CN109546781A - 一种高性能永磁推进***拓扑 - Google Patents

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朱军
陈嘉福
戴勇
胡传西
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Abstract

本发明公开了一种高性能永磁推进***拓扑，由永磁电机和变频驱动装置组成；所述的永磁电机为相电机；所述的变频驱动装置包括对称设置的主回路左通道和主回路右通道，每个通道均包括个构成相同的主回路支路，每个主回路支路均由一个相三电平桥臂单元和一个相滤波单元组成，每个三电平桥臂单元的输出端分别与对应的滤波单元的输入端连接；所述的变频驱动装置每个主回路支路与所述的永磁电机对应的一组相绕组连接。相对于常规三相永磁推进***，本发明具有可靠性高、转矩脉动小、振动噪声低、输入直流电压高等优点，特别适合于船舶大功率电力推进。

Description

一种高性能永磁推进***拓扑
技术领域
本发明属于船舶电力推进领域，具体涉及一种船舶用高性能永磁推进***拓扑。
背景技术
船舶推进方式包括机械推进和电力推进两种。机械推进是由燃气机、柴油机等原动机通过齿轮箱、轴系直接推动推进器的推进方式。电力推进是将传统相互独立的机械推进***和电力***以电能的形式合二为一，综合利用船舶电站向全船提供推进动力、辅机和日用电力的一种推进方式。与传统机械推进方式相比，电力推进方式主要具有布局灵活、有效利用空间多、操纵灵活、机动性能好、全寿命费用低、维护工作量少、易于获得理想的拖动特性、低振动噪声、环境更舒适等优点，是船舶动力发展的主流趋势之一。
永磁电机推进***是电力推进***重要的发展方向之一，在船舶应用中越来越广泛。目前，常规的船舶永磁推进***，一般由三相永磁电机和三相变频驱动装置组成，存在***运行冗余度低、永磁电机转矩脉动大、振动噪声相对较高等缺点。
在一些特殊应用场合，出现了利用低压多相永磁电机推进技术来提高推进***的性能，但低压多相永磁电机推进技术存在输入电压相对较低、输出功率等级有限等缺点，难以全面满足用户使用需求。
发明内容
为了克服常规三相永磁电机推进***运行冗余度较低、转矩脉动较大、振动噪声较高，以及低压多相永磁电机推进***输入电压相对较低、输出功率等级有限等方面的不足，本发明提供了一种高性能永磁推进***拓扑。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高性能永磁推进***拓扑，由永磁电机和变频驱动装置组成；所述的永磁电机为 相电机，其每相绕组分为组，每一组的三相（或五相）绕组依次互差电角度，三相（或五相）绕组为星型连接方式；所述的变频驱动装置包括对称设置的主回路左通道和主回路右通道，每个通道均包括个构成相同的主回路支路，每个主回路支路均由一个（当时，；当时，）相三电平桥臂单元和一个相滤波单元组成，每个相三电平桥臂单元的输出端分别与对应的相滤波单元的输入端连接；所述主回路左通道的个主回路支路由直流供电电源一供电，所述主回路右通道的个主回路支路由直流供电电源二供电。
所述的一种高性能永磁推进***拓扑，其永磁电机的每相绕组均为集中整距绕组。
所述的一种高性能永磁推进***拓扑，其每个三电平桥臂单元构成相同，均由个二极管嵌位型三电平桥臂与支撑电容并联组成；其每个滤波单元构成相同，均由相星接滤波电感和滤波电容组成LC型滤波器。
所述的一种高性能永磁推进***拓扑，其主回路左通道的相滤波单元输出端分别与所述永磁电机的对应相绕组输入端连接；其主回路右通道的相滤波单元输出端分别与所述永磁电机的对应另相绕组输入端连接。
所述的一种高性能永磁推进***拓扑，其主回路左通道的个主回路支路的输入端共正极、负极，主回路右通道的个主回路支路的输入端共正极、负极。
本发明的有益效果是：本发明通过采用多相永磁电机和双通道多支路变频驱动装置增加***输出功率；通过采用两路直流供电电源分别为变频驱动左右通道供电、每通道分个主回路支路、每个主回路支路采用一个相三电平桥臂单元加滤波单元型式的拓扑和电机组三相或五相绕组的拓扑型式，提高***运行冗余度与可靠性，实现较小的永磁电机转矩脉动、较低的振动噪声。
相对于常规三相永磁电机推进***，它具有运行冗余度高、转矩脉动小、振动噪声低等优点；相对于低压多相永磁电机推进***具有输入电压较高、输出功率较大等优点，特别适用于对推进***功率等级、运行冗余度、转矩脉动以及振动噪声等有较高要求的特殊场合使用，如船舶大功率电力推进。
附图说明
图1是本发明的示意图。
各附图标记为：1—永磁电机，2—变频驱动装置，3—直流供电电源一，4—直流供电电源二，5—主回路左通道，6—主回路右通道，7—主回路支路，8—三电平桥臂单元，9—dv/dt滤波单元，10—相绕组。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
如图1所示，本发明提供的一种高性能永磁推进***拓扑，包括多相永磁电机1和多通道变频驱动装置2。
所述的永磁电机1为双六相电机，每套六相绕组分为两组，每一组的三相绕组依次互差30电角度，三相（或五相）绕组为星型连接方式，每相绕组10均为集中整距绕组，以降低永磁电机合成磁场谐波、降低永磁电机振动噪声，提高电机运行冗余度。
所述的变频驱动装置2包括主回路左通道5和主回路右通道6，两个主回路通道相互对称；每个主回路通道5、6均包括两个主回路支路7；每个主回路支路7构成相同，均由一个三相三电平桥臂单元8和一个三相滤波单元9组成；每个三相三电平桥臂单元8构成相同，均由三个二极管嵌位型三电平桥臂与支撑电容并联组成；每个三相滤波单元9构成相同，均由三相星接滤波电感和滤波电容组成LC型滤波器；每个三相三电平桥臂单元8的输出端分别与对应的三相滤波单元9的输入端连接；以提高***输入电压和输出功率，提高变频驱动装置运行冗余度。
所述的变频驱动装置2的主回路左通道5的两个三相滤波单元9输出端分别与所述永磁电机1的对应六相绕组10输入端连接；主回路右通道6的两个三相滤波单元9输出端分别与所述永磁电机1的对应另六相绕组10输入端连接；以降低永磁电机振动噪声，提高***运行冗余度。
所述的变频驱动装置2的主回路左通道5的两个主回路支路7由直流供电电源一3供电，变频驱动装置2的主回路右通道6的两个主回路支路7由直流供电电源二4供电，提高变频驱动装置运行冗余度；所述的变频驱动装置2的主回路左通道5的两个主回路支路7的输入端共正极、负极，变频驱动装置2的主回路右通道6的两个主回路支路7的输入端共正极、负极。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (5)

