船舶电力推进系统
上海海事大学梁伟波摘编2010-08-12
关键字：船舶电力推进系统浏览量：310
船舶电力推进，有直流推进和交流推进两大类。
1970年代以前，主要采用直流电力推进系统，因为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；而交流电动机尽管具有输出功率大、极限转速高、结构简单、成本低、体积小、运行可靠等优点，但限于当时的技术限制，调速困难，应用较少。
随现代控制理论和数字控制、直接转矩控制、矢量控制等电力电子技术的发展，交流调速系统的性能已经可以与直流调速系统相媲美。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，呈现出蓬勃发展的态势。水面船只，交流电力推进占主导地位，所选用的交流电动机，交流异步电机、交流同步电机、永磁同步电机等并存。只有潜艇，仍是直流推进占主导地位。
世界著名的电气集团，如SIEMENS，ABB，以及ALSTOM等，都研制出船舶交流电力推进的成套装置，功率从几百千瓦到几十兆瓦，其中以吊舱式推进器最具代表性。例如ABB 公司的AZIPOD推进系统，功率已达40MW，性能可靠，传动效率高，节省空间，已成功地应用在油轮、破冰船、邮轮、化学品船、半潜船等多种船型，并在近期新造船舶市场获得良好评价。
目前，船舶采用的电力推进系统，型式多种多样，但归纳起来基本可分为以下五类：
·可控硅整流器+直流电动机
·变距桨+交流异步电动机
·电流型变频器+交流同步电动机
·交一交变频器+交流同步电动机
·电压型变频器+交流异步电动机
选择电力推进装置时，主要关注价格、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。
1 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。
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。
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。
这种推进方式的优点：
·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；
·扭矩波动平滑；
·动态响应一般小于100毫秒。
缺点是：
·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。
2 交流异步电动机+可调螺距螺旋桨
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。
这种推进方式的优点是：
·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。
但缺点也不少，例如：
·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。
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。
3 电流型变频器+交流同步电动机
电流型变频器+交流同步电机驱动方式(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；而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。
(2)SYNCHRO电力推进
交流电通过三相桥式全控整流电路以及平波电抗器，再经过逆变器转换后向交流同步电机供电，此种推进方式通常被称为SYNCHRO电力推进。
SYNCHRO变流装置的输出频率，受同步电机转子所处角度控制：
·每当电机转过一对磁极，变流装置的交流电输出相应地交变一个周期，保证变频器的输出频率和电机的转速始终保持同步，不会出现失步和振荡。
·系统功率因数根据电机速度，从额定速度时的0.9到低速的0之间变化。
SYNCHRO电力推进系统主要有6脉波、12脉波、24脉波等三种结构形式，谐波成分比较固定，消除比较容易。12脉波SYNCHRO电力推进系统，如果在电网侧并联有两组LC 无源滤波器，对11次、13次谐波进行补偿，则对电网产生影响的最低谐波分量就是23次谐波，此时的电网质量可以满足船级社的规定，故12脉波的SYNCHRO电力推进系统应用较多。
SYNCHRO电力推进系统的缺点是：
·低速运行时，电流型变频器将电流控制在零附近脉动，转矩输出也存在脉动，给轴系带来振动；
·时间常数较大(由于直流电同感性负载相连)，所以系统动态响应较差；
·电流型逆变电路中的直流输入电感数值很大才能够构成一个电流源，使直流回路电流恒定，所以电感重量、体积都很大，使得电流型逆变器使用受到一定限制。
而其优点是：
·起动电流接近等于零，起动转矩最高可达50％额定转矩；
·价格上有一定的优势；
·控制方便，操作灵活；
·能匹配特大功率电机，目前已达40～60MW。
10MW以上容量的电力推进装置，ALSTOM公司和STNATLAS公司倾向于选择SYNCHRO电力推进。
4 交一交变频器+交流同步电机
CYCLO变频器，英文为Cycloconverter，中文译作交一交变频器或循环变频器。该变频器广泛应用于大功率、低速范围内的交流调速，其调速上限不超过基频的40％。
交一交变频器+交流同步电机(Cyclo converter+Synchronous motor)驱动方式，采用CYCLO变频器，通过控制一个可控的桥式反并联晶闸管，选择交流电源的不同相位区间向交流同步电机提供交流电。
双绕组电动机，就是电动机定子装有2套同功率但空间相位差30°的绕组，分别由一套6脉波三相输出交一交变频装置供电。
变频装置输出的每一相都是一个两组晶闸管整流装置反并联的可逆线路：一组晶闸管整流电路提供正向输出电流，另一组提供反向输出电流。构成这种交一交变频装置的三相桥式电路，在一个输出周期中三相电流有六次过零，带来六次转矩波动，所以这种交一交变频装置被称为6脉波交-交变频装置，是最基本的类型，应用广泛。
与6脉波变频装置相比，12脉波变频装置具有系统响应速度快、谐波含量少、损耗降低、转矩脉动低等优点。其缺点是所需电子元件数量大，对于6脉冲电路需要36个晶闸管，而12脉冲电路需要72个晶闸管，因而增加了成本。
SIEMENS公司，针对双绕组同步电动机提供了12脉波交一交变频装置。
采用交一交变频推进的特点是：
·起动平稳，起动电流(转矩)可从零起逐渐加大；
·转矩脉动平滑；
·功率及转矩动态响应快，一般小于100毫秒；
·电力系统内谐波高低取决于电机速度；
·系统功率因数由电机电压决定，通常可达0.76；
·满负荷时效率高；
·变频器输出频率低，可以不需要齿轮减速直接驱动螺旋桨。
这种驱动方式，性价比高，应用比较广泛。
