基于交-直-交逆變技術(shù)的船用恒頻穩(wěn)壓裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于交?直?交逆變技術(shù)的船用恒頻穩(wěn)壓裝置，包括穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源，穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源包括三相全橋整流器、直流母線LC濾波器、三相全橋逆變器、三相隔離變壓器及交流濾波器，三相全橋整流器的輸出端連接直流母線LC濾波器的輸入端；直流母線LC濾波器的輸出端連接三相全橋逆變器的輸入端；三相全橋逆變器的輸出端連接三相隔離變壓器的輸入端；三相隔離變壓器的輸出端連接交流濾波器。本實(shí)用新型能夠代替輔助發(fā)電機(jī)為船上電器穩(wěn)定供電，提高船舶運(yùn)行的安全性；同時(shí)輔助發(fā)電機(jī)停止工作后，能夠減少燃油的使用，降低環(huán)境污染。
【專利說明】
基于交-直-交逆變技術(shù)的船用恒頻穩(wěn)壓裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種船舶供電設(shè)備，具體涉及一種基于交-直-交逆變技術(shù)的船用恒頻穩(wěn)壓裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的船舶供電方式如圖1所示，由船舶軸帶發(fā)電機(jī)、輔助發(fā)電機(jī)、船用電氣配電裝置組成。其中，船舶軸帶發(fā)電機(jī)和輔助發(fā)電機(jī)可以采用船用無刷三相交流同步發(fā)電機(jī)、船用相復(fù)勵(lì)三相交流同步發(fā)電機(jī)、船用三次諧波勵(lì)磁三相交流同步發(fā)電機(jī)等種類，其工作方式以柴油內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能輸出，為船舶提供電源。
[0003]這種船舶供電方式中，在夜間或低速運(yùn)行時(shí)，船舶由船舶軸帶發(fā)電機(jī)提供電源，以節(jié)省能源。船舶軸帶發(fā)電機(jī)由船舶主機(jī)軸驅(qū)動(dòng)，當(dāng)夜間或船舶低速運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速很低，這時(shí)發(fā)電機(jī)頻率隨轉(zhuǎn)速變得很低，波形畸變很大，電壓也起伏變化;而白天船舶高速前進(jìn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速高，軸帶發(fā)電機(jī)發(fā)出的電源頻率和電壓也相應(yīng)偏高，導(dǎo)致軸帶發(fā)電機(jī)的頻率波動(dòng)較大，對(duì)船舶電氣造成較大影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于交-直-交逆變技術(shù)的船用恒頻穩(wěn)壓裝置，它可以代替輔助發(fā)電機(jī)為船用電氣配電裝置提供幅值、頻率穩(wěn)定的工作電源，改善船舶電氣供電質(zhì)量，提高電氣設(shè)備的使用壽命。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型基于交-直-交逆變技術(shù)的船用恒頻穩(wěn)壓裝置的技術(shù)解決方案為:
[0006]包括穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源，穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源包括三相全橋整流器、直流母線LC濾波器、三相全橋逆變器、三相隔離變壓器及交流濾波器，三相全橋整流器的輸出端連接直流母線LC濾波器的輸入端;直流母線LC濾波器的輸出端連接三相全橋逆變器的輸入端;三相全橋逆變器的輸出端連接三相隔離變壓器的輸入端;三相隔離變壓器的輸出端連接交流濾波器。
[0007]所述穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源由船舶軸帶發(fā)電機(jī)、輔助發(fā)電機(jī)、岸電電源進(jìn)行供電。
[0008]所述直流母線LC濾波器由平波電抗器L與電解電容C組成。
[0009]所述三相全橋逆變器采用IGBT模塊作為開關(guān)器件。
[0010]所述交流濾波器為由次級(jí)漏感Ls與輸出濾波電容組成的LC濾波電路。
[0011 ]本實(shí)用新型可以達(dá)到的技術(shù)效果是:
[0012]本實(shí)用新型能夠獲得幅值、頻率穩(wěn)定的正弦波輸出，輸出電壓、頻率穩(wěn)定度高，波形失真度小，適用性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行可靠，體積小巧。
[0013]本實(shí)用新型具備輸入過壓保護(hù)、輸出短路保護(hù)、輸出過載保護(hù)、過熱保護(hù)等保護(hù)功會(huì)K。
