1、船舶電力推進幾種典型方式的比較內容提要：此文介紹目前市場上五種類型電力推進系統，并分析比較它們的工作原理和特點。0前言船舶電力推進，有直流推進和交流推進兩大類。1970年代以前，主要采用直流電力推進系統，因為直流電機轉速調整范圍寬廣和平滑，過載起動和制動轉矩大，逆轉運行特性好；而交流電動機盡管具有輸出功率大、極限轉速高、結構簡單、成本低、體積小、運行可靠等優點，但限于當時的技術限制，調速困難，應用較少。隨現代控制理論和數字控制、直接轉矩控制、矢量控制等電力電子技術的發展，交流調速系統的性能已經可以與直流調速系統相媲美1。交流電力推進系統的應用，已經成為船舶電力推進發展的主流，呈現出蓬勃發展的態

2、勢。水面船只，交流電力推進占主導地位，所選用的交流電動機，交流異步電機、交流同步電機、永磁同步電機等并存。只有潛艇，仍是直流推進占主導地位。世界著名的電氣集團，如SIEMENSABB以及ALSTOMg,都研制出船舶交流電力推進的成套裝置，功率從幾百千瓦到幾十兆瓦，其中以吊艙式推進器最具代表性。例如ABB公司的AZIPOD推進系統，功率已達40MW性能可靠，傳動效率高，節省空間，已成功地應用在油輪、破冰船、郵輪、化學品船、半潛船等多種船型，并在近期新造船舶市場獲得良好評價。目前，船舶采用的電力推進系統，型式多種多樣，但歸納起來基本可分為以下五類24:?可控硅整流器+直流電動機?變距槳+交流異步電

3、動機?電流型變頻器+交流同步電動機?交一交變頻器+交流同步電動機?電壓型變頻器+交流異步電動機選擇電力推進裝置時，主要關注價格、功率范圍、推進效率、起動電流、起動轉矩、動態響應、轉矩波動、功率因數、功率損耗、諧波等指標。本文從以上五類電力推進裝置的工作原理出發，分析其工作特性，并比較關鍵指標。1可控硅整流器+直流電動機1970年代以前，船舶電力推進系統中，直流電動機占據主導地位。1940和1950年代，推進系統采用原動機一直流發電機一直流電動機形式，通過調節發電機勵磁電流的大小和方向，調節電動機轉速及轉向。1950年代末，大功率可控靜態電力變流元件研制成功，可控硅整流裝置出現，直流電力推進系統

4、演變成可控整流器加直流電動機模式。晶閘管的問世加速了這種推進技術的發展，拓展了其應用領域。至今，該種推進形式仍不失為一種高效、經濟的推進方案。可控硅整流器+直流電動機系統，采用全橋式晶體管整流器為一個電樞電流可控的直流馬達供電，原理如圖1。其基本工作原理是：圖1可控硅整流器+直流電動機”原理圖?通過控制晶閘管導通角，改變觸發電路輸出脈沖的相位，從而改變直流電機的電樞電壓Ud,再由此改變電樞電流，實現電機速度的平滑調節；?利用可控整流電路調節勵磁電流，使電動機能夠在轉速一轉矩坐標的任一象限運行。可控整流電路最基本的變量是控制角a（從晶閘管承受正向電壓起到加觸發脈沖使其導通的瞬間，這段時間對應的電

5、角度）。a與各電壓、電流之間的關系決定了可控整流的基本特性。功率因數與轉速成正比，在00.96之間。這種推進方式的優點：?控制角a的控制范圍，理論上是0180;實際上一般在15150,是考慮到電網的壓降，確保電機可控，控制角a確保留有換流邊界；?起動電流及起動轉矩接近于零；?扭矩波動平滑；?動態響應一般小于100毫秒。缺點是：?轉矩控制不夠精確，若要得到精確平滑的轉矩控制，必須提高電樞感應系數，但會引起系統動態性能減弱，功率因數偏低，增加系統損耗；?直流電機驅動需要的換向器，是一個易發生故障的部件；?會對船舶電網產生較大的諧波污染，因為采用了大功率電力電子器件；?直流電動機固有的結構復雜、成本

