船用高效節(jié)能電動機技術(shù)研究

導語：船用高效節(jié)能電動機技術(shù)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：文章分析了電動機三圓尺寸、鐵芯長度、導條材料等對電動機電磁參數(shù)和性能的影響，并據(jù)此設(shè)計高效節(jié)能的電動機。

關(guān)鍵詞：高效節(jié)能;轉(zhuǎn)矩;變頻

據(jù)統(tǒng)計，在船舶配套設(shè)備中，主機約占25%～30％，導航、機艙自動化類設(shè)備約占30％，輔機設(shè)備約占40%～45％。船舶輔機設(shè)備節(jié)能、環(huán)保與高效已經(jīng)成為當前世界船舶工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)研究熱點之一。與發(fā)達國家相比，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)行使用的電動機的平均效率僅為87%，該效率水平相當于國際電工委員會(IEC)能效標準的最低一級，即IE1效率等級。因此，研究高效、節(jié)能、環(huán)保的船舶電動機，開發(fā)新型輔機設(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)、高附加值船舶輔機設(shè)備的發(fā)展趨勢，也是為我國船舶輔機設(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船用電動機的形式和主要參數(shù)分析研究

1.1船用電動機分類。船用電動機作為船舶上各種機械設(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)系到船舶整體的運行成本。船舶電動機按照類型可分為感應電動機（普通感應電動機，變頻器驅(qū)動感應電動機等），同步電動機（普通同步電動機、永磁同步電動機等）等。電動機按照功率的大小或者機座號或電壓等級進行分類，一般可以分為微特電動機、小功率電動機、小型電動機、中型電動機和大型電動機等。1.2船用電動機的選用原則。一般應根據(jù)預期使用目的、使用時的環(huán)境條件和運行條件及必要的要求等來選擇電動機的種類和規(guī)格，使所選用的電動機既能滿足生產(chǎn)工藝過程和工作機械特性的要求，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、合理、可靠、安全、節(jié)能和環(huán)保。船用電動機一般選用的是感應電動機，其同步轉(zhuǎn)速等級，當電源頻率為50Hz的時候，有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min、600r/min、500r/min、電動機實際使用要根據(jù)負載特性進行選取。以一艘典型散貨船為例，船舶電動機的情況如下：1）總電動機臺數(shù)：91臺；2）電動機的功率范圍：0.1~360kW；3）電動機類型：鼓風機驅(qū)動電動機、主機淡水冷卻泵驅(qū)動電動機、滑油泵驅(qū)動電動機、海水冷卻泵驅(qū)動電動機、燃油泵驅(qū)動電動機、啟動泵驅(qū)動電動機、排風機驅(qū)動電動機、消防泵驅(qū)動電動機、燃油傳輸泵驅(qū)動電動機、壓縮機驅(qū)動電動機等；4）電動機消耗的功率占發(fā)電機功率比例：航行狀態(tài)：54%，壓載狀態(tài)：60%，機動狀態(tài)：56%，裝卸貨狀態(tài)：62%，靠港狀態(tài)：29%。由上述統(tǒng)計可見，船舶電動機種類繁多，但主要的負載類型為風機、泵類負載，該類型的負載的工作流量需要變化，采用調(diào)速運行的感應電動機，可以具有良好的節(jié)能效果。對于卷揚裝置和提升機械在運行過程中采用調(diào)速裝置，也可以節(jié)約電能，但對于恒功率運行的電動機，其節(jié)能效果有限。由此可見，電動機的諸多型式的選取過程中，應參考電動機實際驅(qū)動的負載類型，有針對性的進行選取。

2船用高效節(jié)能型電動機主要參數(shù)的計算與分析研究

傳統(tǒng)的船用電動機一般使用異步電動機，其設(shè)計過程需要考慮電動機額定運行時的效率、功率因數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩、起動轉(zhuǎn)矩和起動電流等運行性能，對經(jīng)驗參數(shù)的依賴性很大。為實現(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，而變頻調(diào)速異步電動機設(shè)計時，需要考慮整個變頻調(diào)速系統(tǒng)的運行性能，電動機的設(shè)計要與系統(tǒng)相匹配。因此，船用高效節(jié)能型輔機驅(qū)動變頻電動機的設(shè)計不但要分析異步電動機的效率，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，還需兼顧電動機的動態(tài)性能。本文依據(jù)典型樣機的設(shè)計計算，主要分析了電動機三圓尺寸、鐵芯長度、導條材料等參數(shù)對電動機電磁參數(shù)及性能的影響。下述內(nèi)容均以55kW高效變頻電動機為例。對于55kW電動機，忽略開槽對電動機的影響，當定子鐵芯外徑變化，其他電動機尺寸不變時，單純考慮主要尺寸變化對電動機運行性能的影響，電動機效率、功率因數(shù)、起動轉(zhuǎn)矩和起動電流等運行性能參數(shù)隨電動機定子鐵芯外徑變化的變化如表1所示。上述三個表格可以看出，定轉(zhuǎn)子內(nèi)外徑對電動機運行性能的影響很大，而鐵芯長度對其影響相對較小，除考慮上述因素外，還需從定子鐵芯材料的消耗、損耗和價格整體方面綜合考慮。轉(zhuǎn)子導條一般采用四種材料：鑄鋁、鑄銅、鋁導條和銅導條四種。通常小型電動機多采用鑄鋁轉(zhuǎn)子，價格優(yōu)廉，且能滿足工程實際對轉(zhuǎn)子各方面性能的需求。而鑄銅轉(zhuǎn)子考慮經(jīng)濟適用性，小型電動機很少適用，一般多用在中大型電動機上。在選擇導條材料時，需要保證足夠的起動轉(zhuǎn)矩，對鑄鋁轉(zhuǎn)子往往要求選擇高阻鋁合金。而銅導條由于材質(zhì)不同，電阻率也不同，選擇范圍相對較廣泛。對于55kW電動機，采用磁路法分析得到不同材料轉(zhuǎn)子導條的電動機起動性能參數(shù)如表4所示。鑄鋁材料，電導率為5.810S/m為銅材料。可以看到隨著電導率的增加，導條的電阻減小，銅耗就減小，電動機效率就增加，從這個角度出發(fā)，電動機采用鑄銅轉(zhuǎn)子導條較好，但是電動機的起動轉(zhuǎn)矩會降低，不利于電動機過載能力。因此，轉(zhuǎn)子導條的選擇需同時考慮提高起動轉(zhuǎn)矩和降低損耗，提高電動機效率，這是相互矛盾的。綜合考慮，若要增加堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，就必須增加導條電阻，同時損耗也隨之增加。降低導條電流也能起到降低損耗的的作用，應具體分析導條中哪項損耗所占比重較大，便于取舍。轉(zhuǎn)子的損耗影響電動機效率，因此，在滿足起動轉(zhuǎn)矩的情況下應優(yōu)先考慮效率。

3結(jié)束語

高效節(jié)能型電動機的設(shè)計過程中應綜合考慮電動機的三圓尺寸、鐵芯長度、導條材料等主要參數(shù)，在對各參數(shù)進行計算的基礎(chǔ)上，分析得出其主要影響參數(shù)。最終實現(xiàn)電動機高效節(jié)能。

參考文獻

[1]GB/T18613-2012,中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級

[2]GB/T1032-2012,三相異步電動機試驗方法

[3]GB755-2008,旋轉(zhuǎn)電機定額和性能

作者:龐博 單位:中國船級社天津分社