現代電力電子技術與船舶電氣

張 賓

安徽省蚌埠醫學院第一附屬醫院設備科，安徽 蚌埠 233000

早些年，微電子技術與電力電子技術逐漸走向融合，并在各自的發展基礎上創造出新一代高頻化的集成器件，進一步使電力電子技術由傳統技術向現代化電力電子技術轉變。這種新型的集成器件在功能上具備隨時控制關斷的優勢，而在結構上它主要是由若干個具有相同功能的單元融合而來，在很大程度上拓寬了電力電子技術的覆蓋面。其中，全控型器件品類比較多，但是能夠真正產業化的只有四種：可關斷晶閘管、電力晶體管、功率場控晶體管、和絕緣門級晶體管[1]。這四種器件都有屬于自己的特點和優勢，它們在各自的領域里又都有自己的局限性，在某種程度上，它們形成了一個良性互補的局面，從而為廣大用戶提供更多的選擇。

2 現代電力電子技術在船舶電氣中應用的必要性

現代電力電子技術在船舶電氣中應用的必要性有以下幾點。首先，它是我國電力電子技術發展的必然需求。電力電子技術作為船舶電氣的核心技術，其質量的好壞直接影響到船舶電氣水平。其次，船舶行業要想在當下激烈的市場競爭中站穩腳步和取得主動權，必須要加大對電力電子技術的研究力度，并將其先進的成果應用到船舶電氣中，這樣才能不斷提高核心競爭力。大力發展船舶電力技術還有利于推動國家經濟可持續發展。最后，將電力電子技術應用在船舶電氣中，可有效縮短與國際先進水平之間的距離，同時也有助于提升我國其他制造行業的整體發展速度，從而為相關制造業帶來可觀的經濟效益和社會收益。

3 現代電力電子技術在船舶電氣中的應用分析

3.1 電氣傳動的應用

電氣傳動是現代電力電子技術在船舶電氣中應用的一種[2]。其中繼電接觸器在以往傳統的船舶制造工業上就已經得到廣泛應用。目前船舶上所使用的電動機，大多數是通過容量不同的電磁起動器來控制的。電磁起動器具有很多優點，但它的缺點也是比較明顯的，因為它的關鍵部件是觸頭，所以在開啟的一瞬間可能會產生電弧，輕度的話會燒損觸頭，嚴重的話可能會引起短路，甚至會威脅到整個船舶電力系統的安全運行。要想避免這種不良問題的出現，必須要對起動器的觸頭進行優化，使其不僅能承受較大的電流，而且具備超強的耐磨損和耐電弧燒蝕能力。此外，電氣傳動中的電磁起動器的工作主要是通過電磁機構和其他機械機構來實現的，設計的質量會直接影響設備的穩定運轉，一旦設計不當就會造成嚴重的后果，尤其是那些軍用艦船更容易受到較大的沖擊和振動。為此，很多時候會采用固態起動器來降低不安全系數，這種起動器是沒有觸頭的，所以即使遇到再大的電流也不會產生電弧，從而有效地避免了大電流的沖擊。例如，整個電氣系統采用西門子SIMATIC PLC 、SIMOVERT MASTERDRIVES 交流變頻調速器和船用變頻電機，通過閉環控制，實現了完美的控制效果；系統由Prof i bus DP、MPI、工業以太網三種網絡組成，采用先進的12脈整流技術，并輔以PLC、觸摸屏、計算機等周邊設備，實現本地、遠程（集中）兩種監視和控制功能。系統對電源、保護、連鎖、可逆調速、控制位置轉換、制動、通風、加熱等輔助電路進行控制，并對錨繩的張力、輸出的長度、速度以及電機運行數據等參數進行測量、顯示和處理；具備自動／手動，單機／聯動、自動診斷、自動報警、自動保護、自動控制等功能。

3.2 變頻裝置的應用

目前我國船舶上的主電網頻率均為50Hz，但是也有部分設備的供電要求比較特殊，50Hz對這部分設備來講不符合要求，它們所需要的頻率可能是400Hz。對此，可以利用電動中頻發電機組來實現電頻轉換。然而實際情況中，很多船舶上都是以分散且獨立的中頻電源為相應設備供電，很大程度上會直接影響整體的重量和空間利用，使船舶受到不同程度的損傷，且對船上環境也會產生影響[3]。為此，不管是電壓、頻率精度還是波形都應將噪聲振動指標控制在合理的范圍內，對于船舶制造工藝、各項性能指標等諸多方面也應當采取有效的措施對其進行優化，進一步提高電頻工作的效率和質量，也可以減輕船舶維修保養工作人員的負擔。此外，隨著現代電力電子技術的蓬勃發展，靜態變頻裝置的出現也不是不可能。該種變頻裝置可以大幅度降低噪聲和振動對船舶的影響，所以使用這種變頻裝置有利于船舶的穩定運行。

3.3 整流電源的應用

整流電源是船舶中比較典型的一種蓄電池充放電裝置。該裝置的充電方式可以分為兩種，一種是恒壓，另一種則是恒流。通常情況下這兩種充電方式都是可以采用的，可以有效掌控整流電路并根據電流負載的實際情況進行調整，進一步使可控硅的導通角得到有效控制并輸出。然而這兩種充電方式也存在一定的問題，就是船舶的供電波形往往會隨著裝置輸出頻率的降低而發生變化，整個過程中有可能會產生高次諧波的電流，進而加大船舶的重量和負擔。因此，為了改善這種情況必須設置專門的濾波電容器，通過采用高頻化和全控型電力電子器件可以有效地解決這些問題。此外，船舶的電路往往會采用交—直—直的形式，這不僅可以提高功率因數有效控型器件，還可以控制整流電源的輸出電壓大小，同時再結合直變流器進一步對功率器件的導通進行優化，從而將電流諧波失真率變得最小，使現代電力電子技術在船舶電氣中得到有效利用。

3.4 UPS裝置的應用

隨著電力電子技術在船舶上的廣泛應用，各類設備和系統結構也變得越來越復雜化，其功能也變得越來越多，這也對電源方面提出了更高的要求[4]。其中UPS裝置作為一種新型的電源裝置，一旦正常電網供電失效，它就可以利用蓄電池組再次進行電能轉換，進一步通過動力或者是電站控制系統持續供電，從而確保船舶中一些薄弱的地方在一定時間內依然可以正常運行。而UPS裝置的工作原理其實很簡單，當電網正常供電時利用整流穩壓來獲取較為穩定的直流輸出，而一旦電網出現失效蓄電池組就會持續地進行放電，倘若放電過程中需要輸出交流，就會通過逆變環節將輸出的直流變為交流，進一步滿足船舶的用電需求。此外，UPS裝置已被廣泛應用在船舶中，且技術也十分成熟，這也正是現代電力電子技術應用于船舶電氣的價值，從而使UPS裝置在船舶上發揮出最大的作用。

4 結語

我國社會經濟的快速發展，推動了現代電力電子技術的進步，該技術也被廣泛應用于船舶電氣中，實現了良好的應用效果，從而也推動了整個船舶行業的快速發展和進步。因此，在未來的工作中，還需要對電力電子技術進行進一步優化和創新，以滿足行業發展的需求，實現社會的快速發展。