船舶轴带发电机的发展与新方法的研究

　　1 船舶轴带发电机的发展历程

　　经济全球化的发展，使得海运已经成为最重的运输方式之一。在船舶航运费用中，燃料费用占 50～60 %，国际石油危机的爆发及航运的发展，又令国际航运造船界对于节能措施的要求越来越强烈。船舶主机采用重油作为燃料，价格便宜;燃油发电机使用轻质燃油，价格高。而船舶轴带发电机系统是由船舶主机驱动发电机供电的装置，可充分利用主机 10 % ～15 %的功率储备裕量，使主机运行在高效率、低能耗的状态，节省了轻质燃油。对于货船，一般来说其电站功率为主机额定功率的 5 %左右，轴带发电机完全能满足船舶正常航行的电力需要。自 70 年代初，轴带发电机系统开始装船，至今已有 30 多年的发展历史，被广泛应用于大、中型集装箱船上。

　　早期的轴带发电机系统属于无频率补偿型，如 1980 年日本 KAWASAKI 造船厂建造的滚装船系列的主机轴带发电机[1]。这种轴带发电机受到海况的影响较大，一旦遇到风浪，主机转速变化将会引起电网频率的波动，严重时不得不改用船舶柴油发电机供电，且不能与其它柴油发电机长时间并联运行，只能短时换机时使用，限制较多。随后出现的机械控制的频率补偿型轴带发电机系统比早期的无频率补偿型轴带发电机系统前进了一步。在这种系统中，主机推进轴与轴带发电机之间装有定速装置。当主机推进轴转速发生变化时，轴带发电机的转速保持恒定。但是在这种系统中，主机的当前速度与额定转速差异较大时，装置的容量将受到限制，故其应用范围受到了限制。随着电气控制技术的发展，大功率可控硅变流技术被应用到船舶轴带发电机系统中。

　　这种轴带发电机系统由轴带发电机和恒定频率装置组成，用于广泛使用的定螺距轴带发电机中。应用可控硅“逆变”装置及控制系统调节频率，用同步补偿机提供无功，维持电压稳定，调整螺旋浆转速变化和启用大功率用电负载时带来的电网波动。随着技术进步，节能等方面要求的提高，传统的轴带发电机系统在改善电能质量、能耗、体积、重量、控制速度等方面出现很多不足。

　　进入 80 年代后期以来，随着大功率全控型器件如大功率晶体管(GTR)、大功率门极可关断晶闸管(GTO)和静电感应晶体管(SIT)以及 IGBT等快速器件和 SVPWM 等先进控制理论的成熟，电能变换开始突破传统的束缚。90 年代后期 DSP的广泛应用，使有源逆变取得了很大的进步，而PWM 整流器正是在这种浪潮下发展起来，并逐渐运用于各个方面，这使其在船舶轴带发电系统中应用成为可能，而探索 PWM 变流器在船舶轴带发电机系统中的应用具有深远的意义。