船舶交流电力推进系统及其变频器 PPT
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船舶电力系统概论(ppt 280页)
轮机工程学院船电系
船舶电站及其自动化系统
2019/9/7
课件
电压等级
具体的额定电压等级一般都尽可能与岸电相同。 交流船舶电网多数为380V或为440V。 某些(电推)船舶上采用的6KV 、3.3KV的电力系统。
轮机工程学院船电系
船舶电站及其自动化系统
2019/9/7
课件
频率等级
规定船舶交流配电系统的标准频率为50Hz或60Hz。
潮湿和盐雾在绝缘材料表面形成漏电薄膜，在湿 热条件下霉菌分泌有机酸，加剧了表面的潮湿性。
油雾和灰尘粘附于表面也增加了表面的漏电，而 且阻碍散热使温升增高，潮湿的水分子渗入绝缘 材料的裂缝和毛细孔中，使漏电流增大导致绝缘 电阻的下降。
轮机工程学院船电系
船舶电站及其自动化系统
课件
（5） 适应船舶电网电压和频率的波动
轮机工程学院船电系
船舶电站及其自动化系统
课件
电源种类
2019/9/7
电源种类又称电制。 船舶电力系统常采用交流和直流两种电制。
除了某些特种工程船舶和小型船，如供水、供油 船和小艇，仍采用直流电制或交、直流混合电制 外，对于几乎所有大、中型船舶，不论是液货船、 集装箱船还是客船，都优先采用交流电制。
照明线路的负载需采 用双保险丝进行保护。
轮机工程学院船电系
船舶电站及其自动化系统
课件
2）．中性点接地的三相四线系统
特点： 不需用照明变压器。 中性点接地电位固定， 系统内部过电压较小。
若单线接地，形成一 相对地短路，可通过 保护装置切除，但供 电连续性较差。
课件
（8）船舶电力系统与其他系统的联系
2019/9/7
船舶电力系统与其他系统联系是相互联系的，燃油 系统、润滑油系统、空气系统、冷却水系统及其他 系统相联系。
船舶电力系统概述 PPT
船舶电力系统概述
1. 电源
电源是将其他形式的能量转换成电能的装置。 船舶常用的电源有发电机组和蓄电池。
柴油机
发电机
船舶电力系统概述
（1）发电机组 发电机组是船舶最基本的供电单元，我厂承接
的船舶一般使用柴油发电机组。 柴油发电机组一般由柴油机和发电机两部分组
成。它通过柴油机的运转做功，点燃柴油和压缩空 气的混合气体，产生热能，推动曲轴转动，带动发 电机的转子，从而产生电能，输出供负载使用。
每条船一般使用2~3台发电机组，以及1台应急 发电机组。应急发电机组必须可以在正常电力短缺 时自动启动，并通过自动转换开关连接到应急负荷。
7
船舶电力系统概述
（2）蓄电池 蓄电池，俗称电瓶，又称可充电电池，泛指所
有在电量用到一定程度之后可以被再次Biblioteka 电、反复 使用的化学能电池的总称。
船用蓄电池主要有两种：一种是船舶起 动蓄电池，一种是船舶通信系统蓄电池。船 舶起动蓄电池适用于船舱柴油发动机组，是 船体运动的主要硬件设施，在发电机组起动 瞬间能放出强大的电流，触使发动机高速运转从而带动船舶。 而船舶通信系统蓄电池主要用于船上应急照明、信号灯、报 警系统、UPS计算机备用电源、船上医疗器械、电信设备等， 简单点说，就是作为发电机故障下或不作用情况对船舶电力 供应的一种后备装置。
船舶电力系统概述
2. 船舶电气设备的环境条件
（1）温度：
适应环境温度
介质温度
空气温度（℃）
电气设备安 装处所
封闭处所内
高于45 ℃，低 于0 ℃处所
露天甲板
无限航区
0～45
按该处所温度 -25～45
除热带海域 的有限航区
0～40
按该处所温度 -25～40
船舶电力系统设计课件
• （5）电源装置确定后，根据船用电器的特点和 性质，并根据各具体设备提出的安装位置和要 求，进行全船供电系统和电力网络的设计，以 及各辅机控制线路设计。
• （6）为进行电力系统短路电流计算和大电动机 起动和发电机瞬态电压降计算。
• （7）电力网的电压降计算，校核所选用的电缆 是否满足系统电压降的要求，以保证用电设备 电源电压合乎要求。
• 船舶电力系统是船舶电气系统的之一，其电气系 统主要包括以下几大部分：
• 1、船舶电力系统——电源装置、配电和电力保护； • 2、电力拖动系统——船舶辅助机械电力拖动、起
