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第1章 概述 1

1.1 船舶电力推进系统概述 1

1.1.1 电力推进系统的构成 1

1.1.2 电力推进系统的分类 1

1.1.3 电力推进的特点 3

1.2 船舶电力推进的应用 4

1.3 船舶电力推进发展趋势 6

1.3.1 电力推进发展概况 6

1.3.2 电力推进现状及发展趋势 8

第2章 船舶电力推进系统的机桨特性 15

2.1 螺旋桨的基础知识 15

2.1.1 螺旋桨的外形和名称 15

2.1.2 螺旋面及螺旋线 16

2.1.3 螺旋桨的几何特性 17

2.2 螺旋桨的推力和阻转矩 20

2.3 螺旋桨的工作特性 21

2.4 舰船的阻力 22

2.5 螺旋桨与船体的相互作用 22

2.5.1 船体对螺旋桨的影响 22

2.5.2 螺旋桨对船体的影响 23

2.6 螺旋桨特性 23

2.6.1 自由航行特性 23

2.6.2 系缆（抛锚）特性 24

2.6.3 螺旋桨反转特性 25

2.7 螺旋桨对推进电动机机械特性的要求 27

第3章 船舶推进电动机 30

3.1 船舶推进电动机概述 30

3.1.1 推进电动机的特点 30

3.1.2 船舶推进电动机的要求 31

3.2 船舶直流推进电动机 33

3.2.1 直流电动机的基本原理 33

3.2.2 直流他励电动机数学模型 35

3.2.3 直流电动机的运行特性 39

3.2.4 船舶直流推进电动机特点 40

3.3 交流推进电动机 42

3.3.1 多相异步电动机数学模型 43

3.3.2 多相同步电动机数学模型 47

3.3.3 交流电动机的运行特性 50

3.3.4 船舶交流推进电动机特点 53

3.4 船舶永磁推进电动机 56

3.4.1 基本原理、分类 56

3.4.2 多相永磁电动机通用数学模型 57

3.4.3 多相正弦波永磁同步电动机数学模型 59

3.4.4 船舶永磁推进电动机特点 61

第4章 船舶直流电力推进 64

4.1 主电路连接方式 64

4.1.1 主电动机并联接法与主电动机串联接法的比较 64

4.1.2 一般串联接法与交互串联接法的比较 65

4.1.3 主电动机采用单电枢或双电枢的比较 65

4.1.4 主电路连接法举例 66

4.2 简单的G—M系统 67

4.2.1 工作原理和机械特性 67

4.2.2 G—M系统的工作状态 69

4.2.3 G—M系统的优点 70

4.2.4 G—M系统的缺点 70

4.3 带蓄电池组的G—M系统 71

4.3.1 调速方式及工作特性 71

4.3.2 系统的优缺点 73

4.4 恒功率系统 73

4.4.1 理想恒功率特性和发电机电动机特性的自动调节方法 73

4.4.2 三绕组发电机系统 76

4.5 恒电流系统 77

4.5.1 基本原理 77

4.5.2 恒电流系统的静特性 79

4.5.3 恒电流系统的应用范围 79

4.6 带整流输出的交流发电机—直流电动机推进系统 80

4.6.1 交流发电机的设计特点 80

4.6.2 十二相发电机整流桥连接方式及整流特性 82

4.6.3 采用交—直系统的优点 83

4.7 船舶直流电力推进控制案例 84

第5章 船舶交流电力推进系统及其变频器 86

5.1 交流电力推进系统概述 86

5.2 推进变频器用大功率电力电子器件 88

5.2.1 电力二极管 88

5.2.2 晶闸管 90

5.2.3 门极关断晶闸管（GTO） 93

5.2.4 绝缘栅双极型晶体管（IGBT） 94

5.2.5 集成门极换流晶闸管（IGCT） 95

5.2.6 电子注入增强栅晶体管（IEGT） 96

5.3 交-直-交变频器分类 98

5.4 H桥型逆变器 100

5.4.1 单相半桥电压型逆变电路 100

5.4.2 单相H桥逆变器 100

5.4.3 多相H桥逆变器 101

5.5 两电平逆变器 103

5.5.1 三相两电平逆变电路 103

5.5.2 多相两电平逆变电路 105

5.6 多电平逆变器 106

5.7 交-交变频器 111

5.7.1 单相交-交变频电路 111

5.7.2 三相交-交变频电路 116

第6章 船舶交流电力推进系统PWM控制技术 119

6.1 正弦PWM（SPWM）控制技术 119

6.1.1 基本原理 119

6.1.2 过调制操作 121

6.1.3 载波与调制波频率的关系 121

6.1.4 死区效应及补偿 122

6.2 空间矢量PWM（SVPWM）控制技术 123

6.2.1 静止空间矢量 124

6.2.2 矢量作用时间计算 125

6.2.3 Vref位置与作用时间之间的关系 127

6.2.4 开关顺序设计 127

6.3 特定谐波消除PWM（SHEPWM）控制技术 131

