船用推进电动机的最新进展

-1-,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谢卫（电气自动化系）2013.6.7,-2-,船用推进电动机的最新进展,船用推进电动机的技术要求：（1）高可靠性（2）容量大（3）低速转矩大（4）可控性好（5）比功率高（6）高效节能（7）振动和噪声小,-3-,船用推进电动机的最新进展,-4-,船用推进电动机的最新进展,1.普通推进电动机1.1直流电动机,优点控制简单、调速方便缺点换向器+电刷（机械磨损）,-5-,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,*中国船舶重工集团公司第712研究所,-6-,船用推进电动机的最新进展,用于水下机器人的永磁直流推进电动机,*北京航空航天大学和沈阳工业大学,-7-,船用推进电动机的最新进展,1.2交流异步电动机与直流推进电机相比较，其主要优势表现为：（1）异步推进电机没有换向器，其极限容量远大于直流推进电机。（2）损耗低，效率高。同功率等级的异步推进电机与直流推进电机相比，效率通常高2%3%。（3）可采用较高的电压，减小设备体积与重量。目前直流推进电机的最高电压为1kV，而异步推进电机的电压可达6.37.5kV。（4）结构简单，维护方便，成本低廉。,-8-,法国Alstom公司研制的先进感应电机（AdvacnedInductionMotor，AIM）：气隙大极数多相数多每槽每极导体数少,船用推进电动机的最新进展,-9-,1.3交流同步电动机与直流电动机相比，同步电动机具有结构相对简单、体积小、重量轻、效率高等优点。由于没有换向器，其极限容量远远大于直流电动机。可以采用较高的电压，从而减轻设备的体积和重量。在额定功率和额定转速相同的条件下，同步电动机的占地面积仅为直流电动机的1/2，而效率可高出3%左右，维护工作量减少至1/8，且坚固耐用，运行可靠。,船用推进电动机的最新进展,目前工程上可以实现的同步电动机最大输出功率已达到100MW。,-10-,1.3交流同步电动机与异步电动机相比，同步电动机具有调速范围宽、功率因数高，耐冲击能力和过载能力大等优点。,船用推进电动机的最新进展,自控式同步电动机变频调速系统,-11-,2.特种推进电动机2.1永磁同步电动机,船用推进电动机的最新进展,永磁同步电动机的基本拓扑结构,-12-,2.1.1径向磁通永磁同步电动机径向磁通永磁推进电机的代表是德国Siemens公司研制的PERMASYN永磁推进电机，这是世界上第一台成功应用于常规潜艇推进系统的新型高功率密度电机，其输出功率等级从1.7MW到5MW不等，可以适应各类常规潜艇的具体要求。,船用推进电动机的最新进展,-13-,2.1.2轴向磁通永磁同步电动机1990年，美国的Kaman公司与NewportNews船厂共同研制了18MW的轴向磁通永磁推进电机，其突出特点是：轴向尺寸短，可适用于安装空间较小的场合，并且冷却方便（盘式电机）。,船用推进电动机的最新进展,-14-,2.1.3横向磁通永磁同步电动机横向磁通电动机（TransverseFluxMotor）简称TFM，其磁通方向与转子旋转方向相垂直，或者说，在TFM中定、转子的磁通方向限定在与转子旋转方向垂直的平面内。目前已有的TFM均采用永磁材料，所以又称为横向磁通永磁电动机（TFPMM）。,船用推进电动机的最新进展,-15-,2.1.3横向磁通永磁同步电动机TFPMM的最大优点是：各相绕组之间完全物理隔离，没有相间的电磁耦合，并且磁路和电路互不干扰，可以大大提高电机的功率密度。下表是英国20MW横向磁通永磁推进电机的主要技术参数：,船用推进电动机的最新进展,-16-,2.2开关磁阻电动机开关磁阻电动机（SwitchedReluctanceMotor）简称SR电机，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，如结构简单，可靠性高、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,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,四相8/6极SR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：步进电动机+闭环控制（双边凸极电机）,-18-,2.3多相交流电动机低压大功率转矩脉动小可靠性较高系统效率高,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,六相双Y移30绕组,十二相四Y移15绕组,-19-,法国Alstom公司2004年研制的由三个独立的五相H桥PWM逆变器供电的十五相异步电动机变频调速系统，最高效率可达97.1%，20%额定转速时的效率也有80%，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,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（HighTemperatureSuperconducting，HTS），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100K以上）。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,HTS同步电动机结构示意图,半超导电机,-21-,与传统技术相比，HTS同步电动机的最大优势是没有铁的定子齿部，较大的气隙允许设计人员对主要的电磁参数（如同步电抗、瞬变电抗和超瞬变电抗）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,美国5MW、230r/minHTS同步电动机,高