中国海上卫星测控部 江苏 江阴 214431
摘要：本文简要对变频器技术的基本知识及在船舶上应用简单进行介绍，并依据实际情况简要叙述在船舶改造中使用变频器所遇到的问题和解决方法，增强船员对变频器的基本认识。
关键词：变频器；电动机；技术；使用
1 前言
由于变频器技术具有很大的优越性因此在工业中应用日渐普遍化，同时随着现代造船业的发展在船舶上的应用也很广泛，对于普通船员来说掌握了解变频器基本知识、如何选择变频器、在船舶上的应用范围、解决一般问题以及使用过程中注意事项是必要的。
2 变频技术基本知识
2.1变频器及变频器的作用
变频器是把工频电源（50HZ或60HZ）变换成频率为0—400HZ的交流电源，以实现电动机变速运行的设备。它可与三相交流电动机、减速机构构成完整的传动系统。
变频器的核心，包括半控型的SCR发展出来的全控型大功率GTO、全控型高控制频率的IGBT等电力电子器件组成逆变器和微电脑等组成的控制部分。
变频器的主要作用是调整电动机的功率，实现电动机的变速运行，具体来说具有以下作用：
（1）可以减少对电网的冲击，不会造成峰谷差值过大的问题；
（2）使加速过程可控，从而可按照用户的需要进行平滑加速；
（3）使电动机和设备的停止方式可控制，使整个设备和系统更加安全，寿命也相应增加；
（4）控制电动机的电流，充分降低电流，使电动机的维护成本降低；
（5）可以减少机械传动部件的磨损，从而提高系统的稳定性；
（6）降低电动机电流，提供更可靠的可变电压和频率；
（7）有效的减少无功损耗，增加了电网的有功功率；
（8）优化工艺过程，能通过远控PLC或其他控制器实现速度变化。
2.2、为什么要改变频率
三相交流异步电动机是用来把交流电能转化为机械能的，电动机有笼型和绕线转子型（较少使用）两种。由于异步电动机具有结构简单、体积较小、价格低廉、经久耐用、维修量小等优点，被大量的使用在交流传动上，其配上变频器，完全可代换其他调速装置，如直流调速、转差调速、滑差调速、串级调速、换向器电动机调速、液力偶合调速等。
异步电动机定子磁场的转速n0又称为同步转速，n0=60f/p，单位为r/min。这里f是频率，p是电动机磁极对数。转速与极对数的关系见表1。
表1 转速与极对数的关系
从上式可知，只要改变f、S、p中的任意一项即可改变电动机转速，其中，改变p调速是有级的，即选用多极电动机，但多极电动机绕组较复杂，因而改变S调速是不经济的。对笼型异步电动机只有改变频率f才是即经济又无极的调速方式。改变频率又称变频，而变频器就是起到这个作用的装置。
3变频器的使用
3.1变频器的选型
变频器的选型，需满足以下几个条件：
（1）类型，根据被控设备的负载特性选择；
（2）电源频率，按船舶电制选用；
（3）电压等级，与控制电动机相符；
（4）额定电流，被控制电动机额定电流的1.1—1.5倍。
3.2变频器的环境和安装
变频器内部是大功率电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求工作温度0—45℃。为保证工作安全可靠，使用时需考虑留有余地，工作温度最好控制在40℃以下。控制箱中，严格遵守产品说明书中的要求；变频器安装在箱体上部；绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。船舶甲板上安装，要有冷风措施。若环境温度可能变化较大，需在箱中增加干燥剂，因为结露可能降低绝缘性能甚至短路。除此之外由于船舶行驶在海洋之中因此还要考虑海水及气体的腐蚀以及震动和冲击等因素。
在安装过程中变频器要正确接地，还要防止输入端过电压。此外要提高船舶同步发电机的稳频性能，以利于变频器整流电压的稳定。若船舶电源频率不稳定，变频器的逆变相位控制要采用有独立晶振的变频器。
4变频器在船舶上的应用范围
通过上述的简要叙述我们可知变频技术应用十分广阔，在船舶上能耗多的主要电力负载各有不同的技术要求，但变频器的特点和优势完全可以满足，并可改善运转特性、节能和降低维修成本。特别是对于船龄较长的船舶在设备升级改造中可以优先考虑变频技术的应用。下面将船舶中典型设备改为变频器控制的优点分析如下：
4.1 泵类、风机类
特点是不间断运转时间长，耗能总量大。
采用变频调速的主要收益是节能。泵类节电率达到60.3%；锅炉鼓风机节电率可达67.7%，燃烧率提高1.6%。
4.2锚机、缆机与起重设备（含电梯）类
特点是功率大，启停和换向频繁。突出要求运转平稳。
采用变频调速，可使起动、制动、加速、减速等速度变化平稳，方便电气制动，实现软起动、软停车。
起货机，货物升降，吊臂起落和变幅等多台电机，由一台变频器和PLC控制，再加制动单元和制动电阻，机械特性硬，调速精度高，运行平稳，可靠性提高。
变频器与防水、防爆电机配合，无电火花，适合船舶甲板等恶劣、危险条件下使用。
电梯，采用通用型变频器转矩矢量控制方式，动态特性高，防止起动、加速、减速和停车等过程中的“下滑”、“冲站”现象，提高可靠性。
5船舶改造后使用变频器典型问题分析
某大型船舶船龄较长，在中修中对许多设备进行改造，在改造过程中，将全船生活类空调器改造为变频控制。在使用初期发现空调器绝缘不良，维修人员通过检测断定为变频器内部绝缘不良。后与厂家专家一起排查，最后发现绝缘不良是由于变频器中两颗放电螺丝所致，将螺丝拆除后试验，绝缘正常。但是此次故障为变频器内部特性所决定，因此无法对变频器进行改造，将放电螺丝拆除并不科学。因此采用方法为，将空调器电源端加装隔离变压器，防止其对电网造成不良影响，确保全船供电质量。
同样为此船舶空调器。在改造完成后发现，部分舱室布风器出口风量不足，造成舱室温度较高。维修人员进行检修，首先检查了风管及布风器均正常。后检测控制箱部分，通过人为试验发现，在改变风压检测装置状态时，变频器并没有实现变频，电机频率一直在最大值，变频器并没有实现变频功能。与其余生活空调器对比发现，均存在此类问题。因此怀疑变频器设置问题，维修人员在设置参数页面发现，变频器内设置的电机转速与电机实际转速不符，设置值较小。后将变频器中电机转速值设置为电机实际转速值，重新设置后通过风量测量发现风量明显增大，且变频器工作正常。
6结束语
变频器技术现在已经较为成熟，无论各行各业应用前景十分广阔，但是对于船龄较长的船舶来说，可能运用并不多，在船舶改造过程中可以综合考虑关于变频器的使用。另外对于船员来说对于新技术的学习不能止步不前，一定要多学习多钻研，对于变频器我们更加要多了解多研究。
参考文献
[1]肖乐明.交流电机变频调速技术在船舶的应用.航海技术，2007.
[2]张选正,张金远.变频器应用经验.中国电力出版社,2006.
[3]杨清德,王举强,言翠文.机械工业出版社，2015.
论文作者:崔永乐,吴浩,李磊峰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/25
标签：变频器论文; 船舶论文; 电动机论文; 转速论文; 频率论文; 技术论文; 电机论文; 《防护工程》2018年第2期论文;