根据国外经验，交一交循环变流器主要用于速度极低、转矩极高的场合，典型的例子就是破冰船。
目前单个电力驱动系统的功率范围在2～30MW之间。针对特大功率低转速推进船舶，ABB和SIEMENS公司倾向于采用CYCLO电力推进方式。
5 电压型变频器+交流异步电动机
电压型变频器VSI(Voltage Source Inverter)，与电流型变频器CSI(Current Source Inverter)同属于交一直一交变频器，也由整流器、滤波器、逆变器三部分组成。工作原理也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。
电压型变频器的中问环节采用大电容，对电动机来讲，基本上是一个电压源。
随着电力电子器件的发展，电压型变频器发展成新型的脉宽调制型(PWM)，整流器用二极管组成，逆变器用IGBT(绝缘栅双极晶体管)组成。
IGBT是一种新发展起来的复合型电力电子器件，具有工作速度快，输入阻抗高，热稳定性好，载流能力强等特点。目前绝大多数产品为此类型，并有低压及中压规格。
IGBT的特点是：
·线路简单；
·功率因数高；
·谐波少；
·调速范围宽和响应快。
这种驱动方式采用二极管将交流电整流后，再通过PWM变频直流电斩波后向电机提供电压和频率均可调节的交流电。
采用二极管整流器，可保持电力系统能在任何电机速度的时候功率因数接近0.95。
相比CSI和CYCLO驱动，PWM驱动的系统谐波含量最少，用三芯变压器为变频器提供12半周的电源还可进一步减少谐波含量[6]。
PWM电压型变频器中，西门子采用IGBT器件进行矢量控制，ABB采用IGCT(集成门极换流晶闸管)器件进行直接转矩控制。从控制原理来说，两者都是用数字技术，通过计算机将电动机电流分解成转矩分量和磁通分量分别进行控制，以达到类似于直流电机的动态特性。
通过PWM型变频器控制后：
·系统电源输出的频率范围较宽；
·功率及转矩的动态响应快(小于10毫秒)；
·与高速鼠笼式感应式电机(900～1200r／min)匹配，在任何速度都能保持转矩平滑输出；
·若采用矢量控制器，在零速度的时候仍能保持转矩稳定输出；
·起动平稳，起动电流(转矩)可从零起逐渐加大；
·在任何负载状况下均有很高的功率因数(约为0.95)：
·低速时功率损耗小；
·推进效率高。
目前应用PWM驱动的单机功率可达8MW(3300V)，价格偏贵。
在中小功率范围，包括部分大功率的电压型变频器中，以规模及市场占有率来看，应以SIEMENS和ABB两家为主，而ALSTOM和STNATLASZEZE注重CSI及CYCLO变频器。
6 我国亟待加速研发电力推进系统
“国外已经开发了多种类型电力推进系统，并在多型船舶上应用。我国在此领域的研究刚刚起步。”上海海事大学教授汤天浩不久前表示，船舶电力推进系统作为大功率电力传动控制系统的重要应用领域之一，却由于其专业的特殊性未得到应有的关注和重视，致使国内在这方面的研究与国外先进水平的差距更加明显。他建议，我国应加速对相关技术的研究和开发应用，积极参与到这一领域的国际竞争中。
“由于我国在船舶电力推进系统的研究起步比较晚，对这领域的研究与发达国家相比还存在着较大的差距。目前我国虽已有采用电力推进装置的船舶，但主要的核心推进装置仍依赖于进口”中船重工711所副总工程师范建新表示，目前我国在包括电力推进系统在内的船舶发动机生产制造技术方面与国外相比还有很大差距。国外在这方面的发展经历了从传统的依赖人工技能、大量采用辅助工装、使用各类数控设备到计算机辅助制造，再到设计制作独有的专门工艺设备并结合实施产品设计／工艺设计／辅助制造一体化的过程，这是我国未来船舶发动机研发的方向。范建新建议，我国尽快提高船舶发动机制造技术的整体水平，加速进行制造领域的结构调整，使传统制造升级为先进制造。
专家表示，随着电力半导体技术、电机控制技术和微机控制技术的发展和成熟，电力推进日益显示出它的优越性，21世纪也将是船舶电力推进系统发展的黄金时代。随着我国经济的不断发展，我国在引进国外电力推进系统的同时，应该对其相关的技术进行吸收和消化，争取早日开发出自己的电力推进技术，以便在这一极具发展前景的领域占有一席之地。
参考文献
[1]我国亟待加速研发电力推进系
统.https://www.doczj.com/doc/855875436.html,/news/default_show.asp?id=22286
[2]船舶电力推进几种典型方式的比
较.https://www.doczj.com/doc/855875436.html,/news/detail.jsp?id=10789
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船舶电力推进系统优势多多 随着国际海事组织在船舶排放方面制定越来越严格的标准，加上石油资源逐渐耗尽，内燃机将逐步退出历史舞台，绿色环保的电力推进系统将成为未来船舶动力发展的方向。国外已经开发了多种类型电力推进系统，并在多型船舶上应用。我国在此领域的研究则刚刚起步，应加速对相关技术的研究和开发应用，积极参与到这一领域的国际竞争，在市场上占有一席之地。 “与传统的船舶动力系统相比，电力推进系统具有调速范围广、驱动力大、易于正反转、体积小、布局灵活、安装方便、便于维修、振动和噪音小等优点。电力推进作为船舶的新型推进动力，世界各国都在进行深入的研究”中国工程院院土、中国船舶轮机专家闻雪友表示，作为船舶主动力系统的电力推进系统，由于其高效率、高可靠性、高自动化以及低维护，正成为新世纪大型水面船舶青睐的主推进系统。目前，发达国家新造船舶的30％已采用电力推进系统。船舶电力推进新技术的研发及应用，将大大减轻船舶污染和海洋环境污染，充分体现了“绿色航运”和“绿色船舶”的环保节能理念，这将是今后船舶动力领域的一个发展方向。 “相对于传统的柴油机推进系统，电力推进系统可谓优势多多。”据上海海事大学教授汤天浩介绍，一是电力推进具有良好的经济性。在一艘船上多台中速柴油机用于发电，可根据用电负荷选择发电机运行台数，使机组始终运行于高效工作区，实现最大的经济性。与同功率的船舶相比，采用电力推进要比内燃机推进耗油减少10%左右，减少船体阻力5％-10％，提高运输效率15％，航速可提高0.5节。二是电力推进系统操纵性好。采用电力推进系统后，操纵控制方便，起动加速性好，制动快，正反车速度切换快，可推进电机转速易于调节，在正反转各种转速下都能提供恒定转矩，因此能得到最佳的工作特性，使船舶取得优良的操纵性。二是电力推进系统具有良好的安全性。对于柴油机推进的船舶来说，一旦主机重要部件或舵机、轴系出现故障往往导致瘫船。而电力推进则使用多台原动机，个别机组故障不致丧失动力。电力推进系统多采用两套以上互为备用，同步电动机定子有两组相互独立的绕组，一组出了故障仍可减载运行。四是电力推进系统节省空间。采用传统推进系统的船舶轴系长度往往占到船长的40％左右，采用电力推进系统的船舶省去了传动轴系、减速齿轮箱，改善了机舱布局结构，使动力装置安排更加合理，节省了大量空间。五是电力推进系统噪音低。采用电力推进后，主要振动源——发动机安装在弹性底座上，以恒定转速运行，与轴系和船体也无直接联结，大大减少了振动和噪声，工作区整洁，提高了乘船的舒适程度。六是采用电力推进系统有利于船舶控制环境污染，降低排放。对同一功率船舶而言，电力推进中的中速柴油机可以始终在最佳工作区工作，燃油燃烧质量好，燃烧产物中的氮氧化物含量少，减少了废气排放，使机舱内空气新鲜，环境质量得到改善。 专家表示，船舶采用电力推进系统后，有利于进行计算机网络管理，有助于实现系统的自动控制，全面提升船舶信息化、智能化、自动化水准。因此，船舶电力推进系统应用范围不断扩大，将成为未来绿色船舶前进的动力。
