国内船舶动力驱动装置的发展现状及趋势
6?1简介
6?1历史——船舶电力推进发展回顾
6?1 ——船舶电力推进的主要形式
6?1未来——全电力船的提出与发展
6?1新能源船和我们的研究工作
6?1结论
1.介绍
6?1的开发背景
6?1问题和挑战
研究背景
自从世界上第一艘以蒸汽机为动力的船舶问世以来，用热机(如柴油机、汽轮机、燃气轮机)直接驱动螺旋桨的机械推进系统成为船舶推进的主要方式，在船舶动力装置中占据主导地位。
问题和挑战
(1)船用内燃机机械推进系统还存在噪声大、调速范围小、灵活性差等问题。
船舶电力推进系统采用电机直接驱动螺旋桨，与机械推进系统相比，具有调速范围宽、驱动扭矩大、正反转容易、体积小、布置灵活、安装方便、维修容易、振动和噪声低等优点。
(2)特别是近年来，随着电力电子器件、变流技术、传动控制系统、新能源和新材料的快速发展，船舶电力推进系统正在发生巨大的变化。
船舶电力推进系统作为大功率电力传动控制系统的重要应用领域之一，由于其专业特殊性并没有得到应有的重视和关注，使得国内在该领域的研究与国外先进水平的差距更加明显。
(3)随着全球石油资源的枯竭，内燃机将逐渐退出历史舞台，人们必须在石油耗尽前的60年左右找到新能源及其动力装置。
这是21世纪人类面临的重大问题和挑战之一。因此，人们一直在努力寻找能源利用效率高、对环境无污染的新能源和可再生能源及其利用方法。
本文试图从系统结构、变流器方式、控制方法和电力电子器件的应用等方面综述船舶电力推进系统的历史、现状和发展。在此基础上，根据作者多次参与国际合作与交流的经验，提出船舶电力推进系统未来发展中值得关注的一些问题，供同行参考，希望有更多的学者关注并投身于电力电子与传动控制这一新的研究领域。
2.历史——回顾船舶电力推进的发展。
6?1船舶电力推进的历史可以追溯到1860年，世界上第一艘以电池为动力的船舶，其电机是直的。
接电推进潜艇投入使用。
6?1进入20世纪，大部分潜艇采用电力推进。常规潜艇在水面航行时，柴油发动机-发电机组给蓄电池充电，给电机供电驱动船舶。在水下航行时，电池供电，电机驱动船只。核潜艇采用原子能发电和电机驱动推进。
20世纪20年代，美国建造的6艘墨西哥级军舰(40000马力)和2艘航空母舰(180000马力)采用了汽轮机-发电机-电动机驱动的电力推进系统。
第二次世界大战期间，仅美国就建造了300多艘由柴油机-发电机-电动机驱动的军舰和运输船。
此后，破冰船、科考船和其他特殊用途的船只也装备了电力推进系统。在此期间，船舶的电力推进系统一般采用沃德-DC调速系统，即G-M系统。
6?65438+70年代，晶闸管变流器取代Ward-Leonard变流器，成为船舶电力推进系统的主要调速方式。
20世纪80年代以来，随着电力电子器件的不断进步，半导体开关可关断的交流调速系统正逐渐取代晶闸管DC调速系统，成为船舶电力推进系统的主要调速方式。
6?1这一时期电力推进系统在80年代采用了交流-DC-交流变频器，交流调速方式由感应电机或同步电机驱动。90年代采用交-交变频器供电，交流调速方式由同步电机驱动。
历史的启示
从船舶电力推进系统发展的历史轨迹可以看出，每一次进步和突破都与电力电子技术和传动控制系统的发展基本同步且密切相关。
但由于船舶电力推进系统多用于军事或特殊场合(虽然目前在大型渡船和豪华客船上也有使用)，这一重要的应用领域对于从事电力电子和传动控制研究的学者来说并不熟悉。
3.现状-船舶电力推进的主要形式
6?1系统结构
6?1驱动模式
6?1调速方法
6?1控制策略
6?1系统示例
3.1系统结构
船舶电力推进的基本结构；
马达驱动螺旋桨。
6?1采用高速不可逆热机，减轻了船舶动力装置的重量和体积；
6?1可以通过发电机接线轻松获得所需的大容量电源，提高系统的可靠性；
6?1允许选择船舶螺旋桨的最佳转速和直径，缩短了连接轴的长度；
6?1在中低速航行和船舶经常停航时具有较高的经济性能；
能够获得推进电机所需的机械特性，以满足不同航行条件的要求；
6?1控制简单，机动性好；
6?1可以消除螺旋桨对热机的振动和冲击。
3.2驾驶模式
6?1船舶电力推进系统分类
6?1多电机组合驱动方式
船舶电力推进系统的分类
(1)变速电机拖动定距螺旋桨的驱动方式(FPP)，
(2)恒速电动机驱动变距螺旋桨(CPP)，
根据船舶行驶所需的功率，可以单独拖动一个电机，也可以几个电机一起拖动。
多电机组合驱动方式可分为串联驱动方式或并联驱动方式。
(一)单桨双机串联驱动方式；
(b)单桨双机并联驱动模式；
(c)双螺旋桨和双机串联驱动模式；
(d)双螺旋桨双机并联驱动方式。
几种船舶电力推进方式是一种新的分散驱动方式，其优点如下:
6?1螺旋桨360度旋转，无需方向舵和侧推器即可产生任意所需方向的推力，大大提高了船舶的机动性和机动性；
6?1降低了驱动系统(电机和变频器)的单机容量；
6?1去掉了尾轴、减速器和舵机，简化了安装，节省了舱室空间，使船体设计和空间布局灵活；
6?1降低船舶振动和噪音；
6?1降低船体阻力5-10%，提高运输效率15%(包括提高速度、降低油耗、降低成本)。
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