船舶电力推进电力电子和海洋能源/国际电气工程先进技术译丛

本书主要讲的是船舶电力推进以及海洋可再生能源发电，在当前海洋强国梦的背景下，本书很有技术借鉴意义。 而且原书作者非常权威，作者拥有在通用电气公司、洛克希德·马丁公司和西屋公司30年的工作经验以及在美国纽约商船学院15年的教学经验，所以本书对我国的海洋科技人员有相当大的借鉴价值！

本书以作者在通用电气公司、洛克希德·马丁公司和西屋公司30年的工作经验以及在美国纽约商船学院15年的教学经验为基础编写而成。是作者在2011年由CRC出版社出版的《船舶电力系统》的姊妹版。这是有关船舶电力推进和电力电子系统的首次综合，除此之外，海洋工程师所关注的海洋可再生能源技术及系统集成技术也在本书中进行讨论。 本书共分四篇，包含16章内容。第一篇为船舶电力推进和海洋能源发电技术所需的电力电子及电力传动等方面的基础知识。第二篇详细介绍船舶电力推进系统和各种推进电动机，包括美国为未来舰船研制的高功率密度永磁和超导电动机。第三篇介绍近几年新兴的海洋波浪能源、洋流能源和海上风电等海洋能源发电技术。第四篇介绍大型电气或机械系统集成所需的能量储存和系统可靠性方面的知识。本书的第一篇包含有大量的例题以帮助读者理解基本概念，且在每章后面都附有思考题，供读者回顾相关主题或进行讨论。 本书适合船舶与海洋工程、船舶电子电气工程及其相关专业的高年级本科生和研究生的学习，也可供从事各类船舶建造的专业工程师、可再生海洋能源发电技术研究人员、船舶使用者、船舶监造师、船舶及海洋工程设备制造商以及从事相关专业教学与研究的高校及科研机构的学者们使用。

Mukund R.Patel，博士，是美国纽约商船学院的一名工程学教授，他致力于现代化电力设备与系统的研究、开发和设计已经超过45年。曾任通用电气公司首席工程师，西屋电气公司研究与发展中心资深工程师，洛克希德-马丁公司高级工程师，西门子BharatBiilee有限公司开发经理，以及明尼苏达大学的杰出客座教授。现为英国机械工程学会会员，美国航空航天研究所副研究员，IEEE(美国电气和电子工程师协会)高级终身会员，宾夕法尼亚州注册专业工程师，英国特许机械工程师，以及Eta Kappa Nu、Tau BetaPi、Sigma Xi和Omega Rho等公司会员。

