逆变器的输出与所述推进电机的输入连接，所述推进电机的输出与所述机械输出装置连接，所述整机控制装置分别与每套逆变器、所述供电装置以及所述机械输出装置连接。本发明可以实现水上工具轻载与重载运行对功率的不同需求，而且能够在电推进系统一路推进出现故障时系统继续运行保证水上工具顺利回港。
文档编号B63H21/17GK102530219SQ201010587250
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者张亚社, 梁培志, 程卫东, 董晓妮 申请人:永济新时速电机电器有限责任公司