[發明專利]船用電力推進系統交流回饋加載裝置及控制方法

在審

• 申請號: 201910966710.2
• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN110683017A
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 戴群;趙俊;包東明;黃漢龍;沈建華
• 申請（專利權）人: 中船動力有限公司
• 主分類號: B63B73/00
• 分類號: B63B73/00;B63H21/17
• 代理公司: 32200 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 樓高潮

1.一種船用電力推進系統交流回饋加載裝置，其特征在于，包括推進電機、變頻器、變壓器、配電柜、陪試發電機、整流器、逆變器、出線柜、負載模擬控制器、聯接柜、轉速傳感器、彈性聯軸器、扭矩傳感器；所述推進電機通過彈性聯軸器與陪試發電機的軸相連接，推進電機連接軸上安裝扭矩傳感器；所述陪試發電機安裝有轉速傳感器，并通過電纜與聯接柜連接；轉速傳感器和扭矩傳感器的信號通過信號電纜接入負載模擬控制器；所述負載模擬控制器通過信號電纜與陪試發電機及驅動推進電機的變頻器連接；聯接柜通過電纜與整流器連接；所述整流器的直流輸出端通過電纜與逆變器的直流輸入端連接，將陪試發電機發出的交流電轉變為電壓和頻率穩定的交流電；所述逆變器通過電纜與交流出線柜連接；出線柜通過電纜與配電柜連接，將加載時陪試發電機所發出的電能回饋到配電柜用電端。

2.如權利要求1所述的船用電力推進系統交流回饋加載裝置，其特征在于，所述負載模擬控制器包括PLC邏輯控制器、網絡交換機、計算機、顯示器，網絡交換機分別與PLC邏輯控制器和計算機通過CAT5網絡電纜連接，構成負載模擬控制器局域網，顯示器通過VGA視頻電纜與計算機連接，用于顯示人機交互界面，轉速傳感器和扭矩傳感器的信號接入PLC邏輯控制器的輸入端，PLC邏輯控制器輸出端通過信號電纜與陪試發電機及變頻器連接。

3.如權利要求2所述的船用電力推進系統交流回饋加載裝置的負載模擬控制器控制方法，其特征在于，包括：

負載模擬控制器模擬電力推進系統在各類船舶上的負載工況，從而達到與實船工況、海況一致的試驗效果；在計算機的人機界面選擇設置船速工況和海況狀態，上位機根據選擇的工況和海況將船速和陪試發電機的功率轉換為變頻器的頻率指令和功率指令信號，通過網絡通訊將指令信號發送至PLC邏輯控制器；PLC邏輯控制器通過模擬量輸出通道將指令發送至推進電機的驅動變頻器和陪試發電機的控制裝置，從而調節推進電機的轉速和陪試發電機的功率；當轉速和功率達到設定值，則保持該狀態穩定運行，如未達到設定值，則繼續進行調節；當轉速和功率均達到設定值，并穩定運行，則將此時的功率、電壓、電流等性能參數進行存儲和分析；分析結果如是合格，則生成試驗報告，并結束負載模擬控制流程；如分析結果與理論值偏差較大，則找出原因，重新開始負載模擬控制流程。

4.如權利要求3所述的船用電力推進系統交流回饋加載裝置的負載模擬控制器控制方法，其特征在于，進行工況和海況的負載模擬，包括以下步驟：

1)由于船舶在不同的波浪海況下，不同大小的波浪導致的功率平均增量不同，因此不同波浪的海況下所需的推進功率是不同的，要模擬不同海況下的推進功率，需要根據船速、伴流等輸入條件計算出不同波浪下所需的推進功率；

首先，根據以下公式計算出不規則波浪中的推力和轉速平均增量：

δT_M為波浪中推力平均增量，δT(ω)_M為推力增量，ζ_A為波幅；

δn_M為波浪中轉速平均增量，δn(ω)_M為轉速增量；

不規則波浪中的總推力和總轉速可以表示為靜水中與波浪中的附加之和，計算公式如下：

T_M＝T_SW,M+δT_M,n_M＝n_SW,M+δn_M

T_M為總推力，T_SW,M為靜水中推力，n_M為總轉速，n_SW,M為靜水中轉速；

螺旋槳的推力系數、進速系數以及功率系數的計算公式如下：

K_T為推力系數，J為進速系數，K_P為功率系數，D為螺旋槳直徑，ω為波浪圓周率，V為船速，Q為扭矩；

通過推力系數便可得到功率系數，由功率系數可得波浪中所需推進功率P_s的計算公式如下：

2)假設在理想海況下，船舶航行的速度與推進器的轉速有關，相對電力推進來說，一般推進器的轉速即為推進電機的轉速，因此模擬不同船速的工況，就需要計算出船速和推進電機轉速的關系；首先，船舶在航行時的阻力和推力與船速關系如下：

R為阻力，V為船速，T為推力；

船速、螺旋槳進速、伴流之間關系如下：

η為推力系數，SHP為軸功率；

根據以上計算，得出螺旋槳推力的計算公式如下：

假定伴流份數在舵生效的船速范圍內都相同，螺旋槳的效率和扭矩是轉速的一個函數，如下：

N為轉速，K為常數，

通過轉換確定常數和冪指數，其計算的對數方程如下：

根據大量轉速和船速數據分析，通過計算機對以上公式進行回歸，得出計算推進電機轉速的近似公式如下：

根據推進電機轉速可計算出所要調節的電機頻率公式如下：

F為推進電力頻率，P為推進電機極對數。