可作电动机使用的船舶轴带发电机启动装置及其启动方法
【专利摘要】本发明公开了一种将船舶轴带发电机作为电动机使用时的启动装置及其启动方法，解决了现有轴带系统发电机做为电动机启动时不能实现平稳启动和启动装置结构不合理占用空间大的技术难题。包括船舶电站电源（14）、励磁变频器（13）、主变频器（15）、可编程控制器（16）、三极直流开关（11）、三相交流开关（10）和直流励磁电源模块（12），解决了启动装置控制轴带发电机作为电动机平稳启动，并平稳切入轴带系统通过直流励磁电源模块提供直流励磁的同步电动运行，减小了船舶轴带轴向深度。特别适合在船舶上使用。
【专利说明】可作电动机使用的船舶轴带发电机启动装置及其启动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种将船舶轴带发电机作为电动机使用时的启动装置，特别涉及一种可作电动机使用的船舶轴带发电机的启动装置及其启动方法。
【背景技术】
[0002]随着船舶节能技术的发展，在船舶主轴系统中开始使用轴带发电机，船舶上的轴带发电机一般采用无刷同步发电机作为发电机，船舶轴带主机的发电功能的挖掘，起到了充分地发挥船舶主机效率的作用，同时，本领域技术人员开始研究，当船舶主机出现紧急停机的故障时，能否将船舶轴带发电机用作电动机驱动螺旋桨转动，使船舶返回港口的问题，要使轴带发电机实现电动机功能，需要解决轴带发电机作为电动机运行时的启动难题，目前，解决启动的方法是在将轴带系统的主轴上通过联轴器同轴连接一个辅助启动异步电机，并断开轴带发电机的励磁电源，先启动辅助异步电动机，当辅助异步电动机转轴与同轴的轴带发电机的转轴的转速同步提高到一定转速后，再断开辅助异步电动机的供电源，同时闭合轴带发电机的励磁电流，完成启动，实施方案有两种:第一种，辅助异步电动直接与轴带系统的轴系同轴连接，由于轴带系统的转动惯量较大，一般选用较大功率的辅助异步电动机才能完成启动，存在整个轴带系统的体积较大的缺陷，而船舶轴带系统所占空间有限，尤其是辅助异步电动机与轴带发电机同轴连接增大了系统轴向深度，使轴带系统的空间布局特别困难。第二种，为了节省空间与轴向深度，可选用较小功率的辅助异步电动机，先将轴带系统的主轴与轴带发电机的转轴拖开，再将辅助异步电动机与轴带发电机通过联轴器同轴连接，起动辅助异步电动机，当异步电动机转轴与同轴的轴带发电机的转轴的转速同步提高到一定转速后，然后再将轴带发电机的转轴与轴带系统的主轴进行接拍，存在接拍瞬间的机械冲击力极大，不能平稳启动，容易损坏轴带系统，使其寿命缩短。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种可作电动机使用的船舶轴带发电机的启动装置及其启动方法，解决了现有轴带系统发电机做为电动机启动时不能实现平稳启动和启动装置结构不合理占用空间大的技术难题。
[0004]本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的:
一种可作电动机使用的船舶轴带发电机的启动装置，包括船舶电站电源、励磁变频器、主变频器、可编程控制器和直流励磁电源模块，在电机机座上分别设置有电机接线盒和可同时提供三相交流励磁电流和直流励磁电流的励磁电源，励磁电源中的直流励磁电源模块的直流正接线端子与三极直流开关的三个输入端子中的其中两端子短接后连接在一起，励磁电源中的直流励磁电源模块的直流负接线端子与三极直流开关的三个输入端子中的未短接输入端子连接在一起，励磁变频器的输入端与船舶电站电源连接在一起，主变频器的输入端与船舶电站电源连接在一起，主变频器的输出端与电机接线盒的三相接线端子对应连接在一起，励磁变频器的输出端与三相交流开关的三个输入端对应连接，三相交流开关的三个输出端与励磁电源的三个交流端子对应连接，三相交流开关的三个输出端还与三极直流开关的三个输出端对应连接，在电机机座内分别设置有交流电机定子三相绕组和励磁机