电推船舶功率模式和巡航模式的区别

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1970年代以前，主要采用直流电力推进系统 ，因为直流电机转速调整范围宽广和平滑
，过载起动和制动转矩大，逆转运行特性好；而交流电动机尽管具有输出功率大、极限转速高 、结构简单、成本低
、体积小、运行可靠等优点 ，但限于当时的技术限制
，调速困难，应用较少 。

随现代控制理论和数字控制 、直接转矩控制
、矢量控制等电力电子技术的发展 ，交流调速系统的性能已经可以与直流调速系统相媲美[1]。交流电力推进系统的应用
，已经成为船舶电力推进发展的主流，呈现出蓬勃发展的态势
。水面船只 ，交流电力推进占主导地位
，所选用的交流电动机，交流异步电机、交流同步电机 、永磁同步电机等并存。只有潜艇 ，仍是直流推进占主导地位 。

世界著名的电气集团，如SIEMENS
，ABB，以及ALSTOM等 ，都研制出船舶交流电力推进的成套装置
，功率从几百千瓦到几十兆瓦，其中以吊舱式推进器最具代表性
。例如ABB公司的AZIPOD推进系统 ，功率已达40MW
，性能可靠，传动效率高 ，节省空间
，已成功地应用在油轮
、破冰船、邮轮 、化学品船
、半潜船等多种船型，并在近期新造船舶市场获得良好评价。

目前 ，船舶采用的电力推进系统
，型式多种多样，但归纳起来基本可分为以下五类[2~4]：

·可控硅整流器+直流电动机

·变距桨+交流异步电动机

·电流型变频器+交流同步电动机

·交一交变频器+交流同步电动机

·电压型变频器+交流异步电动机

选择电力推进装置时 ，主要关注价格、功率范围 、推进效率
、起动电流、起动转矩 、动态响应、转矩波动
、功率因数、功率损耗 、谐波等指标 。本文从以上五类电力推进装置的工作原理出发，分析其工作特性
，并比较关键指标
。

1 可控硅整流器+直流电动机

1970年代以前，船舶电力推进系统中 ，直流电动机占据主导地位。1940和1950年代
，推进系统采用原动机一直流发电机一直流电动机形式，通过调节发电机励磁电流的大小和方向 ，调节电动机转速及转向 。

1950年代末
，大功率可控静态电力变流元件研制成功，可控硅整流装置出现 ，直流电力推进系统演变成可控整流器加直流电动机模式
。晶闸管的问世加速了这种推进技术的发展
，拓展了其应用领域。至今，该种推进形式仍不失为一种高效
、经济的推进方案 。

可控硅整流器+直流电动机系统 ，采用全桥式晶体管整流器为一个电枢电流可控的直流马达供电
，原理如图1
。

其基本工作原理是：

图1 “可控硅整流器+直流电动机”原理图

·通过控制晶闸管导通角，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Ud，再由此改变电枢电流
，实现电机速度的平滑调节；

·利用可控整流电路调节励磁电流，使电动机能够在转速一转矩坐标的任一象限运行。

可控整流电路最基本的变量是控制角α (从晶闸管承受正向电压起到加触发脉冲使其导通的瞬间 ，这段时间对应的电角度) 。α与各电压、电流之间的关系决定了可控整流的基本特性。功率因数与转速成正比
，在0～之间
。

这种推进方式的优点：

·控制角α的控制范围，理论上是0～180°；实际上一般在15～150° ，是考虑到电网的压降
，确保电机可控，控制角α确保留有换流边界；

·起动电流及起动转矩接近于零；

·扭矩波动平滑；

·动态响应一般小于100毫秒。

缺点是：

·转矩控制不够精确 ，若要得到精确平滑的转矩控制
，必须提高电枢感应系数，但会引起系统动态性能减弱 ，功率因数偏低
，增加系统损耗；

·直流电机驱动需要的换向器，是一个易发生故障的部件；

·会对船舶电网产生较大的谐波污染 ，因为采用了大功率电力电子器件；

·直流电动机固有的结构复杂 、成本高
、体积大、维护困难 、效率低等缺点，阻碍了它在船舶电力推进领域的广泛应用 。

目前
，船舶推进所应用的直流推进电机的容量，在2～3MW之间
。

2 交流异步电动机+可调螺距螺旋桨

交流异步电动机+可调螺距螺旋桨模式 ，也称为DOL(Direct on line)模式
，多采用鼠笼式感应恒速电机驱动变距桨实现，船速的控制靠改变螺旋桨的螺距。为了增加可操纵性 ，也可用极数转换开关实现电机速度控制 。

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