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电力推进系统

1引言

传统的船舶推进方式利用柴油机带动螺旋桨推动船舶前进，但是随着人类环保意识的

进一步加强，国际海事组织（IMO）对排放（尤其是对NOX与SOX的排放）提出了严格的

要求。燃用低质燃油受到限制。石油资源的短缺、燃油价格的上涨进一步影响了船舶营运

者的利益。船舶制造商和船舶柴油机生产商采取各种措施提高营运中的经济利益。与此同

时，电力推进作为船舶的新型推进动力，世界各国都在进行深入的研究。国外已经开发了多

种类型的电力推进系统，并在多型船舶上应用。国内在此领域内的研究则刚刚起步。作为

船舶主动力系统的电力推进系统，由于其高效率、高可靠性、高自动化以及低维护，正成

为水面船舶青睐的主推进系统。

2电力推进系统组成

电力推进系统一般由电站（柴油发电机组、配电盘、变压器）、变频器、推进电机变频

异步电动机（驱动螺旋桨）、一般动力负载（辅助机械需要的电动机如各种泵）、螺旋桨、

控制设备等其他负荷组成

电力系统基本结构

1．电站（柴油发电机组、配电盘、变压器）

电站由柴油发电机组和一套主配电板组成。在电力推进的船舶上，一般配置2~3台航

行柴油发电机组，另加一台停泊发电机组。发电机组通常供电给一个380V或690V的低压

电网，为船上的电力推进系统和其他主要设备供电。对电力需求量较大的特种工程船舶来

说，电站的用电设备多、容量大，可能采用3.3KV中压电网，以降低电网传输电流，减小

发电机体积。

2．变频器

交流推进电机的控制或变速驱动依赖于变压变频技术。交流推进电动机的调速主要采用变

频调速，这就要求向交流电机供电的电源能够同时改变电压和频率。目前常用的变频器有

三种：同步变频器（交-交变频器）、循环变频器（交-直-交变频器）和脉宽调制变频器。

间接变频方式的工作原理是先将电网输入的交流电变为直流电，然后再在变流电路中将直

流转变为频率可调的交流输出。变频器具有结构简单、输出频率变化范围大、功率因数高、

谐波易于消除、可应用于各种大功率设备等优点。

3.推进电机

目前应用在船舶上的推进电动机主要有异步电动机、励磁同步电动机和永磁同步电动机

三种。交流异步电动机结构简单，价格低廉，维护方便，在中小型船舶上应用较广。但是异

步电动机的低速动态性能较差，并且运行时需要无功功率，降低了功率因数。励磁同步电动

机气隙较大，能承受冲击，励磁损耗小，功率因数可以为1，但造价较高，主要应用在中大

型船舶上。随着永磁电机控制技术的发展，在船舶电力推进系统中趋于采用永磁同步电机，

已有多种不同结构的永磁同步电机，其功率范围从几百瓦到应用于船舶推进的几兆瓦。永磁

电机与常规电机相比具有功率密度高、转矩密度高的特点，由其构成的推进系统噪声低、

效率高、维护性好，因此对于船舶来说更具有发展潜力。

4．推进装置

目前，电力推进系统主要采用3种推进装置：轴系推进、全方位推进和吊舱式推进。

中小船舶多采用轴系推进或全方位推进。在轴系推进种，卧式变频电动机可直接连接到螺

旋桨轴上，从而使系统结构更简单牢固。电动机也可以通过减速齿轮箱与螺旋桨轴连接，从

而提高电动机的转速，减小电动机体积。全方位推进装置是一种可以自由回转的推进器，能

产生任何方向的推力，根据其齿轮传动方式，分为Z型和L型两种。与全方位推进装置相

类似，吊舱式推进装置也可以自由回转，能够产生任何方向上的推力，其主要不同之处在于

后者直接将电动机和螺旋桨集成在一个封闭的吊舱中，并浸没在船体下方的水中。

3电力推进系统各部分的原理及介绍

3.1柴油发电机组：由一台或多台发电机和控制系统组成，又叫发电机组。柴油发电机

组是以柴油机作为原动机，拖动同步发电机发电的一种设备。是一种起动迅速、操作维修方

便、投资少、对环境的适应性能较强的发电装置。柴油机驱动发电机运转，将柴油的能量转

化为电能并供给给船舶。在柴油机汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射

出的高压雾化柴油充分混合，在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油

的燃点。柴油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为作‘功