一种电力推进内河运输船用变流器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及内河运输船用的电力推进系统中的整流逆变装置，具体为一种电力推进内河运输船用变流器，包括整流电路、预充电电路、滤波电路、制动电路、放电电路、逆变电路、检测电路；所述预充电电路包括接触器、二极管、预充电电阻■’所述滤波电路包括滤波电感、滤波电容；所述制动电路包括制动IGBT、制动电阻、熔断器、缓冲电容，逆变电路包括第一IPM模块T1、第二IPM模块T2、第三IPM模块T3、第一吸收电容组、第二吸收电容组和第三吸收电容组，本发明解决了现有柴油机推进系统导致内河运输船的机动性较差、应急能力较差、动力性能较差、动力损耗较大、设备选择灵活性较差、运行经济性较差的问题。
【专利说明】-种电力推进内河运输船用变流器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及内河运输船用的电力推进系统中的整流逆变装置，具体为一种电力推 进内河运输船用变流器。
【背景技术】
[0002] 内河运输船是在内河或者近海进行运输的交通工具，有助于缓解城市交通压力， 提高集疏运系统安全性，并且具有运能大、污染小、能耗低的优势。目前，内河运输船的主推 进系统普遍采用柴油机+齿轮箱+螺旋桨的机械推进系统，实践表明，现有机械推进系统由 于自身结构所限，存在如下问题：其一，由于柴油机的速比范围较小(速比范围通常仅为1 : 3)，导致螺旋桨难以获得低转速(例如当柴油机的额定转速为250-300r/min时，螺旋桨的 转速不可能低于90-120r/min)，由此导致内河运输船的机动性较差；其二，由于柴油机的 起动、停止、反转均比较缓慢，导致螺旋桨的动车、停车、倒车均比较缓慢，由此导致内河运 输船的机动性和应急能力较差；其三，由于柴油机在阻力发生变化时无法保持恒功率运行， 导致柴油机的效率无法得到充分发挥，由此导致内河运输船的动力性能较差；其四，由于柴 油机不具备堵转特性，导致当螺旋桨被绳缆、冰块等卡住时，必需将柴油机停车，由此导致 内河运输船的动力损耗较大；其五，由于单个螺旋桨只能由单台柴油机驱动，导致螺旋桨的 功率级单一，且一旦柴油机损坏，螺旋桨便无法转动，由此导致内河运输船的设备选择灵活 性和运行经济性较差。综上所述，有必要发明一种全新的内河运输船推进装置，以解决现 有机械推进系统导致内河运输船的机动性较差、应急能力较差、动力性能较差、动力损耗较 大、设备选择灵活性较差、运行经济性较差的问题。
【发明内容】
[0003] 本发明为了解决现有机械推进系统导致内河运输船的机动性较差、应急能力较 差、动力性能较差、动力损耗较大、设备选择灵活性较差和运行经济性较差的问题，提供了 一种电力推进内河运输船用变流器。
[0004] 本发明是采用如下的技术方案实现的：一种电力推进内河运输船用变流器，包括 整流电路、预充电电路、滤波电路、制动电路、放电电路、逆变电路和检测电路； 预充电电路包括第一接触器KM，第一接触器KM的触点的左端和整流电路的正输出端 连接，并和二极管D的阳极连接，二极管D的阴极通过第一电阻R1和第一接触器KM的触点 的右端连接； 滤波电路包括滤波电感L和滤波电容C1 ;滤波电感L的左端与第一接触器KM的触点 的右端连接，滤波电容C1的一端和滤波电感L的右端连接，滤波电容C1的另一端与整流电 路的负输出端连接； 制动电路包括第一制动IGBT1、第二制动IGBT2、制动电阻Re、熔断器QF、缓冲电容C2 ; 第一制动IGBT1的集电极与滤波电感L的右端连接，第一制动IGBT1的栅极和第一制动 IGBT1的发射极连接，第一制动IGBT1的发射极和第二制动IGBT2的集电极连接，第二制动 IGBT2的发射极和整流电路的负输出端连接，制动电阻Re的左端和滤波电感L的右端连接， 制动电阻Re的右端和熔断器QF的一端连接，熔断器QF的另一端和第一制动IGBT1的栅极 连接，缓冲电容C2的一端和滤波电感L的右端连接，缓冲电容C2的另一端和整流电路的负 输出端连接； 放电电路包括第二接触器KM2、第二电阻R2和第三电阻R3 ;第二接触器KM2的触点的 一端和滤波电感L的右端连接，第二接触器KM2的触点的另一端通过第二电阻R2和整流电 