船舶電動機的節(jié)能技術探討

卓土墻

摘 要：船舶運行所需能耗較大，基于節(jié)能降耗理念，需要在現(xiàn)有基礎上針對其電動機節(jié)能技術進行研究，做好運轉方法與運行參數(shù)控制，在不影響運行效率的前提下，降低船舶運行能耗。對電動機進行節(jié)能設計，一般可以從三個方面來進行，即提高電動機效率、應用合適運轉計劃圖表以及最佳軸輸出功率等，在實際設計中應基于船舶電動機運行特點來確定優(yōu)化方案，達到節(jié)能目的，文章對此進行了簡單分析。

關鍵詞：船舶；電動機；節(jié)能降耗

船舶運行成本較高，運行能耗大，雖然有更多新型技術與設備被應用其中，想要完全實現(xiàn)節(jié)能降耗目的，還需要針對電動機運行能耗進行分析，采取有效措施來對其進行節(jié)能設計。

1 船舶電動機節(jié)能分析

電動機為船舶主要直接用電負荷，提高其運行效率，是實現(xiàn)船舶電氣系統(tǒng)節(jié)能降耗的主要措施之一。就船舶運行特點來看，大部分輔機系統(tǒng)均處于連續(xù)運行狀態(tài)，包括主軸滑油泵、冷卻水泵、空調壓縮機以及通風機等，為維持各系統(tǒng)正常運行，電動機需要穩(wěn)定運行，通過對其運行效率的優(yōu)化，可以在持續(xù)運行時間內，節(jié)省大量電能。在實際航行中因為工況不斷發(fā)生變化，電網(wǎng)電壓也會不斷變動，使得各系統(tǒng)運行輸出功率大于額定功率，電動機效率急劇降低，造成更多電能損耗。現(xiàn)在對船舶電氣系統(tǒng)進行節(jié)能設計，對促進行業(yè)的進一步發(fā)展具有重要意義，例如近年來迅速發(fā)展的永磁同步電動機，可以有效解決上述問題，電動機運行效率更高，在維持各項輔機系統(tǒng)運行的同時，減少電力損耗。

2 船舶電動機節(jié)能技術要點

2.1 電動機變速運轉

2.1.1 電動機作用

船舶電動機主要用于驅動泵類以及風機等轉速穩(wěn)定的電動機；以及甲板機械類電動機的驅動，包括起錨機、系泊絞車等，且為了可以在低速狀態(tài)下發(fā)出轉矩，應盡量選擇應用變極式電動機；還可以用于驅動甲板機械類起重機械，以及電力推進裝置等轉速要求嚴格的電動機。

2.1.2 運轉方式選擇

（1）變速運轉。為達到節(jié)能降耗效果，可以設計泵類與風機等應用變速運轉方法。船舶電氣系統(tǒng)內，使用泵類與風機的設備數(shù)量較多，一般應用交流異步電動機提供動力，電動機維持穩(wěn)定轉速持續(xù)運行，在負載發(fā)生變化，出現(xiàn)低負載或者過負載情況時，能夠對風門和閥進行調節(jié)滿足負載變化要求，但是會造成一定損失。為減少此損失降低電力損耗，便可以選擇減速運轉方式。根據(jù)被驅動機械運轉方式和設備為依據(jù)進行選擇，例如輔助鍋爐應用鼓風機，船舶航行與裝貨時，可以滿足風量和風壓大幅度變動要求，并且如果選擇而應用二級控制方法，還可以應用變極式電動機來提高節(jié)能效果。

（2）機組控制。驅動甲板機械用電電動機變速運轉模式現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應用到船舶電氣系統(tǒng)建設中，選擇應用變極式電動機，實現(xiàn)電動機-發(fā)電機控制方式。變極式電動機變速模式雖然運行成本低，但是并不適用于大容量電動機，且控制效果不佳，基于起重機種類差別，應選擇應用直流電動機來進行細微控制，提高控制效果。直流電動機正常運轉狀態(tài)下，將直流可變電壓作為電源，并配置電動機-發(fā)動機，實現(xiàn)系統(tǒng)正常運行。并且，現(xiàn)在已經(jīng)有大功率電子元件的應用，可以更有效的實現(xiàn)從交流電源中產(chǎn)生直流可變電壓。

