一种船用电力推进系统拓扑的制作方法

本发明属于船舶电力推进，具体涉及一种船用电力推进系统拓扑。

背景技术：

1、船舶推进方式包括机械推进和电力推进两种：机械推进是由燃气机、柴油机等原动机通过齿轮箱、轴系直接推动推进器的推进方式；电力推进是将传统相互独立的机械推进系统和电力系统以电能的形式合二为一，综合利用船舶电站向全船提供推进动力、辅机和日用电力的一种推进方式。

2、与传统机械推进方式相比，电力推进方式主要具有布局灵活、有效利用空间多、操纵灵活、机动性能好、全寿命费用低、维护工作量少、易于获得理想的拖动特性、低振动噪声、环境更舒适等优点，是船舶动力发展的主流趋势之一。

3、目前常规的船舶电力推进系统，一般由三相推进电机和三相推进变频器组成，存在系统运行冗余度低、推进电机转矩脉动大、振动噪声相对较高等缺点。

4、在一些特殊应用场合，出现了利用低压多相推进电机推进技术来提高推进系统的性能，但低压多相推进电机推进技术存在输入电压相对较低、输出功率等级有限等缺点，难以全面满足用户使用需求。

技术实现思路

1、为了克服常规三相电机推进系统运行冗余度较低、转矩脉动较大、振动噪声较高，以及低压多相推进电机推进系统输入电压相对较低、输出功率等级有限等方面的不足，本发明提供了一种船用电力推进系统拓扑。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种船用电力推进系统拓扑，由多相推进电机、双通道推进变频器、以及相互独立且参数相同的直流电源一和直流电源二组成；所述的推进电机为双二十相绕组电机，两套二十相绕组对应相之间相互独立且相位相同，每套二十相绕组分为互差9电角度的四组五相绕组，每组五相绕组均为星型连接方式，每组五相绕组的中性点均引出；每相绕组均为集中绕组，反电势为正弦波；所述的推进变频器包括对称设置且相互独立的主回路左通道和主回路右通道，每个通道包括四个构成相同且相互独立的主回路支路，每个主回路支路均由一个五相三电平桥臂单元以及一个包括差模和共模部分的五相滤波单元组成；所述主回路左通道的第一和第三个主回路支路以及主回路右通道的第二和第四个主回路支路由直流电源一供电；所述主回路右通道的第一和第三个主回路支路以及主回路左通道的第二和第四个主回路支路由直流电源二供电；所述主回路左通道的四个主回路支路的输出端按顺序依次与推进电机的一套二十相绕组的单组五相绕组一一对应连接；所述主回路右通道的四个主回路支路的输出端按顺序依次与推进电机的另一套二十相绕组的单组五相绕组一一对应连接；每组五相绕组的中性点均与对应的五相三电平桥臂单元的直流中性点相连接。

3、所述的一种船用电力推进系统拓扑，其直流电源一、主回路左通道的第一、第三个主回路支路以及主回路右通道的第二、第四个主回路支路、推进电机相应二十相绕组构成的子系统，所述直流电源二、主回路右通道的第一、第三个主回路支路以及主回路左通道的第二和第四个主回路支路、推进电机相应另二十相绕组构成的子系统均可独立运行。

4、所述的一种船用电力推进系统拓扑，其四组五相绕组为第一套二十相绕组的第一组五相绕组a11～e11、第二组五相绕组a21～e21、第三组五相绕组a31～e31和第四组五相绕组a41～e41。

5、所述的一种船用电力推进系统拓扑，其四组五相绕组为第二套二十相绕组的第一组五相绕组a12～e12、第二组五相绕组a22～e22、第三组五相绕组a32～e32、第四组五相绕组a42～e42。