6、高、體積大、維護困難、效率低等缺點，阻礙了它在船舶電力推進領域的廣泛應用。目前，船舶推進所應用的直流推進電機的容量，在23M旭間。2交流異步電動機+可調螺距螺旋槳交流異步電動機+可調螺距螺旋槳模式，也稱為DOL(Directonline)模式，多采用鼠籠式感應恒速電機驅動變距槳實現，船速的控制靠改變螺旋槳的螺距。為了增加可操縱性，也可用極數轉換開關實現電機速度控制。這種推進方式的優點是：?幾乎沒有影響電網的諧波，因為沒有采用大功率電力電子器件；?電動機轉矩穩定沒有脈動；?在設計點運行時效率很高。但缺點也不少，例如：?交流異步感應電機起動瞬間電流較大，通常是正常電流的57倍，系統電網壓降大；?起

7、動瞬間機械軸承受的轉矩大，約為額定轉矩的23倍；?極低航速，螺距近似為0時，仍要消耗額定功率的15%,電流約為正常值的4555%;?功率因數低，滿負荷時也只能達到0.85;?功率及轉矩的動態響應慢，一般35秒才能完成，因為采用液壓機構完成螺距的變換；?反轉慢，制動距離長；?變距槳的液壓控制系統十分復雜，并工作在水下，故障維修時需進塢；?變距槳結構復雜，可靠性差，價格貴。為了防止起動時電流和扭矩過大等不利影響，以及滿足規范對船舶電站壓降的要求，這種電力推進方式啟動時必須采用船舶電站規定啟動大電機需要的最小臺數運行機組，以及電機采用Y一啟動、軟啟動器啟動等方式。這種推進方式只適合于中、小功率船舶，

8、或1000kW以下的側推裝置，因為微軟起動器目前還只有中、小功率的低壓產品。3電流型變頻器+交流同步電動機電流型變頻器+交流同步電機驅動方式(CSI+Synchronousmotor)原理圖如圖2。9current圖2電流型變頻器+交流同步電動機”原理圖(1)電流型變頻器CSI(CurrentSourceInverter)由整流器、濾波器、逆變器等三部分組成。工作原理是整流電路將電網來的交流電轉換成直流電；再經三相橋式逆變電路轉變為頻率可調的交流電，供給推進電動機。電流型變頻器的直流中間環節，采用大電感濾波，直流電流波形平直，對電動機來講，基本上是一個電流源。改變整流電路的觸發角，就改變了中間

9、直流環節的電壓，相當于直流電動機的調壓調速；而改變逆變電路觸發脈沖的順序，即可改變推進電動機的轉矩方向，控制推進電動機轉向，從而使控制電路大大簡化。(2)SYNCHRO電力推進交流電通過三相橋式全控整流電路以及平波電抗器，再經過逆變器轉換后向交流同步電機供電，此種推進方式通常被稱為SYNCHRO1力推進。SYNCHRO變流裝置的輸出頻率，受同步電機轉子所處角度控制：?每當電機轉過一對磁極，變流裝置的交流電輸出相應地交變一個周期，保證變頻器的輸出頻率和電機的轉速始終保持同步，不會出現失步和振蕩。?系統功率因數根據電機速度，從額定速度時的0.9到低速的0之間變化。SYNCHRO電力推進系統主要有6

10、脈波、12脈波、24脈波等三種結構形式，諧波成分比較固定，消除比較容易。12脈波SYNCHRO力推進系統，如果在電網側并聯有兩組LC無源濾波器，對11次、13次諧波進行補償，則對電網產生影響的最低諧波分量就是23次諧波，此時的電網質量可以滿足船級社的規定，故12脈波的SYNCHRO力推進系統應用較多。SYNCHRO電力推進系統的缺點是：?低速運行時，電流型變頻器將電流控制在零附近脈動，轉矩輸出也存在脈動，給軸系帶來振動；?時間常數較大(由于直流電同感性負載相連)，所以系統動態響應較差；?電流型逆變電路中的直流輸入電感數值很大才能夠構成一個電流源，使直流回路電流恒定，所以電感重量、體積都很大，使

