船舶电力推进永磁同步电动机制动过程的研究

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日渐突出,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。 本文首先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,简单介绍了烟大铁路轮渡的航线由来和船舶基本概况;其次,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;再次,本文还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。 本文开展了以大功率永磁同步电动机为主推力的电力推进船舶停航制动的探索性研究工作。通过理论分析、计算和仿真积累了一些经验,为课题的后续深入研究奠定了基础。