船舶电力推进系统优势 随着国际海事组织在船舶排放方面制定越来越严格的标准，加上石油资源逐渐耗尽，内燃机将逐步退出历史舞台，绿色环保的电力推进系统将成为未来船舶动力发展的方向。国外已经开发了多种类型电力推进系统，并在多型船舶上应用。我国在此领域的研究则刚刚起步，应加速对相关技术的研究和开发应用，积极参与到这一领域的国际竞争，在市场上占有一席之地。 “与传统的船舶动力系统相比，电力推进系统具有调速范围广、驱动力大、易于正反转、体积小、布局灵活、安装方便、便于维修、振动和噪音小等优点。电力推进作为船舶的新型推进动力，世界各国都在进行深入的研究” 中国工程院院土、中国船舶轮机专家闻雪友表示，作为船舶主动力系统的电力推进系统，由于其高效率、高可靠性、高自动化以及低维护，正成为新世纪大型水面船舶青睐的主推进系统。目前，发达国家新造船舶的30％已采用电力推进系统。船舶电力推进新技术的研发及应用，将大大减轻船舶污染和海洋环境污染，充分体现了“绿色航运”和“绿色船舶”的环保节能理念，这将是今后船舶动力领域的一个发展方向。 “相对于传统的柴油机推进系统，电力推进系统可谓优势多多。”据上海海事大学教授汤天浩介绍，一是电力推进具有良好的经济性。在一艘船上多台中速柴油机用于发电，可根据用电负荷选择发电机运行台数，使机组始终运行于高效工作区，实现最大的经济性。与同功率的船舶相比，采用电力推进要比内燃机推进耗油减少10%左右，减少船体阻力5％-10％，提高运输效率15％，航速可提高0.5节。二是电力推进系统操纵性好。采用电力推进系统后，操纵控制方便，起动加速性好，制动快，正反车速度切换快，可推进电机转速易于调节，在正反转各种转速下都能提供恒定转矩，因此能得到最佳的工作特性，使船舶取得优良的操纵性。二是电力推进系统具有良好的安全性。对于柴油机推进的船舶来说，一旦主机重要部件或舵机、轴系出现故障往往导致瘫船。而电力推进则使用多台原动机，个别机组故障不致丧失动力。电力推进系统多采用两套以上互为备用，同步电动机定子有两组相互独立的绕组，一组出了故障仍可减载运行。四是电力推进系统节省空间。采用传统推进系统的船舶轴系长度往往占到船长的40％左右，采用电力推进系统的船舶省去了传动轴系、减速齿轮箱，改善了机舱布局结构，使动力装置安排更加合理，节省了大量空间。五是电力推进系统噪音低。采用电力推进后，主要振动源——发动机安装在弹性底座上，以恒定转速运行，与轴系和船体也无直接联结，大大减少了振动和噪声，工作区整洁，提高了乘船的舒适程度。六是采用电力推进系统有利于船舶控制环境污染，降低排放。对同一功率船舶而言，电力推进中的中速柴油机可以始终在最佳工作区工作，燃油燃烧质量好，燃烧产物中的氮氧化物含量少，减少了废气排放，使机舱内空气新鲜，环境质量得到改善。
船舶电力推进几种典型方式的比较 内容提要：此文介绍目前市场上五种类型电力推进系统，并分析比较它们的工作原理和特点。 0 前言 船舶电力推进，有直流推进和交流推进两大类。 1970年代以前，主要采用直流电力推进系统，因为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；而交流电动机尽管具有输出功率大、极限转速高、结构简单、成本低、体积小、运行可靠等优点，但限于当时的技术限制，调速困难，应用较少。 随现代控制理论和数字控制、直接转矩控制、矢量控制等电力电子技术的发展，交流调速系统的性能已经可以与直流调速系统相媲美[1]。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，呈现出蓬勃发展的态势。水面船只，交流电力推进占主导地位，所选用的交流电动机，交流异步电机、交流同步电机、永磁同步电机等并存。只有潜艇，仍是直流推进占主导地位。 世界著名的电气集团，如SIEMENS，ABB，以及ALSTOM等，都研制出船舶交流电力推进的成套装置，功率从几百千瓦到几十兆瓦，其中以吊舱式推进器最具代表性。例如ABB 公司的AZIPOD推进系统，功率已达40MW，性能可靠，传动效率高，节省空间，已成功地应用在油轮、破冰船、邮轮、化学品船、半潜船等多种船型，并在近期新造船舶市场获得良好评价。 目前，船舶采用的电力推进系统，型式多种多样，但归纳起来基本可分为以下五类[2~4]： ?可控硅整流器+直流电动机 ?变距桨+交流异步电动机 ?电流型变频器+交流同步电动机 ?交一交变频器+交流同步电动机 ?电压型变频器+交流异步电动机 选择电力推进装置时，主要关注价格、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。本文从以上五类电力推进装置的工作原理出发，分析其工作特性，并比较关键指标。 1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
船舶综合电力系统
精品资料 浅析船舶综合电力系统 1.引言 船舶综合电力系统是船舶动力的发展方向，是造船技术发展史上的又一个革命性的跨越，其主要特点是将推进动力与电站动力合二为一。该项技术正在逐步成熟、完善。以美、英、法为代表的发达国家率先引入综合电力系统这一概念，并积极开展研究、试验和应用到船艇。 2.综合电力系统概述 综合电力系统的思想基础是降低未来船舶的总成本，优化船舶总体、系统和设备的组成。其设计理念是突出系统化、集成化和模块化。在船舶平台上的具体实现途径是将全船所需的能源以电力的形式集中提供，统一调度、分配和管理。 美国海军提出的综合电力系统主要包括发电、配电、电力变换、电力控制、平台负载、推进电机、能量储存等七个模块。其中，发电模块将其它形式的能量转化为电能，经全船环形电网向各区域配电系统供电；电力控制模块对配电模块实行电能分配和监控；配电模块将电力输送到电力负荷中心，再分配到各用电设备；电力变换模块将一种形式的配电模块转化为另一种形式的配电模块；推进电机模块用于船舶推进；平台负载模块是一个或多个配电模块的用户；能量储存模块用于储存电能，维持整个供电系统的稳定。 