船舶电动机节能技术研究

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摘要：船舶运行所需能耗较大，基于节能降耗理念，需要在现有基础上针对其电动机节能技术进行研究，做好运转方法与运行参数控制，在不影响运行效率的前提下，降低船舶运行能耗。对电动机进行节能设计，一般可以从三个方面来进行，即提高电动机效率、应用合适运转计划图表以及最佳轴输出功率等，在实际设计中应基于船舶电动机运行特点来确定优化方案，达到节能目的，文章对此进行了简单分析。

关键词：船舶；电动机；节能降耗

船舶运行成本较高，运行能耗大，虽然有更多新型技术与设备被应用其中，想要完全实现节能降耗目的，还需要针对电动机运行能耗进行分析，采取有效措施来对其进行节能设计。

1船舶电动机节能分析

电动机为船舶主要直接用电负荷，提高其运行效率，是实现船舶电气系统节能降耗的主要措施之一。就船舶运行特点来看，大部分辅机系统均处于连续运行状态，包括主轴滑油泵、冷却水泵、空调压缩机以及通风机等，为维持各系统正常运行，电动机需要稳定运行，通过对其运行效率的优化，可以在持续运行时间内，节省大量电能。在实际航行中因为工况不断发生变化，电网电压也会不断变动，使得各系统运行输出功率大于额定功率，电动机效率急剧降低，造成更多电能损耗。现在对船舶电气系统进行节能设计，对促进行业的进一步发展具有重要意义，例如近年来迅速发展的永磁同步电动机，可以有效解决上述问题，电动机运行效率更高，在维持各项辅机系统运行的同时，减少电力损耗。

2船舶电动机节能技术要点

2.1电动机变速运转

2.1.1电动机作用

船舶电动机主要用于驱动泵类以及风机等转速稳定的电动机；以及甲板机械类电动机的驱动，包括起锚机、系泊绞车等，且为了可以在低速状态下发出转矩，应尽量选择应用变极式电动机；还可以用于驱动甲板机械类起重机械，以及电力推进装置等转速要求严格的电动机。

2.1.2运转方式选择

（1）变速运转。为达到节能降耗效果，可以设计泵类与风机等应用变速运转方法。船舶电气系统内，使用泵类与风机的设备数量较多，一般应用交流异步电动机提供动力，电动机维持稳定转速持续运行，在负载发生变化，出现低负载或者过负载情况时，能够对风门和阀进行调节满足负载变化要求，但是会造成一定损失。为减少此损失降低电力损耗，便可以选择减速运转方式。根据被驱动机械运转方式和设备为依据进行选择，例如辅助锅炉应用鼓风机，船舶航行与装货时，可以满足风量和风压大幅度变动要求，并且如果选择而应用二级控制方法，还可以应用变极式电动机来提高节能效果。（2）机组控制。驱动甲板机械用电电动机变速运转模式现在已经被广泛的应用到船舶电气系统建设中，选择应用变极式电动机，实现电动机-发电机控制方式。变极式电动机变速模式虽然运行成本低，但是并不适用于大容量电动机，且控制效果不佳，基于起重机种类差别，应选择应用直流电动机来进行细微控制，提高控制效果。直流电动机正常运转状态下，将直流可变电压作为电源，并配置电动机-发动机，实现系统正常运行。并且，现在已经有大功率电子元件的应用，可以更有效的实现从交流电源中产生直流可变电压。（3）其他运转。直流电机在船舶电气系统中的应用，换向器在持续运行过程中，受电刷影响会降低线圈绝缘性，对电动机运行效率产生影响。而同步电动机的应用，完全可以避免此问题，其可硅控整流器运转，并且具有有直流电机相同的控制效果。与电动机-发电机方式相比，可控硅发电机电动机组控制方式效率更高，在节能设计中具有更大优势。

2.2高效率电动机选择

2.2.1电动机效率

船舶电动机需要维持连续运转状态，通过提高其运转效率，便可达到节能效果。现在绝缘技术水平不断提高，元件体积不断缩小，旋转机械也实现了小型化生产，为减少电动机内部损耗，就需要对电工材料特性进行综合分析，保证所选铁芯材料质量优良，同时在原有生产制作工艺上进行更新优化，争取提高各元件制作效率，满足电动机节能优化要求。

2.2.2轴输出功率

对电动机进行节能设计，另一个要注意的问题就是负载选用电动机最佳额定功率的确定，一般电动机效率在额定功率75%~100%负载下运转时最高，如果处于低负载状态下运转，则会导致效率较低，产生较大损失。因此需要对轴输出功率进行分析，选择高效率电动机，保证其即便是处于低负载状态下，也可以保证较高的效率。基于负载容量、最大转矩以及启动转矩等因素进行综合分析，保证所选电动机效率可以满足节能运行需求。

3船舶异步电动机变频调速节能技术

对于船舶动力装置来说，存在大量风机、水泵类负载，基本上均选择用鼠笼式异步电动机拖动，为达到节能效果，其电动机便可选择应用变频调速、转差离合器控制调速以及调压调速等调速方式进行优化。其中，变频调速可以对同步转速进行调整，更适于转速降低时状态，在风机、水泵系统中应用具有良好效果。以某轮舱底水泵为例进行分析，其水泵型号为CB65，流量为68m3/h，压力为0.223MPa，电动机型号为J02-61-2-H/D2，额定功率为18kW，额定转速为2950r/min，额定电压为380V。配备ACS800-01-0003直接转矩控制变频器，不同流量调节方法效率曲线如图1所示。其中水泵型号为CB68，流量为65m3/h，压力为0.228MPa，电动机型号为J02-61-2-H/D2，额定功率为18kW，额定转速为2950r/min。图1不同流量调节方法效率曲线由图可知，流量比小于80%时，应用变频调速方式进行流量控制，与其他调控方法相比，功率损失比最小，具有最好的节能效果。同时，基于流量调节时水泵会有扬程变化，还需要对不同实需流量和实需扬程下节电率数据进行综合分析。其中，将节电率与系统内装设出口调节阀情况进行对比，实需流量百分比数据与实际计算流量和水泵标称流量进行对比，实需扬程百分比数据将实际计算泵扬程与水泵标称扬程进行对比，确定水泵流量与扬程均存在一定富余量时，节能效果更为明显。

4结束语

船舶电气系统需要长时间持续运行，整个航程运行产生的能耗巨大，为实现节能降耗设计，就需要重点做好电动机分析，选择高效率电动机的同时，根据实际情况确定运转控制方法，并应用变频调速手段，来达到节能降耗目的。

作者:卓土墙 单位:中交第三航务工程局有限公司厦门分公司

参考文献

[1]阳世荣.船舶辅机节能控制与管理技术研究[J].中国造船，2012（S1）：226-232.

[2]阳世荣，王云鹤，吴团结，等.船舶辅机电气设备节能技术研究[J].电气技术，2010（08）：182-184.