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船舶轴带无刷双馈交流发电系统

    发布时间:2018-03-23 14:39

  目前,船舶主要靠辅机柴油机组进行发电。辅机消耗柴油,而负责船舶推进的主机往往有冗余能量,如果主机不在满负荷下运行,则部分有功功率将被白白浪费掉。应用该技术可实现节能量6万tce/a,CO2减排约16万t/a。

  采用自主创新的无刷双馈电机和控制技术充分利用船舶主机的出力,在船舶主机带动固定螺旋桨推进船舶航行的同时,拖动轴带发电机发电,从而实现船舶正常航行时不使用辅机柴油发电机组发电,达到节省燃油的效果。该系统针对固定螺距桨推进船舶航行中主机转速不断变化的工况,通过双馈变频控制技术获得并提供稳压稳频的电力保障。

  (1)新型无刷双馈电机转子结构形式,采用”变极”法将电机转子不同变极比换相绕组的出线端作异极反相序联接,从而产生不同的反向磁场,并分别与定子两套绕组耦合。采用”齿谐波”法,根据交流电机绕组理论,利用电机定子绕组的齿谐波磁动势绕组系数与基波磁动势绕组系数相同,低次齿谐波磁动势与基波磁动势旋转方向相反的原理,在满足转子绕组对称性的条件下,选择适宜的定子槽数和槽型,从而达到转子导体利用率高、谐波含量低、电机效率高的目的。由此可以灵活实现针对不同实际工况需求的无刷双馈电机设计方案。

  (2)采用矢量控制技术,对两个空间旋转磁场进行定向控制,即对无刷双馈电机的功率绕组和变频绕组两个定子绕组的两个空间旋转磁场分别进行解耦控制,并通过两个空间旋转磁场的相互作用,将多个坐标系下的矢量信号归于一个坐标系下,通过对变频绕组的控制,即可分别实现对功率绕组和变频绕组两个定子绕组的频率、电压和电流控制。

  (3)采用多频率叠加变频控制技术实现转速变化时稳压稳频。由于无刷双馈电机的特性决定了变频绕组中存在基波、次基波、谐波等多个不同频率的信号,采用多频率叠加变频控制技术,是对联接变频绕组的变频驱动器同时输出除基波以外的次基波、谐波等多个频率叠加的变频电源,实现转速变化时稳压稳频。

  1.在船舶主机转速范围内或由此调整速比的范围内,发电机输出50/60(±1.5%)Hz恒定频率;

  2.在船速范围内能够根据不同转速变频调整输出电压,从而改变控制绕组的励磁电流并实现恒压控制,使功率绕组输出稳压给定值400/450(±2%)V;

  3.当船舶转速急加速和急减速时,允许电压瞬时波动±5%,且能在3-5s内恢复稳定,静差值±2%。励磁系统必须具备良好的动态特性和稳态特性;

  4.在全转速范围内对发电机自然同步点处对50%发电容量的用电负荷进行突加突减,1-3s调节至稳频稳压;

  该技术于2012年2月通过湖北省科技厅组织的科技成果鉴定。目前,该技术已在重庆长江轮船公司325TEU型集装箱船上应用,运行稳定,使用情况良好。

  建设规模:325箱内河新型集装箱船安装应用64kW轴带发电机。主要技改内容:在新建325箱船右主机进行轴带无刷双馈发电系统的安装,主要设备包括船舶无刷双馈轴带发电系统和高弹联轴器。节能技改投资额35.5万元,建设期1年。每年可节能约7tce,年节能经济效益为9.7万元,投资回收期约4年。

  建设规模:5000DWT内河自航船。主要技改内容:在新建325箱船右主机进行轴带无刷双馈发电系统的安装,主要设备包括船舶无刷双馈轴带发电系统和高弹联轴器。节能技改投资额32.1万元,建设期1年。每年可节能6.4 tce,年节能经济效益8.3万元,投资回收期约4年。

  根据相关数据分析,目前,除远洋变距桨船舶以外,我国和国际内河以及沿海固定桨船舶至今还没有应用轴带发电实现节能减排、增收节支的案例。因此,船舶营运商、船舶设计企业和船舶设备及建造企业等将成为该技术推广应用的主要对象。预计未来5年,该技术可在船舶相关领域可推广至2%,可形成的年节能能力约为12万tce,年减排能力32万tCO2。