El estado de desarrollo y las tendencias de los dispositivos de propulsión eléctrica para barcos nacionales.
6?1 Introducción
6?1 Historia - Revisión del desarrollo de la propulsión eléctrica para barcos
6?1 —— Las principales formas de propulsión eléctrica de barcos
6?1 El futuro: la propuesta y el desarrollo de barcos totalmente eléctricos
6?1 Los barcos de nuevas energías y nuestra investigación trabajo
6?1 Conclusión
1. Introducción
Antecedentes del desarrollo de 6?1
Problemas y desafíos de 6?1
Antecedentes de la investigación
Desde la llegada del primer barco del mundo propulsado por una máquina de vapor, los sistemas de propulsión mecánica que utilizan motores térmicos (como motores diésel, turbinas de vapor y turbinas de gas) para directamente Las hélices de accionamiento se han convertido en el principal método de propulsión de los barcos y ocupan una posición dominante.
Problemas y desafíos
(1) Los sistemas de propulsión mecánica de motores de combustión interna marinos también tienen problemas como mucho ruido, rango de velocidad pequeño y poca flexibilidad.
El sistema de propulsión eléctrica del barco utiliza un motor para accionar directamente la hélice. En comparación con el sistema de propulsión mecánica, tiene un amplio rango de velocidad, gran par motor, fácil rotación hacia adelante y hacia atrás, tamaño pequeño y diseño flexible. , instalación conveniente y fácil mantenimiento, baja vibración y ruido.
(2) Especialmente en los últimos años, con el rápido desarrollo de dispositivos electrónicos de potencia, tecnología de convertidores, sistemas de control de transmisión, nuevas fuentes de energía y nuevos materiales, los sistemas de propulsión eléctrica de barcos están experimentando enormes cambios.
El sistema de propulsión eléctrica de barcos es uno de los campos de aplicación importantes del sistema de control de transmisión eléctrica de alta potencia. Debido a su especificidad profesional, no ha recibido la debida atención, lo que hace que la investigación nacional en este campo sea diferente de la de los sistemas de propulsión eléctrica de barcos. Los avanzados extranjeros. La diferencia de nivel es aún más obvia.
(3) Con el agotamiento de los recursos petroleros mundiales, el motor de combustión interna se retirará gradualmente del escenario de la historia. La gente deberá encontrar nuevas fuentes de energía y sus dispositivos de energía unos 60 años antes de que se agote el petróleo.
Éste es uno de los principales problemas y retos a los que se enfrenta la humanidad en el siglo XXI. Por lo tanto, la gente ha estado trabajando arduamente para encontrar fuentes de energía nuevas y renovables con alta eficiencia energética y sin contaminación para el medio ambiente y sus métodos de utilización.
Este artículo intenta revisar la historia, la situación actual y el desarrollo de los sistemas de propulsión eléctrica de barcos desde los aspectos de la estructura del sistema, el método del convertidor, el método de control y la aplicación de los dispositivos electrónicos de potencia. Sobre esta base, basándose en la experiencia del autor en la participación en la cooperación y los intercambios internacionales en muchas ocasiones, se proponen como referencia por parte de sus pares algunos temas que merecen atención en el desarrollo futuro de los sistemas de propulsión eléctrica de barcos. Se espera que más académicos presten atención. y dedicarse a la electrónica de potencia y al control de transmisiones.
2. Historia - Revisar el desarrollo de la propulsión eléctrica de barcos.
6?1 La historia de la propulsión eléctrica de barcos se remonta a 1860. El primer barco del mundo propulsado por baterías tenía un motor recto.
Se puso en funcionamiento el submarino de propulsión eléctrica.
6?1 A principios del siglo XX, la mayoría de los submarinos utilizan propulsión eléctrica. Cuando un submarino convencional navega en la superficie, la unidad de motor-generador diésel carga la batería y suministra energía al motor para impulsar el barco. Cuando se navega bajo el agua, las baterías proporcionan energía y un motor eléctrico impulsa la embarcación. Los submarinos nucleares utilizan generación de energía atómica y propulsión impulsada por motor.
En la década de 1920, seis buques de guerra clase México (40.000 caballos de fuerza) y dos portaaviones (180.000 caballos de fuerza) construidos por Estados Unidos adoptaron un sistema de propulsión eléctrica impulsado por una turbina de vapor-generador-motor eléctrico.
Durante la Segunda Guerra Mundial, solo Estados Unidos construyó más de 300 buques de guerra y barcos de transporte propulsados por motores-generadores-motores eléctricos diésel.
Desde entonces, los rompehielos, los buques de investigación científica y otros buques para fines especiales también han sido equipados con sistemas de propulsión eléctrica. Durante este período, el sistema de propulsión eléctrica del barco generalmente utilizaba el sistema de control de velocidad Ward-DC, es decir, el sistema G-M.