6.4 滞环PWM控制技术 133

第7章 船舶交流电力推进系统调速控制技术 135

7.1 电力推进系统标量控制技术 135

7.1.1 开环恒压频比（V/F）标量控制 135

7.1.2 带转差率调节的速度控制 137

7.2 电力推进系统矢量控制技术 138

7.2.1 矢量控制与直流电动机控制的相似性 138

7.2.2 等效电路和相量图 139

7.2.3 矢量控制原理 140

7.2.4 直接矢量控制 141

7.2.5 磁链矢量的估计 142

7.2.6 间接或前馈矢量控制 145

7.3 电力推进系统直接转矩控制 147

7.3.1 基于定子和转子磁链的转矩表达式 147

7.3.2 直接转矩控制的基本原理 148

7.4 交流电力推进系统示例 151

7.4.1 某液化天然气运输船电力推进系统 151

7.4.2 某350t自航起重船电力推进系统 153

第8章 船舶侧推装置 156

8.1 船舶侧推装置简介 156

8.1.1 船舶侧推装置的工作原理 156

8.1.2 船舶侧推装置的作用和要求 157

8.2 船舶侧推装置控制系统的组成和原理 157

8.2.1 定距桨侧推装置 158

8.2.2 调距桨侧推装置 159

8.3 船舶侧推装置的典型控制系统 163

8.4 船舶侧推装置的选用要点及其应用 165

8.4.1 船舶侧推装置的选用要点 165

8.4.2 船舶侧推装置的应用 165

8.5 船舶侧推装置设计举例 168

第9章 船舶吊舱式电力推进 171

9.1 船舶吊舱式电力推进的基本原理 171

9.1.1 吊舱式推进器简介 171

9.1.2 吊舱电力推进系统 177

9.1.3 吊舱电力推进中的几项关键技术 177

9.2 船舶吊舱式电力推进的性能和特点 180

9.3 吊舱式对转螺旋桨（CRP）系统的结构原理和特点 183

9.4 机桨一体化推进器（IMP）的结构原理和特点 185

第10章 船舶超导电力推进 187

10.1 船舶超导电力推进装置的发展 187

10.2 相关的超导电性概念简述 189

10.2.1 超导材料的几个主要性质 190

10.2.2 超导材料简介 192

10.2.3 超导技术应用 193

10.3 超导电力推进系统 194

10.3.1 超导电力推进的特点 194

10.3.2 适用范围及主要组成设备 196

10.3.3 推进方式与特征 197

10.3.4 低温冷却方案 197

10.4 超导推进电动机 198

10.4.1 低温超导直流单极电动机 198

10.4.2 高温超导交流同步电动机 199

10.5 船舶超导电力推进系统方案设计示例 201

10.5.1 液化天然气破冰船超导直流电力推进系统方案 202

10.5.2 直流超导电力推进试验船 202

10.5.3 小水线面双体船、水翼艇等的超导交流电力推进系统方案 203

第11章 船舶磁流体电力推进 204

11.1 磁流体推进简介 204

11.1.1 磁流体推进基本概念 204

11.1.2 磁流体推进原理 205

11.1.3 船舶总体构成 207

11.2 磁流体推进的性能和特点 208

11.3 超导磁流体关键技术与总体概念 209

11.3.1 推进器总体设计 209

11.3.2 超导磁体系统 210

11.3.3 低温制冷系统 211

11.3.4 海水通电电极 212

11.3.5 推进用电力系统 212

11.3.6 超导磁流体推进船设计概要 212

11.4 发展应用 213

11.4.1 发展历程及前景 213

11.4.2 潜在应用示例 217

第12章 船舶电力推进的监测与控制 221

12.1 船舶电力推进监控概述 221

12.1.1 船舶电力推进监测与控制技术现状 221

12.1.2 船舶电力推进监测与控制技术的发展 222

12.2 船舶电力推进监测与控制系统通信技术 223

12.3 船舶电力推进监测与控制系统设计要求 225

12.3.1 环境要求 225

12.3.2 安装要求 225

12.3.3 绝缘耐压要求 226

12.3.4 工作电源要求 226

12.3.5 主要功能性能要求 226

12.3.6 监控系统网络的要求 227

12.3.7 监控系统用传感器的要求 227

12.3.8 控制软件基本要求 227

12.4 船舶电力推进监测与控制系统设计 228

12.4.1 方案的初步制订 228

12.4.2 监测与控制网络设计 228

12.4.3 监测与控制系统设计 228

12.4.4 监测与控制系统软件设计 231

12.4.5 人机界面设计 232

12.5 船舶电力推进监测与控制系统方案实例 233

12.5.1 某船电力推进监控系统设计 233

12.5.2 采用CAN总线的多相推进电动机控制系统 238

参考文献 239