锚缆机电力拖动和起重机等； • 3、舵机电力拖动系统； • 4、照明系统——照明系统和航引信号灯系统等； • 5、电力推进系统——电力推进系统主电路、励磁
主要经济发达国家的标准和著名的社团标准。 • 在船舶电方面有参考价值的先进国家标准有： • ——美国国家标准 ANSI • ——英国国家标准 BS • ——德国国家标准 DIN • ——法国标准 NF • ——日本国家标准 JIS • 其中美国国家标准基本上选自著名社团标准，如美国电气
与电子工程师学会标准（IEEE）等，这些标准比较简捷， 能及时的反映工业社会的要求和动向，内容更详细、具体， 具有一定的先进性。
原则上是一致的，可相互参考与借鉴。
第四节 设计应遵循的规范和标准
• （3）船舶专业标准 • 此标准又分为国家标准、部标准和企业标准三级 • a. 国家标准是由国家计量局发布的在全国范围内统一使用
的标准（JB） • 如：GJB755—81 电机基本技术要求 • GB1497—79 低压电器基本标准 • b. 部标准是由主管部门制订，发布个专业范围内的全国性
• （3）施工设计
• 施工设计是将技术设计付诸实实施而进行的面向 建造的设计，因而偏重于生产细节设计。这个阶 段需要绘制施工所需的全部图纸，提供电力设备 型号和材料的订货明细等。
• （6）为进行电力系统短路电流计算和大电动机 起动和发电机瞬态电压降计算。
• （7）电力网的电压降计算，校核所选用的电缆 是否满足系统电压降的要求，以保证用电设备 电源电压合乎要求。
• 船舶电力系统是船舶电气系统的之一，其电气系 统主要包括以下几大部分：
• 1、船舶电力系统——电源装置、配电和电力保护； • 2、电力拖动系统——船舶辅助机械电力拖动、起
锚缆机电力拖动和起重机等； • 3、舵机电力拖动系统； • 4、照明系统——照明系统和航引信号灯系统等； • 5、电力推进系统——电力推进系统主电路、励磁
主要经济发达国家的标准和著名的社团标准。 • 在船舶电方面有参考价值的先进国家标准有： • ——美国国家标准 ANSI • ——英国国家标准 BS • ——德国国家标准 DIN • ——法国标准 NF • ——日本国家标准 JIS • 其中美国国家标准基本上选自著名社团标准，如美国电气
与电子工程师学会标准（IEEE）等，这些标准比较简捷， 能及时的反映工业社会的要求和动向，内容更详细、具体， 具有一定的先进性。
原则上是一致的，可相互参考与借鉴。
第四节 设计应遵循的规范和标准
• （3）船舶专业标准 • 此标准又分为国家标准、部标准和企业标准三级 • a. 国家标准是由国家计量局发布的在全国范围内统一使用
的标准（JB） • 如：GJB755—81 电机基本技术要求 • GB1497—79 低压电器基本标准 • b. 部标准是由主管部门制订，发布个专业范围内的全国性
• （3）施工设计
• 施工设计是将技术设计付诸实实施而进行的面向 建造的设计，因而偏重于生产细节设计。这个阶 段需要绘制施工所需的全部图纸，提供电力设备 型号和材料的订货明细等。
现代船舶电力推动系统的发展PPT
潜艇燃料电池电力推进装置
潜艇燃料电池电力推进装置是以燃料电池为潜艇水下航 行动力源的推进装置。燃料电池是一种能把化学能 直接 转换成电能的能量转换装置，电池本体加上燃料、氧化 剂及它们的贮存器构成一个完好的燃料电池系统。其特 点是：在能量转换方式上与蓄电池一样，都是化学能转 换成电能，因此具有安静、效率高的优点； 在构成方式 上那么与柴油发电机组相似，即贮能局部(贮存燃料及氧 化剂的贮存器)与能量转换装置局部相分 离，因此具有长 时间连续工作的才能(只要燃料和氧化剂足够)，而不像蓄 电池那样需要来回充放电。各国 曾主要研究过两种潜艇 用燃料电池：氢-氧电池和肼-过氧化氢电池。近年来，燃 料电池研究获得了一些重大的技术打破。例如：潜艇上 液态氧贮存器采用新式壳体构造，有些 国家研究了用氢 化物制取氢的方法等。