11、得電流型逆變器使用受到一定限制。而其優點，是：?起動電流接近等于零，起動轉矩最高可達50%額定轉矩；?價格上有一定的優勢；?控制方便，操作靈活；?能匹配特大功率電機，目前已達4060MW10MW以上容量的電力推進裝置，ALSTO必司和STNATLA公司傾向于選擇SYNCHRO力推進。4交一交變頻器+交流同步電機CYCLO變頻器，英文為Cycloconverter,中文譯作交一交變頻器或循環變頻器。該變頻器廣泛應用于大功率、低速范圍內的交流調速，其調速上限不超過基頻的40%。交一交變頻器+交流同步電機(Cycloconverter+Synchronousmotor)驅動方式，采用CYCLOP頻器

12、， 通過控制一個可控的橋式反并聯晶閘管， 選擇交流電源的不同相位區間向交流同步電機提供交流電。圖3所示為典型的6脈波交一交變頻器+交流同步電機驅動方式。圖3“6脈波交一交變頻器+交流同步電機”原理圖雙繞組電動機，就是電動機定子裝有2套同功率但空間相位差30。的繞組，分別由二壬T一套6脈波三相輸出交一交變頻裝置供電。變頻裝置輸出的每一相都是一個兩組晶閘管整流裝置反并聯的可逆線路：一組晶閘管整流電路提供正向輸出電流，另一組提供反向輸出電流。構成這種交一交變頻裝置的三相橋式電路，在一個輸出周期中三相電流有六次過零，帶來六次轉矩波動，所以這種交一交變頻裝置被稱為6脈波交-交變頻裝置，是最基本的類型，應

13、用廣泛。與6脈波變頻裝置相比，12脈波變頻裝置具有系統響應速度快、諧波含量少、損耗降低、轉矩脈動低等優點。其缺點是所需電子元件數量大，對于6脈沖電路需要36個晶閘管，而12脈沖電路需要72個晶閘管，因而增加了成本。SIEMENS公司，針對雙繞組同步電動機提供了12脈波交一交變頻裝置。采用交一交變頻推進的特點是：?起動平穩，起動電流(轉矩)可從零起逐漸加大；?轉矩脈動平滑；?功率及轉矩動態響應快，一般小于100毫秒；?電力系統內諧波高低取決于電機速度；?系統功率因數由電機電壓決定，通常可達0.76;?滿負荷時效率高；?變頻器輸出頻率低，可以不需要齒輪減速直接驅動螺旋槳。這種驅動方式，性價比高，應

14、用比較廣泛。根據國外經驗，交一交循環變流器主要用于速度極低、轉矩極高的場合，典型的例子就是破冰船。目前單個電力驅動系統的功率范圍在230MW之間。針對特大功率低轉速推進船舶，ABB和SIEMENS司傾向于采用CYCLCfe力推進方式5。5電壓型變頻器+交流異步電動機電壓型變頻器VSI(VoltageSourceInverter),與電流型變頻器CSI(CurrentSourceInverter)同屬于交一直一交變頻器，也由整流器、濾波器、逆變器三部分組成。工作原理也是整流電路將電網來的交流電轉換成直流電；再經三相橋式逆變電路轉變為頻率可調的交流電，供給推進電動機。電壓型變頻器的中問環節采用大電

15、容，對電動機來講，基本上是一個電壓源。隨著電力電子器件的發展，電壓型變頻器發展成新型的脈寬調制型(PWM),整流器用二極管組成，逆變器用IGBT(絕緣柵雙極晶體管)組成。IGBT是一種新發展起來的復合型電力電子器件，具有工作速度快，輸入阻抗高，熱穩定性好，載流能力強等特點。目前絕大多數產品為此類型，并有低壓及中壓規格。IGBT的特點是:?線路簡單；?功率因數高；?諧波少；?調速范圍寬和響應快。圖4為PWM1變頻器+交流異步電動機（VSI+Asynchronousmotor）的系統原理圖。圖4電壓型變頻器+交流異步電動機”原理圖這種驅動方式采用二極管將交流電整流后，再通過PWMe頻直流電斬波后向