目录 译者序 原书前言 致谢 单位制和换算系数 第一篇 电力电子技术和电动机驱动装置 第1章 电力电子器件 11 二极管 12晶闸管 13功率晶体管 14其他新型电力电子器件 15 di/dt和dv/dt缓冲电路 16开关功率损耗 17器件的应用及选择 18器件的冷却和重新定额 习题 问答题 延伸阅读 第2章 DC-DC变换器 21降压变换器 22升压变换器 23升降压变换器 24反激式变换器（降压或升压） 25变压器耦合型正向变换器 26推挽式变换器 27电感耦合型降压变换器 28占空比控制电路 29负载功率变换器 210电源 习题 问答题 延伸阅读 第3章 AC-DC-AC变换器 31 AC-DC整流器 311单相全波整流器 312直流纹波和纹波系数 313交流谐波和有效值 船舶电力推进、电力电子和海洋能源 314谐波畸变率 315三相六脉冲整流器 32 AC-AC电压变换器 321单相电压变换器 322三相电压变换器 33 DC-AC逆变器 331单相电压源型逆变器 332单相PWM逆变器 333三相六脉冲电压源型逆变器 334三相六脉冲电流源型逆变器 34变频器 341交-直-交变频器 342单相交-交变频器 343三相交-交变频器 35晶闸管换流电路 351电网换流 352电容强迫换流 353谐振换流 354负载换流 355零电流和零电压开关技术 36电力电子电路的其他应用 361不间断电源 362静态无功（KVAR）控制 363静态开关和继电器 37变换器设计常用术语 38变换器设计中需要注意的问题 习题 问答题 延伸阅读 第4章变频器 41泵的工作特性 42采用变频器的泵节能特性 43船用变频器 44中型电动机用变频器 45恒压频比调速 46换流及其控制方法 47开环控制系统 48矢量控制变频器 49十二脉冲变频器推进系统 410变频器专用电缆 411直流电动机变压调速器 412地铁列车中的调速装置 413大功率电动机变频起动器 414各种变换器拓扑结构比较 415变频器设计中的注意事项 习题 问答题 延伸阅读 第5章电能质量 51有关电能质量术语 52电气母线模型 53谐波 531谐波功率 532谐波总畸变率和功率因数 533K定级变压器 534电动机转矩脉动 535船舶上谐波敏感型负载 54电能质量研究 55谐波抑制方法 551谐波滤波器 552无谐波纯净电源 553D联结变压器 554电缆屏蔽和铰合 555隔离变压器 56 IEEE 519标准 57国际标准 习题 问答题 延伸阅读 第6章电力变换器的冷却 61传导换热 62多重导热路径 63对流和辐射 64热瞬态方程 65水冷却 651冷却管的设计 652水压降 653冷却水品质 习题 问答题 延伸阅读 第二篇电力推进技术 第7章电力推进系统 71电力推进的现状 711商业货船 712邮轮 713美国海军舰船 714其他国家的海军舰船 72综合电力推进 73Z形方位驱动 74方位吊舱式驱动 75电力推进的优越性 76电力推进结构 761交流电与直流电的对比 762电压等级的选择 763推进电动机 77电动机驱动与转速控制 78用于变频调速装置VFD的电力电子变换器 781用于豪华邮轮的同步变换器 782配置同步电动机的负载换相式逆变器LCI 783用于破冰船的周波变换器 784用于小型船舶的直流推进方式 79推进功率需求 791摩擦阻力 792空气动力阻力 793兴波阻力（剩余阻力） 794总牵引阻力 问答题 延伸阅读 第8章推进电动机 81同步电动机 82异步电动机 83永磁电动机 84超导同步电动机 85超导单极电动机 86其他电动机类型 87其他组件 88有关推进电动机的注释 问答题 延伸阅读 第9章海军舰船中的超导体 91超导电性 92消磁线圈 93同步电机 94超导储能 95工业应用 96研究应用 961粒子加速器和对撞机 962计算机 963许多其他应用 97超导体的临界B、J和T 98线圈设计与冷却 问答题 延伸阅读 第10章燃料电池电源 101电化学 102电气性能 103燃料电池的常见类型 1031碱性燃料电池 1032质子交换膜 1033高温燃料电池 104当前及未来的使用 1041氢动力汽车 1042海军使用及军用 1043商船中的燃料电池 1044再生燃料电池 1045用于再生能源电场的再生燃料电池RFC 1046用于太空移民的再生燃料电池RFC 105目前的发展问题 问答题 延伸阅读 第11章混合推进 111环保法规 112混合动力拖船 113混合动力渡轮 114混合动力汽车 115船舶上的磁流体动力学推进方式 问答题 延伸阅读 第三篇新兴的海洋能源技术 第12章海洋波浪发电 121波浪能的估算 122发电方案 1221涡轮发电机 1222浮标发电机 1223压电发电机 问答题 延伸阅读 第13章海流能电力 131速度与功率的关系 1311涡轮机功率 1312轮毂高度与发电潜力 1313转子扫掠面积 1314最大功率的获取 132目前发展状况 问答题 延伸阅读 第14章海上风力发电 141风力发电理论 142海上风力发电的优势 143将电力传输至岸上 144交流电缆和直流电缆 145海洋基础 1451单桩基础 1452重力式基础 1453三脚架式基础 1454其他类型的基础 1455其他基础的一些注意事项 146远岸基础 147安装与维护 148结构应力 149材料与腐蚀 1410海上风力发电的发展趋势 1411环境法规 1412国际安全法规 问答题 延伸阅读 第四篇系 统 集 成 第15章大容量能量存储 151电化学电池 152超级电容器 153旋转飞轮 154超导线圈 155压缩空气 问答题 延伸阅读 第16章系统可靠性基础 161失效机理 162电力电子器件的老化 163失效率 164随机失效 165可靠性基本定理 166串联并联系统的可靠性 167冗余设计 1671 n个元件工作，其中n-1个元件必须工作冗余系统 1672 n个元件工作，其中m个元件必须工作的冗余系统 1673 m个元件工作和d个元件待机的冗余系统 168失效率统计 169 MILHDBK217手册 1610可靠性估计的元件计算法 1611可靠性的降额 1612失效率的快速估算 1613失效模式、效应和致命度分析 问答题 延伸阅读