我国在船舶电力推进系统研究及应用方面起步较晚，但在原动机、 发电机、配电、变频调速等关键技术方 面有一定的工业根底。目前 我国在船用大功率永磁电机、高压大容量电力电子器件、吊舱推进 器等设计与 制造方面与兴隆国家还有很大差距。我国应进一步加强 相关技术的研究和开发应用，积极参与这一领域的 国际竞争，力争 在市场上占有一席之地。
电力推进系统的优点
空间配置灵敏。大型船舶的柴油机几乎是毫无例外安装 在船尾的下部空间，同时需要一根较长的传动轴 系连接 螺旋桨。而电力推进的电动机通常和螺旋桨靠得很近， 省去了传动轴系，相应的节省了空间；发电 设备可以根 据全船的配置合理安排，不受推进电动机和螺旋桨的限 制。可以在机舱整个空间内立体布置， 既方便灵敏，又 充分利用了机舱舱容。假设从消防和平安性方面考虑， 还可以把发电机分成几组(如全船共有 6 台发电机的情况 下，可以 3 台一组)布置在不同的舱室中。
船舶电力推进装置的组成
第二章船舶电机与电力拖动系统
第二章 船舶电机与电力拖动系统
§1.1 直流电机的结构、励磁方式与运行特性 §1.2 变压器 §1.3 交流异步电动机 §1.4 控制电机及其在船舶上的应用 §1.5 船舶常用控制电器 §1.6 异步电动机常用控制电路 §1.7 锚机、绞缆机电力拖动控制系统 §1.8 起货机电力拖动控制系统 §1.9 船舶舵机控制系统
第二章 船舶电机与电力拖动系统
第二章 船舶电机与电力拖动系统
第二章 船舶电机与电力拖动系统 定子绕组
第二章 船舶电机与电力拖动系统
机座
第二章 船舶电机与电力拖动系统
二、转子部分
1、转子铁心
转子铁心也是电机磁路的组成部分，并用来固定转子绕组。铁心材料也用 0.5mm或0.35mm厚的硅钢片冲制叠压而成，故通常用冲制定子铁芯冲片剩余下来 的内圆部分制作。转子铁芯固定在转轴上，其外圆上开有槽，用来嵌放转子绕组。
∵定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子 导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而 变化 旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同
定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2
转子感应电势频率 f 2
f2
n0 n 60
p
n0 n n0
n0 p 60
s
f1
第二章 船舶电机与电力拖动系统
2、转子绕组——根据转子绕组的结构型式可分为
1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成 一个多相对称短路绕组。
2）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心 槽内。
三、气隙 异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达
到的最小值。
第二章 船舶电机与电力拖动系统
转子
§1.1 直流电机的结构、励磁方式与运行特性 §1.2 变压器 §1.3 交流异步电动机 §1.4 控制电机及其在船舶上的应用 §1.5 船舶常用控制电器 §1.6 异步电动机常用控制电路 §1.7 锚机、绞缆机电力拖动控制系统 §1.8 起货机电力拖动控制系统 §1.9 船舶舵机控制系统
第二章 船舶电机与电力拖动系统
第二章 船舶电机与电力拖动系统
第二章 船舶电机与电力拖动系统 定子绕组
第二章 船舶电机与电力拖动系统
机座
第二章 船舶电机与电力拖动系统
二、转子部分
1、转子铁心
转子铁心也是电机磁路的组成部分，并用来固定转子绕组。铁心材料也用 0.5mm或0.35mm厚的硅钢片冲制叠压而成，故通常用冲制定子铁芯冲片剩余下来 的内圆部分制作。转子铁芯固定在转轴上，其外圆上开有槽，用来嵌放转子绕组。
∵定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子 导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而 变化 旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同
