混合动力船舶电机辅助主机合排控制方法及实船应用

为了解决某型7 500 t级散货船在主机合排过程中存在浓烈黑烟问题,通过实船数据分析问题原因并提出电机辅助主机合排的控制方法,调整实船主机合排控制策略与优化控制程序,经过实船试验验证表明,采用电机辅助的主机合排控制过程相较于无电机辅助的主机合排控制过程,其螺旋桨轴系扭矩突增量减小33%,主机油耗突增量减小35%,尾轴转速突增量减小41%,且螺旋桨轴系扭矩与尾轴转速上升速率更平缓,有效解决主机冒黑烟问题,达到降低主机碳排放的目的。在船舶营运过程中,混合动力系统设备运行情况良好。

大功率船用柴油机空气电机启动过程瞬态特性仿真

为提升大功率船用柴油机启动性能,采用GT-power软件建立船用柴油机稳态模型,增加空气电机启动系统模块,构建柴油机启动过程瞬态模型。基于仿真结果,分析环境排气背压、润滑油温度和压缩空气系统参数等对柴油机启动性能的影响规律。仿真结果可为基于空气电机启动的大功率船用柴油机的系统参数设计和性能评估提供依据。

某船用柴油机气马达传动轴断裂失效分析

某项目开发过程中,气动马达的传动轴起动约25~30次时发生早期断裂故障。通过对使用工况、结构特点、硬度分析、金相分析等方面,分析了该气马达传动轴断裂失效的原因。分析结果表明:该传动轴的断裂模式为多源性疲劳断裂。主要原因为异常冲击造成的传动轴花键根部产生初始裂纹,伴随着花键轴不合理的结构设计,不合理的热处理工艺等因素,导致裂纹逐步扩展,最终发展为断裂失效。

基于SOGI的船用永磁同步电机谐波电流抑制方法

文章针对船用永磁同步电机中存在的谐波电流问题,提出了一种基于SOGI的谐波电流抑制方法。该方法通过对电网电流进行SOGI变换,得到了电流中的谐波分量,并采用PI控制器对谐波电流进行补偿。最后,通过仿真和实验验证了该方法的有效性和优越性。

船舶电力推进系统高机动特性分析

本文运用Matlab/Simulink建立了船舶电力推进系统的数学模型,并对船舶电力推进系统的高机动特性进行了数字仿真。在建模和仿真的过程中,本文采用了分层结构和模块化设计方法,并采用了基于转差频率调速控制策略,对异步电动机的起动过程、加载过程中的电动机转速、电磁转矩、三相电流以及dq轴电流进行了详细仿真分析。此外,在两种常见工况下,分别比较了采用转差频率调速控制策略和不采用该策略时电机的转速变化曲线,仿真结果证明了所建立的模型和仿真方法的准确性和有效性。

Analysis of the Comprehensive Physical Field for a New Flywheel Energy Storage Motor/Generator on Ships

一个新奇飞轮精力存储(FES ) 马达 / 发电机(M/G ) 为海洋的系统被建议。目的是改进一个海洋的力量系统(MPS ) 的力量质量并且加强精力再循环。二结构包括磁性或无磁性内部转子被使用有限元素分析(FEA ) 在 magnetostatic 地里对比。由最佳地设计尺寸参数， FEA 的平均速度结果是 17 200 r/m，并且水流在短暂的域里在 62 和 68 A 之间被控制。电的机器电磁设计被 FEA 进一步在温度地里优化，到在正常操作条件下面发现本地过热点并且为冷却系统提供指导。最后，新奇冗余的结构 M/G 能改进 M/G 的效率并且维持 MPS 的稳定性，这能从全面的物理地分析被结束。

船舶辅机电驱化发展

随着储能、电力电子等各类新技术的不断发展,电力驱动技术的应用范围不断扩大。为探究电力驱动技术在船舶辅机领域的可适用性,以及适用范围、实现途径等问题,通过调研分析等手段,分析各类船舶辅机的使用需求以及当前存在的问题。结合电动机技术、变频控制技术,以及智能化技术的发展,提出了船舶辅机电驱化技术发展的必要性、先进性及可行性。

