船舶電力推進(jìn)

螺旋槳由推進(jìn)電動機(jī)帶動，是常用的電力推進(jìn)方式。主要發(fā)電機(jī)除供電動機(jī)外，有時能供給船舶電網(wǎng)使用。

螺旋槳由電動機(jī)和柴油機(jī)聯(lián)合推進(jìn)，它有四種工況：

①螺旋槳由推進(jìn)電動機(jī)帶動（主機(jī)螺旋槳脫開），作低速運行。

②螺旋槳由主機(jī)帶動（電機(jī)脫開）。

③螺旋槳由主機(jī)與推進(jìn)電動機(jī)共同帶動，作高速運行。

④在航行是推進(jìn)電動機(jī)由主軸帶動，作發(fā)電機(jī)運行，發(fā)電給電網(wǎng)。

主發(fā)電機(jī)用來供電給主要工作機(jī)械，而在航行時，主要工作機(jī)械不工作，主發(fā)電機(jī)供電給推進(jìn)發(fā)動機(jī)，推進(jìn)船舶。這種裝置用在自航式起重船、挖泥船、水上各種工程船等。

主機(jī)工作時，除帶動螺旋槳外，還帶動推進(jìn)電動機(jī)，推進(jìn)電動機(jī)實際上用作軸帶發(fā)電機(jī)，供電給蓄電池充電；主機(jī)不工作時由蓄電池供電給推進(jìn)電動機(jī)。

為了獲得良好的船舶低速回轉(zhuǎn)性能，可在舵版內(nèi)裝設(shè)潛水電動機(jī)，由電網(wǎng)供電后帶動一小螺旋槳，即成主動舵。

電力推進(jìn)的應(yīng)用應(yīng)視條件、情況而定。

對一般運輸船舶，操縱性能要求不高，電站容量不大，采用電力推進(jìn)的優(yōu)點不突出。

對于有冷藏加工的拖網(wǎng)漁船，船舶電網(wǎng)容量大同時漁船噸位小，采用電力推進(jìn)好，可改善操縱性，利于作業(yè)。

破冰船在工作時，負(fù)載是變化的，甚至螺旋槳不轉(zhuǎn)，如果采用電力推進(jìn)裝置，可快速自動調(diào)節(jié)工作特性，適應(yīng)不同的工作載荷，不損壞機(jī)組。

挖泥船采用電力推進(jìn)裝置，功率分配合理，減少原動機(jī)組數(shù)量，經(jīng)濟(jì)性好，效率高，成本小。

布纜船、船標(biāo)工作船、消防船等采用電力推進(jìn)裝置能在較寬的轉(zhuǎn)速下航行。

潛艇在水下作業(yè)采用電力推進(jìn)裝置更為有利，一般采用蓄電池—電動機(jī)電力推進(jìn)。

此外水下各種測量裝置等也都采用電力推進(jìn)裝置。

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船舶電力推進(jìn)就是采用電動機(jī)驅(qū)動螺旋槳來推進(jìn)船舶運行的一種推進(jìn)方式。

Page1第1章 總論

1.1船舶電力推進(jìn)技術(shù)的概念及概況1

1.1.1 船舶電力推進(jìn)的概念1

1.1.2 船舶推進(jìn)動力概述2

1.1.3 船舶電力推進(jìn)應(yīng)用概況3

1.2電力推進(jìn)技術(shù)分類原則及基本類型5

1.2.1 電力推進(jìn)技術(shù)分類原則概述5

1.2.2 基本類型7

1.3電力推進(jìn)與柴油機(jī)推進(jìn)的比較9

1.3.1 柴油機(jī)與電機(jī)對比9

1.3.2 柴油機(jī)船舶與電動船舶對比11

1.4電氣傳動和電力推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展歷程13

1.4.1 電氣傳動技術(shù)的發(fā)展歷程13

1.4.2 電力推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展歷程14

1.5電力推進(jìn)的應(yīng)用前景16

1.5.1 國外電力推進(jìn)船舶16

1.5.2 發(fā)展前景預(yù)測18

Page20第2章 現(xiàn)代船舶電力推進(jìn)

2.1現(xiàn)代電力推進(jìn)的基本特征和發(fā)展趨勢20

2.1.1 現(xiàn)代電力推進(jìn)的基本特征20

2.1.2 現(xiàn)代電力推進(jìn)的發(fā)展趨勢23

2.2電力推進(jìn)的工程哲學(xué)24

2.3現(xiàn)代船舶電力推進(jìn)的主流模式26

2.4電力推進(jìn)與熱力機(jī)推進(jìn)的比較28

2.4.1 推進(jìn)模式對比28

2.4.2 電力推進(jìn)的優(yōu)勢31

2.5電力推進(jìn)的機(jī)械特性及電動機(jī)的功率估算32

2.6電力推進(jìn)應(yīng)用領(lǐng)域33

Page35第3章 現(xiàn)代蓄電池電動船舶電力推進(jìn)