定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2
转子感应电势频率 f 2
f2
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第二章 船舶电机与电力拖动系统
2、转子绕组——根据转子绕组的结构型式可分为
1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成 一个多相对称短路绕组。
2）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心 槽内。
三、气隙 异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达
到的最小值。
第二章 船舶电机与电力拖动系统
转子
《船舶电气设备》课件
照明设备等用电设备将电能转化为光能、热能等，为船舶提供照明、 加热等基本服务。
03
船舶电源设备
船舶电源的种类和特点
船舶电源种类： 柴油发电机、交 流发电机、蓄电 池等
柴油发电机特点： 功率大、可靠性 高、维护方便
交流发电机特点 ：体积小、重量 轻、效率高
蓄电池特点：可 提供应急电源、 可储存电能、可 重复使用
交流电机：结构复杂，运行平稳，适 用于高速、小扭矩场合
永磁电机：结构简单，运行平稳，适 用于高速、大扭矩场合
同步电机：结构复杂，运行平稳，适用 于高速、大扭矩场合
变频电机：结构复杂，运行平稳，适 用于各种场合，可调速、节能
船舶常用电器的结构和原理
船舶常用电器的分类：如 照明设备、通信设备、导 航设备等
感谢观看
汇报人：
05
船舶照明系统
船舶照明系统的分类和特点
船舶照明系统的分类：可分为内部照明和外部照明
内部照明的特点：提供舒适的照明环境，满足船员和乘客的需求 外部照明的特点：提供安全、有效的照明，满足船舶航行和作业的需 求 照明系统的特点：节能、环保、高效、安全、可靠
照明灯具的安装和维护
安装方式：固定式、移动式、 悬挂式等
照明系统的安全要求：防爆、 防火、防潮等
06
船舶导航和通信系统
船舶导航系统的组成和工作原理
组成：包括GPS、AIS、雷达、电子海图等设备 工作原理：通过接收卫星信号、雷达信号等，获取船舶位置、航向、速度等信息 功能：提供船舶航行所需的导航信息，如航向、航速、航程等 应用：广泛应用于船舶航行、港口管理、海洋救援等领域
发电机组的结构和工作原理
发电机组由发动 机、发电机、控 制单元等组成
03
船舶电源设备
船舶电源的种类和特点
船舶电源种类： 柴油发电机、交 流发电机、蓄电 池等
柴油发电机特点： 功率大、可靠性 高、维护方便
交流发电机特点 ：体积小、重量 轻、效率高
蓄电池特点：可 提供应急电源、 可储存电能、可 重复使用
交流电机：结构复杂，运行平稳，适 用于高速、小扭矩场合
永磁电机：结构简单，运行平稳，适 用于高速、大扭矩场合
同步电机：结构复杂，运行平稳，适用 于高速、大扭矩场合
变频电机：结构复杂，运行平稳，适 用于各种场合，可调速、节能
船舶常用电器的结构和原理
船舶常用电器的分类：如 照明设备、通信设备、导 航设备等
感谢观看
汇报人：
05
船舶照明系统
船舶照明系统的分类和特点
船舶照明系统的分类：可分为内部照明和外部照明
内部照明的特点：提供舒适的照明环境，满足船员和乘客的需求 外部照明的特点：提供安全、有效的照明，满足船舶航行和作业的需 求 照明系统的特点：节能、环保、高效、安全、可靠
照明灯具的安装和维护
安装方式：固定式、移动式、 悬挂式等
照明系统的安全要求：防爆、 防火、防潮等
06
船舶导航和通信系统
船舶导航系统的组成和工作原理
组成：包括GPS、AIS、雷达、电子海图等设备 工作原理：通过接收卫星信号、雷达信号等，获取船舶位置、航向、速度等信息 功能：提供船舶航行所需的导航信息，如航向、航速、航程等 应用：广泛应用于船舶航行、港口管理、海洋救援等领域
发电机组的结构和工作原理
发电机组由发动 机、发电机、控 制单元等组成
船舶电气设备与系统PPT课件
灯、发光二极管等），或是光致发光指示器.
