文档介绍：电驱动与电推进
课程报告
新能源与电力电子技术在舰船电推进系统的应用
摘要:随着各种新型电力电子开关器件和变换器拓扑结构的不断涌现,近年来电力电子技术得到了突飞猛进的发展,并越来越广泛地应用于舰船电力系统领域。电力电子技术在降低设备的体积、重量,提高供电灵活性、可控性等诸多方面都具有不容忽视的优势。本文介绍了电力电子功率变换器在舰船电力系统中的几类典型应用及其优势,同时介绍了新能源的发展现状以及其关键技术。在此基础上分析了新能源与电力电子技术在未来舰船电推进系统中发展所面临的主要问题。
关键词:电力电子,舰船, 新能源,电推进
1 电力电子技术在舰船电推进系统中的应用
无论是采用传统的供电方式还是新能源方式,电推进型舰船供电系统都需要对电源进行电力变换,以供给船舰上的各种用电设备。因此,舰船上的电力变换系统分为四大部分:电源部分、主电路及其驱动电路、控制电路、保护电路。
电源部分除了为舰船提供动力,也为控制器提供电源。控制器往往需要±5V或+12V控制电源,因此需要通过DC/ DC或AC/ DC变换装置,得到所需的直流电压。作为主电路的开关元件为功率电子器件,它们构成了DC/ DC或DC/AC变换电路,驱动电路的设计与制作应与功率电子开关器件的门极驱动电路相适应。控制电路已经历了从模拟电路、集成电路到专用集成模块的发展,计算机技术也从微处理机、单片微机发展到DSP技术。对于一个稳定的安全的电力系统,需要设置诸如过电流、过电压、过负荷、过低负荷、欠电压、停机后在各种条件下的自启动等许多保护环节,要根据所选用的控制器件、控制电路因地制宜地把它们设置到电路中去。
这里我们主要介绍电推进系统结构和电力电子技术在电推进中的典型应用。
船舰电力推进系统结构
船舶电力推进系统可采用变速电动机拖动定距螺旋桨(FPP)驱动模式或采用定速电动机拖动变距螺旋桨(CPP)驱动模式,并根据船舶驱动所需的功率可选择1台电动机单独拖动或多台电动机联合拖动的方案。对于采用多台电动机联合拖动情况,又可分为串联驱动模式或并联驱动模式。,图中M表示电动机模块,之间连接的是齿轮传动结构。其中(a)为单桨双机串联驱动模式,(b)为单桨双机并联驱动模式,(c)为双桨双机串联驱动模式,(d)为双桨双机并联驱动模式。
几种船舰电推进模式

舰载直升机舰面供电电源是功率变换器在现代舰船电力系统中的一个典型应用。舰载直升机的启动和维修保障需要AC200V、400Hz 的中频电源供电。采用功率变换器实现380V/50Hz 主用电源到所需电制的转换,与传统机组供电方式相比,大大减小了日常维护,降低全寿期费用,可靠性高可维修性高,体积重量减小,声频噪声结构噪声降低,已成功应用在我国水面舰船和英国45 型驱逐舰等国外水面舰船的舰载机舰面服务系统中。所示。
舰载直升机中频电源主电路图
舰载用UPS
UPS 是一种含有储能装置,以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源,是舰船电力系统的组成部分
。按电压性质分为直流UPS和交流UPS,按工作方式分为在线式、后备式以及线上交错式。
。在电源1正常工作时,电源通过整流后一边给蓄电池充电一边通过逆变电路给负载供电,如图a所示。在电源1突然失电或整流单元发生故障时,装置改由蓄电池向重要负载提供不间断的电力供应,如图b所示。在蓄电池放电过深、逆变器故障或过载时,负载自动变由备用电源2直接供电,保证供电连续性,如图c所示。
这里需要说明的是整流器输出端接有大电容,以起到滤除尖波脉冲作用。在线模式下UPS在用电的整个过程是全程介入的,其优点是输出的波型和电源一样是正弦波,不受电源不稳定的影响,可供电给电感型负载,如电风扇。而后备模式则因为电池经逆变形成的谐波量较大,一般用于电容型负载,如电脑等。
(a)
(b)
(c)
舰用交流UPS几种工作模式图
电机驱动变频器
在舰船上的电力负荷中,风机和泵类等电动机负载占了相当大的比重。对这类电动机负载采用变频器进行调速控制,部分船舶还采用变频调速系统控制的起货机。而且,在日益推广使用的电力推进系统中,主推进电机驱动变频器的研究和设计,在整个电力系统的设计过程中显得更为重要。D32N22717
应用于电力推进电动机的调速变频器主要有CSR直流调速、电流源逆变器(CSI)、循环变流器以及PWM变频器,,b,c,d。
(a)所示为采用晶闸管整流器供电的直流电机调速电路。它是采用全桥式晶闸管整流电路来驱动一个电枢电流可控的直流电动机,通过控制晶闸管导通角,调节