船舶电力推进方式比较剖析王强

王强

摘要：目前，我国市场主要存在五种电力推进方式，本文阐述了这五种电力推进方式各自的特点和工作原理，并且根据不同船舶电力推进方式的工作原理介绍了其在船舶行业内的实际应用。

关键词：船舶；电力推进方式；剖析

随着我国科学技术不断进步和发展，船舶电力推进方式也有了较大的改进。十九世纪八十年代之前由于技术水平落后，我国船舶行业只能采用直流电力推进方式，这种推进方式有着转速调整平滑和逆转运行好的优点。随着科技水平的不断提高，交流电力推进方式逐渐被应用到船舶行业，并且已成为现在的主流推进方式，这种推进方式有着输出功率大、成本低、可靠性高等优点。

我国船舶行业当前使用的电力推进系统主要有以下五种：一是可控硅整流器+直流电动机；二是可调螺距螺旋桨+交流异步电动机；三是电流型变频器+交流同步电动机；四是交-交变频器+交流同步电动机；五是电压型变频器+交流异步电动机。下文主要针对这五种不同推进方式的工作原理进行分析介绍。

1.可控硅整流器+直流电动机

直流电动机推进方式是使用较早的一种电力推进方式。这种推进方式是通过调节电机电流的大小和方向来控制电动机的转速和转向。直流电动机推进方式加上可控硅整流器推进模式的不断完善和改进，使该推进方式的应用领域更加广泛。虽然在船舶电力推进方式中交流电推进方式比直流电推进方式有较大优势，但是，直流电动机和可控硅整流器的完美结合使该推进方式依然是一种高效的船舶电力推进方式。

该推进方式的控制角的实际控制范围比理论控制范围较小，这是考虑到电机运行时电网的压降，可以使推进运行过程中的变换平滑顺畅。当然，作为相对落后的一种推进方式也有很多的缺点，比如：要使推进转矩的控制更加精确，必须降低系统的功率因数，这样必然会增加整个推进系统的功率损耗；直流电动机本身还有体积大、维护成本高等缺点。

2．交流异步电动机+可调螺距螺旋桨

目前，我国船舶行业多采用交流电力推进方式，通过交流异步电机和可调螺距螺旋桨的完美组合使推进方式得到了极大的改善。这种推进方式可通过控制螺旋桨的螺距来改变船的行驶速度，使船在行驶过程中可以实现平稳的变速。在船舶中使用交流异步电动机可以增加船只整体的可操控性能，也可通过使用相应的转换开关达到控制交流电机的目的。

这种推进方式有以下优点：一是可靠性高，二是运行效率高。当然，这种推进方式也存在一些缺点，比如经济性差，这种交流异步电机初始启动时的通电电流是其他推进方式的数倍，这大大增加了电机的功耗，使船舶的整体耗电量增加，并且这种推进方式的制动反应比较慢，这将降低船舶的整体安全性能。

3．电流型变频器+交流同步电动机

该电力推进方式的工作原理是：利用电流型变频器将从电网中得到的交流电转换为直流电，然后通过逆变器将直流电转化为可供交流同步电动机使用的交流电。这种电力推进方式可通过对变频器和逆变器的控制，对电机的转矩进行间接的控制，使的整个船舶控制电路的控制过程得到大大的简化。

这种电力推进方式有以下优点：一是使用价格相对经济实惠，二是启动时电动机的通过电流几乎为零，并且电动机获得的转矩可快速提高，三是操作方便，可靠性高。缺点是：运行时对动态指令的反应比较缓慢，并且电动机不能长时间保持低速运行。

4.交-交变频器+交流同步电机

交-交变频器+交流同步电机驱动方式采用cyclo变频器，这种变频器所采用的桥式反并联晶闸管具有极高的可控性。因此，在驱动船舶电力推进系统时拥有较高的灵敏度，通过控制晶闸管来选择交流电源的不同相位区间来向交流同步电机提供交流电。

交流同步电机一般为双绕组结构，西门子公司针对双绕组同步电机研发了cyclo变频器，采用cyclo变频器进行船舶系统电力推进时起动十分平稳，起动时电机转速较低，电流谐波可以忽略不计，保证了电流质量。因此与其他推进方式相比，交-交变频器+交流同步电机驱动方式起动阶段动力更加充足。采用交流电机保证了推进系统在满负荷运转时的稳定性，西门子公司研发cyclo变频器主要也是为了针对特大功率低转速船舶推进系统。交-交变频器+交流同步电机驱动方式性价比相对较高，目前在船舶推进系统市场占有相当大的份额。

5.电压型变频器+交流异步电动机

电压型变频器+交流异步电动机驱动方式主要针对中小功率船舶推进系统，电压型变频器也由整流器、滤波器、逆变器三个部分组成，工作原理是整流器将电网输出的50Hz交流电转换为直流电，再由滤波器来降低直流电的谐波，最终由逆变器将滤波后的直流电转换为频率可调的交流电供给交流异步电动机。

其中逆变器采用绝缘栅双极晶体管元件，这种晶体管的线路并不复杂，因此逆变后的电流谐波较少，避免了逆变后交流电质量差的问题。除此之外，它还有热稳定好的特点，长期工作后不会因为发热问题导致逆变不稳定。电压型变频器+交流异步电动机驱动方式目前应用也较为广泛，不足的是成本偏高，性价比可能不如上述几种驱动方式。

结束语

综上所述，以上几种推进方式各有各的优点和缺点，具体使用哪种船舶电力推进方式应该根据实际情况而定。我相信随着科技的不断进步和发展，将来一定还会出现更先进的船舶电力推进方式。

参考文献：

[1]邵赟,黄磊.“科学号”科学考察船吊舱式电力推进系统关键技术[J].船海工程,2015.

[2]王宣辉.电力推进船舶电能质量分析仪的设计与研究[D].大连海事大学,2013.

[3]李新文.船舶电力推进同步电机控制系统设计研究[D].哈尔滨工程大学,2015.

作者简介：王强（1985-10），男，汉族，籍贯：重庆市万州区，学历：本科，研究方向：船舶电力