10十节船舶轴带发电机系统
船舶发电机原理
船舶发电机原理
船舶发电机是船舶上用于发电的设备，其工作原理是通过燃油或柴油的燃烧产生热能，然后转化为机械能，最终转化为电能。
具体来说，船舶发电机的工作原理如下：
1.增压和燃油喷射：船舶发电机使用增压装置将进气压力提高，使空气能够充分进入燃烧室。
同时，通过燃油喷射装置喷入适量的燃油，以满足燃烧需要。
2.燃烧：燃油与空气在燃烧室内混合燃烧，产生高温高压的燃
烧气体。
燃油的选择通常取决于船舶的需求，柴油是常用的燃油之一。
3.缸内循环：燃烧气体通过缸内循环系统，即活塞上行时，将
气体排出；活塞下行时，将新的燃烧气体吸入。
这种循环可以使燃烧室内保持持续的气流。
4.活塞运动：燃烧气体的高温高压作用下，推动活塞上下运动。
活塞与曲轴相连，活塞上下运动时，连杆传递动力给曲轴。
5.曲轴转动：通过连杆的作用，活塞的上下运动将机械能传递
给曲轴。
曲轴的旋转运动使整个机械系统能够正常工作。
6.发电：曲轴的旋转带动电动机或发电机，产生电能。
电能可
用于供船舶内的各种电气设备使用，如船舶照明、导航设备、通信设备等。
需要注意的是，船舶发电机的工作原理类似于一台内燃机，但它的设计和运行特点更适用于船舶环境。
为确保船舶发电机的正常运行，需定期检查维护设备，确保燃料供应和排气系统畅通，并保持发电机的冷却系统效果。
船舶轴带发电机
船舶轴带发电机一、主要类型●频率变动型●频率稳定型●复合型l:轴带发电机；2 :晶闸管整流器；3 :电抗器；4 :晶闸管道变器；5 :短路电抗器；6 :同步调相机；7 :励磁变换器；8 :控制装置；9 :励磁变压器；10 :负载●关键问题：根据主机的运行条件，对主机转速的变化进行补偿，以获得恒频、恒压的电力转速补偿方式：无频率补偿型：发电机的频率随主机转速而变化频率补偿型：采用机械或电气的控制手段保持船舶电网的频率变距桨和轴带发电机工作原理:发电机与主机转轴靠机械传动装置（减速齿轮箱）联在一起缺点：①输出电源频率受主机负荷变化的影响；②可以和其他发电机并联运行，但时间不宜过长；③输出功率的大小受主机允许输出功率的限制；三、定距浆船舶的轴带发电机船舶电气安全管理一、船舶照明系统的维护保养1. 照明系统的维护周期和要求★测量线路的绝缘电阻检查灯头接线是否老化和开断检查室外灯具水密性能与锈蚀开航前，应检查航行灯、信号灯的供电电源、灯具及故障报警装置探照灯、运河灯在使用前应检查其电源、开关、连接电缆和灯具的水密性能及绝缘电阻情况2. 照明系统维护保养注意事项★尽量避免带电更换灯泡，更换的灯泡应与电源电压一致，功率不能超过灯具允许的容量。
在检修某些特殊部位，例如辅锅炉内部、柴油机曲轴箱、压载舱、储水柜等地方需用临时照明时，必须使用带有安全网罩的36 V以下的低压灯。
装卸易燃危险货物时，不可使用携带式货舱灯。
应急照明灯具应涂以红漆标记，以示区别。
经常检查灯泡是否良好，损坏的应及时更换.。
甲板、船桥等露天投光灯具，开灯前应先脱去帆布，用完要及时将帆布罩妥。
室外水密插座，通电前先检查插头螺母是否旋紧，取出插头前检查电源是否切断，用毕后应旋紧防水盖。
需要张挂彩灯时，要考虑到供电线路和开关的载流量、各相电流分配是否平衡，并要配备好保护装置。
油船严禁张挂彩灯二、船舶电气火灾的预防★1.电气设备起火原因电气设备的绝缘下降或损坏，电气线路发生短路、接地等故障引起的火花；电气设备长期过载、超负荷工作，温升超过允许值，甚至燃烧；继电器、接触器通断‘情况不良，灭弧不好；直流电机换向不好，换向火花过大；导体或电缆连接点松动，接触不好，引起局部发热甚至燃烧。
船舶轴带发电机系统的应用及经济性分析
内燃机与配件0引言在经济全球化的背景下，航运市场的竞争日渐激励，由于不断提高国际油价，导致价格产生剧烈变动，增加航运的生产成本与运营成本，经过相关人员的研究后，提出船舶节能技术，具有良好的经济性，可以减少能源消耗，受到航运人员的充分重视。
