CN107867384B - 5000吨内河运输船用电推进*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及船用推进***，具体为5000吨内河运输船用电推进***。解决传统的船舶柴油机推进***存在的缺陷。该5000吨内河运输船用电推进***包括两套电推进***，每套电推进***分别驱动一套螺旋桨，每套电推进***包括熔断器FU，交流输入电抗器L，输入滤波器LC，推进变流器ZN（含控制单元）,永磁同步推进电动机M和机旁控制柜。本发明结构设计合理、独特，克服了传统的船舶柴油机推进***存在的缺陷，适用于5000吨内河运输船的电推进。

Description

5000吨内河运输船用电推进***
技术领域
本发明涉及船用推进***，具体为5000吨内河运输船用电推进***。
背景技术
内河运输船作为内陆河道上的主要运输工具，在固定的航道内来回运输，交通密集，离靠码头频繁，而传统的船舶推进***是柴油机轴直接拖动螺旋桨，为了使螺旋桨在最佳转速下工作，需要配有减速齿轮箱。该***的优点是设备少，结构简单，缺点是噪音大，排放多，污染重，靠岸控制不准确，特别是船舶在低速运行时，柴油机燃油经济性差，污染高，排放大。
发明内容
本发明解决传统的船舶柴油机推进***存在的缺陷，提供一种5000吨内河运输船用电推进***。
本发明是采用如下技术方案实现的：5000吨内河运输船用电推进***，包括两套电推进***，每套电推进***分别驱动一套螺旋桨，每套电推进***包括熔断器FU，交流输入电抗器L，输入滤波器LC，推进变流器ZN（含控制单元）, 永磁同步推进电动机M和机旁控制柜；每套电推进***的输入电压是船舶电站AC690V交流输入电压，通过熔断器FU输送给交流输入电抗器L，再通过输入滤波器LC滤波后，送给推进变流器ZN，推进变流器ZN经过整流逆变，输出交流可控电压驱动永磁同步推进电动机M，永磁同步推进电动机M轴带动螺旋桨转动，从而驱动船舶前进；机旁控制柜的交流输入220V和交流输入380V均来自船舶的配电板，输出交流380V通过两个接线端子分别输送给推进变流器ZN和永磁同步推进电动机M（永磁同步推进电动机的冷却风扇需独立的380V交流供电），输出交流220V送给推进变流器ZN；机旁控制柜设有用于与上位机相连的以太网口，机旁控制柜通过控制接线端子与推进变流器ZN和永磁同步推进电动机M连接，并留有用于与驾控室连接的控制线端；机旁控制柜与推进变流器ZN通过PROFIBUS总线实现通讯；推进变流器ZN通过控制线与永磁同步推进电动机M连接。
使用时，机旁控制柜的以太网口与上位机相连，机旁控制柜的控制线端与驾控室相连；机旁控制柜实现推进***的220V/380V配电，同时，机旁控制柜接收来自上位机或驾控室的指令，通过判断、逻辑控制后，发送给推进变流器ZN，这些指令包括“总控”（上电钥匙开关）动作开关；“推进***启动 /停止”（带灯自锁）动作开关；“紧急停止”（手动复位）动作；“故障复位”（复位型）动作开关；“越控请求”（带灯自锁）动作开关；主车钟（提供推进***速度指令）控制器；远程/本地”（带灯自锁）控制动作开关；“加速/减速”（带灯复位）动作开关。
推进变流器ZN和永磁同步推进电动机M将运行数据及故障信号分别通过控制线和PROFIBUS总线传送给机旁控制旁，机旁控制柜通过控制线送给驾控室，通过以太网口送给上位机，实现驾控室和上位机对运行数据、运行状态的显示及故障的报警，所述的运行数据包括永磁同步推进电动机M三相电压、三相电流，轴承温度，电机转速；推进变流器三相电压，三相电流，进风温度。运行状态包括推进***启动/停止状态显示，远程/本地控制显示，推进***运行状态显示，综合故障状态显示，加速/减速状态显示，推进电机风机运行状态显示，越控运行状态显示；推进***主电源得电显示，控制电源得电显示，功率限制显示。故障的报警包括推进电机轴承温度高，绕组温度高，进风温度高；推进主电路接地故障；推进***过载；推进变流器进风温度高，冷却***故障，综合故障；故障自动停车。