[0014]本實(shí)用新型能夠代替輔助發(fā)電機(jī)為船上電器穩(wěn)定供電，提高船舶運(yùn)行的安全性；同時(shí)輔助發(fā)電機(jī)停止工作后，能夠減少燃油的使用，降低環(huán)境污染。
[0015]為保證電源輸出電壓的幅值穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、波形失真度小，本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)采用電壓有效值反饋方式和電壓瞬時(shí)負(fù)反饋控制方式，電壓有效值反饋主要穩(wěn)定幅值，提供穩(wěn)定輸出電壓能力，電壓瞬時(shí)反饋主要對(duì)輸出電壓實(shí)時(shí)監(jiān)控，快速反映輸出電壓變化量，保證輸出波形為純正弦波，并提高變頻電源動(dòng)態(tài)性能和整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0017]圖1是現(xiàn)有技術(shù)船舶電氣配電示意圖；
[0018]圖2是本實(shí)用新型基于交-直-交逆變技術(shù)的船用恒頻穩(wěn)壓裝置的示意圖；
[0019]圖3是本實(shí)用新型的電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖4是本實(shí)用新型的電壓控制系統(tǒng)電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖2所示，本實(shí)用新型基于交-直-交逆變技術(shù)的船用恒頻穩(wěn)壓裝置，包括穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源，穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源由船舶軸帶發(fā)電機(jī)、輔助發(fā)電機(jī)、岸電電源進(jìn)行供電，穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源的輸出幅值、頻率不隨輸入電源、負(fù)載大小的變化而發(fā)生變化，從而為船用電氣配電裝置提供高質(zhì)量的供電電源。
[0022]如圖3所示，穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源的主電路采用AC — DC—AC整流、逆變結(jié)構(gòu)，包括三相全橋整流器、直流母線LC濾波器、三相全橋逆變器、三相隔離變壓器及交流濾波器，三相全橋整流器的輸入端連接船舶軸帶發(fā)電機(jī)的輸出端，三相全橋整流器的輸出端連接直流母線LC濾波器的輸入端;直流母線LC濾波器的輸出端連接三相全橋逆變器的輸入端;三相全橋逆變器的輸出端連接三相隔離變壓器的輸入端;三相隔離變壓器的輸出端連接交流濾波器。
[0023]其中，AC-DC整流濾波方法為:船舶軸帶發(fā)電機(jī)輸出的三相三線交流電壓經(jīng)三相全橋整流器整流后，再經(jīng)過平波電抗器L與電解電容C組成的LC濾波器，形成為后級(jí)三相全橋逆變器提供能量的直流母線；
[0024]DC-AC逆變輸出方法為:三相全橋逆變器是實(shí)現(xiàn)功率輸出的核心;三相全橋逆變器采用IGBT模塊作為開關(guān)器件，利用IGBT開關(guān)頻率較高的優(yōu)點(diǎn)，采用正弦脈寬調(diào)制方式(SPffM)對(duì)逆變電路進(jìn)行控制，逆變器將平穩(wěn)直流變換為脈寬調(diào)制輸出的交流信號(hào)，輸出PWM波幅值恒定，寬度按正弦規(guī)律變化，經(jīng)采用輸出功率變壓器的漏感Ls與濾波電容組成的LC濾波電路濾波后，得到純正的正弦波交流電。
[0025]三相全橋逆變器與三相隔離變壓器、輸出濾波電容組成逆變輸出環(huán)節(jié)；同時(shí)，逆變電路還提供可靠的IGBT保護(hù)電路，用于檢測(cè)IGBT過流和過載并發(fā)出保護(hù)信號(hào)。
[0026]LC濾波電路能夠消除輸入電源幅值、頻率變化對(duì)電源性能的影響，同時(shí)提高電源的輸入功率因數(shù)，減小電流沖擊，降低無功損耗，提高船舶軸帶發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率;軟啟動(dòng)作用是限制沖電電流，保護(hù)整流濾波器件;本實(shí)用新型經(jīng)過橋式整流，直流電經(jīng)LC濾波后形成平滑直流電壓，能夠?yàn)镈C/AC逆變提供直流電源。
[0027]本實(shí)用新型采用雙閉環(huán)控制器控制方式，即外環(huán)電壓有效值負(fù)反饋控制和內(nèi)環(huán)電壓瞬時(shí)值負(fù)反饋控制。
