船舶电力推进系统的建模与仿真研究

发布时间：2020-05-21 03:04

【摘要】：船舶电力推进系统的优点众多,让传统的推进系统很难望其项背。本文以典型的电力推进船舶的电力推进系统为研究对象,对船舶电力推进系统的柴油发电机组和推进电机、船-桨系统建模仿真,并对异步推进电机的控制算法进行了系统的研究,完成了以下研究工作:1.针对全电力推进船舶系统中的同步发电机组进行建模和仿真研究,推导出了同步发电机组的七阶基本模型;继而忽略定子绕组暂态、假设定子电压方程中的?约等于1,通过以上两种假设操作,由七阶基本模型得到工程化应用模型,即五阶实用模型。2.构建船舶电力推进系统中的柴油发电机组仿真模型,并与用静负载模型代替的实际船舶上的负载,组成电力系统模型。通过对所建系统模型进行动态负载的试验,验证模型的正确性,并对系统参数在不同扰动下的变化情况进行了分析,分析结果显示本文设计的柴油发电机组系统能够满足规范要求并具有正确性。3.对推进电机采用的矢量控制和直接转矩控制进行简明扼要的对比分析,基于矢量控制(转子磁场定向控制)从理论上解决了交流调速系统的静、动态性能问题,其动态性能好,调速范围宽,因此最终确定了矢量控制方案。在矢量控制中的坐标变换理论的基础上建立电动机的数学模型,对转子磁链定向的矢量控制作重点阐述,并给出转子磁链定向的矢量控制下的电机模型。4.在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建了完整的转矩和磁链双闭环的矢量控制系统模型。对所建系统模型进行负载和转速不变、负载与转矩均发生变化的仿真试验,在整个仿真过程中,两种情形下的转速均能比较稳定的随给定值变化,并且反应速度快,用时短,在很短的时间内就能完成过渡,跟随和抑制扰动的性能好。仿真结果证实了异步电动机矢量控制系统的抗负载扰动能力强以及建模的正确性。5.在螺旋桨特性的基础上构建了船-桨系统的数学、仿真模型。详细分析直接启动和分级启动两种启动方式的仿真结果,得出分级启动更有利于系统的稳定性的结论。综合全文,最终建立了完整的船舶电力推进系统,对系统模型作仿真分析,结果验证了所建系统具有稳定性,以及模型的正确性。
【图文】：

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江苏科技大学工学硕士学位论文控制系统的作用是：依照船舶的控制指令，对电动机的转速进行调节控制，实现对船速的控制。监控系统的功能是对所需的状态信号进行检测和采集，实现状况监控、越界报警、事故诊断和安全保护等功能。谐波滤波器的作用是：降低变流器的谐波对电网和其他用电设备的危害。

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有两种模式可供选择，一个是利用两台电动机同轴串）所示，，用以增加推进系统的功率；另一个是利用两台电动机动，如图 2-3（b）所示，该模式应用的更加广泛，因为其具有制的能力。双轴推进系统推进模式的操控性更好，应用的也更广泛。图 2-3（c）为双桨，图 2-3（d）为双桨双机并联推进模式。同样，因为装备了两推进系统的故障冗余和容错能力较好。多轴推进系统式推进装置的出现，对在船尾放置螺旋桨的常规推进方式来说理论层面来看，根据需要，吊舱式推进器可以放置在船下的术背景下，多轴推进系统的应用前景更加乐观。4 给出的就是在尾部设置吊舱式推进器的海洋工程船，船首有配置了侧推进器，这样船舶就能够同时实现航行和定位作业良，故障冗余和容错能力也较好。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.14

【参考文献】