3.1蓄電池電動船舶電力推進(jìn)的基本概念35

3.2現(xiàn)代蓄電池電動船舶及電力推進(jìn)技術(shù)的主流模式37

3.3蓄電池電力推進(jìn)的能量效率38

3.3.1 熱力發(fā)電機(jī)電動機(jī)電力推進(jìn)模式與機(jī)械式推進(jìn)對比39

3.3.2 電油充電模式與熱力發(fā)電機(jī)電動機(jī)模式及機(jī)械推進(jìn)模式對比42

3.3.3 風(fēng)光電模式與機(jī)械式推進(jìn)對比46

3.3.4 純蓄電池電動船能量使用分配模式47

3.4現(xiàn)代蓄電池電動船舶及電力推進(jìn)技術(shù)的優(yōu)勢和價值48

3.5蓄電池電力推進(jìn)技術(shù)的基本指標(biāo)49

3.5.1 蓄電池電動船舶的基本指標(biāo)49

3.5.2 蓄電池相關(guān)術(shù)語和指標(biāo)53

3.6蓄電池電動船舶對電力推進(jìn)的基本要求56

3.6.1 對系統(tǒng)的要求56

3.6.2 對動力蓄電池能量源的要求57

3.6.3 對原動機(jī)的要求58

3.6.4 對主發(fā)電機(jī)的要求58

3.6.5 對推進(jìn)電動機(jī)的要求59

3.6.6 對操縱板、臺的要求59

3.6.7 對選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)的要求59

3.7蓄電池電力推進(jìn)船舶的基本問題60

3.7.1 能量平衡60

3.7.2 電機(jī)控制策略62

3.7.3 蓄電池使用63

3.7.4 船舶性能指標(biāo)提高64

3.8蓄電池電力推進(jìn)的等效電路及主電路負(fù)載計算65

Page68第4章 推進(jìn)電動機(jī)

