Судовой электропривод

Р. Н. Шульга 
 
 
 
 
 
СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2025 

УДК 621.311 
ББК 31.26 
Ш95 
 
 
Рецензенты: 
д. т. н., ученый секретарь департамента НТС  
и НТИ АО «НТЦ ФСК ЕЭС», проф., член СИГРЭ Хренников А. Ю.; 
к. т. н., зав. каф. ТЭВН, доц. НИУ МЭИ Хренов С. И. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Шульга, Р. Н. 
Ш95  
Судовой электропривод : учебное пособие / Р. Н. Шульга. – Москва ; 
Вологда : Инфра-Инженерия, 2025. – 212 с. : ил., табл.  
ISBN 978-5-9729-2192-8 
 
Анализируются тяговые характеристики судового электропривода, методики качественного расчета, моделирования и применения САПР. Описана динамика судовых 
пропульсивных комплексов. Приводится описание магнитогидродинамических движителей, а также компонентов высокотемпературных сверхпроводников, включая кабели, 
ленты и др.  
Для изучения курса «Специальные вопросы электрической части электроустановок» и дипломного проектирования электрооборудования с учетом современных подходов в части расчета и проектирования судовых ПК. 
УДК 621.311 
ББК 31.26 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-2192-8 
” Шульга Р. Н., 2025 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2025 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2025 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ................................................................................. 8 
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................ 10 
ГЛАВА 1. ТЯГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУДОВОГО   
ЭЛЕКТРОПРИВОДА ................................................................................................ 12 
1.1. Система управления (СУ) электродвигателями ЭД постоянного   
и переменного тока ................................................................................................... 13 
1.2. Классификация методов векторного управления ........................................... 16 
1.3. Типы пропульсивных систем и их тяговые характеристики ......................... 16 
1.4. Качественный расчет ТХ ................................................................................... 17 
1.5. Моделирование ТХ (по материалам [9]) .......................................................... 20 
1.6. К выбору параметров пропульсивной системы  
водоизмещающих судов ........................................................................................... 21 
1.7. Автоматическое проектирование пропульсивного комплекса ...................... 23 
ВЫВОДЫ ................................................................................................................... 26 
ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................... 26 
ГЛАВА 2. ВИНТОРУЛЕВЫЕ КОЛОНКИ, ВОДОМЕТЫ  
И ИХ ТЯГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ................................................................. 28 
2.1. Тяговые характеристики моделей судовых пропульсивных систем ............ 28 
2.2. Применение направляющих насадок и ВРК .................................................... 32 
2.3. Специфика речных судов .................................................................................. 35 
2.4. Влияние скоса потока и запретной зоны ВРК ................................................. 36 
ВЫВОДЫ ................................................................................................................... 39 
ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................... 40 
ГЛАВА 3. ВОДОМЕТНЫЕ ДВИЖИТЕЛИ: ТЕОРИЯ  
И ПРАКТИКА ............................................................................................................ 41 
3.1. Теория водометного движителя ВД ................................................................. 42 
3.2. Определение тягово-моментной характеристики ВД .................................... 45 
3.3. Практика применения ВД .................................................................................. 46 
3.4. Выбор электродвигателя ЭД для ВД по условию наивысшего  
КПД  под нагрузкой .................................................................................................. 47 
3.5. Выбор ЭД с учетом тяговой характеристики движителя ВД  
или ГВД ...................................................................................................................... 49 