在20世纪80年代，轴带发电机获得初步应用，可以为船舶提供源源不断地能量，其主要利用轴上冗余功率，优化推进装置，从而实现节能的目的。
1船舶轴带发电机系统的特点与应用技术方案1.1轴带发电机系统特点在现代科技化社会，人民日渐增强节能意识与环保意识，更加注重轴带发电机的运用，为航运减少能源消耗与经营成本。
在功率输出轴上连接着轴带发电机，在发电过程中，主要利用主机功率余量，发电机可以转化主机的冗余功率，使其向发电机的机械能转变，将会降低15-20%的电能消耗，确保船舶主机处于最佳状态，可以长期运行，对增强经济性具有重要意义[1]。
发电机装置从频率稳定型的角度分类，可以分为交流式和直流式等旋转变流机、晶闸管逆变器式和静止式等感应恒频式、油压驱动式和涡轮连轴节式等定速类等。
轴带发电机可以节省燃料费用，具有较高的经济性，其主要采用GCR 系统，主机转速与电源频率成正比关系，在恒定转速下，可以同时使用发电机与CPP ，若是想要改变工况航行时，在确保螺旋桨转速恒定的情况下，可以对螺距进行适当调整，确保供电频率与发电机转速不变。
轴带发动机具有众多优势，主要包括以下几点：第一，可以提高燃料效率，节省燃料费用。
第二，可以为机组的稳定运行提供保障，减少维修费用与维修工作量。
第三，使用轴带发动机可以代替柴油机组，有利于减少油耗。
第四，可以缩短机组工作时间，减少辅机的使用，进而节省一定的机舱空间。
第五，不但可以减少机舱热源，而且可以降低产生的噪音，使机舱的工作环境获得改善[2]。
1.2轴带发电机应用技术方案目前采用的轴带发电机主要分为两种类型，一种是变距桨船舶，其主要利用变距桨进行调整，根据实际情况，合理控制转向和主机转速，使其保持在恒定的范围内。
船舶电机与电力拖动系统
交流伺服电动机的接线图和相量图
(a）接线图
1
(b) 相量图
控制电压 与电源电压 频率相同，相位相同或反相。
放 大 器
检 测 元 件
控制信号
+
–
+
–
控制绕组
交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机有相似之处。
对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、 重量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。
伺服电动机可分为两类：
伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，驱动控制对象。
交流伺服电动机 直流伺服电动机
4.1 伺服电动机
伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控 制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。
6
当 U1恒定不变时， U2与n 成正比，这样，
发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压
信号，输出给控制系统。
速发电机的输出电压 U2与n 间存在着一定的非
由于铁心线圈电感的非线性影响，交流测
线性误差，使用时要注意加以修正。
01
02
03
04
05
06
综合上述分析可知：
直流测速发电机
直流测速发电机分永磁式和他励式两种。 两种电机的电枢相同，工作时电枢接负载电阻 RL。但永磁式的定子使用永久磁铁产生磁场， 因而没有励磁线圈；他励式的结构与直流伺服 电机相同，工作时励磁绕组加直流电压U1励磁。
2
测速发电机分为交流和直流两种类型。交流测速发电机又分为同步式和异步式两 种，这里只分析异步式交流测速发电机的工作 原理。
4.2 测速发电机
第10节船舶轴带发电机
2）频率补偿型S／C系统 这种系统中，采用机械或电气的控制手段使船舶电网 的频率保持轴带发电机装置组成的(CPP+S／c)属于这种 系统。
轮机学院电气及自动化教研室
