船舶电力推进

Siemens V/F 矢量控制技术：SSP ABB DTC 直接转矩控制技术：AZIPOD
第二讲：船舶电力推进系统类型
2、交流推进
① 交流异步电动机+可调螺距螺旋桨模式
交流异步电动机 +可调螺距螺旋桨模式，也称为 DOL(Direct on line) 模式，多采用鼠笼式感应恒速电机驱动变距桨实现，船 速的控制靠改变螺旋桨的螺距。为了增加可操纵性，也可用极数 转换开关实现电机速度控制。
第二讲：船舶电力推进系统类型
船舶电力推进装置选择：价格、功率范围、推进效率、起动电流、起动转 矩、动态响应、转矩波动、功率因数、功率损耗、谐波等指标。
重点和关键技术：调速 实现能量转换和电气传动
Siemens V/F 矢量控制技术：SSP ABB DTC 直接转矩控制技术：AZIPOD
第二讲：船舶电力推进系统类型
第二讲：船舶电力推进系统类型
2、交流推进
交流电力推进系统的应用，已经成为船舶电力推进发展的主流。交 流电动机具有输出功率大、极限转速高、结构简单、成本低、体积小、 运行可靠等优点。船舶交流电力推进占主导地位，交流电机包括交流异 步电机、交流同步电机、永磁同步电机等。 PWM 变频驱动：功率因数 高、转矩控制平滑。只有潜艇，仍是直流推进占主导地位。
可控硅整流器+直流电动机系统，采用全桥式晶体管整流器为一个电 枢电流可控的直流马达供电。
第二讲：船舶电力推进系统类型
1、直流推进 可控硅整流器 +直流电动机
?控制晶闸管导通角：改变触发电路输出脉冲的相位，从而改变直 流电机的电枢电压，再由此改变电枢电流，实现电机速度的平滑 调节.
?可控整流电路调节励磁电流，使电动机能够在转速一转矩坐标的 任一象限运行。
第二讲：船舶电力推进系统类型
2、交流推进
② 电流型变频器+交流同步电动机 (CSI+Synchronous motor)
(1) 电流型变频器CSI(Current Source Inverter) ? 由整流器、滤波器、逆变器等三部分组成。 ? 工作原理是整流电路将电网来的交流电转换成直流电；再经三相桥 式逆变电路转变为频率可调的交流电，供给推进电动机。 ? 电流型变频器的直流中间环节，采用大电感滤波，直流电流波形平 直，对电动机来讲，基本上是一个电流源。 ? 改变整流电路的触发角，就改变了中间直流环节的电压，相当于直 流电动机的调压调速； ? 改变逆变电路触发脉冲的顺序，即可改变推进电动机的转矩方向， 控制推进电动机转向，从而使控制电路大大简化。
第二讲：船舶电力推进系统类型
1、直流推进 可控硅整流器 +直流电动机
缺点： ? 转矩控制不够精确，若要得到精确平滑的转矩控制，必须提高电枢感 应系数，但会引起系统动态性能减弱，功率因数偏低，增加系统损耗； ? 直流电机驱动需要的换向器，是一个易发生故障的部件； ? 会对船舶电网产生较大的谐波污染，因为采用了大功率电力电子器件； ? 直流电动机固有的结构复杂、成本高、体积大、维护困难、效率低等 缺点，阻碍了它在船舶电力推进领域的广泛应用。 ? 目前，船舶推进所应用的直流推进电机的容量，在2～3MW 之间。
可控整流电路最基本的变量是控制角α (从晶闸管承受正向电压 起到加触发脉冲使其导通的瞬间，这段时间对应的电角度)。α与各 电压、电流之间的关系决定了可控整流的基本特性。功率因数与转 速成正比，在0～0.96之间。
第二讲：船舶电力推进系统类型
1、直流推进 可控硅整流器 +直流电动机
优点： ? 控制角α的控制范围，理论上是0～180 °；实际上一般在15～150 °， 是考虑到电网的压降，确保电机可控，控制角α确保留有换流边界； ? 起动电流及起动转矩接近于零； ? 动态响应一般小于100毫秒。
第二讲：船舶电力推进系统类型
1、直流推进 可控硅整流器 +直流电动机
1950 年代末，大功率可控静态电力变流元件研制成功，可控硅整 流装置出现，直流电力推进系统演变成可控整流器加直流电动机模式。 晶闸管的问世加速了这种推进技术的发展，拓展了其应用领域。至今， 该种推进形式仍不失为一种高效、经济的推进方案。
船舶电力推进与动力定位
第二讲 船舶电力推进系统类型及方式 主讲： 郭燚
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第二讲：船舶电力推进系统类型
1. 直流推进: 可控硅整流器+直流电动机 2. 交流推进
① 变距桨+交流异步电动机 ② 电流型变频器+交流同步电动机 ③ 交一交变频器+交流同步电动机 ④ 电压型变频器+交流异步电动机
永磁电机推进： 交流方波驱动的永磁无刷直流电动机 交流正弦波驱动的永磁同步电动机
第二讲：船舶电力推进系统类型
2、交流推进
① 交流异步电动机+可调螺距螺旋桨模式
为了防止起动时电流和扭矩过大等不利影响，以及满足规范 对船舶电站压降的要求，这种电力推进方式启动时必须采用船舶 电站规定启动大电机需要的最小台数运行机组，以及电机采用 Y 一△启动、软启动器启动等方式。
这种推进方式只适合于中、小功率船舶，或 1000kW 以下的侧 推装置，因为微软起动器目前还只有中、小功率的低压产品。
优点 ?几乎没有影响电网的谐波，因为没有采用大功率电力电子器件； ?电动机转矩稳定没有脉动； ?在设计点运行时效率很高。
第二讲：船舶电力推进系统类型
2、交流推进
① 交流异步电动机+可调螺距螺旋桨模式
缺点 ? 交流异步感应电机起动瞬间电流较大，通常是正常电流的5～7倍，系 统电网压降大； ? 起动瞬间机械轴承受的转矩大，约为额定转矩的2～3倍； ? 极低航速，螺距近似为0时，仍要消耗额定功率的15％，电流约为正 常值的45～55％； ? 功率因数低，满负荷时也只能达到0.85； ? 功率及转矩的动态响应慢，一般3～5秒才能完成，因为采用液压机 构完成螺距的变换； ? 反转慢，制动距离长； ? 变距桨的液压控制系统十分复杂，并工作在水下，故障维修时需进坞； ? 变距桨结构复杂，可靠性差，价格贵。
1、直流推进 可控硅整流器 +直流电动机
1970 年代以前，船舶电力推进系统中，直流电动机占据主导地位。 1940和1950年代，推进系统采用原动机一直流发电机一直流电动机形 式，通过调节发电机励磁电流的大小和方向，调节电动机转速及转向， 直流电机转速调整范围宽广和平滑，过载起动和制动转矩大，逆转运 行特性好；调速简单、性能好；结构复杂、维护困难。D.C.M 存在功 率极限和转速极限。