变频器在挖泥船上的应用

马忠贤 丁琪

摘 要：在当今的社会，我国船舶工业的建设更加趋近于智能化，针对挖泥船中存在着一部分工作效能问题，可以通过变频器的自动处理手段来提高效率，这对于挖泥船的高效生产有着举足轻重的作用。

关键词：变频器；挖泥船；高效生产

1 变频器的发展

变频器可以将一个频率的电流根据需要转化为另一个频率，实现交-交的转换，该器件还可以改变电压。传统上，这些装置是被包含于电力电子的范畴之中。随着固态电子器件的出现，已经有可能构建完全电子变频器，还使用具有汞弧整流器或真空管的装置。这些装置通常包括整流器级，产生直流电，然后将其反相以产生所需频率的交流电。逆变器可以使用晶闸管，IGCT或IGBT。如果需要电压转换，则变压器通常将在交流输入或输出电路中并且该变压器还可以在输入和输出交流电路之间提供电流隔离，还可以将电源添加到直流电路以改善转换器在输入功率中短暂中断的跨越，变频器的功率处理能力从几瓦到兆瓦不等。变频器涉及非常小的电子设计和部件的研究和制造加工，可能会达到微米级或更小，这些器件通常由半导体材料制成。电子设计的许多部件可以以变频器技术生产获得，包括晶体管、电容器、电感器、电阻器、二极管等电子器件都是变频器技术的产物。诸如布线、焊接等技术也常常用于变频器学中，这种技术需要专门的设备并且成本是昂贵的。变频器技术工程通过现代化的技术，将电流的获取处理作为核心，将电子设备制造作为动力，将信息系统集成于所要控制的机器中，进行设计与开发。变频器技术应用广泛，专业性强，为科技发展提供了充足的源动力。

2 变频器的工作原理及应用

用功率半导体开关和脉宽调制（PWM）来控制相电压，半导体开关器件和反并联连接的续流二极管形成桥，其可以将每个电动机相连接到正或负直流链路电势。PWM改变正和负直流链路电势之间相的连接，使得基波电压具有期望的频率和幅度。除了将大量功率从一种分配标准转换为另一种分配标准的应用之外，变频器还用于控制AC电动机的速度和扭矩。在本应用中，最典型的变频器拓扑结构是三相两电平電压源逆变器。使电机主要对基频起反应，并滤除谐波频率的影响。另一个应用是在航空航天和航空工业，通常飞机使用400Hz频率，因此需要50Hz或60Hz至400Hz的变频器用于在飞机在地面时提供动力的地面装置。航空公司还可以利用转换器向乘客提供空中墙壁电流以用于笔记本电脑等。在可再生能源系统中，变频器是用于现代多兆瓦级风力涡轮机中的双馈感应发电机（DFIG）的重要组成部分。变频器通常用于控制电机，主要是泵和风扇的速度。在许多应用中，实现了显着的能量效率提升。最严格的应用领域存在于工业加工线上，其中控制精度要求可以非常高，这在核电和武器工业中尤其如此，其中这些装置调节精制离心机的操作，HVDC系统可以用作大负载的变频器。

3 变频器在挖泥船上的应用分析

电力变频驱动绞吸挖泥船除舱内泵由柴油机通过齿轮箱直接驱动，其他主要施工机械都采用了电力变频驱动，包括水下泥泵、绞刀、横移锚绞车、桥架绞车和抛锚杆起锚绞车等。 在使用中，应该加强滤波的环节，谐波的消除或衰减可以通过各种技术，成本和应用来实现。首先，功率因数校正电容器无法彻底去除谐波，它们需要被去调谐，需要一些工程和定制设计，负载变化可能需要重复工程过程。有源滤波器效果较好，但是昂贵和复杂。有源滤波器数字地产生和控制无功功率以消除谐波，使用这种技术可以获得一些其他好处，但都需要大量的成本。较好的策略是通过使用大容量电容滤波，这种方法作用机理很清楚，成本也较低。电力变频驱动的主要优点有，动力的传输用电缆代替了液压管路，减小了因液压传输产生振动与噪声，和 因管路泄漏而产生的环境污染。电力变频驱动的过载能力优异，在环境温度40℃时可以做到每5分钟内可以有1分钟50%过载。可以很容易使水下泥泵在一定转速范围内实现恒扭距和超过额定转速恒功率 的性能要求。用于发电的柴油机转速恒定，可以在最经济燃油消耗的转速下工作，所以柴油机的燃油消耗最合理。变频器还可以指将特定频率下的挖泥船的工作信号转换为另一频率的低得多的电路，特别是在超外差接收机中。该电路通常包括本地振荡器和混频器（模拟乘法器），其从输入和本地振荡器产生和和差频，其中一个（中频）将被需要用于进一步放大，而其他的被滤出，通过单管中的五栅极转换器或三极管和六极管可以获得相同的结果。电力变频驱动的能量转换效率高，柴油机到发电机的效率一般为95%，发电机到电动机的效率一般亦为95%，所以电力变频驱动的总效率一般可达90%左右。通过变频器的使用，可以很容易实现对各个用电器的功率控制和调整，所以 柴油机的有效功率可以得到最大的利用。

4 总结与展望

为了将船舶的作用能效最大地展现出来，优化船舶工业的工作效率与高质量产能，需要加强管理，利用专门人才、高新技术来加强变频器技术，这也是传播工业的工作重心之一。在船舶的生产中，变频器技术起到了举足轻重的作用，结合实时的信息与数据，精准的、有针对性的对挖泥船的设计进行优化分析，变频器技术将会是未来船舶制造工程的一只尖兵。通过相关开发部门和技术人员的共同努力，船舶工业将会有着长足的发展，我国的海上安全与建设将会得到更加切实的保障。挖泥船中的变频器也是船舶工业中一个必不可少的设备，在船舶工业高速发展的这几年，我国将凭借更加高效的自动化管理，屹立于世界船舶工业产能最大、效率最高的强国之中。

参考文献

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（作者单位：1.上海交通建设总承包有限公司；2.中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司）