（3）其他運轉。直流電機在船舶電氣系統(tǒng)中的應用，換向器在持續(xù)運行過程中，受電刷影響會降低線圈絕緣性，對電動機運行效率產(chǎn)生影響。而同步電動機的應用，完全可以避免此問題，其可硅控整流器運轉，并且具有有直流電機相同的控制效果。與電動機-發(fā)電機方式相比，可控硅發(fā)電機電動機組控制方式效率更高，在節(jié)能設計中具有更大優(yōu)勢。

2.2 高效率電動機選擇

2.2.1 電動機效率

船舶電動機需要維持連續(xù)運轉狀態(tài)，通過提高其運轉效率，便可達到節(jié)能效果?，F(xiàn)在絕緣技術水平不斷提高，元件體積不斷縮小，旋轉機械也實現(xiàn)了小型化生產(chǎn)，為減少電動機內部損耗，就需要對電工材料特性進行綜合分析，保證所選鐵芯材料質量優(yōu)良，同時在原有生產(chǎn)制作工藝上進行更新優(yōu)化，爭取提高各元件制作效率，滿足電動機節(jié)能優(yōu)化要求。

2.2.2 軸輸出功率

對電動機進行節(jié)能設計，另一個要注意的問題就是負載選用電動機最佳額定功率的確定，一般電動機效率在額定功率75%～100%負載下運轉時最高，如果處于低負載狀態(tài)下運轉，則會導致效率較低，產(chǎn)生較大損失。因此需要對軸輸出功率進行分析，選擇高效率電動機，保證其即便是處于低負載狀態(tài)下，也可以保證較高的效率?；谪撦d容量、最大轉矩以及啟動轉矩等因素進行綜合分析，保證所選電動機效率可以滿足節(jié)能運行需求。

3 船舶異步電動機變頻調速節(jié)能技術

對于船舶動力裝置來說，存在大量風機、水泵類負載，基本上均選擇用鼠籠式異步電動機拖動，為達到節(jié)能效果，其電動機便可選擇應用變頻調速、轉差離合器控制調速以及調壓調速等調速方式進行優(yōu)化。其中，變頻調速可以對同步轉速進行調整，更適于轉速降低時狀態(tài)，在風機、水泵系統(tǒng)中應用具有良好效果。以某輪艙底水泵為例進行分析，其水泵型號為CB65，流量為68m3/h，壓力為0.223MPa，電動機型號為J02-61-2-H/D2，額定功率為18kW，額定轉速為2950r/min，額定電壓為380V。配備ACS 800-01-0003直接轉矩控制變頻器，不同流量調節(jié)方法效率曲線如圖1所示。其中水泵型號為CB68，流量為65m3/h，壓力為0.228MPa，電動機型號為J02-61-2-H/D2，額定功率為18kW，額定轉速為2950r/min。

由圖可知，流量比小于80%時，應用變頻調速方式進行流量控制，與其他調控方法相比，功率損失比最小，具有最好的節(jié)能效果。同時，基于流量調節(jié)時水泵會有揚程變化，還需要對不同實需流量和實需揚程下節(jié)電率數(shù)據(jù)進行綜合分析。其中，將節(jié)電率與系統(tǒng)內裝設出口調節(jié)閥情況進行對比，實需流量百分比數(shù)據(jù)與實際計算流量和水泵標稱流量進行對比，實需揚程百分比數(shù)據(jù)將實際計算泵揚程與水泵標稱揚程進行對比，確定水泵流量與揚程均存在一定富余量時，節(jié)能效果更為明顯。

4 結束語

船舶電氣系統(tǒng)需要長時間持續(xù)運行，整個航程運行產(chǎn)生的能耗巨大，為實現(xiàn)節(jié)能降耗設計，就需要重點做好電動機分析，選擇高效率電動機的同時，根據(jù)實際情況確定運轉控制方法，并應用變頻調速手段，來達到節(jié)能降耗目的。

參考文獻

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