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船舶电气设备及系统
2018/10/27
3）变距桨和轴带发电机装置组成(CPP+S／G) 该系统中，主机和轴带发电机之间装有减速齿轮装置。 船速取决于变距桨的螺距大小，主机转速及轴带发电机 的频率大致恒定。在CPP+S／G系统中，只在切换发电机 时，才可以和其它发电机并联运行，因为长时间并联运 行是非常困难的。 4）变距桨船舶轴带发电机装置的工作原理 由于变距桨船舶采用的主机都为定速定向型，在正 常航行时主机的转速维持在一个速度上(额定转速)，而 且主机的转向是一定的，不需要换向，航速是靠调节桨 叶的角度实现的，所以这类船舶大都采用轴带发电机不 需加恒频装置。轴带发电机与主机轴之间是靠机械传动 装置(减速齿轮箱)联在一个系统中，因此整个系统的组 成比较简单，其工作原理与系泊(辅助)发电机的工作原 理大致相同。
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轴带发电机系统也存在一些缺点： • 船舶在港作业时，不能用轴带发电机供电，仍需要辅助 柴油发动机组供电。 • 对于交流电制的船舶，若非恒定转速的主机，则必须采 取特殊措施，保证电网的频率的恒定，故使整个系统变得 较为复杂。 • 一次投资(即造船成本)较大，虽然可以从营运成本降低的 好处中得到补偿，但是这个补偿是和轴带发电机的功率有 关(功率越大越好)，还与时间的利用率(即船舶在一年中航 行的时间)有关。
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科技成果——船舶轴带无刷双馈交流发电系统技术
科技成果——船舶轴带无刷双馈交流发电系统技术适用范围交通行业，内河与沿海船舶以及所有采用固定桨的海洋船舶行业现状目前船舶主要靠辅机柴油机组进行发电。
辅机消耗柴油，而负责船舶推进的主机往往有冗余能量，如果主机不在满负荷下运行，则部分有功功率将被白白浪费掉。
应用该技术可实现节能量6万tce/a，减排约16万tCO2/a。
成果简介1、技术原理采用自主创新的无刷双馈电机和控制技术充分利用船舶主机的出力，在船舶主机带动固定螺旋桨推进船舶航行的同时，拖动轴带发电机发电，从而实现船舶正常航行时不使用辅机柴油发电机组发电，达到节省燃油的效果。
该系统针对固定螺距桨推进船舶航行中主机转速不断变化的工况，通过双馈变频控制技术获得并提供稳压稳频的电力保障。
2、关键技术（1）新型无刷双馈电机转子结构形式，采用“变极”法将电机转子不同变极比换相绕组的出线端作异极反相序联接，从而产生不同的反向磁场，并分别与定子两套绕组耦合。
采用“齿谐波”法，根据交流电机绕组理论，利用电机定子绕组的齿谐波磁动势绕组系数与基波磁动势绕组系数相同，低次齿谐波磁动势与基波磁动势旋转方向相反的原理，在满足转子绕组对称性的条件下，选择适宜的定子槽数和槽型，从而达到转子导体利用率高、谐波含量低、电机效率高的目的。
由此可以灵活实现针对不同实际工况需求的无刷双馈电机设计方案。
轴带无刷双馈发电系统原理及架构图（2）采用矢量控制技术，对两个空间旋转磁场进行定向控制，即对无刷双馈电机的功率绕组和变频绕组两个定子绕组的两个空间旋转磁场分别进行解耦控制，并通过两个空间旋转磁场的相互作用，将多个坐标系下的矢量信号归于一个坐标系下，通过对变频绕组的控制，即可分别实现对功率绕组和变频绕组两个定子绕组的频率、电压和电流控制。
（3）采用多频率叠加变频控制技术实现转速变化时稳压稳频。
由于无刷双馈电机的特性决定了变频绕组中存在基波、次基波、谐波等多个不同频率的信号，采用多频率叠加变频控制技术，是对联接变频绕组的变频驱动器同时输出除基波以外的次基波、谐波等多个频率叠加的变频电源，实现转速变化时稳压稳频。
船用发电机工作原理
船用发电机工作原理
船用发电机是一种电力设备，它通过将机械能转换为电能，供应给船舶上的设备使用。
船用发电机的工作原理如下：
1. 动力输入：船用发电机通常由柴油发动机提供动力输入。
