电力推进整理知识点.docx

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电力推进整理知识点

什么是电力推进？

电力推进是由电动机来带动螺旋桨或者其他推进器来推动船舶运动，而不是由原动机直接带动推进器。

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。

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

能量流与效率分析

上图中告诉各个环节的效率和功率因素要会计算相应的有功功率视在功率

电力推进节能原因分析

◆节能原因一

可调速的定距桨比定速可调螺距桨的水动力效率高。

◆节能原因二

电力推进系统的发电柴油机工作在定速和高负荷区对应的燃油效率较高而机械推进系统原动机燃油效率随负载变化差异很大等。

差别在较低推力的时候，比如DP和机动航行非常明显。

船舶电力推进系统的优点

一：

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

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.

特点：

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.交流推进

1变距桨+交流异步电动机

优点：

A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；

B电动机转矩稳定没有脉动；

C在设计点运行时效率很高。

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

3,交流电力推进系统优点:

（1）交流电机的极限容量大。

（2）降低了电机的总损耗，提高了效率。

（3）可以采用较高的电压。

（4）交流电机的结构比直流电机简单，维护方便。

二：

重点和关键技术：

调速，实现能量转换和电气传动

主流技术：

SiemensV/F矢量控制技术：

SSP

ABBDTC直接转矩控制技术：

AZIPOD

三：

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。

船舶电力系统组成

（1）电流型变频器CSI（CurrentSourceInverter）

◆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。

（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。

船舶吊舱式电力推进的基本原理

将电机置于桨毂中间直接驱动螺旋桨的吊舱式推进系统的方案，推进电机直接和螺旋桨相连，构成独立的推进模块，吊舱挂于船体尾部，可以360°水平旋转，推进方位角可以人为控制。

ABB吊舱式对转螺旋桨（CRP）系统的结构原理和特点

•ABB公司在推出吊舱电力推进的基础上，于2000年推出了吊舱式CRP系统，其结构原理如图所示。

•一般情况下，前螺旋桨由柴油主机驱动，也可以由电动机或汽轮机驱动；后面的吊舱式推进器，还起着舵的作用。

我们称其为“主动舵”，而传统的舵则称为“被动舵”。

这种类型的CRP系统的特点有：

（1）该系统是由两套完全独立、且经过实船检验，证明可靠性很高的推进系统组成，船舶运行的安全性和可靠性得到了保证。

（2）船舶的推进功率可以在几乎不增加机舱空间的前提下，较大幅度的得以提高。

（3）取消了舵机系统和尾侧推器，总体上简化了机械结构。

（4）船舶的机动性和灵活性得以提高。

（5）船舶的推进效率得以显著提高。

试验表明其推进效率比双机双桨推进的效率要高8~15%，与双吊舱推进器船相比，效率也提高5%。

电力二极管

晶闸管

特点

（1）当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。

（2）当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。

（3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通。

（4）若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。

应用：

特别是快恢复二极管和肖特基二极管，仍分别在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合具有不可替代的地位。

门极可关断晶闸管（GTO）

是晶闸管的一种派生器件，但可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断，因而属于全控型器件。

GTO的许多性能虽然与绝缘栅双极晶体管、电力场效应晶体管相比要差，但其电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。

绝缘栅双极晶体管（IGBT）

中小功率电力电子设备的主导器件，并在继续努力提高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位

。

应用：

中小功率电力电子设备的主导器件，并在继续努力提高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位

集成门极换向晶闸管（IGCT）

应用：

由于IGCT具有无需吸收电路和低开关损耗的特点，使它已成为中压传动的首选器件之一。

注入增强栅晶体管（IEGT）

⏹它是电压驱动型带MOS栅极，能控制大电流的电力电子器件。

具有低饱和压降，宽安全工作区低栅极驱动功率和较高的工作频率。

典型的交直交电流型变频器（会画此图）

由晶闸管整流，并由电感滤波形成直流电流环节，也称为负载换向逆变器或同步器。

12脉波整流器

上图中两个整流器采用不可控二极管，两个整流器容量相同，整流输出通过平衡电抗器Lz1,Lz2抑制冲击电流，Rz1，Rz2和Cz1，Cz2分别为整流电路的吸收电阻和电容。

逆变器的结构灵活多样，主要有H桥型、两电平型、多电平型等

单相半桥逆变电路

单相H桥逆变器

多相H桥逆变器

多电平逆变器是20世纪80年代初提出的一种逆变器结构，采用这种结构可以在提高逆变器输出电压的同时降低输出电压的谐波，因此在高压、大功率传动领域得到了广泛应用。

推进电动机具有多个Y型绕组，每个绕组对应一组三相逆变器，这样可以解决逆变器之间的均流和环流问题。

，同时形成的电动势合成磁势也随电动机的相数增多而减少，可以有效降低电动机=转矩脉动，容错性能更好。

交交变频器也称为周波变频器（Cycloconvertor），它是把电网频率的交流电直接变换成可调频率交流电的逆变电路。

因为没有中间直流环节，因此属于直接变频电路。

交交变频器的主开关器件一般采用晶闸管，广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实际使用的主要是三相输出交交变频器。

但单相交交变频器是三相交交变频器的基础。

某液化天然气运输船电力推进系统

四台发电机组构成了6.6kV、60Hz中压供电系统，推进系统采用双轴配置形式，单轴推进功率为16MW，推进电机为3300V的双三相感应电机，由ABB的ACS6000中压推进变频器控制，推进变频器与主配电板之间采用了双3/6相推进变压器，可减小推进系统对主电网的谐波干扰。

某350吨自航起重船电力推进系统

350t自航起重船采用了低压柴油电力推进系统，其核心装置选用的是西门子公司的进口设备，该产品已经在各种类型的船舶上得到大量使用。

电力推进系统由供电系统和推进系统组成，供电系统的设备包括柴油发电机组和配电板，推进系统的设备包括：

推进变压器、变频器、推进电动机、定距桨侧向推进装置。