16、電機提供電壓和頻率均可調節的交流電。采用二極管整流器，可保持電力系統能在任何電機速度的時候功率因數接近0.95。相比CSI和CYCLQ區動，PWM區動的系統諧波含量最少，用三芯變壓器為變頻器提供12半周的電源還可進一步減少諧波含量6。PWM電壓型變頻器中，西門子采用IGBT器件進行矢量控制，ABB采用IGCT（集成門極換流晶閘管）器件進行直接轉矩控制。從控制原理來說，兩者都是用數字技術，通過計算機將電動機電流分解成轉矩分量和磁通分量分別進行控制，以達到類似于直流電機的動態特性。通過PW懈變頻器控制后：?系統電源輸出的頻率范圍較寬；?功率及轉矩的動態響應快（小于10毫秒）；?與高速鼠籠式感應式電

17、機（9001200r/min）匹配，在任何速度都能保持轉矩平滑輸出；?若采用矢量控制器，在零速度的時候仍能保持轉矩穩定輸出；?起動平穩，起動電流（轉矩）可從零起逐漸加大；?在任何負載狀況下均有很高的功率因數（約為0.95）:?低速時功率損耗小；?推進效率高。目前應用PWM區動的單機功率可達8MW（3300V）價格偏貴。在中小功率范圍，包括部分大功率的電壓型變頻器中，以規模及市場占有率來看，應以SIEMEN序口ABB兩家為主，而ALSTOMSTNATLASZEZ注重CSI及CYCL囁頻器。6總結就目前情況看，因為船舶推進裝置功率大，轉速低，應用最多的是CYCLOt進系統。未來，隨著電力電子器件和

18、技術的創新與發展，IGBT及IGCT高壓大容量方面技術的突破和成本的下降，以及矢量控制技術和直接轉矩控制技術的成熟與推廣，電壓型變頻器匹配交流異步電動機的驅動型式將會有更大的市場份額。參考文獻1張翔.船舶電力推進的應用研究.廣東造船，2003(2):27-302聶延生，黃鵬程，李偉光，汪涌泉.船舶電力推進系統控制方法.38403林春熙.船舶電力推進應用新模式和教學培訓半仿真模型方案.學校學報，2003(12):5-84方萌，史濤，吳裴文.電力推進系統技術分析與評價方法.船舶，2002(6):52545李志，于飛，曹彥.國外大功率船用推進變頻器的發展狀況.船電技術，2004(4):6AlfKar

19、eAdnanesABBASMarine.MaritimeElectricalInstallationsandDieselElectricPropulsion2003電力推進系統優勢多多航海技術，2002(6):廣州航海高等專科出處：國際船舶網編輯：國際船舶網發布時間：2010-8-308:35（全國首艘電力推進甲板船“遠景”號）隨著國際海事組織在船舶排放方面制定越來越嚴格的標準，加上石油資源逐漸耗盡，內燃機將逐步退出歷史舞臺，綠色環保的電力推進系統將成為未來船舶動力發展的方向。國外已經開發了多種類型電力推進系統，并在多型船舶上應用。我國在此領域的研究則剛剛起步，應加速對相關技術的研究和開發應用

20、，積極參與到這一領域的國際競爭，在市場上占有一席之地。“與傳統的船舶動力系統相比，電力推進系統具有調速范圍廣、驅動力大、易于正反轉、體積小、布局靈活、安裝方便、便于維修、振動和噪音小等優點。電力推進作為船舶的新型推進動力，世界各國都在進行深入的研究”中國工程院院土、中國船舶輪機專家聞雪友表示，作為船舶主動力系統的電力推進系統，由于其高效率、高可靠性、高自動化以及低維護，正成為新世紀大型水面船舶青睞的主推進系統。目前，發達國家新造船舶的30%已采用電力推進系統。船舶電力推進新技術的研發及應用，將大大減輕船舶污染和海洋環境污染，充分體現了“綠色航運”和“綠色船舶”的環保節能理念，這將是今后船舶動力

