螺旋桨负载仿真的发展与应用.pdf

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1、船电技术I应用研究螺旋桨负载仿真的发展与应用汪金波许顺孝(集美大学厦门361021)摘要：为了再现电力推进系统的稳态及动态特性，揭示系统的内在规律，本文提出一种新型高性能节能负载模拟系统方案，对电力推进负载模拟系统的数学建模、系统仿真等问题进行了研究。关键字：电力推进螺旋桨转矩控制负载模拟一～’中图分类号：TP391．9U664文献标识码：A1003-4862(2011、11-0036—04DevelopmentandApplicationofthePropellerLoadSimulationWangJinbo，XuShunxiao(JimeiUniversity,Xi

2、amen361021，Fujian，China)Abstract：／nordertorevealsystemsteadyanddynamiccharacteristicsandtheinternallawoftheelectricpropulsionsystem，thispaperintroducesanovelhighperformanceenergy—savingloadsimulator,whichisusedtostudythesystemmathematicmodelinganddigitalsimulation．Keywords：electricpropuls

3、ion；propeller,"torquecontrol,"simulatedload1螺旋桨仿真的概念及其应用背景电涡流测功器(电涡流测功机)的负载主要是通过改变励磁线圈的电流大小来改变的。电流船舶电力推进是船舶推进力式中的一种，船的大小容易控制，因此可方便地稳定负载，控制舶电力推进系统是指由电动机驱动螺旋桨推动船性能好。可双向测试，转速范围宽。响应迅疾，舶行进的推进系统J。在现代化的船舶电力推进控制方便。但其涡流产生的热量主要靠冷却水带系统的研究和设计过程中，为了满足性能指标的走，一般使用软化水，流量为每千瓦小时2O升。要求，必须对电力推进系统进行带桨考核，受实31电

4、力测功机验室实际条件的限制，考核工作不能在实际环境电力测功机以工作在发电运行方式下的电动中进行【2]。这样，一个高效实用地负载模拟系统机作为负载。同时，通过采用变频器调节电机的变得不可或缺。扭矩，调节负载的大小。由于电动机长期处于发传统的动力系统模拟负载主要是测功器，其电运行方式，一般在变频器驱动系统中都加上能主要类型有水力式、电力式和电涡流式。水力测量回馈装置，将测试过程中产生的能量返回电网。功器是利用水作为工作介质，调节制动力矩。电力测功器是利用改变定子磁场的激磁电压产生制动力矩。电涡流测功器是利用电磁感应产生涡电流形成制动作用。1)水力测功器优点是价格低，维护方便；

5、主要缺点是能量直接被消耗掉，且很难实现负载的自动给定和控制。2)电涡流测功器收稿日期：2011-04—06作者简介：汪金波(1987)，男，集美大学轮机工程学图1螺旋桨敞水特性曲线院，硕士研究生，专业方向：轮机自动控制与仿真。36船电技术J应用研究2螺旋桨仿真原理与发展概况进入一平衡状态L7】。可见，要实现真正意义上的螺旋桨动态特性仿真，一方面需依靠建立精确的螺旋桨的建模与仿真十分复杂。在国外，挪船机桨数学模型，另一方面需依赖于能实现高速威科技大学、ABB、SIEMENS、ALSTON等单位运算的仿真器和高指标的扭矩控制系统。开展了船舶电力推进仿真系统的项目研究。挪威科技

6、大学一直在研究船舶电力推进仿真系统pJ，3螺旋桨仿真的系统方案与关键技术尤其在螺旋桨从正常到极端工况的负载特性方面图2是集美大学轮机工程学院螺旋桨仿真有重大突破[4]。螺旋桨的主要特性有敞水特性曲系统平台的总体方案。负载系统主要包括负载电线，螺旋桨扭矩特性曲线以及船桨模型。螺旋桨动机，负载变频器及其控制系统。负载系统采用扭矩特性指的是螺旋桨的扭矩与转速之间的关系转速与转矩双闭环控制模式，模拟螺旋桨水动力曲线；船桨模型是根据船跟桨、水之间的关系得特性以及港航领域常见拖动设备的负载特性，向到的由桨速计算船速、桨的机械特性等的数学模推进电动机加载特定要求的负载转矩。型。如图1所

7、示是螺旋桨的敞水特性曲线，其中电机控制器硬件结构框图如图3所示。根据为进速比，为推力系数，为扭矩系数。模感应电机直接转矩控制算法的特点，需要检测的拟系统的基本原理，就是通过控制模拟电机的输电量有直流母线电压和电机交流侧电流。直流母出转矩与实际推进电机的轴负载转矩一致，从而线电压以及交流侧两相电流经霍尔效应传感器测达到模拟的目的。得，并经低通滤波后送到DSP的ADC模块，DSP在船舶电力推进领域中，ABB运用Saber软输出脉宽调制信号经驱动、隔离后送给逆变模块件进行建模与仿真分析，指导系统和产品设计，的驱动端，使逆变模块工作，