電力推進(jìn)整理知識(shí)點(diǎn)

1、共享知識(shí)分享快樂什么是電力推進(jìn)？電力推進(jìn)是由電動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)螺旋槳或者其他推進(jìn)器來推動(dòng)船舶運(yùn)動(dòng)，而不是由原動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)推進(jìn)器。電力推進(jìn)系統(tǒng)基 本由機(jī)械原動(dòng)機(jī) (柴油機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或核動(dòng)力 )構(gòu)成， 用以驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)再為推進(jìn)電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力 。同傳統(tǒng)的機(jī)械推進(jìn)方式相比，采用電力推進(jìn)系統(tǒng)的船舶在經(jīng)濟(jì)性、振動(dòng)噪聲、船舶操縱、布置和 安全可靠性等方面具有明顯優(yōu)點(diǎn)。船舶綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)包括：發(fā)電、輸電、配電、變電、拖動(dòng)、推進(jìn)、儲(chǔ)能、監(jiān)控和電力管理，是現(xiàn)行船舶平臺(tái)的電力和動(dòng)力兩大系統(tǒng)發(fā)展的綜合；它不是電力推進(jìn)加自動(dòng)電站的簡單組合，而是從概念到方案、組成、配置、技術(shù)等均發(fā)生重大變化能量流與效率分析POW

2、ER FLOWPoutPinPower lossesP inPoutGeneratorSwitchboardTrans-FrequencyElectricformerconverterMotor上圖中告訴各個(gè)環(huán)節(jié)的效率和功率因素要會(huì)計(jì)算相應(yīng)的有功功率視在功率電力推進(jìn)節(jié)能原因分析節(jié)能原因一可調(diào)速的定距槳比定速可調(diào)螺距槳的水動(dòng)力效率高。節(jié)能原因二電力推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)電柴油機(jī)工作在定速和高負(fù)荷區(qū)對(duì)應(yīng)的燃油效率較高而機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)原動(dòng)機(jī)燃油效率隨負(fù)載變化差異很大等。差別在較低推力的時(shí)候，比如DP 和機(jī)動(dòng)航行非常明顯。船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)頁眉內(nèi)容共享知識(shí)分享快樂一：船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)類型1. 直流推進(jìn) : 可

3、控硅整流器 +直流電動(dòng)機(jī)改變觸發(fā)電路輸出脈沖的相位，從而改變直流電機(jī)的電樞電壓，再由此改變電樞電流，實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的平滑調(diào)節(jié).特點(diǎn)：調(diào)速簡單、性能好；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)困難。存在功率極限和轉(zhuǎn)速極限2. 交流推進(jìn) 變距槳 +交流異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn) ： A 幾乎沒有影響電網(wǎng)的諧波，因?yàn)闆]有采用大功率電力電子器件；B 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定沒有脈動(dòng)；C 在設(shè)計(jì)點(diǎn)運(yùn)行時(shí)效率很高。電流型變頻器+交流同步電動(dòng)機(jī)交一交變頻器+交流同步電動(dòng)機(jī)電壓型變頻器+交流異步電動(dòng)機(jī)永磁電機(jī)推進(jìn)：交流方波驅(qū)動(dòng)的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)交流正弦波驅(qū)動(dòng)的永磁同步電動(dòng)機(jī)3,交流電力推進(jìn)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn):（ 1）交流電機(jī)的極限容量大。（ 2）降低了電機(jī)的總損耗，

4、提高了效率。（ 3）可以采用較高的電壓。（ 4）交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)比直流電機(jī)簡單，維護(hù)方便。二：重點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)：調(diào)速，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和電氣傳動(dòng)主流技術(shù)：頁眉內(nèi)容共享知識(shí)分享快樂Siemens V/F 矢量控制技術(shù)：SSPABBDTC直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)：AZIPOD三：與 6 脈波變頻裝置相比，12 脈波變頻裝置具有系統(tǒng)響應(yīng)速度快、諧波含量少、損耗降低、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是所需電子元件數(shù)量大，對(duì)于 6 脈沖電路需要36 個(gè)晶閘管，而 12 脈沖電路需要 72 個(gè)晶閘管，因而增加了成本。船舶電力系統(tǒng)組成(1)電流型變頻器CSI(Current Source Inverter)由整流器、濾波器、逆變器

5、等三部分組成。工作原理是整流電路將電網(wǎng)來的交流電轉(zhuǎn)換成直流電；再經(jīng)三相橋式逆變電路轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電，供給推進(jìn)電動(dòng)機(jī)。電流型變頻器的直流中間環(huán)節(jié)， 采用大電感濾波， 直流電流波形平直， 對(duì)電動(dòng)機(jī)來講，基本上是一個(gè)電流源。改變整流電路的觸發(fā)角，就改變了中間直流環(huán)節(jié)的電壓，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速；改變逆變電路觸發(fā)脈沖的順序，即可改變推進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩方向，控制推進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向，從而使控制電路大大簡化。頁眉內(nèi)容共享知識(shí)分享快樂(2)SYNCHRO電力推進(jìn)交流電通過三相橋式全控整流電路以及平波電抗器，再經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換后向交流同步電機(jī)供電，此種推進(jìn)方式通常被稱為SYNCHRO電力推進(jìn)。SYNCHRO

