国产豪华邮轮交付 采用永磁同步发电机与直流组网电力推进系统

船舶电力推进是采用电动机驱动螺旋桨来推进船舶运行的一种推进方式。船舶采用的电力推进系统，型式多种多样，但归纳起来基本可分为以下五类：可控硅整流器+直流电动机、可调螺距螺旋桨+交流异步电动机、电流型变频器+交流同步电动机、交——交变频器+交流同步电动机、电压型变频器+交流异步电动机。

客船，游轮和渡轮对船上舒适性要求很高，不能有大的振动和噪音。另外，考虑到乘客和船舶的安全，推进装置的可靠性和实用性要求很严。因此，电力推进很早就被评估满足以上要求并被投入应用。随着对环境的关注不断增加，减排和防污染，减少船锚泊时对珊瑚礁的损害等要求都在不断增加。因此，船舶必须能够单独通过DP控制推进器实现定位，这也增加了游轮市场中对电力推进和吊舱推进器的份额。

日前，国产“大湾区一号”豪华邮轮交付，游轮搭载的我国自研的2MW永磁同步发电机和船舶直流组网变频配电一体化装置，移植了高铁核心技术，可将船舶交流组网升级为直流组网，实现柴发机组的交流电源和动力电池的直流电源的并网供电和功率均衡，有效保障船舶动力稳定。

船舶电力推进分为独立电力推进装置：

螺旋桨由推进电动机带动，是常用的电力推进方式。主要发电机除供电动机外，有时能供给船舶电网使用。

联合电力推进装置：螺旋桨由电动机和柴油机联合推进，它有四种工况：

1、螺旋桨由推进电动机带动(主机螺旋桨脱开)，作低速运行。2、螺旋桨由主机带动(电机脱开)。3、螺旋桨由主机与推进电动机共同带动，作高速运行。4、在航行时推进电动机由主轴带动，作发电机运行，发电给电网。

辅助电力推进装置：

主发电机用来供电给主要工作机械，而在航行时，主要工作机械不工作，主发电机供电给推进发动机，推进船舶。这种装置用在自航式起重船、挖泥船、水上各种工程船等。

特殊电力推进装置：

主机工作时，除带动螺旋桨外，还带动推进电动机，推进电动机实际上用作轴带发电机，供电给蓄电池充电;主机不工作时由蓄电池供电给推进电动机。

主动舵电力推进装置：

为了获得良好的船舶低速回转性能，可在舵版内装设潜水电动机，由电网供电后带动一小螺旋桨，即成主动舵。

永磁同步发电机

以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性;又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。永磁同步电机主要由定子、转子和端盖等部件构成，定子由叠片叠压而成以减少电动机运行时产生的铁耗，其中装有三相交流绕组，称作电枢。转子可以制成实心的形式，也可以由叠片压制而成，其上装有永磁体材料。根据电机转子上永磁材料所处位置的不同，永磁同步电机可以分为突出式与内置式两种结构形式，右图给出相应的示意图。突出式转子的磁路结构简单，制造成本低，但由于其表面无法安装启动绕组，不能实现异步起动。

内置式转子的磁路结构主要有径向式、切向式和混合式3种，它们之间的区别主要在于永磁体磁化方向与转子旋转方向关系的不同。右图给出3种不同形式的内置式转子的磁路结构。由于永磁体置于转子内部，转子表面便可制成极靴，极靴内置入铜条或铸铝等便可起到启动和阻尼的作用，稳态和动态性能都较好。又由于内置式转子磁路不对称，这样就会在运行中产生磁阻转矩，有助于提高电机本身的功率密度和过载能力，而且这样的结构更易于实现弱磁扩速。

永磁同步电机由两个关键部件组成即一个多极化永磁转子和带有适当设计绕组的定子。在操作过程中，旋转的多极化永磁转子在转子与定子的气隙形成一个随时间变化的磁通。这个通量在定子绕组端子上产生交流电压，从而形成用于发电的基础。在此处所讨论的永磁同步电机使用一个安装在铁磁芯上的环形永磁铁。内部永磁同步电机不在这里考虑。因磁铁嵌入到一个电镀的铁磁芯内是非常困难的，通过使用适当厚度的磁铁(500μm)以及在转子和定子铁芯的高性能磁材料，气隙可以做得非常大(300~500μm)而没有明显的性能损失，这使得定子绕组在气隙中占据一定的空间，从而大大简化了永磁同步电动机的制造。

按照永磁体结构分类：表面永磁同步电动机(SPMSM)、内置式永磁同步电动机(IPMSM)。按照定子绕组感应电势波形分类：正弦波永磁同步电动机、无刷永磁直流电动机。永磁同步电动机具有结构简单，体积小、效率高、功率因数高等优点。永磁同步电动机已经在冶金行业(炼铁厂和烧结厂等)、陶瓷行业(球磨机)、橡胶行业(密炼机)、石油行业(抽油机)、纺织行业(倍捻机、细纱机)等行业的中、低压电动机中获得业绩，并逐步积累设计和运行经验。

电推进系统，也称电火箭发动机，是一种不依赖化学燃烧就能产生推力的设备。它的优点是不再需要使用固体或液体燃料，省去了复杂的储罐、管道、发动机燃烧室、喷管、相应冷却机构等，能大幅减少航天器的燃料携带量。电推进系统利用太阳能转化为电能，然后电能转化为机械能。传统的化学推进系统则是通过化学反应将化学能转化为机械能。电推进系统一般分为三个部分：电源处理单元、推进剂工质贮存与供应单元、推力器。

按照工质加速的方式，电推进一般可分为电热式、电磁式和静电式三种类型。

电热式推力器是用利用电能加热工质并使其气化，经喷管膨胀加速喷出产生推力。一般可分为电阻加热式、电弧加热式和微波加热式。其中，电阻加热的原理是利用电阻加热器加热工质，常用工质为肼。

电磁式推力器是电能使工质形成等离子体，在外加电磁场洛伦兹力作用下加速从喷管喷出。霍尔推进系统是电磁式推进系统一种，也是当前热门的两种电推进之一。霍尔推力器的原理是将电子约束在磁场中，并利用电子电离推进剂，加速离子产生推力，并中和羽流中的离子。霍尔推力器的电离区和加速区在同一处，和离子推力器相比，技术简单但比冲低。

静电式推力器是电能在静电场中离解工质，形成电子和离子，并使离子在静电场作用下加速排出。静电式推力器又称离子推力器，和霍尔推力器是当前热门的两种电推进系统。离子推力器电离区和加速区分开，比冲高但技术复杂。

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