Generating Insights：船舶应用中轴带交流发电机的原理

应用概述

在船舶应用中，轴带电机（SEM）连接船舶推进发动机，并且通常需要发挥多种功能。它们作为交流发电机运行，为船舶提供主要电力供应，或作为电动机与推进发动机一起提供短期功率增升，或当发动机停止运行时，作为一种独立的推进方法。本文旨在概述不同的操作模式和各种控制方法。

图1 - 典型船舶推进系统布局
 

电源输出（PTO）

The SEM is operating as an alternator, driven from the main propulsion engine, providing the primary power supply for the vessel electrical systems.

图2 - 显示PTO模式的图示
 

功率输入（PTI）
Here, the SEM operates as a synchronous motor, providing a power boost, alongside the main engine to increase vessel speed, or allowing the main engine to reduce power, thereby lowering fuel consumption and wear.

图3 - 显示PTI模式的插图
 

应急电力推进（PTH）
与PTI一样，这里的SEM作为同步电机运行。然而，这种情况下它提供100%的船舶推进功率。这可能是因为主机发生故障或需要关键维护，或者这可能是正常的运行模式，例如主发动机需要日常维护或在船舶进港时已停止运行。在这种情况下，SEM需要具有自启动能力以从零速运行。

Normally, this mode is required few times during the lifespan of the SEM. Therefore, an alternator is adopted for use as a motor and so will not have the robust rotor design and excitation system needed to produce sufficient torque for starting from zero speed. Consequently, a method of soft-starting has to be applied to the SEM during start up and with AvK products, some modifications are also necessary.

图4 - 显示PTH模式的图示
 

软启动方法（仅限PTH模式）
有多种方法可以在PTH模式下启动SEM。下面解释五种众所周知的解决方案：

1辅助电机启动
The SEM shaft is connected and driven to speed by a small electric motor, which then disengages once synchronous speed is achieved.

图5 - 显示辅助电机启动方法的线图
 

2 自动变压器启动
Here, an auto-transformer reduces the voltage supplied to the SEM, thereby restricting the inrush current, whilst still ensuring that sufficient breakaway torque is available to turn the shaft.

SEM作为异步电机启动，因此需要对机器的励磁系统进行一些修改。

图6 - 显示自动变压器启动方式的线图
 

3 励磁控制启动（单螺旋桨）
在这里，通过使用辅助交流发电机AVR上的定子电流限制功能来限制浪涌电流。

同样，机器异步启动，因此需要对励磁系统进行一些修改。

图 7 - 显示单SEM励磁启动方式的线图
 

4 励磁控制启动（双螺旋桨）
This is similar to 3). However, here the vessel has twin propellers, twin engines and two SEM’s. The Stator Current limiting capability is present on each SEM, allowing one (operating in PTO mode) to start the second (operating in PTI/PTH mode).

使用两个相同的SEM，可以将PTO和PTI/PTH模式从一种模式切换到另一种模式。

图8 - 显示双SEM励磁启动方式的线图
 

5 VFD启动
在这种情况下，SEM是通过VFD控制的，该VFD使机器轴斜升，确保电流受到限制，但又能传递适量的扭矩。机器可以作为同步电机启动。该系统也可应用于双螺旋桨船。

图9 - 显示VFD启动方式的线图
 

康明斯发电机技术公司拥有适用于上述所有操作模式和控制方法的产品，不仅适用于轴电机，也适用于辅助交流发电机。

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