CN103546081B - 船舶主机发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶主机发电系统，包括主发动机和同步发电机，所述主发动机与同步发电机之间设置一电磁调速装置，所述电磁调速装置的输入轴与主发动机的输出轴通过第一传动装置连接，所述电磁调速装置的输出轴与同步发电机的转子轴通过第二传动装置连接，所述电磁调速装置的输出轴上固定有一测速发电机，同步发电机、电磁调速装置、测速发电机分别与主控电箱连接，所述主控电箱包括电压调节器、调速控制器以及电源电路。本船舶主机发电系统通过主发动机带动电磁调速装置和同步发电机能发出恒频电能，具有节能减排、降低油耗、节约成本的优点。

Description

船舶主机发电系统

技术领域

本发明涉及船用领域，特别涉及一种船舶主机发电系统。

背景技术

现有的内河航运船舶大多备有较大功率的主发动机和较小功率的辅助发动机，其中主发动机用于为船舶航行提供动力，辅助发动机用于船舶用电提供发电动力。如果用主发动机通过联轴器直接与同步发电机连接，在为航行提供动力的同时也为船上用电提供发电动力，这样会存在以下问题，在内河航行的船舶主发动机转速一般在550转至1200转之间调节航速，主发动机转速变化极大。主发动机通过联轴器直接与同步发电机连接，提供发电动力时，由于主发动机转速变化极大，从而导致发电电压、频率极不稳定，就连转速变化在100转范围内时，发电电压、频率也极不稳定，使用时极不安全，进而导致船上的电器设备损坏率极高，影响船上人员的正常生活，极易出现航行安全事故。因此，现有的内河航运船舶是将主发动机用于为船舶航行提供动力，辅助发动机用于为船上用电提供发电动力。

然而，主发动机用于为船舶航行提供动力，辅助发动机用于为船上用电提供发电动力，主发动机和辅助发动机同时工作，燃油消耗大，燃油费用高，且主发动机和辅助发动机润滑油消耗及维护保养费也很高，因此，主发动机和辅助发动机同时工作的成本很高，且废气排放量极大。且辅助发动机发电时，会产生较大机舱噪声，影响船舶及周围环境。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种船舶主机发电系统，本船舶主机发电系统通过主发动机带动电磁调速装置和同步发电机能发出恒频电能，具有节能减排、降低油耗、节约成本的优点。

本发明的目的是这样实现的：一种船舶主机发电系统，包括主发动机和同步发电机，所述主发动机与同步发电机之间设置一电磁调速装置，所述电磁调速装置的输入轴与主发动机的输出轴通过第一传动装置连接，所述电磁调速装置的输出轴与同步发电机的转子轴通过第二传动装置连接，所述电磁调速装置的输出轴上固定有一测速发电机，同步发电机、电磁调速装置、测速发电机分别与主控电箱连接，所述主控电箱包括电压调节器、调速控制器以及电源电路，所述电源电路用于给调速控制器供电；所述测速发电机将电磁调速装置的输出转速信号转换成电压信号传递给调速控制器，所述调速控制器接收测速发电机的电压信号，将测速发电机的电压信号与调速控制器中的设定值进行比较，输出第一励磁电压给电磁调速装置，调节电磁调速装置的励磁电流，控制电磁调速装置的输出转速；所述电压调节器采集同步发电机输出的电压，将同步发电机输出的电压与电压调节器中的设定值进行比较，反馈输出第二励磁电压给同步发电机，调节同步发电机的励磁电流，控制同步发电机输出的电压。

