船舶電力系統(tǒng)基本參數(shù)

1、船舶電力系統(tǒng)的基本參數(shù)有電流種類、電壓等級(jí)和頻率標(biāo)準(zhǔn)。它們決定了船舶電站工作的可靠性和電氣設(shè)備的重量、尺寸、價(jià)格等。一、電流種類的選擇電流有直流和交流兩種。早期船舶多采用直流電力系統(tǒng)。30年代開始在軍用艦船上采用交流電制，以后逐漸推廣到各種船舶，50年代形成電制更替高潮。我國(guó)艦船在60-70年代完成了向交流電制過渡。然而艦船電力系統(tǒng)的電流種類，仍然會(huì)受到艦船能源類型或某種條件的限制，例如，采用蓄電池組為能源的常規(guī)潛艇，就很難推行交流電制；有較高調(diào)速要求的推進(jìn)電力系統(tǒng)也往往采用直流電制。交流電站與直流電站相比，前者設(shè)備成本和維護(hù)保養(yǎng)方面的費(fèi)用及工作量比后者少得多；因?yàn)榻涣麟妱?dòng)機(jī)沒有整流子，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

2、單、體積小、重量輕、運(yùn)行可靠.鼠籠式電動(dòng)機(jī)可以直接起動(dòng)，控制設(shè)備少。此外，交流動(dòng)力網(wǎng)絡(luò)與照明網(wǎng)絡(luò)之間可通過變壓器實(shí)現(xiàn)電氣隔離。使絕緣電阻低的照明電網(wǎng)基本上不影響動(dòng)力電網(wǎng)。交流電制也有利于船舶電氣化程度的提高和系統(tǒng)容量的增長(zhǎng)。直流電站的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)壓并車簡(jiǎn)單，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)沖擊小?？蓪?shí)現(xiàn)大范圈平滑調(diào)速(這對(duì)電動(dòng)起貨機(jī)尤為有利)，蓄電池組充電毋須整流器等。然而，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，直流電制的優(yōu)點(diǎn)越來越不明顯，交流電制在國(guó)內(nèi)外各種船舶中占了主要地位。二、電壓等級(jí)確定電力系統(tǒng)及其負(fù)載的電壓等級(jí)，是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。從減少導(dǎo)體電流的角度來看。提高電壓是有利的，可以減小電器元件的導(dǎo)電截面，節(jié)約有色

3、金屬。如以電器在電壓為127V時(shí)的重量為1，則當(dāng)電壓為220V、380V和500V時(shí)，電器的重量分別近似地等于0.58、0.33和0.25。另一方面，電壓的提高增加了電器滅弧的困難，為此對(duì)電氣設(shè)備的絕緣和安全方面提出了更高的要求，需要加大滅弧間隙，這樣又使電器的重量、尺寸增大，故在電壓高于600V時(shí)，其重量、尺寸減小很少。目前世界各國(guó)對(duì)電壓等級(jí)的考慮，主要與本國(guó)陸上電制的參數(shù)能統(tǒng)一。我國(guó)發(fā)電設(shè)備具有230V(單相)、400V (三相)的額定電壓。歐盟從1992年起規(guī)定低壓發(fā)電沒備的額定電壓只允許使用230V/400V。由于船舶容量的增加，提高電壓是必然趨勢(shì)。在一些大型船舶、工銼船舶及艦船上，電

4、站容量已達(dá)20 000-40 000kW以上，單機(jī)功率達(dá)3 000-5 000kW,這時(shí)仍采用400V電壓等級(jí)已成為不可能。因?yàn)楫?dāng)三相400V和Cos=0.8，發(fā)電機(jī)額定相電流為5 700A時(shí)，就需要截面為電纜18根并聯(lián)運(yùn)行，這是不合理的。此外，這樣大的電流使開關(guān)保護(hù)電器復(fù)雜化。船舶電站額定電壓有向中壓發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)際電工委員會(huì)建議采用3. 3kV電壓；英美等國(guó)因?yàn)殛懮嫌?.3，6. 6kV電壓等級(jí)，所以這些國(guó)家在巨型船舶上采用3.3，6.6kV；德國(guó)允許最高工作電源電壓為11 000V。這是充分估計(jì)了船舶電壓發(fā)展趨勢(shì)的最高電壓。我國(guó)電力推進(jìn)系統(tǒng)最高允許電壓規(guī)定直流為1 000V ，交流為6

5、300V。英國(guó)“伊麗莎白皇后二世”號(hào)客輪(3臺(tái)5 500kW主發(fā)電機(jī))和我國(guó)500t浮吊船上已采用了3. 3kV電壓。三、額定頻率船舶交流電力系統(tǒng)現(xiàn)行額定頻率有工頻和中頻兩種。工頻是船舶動(dòng)力電氣設(shè)備使用的頻率，按各國(guó)傳統(tǒng)習(xí)慣，有50Hz和60Hz兩種.我國(guó)船舶與陸用電源一致。用50Hz的標(biāo)準(zhǔn)頻率。美國(guó)、韓國(guó)等采用60Hz。有些國(guó)家和地區(qū)如巴西、日本等采用50Hz和60Hz兩種頻率。在一定范圍內(nèi)提高頻率。可提高自動(dòng)化系統(tǒng)動(dòng)作的快速性。降低電氣設(shè)備自動(dòng)化元件的重量和尺寸。因此，船舶電力系統(tǒng)有采用中頻或局部設(shè)備由中頻發(fā)電機(jī)供電的可能。近年來，國(guó)外有些軍艦已開始采用400Hz頻率供電，我國(guó)艦船規(guī)范也推

6、薦優(yōu)先采用400Hz頻率。電源采用中頻400Hz的優(yōu)點(diǎn)是:(1)減少電氣設(shè)備重量。因?yàn)檗D(zhuǎn)速n=60f/a(a為磁極對(duì)數(shù))。使發(fā)電機(jī)和拖動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)速提高，如a=2,n=12 000r/min.而電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩M=975P/n(P為電磁功率)。當(dāng)功率恒定時(shí).M隨著n的升高而減小，電機(jī)繞組的導(dǎo)線因電流減小而其截面可以縮小。因而電動(dòng)機(jī)的重量和體積可以減小。對(duì)于高速機(jī)械，因轉(zhuǎn)矩小，其相應(yīng)重量、體積也小.變壓器、電抗器和電容器也因此而減小重量和尺寸。但由于集膚效應(yīng)的影響，頻率提高到400Hz.電纜、配電裝置和電器元件的重量和尺寸指標(biāo)有些增加.總的來說，頻率提高到4001Hz，則電氣設(shè)備和電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)機(jī)械的重量將減小到60%。(2)用靜止整流器對(duì)直流用電設(shè)備供電時(shí)，濾波要求低。(3)因短路電流近似與短路電路電抗成反比，電抗隨著頻率而增大。因此可限制短路電流，并改善裝置安全工作條件。(4)動(dòng)態(tài)性能好。因?yàn)樨?fù)載控制線路的時(shí)間常數(shù)，T隨f的提高而減小。使系統(tǒng)快速性增加，起動(dòng)與發(fā)電機(jī)功率可比擬的異步電動(dòng)機(jī)也快。電機(jī)的慣性常數(shù)(C為常數(shù),GD2為轉(zhuǎn)子的飛輪慣量，n為轉(zhuǎn)速)，當(dāng)功率不變時(shí)，由50Hz的轉(zhuǎn)速1 500r/min提高到400Hz的12 000r/min，將使發(fā)電機(jī)慣性常數(shù)增大至9倍以上。(5)電動(dòng)機(jī)在高頻