定子三相绕组，在电机驱动轴上从左向右依次设置有交流电机转子集中绕组、旋转整流器和励磁机转子三相绕组，交流电机定子三相绕组的三相绕组的三相引接线与电机接线盒中的三相接线端子对应连接在一起，交流电机转子集中绕组的正端弓I接线与旋转整流器的正接线端子连接在一起，交流电机转子集中绕组的负端引接线与旋转整流器的负接线端子连接在一起，励磁机转子三相绕组的三相绕组的三相引接线与旋转整流器的三相接线端子对应连接在一起，励磁机定子三相绕组中的三相绕组的三相引接线与三极直流开关的三个输出端子对应连接，励磁变频器的脉宽调制波控制端与可编程控制器连接在一起，主变频器的脉宽调制波控制端与可编程控制器连接在一起。
[0005]一种可作电动机使用的船舶轴带发电机的启动方法，包括以下步骤:
第一步、把励磁变频器的输入端与船舶电站电源连接在一起，主变频器的输入端与船舶电站电源连接在一起，主变频器的输出端与电机接线盒的三相接线端子对应连接在一起，励磁变频器的输出端与三相交流开关的三个输入端对应连接，三相交流开关的三个输出端与励磁电源的三个交流端子对应连接，三相交流开关的三个输出端还与三极直流开关的三个输出端对应连接，励磁电源中的直流励磁电源模块的直流正接线端子与三极直流开关的三个输入端子中的其中两端子短接后连接在一起，励磁电源中的直流励磁电源模块的直流负接线端子与三极直流开关的三个输入端子中的未短接输入端子连接在一起，主变频器的脉宽调制波控制端和励磁变频器的脉宽调制波控制端分别与可编程控制器连接在一起;
第二步、可编程控制器将三极直流开关断开，将三相交流开关闭合，可编程控制器通过控制励磁变频器的脉宽调制波控制端，为轴带发电机的励磁机定子三相绕组提供变频的三相交流励磁电流；
第三步、可编程控制器通过控制主变频器的脉宽调制波控制端，为轴带发电机的交流电机定子三相绕组提供电压频率比一定的三相交流电流；
第四步、当轴带发电机的转速达到额定转速时，可编程控制器通过控制主变频器的脉宽调制波控制端，使船舶电站电源通过主变频器为轴带发电机的交流电机定子三相绕组提供的电流逐步减小；
第五步、当轴带发电机的交流电机定子三相绕组的电流接近零时，可编程控制器将三极直流开关闭合，将三相交流开关断开，直流励磁电源模块为轴带发电机的励磁机定子三相绕组提供直流励磁电流；
第六步、可编程控制器通过控制主变频器的脉宽调制波控制端，使船舶电站电源通过主变频器为轴带发电机的交流电机定子三相绕组提供的电流恢复到额定电流，启动完成。
[0006]本发明实现了可作电动机使用的船舶轴带发电机的启动，解决了船舶轴带发电机作为电动机的平稳启动，并平稳切入轴带系统通过直流励磁电源模块提供直流励磁的同步电动运行，减小了船舶轴带轴向深度。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是本发明的结构示意图； 图2是本发明的电路连接关系的结构示意图；
图3是本发明的电气结构示意图。
【具体实施方式】
[0008]下面结合附图对本发明进行详细说明:
一种可作电动机使用的船舶轴带发电机的启动装置，包括船舶电站电源14、励磁变频器13、主变频器15、可编程控制器16和直流励磁电源模块12，在电机机座2上分别设置有电机接线盒7和可同时提供三相交流励磁电流和直流励磁电流的励磁电源6，励磁电源6中的直流励磁电源模块12的直流正接线端子Fl与三极直流开关11的三个输入端子中的其中两端子短接后连接在一起，励磁电源6中的直流励磁电源模块12的直流负接线端子F2与三极直流开关11的三个输入端子中的未短接输入端子连接在一起，励磁变频器13的输入端与船舶电站电源14连接在一起，主变频器15的输入端与船舶电站电源14连接在一起，主变频器15的输出端与电机接线盒7的三相接线端子U、V、W对应连接在一起，励磁变频器13的输出端与三相交流开关10的三个输入端对应连接，三相交流开关10的三个输出端与励磁电源6的三个交流端子UF、VF、WF对应连接，三相