采用综合电力系统的船舶与传统船舶比较，具有的主要优势为： 便于采用分段和模块化建造，使用维护费用低，经济性好；噪音低，可提高船舶的安静性和舒适性，提高舰艇的战斗力和生命力；调速性能好，控制方便，倒车简便、迅速，提高船舶的机动性；布置灵活、设计方便、可靠性高，可维修性好、生命力强；便于实现自动化，减少船员；适用性强，可广泛采用各种电子设备和先进的推进技术，对于舰艇而言，可以使用诸如激光武器、电磁炮等高能武器。 3.综合电力系统的发展现状 近十来年，船舶的电力推进技术已进入应用阶段。目前，不同类型的船舶，如一些科考船、破冰船以及邮轮采用了电力推进系统。推进电机采用直流、交流同步电动机或交流感应电动机。研究报告显示，虽然商船的综合电力推进系统提高了船的建造费用，但其运行和支持费用，及其生命周期里的整个费用却降低了。上世纪九十年代，一些商船业公司，如ALSTOM、ABB、SIEMENS等，已形成了企业内部的商船业电力推进标准。有人统计，八十年代后期建造的1000吨以上的商船中采用柴－电推进的约占25％，到九十年代中期，此类船舶中有35％以上采用电力推进，且该比例正在呈逐年上升的趋势。据统计，到2000年，全世界商船电力推进的装机总容量约为4200MW。 美国海军于1980年建立了综合电力驱动计划，希望通过将船舶日用电力系统和推进电力系统合而为一，进一步提高战船的性能。1990年后，美国海军将注意力转到提高船舶的能购性上，研究计划转为综合电力系统(IPS：Integrated Power System)项目。针对当时水面战斗舰艇(SC-21，现转型为DD（X）)的概念设计，美海军完成了费用和效能评估。2002年4月29日，美国海军宣布英格尔斯造船公司、诺斯罗普格鲁曼船舶系统公司为DD(X)的设计主承包商，设计承包合同总价款为28亿多美元，执行期至2005财政年度。DD(X)设计合同的签署意味着美国海军水面舰艇革命性变革的开始。综合电力系统强调的主要技术目标为增加可操作性和支持柔性设计。美海军计划2003年开始，用3年多时间完成11个工程 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2
船舶电力推进系统 Edited by 阳光的cxf 第一章 1. 电力推进系统的优缺点 P10 优点： （1）机动性能好 （2）机舱小，布置灵活可增加船舶的载货载客能力 （3）推进效率高 （4）节能，有利于环保 （5）适合于特种船舶的应用 P47 优点： （1）通过减少燃料消耗和维护费用减少生命周期成本，尤其是在负载变化大的地方 （2）增强了系统对单一故障的抵抗性，使优化原动机负载分配成为可能 （3）中高速柴油机重量轻 （4）占用空间少，甲板空间利用更加灵活 （5）推进器位置布置更加灵活 （6）更好的机动性 （7）更小的推进噪声和震动 缺点： （1）初始投资增加 （2）原动机和推进器之间有额外的器件，增加了满负荷运行时的损耗 （3）新型设备需要不同的操作，维护策略 2. 不同推进方式船舶操纵性能对比 项目机械推进常规电力推进POD推进 回转直径120% 100% 75% 零航速回转180 度所需时间118% 100% 41% 全速回转180 度所需时间145% 100% 42% 全速到停止所需时间280% 100% 42% 零航速至全速所需时间210% 100% 90% 第二章 3. 电力推进系统类型 （1）可控硅整流器+直流电动机。应用：船舶推进所应用的直流推进电机的容量，在2～3MW 之间。 优点： 1）启动电流和启动转矩接近零 2）动态响应快 缺点：
1）转矩控制不精准 2）换向器易发生故障 3）谐波污染较大 4）直流电动机结构复杂，成本高，体积大，维护困难，效率低 （2）交流异步电动机+可调螺距螺旋桨模式。应用：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 1）几乎没有谐波污染 2）转矩稳定没有脉动 3）设计点运行效率高 缺点： 1）启动电流大 2）启动瞬间机械轴承受转矩大 3）功率因数低 4）功率及转矩动态响应慢 5）反转慢，制动距离长 6）变矩桨结构复杂，价格贵，可靠性差 7）变距桨液压控制系统复杂 （3）电流型变频器CSI (Current Source Inverter) + 交流同步电动机。应用：10MW 以上容量的电力推进装置 优点： 1）启动电流小 2）价格便宜 3）控制方便，操作灵活 4）能匹配特大功率电机 缺点： 1）时间常数大，动态响应慢 2）电感重量和体积大 3）低速运行时，电流变频器将电流控制在零附近脉动，，输出转矩也脉动，给轴 系带来震动 （4）电压型变频器VSI (Voltage Source Inverter) +交流异步电动机。在中小功率范围，包 括部分大功率的电压型变频器中 优点： 1）功率和转矩动态响应快 2）系统电源输出频率范围宽 3）启动平稳 4）功率因数高 5）低速功率损耗小 6）推进效率高 缺点： 1）价格贵 （5）交交变频器+交流同步电动机。单个电力驱动系统的功率范围在2～30MW 之间。 优点： 1）启动平稳，启动电流逐渐增大
船舶电力推进系统 上海海事大学梁伟波摘编2010-08-12 关键字：船舶电力推进系统浏览量：310 船舶电力推进，有直流推进和交流推进两大类。 1970年代以前，主要采用直流电力推进系统，因为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；而交流电动机尽管具有输出功率大、极限转速高、结构简单、成本低、体积小、运行可靠等优点，但限于当时的技术限制，调速困难，应用较少。 随现代控制理论和数字控制、直接转矩控制、矢量控制等电力电子技术的发展，交流调速系统的性能已经可以与直流调速系统相媲美。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，呈现出蓬勃发展的态势。水面船只，交流电力推进占主导地位，所选用的交流电动机，交流异步电机、交流同步电机、永磁同步电机等并存。只有潜艇，仍是直流推进占主导地位。 世界著名的电气集团，如SIEMENS，ABB，以及ALSTOM等，都研制出船舶交流电力推进的成套装置，功率从几百千瓦到几十兆瓦，其中以吊舱式推进器最具代表性。例如ABB 公司的AZIPOD推进系统，功率已达40MW，性能可靠，传动效率高，节省空间，已成功地应用在油轮、破冰船、邮轮、化学品船、半潜船等多种船型，并在近期新造船舶市场获得良好评价。 目前，船舶采用的电力推进系统，型式多种多样，但归纳起来基本可分为以下五类： ·可控硅整流器+直流电动机 ·变距桨+交流异步电动机 ·电流型变频器+交流同步电动机 ·交一交变频器+交流同步电动机
