浅议变频技术在船舶中应用

《浅议变频技术在船舶中应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、浅议变频技术在船舶中应用　　摘要：本文以“某轮”轮可逆转变频控制的液压舵机系统为例，简单介绍了变频液压舵机的组成构造工作原理，并分析了在船舶舵机系统中应用变频调节技术的特点。关键词：变频技术；液压；舵机中图分类号：TM344.6文献标识码：A引言：传统船舶舵机操作系统一般采用液压动力传动技术，液压动力传动具有传动平稳、调速方便功率体积比大等优良特性，但其主要调速方式采用节流操控运行速度，所以动力传动的能量利用功率低，整机系统的效率不高。为了保证船舶航行安全，舵机系统在整个航程中应该始终处于运行状态，以满足船舶操纵的要求。但在实际

2、运行过程中，船舶在大部分航行中都处于空载运行的状态，虽然此时液压系统卸荷，功率较低，但电机、泵等却仍处于高速运行状态，且设备运转效率低，缩短了设备正常使用寿命。根据舵机工作的特殊性，采用变频调速技术，将舵机液压系统中的供油泵改变为由变频电机驱动的定量油泵，以达到简化系统结构、提高舵机系统的工作效率、延长设备使用寿命、改善工作环境和降低运行成本的目的。1.变频技术原理及国内外应用现状7变频技术即改变供电频率的技术，在传统的电器设备中所用到交流电频率是不变的，其转速一经启动就不能改变，通过变频技术可以实现设备以不同的转速运转来适应不

3、同的生产需要。变频技术的发展历经了各种电器器件的更新换代，从SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)到今天的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)，器件的不断更新促使电力变换技术的持续发展。而在变频技术控制方面，上世纪70年代脉宽调制变压变频调速研究首先进入人们的视野，80年代中期鞍形波脉宽调制变压变频调速模式作为脉宽调制变压变频调速的优化模式被提出，80年代后期又出现了矢量控制变频调速和直接转矩控制变频技术。调速系统的集成度越来越高，以单片机为基础又研究出了数字信号处理器、精简指令集计算机

4、和高级专用集成电路等。高压变频器早起由于受电子电器设备耐压性弱的影响，一般采用高-低-高模式，即高压经过变压器降压后通过低压变频器变频，最后通过升压变压器升压供给高压变压器，这样一个流程使得变频器设备体积过大，耗能也增加。1980年日本东芝电气公司成功研制了1800kW的交-交方式高压变频器。1981年德国西门子公司研制出4000kW的交-交方式的高压变频器。此后，法国阿尔斯通、美国7AB、日本三菱和日立等公司也相继推出自己的高压变频器设备。20世纪90年代初，我国在自行开发和研制的高压变频器方面取得了很大成绩，在钢铁行业和电力

5、行业得到很好的应用。交-交变频调速系统的迅猛发展，在大型机电设备调速中得到广泛应用。1.1变频调速工作原理变频调速技术是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率,来改变电机的转速,从而调整电机的输出功率。根据电机学原理,交流异步电动机的转速n与电源频率f之间函数关系为:n=60f（1-s）/p公式（1）其中,f为电源频率;s为转差率;p为磁极对数。从公式（1）可知,当p和s为定值时,f与n成正比例关系。即:可以通过连续地改变供电电源的频率来调节电动机的转速。由电机原理可知,电机轴功率与其转速的三次方成正比,即p1/p

6、2=（n1/n2）3,由公式（1）可推算出:p1/p2=（f1/f2）3公式（2）由此可分析出变频时电机能量消耗情况。举例说明:设额定频率为50Hz,当电源频率为30Hz时,由公式（1）、（2）可推知电机轴功率为额定功率的21.6％,即电机实际消耗电量为额定值的21.6％。2.变频液压舵机的组成和工作原理72.1系统结构原理船舶变频液压舵机的系统主要由计算机，传感器，数据采集啦，转缸式转舵机构，异步电视，变频器等组成。该实例液压系统采用双向定量泵供油，定量泵于液压缸形成闭式回路，利用舵角传感器测量转舵角以形成反馈。根据舵角指令与

7、反馈信号，有变频器控制泵组的启停和加速，从而实现控制舵角的目的。同时通过改变电机的转向以改变系统中液压油的流向达到控制舵的运动方向。2.2基本控制原理在舵柱上安装齿轮通过链条将舵角位移传送到反馈传感器测量转舵角度，将测量数据实时反馈给控制器，经过计算处理后发送出控制信号对变频器进行控制，进而调节电机转速。最终通过电机转速达到控制液压系统来实现对舵角的控制。达到要求的舵角后隔离电磁阀关闭，电机迅速降到零赫兹停止运转。3.轮液压舵机应用变频器的特点7主要用于海上失事船只的人命救生和以海上人命救生为目的的船舶救助及消防灭火。该轮采用了

8、丹弗斯VLT5000变频器的可逆转变频控制的液压舵机系统，该轮配备了两台转缸式液压舵机，四台液压泵组。采用转转缸式舵机缩小了设备布置空间，双机座配置增加了转舵效果与舵机设备的可靠性。该舵机马达与油泵安装在舵机本体上，机构紧凑是的转舵动作更加迅捷，直接，反应滞后时