船舶氢储直流电力推进系统控制器转速环带宽设计方法

[目的]旨在研究船舶氢储直流电力推进系统中氢燃料电池外特性较软、动态特性不佳、系统稳定性易受推进负载影响的问题。[方法]首先,分析氢燃料电池的输出外特性和船舶电力推进系统的负载特性;然后,搭建系统的船-机-桨模型与永磁同步推进电机(PMSM)驱动控制系统频域模型,再结合氢燃料电池外特性与螺旋桨负载特性,提出一种基于转速环带宽的控制器参数设计方法;最后,根据某母船参数搭建氢储直流电力推进系统的硬件在环实验平台对所提方法的准确性予以验证。[结果]实验结果表明,采用所提转速环带宽设计方法时电机的转速响应无超调,在发生负载转矩扰动时电机的转速波动减少了5 r/min。[结论]该方法可提升船舶氢储直流电力推进系统的综合特性,且易于工程实现。

船舶电力推进系统螺旋桨负载特性半实物仿真平台研究

船机桨半实物仿真平台采用“推进电机+螺旋桨负载模拟电机”的双电机结构代替船舶电力推进系统的桨叶、桨毂、轴系等部件,通过数字化控制与仿真形成半实物模拟联调试验平台,从而对船舶电力推进系统的性能进行研究,反映推进电机控制的有效性及螺旋桨负载的静动态特性。结果表明,该半实物仿真平台为实验室下船-机-桨的运行工况模拟提供了一个有效的仿真测试环境,可以极大缩短船舶电力推进控制系统设计与螺旋桨性能研究的周期,降低成本与风险。

船舶电力推进系统的仿真优化策略

电力推进船舶的船—机—桨匹配分析中,仿真所需的模型复杂,工况多,耗时长。用于驱动船舶推进电机的二极管中点钳位(Neutral-Point Clamped,NPC)型三电平逆变器拓扑结构复杂,仿真中计算量大,严重拖慢了船舶电力推进系统整体的仿真速度。为解决此问题,在Matlab/Simulink软件中对一种船舶电力推进系统建模仿真,研究其特性,提出一种由受控电压源替代逆变器驱动十二相感应电机的仿真优化策略以缩短仿真所需时长。对比分析优化模型与原模型的仿真结果可知,优化模型启动与制动性能良好,可在电流、转矩、转速等外特性与原模型基本一致的前提下,将仿真耗时缩短数十倍。表明优化策略准确可行,符合复杂工况的仿真需求,可用于提高电力推进船舶的仿真效率,对同类调速系统有参考意义。

海洋装备电机常用金属材料表面防护盐雾试验分析

针对海洋装备电机常用的7种典型金属材料2A12、7A04、2Cr13、05Cr17Ni4Cu4Nb、022Cr17Ni12Mo2、1J50、DT4C及常用的表面防护处理方式,进行盐雾试验,通过腐蚀形貌分析表面防护体系耐腐蚀性能,获得耐盐雾腐蚀性能最佳的表面防护体系。结果表明:钢基体化学镀镍磷合金镀层耐腐蚀性能优于铝基体,铝基体中7A04耐腐蚀性能优于2A12;铝基体硫酸阳极化、黑色电泳,铁基体铁红+丙烯酸聚氨酯漆、黑色电泳和化学镀镍耐盐雾腐蚀性能较好;不锈钢的Cr含量对材料耐腐蚀性能的影响显著,通常含Cr较高的不锈钢耐腐蚀性能较优,含Cr较低的不锈钢耐盐雾性能较差。为海洋装备用电机金属材料及防护措施的选用提供依据。

海洋绞车电传动时变给定转速实时补偿方法

针对海洋绞车主动升沉补偿控制中,因难以准确获取电传动系统时变给定转速而导致补偿效果欠佳的问题,提出一种时变给定转速的实时补偿方法。阐述了该时变给定转速实时补偿的基本原理,研究了针对该时变给定转速进行实时补偿的具体设计方法,并以基于开关磁阻电动机驱动的海洋绞车电传动系统为例,对上述补偿方法的效果进行了验证。结果表明:该方法有效克服了因信号采集误差、数据处理延时等因素对准确获取主动升沉补偿海洋绞车电传动系统时变给定转速的影响,从而为实现海洋绞车主动升沉补偿的高准确度补偿控制奠定了基础。

船用电机滑动轴承的试验研究

针对所设计的船用电机滑动轴承,搭建了船用电机滑动轴承试验台,对不同工况试验条件下的滑动轴承进行了试验,得到了滑动轴承在不同试验条件下的润滑油温升情况、轴瓦温度的变化情况,以及轴瓦的磨损情况。试验数据表明,该船用电机滑动轴承能够满足各种实际工况的需要,验证了结构设计的合理性和正确性。