21、領域的一個發展方向。“相對于傳統的柴油機推進系統，電力推進系統可謂優勢多多。”據上海海事大學教授湯天浩介紹，一是電力推進具有良好的經濟性。在一艘船上多臺中速柴油機用于發電，可根據用電負荷選擇發電機運行臺數，使機組始終運行于高效工作區，實現最大的經濟性。與同功率的船舶相比，采用電力推進要比內燃機推進耗油減少10%右，減少船體阻力5%-10%,提高運輸效率15%,航速可提高0.5節。二是電力推進系統操縱性好。采用電力推進系統后，操縱控制方便，起動加速性好，制動快，正反車速度切換快，可推進電機轉速易于調節，在正反轉各種轉速下都能提供恒定轉矩，因此能得到最佳的工作特性，使船舶取得優良的操縱性。二是電力

22、推進系統具有良好的安全性。對于柴油機推進的船舶來說，一旦主機重要部件或舵機、軸系出現故障往往導致癱船。而電力推進則使用多臺原動機，個別機組故障不致喪失動力。電力推進系統多采用兩套以上互為備用，同步電動機定子有兩組相互獨立的繞組，一組出了故障仍可減載運行。四是電力推進系統節省空間。采用傳統推進系統的船舶軸系長度往往占到船長的40%左右，采用電力推進系統的船舶省去了傳動軸系、減速齒輪箱，改善了機艙布局結構，使動力裝置安排更加合理，節省了大量空間。五是電力推進系統噪音低。采用電力推進后，主要振動源一一發動機安裝在彈性底座上，以恒定轉速運行，與軸系和船體也無直接聯結，大大減少了振動和噪聲，工作區整潔，

23、提高了乘船的舒適程度。六是采用電力推進系統有利于船舶控制環境污染，降低排放。對同一功率船舶而言，電力推進中的中速柴油機可以始終在最佳工作區工作，燃油燃燒質量好，燃燒產物中的氮氧化物含量少，減少了廢氣排放，使機艙內空氣新鮮，環境質量得到改善。專家表示，船舶采用電力推進系統后，有利于進行計算機網絡管理，有助于實現系統的自動控制，全面提升船舶信息化、智能化、自動化水準。因此，船舶電力推進系統應用范圍不斷擴大，將成為未來綠色船舶前進的動力。（王智輝）歷史其實電力推進對于艦艇來說已經不算新技術。 2020 世紀初期，電力推進曾一度成為艦船動力的新潮方案。從 2020 世紀初至 2020 世紀 4040

24、年代，各國建造了大量電力推進艦船，從民用的客輪、貨輪、油輪到軍用艦艇，都有采用電力推進系統的。二戰期間戰功卓著的美國海軍“列克星敦”級大型航空母艦，采用的就是蒸汽輪機-發電機-電力推進系統。這一時期的電力推進艦船都是用蒸汽輪機帶動交流發電機，向推進同步電機供電，再驅動螺旋槳。受技術條件的限制，這些艦船的電力推進系統體積都異常龐大，效率也并不令人滿意。電力推進系統能在 2020 世紀初期迎來“第一次浪潮”，主要原因是當時的艦船日益大型化。在 2 2 萬噸甚至 3 3萬多噸的戰艦上，如果采用傳統推進裝置，長達近百米的主軸和大型機械減速裝置在制造上相當有難度，而采用電力推進系統可以繞過這一難題。20

25、20 世紀 3030 年代之后，隨著技術的進步，主要海軍大國已經可以研制生產滿足大型戰艦要求的超長主軸和大型齒輪減速裝置，而電力推進裝置由于增多了能量變換環節，帶來了設備昂貴、傳動效率低、維護保養工作量大等一系列缺點，故從 3030 年代開始， 大型艦船又重新回到了采用傳統軸系的直接推進技術。盡管電力推進暫時退出了海軍戰斗艦艇領域，但由于電力推進的特殊優點一推進功率調整上極其靈活，所以在一些工程船以及破冰船等要求良好操縱性、轉矩特性和響應特性的特殊艦艇上仍然廣泛采用電力推進。第二次浪潮2020 世紀 7070 年代后，電力部件向大功率方向飛速發展，功率一體積比不斷提高。以開關技術為基礎的功率電

