船用高效節(jié)能電動機(jī)的技術(shù)研究

1、船用高效節(jié)能電動機(jī)的技術(shù)研究0 引言據(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)國家相比 ,我國能源利用率仍具有較大差距。主要體現(xiàn)在我國市場上現(xiàn)行使用的電動機(jī)的平均效率僅為 87%, 該效率水平相當(dāng)于國際電工委員會 (IEC)能效標(biāo)準(zhǔn)的最低一級 ,即 IE1 效率等級。因此 , 研究高效、節(jié)能、環(huán)保的船舶電動機(jī) ,開發(fā)新型輔機(jī)設(shè)備節(jié)能驅(qū)動裝置已經(jīng)成為豪華游輪、 新能源動力船舶等高技術(shù)、 高附加值船舶輔機(jī)設(shè)備的發(fā)展趨勢 ,也是為我國船舶

2、輔機(jī)設(shè)備提高附加值和國際市場競爭力 ,并滿足未來船舶發(fā)展需求的必由路徑。1 船用電動機(jī)的形式和主要參數(shù)分析研究1.1 船用電動機(jī)分類船用電動機(jī)作為船舶上各種機(jī)械設(shè)備的動力源,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。船舶電動機(jī)按照類型可分為感應(yīng)電動機(jī)(普通感應(yīng)電動機(jī) ,變頻器驅(qū)動感應(yīng)電動機(jī)等 ),同步電動機(jī) (普通同步電動機(jī)、永磁同步電動機(jī)等)等。電動機(jī)按照功率的大小或者機(jī)座號或電壓等級進(jìn)行分類,一般可以分為微特電動機(jī)、小功率電動機(jī)、小型電動機(jī)、中型電動機(jī)和大型電動機(jī)等。1.2 船用電動機(jī)的選用原則一般應(yīng)根據(jù)預(yù)期使用目的、 使用時的環(huán)境條件和運(yùn)行條件及必要的要求等

3、來選擇電動機(jī)的種類和規(guī)格 ,使所選用的電動機(jī)既能滿足生產(chǎn)工藝過程和工作機(jī)械特性的要求 ,又能符合工作場合的使用環(huán)境條件,同時也能夠盡量考慮到整個使用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、合理、可靠、安全、節(jié)能和環(huán)保。船用電動機(jī)一般選用的是感應(yīng)電動機(jī) ,其同步轉(zhuǎn)速等級 ,當(dāng)電源頻率為 50Hz 的時候 ,有 3000r/min 、1500r/min 、1000r/min 、 750r/min 、600r/min 、500r/min 、電動機(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,船舶電動機(jī)的情況如下 :1) 總電動機(jī)臺數(shù) :91 臺;2) 電動機(jī)的功率范圍 :0.1360kW;3) 電動機(jī)類型 :鼓風(fēng)機(jī)驅(qū)動

4、電動機(jī)、主機(jī)淡水冷卻泵驅(qū)動電動機(jī)、滑油泵驅(qū)動電動機(jī)、海水冷卻泵驅(qū)動電動機(jī)、燃油泵驅(qū)動電動機(jī)、啟動泵驅(qū)動電動機(jī)、排風(fēng)機(jī)驅(qū)動電動機(jī)、消防泵驅(qū)動電動機(jī)、燃油傳輸泵驅(qū)動電動機(jī)、壓縮機(jī)驅(qū)動電動機(jī)等 ;4) 電動機(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 ,船舶電動機(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)電動機(jī) ,可以具有良好的節(jié)能效果。對于卷揚(yáng)裝置和提升機(jī)械在運(yùn)行過程中采用調(diào)速裝置 ,也可以節(jié)約電能 ,但對于恒功率運(yùn)行的電動機(jī) ,

5、 其節(jié)能效果有限。由此可見 ,電動機(jī)的諸多型式的選取過程中 ,應(yīng)參考電動機(jī)實(shí)際驅(qū)動的負(fù)載類型 ,有針對性的進(jìn)行選取。2 船用高效節(jié)能型電動機(jī)主要參數(shù)的計(jì)算與分析研究傳統(tǒng)的船用電動機(jī)一般使用異步電動機(jī),其設(shè)計(jì)過程需要考慮電動機(jī)額定運(yùn)行時的效率、功率因數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩、起動轉(zhuǎn)矩和起動電流等運(yùn)行性能 ,對經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的依賴性很大。為實(shí)現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的高效節(jié)能 , 可使用高效變頻調(diào)速異步電動機(jī) ,而變頻調(diào)速異步電動機(jī)設(shè)計(jì)時 ,需要考慮整個變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行性能 ,電動機(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)動變頻電動機(jī)的設(shè)計(jì)不但要分析異步電動機(jī)的效率 ,功率因數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩等性能參數(shù)在整個調(diào)速范圍內(nèi)的數(shù)值,還需兼顧電動機(jī)的動態(tài)性能。本文依據(jù)典型樣機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算,主要分析了電動機(jī)三圓尺寸、 鐵芯長度、導(dǎo)條材料等參數(shù)對電動機(jī)電磁參數(shù)及性能的影響。下述內(nèi)容均以55kW 高效變頻電動機(jī)為例。2.1 電動機(jī)三圓尺寸對電動機(jī)性能的影響對于 55kW 電動機(jī) ,忽略開槽對電動機(jī)的影響,當(dāng)定子鐵芯外徑變化,其他電動機(jī)尺寸不變時 ,單純考慮主要尺寸變化對電動機(jī)運(yùn)行性能的影響 ,電動機(jī)效率、功率因數(shù)、起動轉(zhuǎn)矩和起動電流等運(yùn)行性能參數(shù)隨電動機(jī)定子鐵芯外徑變化的變化如表 1 所示。2.2 電動機(jī)鐵芯長度對電動機(jī)性能的影響保持電動機(jī)結(jié)構(gòu)及尺寸不變,當(dāng)改變電動機(jī)的鐵芯長度時,電動機(jī)的運(yùn)行性能參數(shù)隨鐵芯長度的變