多相推进电动机及其负载试验系统的研制

胡毅钧

(海军装备部驻沈阳地区军事代表局，辽宁沈阳110015)



多相推进电动机及其负载试验系统的研制

胡毅钧

(海军装备部驻沈阳地区军事代表局，辽宁沈阳110015)

摘要全电力推进技术是新型船舶用电机技术的重要发展方向。受推进变频器功率器件及电力推进系统冗余设计思想的影响，多相感应电机及其推进系统设计技术具有一定的优越性。通过多相推进电动机及其负载试验系统的研制，为解决系统振荡问题奠定了基础。

关键词感应异步电动机；电力推进系统；抑制振荡分析

0引言

受推进变频器功率器件及电力推进系统冗余设计思想的影响，多相感应电机推进系统设计技术是全电力推进系统的重要发展方向。

多相先进感应电机绕组是在传统三相电动机60°相带的双层叠绕组形式上，变化而成的九相绕组。就是将原绕组1Y分为3Y，并且3个星点相连，每个Y移20°电角度。也就是从A、B、C三相绕组中的每一相，分出A1、A2、A3； B1、B2、B3； C1、C2、C3， 其中A1、A2、A3相之间相差20°电角度。从电机外部看则是3Y移20°的九相系统，其实质是在空间上分布为20°相带的绕组，它们的合成磁场是对称的，此种结构可以提高电机空间谐波的最低次数，减少相应的谐波幅值，从而有效地消除低次谐波，同时对减小转矩波动有好处。

1九相感应推进试验系统

九相感应电动机及其负载推进试验系统包括：400kW、1500rpm九相感应电动机、九相推进变频器、双绕组移相干式变压器、水力测功机、水力测功机控制及供水系统组成，如图1、图2、图3、图4所示。

图1400kW九相感应电动机

图2九相推进变频器

图3双绕组移相干式变压器

图4水力测功机负载系统

2九相感应推进电动机设计

在对400kW、1500rpm九相感应推进电动机进行了传统的磁路的同时，还进行了有限元仿真计算，计算结果见表1。

表1　九相感应推进电机电磁设计计算结果

3九相感应推进电机试验分析

在该系统的调试初期，发生了系统振荡问题，由于产生低频振荡的原因是多方面的，谐波转矩(特别是振荡谐波转矩)、电动机固有振荡及电动机参数与变频器不匹配等都可能影响振荡的产生及强弱；但是从变频器-感应电机系统看，主要是变频器直流环节滤波器部分与电机磁场、转子部分的能量交换所致，如图5、图6、图7、图8所示。

图5400kW负载状态下电流波形1

图6400kW负载状态下电流波形2

图7400kW负载状态下转矩波形

图8400kW负载状态下反电势波形

稳态运行时，变频器的输出能量与感应电机运行的有功及无功能量相平衡；系统出现低频振荡时，能量平衡受到破坏，逆变器输出电流出现畸变。另外当开关频率较高时，往往会出现无功回馈困难引起的功率振荡现象，它也表现为电动机转速波动和逆变器输入功率的振荡。由上述原因引起的低频振荡状态将随着电动机参数、变频器参数(如死区时间、逆变器频率等)的改变而改变。九相推进电动机磁链、磁密运行仿真结果见图9、图10。

图9九相推进电机磁链仿真图

图10九相推进电机磁密仿真图

根据样机360kW(fe=50Hz)的电流电压进行试验的结果，并修改了变频器的驱动程序，使该系统可以进行稳定驱动运行，见图11。

图11 采用抑制策略后九相系统实验结果

4结语

综上所述，因综合电力系统九相感应推进电机在国内船舶上的应用技术尚在起步阶段，相关的技术研究的工作还面临许多困难，为能使试验系统成功的运转，我们研制了多型非标设备，并且在九相感应推进电机设计技术和抑制多相驱动系统的低频震荡方面取得了突破性的进展，为电机的运行提供了有效数据，保证了项目的顺利研制。

参考文献

[1]汤蕴谬，史乃.电机理论与运行[M].北京：水利电力出版社，1983.

[2]程小华.电路和电机理论中相量、空间矢量的对比研究.防爆电机，2005.3.

[3]董有利，王会永，毛成涛，等.电机振动原因分析及处理方法研究，2010.5.

声明

为扩大本刊及作者知识信息交流渠道，加强知识信息推广力度，本刊已许可中国学术期刊(光盘版)电子杂志社在CNKI中国知网及其系列数据库产品中，以数字化方式复制、汇编、发行、信息网络传播本刊全文。该著作权使用费及相关稿酬，本刊均用作为作者文章发表、出版、推广交流(含信息网络)以及赠送样刊之用途，即不再另行向作者支付。凡作者向本刊提交文章发表之行为即视为同意我编辑部上述声明。

《防爆电机》编辑部

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

作者简介：胡毅钧男1975年生；毕业于海军工程大学舰船工程专业。现从事海军装备业务等工作.

中图分类号：TM306

文献标识码：A

文章编号：1008-7281(2016)02-0030-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.02.08