浅谈构建船舶电力推进系统的关键技术

2022-09-11

在船舶动力推动系统种类中, 电力推进系统是推动船舶运行的主系统之一。电力推进系统在船舶中的应用, 具有诸多优点, 近几年随着电力推进技术的不断发展, 各项性能不断完善, 其在船舶中的应用效果得到不断提升, 提高了船舶的操作性, 提升了船舶运行的安全性。本文针对船舶电力推进系统中的几个关键性技术进行研究, 分析电力推进等技术在船舶电力推进系统中的发展趋势。

一、船舶电力推进系统中的电机技术

从电力推进系统的电机技术进行分析, 电力推进系统中的电机有同步电机, 也有异步电机, 从承受能力上进行分析, 同步电动机在转矩扰动的承受能力上优于异步电机。电力推进系统中的同步电机, 可以针对海上风浪造成的转矩变化做出迅速的反应, 其在工作的过程中, 因为自身带有磁场, 所以可以在低频下进行稳定的运行, 而船舶的推进速度, 有非常宽的调整范围。所以从性能上进行综合分析比较, 在船舶电力推进系统中可以采用同步电机技术。

随着同步电机技术的发展, 形成了永磁同步电机技术, 将同步电机自带的磁场、磁密度和磁力提升, 使得这种磁力可以长久稳定的发展。从当前船舶电力推进系统中同步电机技术的应用进行分析, 其具有以下优点:

1.新产生的永磁性同步电机, 代替了以往船舶电力推进系统中使用的转子铁芯和励磁系统, 将船舶电力推进系统中电机的体积和重量有效的降低。

2.永磁性同步电机, 在船舶电力推进系统中的应用, 将系统中的铁损、铜损等降低, 提升了船舶电力推进系统的运行效果, 这种高效率的运行优势, 是其他形式的电机无法取代的。

3.永磁性同步电机中的磁性是恒定的, 其电磁转矩和电枢电流是正相关的关系, 所以在运行的过程中, 可以通过对电力推进系统的电流进行调节, 进而实现对其电磁转矩的调节和控制, 操作非常简单。

随着科学技术的发展, 船舶电力推进系统中的电机技术也会不断的发展和完善, 具有更完善的性能, 工作效率更高, 在船舶中的应用, 将有效的提升船舶海航运行的安全性。

二、船舶电力推进系统中的电子变频技术

在船舶电力推进系统中, 电子变频技术保证了电力推进系统的电力来源, 电子变频器采用的是大容量全控型电力电子器件, 例如IGBT, 这些电力电子器件, 具有耐高压性、大电流等特点。当前在船舶电力推进系统中采用的电子变频技术, 其变频的方式主要有交交变频和交直交变频。

交交变频其输出电压并不是平滑的正弦波, 其电压是由多个干段电源的电压拼接而成的, 在电压输出周期中, 存在的干段电源越多, 电压在传播周期中产生的波形就越接近正弦波。在船舶电力推进系统中大功率电机使用中, 在低频下工作时, 交交变频具有良好的性能, 非常适用。交交变频的使用优点有:

1.在低频下工作时, 具有良好的性能。

2.在开始启动时, 产生的转矩较大, 而且转矩的传输非常均匀。

交直交变频在工作的过程中, 采用的是全控制电子器件, 在一定的工作规律下, 完成导通和断开, 将电压转变成电压脉冲。交直交变频是由整流系统和逆变系统组成的, 其在工作的过程中, 只能和同步电机配合运行, 其性能略低于交交变频, 但是这种变频技术也有自己的优势, 例如具有较高的电网功率因数等。

在船舶电力推进系统中使用的电子变频技术, 具有两个显著的特点: (1) 在船舶电力推进系统中, 使用电子变频技术, 将推进电动机的绕组转变为双套电枢绕组, 在每一组绕组中都有一个变频器, 可以独自的进行工作。在其工作的过程中, 也可以向船舶电力推进系统的电动机提供电力来源, 保证电机的正常运行。 (2) 在船舶电力推进系统中, 使用电子变频技术, 将其中的能源进行回馈, 有效的提升了船舶电力推进系统的能源利用率。

三、船舶电力推进系统中的谐波控制技术

在船舶电力推进系统中, 使用变频技术, 不管是采用哪种变频器, 在其使用的过程中, 导通和断开, 会使得电网中的电压和电流出现脉动, 产生谐波, 对电网进行污染。电网中产生谐波, 将严重的影响电网的供电质量, 使得电力推进系统中电机发热症状加剧。电力推进系统中的控制系统, 受到谐波的影响, 使得控制信号产生畸形, 出现控制偏差, 进行造成船舶电力推进系统的控制不准确。

1.为了降低谐波对船舶电力推进系统产生的影响, 在电力推进系统中, 增加谐波控制技术, 减少谐波对船舶电力推进系统的电网、设备等造成的影响。目前在船舶电力推进系统构建的过程中, 采用的谐波控制技术主要有:

(1) 增加谐波滤波器

在电力系统中设置谐波滤波器, 将电网中产生的滤波进行滤去。

(2) 将船舶电力推进系统中的电流机组进行转换

在船舶电力推进系统中, 变频器的导通和断开, 影响着电网的电压和电流, 使得电网中出现谐波。为了消除谐波产生的影响, 将电力推进系统中的电流机组进行转换, 使得系统中的旋转变流机组单独作为电力推进系统的供电设备, 将电力推进系统中的敏感区域和其他设备进行完全的隔离, 降低谐波产生的危害。

(3) 增加系统中脉动的数量

对船舶电力推进系统电网产生的谐波进行抵制和降低, 可以增加变频器整流和逆变中的脉动数量, 对谐波进行有效的控制。

以上都是船舶电力推进系统中谐波控制技术, 其在船舶电力推进系统中的应用, 提升了运行的安全性。例如某船舶在海上推进运行中, 变频器的导通和断开, 对系统电网中的电压和电流产生了影响, 产生较大的脉动, 使得电网产生谐波, 影响着船舶推进的稳定性和安全性。将谐波控制设备开启后, 对电网中产生的谐波进行分量, 对电压、电流等产生的谐波进行了消除, 保证了船舶推进运行的安全。