2025年船舶电力拖动试题及答案

2025年船舶电力拖动试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.船舶电力拖动系统中，针对舱室通风机的负载特性，最适宜选择的电动机类型是（）。A.直流并励电动机B.笼型异步电动机C.绕线转子异步电动机D.同步电动机2.某船舶起货机采用变频调速系统，当电机转速从额定转速3000r/min降至1000r/min时，若保持磁通恒定，此时变频器输出电压应（）。A.保持额定电压不变B.按转速比例降低至1/3额定电压C.按转速平方比例降低至1/9额定电压D.按转速开方比例降低至1/√3额定电压3.船舶电力拖动系统中，用于限制电动机启动电流的常用方法不包括（）。A.定子串电阻启动B.星-三角降压启动C.软启动器启动D.直接全压启动4.船舶推进电机采用永磁同步电动机时，其控制策略通常优先选择（）。A.V/f控制B.矢量控制（FOC）C.直接转矩控制（DTC）D.开环电压控制5.船舶锚机电力拖动系统的负载特性属于（）。A.恒功率负载B.恒转矩负载C.二次方律负载D.冲击性负载6.船舶电动机的防护等级需满足IP56要求，其中“5”表示（）。A.防止固体异物进入的等级为防尘（有限进入）B.防止固体异物进入的等级为防直径≥1mm的固体C.防止固体异物进入的等级为完全防尘D.防止固体异物进入的等级为防直径≥50mm的固体7.船舶电力拖动系统中，能耗制动的关键参数是（）。A.制动电阻的阻值B.励磁电流的大小C.电枢电压的极性D.变频器的直流母线电压8.某船舶泵类负载采用变频调速后，若流量需降低至额定流量的50%，理论上电机功率可降至额定功率的（）。A.50%B.25%C.12.5%D.6.25%9.船舶电力拖动系统中，过电流保护与短路保护的主要区别在于（）。A.动作时间不同，过电流保护更快B.动作阈值不同，短路保护阈值更高C.保护对象不同，过电流保护针对电机，短路保护针对线路D.实现方式不同，过电流保护采用熔断器，短路保护采用断路器10.船舶直流电动机调速时，若仅调节电枢电压，其机械特性的变化为（）。A.斜率不变，理想空载转速改变B.斜率改变，理想空载转速不变C.斜率和理想空载转速均改变D.斜率和理想空载转速均不变11.船舶交流电动机采用双馈调速时，其调速范围主要取决于（）。A.定子电压的调节范围B.转子侧变流器的容量C.电网频率的稳定性D.电机极对数的变化12.船舶电力拖动系统中，用于检测电机转子位置的传感器通常是（）。A.温度传感器B.霍尔电流传感器C.旋转变压器D.压力传感器13.船舶起货机在高速下放货物时，为防止“溜钩”现象，需采用（）。A.能耗制动B.反接制动C.再生制动D.机械制动14.船舶电力拖动系统的电磁兼容性（EMC）设计中，抑制传导干扰的常用措施是（）。A.增加屏蔽层B.安装滤波器C.优化接地方式D.提高绝缘等级15.船舶推进电机的冷却方式中，最适用于大功率电机的是（）。A.自冷式（IC01）B.强迫风冷（IC411）C.水冷（IC81W）D.氢冷（IC718）二、填空题（每空1分，共20分）1.船舶电力拖动系统的组成包括电动机、传动机构、（）和（）四大部分。2.船舶异步电动机的调速方法主要有变极调速、（）和（）。3.船舶直流电动机的励磁方式包括他励、并励、（）和（）。4.船舶电力拖动系统中，常用的过载保护电器有（）和（）。5.船舶变频调速系统的主电路由整流器、（）和（）三部分组成。6.船舶电动机的工作制分为连续工作制（S1）、短时工作制（S2）和（）三大类，起货机电机通常采用（）工作制。7.船舶电力拖动系统的稳定性要求是：当系统受到微小扰动后，能自动恢复到（）的能力。8.船舶推进电机的矢量控制需要将定子电流分解为（）分量和（）分量，分别控制电机的磁通和转矩。9.船舶电动机的绝缘等级主要有A、E、B、F、H级，其中H级绝缘的最高允许温度为（）℃。10.船舶电力拖动系统的制动方式中，（）制动可将电机动能回馈至电网，实现能量回收。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述船舶电力拖动系统与陆用电力拖动系统的主要差异。2.分析船舶起货机电力拖动系统对电动机的特殊要求（至少列出4项）。3.比较船舶直流电动机与交流电动机在调速性能上的优缺点。4.说明船舶变频调速系统中“谐波”的产生原因及抑制措施。5.船舶电力拖动系统中，为什么需要设置失压保护和欠压保护？两者的区别是什么？四、综合分析题（每题15分，共30分）1.某20000吨级散货船的锚机采用绕线转子异步电动机拖动，额定功率150kW，额定转速980r/min，额定电压380V，额定电流280A。现需设计其电力拖动控制系统，要求：（1）画出系统主电路简化示意图（标注主要元件）；（2）说明启动、调速及制动的实现方式；（3）列出需配置的保护功能（至少5项）。2.某船舶推进系统采用永磁同步电动机（PMSM）驱动，额定功率5000kW，额定转速120r/min，采用矢量控制策略。