所述电磁调速装置包括机壳、内转子、外转子、励磁绕组、输入轴、输出轴，所述励磁绕组与调速控制器的输出端电连接，所述励磁绕组固定在机壳内的第一侧壁上，所述电磁调速装置的输出轴的一端穿过第一侧壁与机壳内的内转子周向固定连接，该电磁调速装置的输出轴的另一端外伸出机壳与同步发电机通过第二传动装置连接，所述电磁调速装置的输入轴的一端穿过与第一侧壁相对的第二侧壁与机壳内的外转子周向固定连接，该电磁调速装置的输入轴的另一端外伸出机壳与主发动机通过第一传动装置连接，所述外转子、内转子均设有凹腔，所述励磁绕组位于内转子的凹腔中，所述内转子位于外转子的凹腔中，所述内转子与外转子、励磁绕组之间均设有工作气隙，所述内转子、外转子、励磁绕组的中心位于同一轴心线上。

所述电磁调速装置的输入轴与输出轴分别通过轴承支撑于机壳，电磁调速装置的输入轴与输出轴相对设置且相互间隔。

所述第一传动装置为带轮传动装置，或齿轮传动装置。

所述第二传动装置为带轮传动装置，或轴传动装置。

所述电源电路包括启动电路、稳压电源、逆变器，所述稳压电源的输入端与同步发电机的输出端之间连接有开关K，所述稳压电源将同步发电机输出的220V交流电压转换为24V直流电压传递给逆变器，所述逆变器将24V直流电压转换为220V交流电压传递给调速控制器，用于给调速控制器供电，所述启动电路包括启动按钮AN、接触器M、延时头S、二极管D、启动电瓶，所述启动电瓶的正极与接触器M的主触头一端连接，接触器M的主触头另一端与二极管D的正极连接，二极管D的负极与逆变器的第一输入端连接，所述启动电瓶的负极与逆变器的第二输入端连接，启动按钮AN的一端与启动电瓶的正极连接，启动按钮AN的另一端与接触器M线圈的一端连接，接触器M线圈的另一端与延时头S的一端连接，延时头S的另一端与启动电瓶的负极，所述接触器的付触头M1并联在启动按钮AN两端。

所述电压调节器采用型号为CAVR-15B或TST5的同步发电机励磁调压器。

所述调速控制器采用DEC8510系列或WZ—Ⅲ型电磁调速电机控制器。

所述同步发电机的输出端连接有电压表和频率表，所述电压表和频率表分别用于测量同步发电机输出的电压和频率，并显示。

采用上述方案，使本发明具有以下优点：在船舶主发动机与同步发电机之间设置一电磁调速装置，所述电磁调速装置的输入轴与主发动机的输出轴通过第一传动装置连接，所述电磁调速装置的输出轴与同步发电机的转子轴通过第二传动装置连接，所述电磁调速装置的输出轴上固定有一测速发电机，同步发电机、电磁调速装置、测速发电机分别与主控电箱连接，所述测速发电机将电磁调速装置的输出转速信号转换成电压信号传递给主控电箱的调速控制器，所述调速控制器接收测速发电机的电压信号，将测速发电机的电压信号与调速控制器中的设定值进行比较，输出第一励磁电压给电磁调速装置，调节电磁调速装置的励磁电流，使电磁调速装置可以输出稳定转速给同步发电机，使同步发电机可以始终输出稳定频率和电压的电能，保证了船上的用电安全。

主发动机在为航行提供动力的同时也为船上用电提供发电动力，使得主发动机的功率储备得到充分利用，有良好的经济性，可以长期在较高负荷下运行，油耗可以降低，且效率高，提高了综合经济性，且船舶正常航行时由主发动机带动电磁调速装置、同步发电机发电，不必使用辅助发动机，可以省去辅助发动机的功耗，减少润滑油消耗及辅助发动机维护保养费用。船舶机舱内噪声可以减轻，从而改善船上工作人员的工作条件。

总之，本发明具有节能减排、降低油耗、节约成本的优点。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明的电路示意图和机械连接示意图；

图3为本发明的电磁调速装置的结构示意图。

附图中，1为主发动机，2为电磁调速装置，21为机壳，211为第一侧壁，212为第二侧壁，22为内转子，23为外转子，24为励磁绕组，25为输入轴，26为输出轴，27为测速发电机，28为工作气隙，3为同步发电机，4为第一传动装置，5为第二传动装置，6为主控电箱，61为电压调节器，62为调速控制器，631为启动电瓶，632为稳压电源，633为逆变器。

