1船舶电力推进

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。
SYNCHRO电力推进系统缺点 •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。 优点 •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。
船舶电力推进系统类型
直流推进
交流推进 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
1、直流推进
1970年代以前，主要采用直流电力推进系统，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。
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。
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AZIPOD
吊舱式SSP推进器
•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 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
(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。
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。
3 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。
Permanent magnet motor Superconducting motor
5、combination electricship Power supplies 燃油、风能、太阳能、核能、蓄电池、燃料电池
steam ship (steam-driven vessel)
船舶运动
Rudder propeller
bulk carrier
oil tanker
container
dredger
Semi-submerged ship
passenger liner
Submarine
Fire vessel
Salvage ship (Rescue vessel)
Sea oil platform
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-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。
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-交变频器+交流同步电机
CYCLO变频器，英文为Cycloconverter，中文译作交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-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。
交-交变频推进的特点 •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-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
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。
ABB DTC直接转矩控制技术：AZIPOD
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。 •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；
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-直-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特点： 线路简单、功率因数高、谐波少、调速范围宽和响应快。
Marine Electric Propulsion
船 2、Steam engine 舶 主 3、Turbine: Steam、 Gas D.C.M. 机
4、Electric motor