烟大铁路轮渡变频电力推进系统的研究

论文摘要

铁路轮渡运输是一种便捷而经济的水陆联运方式,它可充分利用水运资源,具有实现直通运输、缩短运输距离的特点,倍受各国交通运输事业青睐。烟大铁路轮渡渡船是世界上第一次采用第三代吊舱式电力推进系统的火车客滚船,是中国目前最大、技术最先进、安全性最好、舒适性最佳的客滚船。先进的吊舱式电力推进系统也带来诸如运行管理方面的问题。面对电力推进渡船的新技术、新设备,负责运行管理、维护保养和故障维修的船舶轮机人员面临着严峻的挑战。我国在役电力推进船舶很少,尤其处于电力推进前沿的吊舱式电力推进船舶更是寥寥无几,轮机人员还没有积累起有效的运行管理经验;当前国内对船舶电力推进技术的研究也还处于起步阶段,电力推进系统在出现突发故障时,尚没有有效的应急预案来处理突发故障。对渡船变频电力推进系统运行状态等进行研究分析,能够加深对渡船电力推进系统的认识理解,为最终制定应急预案打下坚实的理论基础,对保障渡船的安全运行有着十分重要的现实意义。本文首先介绍了烟大铁路轮渡项目和渡船的重要战略地位和先进技术,分析了吊舱式电力推进船舶的发展历程及所具有的优点。研究了变频调速系统的原理,对渡船变频调速系统的结构和控制方式进行了深入的分析研究。对渡船的功率模块进行了实物拆卸,研究了功率模块内的开关器件IGBT的有关特性。其次建立了吊舱内永磁同步电机的数学模型,并分析了永磁同步电动机的特性,对其转速响应和转矩响应进行了仿真,表明了吊舱电机的快速动态响应特性。最后,本文还对变频调速系统进行了备车出港和加、减速等运行情况的分析,对变频系统的易损件进行了损坏原因的分析判断,并对变频系统运行中的常见故障进行了分析。本文开展了以Azipod吊舱为推进器的渡船的电力推进系统的研究,通过理论分析和大量的实船调研积累了一定的经验,为课题的进一步的深入研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 铁路轮渡的历史与发展
• 1.3 中铁渤海铁路轮渡
• 1.3.1 轮渡项目
• 1.3.2 轮渡渡船
• 第2章 渡船吊舱式电力推进系统分析研究
• 2.1 电力推进系统发展历程
• 2.2 电力推进船舶的优点
• 2.3 渡船电力推进系统组成分析
• 2.3.1 柴油发电机组
• 2.3.2 高压配电板
• 2.3.3 推进变压器
• 2.3.4 变频器
• 2.3.5 Azipod吊舱
• 2.3.6 艏侧推
• 第3章 渡船变频调速系统研究
• 3.1 变频调速系统工作原理
• 3.1.1 电动机变频调速原理
• 3.1.2 变频调速的种类
• 3.1.3 功率开关器件IGBT
• 3.2 渡船变频调速系统
• 3.2.1 整流单元
• 3.2.2 逆变单元
• 3.2.3 制动电阻和制动单元
• 3.2.4 水冷单元
• 3.3 变频调速系统直接转矩控制
• 3.3.1 变频调速系统控制方式
• 3.3.2 DTC直接转矩控制的实现
• 第4章 吊舱内永磁同步电动机建模与仿真
• 4.1 永磁同步电动机类型与特点
• 4.2 调速永磁同步电动机的数学模型
• 4.2.1 电机的统一理论
• 4.2.2 交流电机模型的一些特点
• 4.2.3 永磁同步电动机的等效电路
• 4.2.4 永磁同步电动机的d-q轴数学模型
• 4.2.5 永磁同步电动机的功角特性
• 4.3 永磁同步电动机直接转矩控制的仿真
• 第5章 电力推进变频调速系统分析与研究
• 5.1 系统运行状态分析
• 5.1.1 备车出港
• 5.1.2 加、减速过程
• 5.1.3 进港停车
• 5.1.4 倒车
• 5.2 变频系统中常见部件的损坏判断和分析
• 5.2.1 电机员所需的技术素质和维修原则
• 5.2.2 逆变功率模块的损坏
• 5.2.3 整流桥的损坏
• 5.2.4 滤波电解电容器损坏
• 5.2.5 接触器的损坏
• 5.2.6 印刷电路板电路的损坏
• 5.2.7 变频器内部打火或燃烧
• 5.3 变频系统常见的运行中的故障
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历