第17页/共54页
3 照明系统
应急照明系统
对载有滚装货的客船，除上述要求外，还必须在所有的旅
客公共处所和走廊设有附加应急照明此照明要乖在所有其他电
源发生故障和在各种横倾条件下，至少维持3h；所提供的照明
应能照亮逃生设施的周围。其电源应采用设置于灯具内部的蓄
电池，该蓄电池应尽可能地由应急配电板连续充电。若采用其
露 天安装的灯具，防护等级要达到IP5X，对有危险粉尘等场所，防护
等级可高达IP6X。
散热性好，同时又要防止飞虫杂物钻入。
外形尺寸要适合船舶层高限制，结构简单，方便接线和更换灯泡。
具有良好的接地保护措施。
第20页/共54页
3 照明系统
3.2 照明灯具
探照灯和投光灯
探照灯和投光灯同是强光照明灯具，探照灯具有近乎平行 的光束，射程远，光照集中；而投光灯的光束是在有限的立体 角内向外扩散，投射面较宽，相对射程较短。两者具有不同的 照明效果，其用途也不相同。
临时应急照明的设置地点与应急照明基本相同，但临时应 急照明只有在主照明和应急照明都失电时才会照亮。
临时应急照明必须采用蓄电池组供电，并应保证当主电网 及应急电网失电或者电压降至’40％ 额定值时能自动接 通，主电网及应急电网电压恢复时能自动切断。
临时应急照明系统不得采用荧光灯为光源，更不得设置就 地开关。
作局部照明，上下舷梯、烟囱标志、船名牌照明等。 作机舱内补充照明等等。
第23页/共54页
3 照明系统 3.2 照明灯具 灯光信号设备
船舶对外的灯光信号分为航行灯、信号灯和通信闪光灯。航 行灯和信号灯又统称为号灯。灯光信号是直接关系到船舶安全 的可视信号，因此船舶灯光信号应严格遵照船舶有关的航行、 信号设备规范和有关的江、湖、河、海航行规则的要求设置， 以使所设置的灯光能正确的对外表达船舶的位置、状况和动向。 航行灯、信号灯不仅要在日投至日出期间点燃，并且在能见度 不良或其他一切认为必要的情况下，在日出至日没期间同样要 能点燃显示。
第章船舶电力系统频率及有功功率自动调节-PPT精品
船舶电站及其自动化系统
课件
3 调速器基本原理及特性
2019/12/1 1
发电机转速的调整是由原动机的调速器来实现的， 因此发电机组的功率频率特性取决于调速器的特性。
由于电力系统要求频率能维持在一定范围之内，因 此调速器应是一种“定速调速器”。即通过调速器 调节维持原动机转速不变。调速器种类有机械式、 液压式和电子式等。但无论哪种型式，其工作原理 都是测出偏差后，根据偏差的大小和极性去调节原 动机，使原动机在负载从零到额定值范围内变化时， 维持转速在允许的范围内。
船舶电站及其自动化系统
2019/12/1
课件
1
负荷调节效应
在电力系统中功率平衡被破坏引起频率变化时，负 载吸收功率的变化起着补偿的作用，使系统能在另 一个频率值下得到新的平衡，这种现象称为电力系 统的负荷调节效应。
为了保证系统的频率变化在一定的允许范围内，发 电机组必需配置调速器。
轮机工程学院船电系
在两台机组均功后，当 负荷变化时，功率分配 不均匀
2019/12/1 1
轮机工程学院船电系
船舶电站及其自动化系统
课件
2).两台发电机具有无差特性。
两台机组间，有功功率 随机分配，可导致逆功 率跳闸或过载跳闸。在 无功率分配控制系统作 用下无法并联运行。
2019/12/1 1
轮机工程学院船电系
船舶电站及其自动化系统
船舶电站及其自动化系统
课件
3）调速器的调速特性
稳态特性
2019/12/1 1
倾斜度可用调差系数K来表示
KPf2－ 2－fP11 P f
轮机工程学院船电系
课件
动态特性
船舶电站及其自动化系统
(1)瞬时调速率J
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IGBT的基本特性
IGBT的转移特性和输出特性
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
（1）IGBT开关速度高，开关损耗小。 （2）在相同电压和电流定额的情况下，IGBT的安全工作区比GTR大， 而且具有耐脉冲电流冲击的能力。 （3）IGBT的通态压降比MOSFET低，特别是在电流较大的区域。 （4）IGBT的输入阻抗高，其输入特性与电力MOSFET类似。 （5）与电力MOSFET和GTR相比，IGBT的耐压和通流能力还可以进 一步提高，同时可保持开关频率高的特点。
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
GTO的结构和工作原理
GK
GK
G
A
N2
P2 N 2
N1
G
K P1
A
(aa))
(bb))
(cc))
GTO的内部结构和电气图形符号
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
GTO的主要参数