路的负输出端连接，第三电阻R3和第二电阻R2并联； 逆变电路包括第一 IPM模块T1、第二IPM模块T2、第三IPM模块T3、第一吸收电容组、 第二吸收电容组和第三吸收电容组；第一 IPM模块T1、第二IPM模块T2和第三IPM模块T3 的正输入端都和滤波电感L的右端连接，第一 IPM模块T1、第二IPM模块T2和第三IPM模 块T3的负输入端都和整流电路的负输出端连接，第一吸收电容组、第二吸收电容组和第三 吸收电容组都由四个电容并联构成，第一吸收电容组、第二吸收电容组和第三吸收电容组 的一端都和滤波电感L的右端连接，第一吸收电容组、第二吸收电容组和第三吸收电容组 的另一端都和整流电路的负输出端连接，第一吸收电容组连接在第一 IPM模块T1和第二 IPM模块T2之间，第二吸收电容组连接在第二IPM模块T2和第三IPM模块T3之间，第三 吸收电容组连接在第三IPM模块T3和第二接触器KM2的触点之间，第一 IPM模块T1、第二 IPM模块T2和第三IPM模块T3的输出端作为变流器的三相输出端。
[0005] 使用时，整流电路前端的移相变压器输入端连接柴油发电机组，整流电路的输入 端和移相变压器的输出端连接，变流器中的第一 IPM模块、第二IPM模块和第三IPM模块的 输出端和推进电机连接，第一 IPM模块、第二IPM模块和第三IPM模块的开关信号输入端和 控制单元驱动信号输出端连接，变流器中第一接触器KM的线圈和控制单元的输出端连接， 第二接触器KM2的线圈串接在推进电机的供电回路中，第二制动IGBT2的控制端和控制单 元连接，推进电机通过轴系与内河运输船的螺旋桨连接；变流器的工作原理如下：柴油发 电机组发出三相交流电，所发出的三相交流电通过移相变压器进入整流电路进行整流，整 流后的直流电通过滤波电路进行滤波，滤波后的直流电通过逆变电路进行逆变，逆变后的 三相交流电提供给推进电机，推进电机直接驱动螺旋桨，螺旋桨由此推动内河运输船航行； 在此过程中，预充电电路的作用如下：控制单元检测到滤波电容C1的电压低于设定值时， 控制单元输出电压给第一接触器KM的线圈，第一接触器KM的触点断开，接触器KM主触头 断开，整流后的直流电压依次经二极管D、第一电阻R1向滤波电容C1逐渐充电，由此防止 滤波电容C1产生过大充电电流，进而保护滤波电路，当滤波电容C1的电压达到设定值时， 控制单元不输出电压到第一接触器KM的线圈，第一接触器KM的触点闭合，整流后的直流电 压开始通过滤波电路进行滤波；制动电路的作用如下：当滤波后的直流电压因内河运输船 减速或其它情况而过高时，控制单元给第二制动IGBT2控制信号，第二制动IGBT2导通，滤 波后的直流电压释放在制动电阻Re上，由此保护滤波电路和逆变电路，缓冲电容C2用于 抑制第二制动IGBT2两端的正反向浪涌电压，熔断器QF用于第二制动IGBT2的过流保护， 放电电路的作用如下：当对推进电机进行检修时，推进电机220V电源断开，第二接触器KM2 的线圈上没有电压，滤波电容C2上存储的直流电压通过第二接触器KM2的触点释放在第 二电阻R2和第三电阻R3上，由此防止滤波电容C2上存储的直流电压伤害检修人员，当变 流器工作时，220V电源加在第二接触器KM2的线圈上，第二接触器KM2的触点断开，第二电 阻R2和第三电阻R3从电路中切除，不起作用，逆变电路中的第一吸收电容组、第二吸收电 容组和第三吸收电容组的作用如下：当第一 IPM模块T1、第二IPM模块T2和第三IPM模块 T3导通或关断时，第一吸收电容组、第二吸收电容组和第三吸收电容组能够吸收逆变电路 中的尖峰过电压，由此防止第一 IPM模块T1、第二IPM模块T2和第三IPM模块T3被击穿， 进而保护逆变电路。
[0006] 上述的控制单元的结构本领域的技术人员根据所描述的工作过程是容易实现的。