En la década de 1970, los convertidores de tiristores sustituyeron a los convertidores Ward-Leonard y se convirtieron en el principal método de regulación de velocidad para los sistemas de propulsión eléctrica de barcos.
Desde la década de 1980, con el avance continuo de los dispositivos electrónicos de potencia, los sistemas de control de velocidad de CA que pueden apagarse mediante interruptores semiconductores están reemplazando gradualmente a los sistemas de control de velocidad de CC con tiristores y se están convirtiendo en el principal sistema de control de velocidad para los sistemas eléctricos de barcos. Sistemas de propulsión.
6?1 Durante este período, el sistema de propulsión eléctrica adoptó un convertidor de frecuencia AC-DC-AC en la década de 1980, y el método de regulación de velocidad de CA fue impulsado por un motor de inducción o un motor síncrono.
En la década de 1990, se utilizaba un convertidor de frecuencia CA-CA para el suministro de energía y el método de regulación de velocidad de CA era impulsado por un motor síncrono.
Ilustración histórica
Se puede ver en la trayectoria histórica del desarrollo de los sistemas de propulsión eléctrica de barcos que cada progreso y avance está básicamente sincronizado y estrechamente relacionado con el desarrollo de la tecnología de la electrónica de potencia. y sistemas de control de transmisión.
Sin embargo, dado que los sistemas de propulsión eléctrica para barcos se utilizan principalmente en ocasiones militares o especiales (aunque actualmente también se utilizan en grandes ferries y barcos de pasajeros de lujo), este importante campo de aplicación es muy importante para los estudiosos dedicados a la energía. Investigación sobre electrónica y control de transmisión Dijo que no le resultaba familiar.
3. Situación actual: principales formas de propulsión eléctrica de barcos
6?1 Estructura del sistema
6?1 Modo de conducción
6? 1 Método de regulación de velocidad
6.1 Estrategia de control
6.1 Ejemplo de sistema
3.1 Estructura del sistema
Conceptos básicos de la propulsión eléctrica de un barco Estructura;
El motor acciona la hélice.
6?1 utiliza un motor térmico irreversible de alta velocidad, que reduce el peso y el volumen de la unidad de potencia del barco.
6?1 puede obtener fácilmente la potencia de gran capacidad requerida; alimentación a través del cableado del generador, mejorando la Confiabilidad del sistema;
6?1 Permite seleccionar la velocidad y el diámetro óptimos de la hélice del barco, acortando la longitud del eje de conexión;
6?1 En navegación de media y baja velocidad y cuando los barcos se desplazan con frecuencia Tiene un alto rendimiento económico cuando está en reposo;
Puede obtener las características mecánicas requeridas para que el motor de propulsión cumpla con los requisitos de las diferentes condiciones de navegación;
6?1 Control simple y buena maniobrabilidad;
6?1 puede eliminar la vibración y el impacto de la hélice en el motor térmico.
3.2 Modo de conducción
6?1 Clasificación de los sistemas de propulsión eléctrica de los barcos
6?1 Modo de conducción combinado multimotor
Barco Propulsión eléctrica Clasificación de sistemas
(1) Motor de velocidad variable acciona hélice de paso fijo (FPP),
(2) Motor de velocidad constante acciona hélice de paso variable (CPP) ,
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Dependiendo de la potencia necesaria para que el barco viaje, se puede accionar un motor solo o se pueden accionar varios motores juntos.
Los métodos de conducción combinados de varios motores se pueden dividir en métodos de conducción en serie o métodos de conducción en paralelo.
(1) Hélice única y motores gemelos en modo de accionamiento en serie
(b) Hélice única y motores gemelos en modo de accionamiento en paralelo
(c) Hélices gemelas y modo de accionamiento en serie de máquina de hélices gemelas;
(d) Modo de accionamiento en paralelo de hélice doble y máquina gemela.
Varios métodos de propulsión eléctrica de barcos son un nuevo método de propulsión descentralizada. Sus ventajas son las siguientes:
La hélice 6?1 gira 360 grados sin necesidad de timones ni propulsores laterales. en cualquier dirección deseada mejora en gran medida la maniobrabilidad y maniobrabilidad del barco;
6?1 Reduce la capacidad de una sola unidad del sistema de propulsión (motor y convertidor de frecuencia);
6 ?1 Se eliminan el eje de cola, el reductor y el mecanismo de dirección, lo que simplifica la instalación, ahorra espacio en la cabina y flexibiliza el diseño del casco y la distribución del espacio;
6?1 Reduce la vibración y el ruido del barco;
6?1 Reducir la resistencia del casco entre un 5% y un 10% y mejorar la eficiencia del transporte en un 15% (incluido el aumento de la velocidad, la reducción del consumo de combustible y la reducción de costos).
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