本发明结构设计合理、独特，克服了传统的船舶柴油机推进***存在的缺陷，适用于5000吨内河运输船的电推进。本发明具有如下功能：
（1）滤波功能
交流输入电抗器L和滤波器LC，用做电机与变流器的隔离滤波，保证电流谐波畸变率THID <10%，电压谐波畸变率THUD < 5%，同时不与***发生谐振，输出电压稳定。
（2）推进/斩波功能
一台推进变流器控制一台360kW永磁同步推进电机，控制信号由主推进控制器提供，满足整船推进、制动、启/停、靠/离码头等各种运行工况和控制指令要求，实现不同工况的可靠运行，并保证电机输出转矩的误差不大于2%。当直流母线电压高于DC1050V时，开通斩波电路，通过制动电阻消耗能量，保护功率单元，母线电压低于DC1050V时，斩波断开。
（3）保护功能
***具有过压保护，欠压保护，过流保护，过热保护、超速保护，断路保护功能。
（4）显示功能
***在变流器和机旁柜上装有显示屏，变流器上主要显示变流器直流电压、输出电流、输出频率、主接触器状态、风机控制接触器状态、电机电压、电机转速等数据、进风口温度；机旁柜显示屏主要显示推进***启动 /停止状态，远程/本地控制状态，推进***运行状态，推进***综合故障状态，加速/减速状态，推进电机风机运行状态。
附图说明
图1为本发明的整合结构示意图；
图2为图1中的局部电路原理图。
具体实施方式
5000吨内河运输船用电推进***，包括两套电推进***，每套电推进***分别驱动一套螺旋桨，每套电推进***包括熔断器FU，交流输入电抗器L，输入滤波器LC，推进变流器ZN（含控制单元）, 永磁同步推进电动机M和机旁控制柜；每套电推进***的输入电压是船舶电站AC690V交流输入电压，通过熔断器FU输送给交流输入电抗器L，再通过输入滤波器LC滤波后，送给推进变流器ZN，推进变流器ZN经过整流逆变，输出交流可控电压驱动永磁同步推进电动机M，永磁同步推进电动机M轴带动螺旋桨转动，从而驱动船舶前进；机旁控制柜的交流输入220V和交流输入380V均来自船舶的配电板，输出交流380V通过两个接线端子分别输送给推进变流器ZN和永磁同步推进电动机M（永磁同步推进电动机的冷却风扇需独立的380V交流供电），输出交流220V送给推进变流器ZN；机旁控制柜设有用于与上位机相连的以太网口，机旁控制柜通过控制接线端子与推进变流器ZN和永磁同步推进电动机M连接，并留有用于与驾控室连接的控制线端；机旁控制柜与推进变流器ZN通过PROFIBUS总线实现通讯；推进变流器ZN通过控制线与永磁同步推进电动机M连接。具体实施时，为了船舶布局的整体考虑，将熔断器FU，交流输入电抗器L和输入滤波器LC放置在推进变流器的柜体内部。推进变流器ZN上装有用于显示变流器直流电压、输出电流、输出频率、主接触器状态、风机控制接触器状态、电机电压、电机转速、进风口温度的显示屏；机旁控制柜上装有用于显示推进***启动/停止状态，远程/本地控制状态，推进***运行状态，推进***综合故障状态，加速/减速状态，永磁同步推进电动机M风机运行状态的显示屏。机旁控制柜面板上设有用来实现急停、启动、复位操作的按钮。
熔断器FU作为推进***的最后一级保护，当输入电流大于其额定电流630A时，熔断保护。熔断器FU内部有三相独立的熔断器，每一项的一端连接三相交流输入端，另一端连接交流输入电抗器L的输入端。
交流输入电抗器L的主要目的是抵制变频器产生的高次谐波向电网传递，减少变频器产生的电流谐波失真以及高次谐波对其他元器件的干扰，改善电网质量、提高功率因数并限制电网电压的异常波动和电网上的冲击电流、平抑波形、减少对变频器的损害。L的三相输入端连接熔断器FU的一端，输出端连接输入滤波器LC的三相输入端。
输入滤波器LC的主要功能是减小变流器电磁干扰，抑制EMI噪声、改善EMC环境、抑制共模和差模干扰、提高***可靠性；防止变流器本身产生的电磁干扰进入电源线，干扰周围的其它用电设备，同时还可防止电源线上的干扰进入设备。LC的三相输入端连接交流输入电抗器Ｌ的三相输出端，LC的三相输出端连接变频器的三相输入端。
