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船舶电力推进electric propulsion几种典型方式的比较 (2010-09-09)??来源：航海技术?? 阅读次数：81次 ??? 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，原理如图1。 ??? 其基本工作原理是： 图1 “可控硅整流器+直流电动机”原理图 ??? ?通过控制晶闸管导通角，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Ud，再由此改变电枢电流，实现电机速度的平滑调节； ??? ?利用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。 ??? 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。 ??? 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，