原 书 前 言 海洋工业对于具有更高速度、更低寿命周期成本、更低环境影响以及更高的可操作性、可靠性和安全性的大型货船和邮轮的需求十分迫切。目前，常规船舶在大西洋间的运货时长为2~3周。用快速货船运送同一批货物仅需一周的时间，且所需运费仅为空运的 1/5。此外，在拥堵的陆地和空中交通路线上运营的运输工具排放出大量污染物，相比之下，海洋运输因远离人群而显得更加优越。在如今建造的大型邮轮中，自由级国际皇家加勒比邮轮长339m、宽386m，可乘载4375名乘客和1365名船员，其装备的柴油发电机的装机容量与陆地上的100MW级小型发电厂相当。 没有任何一项科技能像电力电子技术一样对船舶或陆地上的电力工业带来如此巨大的改变，且保持了推动其未来发展和革新的潜力。自20世纪90年代以来，电力电子设备的价格已下降至原来的1/10，促使其在电力行业中的应用飞速地增长。如今大多数邮轮和破冰船都采用了使用大量电力电子器件的电力推进系统。使用电力电子器件的电力推进技术具有众多优点，因此世界各国海军都将其作为下一代新型舰船的动力推进装置。 全世界各造船厂对所造船舶都提出了降低噪声和振动、增大可用空间的要求。这样对空间需求很高的海军军舰便可携带更大的武器，而邮轮也可乘载更多的游客。集成的电力系统可以使军舰进行重新构造，从而提高其生存能力。美国海军研究部门已为发展具有集成电力系统的电力推进装置提供了研究经费。这项研究由电动船舶研发联盟承担，该联盟成员包括佛罗里达州立大学、麻省理工学院、密西西比州立大学、普渡大学、美国海军学院、南卡罗来纳州大学和德克萨斯奥斯汀大学。 因此，自2000年以来，舰船电力系统进入了快速发展的新时期，而且在未来十年发展速度将会更快。如今，不论是商业性质的还是军工性质的造船厂，以及与其息息相关的各行业，都积极地参与先进的船舶电力推进和电力电子系统的研发之中，本书将花大量的篇幅对这两部分内容进行介绍。 本书还将讨论为适应推进器吊舱而研发的新型高功率密度永磁电动机和超导电动机，并探讨最新研发的高温超导材料在舰船消磁和为军舰提供脉冲功率所需的能量储存技术等领域的应用前景。 现代商用和军用造船厂都在寻求电力和电力电子工程师来满足他们对于快速、高效、可重构、经济性较高的船舶需求的快速增长，以增强他们在快速增长的国际贸易以及国防业务中的竞争力。目前为止，仍无单一专著同时涵盖了船舶的电力和推进系统这两方面内容。长久以来，专业人员只能依靠少量的会议论文资料和出版书籍，但这些资料对于该庞大的学科而言，仅是沧海一粟而已。 本书是CRC出版社于2011年出版的，由同一作者撰写的《船舶电力系统》一书的姊妹版。本书首次全面、系统地包含船舶电力推进和电力电子系统两方面内容。因提取海洋能的电力系统与已经广泛用于船舶电力推进的变频电动机拖动系统正好相反，因此本书还涵盖了可再生海洋能源技术。 希望本书可以作为全世界各海事类院校或海军类院校学生，以及业内专业人士的补充文献及参考书籍。 Mukund RPatel Kings Point，New York