26、子技術不但不斷提高了開關的頻率，而且朝著智能化、模塊化方向發展，具有代表性的幾種功率電子器件首先在陸上電網得到了應用，然后又逐步應用到了艦艇上，功率電子技術徹底改變了艦艇能量變換的面貌。8080 年代以后，進入實用階段的永磁電機可以給艦艇電力推進設備帶來更小的體積和重量，加上大功率、低油耗的新型燃氣輪機面世，這使得電力推進在海軍的“復辟”有了技術上的可行性。英國2 23 3型“公爵”級反潛護衛艦是電力推進系統“第二次浪潮”的先行者，采用了柴一燃一電混合推進系統，安裝了高效率的電機和換能設備。進入 2121世紀后，各國海軍紛紛開始策劃為本國的新一代水面主力作戰艦艇配備全電推進系統， 典型的如英國

27、海軍的 4545 型防空驅逐艦和美國海軍正在建造的 DDGDDG10001000 驅逐艦，前者將成為世界上第一種全電推進的水面作戰艦艇，其核心為燃氣輪機電力推進系統，而后者的核心則是綜合電源系統模塊。除了英美兩國外，目前德國、法國和荷蘭等國也開始關注全電推進這一代表了水面艦艇動力系統未來發展方向的領域。 我國也于 8080 年代開始了高效率永磁電機的研究， 并開始探討全電推進艦艇的可行性。艦艇電力推進系統分為 3 3 種，第一種為普通的電燃或者電柴聯合推進方案，典型的例子為英國海軍的 2323型護衛艦， 該艦配備了柴一燃一電聯合動力裝置(CODLAG(CODLAG 艦上配備了一臺巡航用的小功率

28、推進電機，供艦艇在執行聲吶搜索需要低速續航時使用，平時高速巡航時仍然采用燃氣輪機直接驅動螺旋槳。第二種為美國海軍采用的 IPSIPS 方案，即綜合電源系統，燃氣輪機(或者柴油機)驅動發電機組發電，發電機組發出的電力進入配電網絡，然后配電網絡將電能分配給驅動電機和戰斗系統等子系統，但艦艇上還有機械輔助設備。第三種為真正意義上的全電推進系統(AES);(AES);由荷蘭海軍于 20012001 年提出，是比 IPSIPS 更為先進的面向未來的系統，即除了推進系統外，艦艇上所有的閥門、絞盤以及方向舵等目前采用液壓系統或者壓縮空氣系統控制的機械設施也將采用電驅動，成為真正意義上的全電戰艦。全電推進的優

29、點有利于艦艇動力裝置配備傳統艦艇軸系的長度往往占艦艇全長的 40%40%故艦艇的設計長度在很大程度上取決于推進裝置軸系的布置，這就使得艦艇總體設計的優化受到一定的限制。采用全電力推進系統后，推進裝置的能量就不需要靠動力軸來傳遞，燃氣輪機或者柴油機等原動機、 發電機組和推進電機可以相對獨立布置，使得總體設計自由度大大增加。采用綜合全電推進系統后，不用再配置額外的日常用電發電機組，可以大大減少艦上原動機配置數量，節省空間，減少維修量。而且可以對推進電機和發電機組進行合理的配置，以滿足各種航行工況下最佳特性的要求。放到整個艦隊來說，推進系統可以達到高度統一或者通用，可以大幅度地減小后勤保障的壓力，提