6、輸出頻率，受同步電機(jī)轉(zhuǎn)子所處角度控制：每當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)過一對(duì)磁極，變流裝置的交流電輸出相應(yīng)地交變一個(gè)周期，保證變頻器的輸出頻率和電機(jī)的轉(zhuǎn)速始終保持同步，不會(huì)出現(xiàn)失步和振蕩。系統(tǒng)功率因數(shù)根據(jù)電機(jī)速度，從額定速度時(shí)的0.9 到低速的0 之間變化。SYNCHRO電力推進(jìn)系統(tǒng)主要有6 脈波、 12 脈波、 24 脈波等三種結(jié)構(gòu)形式，諧波成分比較固定，消除比較容易。12 脈波 SYNCHRO電力推進(jìn)系統(tǒng)，如果在電網(wǎng)側(cè)并聯(lián)有兩組LC無源濾波器，對(duì)11 次、 13次諧波進(jìn)行補(bǔ)償，則對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響的最低諧波分量就是23 次諧波，此時(shí)的電網(wǎng)質(zhì)量可以滿足船級(jí)社的規(guī)定，故12 脈波的 SYNCHRO電力推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用較多。

7、頁眉內(nèi)容共享知識(shí)分享快樂頁眉內(nèi)容共享知識(shí)分享快樂船舶吊艙式電力推進(jìn)的基本原理將電機(jī)置于槳轂中間直接驅(qū)動(dòng)螺旋槳的吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)的方案，推進(jìn)電機(jī)直接和螺旋槳相連，構(gòu)成獨(dú)立的推進(jìn)模塊，吊艙掛于船體尾部，可以360°水平旋轉(zhuǎn)，推進(jìn)方位角可以人為控制。ABB 吊艙式對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳（CRP）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和特點(diǎn)?ABB 公司在推出吊艙電力推進(jìn)的基礎(chǔ)上，于 2000 年推出了吊艙式CRP系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)原理如圖所示。? 一般情況下，前螺旋槳由柴油主機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可以由電動(dòng)機(jī)或汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)；后面的吊艙式推進(jìn)器， 還起著舵的作用。 我們稱其為 “主動(dòng)舵”，而傳統(tǒng)的舵則稱為 “被動(dòng)舵”。這種類型的CRP系統(tǒng)的特點(diǎn)有：

8、（ 1）該系統(tǒng)是由兩套完全獨(dú)立、且經(jīng)過實(shí)船檢驗(yàn)，證明可靠性很高的推進(jìn)系統(tǒng)組成，船舶運(yùn)行的安全性和可靠性得到了保證。（ 2）船舶的推進(jìn)功率可以在幾乎不增加機(jī)艙空間的前提下，較大幅度的得以提高。（ 3）取消了舵機(jī)系統(tǒng)和尾側(cè)推器，總體上簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)。（ 4）船舶的機(jī)動(dòng)性和靈活性得以提高。（ 5）船舶的推進(jìn)效率得以顯著提高。試驗(yàn)表明其推進(jìn)效率比雙機(jī)雙槳推進(jìn)的效率要高815%，與雙吊艙推進(jìn)器船相比，效率也提高5%。頁眉內(nèi)容共享知識(shí)分享快樂電力二極管晶閘管特點(diǎn)（ 1）當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。（ 2）當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通

9、。（ 3）晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用，不論門極觸發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導(dǎo)通。（ 4）若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。應(yīng)用 ：特別是快恢復(fù)二極管和肖特基二極管，仍分別在中、高頻整流和逆變，以及低壓高頻整流的場合具有不可替代的地位。門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）是晶閘管的一種派生器件， 但可以通過在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷， 因而屬于全控型器件。 GTO的許多性能雖然與絕緣柵雙極晶體管、電力場效應(yīng)晶體管相比要差，但其電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，因而在兆瓦級(jí)以上的大功率場合仍有較多的應(yīng)用。GKGKGAN

10、2P2N 2N 1GP 1KAa)b)c)(c)(a)(b)絕緣柵雙極晶體管(IGBT)中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件，并在繼續(xù)努力提高電壓和電流容量，以期再取代GTO頁眉內(nèi)容共享知識(shí)分享快樂的地位。C發(fā)射極柵極I CEGI DRV J1+NN+N +N +N +-+J 3PP+J 2N-漂移區(qū)GN+緩沖區(qū)GI D R onJ 1P +-注入?yún)^(qū)C集電極E(a)(b)應(yīng)用： 中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件， 并在繼續(xù)努力提高電壓和電流容量， 以期再取代GTO的地位集成門極換向晶閘管(IGCT)應(yīng)用 ：由于 IGCT具有無需吸收電路和低開關(guān)損耗的特點(diǎn)，使它已成為中壓傳動(dòng)的首選器件之一。AGK注入增