[0007] 基于上述过程，与现有机械推进系统相比，本发明所述的一种电力推进内河运输 船用变流器具有如下优点：其一，通过采用本发明所述的变流器，推进电机的速比范围可 达一比十甚至一比几十，使得螺旋桨能够获得低于4-5r/min的极低转速，由此有效增强了 内河运输船的机动性；其二，通过采用该变流器，推进电机的起动、停止、反转均比较迅速， 使得螺旋桨的动车、停车、倒车均比较迅速，由此有效增强了内河运输船的机动性和应急能 力；其三，通过采用该变流器，推进电机在阻力发生变化时能够保持恒功率运行，使得推进 电机的效率能够得到充分发挥，由此有效增强了内河运输船的动力性能；其四，通过采用 该变流器，推进电机具备了堵转特性，使得当螺旋桨被绳缆、冰块等卡住时，无需将推进电 机停车，从而有效减小了内河运输船的动力损耗；其五，通过采用该变流器，单个螺旋桨可 以由多台柴油发电机组驱动，使得螺旋桨的功率级较多，且即使某台柴油发电机组损坏，其 余各台柴油发电机组仍可继续运行，以保证螺旋桨继续转动，由此有效增强了内河运输船 的设备选择灵活性和运行经济性。综上所述，本发明所述的一种电力推进内河运输船用变 流器通过采用全新结构，有效解决了现有柴油机推进系统导致内河运输船的机动性较差、 应急能力较差、动力性能较差、动力损耗较大、设备选择灵活性较差和运行经济性较差的问 题。
[0008] 上述的一种电力推进内河运输船用变流器，还包括检测电路，检测电路包括霍尔 电压传感器SV1、第一霍尔电流传感器SCI和第二霍尔电流传感器SC2,霍尔电压传感器SV1 的正输入端和滤波电感L的右端连接，霍尔电压传感器SV1的负输入端与整流电路的负输 出端连接，第一霍尔电流传感器SCI串接于第一 IPM模块T1的输出端，第二霍尔电流传感 器SC2串接于第二IPM模块T2的输出端；检测电路的作用如下：霍尔电压传感器SV1实 时检测逆变电路的直流输入电压（即滤波后的直流电压)，以供矢量控制计算和过压保护使 用，第一霍尔电流传感器SCI和第二霍尔电流传感器SC2实时检测逆变电路的第一、二相输 出电流，以供矢量控制计算和过流保护使用。、 本发明有效解决了现有机械推进系统导致内河运输船的机动性较差、应急能力较差、 动力性能较差、动力损耗较大、设备选择灵活性较差、运行经济性较差的问题，本发明提供 的变流器适用于内河运输船。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1为本发明的电路原理图。
【具体实施方式】
[0010] 一种电力推进内河运输船用变流器，包括整流电路、预充电电路、滤波电路、制动 电路、放电电路、逆变电路和检测电路； 预充电电路包括第一接触器KM，第一接触器KM的触点的左端和整流电路的正输出端 连接，并和二极管D的阳极连接，二极管D的阴极通过第一电阻R1和第一接触器KM的触点 的右端连接； 滤波电路包括滤波电感L和滤波电容C1 ;滤波电感L的左端与第一接触器KM的触点 的右端连接，滤波电容C1的一端和滤波电感L的右端连接，滤波电容C1的另一端与整流电 路的负输出端连接； 制动电路包括第一制动IGBT1、第二制动IGBT2、制动电阻Re、熔断器QF、缓冲电容C2 ; 第一制动IGBT1的集电极与滤波电感L的右端连接，第一制动IGBT1的栅极和第一制动 IGBT1的发射极连接，第一制动IGBT1的发射极和第二制动IGBT2的集电极连接，第二制动 IGBT2的发射极和整流电路的负输出端连接，制动电阻Re的左端和滤波电感L的右端连接， 制动电阻Re的右端和熔断器QF的一端连接，熔断器QF的另一端和第一制动IGBT1的栅极 连接，缓冲电容C2的一端和滤波电感L的右端连接，缓冲电容C2的另一端和整流电路的负 输出端连接； 放电电路包括第二接触器KM2、第二电阻R2和第三电阻R3 ;第二接触器KM2的触点的 一端和滤波电感L的右端连接，第二接触器KM2的触点的另一端通过第二电阻R2和整流电 路的负输出端连接，第三电阻R3和第二电阻R2并联； 逆变电路包括第一 IPM模块T1、第二IPM模块T2、第三IPM模块T3、第一吸收电容组、 第二吸收电容组和第三吸收电容组；第一 IPM模块T1、第二IPM模块T2和第三IPM模块T3 的正输入端都和滤波电感L的右端连接，第一 IPM模块T1、第二IPM模块T2和第三IPM模 块T3的负输入端都和整流电路的负输出端连接，第一吸收电容组、第二吸收电容组和第三 吸收电容组都由四个电容并联构成，第一吸收电容组、第二吸收电容组和第三吸收电容组 的一端都和滤波电感L的右端连接，第一吸收电容组、第二吸收电容组和第三吸收电容组 的另一端都和整流电路的负输出端连接，第一吸收电容组连接在第一 IPM模块T1和第二 IPM模块T2之间，第二吸收电容组连接在第二IPM模块T2和第三IPM模块T3之间，第三 吸收电容组连接在第三IPM模块T3和第二接触器KM2的触点之间，第一 IPM模块T1、第二 IPM模块T2和第三IPM模块T3的输出端作为变流器的三相输出端。
