[发明专利]一种螺旋桨负载下电力推进器动力学响应的仿真方法

说明书

本发明属于船舶电力推进技术领域，具体涉及一种螺旋桨负载下电力推进器动力学响应的仿真方法。本发明根据已知的螺旋桨推力曲线，将螺旋桨期望推力转化为期望转速输入给变频器，变频器控制电机带动螺旋桨旋转，同时进速系数计算器会根据螺旋桨的进水速度和螺旋桨转速计算出实时的推力系数和转矩系数，来计算螺旋桨旋转的转速、推力和转矩，从而在螺旋桨负载不断改变的情况下，研究电力推进系统的动力学响应特性。本发明可以真实的反应在螺旋桨负载实时变化的情况下，异步电机转速、电磁转矩、推力系数、转矩系数、螺旋桨转速、输出推力和转矩实时变化及动力学响应的特性，对于研究船舶的电力推进系统的响应特性及动力定位能力的改善具有重要意义。

技术领域

本发明属于船舶电力推进技术领域，具体涉及一种螺旋桨负载下电力推进器动力学响应的仿真方法。

背景技术

随着我国在船舶排放方面的标准制定的越来越严格，管道铺设水深的增加和铺设难度的加大，传统锚泊系统已经满足不了管道铺设作业的要求，绿色环保的电力推进系统由于其调速范围广、驱动力大、体积小、布局灵活和安装方便的特点在铺管船上得到广泛的应用；同时其也是动力定位船舶中最重要的系统之一。因此在考虑螺旋桨负载实时改变的情况下，研究电力推进系统的动力学响应，具有极其重要的工程价值和现实意义。船舶使用电力推进系统有以下几个优点：

(1)操纵灵活，机动性好；使用电力进行推进，方便通过驾驶室对船舶进行直接控制，不但让舰舶的控制变得非常灵活机动，同时也大幅度地降低了操作失误的概率。此外，相比于普通推进，电力推进大幅度减少了操控的步骤，因而其解决危急情况的性能比较高，加大了推进时的安全性能。

(2)容易得到很好的拖动性，降低成本；电力推进的船舶具有低速性、动车和停车的快速性、恒功率性、恒电流性；推进设备的总电能能够使用若干发电机组来共同提供，增大了装置的可选性，提升了舰船的生存能力。

(3)可以采用中高速不反转原动机；螺旋桨的转速不可以过高，通常是在300rpm以下，否则它的工作效率将会下降；中高速原动机小巧轻便，方便舱室的布置；并且其维护管理和检修方便。

(4)柴油机和螺旋桨之间不存在刚性连结；这样原动机和发电机就能够根据需要安置在船上的任意位置，从而可以最为有效、合理地使用船上的空间。

因此，考虑一种研究螺旋桨负载实时变化情况下的电力推进系统动力学响应的方法对于船舶的电力推进系统来说十分关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺旋桨负载下电力推进器动力学响应的仿真方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：

步骤1：构建仿真系统；所述的仿真系统包括变频器模块、异步电机模块、减速器模块、进速系数计算器模块和螺旋桨模块；

步骤2：将推进器的期望转速输入到变频器模块，变频器模块输出变频变幅的三相交流电压；

其中，f为输出频率，n_a为期望转速，n_e为额定转速；A_m为输出电压幅值，A_e为额定幅值；t为运行时间；

步骤3：将变频变幅的三相交流电压输入到异步电机模块，得到电机转速和电磁转矩；

步骤4：将螺旋桨进速和螺旋桨实时转速输入到进速系数计算器模块中，得到螺旋桨的进速系数J、推力系数K_T和转矩系数K_Q；

螺旋桨的进速系数为：

其中，V为螺旋桨进速；D为螺旋桨直径；n为螺旋桨实时转速；

推力系数为：