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船舶电力推进在工程船部分负荷运行下具有显著的节油和降噪的优点，因此电力推进在船舶市场领域每年都在增长。下图是典型的电力推进系统图。 此图中起关键作用的是变频器，把电网中交流电力调制成频率可变化的推进电力。 变频器原理 下图为典型的6脉冲变频器 间接变频方式的工作原理是先将电网输入的交流电变为直流电，然后再在变流电路中将直流转变为频率可调的交流输出。其变频器具有结构简单、输出频率变化范围大、功率因数高、谐波易于消除、可应用于各种大功率设备等优点。 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor 绝缘栅极型功率管)具有高速开关功能，可以把直流电压调制成任何宽度的直流脉冲电压（PWM信号），高速开关的性能能使得任何频率可以调制出来。 为什么说它是6脉冲呢，请看图的左边，在系统的输入侧，是三相电源，经过桥式整流器时，对于直流电来说正极有三次脉冲，负极有三次脉冲，所以叫着6脉冲变频器。 谐波问题 6脉冲变频器会产生严重的谐波问题。 在变频器输入端的桥式整流电路上，二极管工作在通断状态，电压大于直流侧的电压时，二极管打通，电压小于直流侧的电压时关断。IGBT把输入的直流电流以高频脉冲的方式逆变并模拟形成正弦波，但电机得到的波形不是标准的正弦波形而是有所畸变的。如下图所示 IGBT的电流是脉冲形式的，IGBT的高频开关把电流以高频的形式返射给配电网络，高频电流通常是基频的奇数倍，3倍，5倍，7倍……形成高次谐波，谐波会导致正弦波形畸变如下图所示，电网中的谐波电流会最终流向发电机组，导致发电机温度升高，选用的马达也会因为谐波电流的存在而温度升高，因此选择发电机，变压器和马达时要选择绝缘等级高的，尺寸大一点的，散热能力强的型号，或者功率容量也要大一点的。 谐波会影响整个电气网络，与电气相连的电子设备有时会不正常的温度升高，功能失常。 变频器也会损坏电机的轴承。这是因为高频的电压输入电机时，在PWM信号上升沿时会形成高频的电流，这时电缆及绕组等通电导体在空间上会形成杂散电容，轴承套与轴承座也会形成杂散电容，当轴承运转时，就会形成电容充放电过程，想像一空气闸开关分离的瞬间产生电弧。轴承内部也会产生电弧。造成轴承内部表面产生小坑，损害轴承。如果是经常变频使用，极端情况下轴承的寿命有时会缩短至6个月。
当配电网络的容量很大时，而变频功率又比较小时，产生的谐波不足以造成损害。而在电力推进的船舶上通常变频的功率相当大的，造成的谐波干扰会在相当程度上危害船舶设备。解决的方法之一是可采用12脉冲的的变频器，如下图所示。 12脉冲变频器
12脉冲变频器需要移相变压器，会降低电网中的谐波含量。当然系统价格也会提高。 另外一种方法是采用AFE技术。AFE变频是用IGBT把输入端的二极管整流装置替换掉，这样输入的波形就是正弦波，输出也是正弦波，电网中就谐波就会很小。但此时电网会有高频干扰，需要加装高频过滤装置。下图是AFE变频装置电路原理图。 AFE变频器
采用AFE变频技术的电机在制动时产生的动能会反馈给电网，有时需要安装制动电阻箱防止对电网产生冲击。 AFE变频设备不需要移相变压器。但价格依然很贵。18脉冲和24脉冲的变频器需要更多的移相变压器，这种形式上变频由于用得不多，价格又贵得离谱，所以很少会用在船舶电力推进装置中。 |
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