·电压型变频器+交流异步电动机 选择电力推进装置时，主要关注价格、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。 1 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。 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。 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。 这种推进方式的优点： ·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； ·扭矩波动平滑； ·动态响应一般小于100毫秒。 缺点是： ·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。
系统在运行的过程中，极易发生各类安全事故，且在任何条件下都可能出现故障，其中，短路问题最为突出。通常情况下，短路主要表现为两相短路、三相短路、单相接地短路、两相接地短路与发电机短路等[2]。导致短路问题出现的主要原因有机械设备被严重损伤、绝缘层被破坏与基本操作不科学等。电力系统多种故障的发生，过负荷问题较为突出，此类故障一旦出现问题，会让绝缘的温度逐步升高，也会加速绝缘层的老化，也会让设备受到严重破坏，最终会引发火灾问题。1.2继电保护的基本任务在各设备间，电与磁存在着密切的联系，不正常情况与故障问题的发生，会让电力系统出现一系列的事故，最终会严重威胁电力企业的实际发展。在继电保护时的主要任务为：若主配电板、输电线路、变压器、发电机等出现短路或过量负载问题时，应在最短时间内将存在
故障的设备借助断路器予以断开，以脱离电力系统，能保证不存在故障的部分正常运行，进而降低故障设备损坏度，还可降低对邻近设备供电系统所构成的影响，进而保证电力系统高效、稳定的运行。 1.3继电保护的基本组成 继电保护主要是由测量元件、执行回路与逻辑环节三个部分所组成的。若物理量出现突变，通过测量之后，及时确定好故障范围与基本类型，从逻辑判断来判断断路器跳开的次数与时间，然后让执行回路发出一定的信号与跳闸脉冲。 1.4继电保护的运行原理 电力系统继电保护装置的运行，其原理为借助被保护设备前期与后期一些物理量的突变情况，一旦突变量达到一定参数值，借助逻辑判断，能及时发出信号与跳闸脉冲。例如，借助被保护设备故障发生后期电流的不断增大，以达到电流保护的效果;借助降低电压来达到低电压保护效果;借助不对称短路发生负序电流与电压，以形成负序保护效果。 2船舶电力系统继电保护措施 2.1发电机继电保护 在发电机继电保护方面，所要保护的内容主要包括短路、
32,500DWT散货船电力系统的设计简介 李熙群 （广东省江门南洋船舶工程有限公司） 摘要：船舶电气设计的核心部分是电力系统的设计，主要包括：电站的负荷计算，发电机台数和容量选择，船舶电制的确定，电力一次单线图的绘制，短路电流的计算以及保护开关的选用等。 关健词：设计电力系统32,500DWT散货船 32,500 DWT Bulk Carrier Design in Power Systems Xi QUN Li (Jiangmen Nanyang Ship Engineering Co., Ltd. Guangdong province) Abstract:The main part of electrical design is the design of power system in ship, including: Power load calculation, select the number of set and rated output of the generators, decide power system for shipping, mapping the primary power single-circuit, calculated short circuit current and selected protection Switch, etc.. Key words: design power system 32,500 DWT bulk carrier 前言 船舶电力系统是船舶动力和控制的核心部分，随着船舶日趋向大型化、电气化、电子化发展，电力系统担负着给船舶推力、控制、通讯导航等设备提供电源的任务，其电源的质量和选配的数量直接关系到船舶操纵性、节能、排污等方面，所以船舶电力系统的设计是船舶电气详细设计的主要部分，本文以江门南洋船舶工程有限公司建造的3,5000DWT灵便型散货船的电力系统为例，介绍船舶电力系统的设计过程。 一、船舶电站的设计 1、选配发电机的台数和容量 通常用采用三类负荷法对全船电气设备进行分类估算，并据此选配发电机的台数和容量。 （1）收集轮机、舾装专业提供的船舶辅机的功率、功率因数和机械负载系数、同时系数等，统计电气设备、通导设备的功率、功率因数。 （2）将全船的电气设备按使用的频率分类，一般地说，连续运行的设备为一类负荷，间歇使用的设备为二类负荷，偶尔使用的设备为三类负荷。 （3）按船舶设计手册的程序和公式进行计算，计算结果如下表：
船舶电力推进系统的应用及其最新进展 乔寿成1 ,陈红霞 2 (1.中国船级社上海规范研究所,上海200135;2.江南造船(集团)有限责任公司,上海200011) 摘要:对电力推进系统的系统组成和关键技术及其最新进展作了阐述,对其典型布置作了介绍。关键词:船舶;电力推进;进展中图分类号:U665.13 文献标识码:B 文章编号:100529962(2006)0420033203 Abstract:This paper describes the syste m compositi on,key technol ogy and latest devel opment of marine electric p r opul 2si on syste m,and intr oduces its typ ical arrange ment onboard .Key words:shi p;electric p r opulsi on;devel opment 第一作者简介:乔寿成,男,高级工程师。1972年生,1998年 大连理工大学动力工程系内燃机专业硕士研究生毕业,曾从事船舶轮机设计工作,现从事船舶轮机专业审图工作。 1 引 言 近年来,大功率电子技术和集成电路、自动控制技术得到飞速发展,交流电动机调速技术随着功率电子器件和各种调速变换器技术的进步,也取得了重大突破,使电力推进作为大功率舰船的动力成为可能。与此同时,永磁电动机进入实用阶段,超导技术和燃料电池的研究取得一定的进展。从经济角度,市场形成对电力推进系统强劲的市场需求,电力推进越来越广泛使用在潜艇、工程船、破冰船、滚装船、渡船以及豪华游船上。最近双燃料发动机的成熟和应用,使电力推进在LNG 船上的应用取得进展。