船舶电机与拖动

　　本书根据交通运输部海事局《海船船员培训大纲（2016版）》的相关要求而编写。 全书分为11章，主要介绍了磁场与电磁感应、直流电机、变压器、异步电动机、同步电机、特种电机、常用控制电器及控制电路、电机的典型控制电路、机舱电力拖动控制系统、甲板机械电力拖动控制系统和船舶舵机控制系统。 本书内容丰富、取材新颖、深浅适度、侧重应用、多方面和多层次地反映了船舶电机与拖动的技术。 本书可作为航海类高等学校船舶电子电气工程专业和轮机工程专业的教材，也可作为相关专业（航海技术、船舶与海洋工程）师生和船舶电气技术人员的参考用书。

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前言
上篇船舶电机学
第一章磁场与电磁感应1
第一节磁场基本物理量1
第二节铁磁材料及铁损4
第三节磁路8
第四节电磁感应11
第五节电磁铁19
复习与思考题23
第二章直流电机24
第一节直流电机的工作原理24
第二节直流电机的运行特性28
第三节直流电动机的起动、调速、
制动及反转32
第四节无刷直流电动机38
复习与思考题44
第三章变压器45
第一节变压器的基本结构和铭牌
数据45
第二节变压器的基本工作原理和
运行特性46
第三节三相变压器54
第四节自耦变压器和仪用互感器58
复习与思考题61
第四章异步电动机63
第一节三相异步电动机的结构与铭牌
数据63
第二节三相异步电动机的工作
原理66
第三节三相异步电动机的工作
特性69
第四节三相异步电动机的起动73
第五节三相异步电动机的调速76
第六节三相异步电动机的制动80
第七节单相异步电动机83
复习与思考题85
第五章同步电机86
第一节三相交流同步发电机的构造与
工作原理86
第二节同步发电机的空载运行及空载
特性88
第三节同步发电机的负载运行及电枢
反应90
第四节同步发电机的外特性及调节
特性95
第五节同步电动机102
复习与思考题106
第六章特种电机107
第一节伺服电动机107
第二节测速发电机及电动
转速表110
第三节自整角机及其应用 113
第四节步进电动机121
复习与思考题124下篇船舶电力拖动
第七章常用控制电器及控制电路125
第一节常用控制电器的结构、原理及
功能125
第二节异步电动机的基本保护
电路142
第三节异步电动机的基本控制
环节146
复习与思考题149
第八章电机的典型控制电路150
第一节电动机的直接起动控制150
第二节三相异步电动机的星－三角
起动控制150
第三节三相绕线转子异步电动机的
转子串电阻起动控制151
第四节笼型异步电动机的起动
控制152
第五节电机的调速控制153
复习与思考题166
第九章机舱电力拖动控制系统167
第一节机舱电机的典型控制
电路167
第二节船舶电梯控制系统176
复习与思考题183
第十章甲板机械电力拖动控制
系统184
第一节锚机、绞缆机电力拖动控制
系统184
第二节船舶电动起货机的控制
系统193
第三节船用液压起货机的控制
系统203
第四节船用变频调速起货机的控制
系统213
复习与思考题219
第十一章船舶舵机控制系统221
第一节舵机电力拖动与控制的基本
要求221
第二节舵机的操纵方式228
第三节自动舵的调节规律233
第四节自动舵的控制系统235
第五节自适应自动舵操舵仪243
第六节Kongsberg 的自动导航航迹舵
原理247
复习与思考题250
参考文献251
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船体的阻力$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他励直流电动机数学模型$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$55
341基本原理、分类$55
342多相永磁电动机通用数学模型$55
343多相正弦波永磁同步电动机数学
模型$58
344船舶永磁推进电动机特点$60
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主发电机并联接法与主发电机串
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2G-M系统的工作状态$69
423G-M系统的优点$70
424G-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$99
54H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$118
61正弦PWM(SPWM)控制技术$118
611基本原理$118
612过调制操作$120
613载波与调制波频率的关系$120
614死区效应及补偿$121
