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电力推进对 主流和专业船只市场的不断渗透

电力推进对 主流和专业船只市场的不断渗透

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 上个世纪的很多时间,电力推进仅局限于狭小的商船领域,主要是破冰船科学考察船和游轮。但是自80年代中期以后电力电子设备的改进和吊舱推进的发展增强了电力推进在更多船型中的地位。统都广泛应用于电力推进,尽管其采用了在直流驱动系统中流行的同类基本电桥,但是它们有不同的电特性。技术进步近年来,电力推进在各种船舶和近海设备中的成功应用反映了发电系统和交流驱动技术的重大进步,和操作者对中央电站概念所表现出的整体经济性利用率和有利于环保性的进一步了解。来自装置使用的良好反映以及要求提高冗余率机动性和降低排放水平的商业和管理压力刺激了电力推进对主流和专业船只市场的不断渗透。

  在产生的三相电流之间要有的相位差以便产生驱动电机转子所需的旋转磁通法拉第定律通过适当调节变频器输入电压即可方便地产生可变频率。这种变频器称为直接变频器,是最受欢迎的装置。另一种变频器是从直流源经过按所需的输出频率进行转换导出电动机电流。这种变频器受限于直流源的条件,称为电流源或电压源逆变器,它们都属于间接变换器。营运效益尽管当电力推进与吊舱推进相结合时能实现更多的经济和性能效益,所以最先研制出的系统和的系统的以及的设计正在激烈地竞争一个繁荣的市场。

  在过去的年,出现了两种基本技术代替直流驱动并广泛应用直接变频器和负载换流逆变器或同步变频器方案。这两种系开关系统如今,根据变频器技术要求,所有的交流变频器包括高功率开关器件的有晶闸管双极或晶体管(低功率应用)控制极可关断晶闸管(绝缘栅双极晶体二极管也被考虑作为开关器件,但是它没有内部开关控制。

  在电源基波频率的仍之内附于系统为该驱动系统适用于要求高轴转矩低轴速场合。因为它有相当大的过载性能。因此,它被广泛应用于破冰船推进装置。图现代变频器垂本开关模块元件范围每个开关可以由上面列出的各种电子元件的任何一种组成,但是,在这些元件之间存在一些重要的差别。

  例如品闸管是一种单向开关,其它元件晶体管和则不是这样,并且它们的开关频率有明显的不同品闸管和的频率为曲左右双极品体管的频率高达和器件的频率为20左右。就供电网络中的谐波和相关电动机的运行情况而论,在不同变频器中使用的不同开关器件,将在变频器中表现出不同的特性。至今,晶闸管仍是交流变速驱动系统中使用的基本器件,但是半导体技术如及近期的在不断进步。在脉宽调制玛型驱动器中己可见到直接变频器最少由三个开关装置组成电机的每相一个每个开关装置都由交流源供电。

  每相都需要反并联连接电桥允许正负电流流进绕组,并按要求向电动机输出可变电压频率。一个驱动系统基本装置的特点是四个象限运行有36个开关器件,但是更普遍地,一个推进电机有两套三相绕组,每套都有各自的36个器件网络。利用此种方式,在轴力矩脉动和系统冗余度方面可得到益处。为避免电动机绕组中产生过度的谐波电流失真,直接变频器最大输出频率应限制联合开关负载换流逆变器(同步变频器)包括两个开关装置,并且只能用于交流同步电动机,该变频器装置是可逆的。

  实质上,直流线路中的输入电桥和电感线圈为输出逆变器电桥级提供恒流源。通过控制逆变器中品闸管对的开关动作,可以顺序地为电机绕组提供可控变频电流。类似于直接变频器,其回路通常应用于双三相绕组结构中尽管它没有与直接变频器相同的过载特性,但它能很好地符合船舶推进螺旋桨的规律特性,因此被广泛应用,如游轮成品油船和辅助舰傲拍勺推进以及许多近海设备,尤其是动态定位设备中的品闸管驱动系统。

  替代方案脉宽调制电压源逆变器是另一种现代舰船和工业驱动逆变器方案,与标准交流感应电动机一起使用,构成一个具有竟争力而且可靠的变速驱动装置,主要用于低功率设备。然而半导体技术己经取得了进步,允许在高功率应用中采用和为了提供平滑的直流电压源,脉宽调制逆变器经常采用一个简单的由二极管组成的输入电桥。电压源直流回路构成驱动装置逆变器级中强迫装置的供电网络。当采用最简单二极管装置时,将在回路中产生功率消耗电阻,以保证在四象限运转时再生的能量能及时消耗。

  由于感应电机本身不能提供固有换流船电技术年第期器装置,逆变器必须采用双向开关器件。因此,第一代脉宽调制变频器(80年代初采用双极晶体管(用于低功率设备)带有用于晶闸管关断复杂缓冲装置的品闸管或年代中自从电子元件能满足大功率驱动装置的设计之后,驱动系统取得了巨大的进展。年代初开始使用的功率开关品体管,实现了较大功率输出最小的谐波失真和微小的转矩脉动的综合。现在认为其具有与品闸管相似的固有寿命。

  随着过去五年中脉宽调制变频器的发展和相当数量的工业拖动和推进方面的应用,高成本和缺少使用证明的缺点正在解决,并且此技术正在作为有限的直接变频器和负载换流逆变器交流驱动方案的可行代替物出现。

  变频器的优点有可用于简单而坚固的交流异步电动机上(也可用于同步电动机在印下获得满负载转矩供电网络中谐波失真小功率因素高采用脉冲输入整流器时约为结构紧凑,重量轻简单的电路可靠且易于维护最少的备件和维修要求最大数量地采用当前所用驱动技术(主要在工业中富有竞争性的成本。

  最早的舰船应用应用技术与异步电机的最早舰船是服役在皇家澳大利亚海军的水文测量船。此船全长仅71米,其特点是采用了由感应电动机每轴驱动的双桨轴柴电推进系统,电动机通过减速齿轮箱连到主轴。电动机山从原来工业(拖动)应用设计导出的交流电派系统直接变频器磁场控制器图直接变频器推进系统方框图船电技术年第期驱动装置控制。电站由连接到主电力系统的四台柴油发电机组供电。最初设计用于控制交流感应电动机的逆变器的优点同样适用于控制大型同步电动机。

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