具体实施方式

参见图1至图3，船舶主机发电系统的一种实施例，包括主发动机1和同步发电机3。该同步发电机为6极或12极低转速发电机。所述主发动机1与同步发电机3之间设置一电磁调速装置2，所述电磁调速装置2的输入轴25与主发动机1的输出轴通过第一传动装置4连接，所述第一传动装置4为带轮传动装置，或齿轮传动装置。由船舶主发动机的输出轴通过齿轮或皮带轮带动电磁调速装置的输入轴转动。当然，船舶主发动机的输出轴也可用联轴器带动电磁调速装置的输入轴转动。所述电磁调速装置2的输出轴26与同步发电机的转子轴通过第二传动装置5连接。所述第二传动装置5为带轮传动装置，或轴传动装置。该轴传动装置为联轴器。该电磁调速装置的输出轴通过皮带轮传动装置或联轴器带动同步发电机的转子轴转动，驱动同步发电机发电。所述电磁调速装置2的输出轴26上固定有一测速发电机27，同步发电机3、电磁调速装置2、测速发电机27分别与主控电箱6电连接，所述主控电箱6包括电压调节器61、调速控制器62以及电源电路63，所述电源电路63用于给调速控制器62供电。所述电压调节器61采用型号为CAVR-15B或TST5的同步发电机励磁调压器。所述调速控制器62采用DEC8510系列或WZ—Ⅲ型电磁调速电机控制器。本实施例中，该调速控制器的型号为DEC-8510D。所述测速发电机27将电磁调速装置的输出转速信号转换成电压信号传递给调速控制器62，所述调速控制器62接收测速发电机的电压信号，将测速发电机的电压信号与调速控制器中的设定值进行比较，将差值信号放大和运算，输出第一直流励磁电压给电磁调速装置2，调节电磁调速装置的励磁电流，控制电磁调速装置的输出转速，使电磁调速装置输出稳定转速以保证船舶主发动机转速増加至最高和下降至空车或同步发电机负荷增加或负荷减少时同步发电机的转速稳定在同步发电机规定的转速内，以达到稳定频率和电压的效果。所述电压调节器61采集同步发电机输出的电压，将同步发电机输出的电压与电压调节器中的设定值进行比较，反馈输出第二直流励磁电压给同步发电机3，调节同步发电机的励磁电流，控制同步发电机输出的电压。同步发电机输出电压给主配电柜，用于为船上用电设备提供电源。

进一步地，所述电磁调速装置2包括机壳21、内转子22、外转子23、励磁绕组24、输入轴25、输出轴26，所述测速发电机与调速控制器的输入端电连接，所述励磁绕组与调速控制器的输出端电连接，所述励磁绕组24固定在机壳内的第一侧壁211上，所述电磁调速装置的输出轴26的一端穿过第一侧壁211与机壳内的内转子22周向固定连接，该电磁调速装置的输出轴26的另一端外伸出机壳与同步发电机3通过第二传动装置连接，所述电磁调速装置的输入轴25的一端穿过与第一侧壁相对的第二侧壁212与机壳内的外转子23周向固定连接，该电磁调速装置的输入轴25的另一端外伸出机壳与主发动机1通过第一传动装置连接。所述第一侧壁211和第二侧壁212分别设有相对应的安装孔，分别用于安装输出轴26和输入轴25。所述输入轴与输出轴分别通过轴承支撑于机壳，输入轴与输出轴相对设置且相互间隔。所述外转子、内转子均设有凹腔，所述励磁绕组24位于内转子22的凹腔中，所述内转子22位于外转子23的凹腔中，所述内转子与外转子、励磁绕组之间均设有工作气隙27，所述内转子、外转子、励磁绕组的中心位于同一轴心线上。所述外转子上设有扇叶，用于电磁调速装置的散热。

