基于在船舶電力拖動中變頻調速技術的應用研究

吳俊 王江濤

摘要：在船舶控制中，電力拖動系統的應用價值較高，能夠提高機械控制能力，滿足多場景應用要求。本文以變頻調速技術應用為研究出發點，首先對調速技術的基本原理、控制原理進行分析，在此基礎上，明確電壓與頻率設置的重要性。其次，論述船舶電力拖動中變頻調速技術的應用路徑，最后取得了較為明顯的研究成果，提高了船舶電力拖動系統運行穩定性。

關鍵詞：船舶;電力拖動;變頻調速技術;應用

前言：近年來，隨著信息技術發展，在船舶電力拖動中使用變頻調速技術成為可能。在開展船舶電力拖動中，相關人員應分析目前技術應用情況，對其基本原理和控制方式進行明確，并通過多種技術方式，確保變頻調速技術被合理應用。

1變頻調速技術

1.1基本原理與控制原理

以下對變頻調速技術的基本原理和控制原理進行說明。目前，應用較為廣泛的變頻方式是交流電—直流電-交流電。其基本原理是將50Hz的交流整流為直流電Ud，再通過三相逆變器，將直流逆變為可調節的三相交流，供給鼠籠電機，實現變頻調速目標[1]。

變頻調速控制器的主電路包括QF1空氣開關、交流接觸器KM1和變頻器VF。具體運行控制上，需要配合使用轉換開關SA、復位開關SB和停止開關SB2，通過上述開關能夠控制變頻器VF。在電力拖動控制中，當需要對VF進行啟動時，需要首先合上QF1和QF2，確保SA處于啟動位置上。KM1會帶動電子觸點閉合，此時HL2指示燈亮起;此外，也可按下SB1使得KA1帶電觸點處于閉合狀態，當VF運行時，電源指示燈HL3亮起。在船舶電力拖動控制中，不確定因素較多，為提高操作安全性與穩定性，需要在每臺變頻器上加裝旁路接觸器KM2。 1.2電壓與頻率

在控制類型角度分析，電動機變頻調速系統大部分設計為轉速開環，在具體控制過程中會應用三相可控整流器，同時需要考慮直流電壓?，F階段，應用較為廣泛的直流電壓源逆變器為VSI，可通過該逆變器控制調速頻率。

由于控制整流器輸出電壓與逆變器的輸出頻率為帶有正值的信號電壓，為達到理想的控制效果，需要對絕對值變換器GAB進行約束。GAB通過兩路控制整流器的輸出電壓和逆變器的輸出頻率，在具體控制環境中，由于采用了同一控制信號，因此，能夠確保電壓和頻率具有協調性。

2船舶電力拖動中變頻調速技術應用

2.1控制方式

在船舶電力拖動中，使用的變頻器型號為TD2000，通過執行不同命令控制方式，并結合卸油泵工作性質，對電氣設備進行了布置。例如，在某電力拖動系統設計中，相關人員對控制方式進行了優化，以變頻器控制端子，對設定信號進行輸入，通過多種方式對端子進行控制，其中包括VRF-GND、VCI-GND、FWD-COM。通過對上述控制方式進行轉換后，能夠滿足變頻器控制要求，確保變頻調速技術在船舶電力拖動中被高效使用。

對不同控制方式的電壓值進行說明：VRF-GND使用的外接頻率設定電源為10V，為直流電。VCI-GND需要模擬電壓頻率完成對相關數據的輸出與設定，其中輸入范圍值0～10V，直流電壓。FWD-COM運行控制方式，主要的應用場景是運行控制和停止操作。

實際應用中，對電動機變頻調速系統的調整范圍較大，并且調速具有良好的平滑性。在具體操作中，相關人員需要對控制方式進行合理選擇，根據船舶類型和電力拖動目的，對相關參數進行設計。同時，在控制過程中，也需要關注機械負載共振點，對其振動較大的問題提高關注力度，并控制其運行溫度，以達到較為平穩的控制要求。在變頻控制過程中，有時會出現十分刺耳的聲音，其主要原因是控制方式選擇錯誤，未能根據系統要求，對控制方案進行優化。因此，在調速變頻技術應用過程中，相關人員應重點考慮其工作環境，根據不同作業條件，對系統控制方式進行優化，使得系統應用性能達到設計標準[2]。