ABB 、SI E ME NS 、ALST OM 等大公司纷纷形成电力推进系统的系列成套装置,掀起又一轮使用电力推进作为大功率船舶动力的热潮。 2 电力推进系统的组成 电力推进系统通常由电站和电站管理系统、配电系统、变压器、调速控制系统、推进电动机、谐波抑制器、监控系统和螺旋桨等组成。2.1 电站和电站管理系统 目前最为常用的仍然为柴油发电机组,通过配电板为船上的电力推进系统和其它主要设备供电。对电力需求量大的船舶来说,系统中柴油机有可能被其他原动机取代。在豪华游船上,有柴油发电机组被燃气轮机发电机组取代的设计。 电站管理系统通常设计成采用同步运作方式取代常规的柴油发电机组降速耦合方式,保证了船舶电网频率的稳定性,从而满足高标准电源的要求,这可以通过相互连接的计算机化的数字同步和负荷控制器来实现。这些控制器和可编程控制器相连, P LC 处理上层功率管理任务、起动柴油机、发电机合 闸、自动离闸、停机等。2.2 配电系统和变压器 目前国内建造的大多数船舶交流电网的额定电压是380V 或440V,属于低压交流电力系统。随着船舶用电量增加,使中压开始进入船舶电力系统和供电配置领域。电压等级选择的条件之一是将负荷电流及短路电平控制在各主要配电设备的额定值以内。为了满足电力推进系统的大功率需求,主电力系统通常采用400～690V 的低压电力系统或2.3kV 、3.3k V 、4.16kV 、6.6k V 的中压电力系统。船 上的其它辅助设备通常采用380V 或440V 低压电力,因此,还需要提供辅助低压配电系统。辅助低压配电系统的电源通常来自中压配电系统经变压器变压或者提供低压辅助发电机组。 采用中压电力系统最重要的是它的安全性。为了操作人员的安全,系统在中压主发电机断路器与中压汇流排连接点之间,在中压汇流排连接断路器的两端,以及在变压器的断路器与中压汇流排连接点之间,都需串联隔离开关。另外,中压供配电线路上还需安装多处接地开关,接地开关一端与母线相连,另一端与接地点可靠相连。2.3 调速控制系统 船舶电力推进系统的核心是主推进电动机的调速控制系统。 直流电动机的转速容易控制和调节。在额定转速下,保持励磁电流恒定,可用改变中枢电压的方法实现恒转矩调速;在额定转速以上,保持中枢电压稳定,用改变励磁的方法实现恒功率调速。采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。 交流电动机的控制和变速驱动依赖于变压变频技术。根据被控对象———交流电动机种类的不同,现代交流调速系统可分为异步电动机调速系统和同
船舶电力推进系统故障诊断的应用范青超 发表时间：2019-08-29T09:45:28.280Z 来源：《电力设备》2019年第7期作者：范青超 [导读] 摘要：新时期背景下，传统能源的开采过度，人口数量迅速增加，直接引发了生态环境恶化与气候变暖等多种问题。 （身份证号码：3729241984****1519 江苏省南通市启东市 226000） 摘要：新时期背景下，传统能源的开采过度，人口数量迅速增加，直接引发了生态环境恶化与气候变暖等多种问题。其中，在航运领域，燃油的价格显著提高，对于船舶气体的排放也提出了全面的要求，直接增加了船舶营运的成本。为此，借助全新技术强化船舶运营经济性以及绿色性具有一定的现实意义，特别是对电力推进技术的应用。基于此，文章将船舶动力推进系统作为研究对象。 关键词：人工智能；电力系统；故障诊断 引言 近年来人工智能技术在很多领域得到了成功应用，特别是故障诊断方面。船舶电力系统是保障船舶自动化系统正常工作的重要组成部分。由于船舶电力系统工作环境恶劣，因而船舶电力系统一旦出现故障将会产生很严重的后果。传统船舶电力系统故障检测费时费力，本文通过对人工智能技术进行分析，研究了人工智能技术在船舶电力系统故障诊断中的应用，提出了一种故障诊断系统架构，重点研究了基于人工神经网络以及专家系统的电力系统故障诊断，设计了神经网络模型，给出了推理机的故障诊断流程。 1概述 1.1船舶电力推进系统概述 与传统柴油机动力系统不同，船舶电力推进系统的控制系统结构与系统特性都存在一定的差异。其中，柴油发电机组发电装置是电力推进系统的核心部件，在电站的作用下完成配电，并且经过变频装置的处理，以保证对主推电机进行驱动，使螺旋桨形成推进船舶前进的动力。长期以来，都是由柴油机转变成变频器与电动机，核心控制转变具体表现在2方面：一方面，电机控制当中的参数量大，状态的变化速度也相对较快，要想实时监测并控制参数，系统本身的数据采集频率必须提高，所以对电力推进监控系统数据处理的能力提出了全新的要求。另一方面，在电力电子装置控制功率的过程中，很容易形成谐波，影响船舶电网电能的质量。由此可见，船舶电力推进系统的实时监控以及诊断功能实现具有一定的现实意义。 1.2人工智能技术 人工智能技术的发展目标是为了使用现代化的计算机技术以及通信技术等模拟人类的思维以及思想，在船舶电力系统故障诊断中，人工智能技术通过构建专家知识系统库就可以进行电力系统故障诊断，并且通过不断地学习可以将曾经出现的故障记录下来，进而不断学习和进化，使得人工智能系统能够不断提升电力系统的诊断效率。人工智能技术不是一项单一的技术，而是使用多种技术，包括遗传算法、人工神经网络、逻辑学、决策管理、深度学习等，在人工智能的应用上将这些技术进行综合应用，为各个领域解决实际问题。 2电力系统故障诊断技术 1）船舶电站使用的线缆由于老化以及使用环境等因素造成输电线路断路；2）输电线路绝缘层老化导致短路；3）发电机输出的三相电流不均衡是由于发电机系统中存在短路线匝。对电力系统进行故障的诊断通常有在线和离线2种方法，而且经常是将2种方法结合起来使用。以短路为例，对船舶电力系统故障可以采用电阻测量、交流耐压试验等方法确认是否短路。在线诊断则是利用采集到的传感器值输入到电脑中，在电脑上通过一系列的程序算法进行判断。不管使用什么方法，船舶电力系统故障诊断存在以下特点：1）船舶故障种类多，而且引发这些故障的原因（需要监测的故障点）也很多，因而在船舶故障诊断上会存在很多困难；2）由于船舶电力系统的特殊性，因而一般的故障诊断系统难以直接应用到船舶电力系统中。目前在电力系统故障诊断中应用较多的是模糊理论、专家系统以及神经网络。模糊理论是利用了模糊集合的一种理论，神经网络是模仿动物的神经行为特征对信息进行并行处理的一种技术，专家系统是一个统称，实际应用的专家系统是使用了各类诊断技术的应用系统，如应用了神经网络的船舶电力故障诊断系统。本文重点对基于神经网络的专家系统进行研究和分析。神经网络包括人工神经网络（ANN）以及生物神经网络（NN），人工神经网络是通过人工模拟神经元而建立起的一个网络，能够模拟人工神经网络的结构和功能，人工神经网络具有较强的容错能力、学习能力以及大规模的处理能力，因而非常适合应用于船舶电力系统故障诊断中，并且已经有很多公司研发了人工神经网络芯片，因而可以在硬件和软件上非常方便地加以实现。