30、高作戰能力。另外電力推進可以選擇更為合適的螺旋槳，而且只需要重量輕、成本低的定距槳，提高了可靠性。如果電力推進艦艇再采用吊艙式電力推進裝置的話，還可以將螺旋槳移到艦艇邊界層外側，使其處于穩態流中，提高螺旋槳的推進效有利于艦艇電網電力供應艦艇所有原動機綜合在一起發電，可以使全艦電網可用電力大大增加，這不僅可以大大提高電網供電的可靠性，而且還可以滿足未來艦艇新概念武器對電能的需求， 如電磁炮、高功率激光或者微波武器。同時發電原動機的運行數量和類型可以自由選擇，能保證它始終處于最佳負荷狀態，提高了機組的工作效率提高了艦艇的隱身能力艦上的原動機可以盡可能地靠近艦艇尾部布置，使廢氣從艦艇尾部排出，更為重

31、要的是，電力推進不需要減速齒輪箱，減速齒輪箱不僅僅是艦上的主要噪聲來源，而且也是艦艇可靠性和生存能力的重要一環,一旦減速齒輪箱出現問題，輕則艦艇無法高速航行，重則無法動彈，只能任憑宰割。采用電力推進后，減速齒輪箱消失，艦艇的噪聲就要小不少，被潛艇探測到的幾率可以降低不少，同時生存能力和可靠性也大幅度提高。有利于降低艦船費用綜合電力推進系統便于實現船舶設備系統大范圍的模塊化，以及各級艦之間設備系統的通用化，而從大幅度地降低各類艦艇的研制成本。同時電力推進系統工作效率要遠高于目前的常規推進方案，燃油消耗率也要降低不少，這樣又可以降低艦艇的運行成本。電力推進系統的組成部分電力推進系統的三大分系統是原

32、動機、電能分配和存儲系統、推進組件。與傳統推進系統相比，全電推進的艦艇多了一個將機械能轉化為電能的發電模塊,以及推進組件中多了一個電動模塊。全電推進系統能否成功，關鍵就在于能量轉化單元所增加的體積和重量，能否換回更高的推進效率和戰術機動性。原動機對于全電推進艦艇而言，最重要的一個環節就是發電機組原動機，從技術和成本角度出發，目前供選擇的動力來源有以下幾類：一是采用中間冷卻一加熱循環技術的先進燃氣輪機。這種燃氣輪機很好地解決了油耗問題，具有燃氣輪機的加速性和柴油機低油耗性，而且輸出功率也能滿足大噸位艦艇的需求。不過目前面世的該類燃氣輪機只有羅爾斯羅伊斯的 WRWR21,21,獨此一家。WRWR2

33、121最大輸出功率為 2525 兆瓦，WRZWRZ 最大功率時的燃油耗油率僅為184184 克/千瓦時， 這樣的經濟指標足以與大功率低速船用柴油機相媲美。WRWR2121 極低的燃油耗油率特別適合于綜合電力推進系統，所以英國海軍 6 6 艘正在建造的 4545 型驅逐艦采用 WR2WR21 1作為發電機組的動力來源二是先進循環燃氣輪機。這種脫胎于成熟航空發動機的燃氣輪機經過幾十年的發展具備了大功率、低油耗的特點，典型的如羅爾斯， 羅伊斯的 MT30MT30 烏克蘭曙光機器科研生產聯合體的UGT2500UGT2500Q Q 美國通用電氣的LM6000PLM6000PC C 等等。 以MT3MT3

34、M M 例，該型燃氣輪機衍生自羅爾斯羅伊斯的經典航空發動機“特倫特”800800 系列， 20022002 年開始組裝第一臺工程樣機， 總重 2626 噸，在常規狀態下最大輸出功率為 3636 兆瓦， 緊急情況下最大輸出功率為 4444 兆瓦，巡航時則可以輸出 2525 兆瓦的持續低油耗功率，這要比 WR21WR21 中間冷卻回熱燃氣輪機以及 LMLM25002500+然氣輪機大得多（WRWR2121 的額定功率為 2525 兆瓦，是英國海軍 4545 型驅逐艦的動力裝置；而 LM2500LM2500+勺額定功率也為 2525 兆瓦，是美國海軍“黃蜂”級兩棲攻擊艦的動力裝置）。據介紹，MT3M

