導(dǎo)語(yǔ)：船用高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)技術(shù)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：文章分析了電動(dòng)機(jī)三圓尺寸、鐵芯長(zhǎng)度、導(dǎo)條材料等對(duì)電動(dòng)機(jī)電磁參數(shù)和性能的影響，并據(jù)此設(shè)計(jì)高效節(jié)能的電動(dòng)機(jī)。

關(guān)鍵詞：高效節(jié)能;轉(zhuǎn)矩;變頻

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在船舶配套設(shè)備中，主機(jī)約占25%～30％，導(dǎo)航、機(jī)艙自動(dòng)化類設(shè)備約占30％，輔機(jī)設(shè)備約占40%～45％。船舶輔機(jī)設(shè)備節(jié)能、環(huán)保與高效已經(jīng)成為當(dāng)前世界船舶工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)研究熱點(diǎn)之一。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)能源利用率仍具有較大差距。主要體現(xiàn)在我國(guó)市場(chǎng)上現(xiàn)行使用的電動(dòng)機(jī)的平均效率僅為87%，該效率水平相當(dāng)于國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)能效標(biāo)準(zhǔn)的最低一級(jí)，即IE1效率等級(jí)。因此，研究高效、節(jié)能、環(huán)保的船舶電動(dòng)機(jī)，開(kāi)發(fā)新型輔機(jī)設(shè)備節(jié)能驅(qū)動(dòng)裝置已經(jīng)成為豪華游輪、新能源動(dòng)力船舶等高技術(shù)、高附加值船舶輔機(jī)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，也是為我國(guó)船舶輔機(jī)設(shè)備提高附加值和國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，并滿足未來(lái)船舶發(fā)展需求的必由路徑。

1船用電動(dòng)機(jī)的形式和主要參數(shù)分析研究

1.1船用電動(dòng)機(jī)分類。船用電動(dòng)機(jī)作為船舶上各種機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力源，是數(shù)量繁多、總能耗巨大的設(shè)備，其節(jié)能效果直接關(guān)系到船舶整體的運(yùn)行成本。船舶電動(dòng)機(jī)按照類型可分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，變頻器驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等），同步電動(dòng)機(jī)（普通同步電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)等）等。電動(dòng)機(jī)按照功率的大小或者機(jī)座號(hào)或電壓等級(jí)進(jìn)行分類，一般可以分為微特電動(dòng)機(jī)、小功率電動(dòng)機(jī)、小型電動(dòng)機(jī)、中型電動(dòng)機(jī)和大型電動(dòng)機(jī)等。1.2船用電動(dòng)機(jī)的選用原則。一般應(yīng)根據(jù)預(yù)期使用目的、使用時(shí)的環(huán)境條件和運(yùn)行條件及必要的要求等來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)的種類和規(guī)格，使所選用的電動(dòng)機(jī)既能滿足生產(chǎn)工藝過(guò)程和工作機(jī)械特性的要求，又能符合工作場(chǎng)合的使用環(huán)境條件，同時(shí)也能夠盡量考慮到整個(gè)使用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、合理、可靠、安全、節(jié)能和環(huán)保。船用電動(dòng)機(jī)一般選用的是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其同步轉(zhuǎn)速等級(jí)，當(dāng)電源頻率為50Hz的時(shí)候，有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min、600r/min、500r/min、電動(dòng)機(jī)實(shí)際使用要根據(jù)負(fù)載特性進(jìn)行選取。以一艘典型散貨船為例，船舶電動(dòng)機(jī)的情況如下：1）總電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)：91臺(tái)；2）電動(dòng)機(jī)的功率范圍：0.1~360kW；3）電動(dòng)機(jī)類型：鼓風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、主機(jī)淡水冷卻泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、滑油泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、海水冷卻泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、燃油泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、啟動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、消防泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、燃油傳輸泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)等；4）電動(dòng)機(jī)消耗的功率占發(fā)電機(jī)功率比例：航行狀態(tài)：54%，壓載狀態(tài)：60%，機(jī)動(dòng)狀態(tài)：56%，裝卸貨狀態(tài)：62%，靠港狀態(tài)：29%。由上述統(tǒng)計(jì)可見(jiàn)，船舶電動(dòng)機(jī)種類繁多，但主要的負(fù)載類型為風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，該類型的負(fù)載的工作流量需要變化，采用調(diào)速運(yùn)行的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，可以具有良好的節(jié)能效果。對(duì)于卷?yè)P(yáng)裝置和提升機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中采用調(diào)速裝置，也可以節(jié)約電能，但對(duì)于恒功率運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，其節(jié)能效果有限。由此可見(jiàn)，電動(dòng)機(jī)的諸多型式的選取過(guò)程中，應(yīng)參考電動(dòng)機(jī)實(shí)際驅(qū)動(dòng)的負(fù)載類型，有針對(duì)性的進(jìn)行選取。

