一种基于混合动力轴带发电系统的制作方法

1.本发明涉及一种基于混合动力轴带发电系统，属于船舶轴带发电系统技术领域。


背景技术：

2.目前传统船舶主机通过电子调速器进行转速控制。电子调速器，简称电调，针对电机不同，可分为有刷电调和无刷电调。它根据控制信号调节电动机的转速。
3.船舶环境是船舶内部环境和周围存在的自然环境、社会环境、信息环境及诱发环境的统称。是船舶赖以存在的各种条件的综合体。自然环境主要包括地理，地质，海洋化学和海洋生物(海水对金属的腐蚀现象、海生物附着现象)，水文(海流、浪、冰、潮沙、海啸等)，气象(风、雾、雨、沙暴、气温、气压等)，海洋磁场，海洋声场等。
4.对于船舶主机输出转矩产生影响的主要是船舶自然环境，包括水流、风浪、船舶吃水、洋流方向等变化对主机输出转矩有周期性影响。主机油门会根据转速变化来不断调节油门来保持转速稳定。这过程中主机无法精确控制输出转矩，存在过调现象，从而导致燃油消耗率过高的缺陷。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种混合动力轴带发电系统，能够高精度控制船舶主机转矩变化，过滤外部环境对主机油门的干扰，从而降低主机的燃油消耗率，达到节能的效果。
6.本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：
7.一种基于混合动力轴带发电系统，包括：柴油主机、中间轴、轴带发电机、转矩采集模块、igbt整流模块、igbt逆变器、缓冲单元、电压采集模块、上位机、船舶辅助柴油机、同步发电机组、船舶交流电网以及直流母排；
8.所述柴油主机与轴带发电机通过所述中间轴连接；
9.所述转矩采集模块安装于中间轴上，且所述转矩采集模块与所述上位机电性连接并将信号传输至上位机；
10.所述轴带发电机连接igbt整流模块，所述igbt整流模块连接于直流母排；
11.所述直流母排分别连接有缓冲单元、igbt逆变器，所述缓冲单元连接于轴带发电机，直流母排连接缓冲单元，在系统启动前，需要通过缓冲单元进行充电，直流母排连接igbt逆变器，并通过igbt逆变器把直流电转换成交流电源；
12.所述igbt逆变器与所述电压采集单元均分别连接于所述船舶交流电网以及上位机；
13.所述船舶辅助柴油机连接同步发电机组，所述同步发电机组连接于所述船舶交流电网。
14.所述电压采集单元捕捉船舶辅助柴油机带动同步发电机组输出电源的电压、频率、相位，并把信号传输给上位机，所述plc上位机对信号进行处理后传输给所述igbt逆变
器，使其输出和船舶辅助柴油机带动同步发电机组输出电源相同的电压、频率、相位，实现船舶轴带发电机和船舶交流电网并网发电。
15.作为优选实例，所述混合动力轴带发电系统还包括dc/dc整流模块、直流保护开关以及电池模块，所述直流母排连接有dc/dc整流模块，所述dc/dc整流模块连接有用于稳定所述直流母排电压的电池模块。
16.所述直流母排连接dc/dc整流模块，dc/dc整流模块连接电池模块。
17.所述电池模块能够稳定直流母排电压，保障船舶轴带发电系统能长期稳定和船舶交流电网并网。
18.作为优选实例，所述电池模块采用锂电池组或超级电容中任意一种。
19.作为优选实例，所述dc/dc整流模块通过直流保护开关连接于电池模块，直流保护开关用于保护电路作用。
20.作为优选实例，所述上位机采用plc上位机。
21.作为优选实例，所述转矩采集模块采用扭矩传感器。
22.作为优选实例，所述轴带发电机与igbt整流模块之间设置有交流保护开关，交流保护开关用于保护电路作用。
23.作为优选实例，所述缓冲单元采用缓冲回路。
24.作为优选实例，所述igbt整流模块采用三相桥式全控逆变电路把交流电转换成直流电并传输至直流母排。
25.作为优选实例，所述igbt逆变器通过lcl滤波器连接于所述船舶交流电网，lcl滤波器能够有效解决igbt逆变器干扰上位机及传感器的问题，同时能够抑制船舶交流电网中的高频谐波，防止其干扰igbt整流器以及igbt逆变器。
26.本发明的有益效果是：
27.(1)通过本发明，提供一种混合动力轴带发电系统，通过采集船舶中间轴的转矩波动来改变轴带发电机的输出电流，从而达到消除船舶外部环境对柴油主机转矩的扰动，实现主机转矩的平稳输出，减少油门的频繁操作，降低油耗；
28.(2)通过本发明，提供一种混合动力轴带发电系统，通过锂电池或超级电容的特性，即快速的大量能量释放和吸收大量能量特性，能够防止直流母排电压跌落和尖峰，使直流母排的电压在一个更平滑的电压分布，消除轴带发电机输出电流波动，实现轴带发电系统和船舶电网的长期稳定运行。
附图说明
29.图1为本发明实施例中混合动力轴带发电系统的电路结构示意图。
30.图中：