ВЫВОДЫ ................................................................................................................... 52 
ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................... 52 
ГЛАВА 4. СОПОСТАВИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРИМЕНЯЕМОСТИ  
МЕХАНИЧЕСКОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ВИНТОРУЛЕВЫХ  
КОЛОНОК ................................................................................................................. 54 
4.1. Классификация и условия применения ВРК ................................................... 54 
4.2. Конструктивные особенности электрических ВРК ........................................ 55 
4.3. Принципы проектирования и преимущества ВРК .......................................... 57 
4.4. Перспективы применения электрических ВРК в составе ПК 
судов ледового класса ............................................................................................... 58 
4.5. Механическая ВРК ............................................................................................. 59 
4.6. Пример применения механической ВРК в традиционном ПК ...................... 61 
ВЫВОДЫ ................................................................................................................... 62 
ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................... 63 
ГЛАВА 5. СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ   
ОКЕАНОГРАФИЧЕСКОГО СУДНА ДЛЯ АРКТИКИ ........................................ 65 
5.1. Выбор варианта энергетической установки .................................................... 65 
5.2. Маршевый электродвигатель ГГЭД ................................................................. 66 
5.3. Генератор ............................................................................................................. 68 
5.4. СЭС на основе низковольтного преобразователя ........................................... 68 
5.5. Выбор приборов для ПЧ .................................................................................... 70 
5.6. Выбор типа ПЧ ................................................................................................... 71 
5.7. Электромагнитная совместимость (ЭМС) с сетью ......................................... 72 
ВЫВОДЫ ................................................................................................................... 74 
ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................... 74 
ГЛАВА 6. ПРОПУЛЬСИВНЫЙ КОМПЛЕКС ПОДВОДНЫХ  
СУДОВ И ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ .............................................................. 76 
6.1. Модели ПС и ПЛ с учетом оценки их сопротивления движению ................ 76 
6.2. Управление ПС ................................................................................................... 79 
6.3. Пересчет параметров модели на натурное ПС и ПЛ ...................................... 81 
6.4. Энергетические характеристики ПК ................................................................ 83 
6.5. ПК для подводных аппаратов ........................................................................... 85 
ВЫВОДЫ ................................................................................................................... 87 

ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................... 87 
ГЛАВА 7. СУДОВОЙ МГД ДВИЖИТЕЛЬ: СОСТОЯНИЕ  
И ПЕРСПЕКТИВЫ ................................................................................................... 89 
7.1. Качественный анализ МГД движителя ............................................................ 89 
7.2. Технические проблемы создания МГД движителя ........................................ 91 
7.3. Сверхпроводимость и сверхпроводящие обмотки СМС ............................... 91 
7.4. Варианты конструкций МГД движителей ....................................................... 94 
7.5. Пропульсивная судовая МГД установка ......................................................... 97 
ВЫВОДЫ ................................................................................................................... 99 
ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................... 99 
ГЛАВА 8. ПРОПУЛЬСИВНЫЙ КОМПЛЕКС ЛЕДОКОЛА   
И СУДОВ ЛЕДОВОГО КЛАССА ......................................................................... 101 
8.1. Взаимодействие элементов ПКЛ .................................................................... 101 
8.2. Корректировка ГВ и согласование с ГД ........................................................ 103 
8.3. Дефекты ГВ в процессе эксплуатации ........................................................... 105 
8.4. Повышение эффективности ПКЛ путем применения ВРК ......................... 106 
ВЫВОДЫ ................................................................................................................. 110 
ЛИТЕРАТУРА ......................................................................................................... 110 
ГЛАВА 9. ПРИВОДА СУДОВ С ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКОЙ  
И С КАВЕРНАМИ .................................................................................................. 112 
9.1. Модели СВП ..................................................................................................... 112 
9.2. Безюбочные суда и судна на кавернах ........................................................... 116 
ВЫВОДЫ ................................................................................................................. 124 
ЛИТЕРАТУРА ......................................................................................................... 125 
ГЛАВА 10. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ  
И ПРОПУЛЬСИВНЫЕ СИСТЕМЫ ЛЕДОКОЛОВ ............................................ 127 
10.1. Структура и режимы работы СЭД отечественных ледоколов ЛК-60   
и ЛК-120 ................................................................................................................... 127 
10.2. Винторулевые колонки большой мощности ............................................... 132 
ВЫВОДЫ ................................................................................................................. 138 
ЛИТЕРАТУРА ......................................................................................................... 139 
ГЛАВА 11. ДИНАМИКА СУДОВОЙ ПРОПУЛЬСИВНОЙ  
СИСТЕМЫ ............................................................................................................... 140 