船舶电力推进系统控制方法

此文对当前在船舶推进方面发展迅速的电力推进系统的控制方法作了简要的概括和原理分析。希望能有更多的同行关注船舶电力推进未来发展及其对我国海运业发展的影响。

面向舰船应用的直线电机泵控制策略及振动试验研究

为了解决传统船用泵振动噪声大、流量脉动高以及控制方式单一等问题,提出了一种新型直线电机驱动柱塞泵结构.以直线电机驱动柱塞泵系统为研究对象,研究了直驱泵的恒流量工作原理,构建了不同运动曲线的数学模型,仿真分析了直线电机对于不同运动控制模式和运动曲线的动态响应特性,并经过样机试验验证了控制策略的可靠性及减振效果.试验结果表明:基于Labview的速度规划控制程序具有良好的操控特性,直线电机的速度特性满足直驱柱塞泵高频高速往复运动的要求;泵用电机以PVT运动模式下三角波和S形波速度规划运行,直线电机最大跟随误差为87.5μm和91μm,均小于Spline运动模式下的三角波和S形速度曲线,有利于减小直驱柱塞泵组合流量的脉动和系统振动;试验系统的振动幅值在径向得到了约70%的削弱,其他方向也有较好的减振效果,验证了直驱柱塞泵系统以三角波/PVT模式运行时振动响应特性较为良好,系统振动得到了较大程度的削弱.

具有参数辨识的船舶永磁同步推进电机无位置传感器控制

针对船舶永磁同步推进电机的无位置传感器控制需对电机参数进行修正以实现精确控制的问题,将模型参考自适应法用于永磁同步电机参数的在线辨识,运用龙格-库塔方法建立满秩的可调模型,基于Popov的超稳定性定理推导了自适应控制律,通过逐步识别完成了电阻以及电感参数的辨识,识别出的参数通过低通滤波器进行高频谐波过滤获取精准电机参数,将滤波后的电机实际参数用于算法反馈实现电机模型动态更新。软件仿真和实物平台均验证了MRAS参数在线辨识算法可以准确、有效地辨识出电机实际定子电阻和电感,具有参数辨识的船舶永磁推进电机无位置传感器矢量控制方案可行有效。

无轴推进电机技术应用研究

对可用于水面及水下航行器无轴推进系统4种推进电机工作原理、特点、转矩强度、电力变换器要求、声学性能等技术方面的研究分析比较,得出采用交流永磁同步电机是当前无轴推进器应用的最佳选择。

舰艇电力推进轴系多学科优化设计研究

以电力推进轴系为对象,进行直线校中计算,得到各轴承负荷影响系数.基于CFD数值算法,计算考虑螺旋桨水动力的轴系校中特性,并对轴系校中特性进行优化.基于直线校中和合理校中两种状态,研究轴系不同校中状态对振动特性的影响.在此基础上,以后尾轴承垂向变位为变量,研究建立轴系校中特性及振动特性的多学科优化设计模型,为轴系设计质量的提高提供参考.

船舶永磁同步电机全转速范围无位置传感器控制

针对单一的无位置传感器技术无法有效控制船舶永磁同步推进电机的问题,给出了一种可在全转速区域实现混合无位置传感器控制的策略,分析了传统反电动势法(back electromotive force,BEMF)的缺陷,提出了一种改进的带补偿校正的BEMF,并将流频比(I/F)控制策略应用于解决BEMF不能在零速和低速下使用的问题,为了保证开环起动的带载能力和可靠性,增加了转子预定位算法,最后,提出了一种融合过渡方案来解决2种算法之间的切换问题。仿真和实验结果表明,该算法提高了永磁同步电动机转子位置和转速估计的精度,解决了船舶电力推进永磁同步电机全转速范围无法实现无位置传感器控制的难题。

舰船多相永磁同步电动机推进控制系统辨识与仿真研究

研究了舰船电力推进系统的数学模型及其非线性特性。建立了螺旋桨负载的数学模型。针对舰船多相永磁同步电动机推进控制系统在其参数不确定而导致系统反馈线性化的效果变差,无法达到预期的优化性能,严重时甚至会造成系统的不稳定的问题,本文提出了采用扩展卡尔曼滤波方法对系统进行参数估计的方法,应用非线性系统的逆系统方法对控制器参数进行优化设计,并进行了仿真。仿真结果表明,所采用的方法能够使系统达到预期的优化动态性能指标,提高了系统的鲁棒性,具有较好的实用价值。