2船用高效節(jié)能型電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)的計(jì)算與分析研究

傳統(tǒng)的船用電動(dòng)機(jī)一般使用異步電動(dòng)機(jī)，其設(shè)計(jì)過(guò)程需要考慮電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的效率、功率因數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流等運(yùn)行性能，對(duì)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的依賴性很大。為實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高效節(jié)能，可使用高效變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)，而變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮整個(gè)變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行性能，電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)要與系統(tǒng)相匹配。因此，船用高效節(jié)能型輔機(jī)驅(qū)動(dòng)變頻電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)不但要分析異步電動(dòng)機(jī)的效率，功率因數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩等性能參數(shù)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)的數(shù)值，還需兼顧電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能。本文依據(jù)典型樣機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算，主要分析了電動(dòng)機(jī)三圓尺寸、鐵芯長(zhǎng)度、導(dǎo)條材料等參數(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)電磁參數(shù)及性能的影響。下述內(nèi)容均以55kW高效變頻電動(dòng)機(jī)為例。對(duì)于55kW電動(dòng)機(jī)，忽略開(kāi)槽對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響，當(dāng)定子鐵芯外徑變化，其他電動(dòng)機(jī)尺寸不變時(shí)，單純考慮主要尺寸變化對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的影響，電動(dòng)機(jī)效率、功率因數(shù)、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流等運(yùn)行性能參數(shù)隨電動(dòng)機(jī)定子鐵芯外徑變化的變化如表1所示。上述三個(gè)表格可以看出，定轉(zhuǎn)子內(nèi)外徑對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的影響很大，而鐵芯長(zhǎng)度對(duì)其影響相對(duì)較小，除考慮上述因素外，還需從定子鐵芯材料的消耗、損耗和價(jià)格整體方面綜合考慮。轉(zhuǎn)子導(dǎo)條一般采用四種材料：鑄鋁、鑄銅、鋁導(dǎo)條和銅導(dǎo)條四種。通常小型電動(dòng)機(jī)多采用鑄鋁轉(zhuǎn)子，價(jià)格優(yōu)廉，且能滿足工程實(shí)際對(duì)轉(zhuǎn)子各方面性能的需求。而鑄銅轉(zhuǎn)子考慮經(jīng)濟(jì)適用性，小型電動(dòng)機(jī)很少適用，一般多用在中大型電動(dòng)機(jī)上。在選擇導(dǎo)條材料時(shí)，需要保證足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)鑄鋁轉(zhuǎn)子往往要求選擇高阻鋁合金。而銅導(dǎo)條由于材質(zhì)不同，電阻率也不同，選擇范圍相對(duì)較廣泛。對(duì)于55kW電動(dòng)機(jī)，采用磁路法分析得到不同材料轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能參數(shù)如表4所示。鑄鋁材料，電導(dǎo)率為5.810S/m為銅材料?？梢钥吹诫S著電導(dǎo)率的增加，導(dǎo)條的電阻減小，銅耗就減小，電動(dòng)機(jī)效率就增加，從這個(gè)角度出發(fā)，電動(dòng)機(jī)采用鑄銅轉(zhuǎn)子導(dǎo)條較好，但是電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)降低，不利于電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力。因此，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的選擇需同時(shí)考慮提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和降低損耗，提高電動(dòng)機(jī)效率，這是相互矛盾的。綜合考慮，若要增加堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，就必須增加導(dǎo)條電阻，同時(shí)損耗也隨之增加。降低導(dǎo)條電流也能起到降低損耗的的作用，應(yīng)具體分析導(dǎo)條中哪項(xiàng)損耗所占比重較大，便于取舍。轉(zhuǎn)子的損耗影響電動(dòng)機(jī)效率，因此，在滿足起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的情況下應(yīng)優(yōu)先考慮效率。

3結(jié)束語(yǔ)

高效節(jié)能型電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)綜合考慮電動(dòng)機(jī)的三圓尺寸、鐵芯長(zhǎng)度、導(dǎo)條材料等主要參數(shù)，在對(duì)各參數(shù)進(jìn)行計(jì)算的基礎(chǔ)上，分析得出其主要影響參數(shù)。最終實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)高效節(jié)能。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T18613-2012,中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)

[2]GB/T1032-2012,三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法

[3]GB755-2008,旋轉(zhuǎn)電機(jī)定額和性能

作者:龐博 單位:中國(guó)船級(jí)社天津分社