（1）最大可关断阳极电流IATO （2）电流关断增益βoff
其他参数都和普通晶闸管相应的参数意义相同
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
电力二极管的主要参数
（1）正向平均电流IF(AV) （2）正向压降UF （3）反向重复峰值电压URRM （4）最高工作结温TJM （5）浪涌电流IFSM
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
电力二极管的主要类型
（1）普通二极管 （2）快恢复二极管 （3）肖特基二极管
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
3.2.4绝缘栅双极晶体管(IGBT)
绝缘栅双极晶体管(IGBT)综合了GTR和MOSFET的 优点，具有良好的特性。因此，自其1986年开始 投入市场，就迅速扩展了其应用领域，成为中小 功率电力电子设备的主导器件，并在继续努力提 高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位。
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
晶闸管的基本特性
IA 正向 导通
（1）当晶闸管承受反向电压时，不论门极 是否有触发电流，晶闸管都不会导通。
（2）当晶闸管承受正向电压时，仅在门极
URSMURRM
IH
IG2 IG1 IG =0
有触发电流的情况下晶闸管才能导通。
-UA
O
UDRM Ubo +UA （3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
A
G K
IGCT及其电气符号
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
3.2.5集成门极换向晶闸管(IGCT)
集成门极换向晶闸管(Integrated Gate Commutated Thyristor，IGCT)是从GTO发展出来 的新型器件。由于IGCT具有无需吸收电路和低开 关损耗的特点，使它已成为中压传动的首选器件 之一。核心技术包括：硅片的重大改进、门极驱 动电路和器件的封装形式。可分为非对称型、反 向导通型和对称型三种。
UDSM
用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管
雪崩 击穿
都保持导通。
（4）若要使已导通的晶闸管关断; IG1> IG
用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的 电流降到接近于零的某一数值以下。
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
晶闸管的主要参数
（1）电压定额 1）断态重复峰值电压UDRM 2）反向重复峰值电压URRM 3）通态（峰值）电压UTM （2）电流定额 1）通态平均电流场IT(AV) 2）维持电流IH 3）擎住电流IL 4）浪涌电流ITSM
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
3.2.3门极可关断晶闸管（GTO）
门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor－ GTO)是晶闸管的一种派生器件，但可以通过在门 极施加负的脉冲电流使其关断，因而属于全控型 器件。GTO的许多性能虽然与绝缘栅双极晶体管 、电力场效应晶体管相比要差，但其电压、电流 容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以 上的大功率场合仍有较多的应用。
3.1交流电力推进系统概述
交流电力推进系统主要设备的参数
（1）推进电动机功率 （2）电站机组数量及负荷率 （3）电压等级 （4）变频器型式 （5）螺旋桨型式
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
3.2.1电力二极管 20世纪50年代初期就获得应用，当时也被
称为半导体整流器。虽是不可控器件，但 其结构和原理简单，工作可靠，直到现在 仍然大量应用于许多电气设备当中，特别 是快恢复二极管和肖特基二极管，仍分别 在中、高频整流和逆变，以及低压高频整 流的场合具有不可替代的地位。
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
电力二极管的工作原理
电力二极管的基本结构和工作原理与信息电子电 路中的二极管是一样的，都是以半导体PN结为基础的。
电力二极管的外形、结构和电气图形符号
