船只运行工况对电力推动体系特性之影响研究

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1、船只运行工况对电力推动体系特性之影响研究第1章绪论1.1研究的背景与意义事实上，船舶电力推进技术距今已有大约一百多年的发展历程。早在20世纪初期，电力推进曾经一度成为船舶动力的新潮设计方案，已经逐步开始应用到潜艇和救援舰等特种船只以及客轮、货轮、油轮等民用船只。但是由于早期技术水平有限，制造出来的的电力推进船舶结构复杂，设施笨重且异常庞大，需要频繁的维护和保养，同时由于推进电机功率和转速的限制，存在诸如推进力不足、传动效率低的问题，因此船舶电力推进技术发展相对缓慢。进入20世纪70年代以后，功率电子器件技术、交流变频调速技术与电机技术都有了突破性的发展，电力推进船舶的推进效率、传动

2、效率、安全可靠性以及机动性也随之有了很大的改善，同时船舶电力推进技术在提高全船自动化程度以及船用电子设备的扩展应用等方面也展现出良好的发展潜力，其应用范围不断扩大，不再局限于破冰船、科学考察船、游轮等传统领域，在穿梭油轮、滚装船、近海客货船等更多船型中占有越来越大的份额⑴。船舶采用电力推进方式相比传统的直接机械式推进，主要具有以下优点：1、以电气调速取代了机械调速，可实现无级调速的精确控制，推进电动机可以提供低速大转矩，能够优化船舶的控制，尤其适用于动力定位；同时由于电机可以正反转，所以不需要另外设置机械换向装置。如果采用了方位角推进器或者吊船式推进器，能够有效地减少船舶的制动距离

3、和回转半径，进一步提高船舶的机动性和安全性。2、采用中、高速原动机可以减小体积和重量，同时推进电机采用软性线缆供电，省略了很多管系和轴系，易于布置和维护保养，有利于船舶系统、结构和空间布局的优化，可提高船舶船室的利用率和舒适度以及稳定性，可增加有效载荷约20%。3、船舶电站采用多组发电机组发电，满足了设备的冗余要求，即使个别发电机组故障，只会影响到船速，不会丧失动力导致瘫船，大大提高了船舶航行时的安全性和可靠性。同时，连于输配电网的发电机组的数目可根据实际所需的功率来优化选择，这样每台发电机组都能保证工作在比较理想的负荷下，从而提高了发电机组的寿命，并减少维修保养工作和降低备件费用

4、。1.2国内外船舶电力推进技术的发展及应用现状电力推进船舶在国外己经相当普及，在军事和民用方面都已经获得广泛应用，国外各大公司纷纷投入重金进行电力推进技术的开发，Alstom,ABB，Siemens等公司甚至形成了企业内部的商船电力推进标准。目前国外盛行高效、低污染祸轮发电机电力推进船舶，并进行永磁电机推进技术的相关探索。现在民用船舶的最大功率已经可以达到88M控制调速。②交流方案：采用直流和交流电源，或者变换电源供给交流电动机，包括异步电动机、同步电动机以及永磁电动机。控制策略主要为V/F变频变压、FOC矢量控制、直接转矩控制和矩阵式变频控制等。③永磁电机方案：包括永磁无刷和有刷

5、电动机两类。其中永磁无刷电机又分为方波驱动的无刷直流电机和正弦波驱动的同步电动机两种[14]。第3章基于三电平逆变器的异步电机..........413.1定子磁链与电磁转矩观测器..........423.2速度调节器..........463.3转矩、磁链调节器..........473.4空间电压矢量幵关表..........483.5本章小结..........51第4章船舶电力推进系统的仿真建模..........524.1柴油机的仿真建模..........524.2三相同步发电机及其励磁控制系统..........544.2.1三相同步发电机的仿真建模........

6、..544.2.2励磁控制系统的仿真建模..........564.3变压器的仿真建模..........584.4变频器的仿真建模..........604.5推进电机的仿真建模..........734.6船机桨的仿真建模..........774.7本章小结..........79第5章船舶运行工况的仿真与分析..........815.1典型工况的仿真..........815.2特殊工况的仿真..........935.3故障工况的仿真..........975.4本章小结..........100结论船舶电力推进系统经常运行在不同工况下，负荷波动频繁且变化范围大，因此研

7、究船舶各种运行工况对船舶电网与电力推进系统的影响具有直接现实意义。进行船舶电力推进系统的建模与仿真研究，探索系统在稳态及动态运行时的工作特性，对船舶电力推进系统的设计和使用能起到理论预报和指导作用。本文主要从船舶电力推进系统数学模型的归纳与总结、基于三电平逆变器的异步电动机直接转矩控制技术的研究、系统仿真模型的构建与有效性验证、船舶各种运行工况的仿真分析等方面展开研究。主要进行了以下几方面的工作：(1)归纳了船舶电力推进系统主要组成部分的数学模型，包括柴油机动力学模型