船舶电力推进几种典型方式的比较(2)

2020-04-17 21:12

?起动平稳,起动电流(转矩)可从零起逐渐加大;

?转矩脉动平滑;

?功率及转矩动态响应快,一般小于100毫秒;

?电力系统内谐波高低取决于电机速度;

?系统功率因数由电机电压决定,通常可达0.76;

?满负荷时效率高;

?变频器输出频率低,可以不需要齿轮减速直接驱动螺旋桨。

这种驱动方式,性价比高,应用比较广泛。

根据国外经验,交一交循环变流器主要用于速度极低、转矩极高的场合,典型的例子就是破冰船。

目前单个电力驱动系统的功率范围在2~30MW之间。针对特大功率低转速推进船舶,ABB和SIEMENS公司倾向于采用CYCLO电力推进方式[5]。

5 电压型变频器+交流异步电动机

电压型变频器VSI(Voltage Source Inverter),与电流型变频器CSI(Current Source Inverter)同属于交一直一交变频器,也由整流器、滤波器、逆变器三部分组成。工作原理也是整流电路将电网来的交流电转换成直流电;再经三相桥式逆变电路转变为频率可调的交流电,供给推进电动机。

电压型变频器的中问环节采用大电容,对电动机来讲,基本上是一个电压源。

随着电力电子器件的发展,电压型变频器发展成新型的脉宽调制型(PWM),整流器用二极管组成,逆变器用IGBT(绝缘栅双极晶体管)组成。

IGBT是一种新发展起来的复合型电力电子器件,具有工作速度快,输入阻抗高,热稳定性好,载流能力强等特点。目前绝大多数产品为此类型塑料工业网版权所有,并有低压及中压规格。

IGBT的特点是:

?线路简单;

?功率因数高;

?谐波少;

?调速范围宽和响应快。

PWM型变频器+交流异步电动机(VSI+Asynchronous motor)的系统原理。

“电压型变频器+交流异步电动机”原理

这种驱动方式采用二极管将交流电整流后,再通过PWM变频直流电斩波后向电机提供电压和频率均可调节的交流电。

采用二极管整流器,可保持电力系统能在任何电机速度的时候功率因数接近0.95。

相比CSI和CYCLO驱动,PWM驱动的系统谐波含量最少,用三芯变压器为变频器提供12半周的电源还可进一步减少谐波含量[6]。

PWM电压型变频器中,西门子采用IGBT器件进行矢量控制,ABB采用IGCT(集成门极换流晶闸管)器件进行直接转矩控制。从控制原理来说,两者都是用数字技术,通过计算机将电动机电流分解成转矩分量和磁通分量分别进行控制,以达到类似于直流电机的动态特性。

通过PWM型变频器控制后:

?系统电源输出的频率范围较宽;

?功率及转矩的动态响应快(小于10毫秒);

?与高速鼠笼式感应式电机(900~1200r/min)匹配,在任何速度都能保持转矩平滑输出;

?若采用矢量控制器,在零速度的时候仍能保持转矩稳定输出;

?起动平稳,起动电流(转矩)可从零起逐渐加大;

?在任何负载状况下均有很高的功率因数(约为0.95):

?低速时功率损耗小;

?推进效率高。

目前应用PWM驱动的单机功率可达8MW(3300V),价格偏贵。

在中小功率范围,包括部分大功率的电压型变频器中,以规模及市场占有率来看,应以

SIEMENS和ABB两家为主,而ALSTOM和STNATLASZEZE注重CSI及CYCLO变频器。

6 总结

就目前情况看,因为船舶推进装置功率大,转速低,应用最多的是CYCLO推进系统。

未来,随着电力电子器件和技术的创新与发展,IGBT及IGCT高压大容量方面技术的突破和成本的下降,以及矢量控制技术和直接转矩控制技术的成熟与推广,电压型变频器匹配交流异步电动机的驱动型式将会有更大的市场份额。

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