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
电力二极管的基本特性
I IF
O UTO UF
U
电力二极管的伏安特性
船舶电力推进技术
第三讲 船舶交流电力推 进系统及其变频器
3.1交流电力推进系统概述
Y
G
K
M
~
~
KZ
K－变频器；KZ－控制装置Y－原动机；G－交流发电机；M－交流电动机 交流电力推进系统方框图
3.1交流电力推进系统概述
交流电力推进系统优点
（1）交流电机的极限容量大。 （2）降低了电机的总损耗，提高了效率。 （3）可以采用较高的电压。 （4）交流电机的结构比直流电机简单，维护方便。
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
3.2.2晶闸管 晶闸管是晶体闸流管的简称，又称作可控
硅整流器（SCR），以前被简称为可控硅。
晶闸管的外形、结构、电气图形符号
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
晶闸管的结构与工作原理
晶闸管导通的工作原理可以用双晶体管模型来解释
(a)
(b)
晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
IGBT的结构和工作原理
发射极 栅极
E
G
N + P N+
J3
J2
J1
N+ P N+ NN+
P+
C 集电极
(aa))
漂移区 缓冲区 G
注入区
C
IC
ID
RN
V
+
J1
-
C
-
+
+
I D Ron
G
-
E
(bb))
c(c) )
IGBT的结构、等效电路及电气符号
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IGBT的转移特性和输出特性
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（1）IGBT开关速度高，开关损耗小。 （2）在相同电压和电流定额的情况下，IGBT的安全工作区比GTR大， 而且具有耐脉冲电流冲击的能力。 （3）IGBT的通态压降比MOSFET低，特别是在电流较大的区域。 （4）IGBT的输入阻抗高，其输入特性与电力MOSFET类似。 （5）与电力MOSFET和GTR相比，IGBT的耐压和通流能力还可以进 一步提高，同时可保持开关频率高的特点。
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GTO的结构和工作原理
GK
GK
G
A
N2
P2 N 2
N1
G
K P1
A
(aa))
(bb))
(cc))
GTO的内部结构和电气图形符号
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GTO的主要参数
（1）最大可关断阳极电流IATO （2）电流关断增益βoff
其他参数都和普通晶闸管相应的参数意义相同
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电力二极管的主要参数
（1）正向平均电流IF(AV) （2）正向压降UF （3）反向重复峰值电压URRM （4）最高工作结温TJM （5）浪涌电流IFSM
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电力二极管的主要类型
（1）普通二极管 （2）快恢复二极管 （3）肖特基二极管
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3.2.4绝缘栅双极晶体管(IGBT)
绝缘栅双极晶体管(IGBT)综合了GTR和MOSFET的 优点，具有良好的特性。因此，自其1986年开始 投入市场，就迅速扩展了其应用领域，成为中小 功率电力电子设备的主导器件，并在继续努力提 高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位。
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晶闸管的基本特性
IA 正向 导通
（1）当晶闸管承受反向电压时，不论门极 是否有触发电流，晶闸管都不会导通。
（2）当晶闸管承受正向电压时，仅在门极
URSMURRM
IH
IG2 IG1 IG =0
有触发电流的情况下晶闸管才能导通。
-UA
O
UDRM Ubo +UA （3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作
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A
G K
IGCT及其电气符号