2.2控制步驟

變頻器的控制步驟具體包括以下方面：首先按照基本配線圖做好常規接線，并對結果進行檢查，當各項參數均滿足條件后，方可進行上電操作。隨后使用PRG鍵進入到編程狀態，并在操作面板上，對各種參數進行定義，使得操作流程更加規范。當上述定義完成后，相關人員需要使用PRG鍵返回到停機狀態。其次需要按下啟動按鈕，使得中間繼電器K得到電力供應。當船舶電力拖動系統開始工作時，應在監控臺上對電位器進行調節，并對運行頻率進行控制，使得相關的參數變化可在顯示器長呈現出來，以達到預期控制目標。

此時，為確保電機安全穩定運行，相關人員應繼續調節電位器，并對油泵電機的頻率和運行狀況進行分析，使得電機處于正常工作狀態。當上述條件被滿足后，油泵電機的頻率被加速到50Hz，此時電機正常工作。在無需控制電力拖動系統時，只要斷開K開關，則電機出現減速，直到完全停止。

在控制步驟中，相關人員也需要考慮技術升級問題，對其中應用的先進技術進行分析，使得系統應用效果達到行業領先水平。試驗表明，在控制過程中，對關鍵步驟進行調整，注重縮短時間和速度，能夠提高變頻調速能力。此外，在調速技術的應用環節，應重視對調試范圍和系統進行分析，了解技術的應用優勢，使得船舶電力拖動作業高效開展。

2.3性能分析

在船舶電力拖動系統中，需要對變頻調速技術的應用效果進行明確，了解系統應用性能。試驗表明，在監控平臺上以順時針方向調節電位器、可提高電機的運行頻率，使得相關參數從0值達到50Hz，此時，電動機的頻率達到最大化。變頻調速系統的性能良好，其調速范圍廣、調速平滑性良好，并且加減速時間短，從0值到50Hz僅僅需要50s。此外，分析后可知，時間與輸出頻率之間呈現出明顯的線性相關性。

此外，系統運行較為穩定，能夠滿足船舶電機機械性能可靠要求。目前，在電力拖動中使用較為廣泛的變頻調速方式為三相異步電動機。為進一步分析電動機各參數與系統性能之間關系，有必要對電動機機械特性與轉矩之間的表達式進行明確，二者的關系可利用線性關系n=f（M）表達。本次研究中使用的電機為卸油泵電機，在開展電力拖動工作時，其機械特性的參數表達式：

根據公式，已知條件n=n0（1-s）及 ，將其帶入到公式中，可知f11>f12>f14.通過上述分析，可知電動機具有較為強硬的機械性能，其各項指標均良好，能夠滿足系統穩定運行要求。

在船舶電動機進行調速的過程中，相關人員需要關注油泵電動機的啟動過程，對電位器進行調節，并嚴格控制頻率，對其初始頻率與最大頻率進行控制。在本次研究中，電動機的啟動電流較小，根據分析結果，其電流值只有16A，然而在后期運行中，電流值隨著電動機的轉速上升而提高，其穩定值會固定在50A。上述頻率電流能夠對系統進行保護，使得電力拖動系統工作正常，并減少對電機的機械沖擊，確保其達到平穩啟動的目標[3]。

現階段，隨著半導體變流技術發展，一些性能更為良好的變頻技術和方式不斷涌現，相關人員應做好技術升級工作，使得變頻調速技術在船舶電動控制中應用更加高效，并節約成本，提高運行管理效率。

結束語：綜上所述，本文從變頻調速技術的應用原理出發，對其基本原理與控制理念進行分析，并且研究了電壓和電流對變頻技術產生的具體影響。根據上述研究成果，提出了在船舶電力拖動系統中使用變頻調速技術的觀點。通過對變頻調速系統控制方式、控制步驟和應用性能的分析，證明了變頻調速技術的應用效果。文章研究也可為行業相關人員提供理論參考，以更好開展基于變頻調速理論的系統控制工作。

參考文獻：

[1]楊忠安，甘海云，朱春偉.變頻器在電力拖動系統中的應用[J].機電工程技術，2019，48（02）：97-99.

[2]苗立偉.電機拖動中變頻調速技術的實際應用分析[J].教育教學論壇，2020，No.454（08）：177-178.

[3]李定川.變頻調速技術在電力系統中的應用綜合分析[J].變頻器世界，2020（02）：45-52.