一、技術名稱：船舶軸帶無刷雙饋交流發電系統技術
二、技術所屬領域及適用范圍：交通行業 內河與沿海船舶以及所有采用固定槳的海洋船舶
三、與該技術相關的能耗及碳排放現狀
目前，船舶主要靠輔機柴油機組進行發電。輔機消耗柴油，而負責船舶推進的主機往往有冗余能量，如果主機不在滿負荷下運行，則部分有功功率將被白白浪費掉。應用該技術可實現節能量6萬tce/a，CO2減排約16萬t/a。
四、技術內容
1.技術原理
采用自主創新的無刷雙饋電機和控制技術充分利用船舶主機的出力，在船舶主機帶動固定螺旋槳推進船舶航行的同時，拖動軸帶發電機發電，從而實現船舶正常航行時不使用輔機柴油發電機組發電，達到節省燃油的效果。該系統針對固定螺距槳推進船舶航行中主機轉速不斷變化的工況，通過雙饋變頻控制技術獲得并提供穩壓穩頻的電力保障。
2.關鍵技術
（1）新型無刷雙饋電機轉子結構形式，采用”變極”法將電機轉子不同變極比換相繞組的出線端作異極反相序聯接，從而產生不同的反向磁場，并分別與定子兩套繞組耦合。采用”齒諧波”法，根據交流電機繞組理論，利用電機定子繞組的齒諧波磁動勢繞組系數與基波磁動勢繞組系數相同，低次齒諧波磁動勢與基波磁動勢旋轉方向相反的原理，在滿足轉子繞組對稱性的條件下，選擇適宜的定子槽數和槽型，從而達到轉子導體利用率高、諧波含量低、電機效率高的目的。由此可以靈活實現針對不同實際工況需求的無刷雙饋電機設計方案。
（2）采用矢量控制技術，對兩個空間旋轉磁場進行定向控制，即對無刷雙饋電機的功率繞組和變頻繞組兩個定子繞組的兩個空間旋轉磁場分別進行解耦控制，并通過兩個空間旋轉磁場的相互作用，將多個坐標系下的矢量信號歸于一個坐標系下，通過對變頻繞組的控制，即可分別實現對功率繞組和變頻繞組兩個定子繞組的頻率、電壓和電流控制。
（3）采用多頻率疊加變頻控制技術實現轉速變化時穩壓穩頻。由于無刷雙饋電機的特性決定了變頻繞組中存在基波、次基波、諧波等多個不同頻率的信號，采用多頻率疊加變頻控制技術，是對聯接變頻繞組的變頻驅動器同時輸出除基波以外的次基波、諧波等多個頻率疊加的變頻電源，實現轉速變化時穩壓穩頻。
3.工藝流程
軸帶無刷雙饋交流發電系統開發流程及原理見圖1、圖2。
圖1 軸帶無刷雙饋交流發電系統開發流程圖
圖2 軸帶無刷雙饋發電系統原理及架構圖
五、主要技術指標
1.在船舶主機轉速范圍內或由此調整速比的范圍內，發電機輸出50/60(±1.5%)Hz恒定頻率；
2.在船速范圍內能夠根據不同轉速變頻調整輸出電壓，從而改變控制繞組的勵磁電流并實現恒壓控制，使功率繞組輸出穩壓給定值400/450(±2%)V；
3.當船舶轉速急加速和急減速時，允許電壓瞬時波動±5%，且能在3-5s內恢復穩定，靜差值±2%。勵磁系統必須具備良好的動態特性和穩態特性；
4.在全轉速范圍內對發電機自然同步點處對50%發電容量的用電負荷進行突加突減，1-3s調節至穩頻穩壓；
5.能量回饋控制：母線直流電壓達DC830V-900V，220%額定電流過流保護。
六、技術鑒定、獲獎情況及應用現狀
該技術于2012年2月通過湖北省科技廳組織的科技成果鑒定。目前，該技術已在重慶長江輪船公司325TEU型集裝箱船上應用，運行穩定，使用情況良好。
七、典型應用案例
典型用戶：重慶長江輪船公司
典型案例1
技術提供單位：中國外運長航集團有限公司
建設規模：325箱內河新型集裝箱船安裝應用64kW軸帶發電機。主要技改內容：在新建325箱船右主機進行軸帶無刷雙饋發電系統的安裝，主要設備包括船舶無刷雙饋軸帶發電系統和高彈聯軸器。節能技改投資額35.5萬元，建設期1年。每年可節能約7tce，年節能經濟效益為9.7萬元，投資回收期約4年。
典型案例2
技術提供單位：中國外運長航集團有限公司
建設規模：5000DWT內河自航船。主要技改內容：在新建325箱船右主機進行軸帶無刷雙饋發電系統的安裝，主要設備包括船舶無刷雙饋軸帶發電系統和高彈聯軸器。節能技改投資額32.1萬元，建設期1年。每年可節能6.4 tce，年節能經濟效益8.3萬元，投資回收期約4年。
八、推廣前景及節能減排潛力
根據相關數據分析，目前，除遠洋變距槳船舶以外，我國和國際內河以及沿海固定槳船舶至今還沒有應用軸帶發電實現節能減排、增收節支的案例。因此，船舶營運商、船舶設計企業和船舶設備及建造企業等將成為該技術推廣應用的主要對象。預計未來5年，該技術可在船舶相關領域可推廣至2%，可形成的年節能能力約為12萬tce，年減排能力32萬tCO2。
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