6、本发明的有益效果是：

7、1，本发明通过采用多相推进电机和双通道多支路三电平桥臂单元型式的推进变频器增加系统输出功率；

8、2，本发明通过采用两路相互独立直流电源供电，变频器分相互独立的左右通道、每通道又分为相互独立的4个主回路支路，两套相互独立的双二十相绕组推进电机等系统拓扑型式，提高系统运行冗余度与可靠性；通过采用直流电源一为主回路左通道的第一和第三个主回路支路以及主回路右通道的第二和第四个主回路支路供电，直流电源二为主回路右通道的第一和第三个主回路支路以及主回路左通道的第二和第四个主回路支路供电，且每套二十相绕组构成的子系统均可独立运行的方式，进一步提高系统运行冗余度与可靠性；

9、3，本发明通过采用四组五相依次互差9电角度的二十相绕组、可独立运行的子系统型式，降低推进电机合成磁场谐波、进而降低推进电机转矩脉动和振动噪声；通过采用正弦波相绕组反电势方式，进一步降低推进电机转矩脉动和振动噪声；通过采用每个主回路支路由一个五相三电平桥臂单元和一个五相差模和共模滤波单元方式，实现变频器输出差模和共模谐波电压的有效抑制、进一步降低推进电机转矩脉动和振动噪声；

10、4，本发明通过采用集中型式的电机相绕组，提升电机绕组材料利用率；通过采用每组五相绕组的中性点均与对应的五相三电平桥臂单元的直流中性点相连接方式，实现电机3次和5次谐波相电流的有效利用，进一步提升推进电机转矩密度、提升电机材料利用率；

11、5，相对于常规三相电机推进系统，本发明具有运行冗余度高、转矩脉动小、振动噪声低、可有效利用谐波、可有效抑制差模和共模谐波电压等优点；相对于低压多相电机推进系统具有输入电压较高、输出功率较大等优点，特别适用于对推进功率等级、运行冗余度、转矩脉动、振动噪声、谐波利用以及差模和共模谐波电压抑制等有较高要求的特殊场合使用，如舒适型船舶的大功率电力推进。

技术特征：

1.一种船用电力推进系统拓扑，其特征在于：由推进电机（1）、双通道推进变频器（2）、以及相互独立且参数相同的直流电源一（3）和直流电源二（4）组成；

2.根据权利要求1所述的一种船用电力推进系统拓扑，其特征在于，所述直流电源一（3）、主回路左通道（5）的第一、第三个主回路支路（7）以及主回路右通道（6）的第二、第四个主回路支路（7）、推进电机相应二十相绕组构成的子系统，所述直流电源二（4）、主回路右通道（6）的第一、第三个主回路支路（7）以及主回路左通道（5）的第二和第四个主回路支路（7）、推进电机相应另二十相绕组构成的子系统独立运行。

3.根据权利要求1或2所述的一种船用电力推进系统拓扑，其特征在于，所述的四组五相绕组为第一套二十相绕组的第一组五相绕组a11～e11、第二组五相绕组a21～e21、第三组五相绕组a31～e31和第四组五相绕组a41～e41。

4.根据权利要求1或2所述的一种船用电力推进系统拓扑，其特征在于，所述的四组五相绕组为第二套二十相绕组的第一组五相绕组a12～e12、第二组五相绕组a22～e22、第三组五相绕组a32～e32、第四组五相绕组a42～e42。

技术总结
本发明公开了一种船用电力推进系统拓扑，由推进电机、推进变频器、直流电源一和直流电源二组成，推进电机为双二十相绕组电机，推进变频器包括对称设置的主回路左通道和主回路右通道，每个通道均包括四个构成相同的主回路支路，每个主回路支路均由一个五相三电平桥臂单元和一个五相滤波单元组成；所述的推进变频器每个主回路支路与所述的推进电机对应的单组五相绕组连接，所述的每组五相绕组的中性点均与对应的五相三电平桥臂单元的直流中性点相连接。本发明相较常规三相船用电力推进系统具有可靠性高、转矩脉动小、振动噪声低、可有效利用谐波出力、输入直流电压高等优点，特别适合于船舶大功率电力推进。

技术研发人员：朱军,陈嘉福,柳长江,胡传西
受保护的技术使用者：武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶集团有限公司第七一二研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1