4.1直流電動機(jī)68

4.1.1 工作原理68

4.1.2 數(shù)學(xué)方程69

4.1.3 機(jī)械特性69

4.1.4 直流電動機(jī)的特點71

4.2交流電動機(jī)71

4.2.1 工作原理71

4.2.2 數(shù)學(xué)方程71

4.2.3 機(jī)械特性72

4.2.4 交直流電動機(jī)比較73

4.3永磁電動機(jī)73

4.3.1 永磁電動機(jī)分類73

4.3.2 永磁材料75

4.3.3 永磁直流電動機(jī)76

4.3.4 交流方波驅(qū)動永磁無刷直流電動機(jī)76

4.3.5 交流正弦波驅(qū)動永磁無刷直流電動機(jī)(交流永磁同步電動機(jī))81

4.4開關(guān)磁阻電動機(jī)86

4.4.1 工作原理86

4.4.2 等效電路和數(shù)學(xué)方程86

4.4.3 機(jī)械特性87

4.5推進(jìn)電動機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)總結(jié)88

Page89第5章 動力蓄電池

5.1主能量源和輔能量源89

5.2純蓄電池電動船舶的負(fù)荷計算91

5.3動力蓄電池概述93

5.3.1 蓄電池基本類型與性能93

5.3.2 蓄電池的主要劣勢94

5.4鉛酸電池94

5.5鎳氫電池95

5.6鋰離子電池96

5.7鈉鎳氯化物電池99

5.8金屬空氣電池100

5.8.1 Zn空氣電池100

5.8.2 Al空氣電池101

5.9電池測試101

5.9.1 電池單體、電池模塊與電池組的差異101

5.9.2 測試標(biāo)準(zhǔn)101

5.10動力蓄電池技術(shù)前景展望102

Page103第6章 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

6.1光伏電池的基本原理103

6.1.1 半導(dǎo)體材料的光電特性103

6.1.2 光伏電池的結(jié)構(gòu)和特性105

6.2光伏電池的特性和參數(shù)107

6.2.1 光伏電池的特性107

6.2.2 光伏電池的主要參數(shù)及影響條件109

6.2.3 典型的光伏電池輸出特性112

6.3光伏電池對蓄電池充電112

6.4光伏發(fā)電逆變113

6.5光伏發(fā)電系統(tǒng)的形式114

6.5.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的一般形式114

6.5.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)在電動船舶上的形式115

Page116第7章 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

7.1風(fēng)力發(fā)電技術(shù)概述116

7.1.1 風(fēng)力機(jī)基本分類和結(jié)構(gòu)116

7.1.2 風(fēng)力機(jī)的基本特性117

7.1.3 風(fēng)力機(jī)功率調(diào)節(jié)121

7.1.4 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展趨勢121

7.2繞線式異步電動機(jī)雙饋(串級)調(diào)速原理122

7.2.1 基本電路和數(shù)學(xué)方程122

7.2.2 次同步轉(zhuǎn)速下電動運行124

7.2.3 反轉(zhuǎn)時倒拉制動運行124

7.2.4 超同步轉(zhuǎn)速下回饋制動運行125

7.2.5 超同步轉(zhuǎn)速下電動運行125

7.2.6 次同步轉(zhuǎn)速下回饋制動運行126

7.2.7 轉(zhuǎn)子勵磁超同步轉(zhuǎn)速下發(fā)電運行126

7.2.8 轉(zhuǎn)子勵磁次同步轉(zhuǎn)速下發(fā)電運行127

7.3恒速恒頻和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)128

7.3.1 恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)128

7.3.2 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)128

7.4級聯(lián)式雙饋電機(jī)和無刷雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)130

7.4.1 級聯(lián)式雙饋電機(jī)系統(tǒng)130

7.4.2 無刷雙饋電機(jī)系統(tǒng)132

Page137第8章 蓄電池管理及充電

8.1電池管理系統(tǒng)概述137

8.2電池管理的關(guān)鍵技術(shù)138

8.3SOC估計140

8.4電池組熱管理141

8.5蓄電池電動船舶充電問題概述143

8.6蓄電池的充放電特性144

8.6.1 蓄電池的放電特性144

8.6.2 蓄電池的充電特性145

8.7蓄電池與充電裝置的基本問題147

8.7.1 充電安全性147

8.7.2 充電裝置的效率及對蓄電池壽命的影響148

8.7.3 快速充電與均衡充電149

8.8蓄電池充電裝置150

8.8.1 充電裝置分類150

8.8.2 接觸式充電機(jī)152

8.8.3 非接觸式充電機(jī)152

8.9借鑒電動汽車的充電技術(shù)153

8.9.1 電動汽車充電技術(shù)的新成果153

8.9.2 充電策略優(yōu)化154

Page156第9章 現(xiàn)代蓄電池電動船舶電力推進(jìn)控制策略及技術(shù)

9.1電動機(jī)啟動、調(diào)速和制動控制156

9.1.1 電動機(jī)啟動156

9.1.2 電動機(jī)調(diào)速157

9.1.3 電動機(jī)制動160

9.2電力推進(jìn)控制策略及技術(shù)概述162

9.2.1 控制策略概述162

9.2.2 控制技術(shù)概述165

9.2.3 優(yōu)化控制策略的目的168

9.3PWM脈沖寬度調(diào)制技術(shù)169

9.3.1 工作原理169

9.3.2 基本分類171

9.4SPWM正弦波脈沖寬度調(diào)制172

9.4.1 工作原理172

9.4.2 交?直?交模式V/F變頻器175

9.5矢量控制技術(shù)177

9.5.1 工作原理177

9.5.2 坐標(biāo)變換178

9.5.3 數(shù)學(xué)模型179

9.5.4 磁場定向控制--矢量控制原理180

9.5.5 基于轉(zhuǎn)子磁場定向的永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)184

9.6直接轉(zhuǎn)矩控制變頻187

9.6.1 直接轉(zhuǎn)矩控制變頻的數(shù)學(xué)模型和工作原理187

9.6.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制程序189

9.7矩陣式變頻191

Page195第10章 現(xiàn)代蓄電池電動船舶電力推進(jìn)總體方案

10.1總體方案概述195

10.2直流電力推進(jìn)197

10.2.1 直流電動機(jī)197

10.2.2 直流控制策略和技術(shù)198

10.2.3 直流控制方案舉例--由單片機(jī)控制的直流可逆調(diào)速系統(tǒng)200

10.3交流電力推進(jìn)202

10.3.1 交流電動機(jī)202

10.3.2 交流控制策略和技術(shù)203

10.3.3 交流控制方案舉例--三相變頻器采樣型SPWM控制技術(shù)206

10.4永磁電動機(jī)電力推進(jìn)211

10.4.1 永磁電動機(jī)211

10.4.2 永磁電動機(jī)控制策略和技術(shù)213

10.4.3 永磁無刷電動機(jī)控制方案舉例223

10.5電源供給方案228

10.5.1 電制和供電方案228

10.5.2 超級電容的原理及使用229

10.5.3 交流方案的無功調(diào)節(jié)231

10.6推進(jìn)系統(tǒng)控制與保護(hù)233

10.6.1 推進(jìn)系統(tǒng)操作與控制233

10.6.2 推進(jìn)系統(tǒng)保護(hù)234

10.7電源構(gòu)成方案234

10.7.1 單一蓄電池方案235

10.7.2 風(fēng)光電綜合能源配套方案238

10.7.3 風(fēng)光電氣油綜合能源配套方案245

10.8總體方案舉例--風(fēng)光電模式249

Page252參考文獻(xiàn)