为了保证人工神经网络技术成功应用于船舶电力系统故障诊断，需要大量的经验积累，即需要很多的故障数据并让系统进行学习以及推理，船舶电力系统的复杂程度将直接影响故障诊断系统的学习时间，并且难以保证能够达到最佳效果。 3 人工智能在船舶电力系统故障诊断中的应用 3.1故障诊断系统架构 整个系统的工作过程为：首先诊断专家将自己的专业知识输入到知识库中，知识库将专家输入的故障样本数据存储下来，并进行训练，当船舶电力系统发生故障时，通过获取的故障现象，即采集的各类传感器数据或者观察到的现象，推理机使用人工神经网络技术进行推理，确认船舶电力系统的故障位置以及原因，并将获取的船舶电力系统故障信息通过解释器让用户获知。推理机和知识库之间的数据是双向连接，在推理故障信息时，推理机需要从知识库中获取专家信息对故障的情况进行推理，在推理完成后获取的故障信息又可以进一步补充知识库中的故障信息，以提升下一次故障推理的效率。 3.2基于人工神经网络的故障诊断 基于人工神经网络以及专家系统的船舶电力系统故障诊断的关键在于对故障的推理和诊断的实现。首先需要构造一个神经网络，这个神经网络一般包括5层，分别为输入层、中间层、输出层、附加层1、附加层2等。通过构造这样的神经网络，那么所有的故障就可以通过这个网络进行基本训练，每一个故障对应的输入为这种故障所对应的传感器数据信息，如短路对应某两点之间的电阻值为0，电压值也为0，将这些传感器数据信息用x1~x6表示。系统启动后首先开始采集船舶电力系统的传感器数据，然后确定特征函数，使用特征函数对这些数据进行计算，得到第1层的输出值，然后将第1层的输出值作为第2层的输入值，最终得到计算输出层的输出结果，将此结果和阈值函数进行比较，若符合要求则直接输出结果，若不符合则重新进行计算。 结语 本文对人工智能技术，特别是人工神经网络以及专家系统在船舶电力系统故障诊断中的应用进行研究，提出了一种人工智能故障诊断系统的架构，并重点分析了推理机的工作流程。使用人工智能技术可以有效提升电力系统故障诊断效率，因而必将得到广泛应用。船舶动
船舶电力推进系统
船舶电力推进系统 Edited by 阳光的cxf 第一章 1.电力推进系统的优缺点 P10 优点： （1）机动性能好 （2）机舱小，布置灵活可增加船舶的载货载客能力 （3）推进效率高 （4）节能，有利于环保 （5）适合于特种船舶的应用 P47 优点： （1）通过减少燃料消耗和维护费用减少生命周期成本，尤其是在负载变化大的地方 （2）增强了系统对单一故障的抵抗性，使优化原动机负载分配成为可能 （3）中高速柴油机重量轻 （4）占用空间少，甲板空间利用更加灵活 （5）推进器位置布置更加灵活
缺点： 1）启动电流大 2）启动瞬间机械轴承受转矩大 3）功率因数低 4）功率及转矩动态响应慢 5）反转慢，制动距离长 6）变矩桨结构复杂，价格贵，可靠性 差 7）变距桨液压控制系统复杂 （1）电流型变频器CSI (Current Source Inverter) +交流同步电动机。应用：10MW以上容量的电力推进装置 优点： 1）启动电流小 2）价格便宜 3）控制方便，操作灵活 4）能匹配特大功率电机 缺点： 1）时间常数大，动态响应慢 2）电感重量和体积大 3）低速运行时，电流变频器将电流控 制在零附近脉动，，输出转矩也脉动，
给轴系带来震动 （2）电压型变频器VSI (Voltage Source Inverter) +交流异步电动机。在中小功率范围，包括部分大功率的电压型变频器中 优点： 1）功率和转矩动态响应快 2）系统电源输出频率范围宽 3）启动平稳 4）功率因数高 5）低速功率损耗小 6）推进效率高 缺点： 1）价格贵 （5）交交变频器+交流同步电动机。单个电力驱动系统的功率范围在2～30MW之间。 优点： 1）启动平稳，启动电流逐渐增大 2）功率和转矩动态响应快 3）满负荷时效率高 4）不需要减速齿轮，直接驱动螺旋桨 5）性价比高
船舶电力系统的基本参数有电流种类、电压等级和频率标准。它们决定了船舶电站工作的可靠性和电气设备的重量、尺寸、价格等。 一、电流种类的选择 电流有直流和交流两种。早期船舶多采用直流电力系统。30年代开始在军用舰船上采用交流电制，以后逐渐推广到各种船舶，50年代形成电制更替高潮。我国舰船在60-70年代完成了向交流电制过渡。然而舰船电力系统的电流种类，仍然会受到舰船能源类型或某种条件的限制，例如，采用蓄电池组为能源的常规潜艇，就很难推行交流电制；有较高调速要求的推进电力系统也往往采用直流电制。 交流电站与直流电站相比，前者设备成本和维护保养方面的费用及工作量比后者少得多；因为交流电动机没有整流子，结构简单、体积小、重量轻、运行可靠.鼠笼式电动机可以直接起动，控制设备少。此外，交流动力网络与照明网络之间可通过变压器实现电气隔离。使绝缘电阻低的照明电网基本上不影响动力电网。交流电制也有利于船舶电气化程度的提高和系统容量的增长。直流电站的优点是调压并车简单，电动机起动时冲击小。可实现大范圈平滑调速(这对电动起货机尤为有利)，蓄电池组充电毋须整流器等。然而，由于电力电子技术的发展，直流电制的优点越来越不明显，交流电制在国内外各种船舶中占了主要地位。 二、电压等级
确定电力系统及其负载的电压等级，是电力系统设计的一项重要内容。从减少导体电流的角度来看。提高电压是有利的，可以减小电器元件的导电截面，节约有色金属。如以电器在电压为127V时的重量为1，则当电压为220V、380V和500V时，电器的重量分别近似地等于0.58、0.33和0.25。 另一方面，电压的提高增加了电器灭弧的困难，为此对电气设备的绝缘和安全方面提出了更高的要求，需要加大灭弧间隙，这样又使电器的重量、尺寸增大，故在电压高于600V时，其重量、尺寸减小很少。 目前世界各国对电压等级的考虑，主要与本国陆上电制的参数能统一。我国发电设备具有230V(单相)、400V (三相)的额定电压。欧盟从1992年起规定低压发电没备的额定电压只允许使用230V/400V。由于船舶容量的增加，提高电压是必然趋势。在一些大型船舶、工锉船舶及舰船上，电站容量已达20 000-40 000kW以上，单机功率达3 000-5 000kW,这时仍采用400V电压等级已成为不可能。因为当三相400V和Cos=0.8，发电机额定相电流为5 700A时，就需要截面为电缆18根并联运行，这是不合理的。此外，这样大的电流使开关保护电器复杂化。 船舶电站额定电压有向中压发展的趋势。国际电工委员会建议采用3. 3kV电压；英美等国因为陆上有3.3，6. 6kV电压等级，所以这些国家在巨型船舶上采用 3.3，6.6kV；德国允许最高工作电源电压为11 000V。这是充分估计了船舶电压发展趋势的最高电压。我国电力