进一步地，所述电源电路包括启动电路、稳压电源632、逆变器633，所述稳压电源的输入端与同步发电机的输出端之间连接有开关K，所述稳压电源将同步发电机输出的220V交流电压转换为24V直流电压传递给逆变器，所述逆变器将24V直流电压转换为220V交流电压传递给调速控制器，用于给调速控制器供电。当主发动机转速和同步发电机负载增加或减少，发电机电压瞬间变化时，稳压电源和逆变器使电磁调速控制器的交流220V输入电压稳定不变，以保证电磁调速器输出稳定的励磁电压，使发电机转速稳定在设定转速。如电磁调速控制器的输入电源220V不用稳压电源和逆变器,直接用发电机输出的交流220V供电的话,发电机的频率会不稳定。所述稳压电源为1200W功率、220V交流转24V直流规格的稳压电源。该逆变器为2000W功率、24V直流转220V交流规格的逆变器。所述启动电路包括启动按钮AN、接触器M、延时头S、二极管D、启动电瓶631，所述启动电瓶的正极与接触器M的主触头一端连接，所述启动电瓶的正极与接触器M的主触头之间连接有保险BX3，接触器M的主触头另一端与二极管D的正极连接，二极管D的负极与逆变器的第一输入端连接，所述启动电瓶的负极与逆变器的第二输入端连接，启动按钮AN的一端与启动电瓶的正极连接，启动按钮AN的另一端与接触器M线圈的一端连接，接触器M线圈的另一端与延时头S的一端连接，延时头S的另一端与启动电瓶的负极，所述接触器的付触头M1并联在启动按钮AN两端。所述接触器M的型号为CJX2-2510Z。所述延时头S的型号为LA2DT20。

进一步地，所述同步发电机的输出端连接有电压表和频率表，所述电压表和频率表分别用于测量同步发电机输出的电压和频率，并显示。

本发明的原理如下：

本实施例以带速550转低速～1200转高速，功率580kw的柴油机为例来进行说明。由DC24V启动电瓶作启动电源,当合上开关K再按下启动按钮AN时，24V接触器M吸合，付触头M1自保,24V直流电从逆变器输入变为交流220V输出至调速控制器，调速控制器通电,调速控制器的数码管亮起显示为‘0000’，再按下电磁调速器的启动按钮，电磁调速器设定为‘1000’转时开始工作，电磁调速器输出直流励磁电压给电磁调速装置的励磁绕组，励磁绕组通电，电磁调速装置开始运转，且转速渐渐上升,同步发电机开始发电,当同步发电机电压上升至6V时，电压调节器给同步发电机供磁。当同步发电机转速上升至设定转速时,电压表、频率表指针也在渐渐上升,在电压表、频率表渐渐上升的同时，数码管的转速数字也渐渐上升至设定的‘1000’转转速时，转速稳定不再上升。此时，频率表显示为50HZ，电压显示为400V。通过电压调节器调节励磁电压使同步发电机电压稳定,当主发动机转速下降至550转或上升至1200转时（可通过皮带轮或齿轮使转速比为2：1），这时输入进电磁调速装置的转速范围是1100～2400转变化时，调速控制器自动调节使电磁调速装置输出稳定的1000转不变（稳定时间不大于2秒）。稳压电源的AC220V输入电源由同步发电机V、N相提供，稳压电源输出DC24V给逆变器，以维持逆变器的DC24V直流电源,将逆变器输出的AC220V的电源给予调速控制器的输入电源，以保障电磁调速装置输出励磁电流达到稳定同步发电机转速的目的。在启动30秒后，延时头S延时30秒后断开，接触器M失电断开，启动完毕。M失电断开后同步发电机V.N相供电给稳压电源，稳压电源输出DC24V给逆变器，逆变器输出的AC220V给调速控制器，调速控制器控制电磁调速装置输出稳定转速给同步发电机，控制同步发电机发电，同步发电机V.N相供电给稳压电源，周尔复始，启动完毕后，由同步发电机发电给调速控制器供电。在停泊或港口装卸货工况时，因主发动机不工作，此时，可由船舶上的辅机发动机提供发电动力，或使用岸电电源。断开开关K即可关闭本船舶主机发电系统。