交流开关10的三个输出端还与三极直流开关11的三个输出端对应连接，在电机机座2内分别设置有交流电机定子三相绕组3和励磁机定子三相绕组9，在电机驱动轴I上从左向右依次设置有交流电机转子集中绕组4、旋转整流器5和励磁机转子三相绕组8，交流电机定子三相绕组3的三相绕组的三相引接线与电机接线盒7中的三相接线端子U、V、W对应连接在一起，交流电机转子集中绕组4的正端引接线与旋转整流器5的正接线端子连接在一起,交流电机转子集中绕组4的负端引接线与旋转整流器5的负接线端子连接在一起，励磁机转子三相绕组8的三相绕组的三相引接线与旋转整流器5的三相接线端子对应连接在一起，励磁机定子三相绕组9中的三相绕组的三相引接线与三极直流开关11的三个输出端子对应连接，励磁变频器13的脉宽调制波控制端PWM与可编程控制器16连接在一起，主变频器15的脉宽调制波控制端PWM与可编程控制器16连接在一起。
[0009]一种可作电动机使用的船舶轴带发电机的启动方法，包括以下步骤:
第一步、把励磁变频器13的输入端与船舶电站电源14连接在一起，主变频器15的输入端与船舶电站电源14连接在一起，主变频器15的输出端与电机接线盒7的三相接线端子U、V、W对应连接在一起，励磁变频器13的输出端与三相交流开关10的三个输入端对应连接，三相交流开关10的三个输出端与励磁电源6的三个交流端子UF、VF、WF对应连接，三相交流开关10的三个输出端还与三极直流开关11的三个输出端对应连接，励磁电源6中的直流励磁电源模块12的直流正接线端子Fl与三极直流开关11的三个输入端子中的其中两端子短接后连接在一起，励磁电源6中的直流励磁电源模块12的直流负接线端子F2与三极直流开关11的三个输入端子中的未短接输入端子连接在一起，主变频器15的脉宽调制波控制端PWM和励磁变频器13的脉宽调制波控制端PWM分别与可编程控制器16连接在一起;
第二步、可编程控制器16将三极直流开关11断开，将三相交流开关10闭合，可编程控制器16通过控制励磁变频器13的脉宽调制波控制端PWM，为轴带发电机的励磁机定子三相绕组9提供变频的三相交流励磁电流； 第三步、可编程控制器16通过控制主变频器15的脉宽调制波控制端PWM，为轴带发电机的交流电机定子三相绕组3提供电压频率比一定的三相交流电流；
第四步、当轴带发电机的转速达到额定转速时，可编程控制器16通过控制主变频器15的脉宽调制波控制端PWM，使船舶电站电源14通过主变频器15为轴带发电机的交流电机定子三相绕组3提供的电流逐步减小；
第五步、当轴带发电机的交流电机定子三相绕组3的电流接近零时，可编程控制器16将三极直流开关11闭合，将三相交流开关10断开，直流励磁电源模块12为轴带发电机的励磁机定子三相绕组9提供直流励磁电流；
第六步、可编程控制器16通过控制主变频器15的脉宽调制波控制端PWM，使船舶电站电源14通过主变频器15为轴带发电机的交流电机定子三相绕组3提供的电流恢复到额定电流，启动完成。
[0010]三极直流开关11的三个输入端子中的其中两端子短接。
【权利要求】
1.一种可作电动机使用的船舶轴带发电机启动装置，包括船舶电站电源(14)、励磁变频器(13)、主变频器(15)、可编程控制器(16)和直流励磁电源模块(12)，在电机机座(2)上分别设置有电机接线盒(7)和同时提供三相交流励磁电流和直流励磁电流的励磁电源(6)，其特征在于，励磁电源(6)中的直流励磁电源模块(12)的直流正接线端子(Fl)与三极直流开关(11)的三个输入端子中的其中两端子短接后连接在一起，励磁电源(6)中的直流励磁电源模块(12)的直流负接线端子(F2)与三极直流开关(11)的三个输入端子中的未短接输入端子连接在一起，励磁变频器(13)的输入端与船舶电站电源(14)连接在一起，主变频器(15)的输入端与船舶电站电源(14)连接在一起，主变频器(15)的输出端与电机接线盒(7)的三相接线端子(U、V、W)对应连接在一起，励磁