发动机的燃烧过程转化为机械能，通过连轴器将动力传递给发电机。
2. 电磁感应：发电机主要依靠电磁感应原理来生成电能。
发电机内部有一个旋转的转子，由稳压器控制，与旋转子呈一定的相对速度。
当旋转子通过磁场时，会在导线上产生电动势。
3. 发电过程：转子内部的励磁线圈会通过电流产生磁场，这个磁场与转子上的永磁体产生相互作用，导致转子产生旋转。
旋转的转子通过导线产生的电流会被输出，在外部形成一定电压。
输出电流经过变压器和稳压控制后，可以被船上的设备使用。
4. 控制系统：船用发电机配备了一套控制系统来确保发电机的稳定工作。
这包括电压、频率和负载的监测与调节，以及故障保护等功能。
控制系统能够自动调节发动机转速来满足负载需求。
船用发电机通过将机械能转化为电能，为船舶上的各种设备提供所需的电力供应。
它在船舶工业、海洋工程和海上交通中扮演着重要的角色。
船用轴带发电机工作原理
船用轴带发电机工作原理
船用轴带发电机利用船舶上的旋转部件（如螺旋桨轴）的动能转换为电能。
它主要由转子、定子、轴带和电磁铁组成。
工作原理如下：
1. 转子：船用轴带发电机的转子通常由永磁体构成，永磁体具有固有的磁性，可以产生磁场。
2. 定子：定子是由线圈组成的电磁场部分，它固定在发电机内部。
当转子旋转时，会通过磁力感应作用引起定子上的电流。
3. 轴带：轴带是连接转子和螺旋桨轴的部件，通过与螺旋桨轴的旋转实现动能转换。
当螺旋桨轴旋转时，轴带同步旋转。
4. 电磁铁：电磁铁是用于控制和调节发电机的电流输出的装置。
通过改变电磁铁上的电流，可以调节发电机的输出电压。
当船舶运行时，螺旋桨轴转动，轴带会随之旋转。
同时，转子中的永磁体会产生磁场，磁场的变化会在定子上引发电流。
这个电流经过电磁铁的调节，最终输出为稳定的电能。
船用轴带发电机的优点是利用了船舶运行时产生的机械能，无需额外的燃料消耗。
它可以为船舶提供电力供应，满足船上各种设备和系统的用电需求。
同时，它还可以将电能存储在电池中，以备不时之需。
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有 功 功 率
无 功 功 率 变压器 整流
2．具有自动调压器（AVR） 的调相机6 （也称同步补偿机 SC）为无功通道。同步补偿 机提供无功功率。
3．控制器8 （频率和逆变角） 调节和控制系统频率和有功 功率。
三、轴带发电机系统基本工作原理与运行操作 1、工作原理：有功通道提供有功功率。 无功通道提供无功功率。 频率调节：改变轴带发电机的励磁电流实现系统频率 的调节。 有功功率的调节：由频率控制器根据频率的变化增加 发电机的励磁电流，使逆变器输出的有功功率增加 来达到与电网负载的有功功率的平衡。（不是直接 调主机油门）。 无功功率的调节：由自动调压器AVR改变励磁电流以 保持电压的恒定和无功功率的平衡。（与同步发电 机调节无功功率的原理同）
• 3．按下异步电动机的起动按纽（或自动控制起动）， 带动调相机（同步补偿机）起动，并建立电压； • 4．检查调相机建立正常电压后，接通轴带发电机的励 磁电路，发电机起压空载运行； • 5．给整流器、逆变器触发脉冲，逆变器开始向调相机 输出功率，异步电动机断电； • 6．轴带发电机系统已经具备供电能力，起动成功。
2、定螺距桨的主机轴带发电机（多用）
系统特点： 主机转速和转向是可变的。—— 只有在船舶定 速航行时才是不变的。因此，要求船舶定速航行时 才能让轴带发电机并网投入工作。 同时，由于风浪等对转速可造成影响，因此， 必须通过转速补偿装置使发电机电压和频率稳定。 措施： 1.转速补偿； 方法：1.变流机组稳定供电频率；2.行星齿轮传动系 统；3.轴带异步发电机；4.电磁滑差离合器恒速系统。
3、轴带发电机的功率输出特性P187图7－34
主机转速在75%～100% 额定转速内可输出额 定功率，在40%～ 75%内输出功率将随 转速的下降而成正比 的下降，当转速低于 额定转速的40%时发 电机所产生的电压已 无法维持逆变器的工 作，轴带发电机系统 停止工作。