35、T30 0的熱效率達到了 42%,42%,而且在最大持續功率時的油耗只有 20207 7克/千瓦時， 已經可與當今主流的艦用高速巡航柴油機相比。正是憑借出色的性能，MT30MT30 贏得了洛克希德馬丁公司的青睞， 后者為其研制的瀕海戰斗艦選擇了 2 2 臺 MT30MT30 乍為動力裝置。另外，作為美國海軍下一代驅逐艦 DDGDDG10001000 的主要承包商， 諾思羅普格魯曼也為DDG10DDG100 0破擇了MT3MT30 0作為動力來源。除此之外，MTMT3030 還是英國海軍 CVFCVF 航母的首選發動機，由此可見 MTMT3030 的可靠性和質量已經到了無可挑剔的地步。三是中/

36、/高速柴油機。典型的有德國 MTUMTU 公司的 20002000、40004000 以及 80008000 系列柴油機，其中 80008000 系列最大輸出功率達9 9 兆瓦， 其他還有法國皮爾斯蒂克公司、 美國卡蒂爾皮勒公司等。和目前現有的單循環燃氣輪機相比，這類柴油機依靠相對成熟的技術和低廉的價格，更為重要的是比較理想的燃油消耗率，加上目前采用的微處理器控制和燃油直噴等技術帶來的一系列的改進，在未來建造全電推進水面作戰艦艇時也可以考慮用此類柴油機作為發電機組的動力來源。此外，還有在水面艦艇上采用燃料電池組作為動力系統原動力的方案。但燃料電池目前還處于發展階段，技術還不是非常成熟，但可以作

37、為長期發展的方向。電能分配、存儲系統相控陣雷達、激光武器以及大型指揮自動化系統、推進電機等等這些都是電老虎，而艦艇上也有照明燈之類的小型用電設備，如何將這些大功率設備和小功率設備進行匹配、組網呢？這就要考驗艦艇的大功率電能分配系統、功率轉換系統以及儲能系統的水平了。出色的電能分配系統對于全電推進艦船至關重要,如果這一組件的效率得不到提高，那么全電推進動力系統在體積和重量上就不能和傳統推進系統相抗衡。從小的方面說，電能分配、存儲系統首先要有用于功率轉換的功率轉換電容。未來 3030 年內，對于全電推進艦艇而言，配電網絡中單個脈沖周期內電壓從百萬伏級別瞬間降到幾伏，或者在數個脈沖周期內要維持幾萬伏

38、電壓不變化都是合情合理的事情，這就對轉換電容提出了極為苛刻的要求。目前市場上出現的最好的商用化的轉換電容的功率密度大約為 1 1 一 1010 千瓦電能/千克，而能量密度則在 1 1300300 焦/千克左右，要滿足未來幾十年海軍全電推進艦艇的需要的話，其功率密度必須提高到 20020010001000 千瓦電能/千克， 能量密度必須提高到 2020 千焦/千克，要達到如此高的指標，除了采用全固態電路外，新的制造工藝也是不可或缺的。全電系統的配電網絡中第二項關鍵技術就是變頻技術，交流推進電機應用于船舶推進，其關鍵是要解決交流電機的調速控制問題。常用的交流電機調速方式有：變極調速、變轉差率調速、

39、變頻調速。變極調速和變轉差率調速在大功率應用時都存在不小的局限性。因此，在交流調速方式中，采用變頻調速方式是最合適的。現代交流調速系統由交流電動機、電力電子功率變換器、控制器和檢測器四大部分組成。電力電子功率變換器與控制器及電量檢側器集中于一體，稱為變頻器。電力推進變頻器的功率開關元件較多地采用大容量全控型電力電子器件，這些器件具有耐壓高和電流密度大的共同特點，其中絕緣柵雙極晶體管開關耐壓值高達 90009000 伏特，工作電流大于 60006000 安培，開關功率達到 5050 兆瓦。絕緣柵雙極晶體管具有驅動功率小和導通壓降低兩方面的優點，而且安全工作區寬、開關頻率高，在電力推進中具有較好的應用前景。