运行中出现电机温升异常（超过120℃）、振动增大（振动速度有效值达8.5mm/s）的故障现象。请分析可能的故障原因，提出检测方法及处理措施。答案一、单项选择题1.B2.B3.D4.B5.D6.C7.A8.C9.B10.A11.B12.C13.D14.B15.C二、填空题1.控制设备；工作机构2.变频调速；变转差率调速（或转子串电阻调速）3.串励；复励4.热继电器；电子过载保护器5.中间直流环节（或直流母线）；逆变器6.重复短时工作制（S3）；重复短时工作制（S3）7.原平衡状态8.励磁（或磁通）；转矩（或有功）9.18010.再生（或回馈）三、简答题1.主要差异：（1）环境条件更恶劣（高温、高湿、盐雾、振动）；（2）电源为船舶电网（电压波动大，频率可能非50Hz）；（3）负载特性复杂（冲击性负载多，如锚机、起货机）；（4）空间限制严格（设备需紧凑、重量轻）；（5）可靠性要求极高（故障可能导致航行安全问题）；（6）电磁兼容性要求更严（避免干扰导航设备）。2.特殊要求：（1）短时过载能力强（起货机需频繁启动、制动，负载冲击大，需承受2-3倍额定电流）；（2）调速范围宽（通常需1:10以上，满足货物轻载高速、重载低速需求）；（3）制动性能可靠（防止货物下滑，需快速制动，制动转矩需大于1.5倍额定转矩）；（4）防护等级高（IP56以上，防盐雾、潮湿）；（5）耐振动冲击（船舶航行中振动大，电机结构需加强）；（6）工作制为重复短时（S3，负载持续率通常为25%或40%）。3.直流电动机优点：调速范围宽（可达1:100以上）、调速平滑（无级调速）、低速转矩大；缺点：需电刷和换向器，维护成本高，可靠性低（易产生火花，不适用于防爆场合），体积重量大。交流电动机优点：结构简单（无换向器）、维护方便、可靠性高、体积小；缺点：传统调速方式（如转子串电阻）效率低，变频调速需额外设备，调速范围（普通变频器约1:100，高精度控制可达1:1000）略低于直流。4.谐波产生原因：变频器的整流和逆变环节采用电力电子器件（如IGBT），其开关动作导致电压、电流波形畸变，产生高次谐波（主要为5、7、11次等）。抑制措施：（1）增加整流脉冲数（如12脉冲整流代替6脉冲）；（2）安装输入/输出滤波器（LC滤波器、有源滤波器）；（3）使用多电平逆变器（减少谐波含量）；（4）优化PWM调制策略（如空间矢量调制SVPWM）；（5）电机和电缆采用屏蔽结构，减少谐波辐射；（6）电网侧加装电抗器（抑制谐波电流注入电网）。5.原因：船舶电网电压波动大（如大负载启动时电压骤降），失压（电压消失）或欠压（电压低于额定值的60%-85%）会导致电动机停转，若电压恢复后电机自行启动可能引发安全事故（如起货机突然动作）。区别：失压保护针对电压完全消失的情况（如电网断电），通过欠电压继电器释放，切断控制电路；欠压保护针对电压降低但未完全消失的情况，当电压低于整定值时动作，防止电机因低压过流烧毁。四、综合分析题1.（1）主电路示意图：电源→断路器→交流接触器→频敏变阻器（或转子电阻箱）→绕线转子异步电动机。标注元件：QF（断路器）、KM（接触器）、RF（频敏变阻器）、M（电动机）。（2）启动：采用转子串频敏变阻器启动（或转子串多级电阻分级启动），逐步切除电阻，限制启动电流（约2-2.5倍额定电流），增大启动转矩（约1.5-2倍额定转矩）。调速：转子串可变电阻调速（通过改变转子电阻值改变转差率，实现低速调节）；或配合变频器实现变频调速（需更换为笼型电机，若保留绕线电机可采用双馈调速）。制动：采用机械制动（电磁制动器）为主，配合能耗制动（断电后定子通入直流电流产生制动转矩）或反接制动（改变定子电源相序，产生反向转矩）。（3）保护功能：短路保护（断路器QF）、过载保护（热继电器或电子保护器）、过流保护（电流互感器+过流继电器）、欠压保护（欠电压继电器）、超速保护（转速传感器+超速继电器）、堵转保护（电流持续超过整定值时动作）、温度保护（电机绕组温度传感器）。2.故障原因分析：（1）温升异常：可能原因为冷却系统故障（如冷却水泵停转、水冷管道堵塞）、电机过载（推进阻力增大，如船舶搁浅、螺旋桨缠杂物）、绕组故障（匝间短路、绝缘老化）、轴承损坏（摩擦增大导致发热）、矢量控制参数设置错误（电流分配不合理，铜损增加）。（2）振动增大：可能原因为转子动平衡破坏（如永磁体脱落）、轴承磨损（间隙过大）、轴系对中不良（电机与螺旋桨轴不同心）、定子绕组不对称（某相电流异常）、机械连接松动（底脚螺栓松动）。检测方法：（1）温升检测：红外测温仪测量绕组、轴承温度；检查冷却系统压力、流量（水冷系统）或风路（风冷系统）是否正常。（2）振动检测：振动传感器+频谱分析仪，分析振动频率（如1倍频为转子不平衡，2倍频为轴系对中问题）。（3）电气检测：万用表测量三相绕组直流电阻（不平衡度＞2%可能匝间短路）；兆欧表检测绝缘电阻（低于0.5MΩ需处理）；钳形表测量三相电流（不平衡度＞10%为异常）。（4）机械检测：检查轴承游隙（用塞尺测量）；轴系对中检测（激光对中仪）；转子外观检查（永磁体是否松动）。处理措施：