停车
线性 下降 输出 区域
额 定 输 出 区 域
轴带发电机的功率输出特性
4、晶闸管轴带发电机系统
组成： 1．轴带发电机1 （SG）、晶闸管整 流器2、直流平滑滤 波电抗器3、晶闸管 逆变器4和交流电抗 器5构成主回路有功 通道。变压器11和 晶闸管整流器7是轴 带发电机励磁电流调 节电路。轴带发电机 （三相逆变器）提供 有功功率。
交 流 电 抗 器
2、轴带发电机的运行操作 当船舶需要转入机动工况（如进港等）时，因主 机将进行减速、倒车、停车等操纵，轴带发电机应 停止工作。（主要步骤：1→2→3） 1．起动柴油辅助发电机组，并切除次要负载； 2．完成辅助发电机的手动或自动并车及转移负荷， 之后才能操作主机减速或倒车； 3．当主机转速降低到额定转速的40%以下时，轴 带发电机励磁终止，主开关跳闸，逆变器停止触发， 轴带发电机终止发电。 阅读P179-P183 习题：1648－1669
2、轴带发电机的运行操作 • 当船舶离港进入正常航行工况（如公海）后， 主机转速达到要求时，可投入轴带发电机系统。 • 起动：轴带发电机自动起动程序：
• 1．接通控制系统的电源； • 2．检查起动条件，当系统无故障报警和车钟在大于最 小转速（＞75%额定转速 ）位时，允许起动调相机 （发出允许起动信号）；
同步补偿机为一工作在过励磁状态(如同带了容性负 载)下空载运行的同步发电机。当负载功率因数低时， 适当增加补偿机的励磁，输出较多的无功功率，满 足负载无功功率的需要。当功率因数升高时，减少 励磁，而维持电网电压的恒定－即同步补偿机带有 自动电压调整器（AVR）。 即：调相机（同步补偿机）具有：输出无功功率，维 持系统的电压、频率等作用。 工作过程：起动时由原动机（异步电动机）带动，投 入电网后再通过离合器将其与原动机脱离。
§3.10 船舶轴带发电机系统
• 教学要求： 熟悉轴带发电机系统类型、组成原理和 系统框图，能说明轴带发电机起动程序、 停机条件，与柴油发电机的转换、以及运 行操作中的注意事项。
一、主机轴带发电机的特点
组成：主机直接（或通过变速机构）带动轴带发电机 SC发电。可充分利用主机的“储备余量”（一般主机额定 功率+余量=主机可长期运行功率）。 1、优点： ①经济高效； ②改善 环境； ③减少对副机 柴油机的维修。 2、缺点： ①只能定 速航行时工作；②控 制较复杂； ③初投资 大，需配置辅助发电 机组。
二、船舶轴带发电机主要类型
1.直流轴带机； 直流轴带机电压稳定，转速的影响相对较小。 但由于直流电机维护工作量大，目前在船上的应用 非常有限。因此，直流轴带发电机较少用。若将直 流电逆变成交流电，则逆变麻烦。 2.交流轴带机 交流轴带机因主机转速的变化既影响电压，还 影响电网频率，为保证电压、频率稳定，须针对不 同主机及螺旋桨类型采取不同的措施，其控制较复 杂。—— 有可变螺距螺旋桨的主机型式；定螺距 螺旋桨的主机型式2种。
①变螺距螺旋桨船舶的轴带发电机（少用） 系统特点：主轴转速与转向恒定不变。则轴带发电机 的频率为一恒定值。 Pn 问题 ：
f
60
1. 主机的转速比较低(150r/min) 措施：①主机与轴发间设增速齿轮；例：齿轮 比为1：10、f=50Hz、n=150r/min、则P=2； ②增加P。（一般轴发和备用柴发P相同） 2.风浪对转速的波动有影响； 措施：设自动负荷控制装置，作为主机调速器的辅助 调节装置。
பைடு நூலகம்
2.频率补偿。
方法：采用整流 — 逆变装置作为中间环节的 系统。 非恒定频率交流电经 整流后，供给晶闸管三相 逆变器变换为恒定频率三 相交流电，三相逆变器提 供有功功率，而无功功率 可专设同步补偿机。 由同步补偿机来提供。 通常采用辅助发电机替 同步补偿机励磁电流 代，通过柴油机拖入同 根据负载变化进行控制， 步后，用离合器脱开。 具有自动电压调整器功能。