多相推進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其負(fù)載試驗(yàn)系統(tǒng)的研制

胡毅鈞

(海軍裝備部駐沈陽地區(qū)軍事代表局，遼寧沈陽110015)

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多相推進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其負(fù)載試驗(yàn)系統(tǒng)的研制

胡毅鈞

(海軍裝備部駐沈陽地區(qū)軍事代表局，遼寧沈陽110015)

摘要全電力推進(jìn)技術(shù)是新型船舶用電機(jī)技術(shù)的重要發(fā)展方向。受推進(jìn)變頻器功率器件及電力推進(jìn)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)思想的影響，多相感應(yīng)電機(jī)及其推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)具有一定的優(yōu)越性。通過多相推進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其負(fù)載試驗(yàn)系統(tǒng)的研制，為解決系統(tǒng)振蕩問題奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞感應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)；電力推進(jìn)系統(tǒng)；抑制振蕩分析

0引言

受推進(jìn)變頻器功率器件及電力推進(jìn)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)思想的影響，多相感應(yīng)電機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)是全電力推進(jìn)系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。

多相先進(jìn)感應(yīng)電機(jī)繞組是在傳統(tǒng)三相電動(dòng)機(jī)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(gè)星點(diǎn)相連，每個(gè)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(jī)外部看則是3Y移20°的九相系統(tǒng)，其實(shí)質(zhì)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(jié)構(gòu)可以提高電機(jī)空間諧波的最低次數(shù)，減少相應(yīng)的諧波幅值，從而有效地消除低次諧波，同時(shí)對減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)有好處。

1九相感應(yīng)推進(jìn)試驗(yàn)系統(tǒng)

九相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及其負(fù)載推進(jìn)試驗(yàn)系統(tǒng)包括：400kW、1500rpm九相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、九相推進(jìn)變頻器、雙繞組移相干式變壓器、水力測功機(jī)、水力測功機(jī)控制及供水系統(tǒng)組成，如圖1、圖2、圖3、圖4所示。

圖1400kW九相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

圖2九相推進(jìn)變頻器

圖3雙繞組移相干式變壓器

圖4水力測功機(jī)負(fù)載系統(tǒng)

2九相感應(yīng)推進(jìn)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)

在對400kW、1500rpm九相感應(yīng)推進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了傳統(tǒng)的磁路的同時(shí)，還進(jìn)行了有限元仿真計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1　九相感應(yīng)推進(jìn)電機(jī)電磁設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果

3九相感應(yīng)推進(jìn)電機(jī)試驗(yàn)分析

在該系統(tǒng)的調(diào)試初期，發(fā)生了系統(tǒng)振蕩問題，由于產(chǎn)生低頻振蕩的原因是多方面的，諧波轉(zhuǎn)矩(特別是振蕩諧波轉(zhuǎn)矩)、電動(dòng)機(jī)固有振蕩及電動(dòng)機(jī)參數(shù)與變頻器不匹配等都可能影響振蕩的產(chǎn)生及強(qiáng)弱；但是從變頻器-感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)看，主要是變頻器直流環(huán)節(jié)濾波器部分與電機(jī)磁場、轉(zhuǎn)子部分的能量交換所致，如圖5、圖6、圖7、圖8所示。

圖5400kW負(fù)載狀態(tài)下電流波形1

圖6400kW負(fù)載狀態(tài)下電流波形2

圖7400kW負(fù)載狀態(tài)下轉(zhuǎn)矩波形

圖8400kW負(fù)載狀態(tài)下反電勢波形

穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，變頻器的輸出能量與感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行的有功及無功能量相平衡；系統(tǒng)出現(xiàn)低頻振蕩時(shí)，能量平衡受到破壞，逆變器輸出電流出現(xiàn)畸變。另外當(dāng)開關(guān)頻率較高時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)無功回饋困難引起的功率振蕩現(xiàn)象，它也表現(xiàn)為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)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(tài)將隨著電動(dòng)機(jī)參數(shù)、變頻器參數(shù)(如死區(qū)時(shí)間、逆變器頻率等)的改變而改變。九相推進(jìn)電動(dòng)機(jī)磁鏈、磁密運(yùn)行仿真結(jié)果見圖9、圖10。

圖9九相推進(jìn)電機(jī)磁鏈仿真圖

圖10九相推進(jìn)電機(jī)磁密仿真圖

根據(jù)樣機(jī)360kW(fe=50Hz)的電流電壓進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果，并修改了變頻器的驅(qū)動(dòng)程序，使該系統(tǒng)可以進(jìn)行穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，見圖11。

圖11 采用抑制策略后九相系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4結(jié)語

綜上所述，因綜合電力系統(tǒng)九相感應(yīng)推進(jìn)電機(jī)在國內(nèi)船舶上的應(yīng)用技術(shù)尚在起步階段，相關(guān)的技術(shù)研究的工作還面臨許多困難，為能使試驗(yàn)系統(tǒng)成功的運(yùn)轉(zhuǎn)，我們研制了多型非標(biāo)設(shè)備，并且在九相感應(yīng)推進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)和抑制多相驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的低頻震蕩方面取得了突破性的進(jìn)展，為電機(jī)的運(yùn)行提供了有效數(shù)據(jù)，保證了項(xiàng)目的順利研制。

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聲明

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《防爆電機(jī)》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(yè)于海軍工程大學(xué)艦船工程專業(yè)。現(xiàn)從事海軍裝備業(yè)務(wù)等工作.

中圖分類號(hào)：TM306

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-7281(2016)02-0030-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.02.08