船舶行业中变频调速技术应用和发展

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1、船舶行业中变频调速技术应用和发展　　【摘要】变频调速技术，顺应生产自动化的发展要求，电机发展进入全新的智能电机时代。本文中以长江口专用绞吸式挖泥船为例，评讲变频器在工程船舶应用中的优点，并展望了其发展前景。【关键词】船舶行业，变频调速技术，优点，发展前景中图分类号：F407.474文献标识码：A文章编号：一、前言随着科技发展和社会进步，船舶行业在节能和环保方面面临着越来越大的挑战和越来越高的要求。变频调速技术在船舶行业的广泛应用，是必然的趋势。由于船用变频器灵活的调节、控制性能，同一类型的变频器可以在船上的所有驱动装置上使用。甚至，液压控制设

2、备也可以被船用变频器、电机代替。本文以长江口专用绞吸式挖泥船为例，此船采用大功率变频系统来集中控制船舶所有绞车，投入到长江口深水航道治理三期工程的吹泥上滩工程，生产运营一年多，运行平稳，经济可靠。二、船用变频器技术原理及运行概况6交流电动机变频调速系统的种类很多，从早期提出的电压源型变频器开始，相继发展了电流源型，脉宽调制等各种变频器。目前变频调速的主要方案有：交一交变频调速，交一直一交变频调速，同步电动机自控式变频调速，正弦波脉宽调制(SPWM)变频调速，矢量控制变频调速等。这些变频调速技术的发展很大程度上依赖于大功率半导体器件的制造水平。

3、随着电力电子技术的发展，特别是可关断晶闹管GT0、电力晶体管GTR、绝缘门极晶体管IGBT、MOS晶闸管及MTC等具有自关断能力全控功率元件的发展。再加上控制单元也从分离元件发展到大规模数字集成电路及采用微机控制，从而使变频装置的快速性，可靠性及经济性不断提高，变频调速系统的性能也得到不断完善。1.变频系统概况案例所举的工程船舶为长江口专用绞吸式挖泥船，此船采用大功率变频系统来集中控制船舶所有绞车，总装机功率为7343kW，4台柴油机和1台应急发电柴油机。其中l台1640kW柴油机采用电轴驱动水下泵，2台1825kW柴油机直接通过齿轮箱驱动2

4、台舱内泵，l台1717kW柴油机作为主发电柴油机。1台336kW柴油机用作应急发电柴油机。动力设备和挖泥设备是CAT柴油机、IHC泥泵和驱动轴系(包括齿轮箱)、液压驱动系统(包括液压泵站和液压马达)及水下泵驱动系统(包括发电机、电动机和控制系统)等。6本船采用的变频系统为1台桥架绞车、2台左右横移绞车和3台艉三缆绞车，共计6台绞车电机提供动力电源。这6台电机的单台电机功率分别是桥架电机250kW，横移绞车电机220kW和艉三缆绞车电机110kW，总功率合计l020kW。变频系统共安装有6个变频器，每个变频器对应驱动1个绞车电机，6个变频器的直

5、流电源输入端是直接挂接在同一公共直流母线上。在作业时，从驾驶台对6台绞车进行协同运行控制。变频系统从船舶电网输入AC380V／50Hz三相交流电，经过预充电回路、滤波回路、整流同路、制动斩波同路等主要环节，变换为DC520V左右的直流电，再分送到各个变频器。总控单元接收船上挖泥控制系统的指令，分别控制各变频器输出要求的电压、频率的三相交流电到6台绞车电机，以实现这些电机的协同运行控制。变频系统配置的6个变频器均为施奈德ATV71系列变频器。每个变频器都是通过快速熔断器连接在公共直流母线上，隔离其前端自带的整流功能，完整地保持了施奈德变频器的可

6、靠性。2.变频调速技术的工作原理变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。三相异步电动机转速公式为：n=60f(1-s)/p6从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、

7、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大

8、，能量损耗是很小的。3.变频系统的节能原理每个变频器都有电动牵引和制动发电两种工作状态。在船舶作业中，公共直流母线系统充分发挥了能量互馈的特点，一些变频器处于电动牵