11.1. Динамика традиционного ПК ....................................................................... 140 
11.2. Динамические характеристики ПК при разгоне  
и торможении судна ................................................................................................ 144 
11.3. Динамика нетрадиционного ПК судна  
с воздушной смазкой (ПКС) ................................................................................... 146 
11.4. Особенности ПК с винторулевой колонкой ВРК........................................ 149 
11.5. Преимущества ПК с ВРК (ПКВ) над традиционными ПК ........................ 150 
ВЫВОДЫ ................................................................................................................. 152 
ЛИТЕРАТУРА ......................................................................................................... 153 
ГЛАВА 12. ПРОПУЛЬСИВНЫЙ КОМПЛЕКС НА ОСНОВЕ  
УНИПОЛЯРНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ............................................ 155 
12.1. Особенности и преимущества сверхпроводящих униполярных  
электрических машин ............................................................................................. 155 
12.2. Определение облика униполярного электродвигателя .............................. 161 
12.3. Проведение расчетов с целью выбора главных размеров,   
исполнения и основных характеристик УЭМ ...................................................... 163 
ВЫВОДЫ ................................................................................................................. 166 
ЛИТЕРАТУРА ......................................................................................................... 167 
ГЛАВА 13. ВТСП ЛЕНТА И ВТСП КАБЕЛЬ ..................................................... 169 
13.1. ВТСП лента ..................................................................................................... 169 
13.2. Разработка универсального токонесущего элемента (ТНЭ) ...................... 172 
13.3. ВТСП кабель ................................................................................................... 175 
ВЫВОДЫ ................................................................................................................. 179 
ЛИТЕРАТУРА ......................................................................................................... 179 
ГЛАВА 14. МГД ГЕНЕРАЦИЯ В ПРИРОДЕ И СУДОВОМ  
ПРИВОДЕ ................................................................................................................ 181 
14.1. Основные соотношения ................................................................................. 181 
14.2. МГД генерация Земли .................................................................................... 185 
14.3. МГД генерация Солнца ................................................................................. 187 
14.4. МГД генерация в энергетике и судовом приводе ....................................... 189 
ВЫВОДЫ ................................................................................................................. 192 
ЛИТЕРАТУРА ......................................................................................................... 192 
ГЛАВА 15. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ   
И ИХ ЭКРАНИРОВАНИЕ ..................................................................................... 194 

15.1. Электромагнитные поля (ЭМП) ................................................................... 194 
15.2. Естественные и искусственные источники ЭМП ....................................... 197 
15.3. Экранирование ЭМП ..................................................................................... 201 
ВЫВОДЫ ................................................................................................................. 208 
ЛИТЕРАТУРА ......................................................................................................... 208 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................................... 210 
 

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 
 
АБ – аккумуляторная батарея 
АД – асинхронный двигатель 
АИН – автономный инвертор напряжения 
АИТ –  автономный инвертор тока 
АПЛ – атомная подводная лодка 
ALC – air lubrication system – судно с воздушной подушкой 
БПА – беспилотные подводные аппарат 
БПЛА – беспилотный летательный аппарат 
В – выпрямитель 
ВД – водометный движитель 
ВИЭ – возобновляемый источник электроэнергии 
ВРК – винторулевая колонка 
ВРШ – винт регулируемого шага 
ВМФ – военно-морской флот 
ВП – воздушная подушка 
ВТСП – высокотемпературный сверхпроводник 
ВФШ – винт фиксированного шага 
ВЧ – высокая частота 
ГВ – гребной винт 
ГВД – гребной винтовой движитель 
ГГЭД – главный гребной электродвигатель 
ГРЩ – главный распределительный щит 
ГПТ – глиссирующий пассажирский теплоход 
ГТУ – газотурбинная установка 
ГЭД – главный электродвигатель 
ГЭУ – главная энергоустановка 
DAS – doublt active ship – cудно двойного действия 
ДГ – дизель-генератор 
ДВС – двигатель внутреннего сгорания 
ДРК – движительная рулевая колонка 
ДПП – динамическое позиционное положение 
И – инвертор 
К – колесо 
КЗ – короткое замыкание 
КМБ – колесно-моторный блок 
КО – кинетическое оружие 
КПД – коэффициент полезного действия 
ЛО – лазерное оружие 
МГД – магнитогидродинамический 
МД – магнитодиэлектрик 
МП – магнитное поле 
НЧ – низкая частота 