变频器(13)的输出端与三相交流开关(10)的三个输入端对应连接，三相交流开关(10)的三个输出端与励磁电源(6)的三个交流端子(UF、VF、WF)对应连接，三相交流开关(10)的三个输出端还与三极直流开关(11)的三个输出端对应连接，在电机机座(2)内分别设置有交流电机定子三相绕组(3)和励磁机定子三相绕组(9)，在电机驱动轴(I)上从左向右依次设置有交流电机转子集中绕组(4)、旋转整流器(5)和励磁机转子三相绕组(8)，交流电机定子三相绕组(3)的三相绕组的三相引接线与电机接线盒(7)中的三相接线端子(U、V、W)对应连接在一起，交流电机转子集中绕组(4)的正端引接线与旋转整 流器(5)的正接线端子连接在一起，交流电机转子集中绕组(4)的负端引接线与旋转整流器(5)的负接线端子连接在一起，励磁机转子三相绕组(8)的三相绕组的三相引接线与旋转整流器(5)的三相接线端子对应连接在一起，励磁机定子三相绕组(9)中的三相绕组的三相引接线与三极直流开关(11)的三个输出端子对应连接，励磁变频器(13)的脉宽调制波控制端(PWM )与可编程控制器(16)连接在一起，主变频器(15)的脉宽调制波控制端(PWM)与可编程控制器(16)连接在一起。
2.—种可作电动机使用的船舶轴带发电机的启动方法，包括以下步骤: 第一步、把励磁变频器(13)的输入端与船舶电站电源(14)连接在一起，主变频器(15)的输入端与船舶电站电源(14)连接在一起，主变频器(15)的输出端与电机接线盒(7)的三相接线端子(U、V、W)对应连接在一起，励磁变频器(13)的输出端与三相交流开关(10)的三个输入端对应连接，三相交流开关(10)的三个输出端与励磁电源(6)的三个交流端子(UF、VF、WF)对应连接，三相交流开关(10)的三个输出端还与三极直流开关(11)的三个输出端对应连接，励磁电源(6)中的直流励磁电源模块(12)的直流正接线端子(Fl)与三极直流开关(11)的三个输入端子中的其中两端子短接后连接在一起，励磁电源(6)中的直流励磁电源模块(12 )的直流负接线端子(F2 )与三极直流开关(11)的三个输入端子中的未短接输入端子连接在一起，主变频器(15)的脉宽调制波控制端(PWM)和励磁变频器(13)的脉宽调制波控制端(PWM)分别与可编程控制器(16)连接在一起； 第二步、可编程控制器(16)将三极直流开关(11)断开，将三相交流开关(10)闭合，可编程控制器(16)通过控制励磁变频器(13)的脉宽调制波控制端(PWM)，为轴带发电机的励磁机定子三相绕组(9)提供变频的三相交流励磁电流； 第三步、可编程控制器(16)通过控制主变频器(15)的脉宽调制波控制端(PWM)，为轴带发电机的交流电机定子三相绕组(3)提供电压频率比一定的三相交流电流； 第四步、当轴带发电机的转速达到额定转速时，可编程控制器(16)通过控制主变频器(15)的脉宽调制波控制端(PWM)，使船舶电站电源(14)通过主变频器(15)为轴带发电机的交流电机定子三相绕组(3)提供的电流逐步减小； 第五步、当轴带发电机的交流电机定子三相绕组(3)的电流接近零时，可编程控制器(16)将三极直流开关(11)闭合，将三相交流开关(10)断开，直流励磁电源模块(12)为轴带发电机的励磁机定子三相绕组(9)提供直流励磁电流； 第六步、可编程控制器(16)通过控制主变频器(15)的脉宽调制波控制端(PWM)，使船舶电站电源(14)通过主变频器(15)为轴带发电机的交流电机定子三相绕组(3)提供的电流恢复到额定电流，启 动完成。
【文档编号】H02P1/26GK104038109SQ201410187879
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2014年5月6日
【发明者】乌云翔, 邵诗逸, 兰建军, 樊双英, 常国梅, 史建芳 申请人:北京赛思亿电气科技有限公司, 山西汾西重工有限责任公司