31.1、柴油主机；
32.2、中间轴；
33.3、轴带发电机；
34.4、转矩采集模块；
35.5、交流保护开关；
36.6、igbt整流模块；
37.7、igbt逆变器；
38.8、lcl滤波器；
39.9、缓冲回路；
40.10、电压采集模块；
41.11、plc上位机；
42.12、dc/dc整流模块；
43.13、直流保护开关；
44.14、电池模块；
45.15、船舶辅助柴油机；
46.16、同步发电机组；
47.17、船舶交流电网；
48.18、直流母排。
具体实施方式
49.为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示及实施例，进一步阐述本发明。
50.实施例：
51.如图1所示，本发明提供一种基于混合动力轴带发电系统，它包括柴油主机1、中间轴2、轴带发电机3、转矩采集模块4、交流保护开关5、igbt整流模块6、igbt逆变器7、lcl滤波器8、缓冲回路9、电压采集模块10、plc上位机11、dc/dc整流模块12、直流保护开关13、电池模块14、船舶辅助柴油机15、同步发电机组16、船舶交流电网17以及直流母排18。
52.柴油主机1与轴带发电机3通过中间轴2连接；转矩采集模块4安装于中间轴2上，且转矩采集模块4与上位机电性连接并将信号传输至上位机；轴带发电机3连接igbt整流模块6，igbt整流模块6连接于直流母排18。
53.直流母排18分别连接有缓冲单元、igbt逆变器7，缓冲单元连接于轴带发电机3。
54.igbt逆变器7与电压采集单元均分别连接于船舶交流电网17以及上位机。
55.船舶辅助柴油机15连接同步发电机组16，同步发电机组16连接于所述船舶交流电网17。
56.优选的，混合动力轴带发电系统还包括dc/dc整流模块12、直流保护开关13以及电池模块14，直流母排18连接有dc/dc整流模块12，dc/dc整流模块12连接有用于稳定直流母排18电压的电池模块14。
57.优选的，电池模块14采用锂电池组或超级电容中任意一种。
58.优选的，dc/dc整流模块12通过直流保护开关13连接于电池模块14，直流保护开关13用于保护电路作用。
59.优选的，上位机采用plc上位机11。
60.优选的，转矩采集模块4采用扭矩传感器。
61.优选的，轴带发电机3与igbt整流模块6之间设置有交流保护开关5，交流保护开关5用于保护电路作用。
62.优选的，缓冲单元采用缓冲回路9。
63.优选的，igbt整流模块6采用三相桥式全控逆变电路把交流电转换成直流电并传输至直流母排18。
64.优选的，igbt逆变器7通过lcl滤波器8连接于所述船舶交流电网17，lcl滤波器8能够有效解决igbt逆变器7干扰上位机及传感器的问题，同时能够抑制船舶交流电网17中的高频谐波，防止其干扰igbt整流器以及igbt逆变器7。
65.工作原理：
66.(1)柴油主机1带动中间轴2，轴带发电机3和中间轴2连接，转矩采集模块4采用扭矩传感器，扭矩传感器安装在中间轴2上，扭矩传感器能够将扭矩信号输出至plc上位机11。
67.(2)轴带发电机3输出电流通过交流保护开关5连接到igbt整流模块6，igbt整流模块6采用三相桥式全控逆变电路把交流电转换成直流电并传输至直流母排18。
68.(3)直流母排18连接缓冲回路9，在系统启动前，需要通过缓冲回路9进行充电。
69.(4)直流母排18连接igbt逆变器7，并通过igbt逆变器7把直流电转换成交流电源。电压采集单元捕捉船舶辅助柴油机15带动同步发电机组16输出电源的电压、频率、相位，并把信号传输给plc上位机11，plc上位机11对信号进行处理后传输给igbt逆变器7，使其输出和船舶辅助柴油机15带动同步发电机组16输出电源相同的电压、频率、相位，实现船舶轴带发电机3和船舶交流电网17并网发电。
70.(5)直流母排18连接dc/dc整流模块12，dc/dc整流模块12通过直流保护开关13连接锂电池组或超级电容。
71.锂电池组或超级电容能够稳定直流母排18电压，保障船舶轴带发电系统能长期稳定和船舶交流电网17并网。
72.通过本发明，带来如下有益效果：
73.通过采集船舶中间轴2的转矩波动来改变轴带发电机3的输出电流，从而达到消除船舶外部环境对柴油主机1转矩的扰动，实现主机转矩的平稳输出，减少油门的频繁操作，降低油耗；
74.通过锂电池或超级电容的特性，即快速的大量能量释放和吸收大量能量特性，能够防止直流母排18电压跌落和尖峰，使直流母排18的电压在一个更平滑的电压分布，消除轴带发电机3输出电流波动，实现轴带发电系统和船舶电网的长期稳定运行。
75.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。