НЭЭ – накопитель электроэнергии 
ПА – подводный аппарат 
ПК – пропульсивный комплекс 
ПКЛ – пропульсивный комплекс ледокола 
ПКВ – пропульсивный комплекс с воздушной смазкой 
ПС – подводное судно 
ППК – полный пропульсивный коэффициент 
ПЛ – подводная лодка 
ПМ – постоянный магнит 
ПУ – подруливающее устройство 
ПЧ – преобразователь частоты 
РД –  ракетный двигатель 
РЩ – распределительный щит 
С – конденсатор 
САПР – система автоматического проектирования разработки 
САУК – система автоматического управления комплекса 
СВП – судно с воздушной подушкой 
СВЧ – сверхвысокая частота 
СМП – северный морской путь 
СПИН – сверхпроводящий индуктивный накопитель 
СМС – сверхпроводящая магнитная система 
ССВП –  судно с воздушной подушкой 
СПК – судно с подводными крыльями 
СК – суперконденсатор 
СЭД – система электродвижения 
СЭС – система энергоснабжения судна 
СУ – система управления 
СЭУ – судовая энергоустановка 
ТХ – тяговая характеристика 
ЧПГВ – частично-погруженный гребной винт 
ШИМ – широтно-импульсная модуляция 
ФКУ – фильтро-компенсирующее устройство 
ЭМП – электромагнитное поле 
ЭД – электродвигатель 
ЭДРК – электродвижительная рулевая колонка 
ЭМС – электромагнитная совместимость 
ЭП – электрическое поле 
УЭМ – униполярная электромашина 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Учебное пособие предназначено для изучения курса «Специальные вопросы электрической части электроустановок» и дипломного проектирования 
электрооборудования применительно к судовому электроприводу. Электрооборудование судового электропривода с использованием пропульсивных комплексов (ПК) переживает второе рождение благодаря появлению новых движителей, 
электромашин (ЭМ), преобразователей частоты (ПЧ) на основе IGBT, микропроцессорных систем управления (СУ), которые недостаточно отражены в литературе. Рассматриваемые ПК зависят от выбора типа судов, условий применения и 
эксплуатации и требуют дополнительного освещения, тем более в условиях 
быстрого их развития, а также применения новых технологий проектирования, 
строительства и модернизации. 
Существующие и модернизируемые ПК подразделяются на традиционные 
и нетрадиционные (альтернативные). В свою очередь традиционные зависят от 
типа судов: надводные (грузовые, пассажирские, скоростные, ледоколы и их разновидности), подводные (ПЛ, АПЛ, ПА, БПА и др.). Конструкция надводных судов может использовать воздушную смазку (ALC), воздушную подушку (ВП) 
каверны, динамическое позиционирование (ДПП), двойное действие (DAS) и др. 
Традиционные ПК используют гребные винты (ГВ и ГВД), водометные движители (ВД), винторулевые колонки (ВРК) и их разновидности (ДРК). Скоростные 
суда используются как СВП, СПК, ЧПГВ и др. Ледоколы используют как ГВ и 
ГВД, так и ВРК. Нетрадиционные ПК могут использовать МГД-движители, 
УЭМ, компоненты ВТСП, МП и ЭМП. 
Многообразие технических решений в части ПК и их быстрое обновление 
требуют обобщения и периодического пересмотра предыдущих реализаций, особенно с учетом новых технологий, материалов и сочетаний. 
Особое внимание требует анализ надежности и перегрузок применительно 
к самому дорогостоящему и ответственному оборудованию с относительно низкой изоляцией, каким являются электрические машины и полупроводниковые 
преобразователи, а также движители. Главная изоляция указанного оборудования близко соответствует двухкратному уровню номинального напряжения и 
требует комплексной защиты с использованием помимо ОПН разных средств с 
разными защитными уровнями и разной пропускной способностью. Движители 
ледоколов могут являться расходными в условиях сложной ледовой обстановки, 
требуют резервирования и возможных новых решений в части применения воздушной смазки, ВП и ВРК. 
Первые 5 глав посвящены традиционным ПК. В них анализируются ТХ судового электропривода, методики качественного расчета, моделирования и применения САПР. Применение водометов (ВД) и ДРК в АПЛ с целью повышения 
энергоэффективности и снижения шумов потребовало анализа их влияния на ТХ. 
Прогнозируемый быстрый рост числа и мощности электрических и механических ВРК обусловлен их широкой применяемостью и маневренностью особенно