11、強(qiáng)柵晶體管（IEGT）它是電壓驅(qū)動(dòng)型帶MOS 柵極，能控制大電流的電力電子器件。具有低飽和壓降，寬安全工作區(qū)低柵極驅(qū)動(dòng)功率和較高的工作頻率。CGE典型的交直交電流型變頻器 （ 會(huì)畫此圖 ）由晶閘管整流， 并由電感濾波形成直流電流環(huán)節(jié)，也稱為負(fù)載換向逆變器或同步器。MRc1Lz112FU1脈波整流器Dz1Dz2Dz3Rc2Rz1FU2CRc3FU3Cz1KM1Dz4Dz5Dz6Rc4Lz2頁眉內(nèi)容Dz7Dz8Dz9FU4Rc5Rz2FU5Rc6FU6Cz2KM2C(c)PN共享知識(shí)分享快樂上圖中兩個(gè)整流器采用不可控二極管，兩個(gè)整流器容量相同，整流輸出通過平衡電抗器Lz1,Lz2抑制沖擊電流， R

12、z1， Rz2和 Cz1， Cz2 分別為整流電路的吸收電阻和電容。逆變器的結(jié)構(gòu)靈活多樣，主要有H 橋型、兩電平型、多電平型等單相半橋逆變電路+uoU mUd/2V1VD10tUdi oRLiouoV2t3t4U d/2VD2t 1t 2t0Vt5 t 6V12V1V-2VD 1VD 2VD 1 VD2(a)(b)單相 H 橋逆變器+V 1V 3U d /2VD 1VD 3U d0aRLi o bV 2uoV 4U d/2VD 2VD 4-多相 H 橋逆變器Q 1Q 3Q 5D 5VD/2D 1D 3D 3D 1C1N pi ad0abecfQ 4Q 6Q 2D 2Q 6VD/2C2D 4D

13、6D 4N sAN sBm =10N pC多電平逆變器是 20 世紀(jì) 80 年代初提出的一種逆變器結(jié)構(gòu)，采用這種結(jié)構(gòu)可以在提高逆變器輸出電壓的同時(shí)降低輸出電壓的諧波，因此在高壓、大功率傳動(dòng)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。推進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有多個(gè) Y 型繞組，每個(gè)繞組對(duì)應(yīng)一組三相逆變器， 這樣可以 解決逆變器之間的均流和環(huán)流問題。 ，同時(shí)形成的電動(dòng)勢合成磁勢也隨電動(dòng)機(jī)的相數(shù)增多而減少，可以有效降低電動(dòng)機(jī) =轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，容錯(cuò)性能更好。交交變頻器也稱為周波變頻器 (Cycloconvertor) ，它是把電網(wǎng)頻率的交流電直接變換成可調(diào)頻率交流電的逆變電路。因?yàn)闆]有中間直流環(huán)節(jié)，因此屬于直接變頻電路。頁眉內(nèi)容共享知識(shí)分享

14、快樂交交變頻器的主開關(guān)器件一般采用晶閘管，廣泛用于大功率交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)際使用的主要是三相輸出交交變頻器。但單相交交變頻器是三相交交變頻器的基礎(chǔ)。PNvai ov avbu oZv bv cv c某液化天然氣運(yùn)輸船電力推進(jìn)系統(tǒng)四臺(tái)發(fā)電機(jī)組構(gòu)成了6.6kV、60Hz 中壓供電系統(tǒng)，推進(jìn)系統(tǒng)采用雙軸配置形式，單軸推進(jìn)功率為 16MW ，推進(jìn)電機(jī)為3300V 的雙三相感應(yīng)電機(jī)，由ABB 的 ACS6000中壓推進(jìn)變頻器控制，推進(jìn)變頻器與主配電板之間采用了雙3/6 相推進(jìn)變壓器，可減小推進(jìn)系統(tǒng)對(duì)主電網(wǎng)的諧12222KVA12222KVA波干擾。12222KVA6111KVA11000KW11

15、000KW11000KW5500KWGGGGMM壓載泵1壓載泵2450V,60Hz0 16000KWMM0 80RPM6600V,60Hz,貨物 16.6KV， 60HzMM壓載泵3艏側(cè)推進(jìn)450V,60Hz0 16000KW0 80RPM6600V,60Hz,貨物 2某 350 噸自航起重船電力推進(jìn)系統(tǒng)350t 自航起重船采用了低壓柴油電力推進(jìn)系統(tǒng)，其核心裝置選用的是西門子公司的進(jìn)口設(shè)備，該產(chǎn)品已經(jīng)在各種類型的船舶上得到大量使用。電力推進(jìn)系統(tǒng)由供電系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)組成，供電系統(tǒng)的設(shè)備包括柴油發(fā)電機(jī)組和配電板，推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)備包括：推進(jìn)變壓器、變頻器、推進(jìn)電動(dòng)機(jī)、定距槳側(cè)向推進(jìn)裝置。G3主發(fā)電機(jī)組主