[0028]如圖4所示，外環(huán)電壓有效值負(fù)反饋控制中參考值為輸出電壓設(shè)定值給定，其通過12位DAC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行幅值大小的設(shè)置或更改;反饋值為輸出電源的電壓反饋采樣，經(jīng)過差分放大器后進(jìn)行精密整流，最后由雙T帶阻濾波器輸出反饋電壓有效值A(chǔ)，此方法簡(jiǎn)單可靠，對(duì)提升系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性有決定性作用；電壓給定值與有效值負(fù)反饋疊加，經(jīng)過電壓有效值PI調(diào)節(jié)器計(jì)算之后形成穩(wěn)定的電壓幅值給定值;標(biāo)準(zhǔn)正弦波由離散化的波表產(chǎn)生，其中波表中預(yù)存的正弦波數(shù)據(jù)經(jīng)8位DAC轉(zhuǎn)換形成標(biāo)準(zhǔn)正弦波;給定參考正弦波的幅值由電壓幅值給定值A(chǔ)確定并作為DA轉(zhuǎn)換器的參考電平，疊加標(biāo)準(zhǔn)正弦波后產(chǎn)生的波形經(jīng)低通濾波器形成給定正弦波。
[0029]內(nèi)環(huán)電壓瞬時(shí)值負(fù)反饋控制環(huán)節(jié)時(shí)刻檢測(cè)電壓輸出量，經(jīng)過差分放大器后形成電壓瞬時(shí)反饋值，給定正弦波與電源瞬時(shí)反饋值疊加經(jīng)由波形PI調(diào)節(jié)器計(jì)算之后輸出調(diào)制正弦波，該控制方式能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)反饋動(dòng)態(tài)調(diào)整，時(shí)刻跟蹤給定正弦波，使輸出電壓波形保持正弦波穩(wěn)定不變，保證系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0030]所述載波為等腰三角波，與上述調(diào)制波通過比較器相比較后，得到上橋臂驅(qū)動(dòng)波形，同時(shí)經(jīng)過反相器，得到下橋臂驅(qū)動(dòng)波形，從而形成一相IGBT的SPffM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0031]同樣原理，產(chǎn)生其他兩相IGBT的SPffM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0032]上述三相SP麗驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)IGBT驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)IGBT進(jìn)行電力逆變放大，三相全橋的輸出負(fù)載是三相隔離變壓器。三相隔離變壓器次級(jí)帶有一定的漏感，利用次級(jí)漏感與輸出濾波電容構(gòu)成LC濾波電路，是輸出電壓波形為正弦波，從而保證輸出電壓的品質(zhì)。
[0033]本實(shí)用新型通過寬頻設(shè)計(jì)，能夠直接利用船舶主發(fā)電機(jī)的輸出作為輸入電源，能夠承受電壓、頻率的大范圍變化，同時(shí)又能保持輸出電壓、頻率的穩(wěn)定。
[0034]本實(shí)用新型屬于一種智能型綠色環(huán)保的電源設(shè)備，在船舶上應(yīng)用將取得較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于交-直-交逆變技術(shù)的船用恒頻穩(wěn)壓裝置，其特征在于:包括穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源，穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源包括三相全橋整流器、直流母線LC濾波器、三相全橋逆變器、三相隔離變壓器及交流濾波器，三相全橋整流器的輸出端連接直流母線LC濾波器的輸入端;直流母線LC濾波器的輸出端連接三相全橋逆變器的輸入端;三相全橋逆變器的輸出端連接三相隔離變壓器的輸入端;三相隔離變壓器的輸出端連接交流濾波器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于交-直-交逆變技術(shù)的船用恒頻穩(wěn)壓裝置，其特征在于:所述穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源由船舶軸帶發(fā)電機(jī)、輔助發(fā)電機(jī)、岸電電源進(jìn)行供電。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于交-直-交逆變技術(shù)的船用恒頻穩(wěn)壓裝置，其特征在于:所述直流母線LC濾波器由平波電抗器L與電解電容C組成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于交-直-交逆變技術(shù)的船用恒頻穩(wěn)壓裝置，其特征在于:所述三相全橋逆變器采用IGBT模塊作為開關(guān)器件。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于交-直-交逆變技術(shù)的船用恒頻穩(wěn)壓裝置，其特征在于:所述交流濾波器為由次級(jí)漏感Ls與輸出濾波電容組成的LC濾波電路。
【文檔編號(hào)】H02M5/458GK205490176SQ201620309201
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月14日
【發(fā)明人】梁俊明
【申請(qǐng)人】溫嶺市航發(fā)電機(jī)廠