多相推進電動機及其負載試驗系統的研制

胡毅鈞

(海軍裝備部駐沈陽地區軍事代表局，遼寧沈陽110015)

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多相推進電動機及其負載試驗系統的研制

胡毅鈞

(海軍裝備部駐沈陽地區軍事代表局，遼寧沈陽110015)

摘要全電力推進技術是新型船舶用電機技術的重要發展方向。受推進變頻器功率器件及電力推進系統冗余設計思想的影響，多相感應電機及其推進系統設計技術具有一定的優越性。通過多相推進電動機及其負載試驗系統的研制，為解決系統振蕩問題奠定了基礎。

關鍵詞感應異步電動機；電力推進系統；抑制振蕩分析

0引言

受推進變頻器功率器件及電力推進系統冗余設計思想的影響，多相感應電機推進系統設計技術是全電力推進系統的重要發展方向。

多相先進感應電機繞組是在傳統三相電動機60°相帶的雙層疊繞組形式上，變化而成的九相繞組。就是將原繞組1Y分為3Y，并且3個星點相連，每個Y移20°電角度。也就是從A、B、C三相繞組中的每一相，分出A1、A2、A3； B1、B2、B3； C1、C2、C3， 其中A1、A2、A3相之間相差20°電角度。從電機外部看則是3Y移20°的九相系統，其實質是在空間上分布為20°相帶的繞組，它們的合成磁場是對稱的，此種結構可以提高電機空間諧波的最低次數，減少相應的諧波幅值，從而有效地消除低次諧波，同時對減小轉矩波動有好處。

1九相感應推進試驗系統

九相感應電動機及其負載推進試驗系統包括：400kW、1500rpm九相感應電動機、九相推進變頻器、雙繞組移相干式變壓器、水力測功機、水力測功機控制及供水系統組成，如圖1、圖2、圖3、圖4所示。

圖1400kW九相感應電動機

圖2九相推進變頻器

圖3雙繞組移相干式變壓器

圖4水力測功機負載系統

2九相感應推進電動機設計

在對400kW、1500rpm九相感應推進電動機進行了傳統的磁路的同時，還進行了有限元仿真計算，計算結果見表1。

表1　九相感應推進電機電磁設計計算結果

3九相感應推進電機試驗分析

在該系統的調試初期，發生了系統振蕩問題，由于產生低頻振蕩的原因是多方面的，諧波轉矩(特別是振蕩諧波轉矩)、電動機固有振蕩及電動機參數與變頻器不匹配等都可能影響振蕩的產生及強弱；但是從變頻器-感應電機系統看，主要是變頻器直流環節濾波器部分與電機磁場、轉子部分的能量交換所致，如圖5、圖6、圖7、圖8所示。

圖5400kW負載狀態下電流波形1

圖6400kW負載狀態下電流波形2

圖7400kW負載狀態下轉矩波形

圖8400kW負載狀態下反電勢波形

穩態運行時，變頻器的輸出能量與感應電機運行的有功及無功能量相平衡；系統出現低頻振蕩時，能量平衡受到破壞，逆變器輸出電流出現畸變。另外當開關頻率較高時，往往會出現無功回饋困難引起的功率振蕩現象，它也表現為電動機轉速波動和逆變器輸入功率的振蕩。由上述原因引起的低頻振蕩狀態將隨著電動機參數、變頻器參數(如死區時間、逆變器頻率等)的改變而改變。九相推進電動機磁鏈、磁密運行仿真結果見圖9、圖10。

圖9九相推進電機磁鏈仿真圖

圖10九相推進電機磁密仿真圖

根據樣機360kW(fe=50Hz)的電流電壓進行試驗的結果，并修改了變頻器的驅動程序，使該系統可以進行穩定驅動運行，見圖11。

圖11 采用抑制策略后九相系統實驗結果

4結語

綜上所述，因綜合電力系統九相感應推進電機在國內船舶上的應用技術尚在起步階段，相關的技術研究的工作還面臨許多困難，為能使試驗系統成功的運轉，我們研制了多型非標設備，并且在九相感應推進電機設計技術和抑制多相驅動系統的低頻震蕩方面取得了突破性的進展，為電機的運行提供了有效數據，保證了項目的順利研制。

參考文獻

[1]湯蘊謬，史乃.電機理論與運行[M].北京：水利電力出版社，1983.

[2]程小華.電路和電機理論中相量、空間矢量的對比研究.防爆電機，2005.3.

[3]董有利，王會永，毛成濤，等.電機振動原因分析及處理方法研究，2010.5.

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《防爆電機》編輯部

Development of Multiphase Propulsion Motor and Its Load Test System

HuYijun

(Military Representative Office of Naval Equipment Department Stationed in Shenyang, Shenyang 110015, China)

AbstractAll-electric propulsion technology is an important development direction of technology of new marine motor. Affected by redundant designs of propulsion frequency converter power device and electric propulsion system, design technology of multiphase induction motor and its propulsion system have a certain advantage. By development of multiphase propulsion motor and its load test system, foundation has been laid for solving problem of system oscillation.

Key wordsInduction motor；electric propulsion system；analysis of oscillation inhibition

收稿日期：2016-01-12

作者簡介：胡毅鈞男1975年生；畢業于海軍工程大學艦船工程專業。現從事海軍裝備業務等工作.

中圖分類號：TM306

文獻標識碼：A

文章編號：1008-7281(2016)02-0030-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.02.08