1.一种高性能永磁推进***拓扑，其特征在于：由永磁电机（1）和变频驱动装置（2）组成；所述的永磁电机（1）为 相电机，其每相绕组分为组，每一组的三相/五相绕组依次互差电角度，三相/五相绕组为星型连接方式；所述的变频驱动装置（2）包括对称设置的主回路左通道（5）和主回路右通道（6），每个通道均包括个构成相同的主回路支路（7），每个主回路支路（7）均由一个（或）相三电平桥臂单元（8）和一个相滤波单元（9）组成，每个相三电平桥臂单元（8）的输出端分别与对应的相滤波单元（9）的输入端连接；所述主回路左通道（5）的个主回路支路（7）由直流供电电源一（3）供电，所述主回路右通道（6）的个主回路支路（7）由直流供电电源二（4）供电。
2.根据权利要求1所述的一种高性能永磁推进***拓扑，其特征在于，所述的，每相绕组（10）均为集中整距绕组。
3.根据权利要求1所述的一种高性能永磁推进***拓扑，其特征在于，所述的三电平桥臂单元（8）由个二极管嵌位型三电平桥臂与支撑电容并联组成，所述的滤波单元（9）由相星接滤波电感和滤波电容组成。
4.根据权利要求1所述的一种高性能永磁推进***拓扑，其特征在于，所述主回路左通道（5）的相滤波单元（9）输出端分别与所述永磁电机（1）的对应相绕组输入端连接；主回路右通道（6）的相滤波单元（9）输出端分别与所述永磁电机（1）的对应另相绕组输入端连接。
5.根据权利要求1所述的一种高性能永磁推进***拓扑，其特征在于，所述主回路左通道（5）的个主回路支路（7）的输入端共正极、负极，所述主回路右通道（6）的个主回路支路（7）的输入端共正极、负极。
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