62空间矢量PWM（SVPWM）控制
技术$122
621静止空间矢量$123
622矢量作用时间计算$124
623Vref位置与作用时间之间的
关系$126
624开关顺序设计$126
63特定谐波消除PWM（SHEPWM）控制
技术$130
64滞环PWM控制技术$132
第7章船舶交流电力推进系统调速
控制技术$134
71电力推进系统标量控制技术$134
711开环恒压频比（V/F）标量
控制$134
712带转差率调节的速度控制$136
72电力推进系统矢量控制技术$137
721矢量控制与直流电动机控制的
相似性$137
722等效电路和相量图$138
723矢量控制原理$139
724直接矢量控制$140
725磁链矢量的估计$141
726间接或前馈矢量控制$144
73电力推进系统直接转矩控制$146
731基于定子和转子磁链的转矩
表达式$146
732直接转矩控制的基本原理$147
74交流电力推进系统示例$150
741某液化天然气运输船电力推进
系统$150
742某350t自航起重船电力推进
系统$152
第8章船舶侧推装置$155
81船舶侧推装置概述$155
811船舶侧推装置的工作原理$155
812船舶侧推装置的作用和要求$156
82船舶侧推装置控制系统的组成和
原理$156
821定距桨侧推装置$157
822调距桨侧推装置$158
83船舶侧推装置的典型控制系统$162
84船舶侧推装置的选用要点及其应用$164
841船舶侧推装置的选用要点$164
842船舶侧推装置的应用$164
85船舶侧推装置设计举例$167
第9章船舶吊舱式电力推进$169
91船舶吊舱式电力推进概述$169
911吊舱式推进器$169
912吊舱电力推进系统$175
913吊舱电力推进中的几项关键
技术$175
92船舶吊舱式电力推进的性能和特点$178
93吊舱式对转螺旋桨（CRP）系统的
结构原理和特点$181
第10章轮缘驱动电力推进$184
101轮缘驱动电力推进概述$184
1011轮缘驱动电力推进的基本
概念$184
1012轮缘驱动电力推进的主要
特点$185
102轮缘驱动电力推进的发展$186
103轮缘驱动电力推进的关键技术$188
104轮缘驱动推进电动机$189
105轮缘驱动电力推进案例$191
第11章船舶超导电力推进$194
111超导技术概述$194
1111超导材料的发展$194
1112超导材料的性质$196
1113超导技术应用$198
112船舶超导电力推进装置的发展$198
113超导电力推进系统$200
1131超导电力推进的特点$200
1132适用范围及主要组成设备$202
1133推进方式与特征$203
1134低温冷却方案$203
114超导推进电动机$204
1141低温超导直流单极电动机$204
1142高温超导交流同步电动机$205
115船舶超导电力推进系统方案设计
示例$207
1151液化天然气破冰船超导直流电力
推进系统方案$207
1152直流超导电力推进试验船$208
11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$208
第12章船舶磁流体电力推进$210
121磁流体推进概述$210
1211磁流体推进基本概念$210
1212磁流体推进原理$211
1213船舶总体构成$213
122磁流体推进的性能和特点$214
123超导磁流体关键技术与总体概念$215
1231推进器总体设计$215
1232超导磁体系统$215
1233低温制冷系统$217
1234海水通电电极$217
1235推进用电力系统$218
1236超导磁流体推进船设计概要$218
124发展应用$219
1241发展历程及前景$219
1242潜在应用示例$223
第13章船舶电力推进的监测与
控制$227
131船舶电力推进监控概述$227
1311船舶电力推进监测与控制技术
现状$227
1312船舶电力推进监测与控制技术的
发展$228
132船舶电力推进监测与控制系统通信
技术$229
133船舶电力推进监测与控制系统设计
要求$231
1331环境要求$231
1332安装要求$231
1333绝缘耐压要求$232
1334工作电源要求$232
1335主要功能性能要求$232
1336监控系统网络的要求$233
1337监控系统用传感器的要求$233
1338控制软件基本要求$233
134船舶电力推进监测与控制系统
设计$234
1341方案的初步制订$234
1342监测与控制网络设计$234
1343监测与控制系统设计$234
1344监测与控制系统软件设计$237
1345人机界面设计$238
135船舶电力推进监测与控制系统方案
实例$239
1351某船电力推进监控系统设计$239
1352采用CAN总线的多相推进电动机
控制系统$244
参考文献$246