推进变流器ZN内部结构为本领域技术人员公知，也是现有产品，主要控制永磁同步推进电机，实现船舶的推进功能，采用交流永磁变频调速控制***，输出特性满足整船推进、制动、启/停、靠/离码头等各种运行工况和控制指令要求，实现不同工况的可靠运行；主要由冷却***、整流单元、逆变单元、斩波制动单元、中间直流环节等构成。推进变流器ZN的三相输入端与输入滤波器LC的三相输出端相连接，ZN的三相输出端U，V，W与推进电机连接。交流380V端子与机旁控制柜的交流380V端子相连接，推进变流器ZN的交流220V端子与机旁控制柜的交流220V端子相连接，推进变流器ZN的对外通讯采用PROFIBUS通讯，通过PROFIBUS专用电缆与机旁控制柜网络连接，推进变流器ZN的斩波制动端子B1，B2与外置的制动电阻R的两端相连接。
制动电阻R是推进变流器ZN的必备部件。推进变频器ZN斩波制动的原理是，当电机要求从正转高速（1000rpm）迅速回零，再反转高速（1000rpm），从而实现整船制动时，斩波需要投入工作。当推进***中间直流电压低于DC1050V时，斩波不工作；超过DC1050V时，斩波电路开通，通过斩波电阻R实现能耗制动，电压超过DC1150V时，斩波封脉冲，停止工作，***过压保护。制动电阻R的两端分别通过端子B1，B2与推进变流器ZN连接。
永磁同步推进电动机M为全封闭风冷结构，带有接线盒，接线端子均为屏蔽金属电缆防水接头，整机防护等级为IP44。额定功率为360kW（电机的过载能力为额定功率的1.2倍）。电机M的输入端与推进变流器ZN的三相输出U，V，W相连接，电机M的轴通过减速箱连接到舵浆，电机M的交流380V（为其内的冷却风机供电）通过接线端子与机旁控制柜的脚力380V相连接，永磁同步推进电动机M的温度信号及旋变信号通过低压电缆与推进变频器ZN（的航插）连接（即推进变流器ZN通过控制线与永磁同步推进电动机M连接）。

Claims (5)

1.一种5000吨内河运输船用电推进***，包括两套电推进***，每套电推进***分别驱动一套螺旋桨，其特征在于每套电推进***包括熔断器FU，交流输入电抗器L，输入滤波器LC，推进变流器ZN, 永磁同步推进电动机M和机旁控制柜；每套电推进***的输入电压是船舶电站AC690V交流输入电压，通过熔断器FU输送给交流输入电抗器L，再通过输入滤波器LC滤波后，送给推进变流器ZN，推进变流器ZN经过整流逆变，输出交流可控电压驱动永磁同步推进电动机M，永磁同步推进电动机M轴带动螺旋桨转动，从而驱动船舶前进；机旁控制柜的交流输入220V和交流输入380V均来自船舶的配电板，输出交流380V通过两个接线端子分别输送给推进变流器ZN和永磁同步推进电动机M，输出交流220V送给推进变流器ZN；机旁控制柜设有用于与上位机相连的以太网口，机旁控制柜通过控制接线端子与推进变流器ZN和永磁同步推进电动机M连接，并留有用于与驾控室连接的控制线端；机旁控制柜与推进变流器ZN通过PROFIBUS总线实现通讯；推进变流器ZN通过控制线与永磁同步推进电动机M连接。
2.根据权利要求1所述的5000吨内河运输船用电推进***，其特征在于将熔断器FU，交流输入电抗器L和输入滤波器LC放置在推进变流器的柜体内部。
3.根据权利要求1或2所述的5000吨内河运输船用电推进***，其特征在于推进变流器ZN上装有用于显示变流器直流电压、输出电流、输出频率、主接触器状态、风机控制接触器状态、电机电压、电机转速、进风口温度的显示屏；机旁控制柜上装有用于显示推进***启动/停止状态，远程/本地控制状态，推进***运行状态，推进***综合故障状态，加速/减速状态，永磁同步推进电动机M风机运行状态的显示屏。
4.根据权利要求3所述的5000吨内河运输船用电推进***，其特征在于机旁控制柜面板上设有用来实现急停、启动、复位操作的按钮。
5.根据权利要求1或2所述的5000吨内河运输船用电推进***，其特征在于永磁同步推进电动机M的温度信号及旋变信号通过低压电缆与推进变频器ZN连接。
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