Claims (5)

1.一种船舶主机发电系统，包括主发动机和同步发电机，其特征在于：所述主发动机与同步发电机之间设置一电磁调速装置，所述电磁调速装置的输入轴与主发动机的输出轴通过第一传动装置连接，所述电磁调速装置的输出轴与同步发电机的转子轴通过第二传动装置连接，所述电磁调速装置的输出轴上固定有一测速发电机，同步发电机、电磁调速装置、测速发电机分别与主控电箱连接，所述主控电箱包括电压调节器、调速控制器以及电源电路，所述电源电路用于给调速控制器供电；所述测速发电机将电磁调速装置的输出转速信号转换成电压信号传递给调速控制器，所述调速控制器接收测速发电机的电压信号，将测速发电机的电压信号与调速控制器中的设定值进行比较，输出第一励磁电压给电磁调速装置，调节电磁调速装置的励磁电流，控制电磁调速装置的输出转速；所述电压调节器采集同步发电机输出的电压，将同步发电机输出的电压与电压调节器中的设定值进行比较，反馈输出第二励磁电压给同步发电机，调节同步发电机的励磁电流，控制同步发电机输出的电压；

所述电源电路包括启动电路、稳压电源、逆变器，所述稳压电源的输入端与同步发电机的输出端之间连接有开关K，所述稳压电源将同步发电机输出的220V交流电压转换为24V直流电压传递给逆变器，所述逆变器将24V直流电压转换为220V交流电压传递给调速控制器，用于给调速控制器供电，所述启动电路包括启动按钮AN、接触器M、延时头S、二极管D、启动电瓶，所述启动电瓶的正极与接触器M的主触头一端连接，接触器M的主触头另一端与二极管D的正极连接，二极管D的负极与逆变器的第一输入端连接，所述启动电瓶的负极与逆变器的第二输入端连接，启动按钮AN的一端与启动电瓶的正极连接，启动按钮AN的另一端与接触器M线圈的一端连接，接触器M线圈的另一端与延时头S的一端连接，延时头S的另一端与启动电瓶的负极，所述接触器的付触头M1并联在启动按钮AN两端；

所述同步发电机的输出端连接有电压表和频率表，所述电压表和频率表分别用于测量同步发电机输出的电压和频率，并显示。

2.根据权利要求1所述的船舶主机发电系统，其特征在于：所述电磁调速装置包括机壳、内转子、外转子、励磁绕组、输入轴、输出轴，所述励磁绕组与调速控制器的输出端电连接，所述励磁绕组固定在机壳内的第一侧壁上，所述电磁调速装置的输出轴的一端穿过第一侧壁与机壳内的内转子周向固定连接，该电磁调速装置的输出轴的另一端外伸出机壳与同步发电机通过第二传动装置连接，所述电磁调速装置的输入轴的一端穿过与第一侧壁相对的第二侧壁与机壳内的外转子周向固定连接，该电磁调速装置的输入轴的另一端外伸出机壳与主发动机通过第一传动装置连接，所述外转子、内转子均设有凹腔，所述励磁绕组位于内转子的凹腔中，所述内转子位于外转子的凹腔中，所述内转子与外转子、励磁绕组之间均设有工作气隙，所述内转子、外转子、励磁绕组的中心位于同一轴心线上。

3.根据权利要求2所述的船舶主机发电系统，其特征在于：所述电磁调速装置的输入轴与输出轴分别通过轴承支撑于机壳，电磁调速装置的输入轴与输出轴相对设置且相互间隔。

4.根据权利要求1或2所述的船舶主机发电系统，其特征在于：所述第一传动装置为带轮传动装置，或齿轮传动装置。

5.根据权利要求1或2所述的船舶主机发电系统，其特征在于：所述第二传动装置为带轮传动装置，或轴传动装置。