船用推进电动机的最新进展

1、-1- 上海海事大学物流工程学院学术讲座上海海事大学物流工程学院学术讲座 船用推进电动机的最新进展船用推进电动机的最新进展 谢谢 卫卫 （电气自动化系）（电气自动化系） 2013.6.7 -2- 船用推进电动机的最新进展船用推进电动机的最新进展 船用推进电动机的技术要求：船用推进电动机的技术要求： （1）高可靠性）高可靠性 （2）容量大）容量大 （3）低速转矩大）低速转矩大 （4）可控性好）可控性好 （5）比功率高）比功率高 （6）高效节能）高效节能 （7）振动和噪声小）振动和噪声小 -3- 船用推进电动机的最新进展船用推进电动机的最新进展 永磁同步电动机 开关磁阻电动机 多相交流电动机 高

2、直流电动机 异步电动机 交流电动机 特种 温超导电动 同步电动 推进电动 普通推进电动 机 机 机 机 -4- 船用推进电动机的最新进展船用推进电动机的最新进展 1. 普通推进电动机普通推进电动机 1.1 直流电动机直流电动机 l 优点优点 控制简单、调速方便控制简单、调速方便 l 缺点缺点 换向器换向器+ +电刷（机械磨损）电刷（机械磨损） -5- 船用推进电动机的最新进展船用推进电动机的最新进展 用于深潜器的永磁直流推进电动机用于深潜器的永磁直流推进电动机 额定功率2kW运行方式双向连续 额定电压110V工作水深160m 额定效率8889%最大水深300m 额定转速 1500r/min（减

3、速器）转速容差-0.44.7% 530r/min（动力定位）火花等级1级无火花换向 永磁材料钕铁硼MTBF5000h 绝缘等级F级调速方式PWM斩波器 防护型式全干式潜水调速比1:20 *中国船舶重工集团公司第中国船舶重工集团公司第712研究所研究所 -6- 船用推进电动机的最新进展船用推进电动机的最新进展 用于水下机器人用于水下机器人的的永磁直流推进电动机永磁直流推进电动机 功率等级30W、41 W、160 W、500 W、950W（五档） 转速等级500 r/min、630 r/rnin、1000 r/min、1500 r/min、1800 r/min（五档） 燃料电池90V（标称电压）

4、永磁材料钕铁硼 工作水深300m（充油内压平衡式密封结构） 体积重量110 mm370mm，98% 优选冷却方式水冷总直径2.6m 极数130总长2.6m 频率195Hz轴直径500mm 相数16总重量（估计）39t 盘数4 -16- 2.2 开关磁阻电动机开关磁阻电动机 开关磁阻电动机（开关磁阻电动机（Switched Reluctance Motor）简称）简称SR电机电机，是随着现代，是随着现代 电力电子技术和计算机控制技术的发展而诞生的，具有许多独特的优点，电力电子技术和计算机控制技术的发展而诞生的，具有许多独特的优点，如结如结 构简单，可靠性高、效率高、起动和调速性能好等。构简单，可

5、靠性高、效率高、起动和调速性能好等。它首先在电动车驱动系统它首先在电动车驱动系统 中得到应用，也是比较理想的中小型船用推进电动机。中得到应用，也是比较理想的中小型船用推进电动机。 船用推进电动机的最新进展船用推进电动机的最新进展 开关磁阻电机驱动系统的基本组成开关磁阻电机驱动系统的基本组成 -17- 船用推进电动机的最新进展船用推进电动机的最新进展 四相四相8/6极极SR电机的典型结构电机的典型结构 开关磁阻电动机的运行特性开关磁阻电动机的运行特性 开关磁阻电动机：开关磁阻电动机： 步进电动机步进电动机+闭环控制（双边凸极电机）闭环控制（双边凸极电机） -18- 2.3 多相交流电动机多相交流

6、电动机 l 低压大功率低压大功率 l 转矩脉动小转矩脉动小 l 可靠性较高可靠性较高 l 系统效率高系统效率高 船用推进电动机的最新进展船用推进电动机的最新进展 多相交流电动机的定子绕组结构多相交流电动机的定子绕组结构 六相双六相双Y移移30绕组绕组 十二相四十二相四Y移移15绕组绕组 -19- 法国法国Alstom公司公司2004年研制的由三个独立的年研制的由三个独立的五相五相H桥桥PWM逆变器逆变器供电的供电的 十五相异步电动机变频调速系统十五相异步电动机变频调速系统，最高效率可达，最高效率可达97.1%，20%额定转速时的效额定转速时的效 率也有率也有80%，在先进的海军舰船电力推进系统

7、中发挥了重要的作用，在先进的海军舰船电力推进系统中发挥了重要的作用。 船用推进电动机的最新进展船用推进电动机的最新进展 多相交流变频调速系统的基本组成多相交流变频调速系统的基本组成 -20- 2.4 高温超导电动机高温超导电动机 高温超导高温超导（High Temperature Superconducting，HTS），实际上只是一），实际上只是一 种相对概念，通常是指超导材料的临界温度较高（目前已可达到种相对概念，通常是指超导材料的临界温度较高（目前已可达到100K以上）以上）。 高温超导对设备的要求比低温超导简单得多。高温超导对设备的要求比低温超导简单得多。 船用推进电动机的最新进展船用

8、推进电动机的最新进展 HTS同步电动机结构示意图同步电动机结构示意图 半超导半超导 电机电机 -21- 与传统技术相比，与传统技术相比，HTS同步电动机的最大优势是同步电动机的最大优势是没有铁的定子齿部没有铁的定子齿部，较大较大 的气隙的气隙允许设计人员对主要的电磁参数（如允许设计人员对主要的电磁参数（如同步电抗同步电抗、瞬变电抗瞬变电抗和和超瞬变电抗超瞬变电抗） 进行调整，以获得最大的比功率。进行调整，以获得最大的比功率。 船用推进电动机的最新进展船用推进电动机的最新进展 额定功率5MW 额定相电压2400V 额定相电流715A 额定负载功率因数1 额定转速230r/min 额定频率11.5Hz 直轴同步电抗0.32pu 直轴瞬变电抗0.24 直轴超瞬变电抗0.16 电枢短路时间常数0.069s 直轴超瞬变短路时间常数0.02s 交轴超瞬变短路时间常数0.028s 美国美国5MW、 230r/min HTS 同步电动机同步电动机 高温超导电机在任何转速下都能在接高温超导电机在任何转速下都能在接 近最大效率下运行，尤其可贵的是在低速近最大效率下运行，尤其可贵的是在低速 下运行，其效率比普通电机高出许多，而下运行，