[0011] 上述的一种电力推进内河运输船用变流器，还包括检测电路，检测电路包括霍尔 电压传感器SV1、第一霍尔电流传感器SCI和第二霍尔电流传感器SC2,霍尔电压传感器SV1 的正输入端和滤波电感L的右端连接，霍尔电压传感器SV1的负输入端与整流电路的负输 出端连接，第一霍尔电流传感器SCI串接于第一 IPM模块T1的输出端，第二霍尔电流传感 器SC2串接于第二IPM模块T2的输出端。
[0012] 具体实施时，整流电路选择12脉波整流电路。
【权利要求】
1. 一种电力推进内河运输船用变流器，其特征在于包括整流电路、预充电电路、滤波电 路、制动电路、放电电路、逆变电路和检测电路； 预充电电路包括第一接触器KM，第一接触器KM的触点的左端和整流电路的正输出端 连接，并和二极管D的阳极连接，二极管D的阴极通过第一电阻R1和第一接触器KM的触点 的右端连接； 滤波电路包括滤波电感L和滤波电容C1 ;滤波电感L的左端与第一接触器KM的触点 的右端连接，滤波电容C1的一端和滤波电感L的右端连接，滤波电容C1的另一端与整流电 路的负输出端连接； 制动电路包括第一制动IGBT1、第二制动IGBT2、制动电阻Re、熔断器QF、缓冲电容C2 ; 第一制动IGBT1的集电极与滤波电感L的右端连接，第一制动IGBT1的栅极和第一制动 IGBT1的发射极连接，第一制动IGBT1的发射极和第二制动IGBT2的集电极连接，第二制动 IGBT2的发射极和整流电路的负输出端连接，制动电阻Re的左端和滤波电感L的右端连接， 制动电阻Re的右端和熔断器QF的一端连接，熔断器QF的另一端和第一制动IGBT1的栅极 连接，缓冲电容C2的一端和滤波电感L的右端连接，缓冲电容C2的另一端和整流电路的负 输出端连接； 放电电路包括第二接触器KM2、第二电阻R2和第三电阻R3 ;第二接触器KM2的触点的 一端和滤波电感L的右端连接，第二接触器KM2的触点的另一端通过第二电阻R2和整流电 路的负输出端连接，第三电阻R3和第二电阻R2并联； 逆变电路包括第一 IPM模块T1、第二IPM模块T2、第三IPM模块T3、第一吸收电容组、 第二吸收电容组和第三吸收电容组；第一 IPM模块T1、第二IPM模块T2和第三IPM模块T3 的正输入端都和滤波电感L的右端连接，第一 IPM模块T1、第二IPM模块T2和第三IPM模 块T3的负输入端都和整流电路的负输出端连接，第一吸收电容组、第二吸收电容组和第三 吸收电容组都由四个电容并联构成，第一吸收电容组、第二吸收电容组和第三吸收电容组 的一端都和滤波电感L的右端连接，第一吸收电容组、第二吸收电容组和第三吸收电容组 的另一端都和整流电路的负输出端连接，第一吸收电容组连接在第一 IPM模块T1和第二 IPM模块T2之间，第二吸收电容组连接在第二IPM模块T2和第三IPM模块T3之间，第三 吸收电容组连接在第三IPM模块T3和第二接触器KM2的触点之间，第一 IPM模块T1、第二 IPM模块T2和第三IPM模块T3的输出端作为变流器的三相输出端。
2. 根据权利要求1所述的一种电力推进内河运输船用变流器，其特征在于还包括检测 电路，检测电路包括霍尔电压传感器SV1、第一霍尔电流传感器SCI和第二霍尔电流传感器 SC2,霍尔电压传感器SV1的正输入端和滤波电感L的右端连接，霍尔电压传感器SV1的负 输入端与整流电路的负输出端连接，第一霍尔电流传感器SCI串接于第一 IPM模块T1的输 出端，第二霍尔电流传感器SC2串接于第二IPM模块T2的输出端。
【文档编号】B63H23/24GK104218818SQ201410498337
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】李岩, 詹哲军, 余华, 李国锋, 荆跃鹏, 黄俊平, 王锐, 高锦慧, 张利娟 申请人:永济新时速电机电器有限责任公司