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3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
3.2.5集成门极换向晶闸管(IGCT)
集成门极换向晶闸管(Integrated Gate Commutated Thyristor，IGCT)是从GTO发展出来 的新型器件。由于IGCT具有无需吸收电路和低开 关损耗的特点，使它已成为中压传动的首选器件 之一。核心技术包括：硅片的重大改进、门极驱 动电路和器件的封装形式。可分为非对称型、反 向导通型和对称型三种。
UDSM
用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管
雪崩 击穿
都保持导通。
（4）若要使已导通的晶闸管关断; IG1> IG
用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的 电流降到接近于零的某一数值以下。
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晶闸管的主要参数
（1）电压定额 1）断态重复峰值电压UDRM 2）反向重复峰值电压URRM 3）通态（峰值）电压UTM （2）电流定额 1）通态平均电流场IT(AV) 2）维持电流IH 3）擎住电流IL 4）浪涌电流ITSM
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3.2.3门极可关断晶闸管（GTO）
门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor－ GTO)是晶闸管的一种派生器件，但可以通过在门 极施加负的脉冲电流使其关断，因而属于全控型 器件。GTO的许多性能虽然与绝缘栅双极晶体管 、电力场效应晶体管相比要差，但其电压、电流 容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以 上的大功率场合仍有较多的应用。
3.1交流电力推进系统概述
交流电力推进系统主要设备的参数
（1）推进电动机功率 （2）电站机组数量及负荷率 （3）电压等级 （4）变频器型式 （5）螺旋桨型式
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
3.2.1电力二极管 20世纪50年代初期就获得应用，当时也被
称为半导体整流器。虽是不可控器件，但 其结构和原理简单，工作可靠，直到现在 仍然大量应用于许多电气设备当中，特别 是快恢复二极管和肖特基二极管，仍分别 在中、高频整流和逆变，以及低压高频整 流的场合具有不可替代的地位。
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电力二极管的工作原理
电力二极管的基本结构和工作原理与信息电子电 路中的二极管是一样的，都是以半导体PN结为基础的。
电力二极管的外形、结构和电气图形符号
3.2推进变频器用大功率电力 电子器件
电力二极管的基本特性
I IF
O UTO UF
U
电力二极管的伏安特性
船舶电力推进技术
第三讲 船舶交流电力推 进系统及其变频器
3.1交流电力推进系统概述
Y
G
K
M
~
~
KZ
K－变频器；KZ－控制装置Y－原动机；G－交流发电机；M－交流电动机 交流电力推进系统方框图
3.1交流电力推进系统概述
交流电力推进系统优点
（1）交流电机的极限容量大。 （2）降低了电机的总损耗，提高了效率。 （3）可以采用较高的电压。 （4）交流电机的结构比直流电机简单，维护方便。
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3.2.2晶闸管 晶闸管是晶体闸流管的简称，又称作可控
硅整流器（SCR），以前被简称为可控硅。
晶闸管的外形、结构、电气图形符号
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晶闸管的结构与工作原理
晶闸管导通的工作原理可以用双晶体管模型来解释
(a)
(b)
晶闸管的双晶体管模型及其工作原理
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IGBT的结构和工作原理
发射极 栅极
E
G
N + P N+
J3
J2
J1
N+ P N+ NN+
P+
C 集电极
(aa))
漂移区 缓冲区 G
注入区
C
IC
ID
RN
V
+
J1
-
C
-
+
+
I D Ron
G
-
E
(bb))
c(c) )
IGBT的结构、等效电路及电气符号
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