吊舱电力推动管控体系仿真研究

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1、吊舱电力推动管控体系仿真研究第1章绪论1.1概述电力推进的概念早在百年前就被提出了，上个世纪30年代电力推进曾经有过一个发展的高峰期。但限于当时交流电机调速技术的不成熟，大都采用直流电力推进。虽然直流电力推进方式调速系统简单、提速性能好，但由于直流电机结构复杂、体积及重量大，并存在功率及转速极限等问题，故只应用在一些工程船舶及潜艇上。直到上世纪80年代，随着电力电子技术迅速发展,并在可靠性和运行效率等方面都有了突破，从而使电力推进技术的应用领域不断扩大，除应用于大中型常规船舶，许多渔船还有科考船也开始用电力推进的方式，显示出广泛的市场前景。据

2、统计,近几年来新建的油轮、渡轮、游轮、集装箱船有30%采用电力推进系统。目前的形势下，使用电力推进的船舶主要分为两大类：一类是混合推进，它的主要特点是电力推进与其他发动机推进相结合，代表性的如英国的23型护卫舰；另一类是全电力推进，这类推进方式是用一个总电站供电，然后分配给推进装置和其他辅助装置，代表性的如美国DD21水面舰艇。船舶电力推进装置一般由原动机﹑发电机﹑电动机﹑螺旋桨以及控制单元组成。简要结构如下：原动机Y带动发电机G，发电机带动推进电机M，电机M驱动螺旋桨J，推动船舶航行。因螺旋桨所需功率很大，一般需要设置两个单独的电站：推进电

3、机电站和辅机电站，分别给推进电机和辅机供电。目前的原动机一般使用高速或中高速的柴油机，推进装置一般有直流电力推进和交流电力推进两种。电力推进就是利用推进电机来直接驱动螺旋桨转动，从而推动船舶前进的一种推进方式。电力推进从理论诞生到实践已经经历了近一百年的时间。基本上可以分为三个阶段：二十世纪初，蒸汽轮机是当时大小船舶主要采用的原动机。可是限于当时机械加工水平的原因，所以一般的船舶例如油、客船等大都采用蒸汽轮机发电机组-机模式。社会在进步，科学技术也日新月异，机械加工水平也得到了很大程度的提高，机械传动装置逐渐的应用到了船舶上。但是在当时的情况

4、下，因为电力推进需要进行两次的能量转换，而且当时的设备比较昂贵、传动效率低下等缺点使电力推进无法得到推广，而大量采用的仍是柴油机或汽轮机等的直接传动推进。介于电力推进自身的优势所在，一些特殊用途的船舶如:破冰船等仍采用电力推进。不过在传统的观念中，用发电机、配电装置、变频器和电动机来取代机械推进方式中的减速器会增加重量和体积，而且其效率由于存在二次能量转换而低于机械推进方式。上世纪80年代，电力推进开始采用交流电动机取代柴油主机来推进螺旋桨，中间轴承部分被卸除掉，从而使推进电机与螺旋桨紧紧连接在一起，使机舱的配置得到了大幅度的优化，提高了船舶

5、的载重能力，降低了船舶的运营成本。随着电力电子技术迅速发展，交流变频技术的日趋成熟。由按压频比u/f和采用P技术、矢量控制技术和直接转矩控制技术等原理的变频器在性能和品种上都有了巨大的进步。系统中使用的电力半导体器件也从半控型器件发展到了全控型器件。新式变频器的开发使电力推进发生了巨大的变化，包括高压、大容量、全控型等等的新式变频器的出现，使得船舶电力推进突飞猛进。这些技术的发展使得电力推进的应用领域不断的得到扩大，在一些大的常规船舶上也得到了应用，一些特殊应用类船舶像渔船，科学考察船等也逐渐开始采用电力推进的方式，电力推进前景展露出来。在9

6、0年代的时候，电力推进又出现了惊人的发展，吊舱式电力推进系统、导管式边缘推进系统等新式电力系统的出现，使电力推进的发展跃上了一个新的台阶。许多豪华油轮采用了吊舱式电力推进系统，并取得了成功。吊舱式电力推进系统的应用和发展，为电力推进带来了革命性的变革。吊舱电力推进系统就是推进电机位于经过优化的舱体内被置于船体之外吊挂在安装平台上通过连轴装置直接推动螺旋桨。它可以在360°范围内自由的旋转，这样便起到了船舵的作用。由于吊舱螺旋桨在船体的后面，而且在水下，从而优化了船体的设计，同时也使装机总功率得到了大幅度的提高，同时优化了船舶的工作环境

7、。这些应用使得电力推进船舶在机动性、可靠性、安全性、适用性等方面都得到了极大的进展，也扩大了电力推进系统在船舶行业上的应用领域。因此吊舱电力推进系统已成为船舶推进重要发展方向。1.2吊舱推进系统吊舱式推进器的外形与全方位Z型舵桨推进器(Z推)相似，不同的是推进电机被装在了挂在船体后方的吊舱内,螺旋桨轴与电动机的转子连接在了一起，同步旋转，其定子被固定在吊舱壳体上或带动另一个螺旋桨反向对转，整个吊柱、吊舱、桨叶可绕吊柱一轴线360°范围旋转，而Z推的推进电机装在机舱内，功率通过联轴器、伞齿轮轴传递给螺旋桨。按照对船体作用力的方式，吊舱式

8、推进器可以分为如下两种：拖式(toode)和推式(pushingmode)两种。西门子与肖特尔联合开发的SSP系列双桨式吊舱螺旋桨，是具有代表性的新式吊舱推进器，它