船舶电力推进永磁同步电动机制动过程的研究

摘要

近几十年来，随着电力电子技术的发展和大功率交流电机变频调速技术的日趋成熟，电力推进技术在民用和军用船舶上的优越性同渐突出，成为船舶动力装置发展的一大趋势。对于交直交电压源型变频器供电的船舶电力推进系统而言，在制动过程中电动机处于再生制动状态，电动机转子和螺旋桨所储存的机械能通过电动机转换成电能，同时被回馈到变频器直流侧电容C中，产生泵升电压。若这部分能量不及时释放就会引起变频器过压保护动作或造成主回路大功率器件的过压损坏。所以说船舶的制动事关变频器装置的安全运行，直接影响着船舶的安全运行和船员的人身安全。当前国内尚未有对电力推进船舶制动的专门研究，深入开展这方面的研究对促进我国船舶电力推进系统的理论研究与产品开发具有重要的现实意义。 本文分析了船舶电力推进系统的组成及其特点，研究了吊舱式推进器的转动惯量和各种运行特性，阐述了船、机、桨三者的能量关系，介绍了烟大铁路轮渡的航线由来和船舶基本概况。在坐标变换的基础上构建了永磁同步电动机的数学模型及其电力拖动系统运动方程，研究了永磁同步电机直接转矩控制策略和交直交电压源型变频器的工作原理，详细研究了大型电力推进船舶停航产生泵升电压、回馈能量的原理，设计出了一种抑制泵升电压的能耗电路，并从能量转换的角度推导出了较为精确的能耗电阻计算公式。分别对永磁同步电动机直接转矩控制、吊舱式推进器和船舶制动过程进行了仿真，并对上述仿真进行了分析。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1课题的背景及意义

1.2船舶电力推进技术发展状况

1.3本文主要内容及工作

第2章船舶电力推进系统

2.1船舶电力推进系统的组成

2.2船舶电力推进系统的特点

2.2.1船舶电力推进系统的优点

2.2.2船舶电力推进系统的不足

2.3吊舱式推进器特性

2.3.1转动惯量

2.3.2自由航行特性

2.3.3反转特性

2.3.4阻力特性

2.3.5船-机-桨系统的相互作用

2.4烟大铁路轮渡

2.4.1烟大铁路轮渡航线由来

2.4.2烟大铁路轮渡基本概况

2.4.3烟大铁路轮渡电力推进系统

第3章大功率永磁同步电动机及其变频调速系统

3.1永磁同步电动机的概述

3.2基于坐标变换的数学模型

3.2.1坐标变换

3.2.2 d-q旋转坐标系下的数学模型

3.2.3 M-T轴系下的数学方程

3.2.4数学模型解耦

3.3电力推进系统运动方程

3.4变频调速系统

3.4.1交直交电压源型变频器

3.4.2烟大铁路轮渡ACS 800变频器

3.4.3功率开关IGBT

3.5直接转矩控制策略

3.5.1逆变器开关模式及电压空间矢量

3.5.2定子磁链和电磁转矩的比较控制

3.5.3直接转矩控制特点

第4章船舶变频调速系统的制动

4.1变频调速系统的制动方式

4.1.1直流制动

4.1.2能耗电路制动

4.1.3回馈电网制动

4.2电力推进船舶变频制动方式

4.2.1电力推进船舶制动过程分析

4.2.2泵升电压的产生与抑制

4.2.3制动方案的比较

4.3能耗电路制动方式

4.3.1泵升电压检测单元和能耗电阻设计功能

4.3.2制动过程研究

4.3.3能耗电路的设计

4.3.4能耗电阻的计算

4.3.5实例论证

4.4本章小结

第5章电力推进船舶制动过程的仿真

5.1永磁同步电动机直接转矩控制系统的仿真

5.2螺旋桨模型的构建与仿真

5.3永磁同步电动机制动过程的仿真

第6章总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

研究生履历