电力推进系统 1引言 传统的船舶推进方式利用柴油机带动螺旋桨推动船舶前进，但是随着人类环保意识的进一步加强，国际海事组织（IMO）对排放（尤其是对 NOX 与 SOX 的排放）提出了严格的要求。燃用低质燃油受到限制。石油资源的短缺、燃油价格的上涨进一步影响了船舶营运者的利益。船舶制造商和船舶柴油机生产商采取各种措施提高营运中的经济利益。与此同时，电力推进作为船舶的新型推进动力，世界各国都在进行深入的研究。国外已经开发了多种类型的电力推进系统，并在多型船舶上应用。国内在此领域内的研究则刚刚起步。作为船舶主动力系统的电力推进系统，由于其高效率、高可靠性、高自动化以及低维护，正成为水面船舶青睐的主推进系统。 2电力推进系统组成 电力推进系统一般由电站（柴油发电机组、配电盘、变压器）、变频器、推进电机变频异步电动机（驱动螺旋桨）、一般动力负载（辅助机械需要的电动机如各种泵）、螺旋桨、 控制设备等其他负荷组成 电力系统基本结构 1．电站（柴油发电机组、配电盘、变压器） 电站由柴油发电机组和一套主配电板组成。在电力推进的船舶上，一般配置 2~3 台航行柴油发电机组，另加一台停泊发电机组。发电机组通常供电给一个 380V 或 690V 的低压电网，为船上的电力推进系统和其他主要设备供电。对电力需求量较大的特种工程船舶来说，电站的用电设备多、容量大，可能采用 3.3KV 中压电网，以降低电网传输电流，减小发电机体积。 2．变频器 交流推进电机的控制或变速驱动依赖于变压变频技术。交流推进电动机的调速主要采用变频调速，这就要求向交流电机供电的电源能够同时改变电压和频率。目前常用的变频器有三种：同步变频器（交-交变频器）、循环变频器（交-直 -交变频器）和脉宽调制变频器。间接变频方式的工作原理是先将电网输入的交流电变为直流电，然后再在变流电路中将直流转变为频率可调的交流输出。变频器具有结构简单、输出频率变化范围大、功率因数高、谐波易于消除、可应用于各种大功率设备等优点。 3.推进电机
船舶电力系统复习 一、填空 1.同步发电机并车方式分为：准同步并车和自同步并车。 2. 需要系数法适用于小型船舶的电力负荷计算。 3.船舶电站发电机单机容量以最高负荷率为 80% 来确定为宜。 4. 按电流种类的不同，船舶电力系统可分为直流电力系统和交流电力系统。 5. 规范规定容量大于 0.5 kW电动机均应装设独立的过载、短路和欠压保护。 6. 对电网的保护，是指系统出现过载或短路时对电缆的保护。 7. 小应急电网通常是由 24 V蓄电池供电。 8. 为了实现选择性保护，通常可以按时间整定原则和电流整定原则来达到。 9. 同步发电机组的并车方式分为准同步和自同步。 10. 为了维持发电机的端电压基本不变，发电机的端电压必须实时进行相应的调整。 11. 逆功率继电器是一个功率方向元件，它可判别同步发电机有功功率的方向。 12. 选择导线和电缆截面积时必须满足发热条件、电压损耗条件和机械 强度。 13. 目前，在世界范围内船舶交流电力系统现行的额定频率有 50Hz 和 60Hz 两种。 14. 空气断路器也称为空气断路器，有框架式空气断路器和装置式空气断路器 两种类型。 15. 电力系统基本参数是指电流种类、额定电压、额定频率和线制。 16. 舵机电动机不设过载保护，但有过载报警。 17. 船舶电力网是由船用船用电缆、导线和配电装置以一定的连 接方式组成的整体。 二、选择 1.我国民用运输船多采用（柴油发电机组）作为船舶主电源。 2.在装有主电源、大应急电源、小应急电源的船舶电站中，三者关系是（ C ）。 C、当主电源恢复供电后，大应急电源应自动退出运行 3.与主配电板直接相连的电网称为（动力）网络。 4.对于交流380V、220V动力线路，电缆的电压降应不大于额定电压的（ 6% ）。 5.船舶电网的线制，目前应用最为广泛的是（ A ）。 A．三相绝缘系统 B．中性点接地的三相四线制系统 C.利用船体做中线的三线系统 D．中性点不接地的三相四线制系统 6.所谓相复励恒压调节系统是指（ C ）。 C.既根据负载电流又根据负载功率因数的变化进行励磁调节的 7.对于手动准同步并车，其电压差、频率差、初相位差允许的范围是（ B ）。 B.△U≤±10％UN、△f≤土0．5Hz、△δ≤土15o 8.自动分级卸载的作用（A当发电机过载时，将次要负载分批从电网上自动切除，以
船舶电力推进系统的发展 来自:转载作者：不详 2007-1-31 15:33:12 [关键词]电力推进系统；超导电磁推进；推进电机 [摘要]列举了船舶推进系统中的4种电力推进系统，介绍了船舶电力推进与传统的柴油机推进在经济性、机动性和安全性等方面所具有的优点，分析了船舶电力推进系统还需要在3个方面进行深入研究。 0引言 船舶电力推进系统已有近百年历史，但是由于受各种因素制约，发展缓慢，且大多数只应用在特种船舶上。从20世纪80年代起，供电系统、推进电机和微电子及信息技术的迅猛发展，使船舶电力推进装置打破了长期徘徊局面，得到了大力的发展。电力推进系统基本由机械原动机(柴油机、燃气轮机或核动力)构成，用以驱动交流发电机，发电机再为推进电动机提供动力。电动机可能是直流、交流同步电动机或交流感应电动机。同传统的机械推进方式相比，采用电力推进系统的船舶在经济性、振动噪声、船舶操纵、布置和安全可靠性等方面具有明显优点。船舶综合全电力推进系统包括：发电、输电、配电、变电、拖动、推进、储能、监控和电力管理，是现行船舶平台的电力和动力两大系统发展的综合；它不是电力推进加自动电站的简单组合，而是从概念到方案、组成、配置、技术等均发生重大变化，给未来的船舶带来一场革命。 1船舶电力推进装置的组成 常用船舶电力推进装置一般由下述几部分组成：原动机、发电机、电动机、螺旋桨以及控制调节设备。其结构如图l所示。
2船舶电力推进系统的方案分类 2．1永磁电机技术 现代永磁电机采用稀土材料励磁，不仅使电机尺寸大大减小，重量减轻，而且使之维护方便，运行可靠，效率提高。与同容量的异步电动机相比，永磁电机效率提高了4％～13％，功率因子提高了5％～20％。但由于转子磁场强度受到当前永磁材料的限制，10～30 MW额定功率的永磁电动机的设计仍面临极大的困难。 2．2超导电磁推进技术 超导电磁推进技术是利用安装在船上的超导线圈产生的磁场与通过海水的电流之间的作用，产生一个沿着船的纵轴方向的劳伦磁力，并由向船尾运动的海水喷射而获得推力。 美国于1980年完成了300 kW的电磁推进船海上试验，并制造了2250 kW的样机。日本于1985年成立了“超导电磁推进开发委员会”，开始从事超导电磁推进船的开发工作。1992年，世界上第一艘载人超导电磁推进船“大和一号”在日本神户港正式试航成功，标志着超导电磁推进技术进入实用阶段。 2．3潜艇燃料电池电力推进装置 潜艇燃料电池电力推进装置是以燃料电池为潜艇水下航行动力源的推进装置。燃料电池是一种能把化学能直接转换成电能的能量转换装置，电池本体加上燃料、氧化剂及它们的贮存器构成一个完整的燃料电池系