基于在船舶电力拖动中变频调速技术的应用研究

吴俊 王江涛

摘要：在船舶控制中，電力拖动系统的应用价值较高，能够提高机械控制能力，满足多场景应用要求。本文以变频调速技术应用为研究出发点，首先对调速技术的基本原理、控制原理进行分析，在此基础上，明确电压与频率设置的重要性。其次，论述船舶电力拖动中变频调速技术的应用路径，最后取得了较为明显的研究成果，提高了船舶电力拖动系统运行稳定性。

关键词：船舶;电力拖动;变频调速技术;应用

前言：近年来，随着信息技术发展，在船舶电力拖动中使用变频调速技术成为可能。在开展船舶电力拖动中，相关人员应分析目前技术应用情况，对其基本原理和控制方式进行明确，并通过多种技术方式，确保变频调速技术被合理应用。

1变频调速技术

1.1基本原理与控制原理

以下对变频调速技术的基本原理和控制原理进行说明。目前，应用较为广泛的变频方式是交流电—直流电-交流电。其基本原理是将50Hz的交流整流为直流电Ud，再通过三相逆变器，将直流逆变为可调节的三相交流，供给鼠笼电机，实现变频调速目标[1]。

变频调速控制器的主电路包括QF1空气开关、交流接触器KM1和变频器VF。具体运行控制上，需要配合使用转换开关SA、复位开关SB和停止开关SB2，通过上述开关能够控制变频器VF。在电力拖动控制中，当需要对VF进行启动时，需要首先合上QF1和QF2，确保SA处于启动位置上。KM1会带动电子触点闭合，此时HL2指示灯亮起;此外，也可按下SB1使得KA1带电触点处于闭合状态，当VF运行时，电源指示灯HL3亮起。在船舶电力拖动控制中，不确定因素较多，为提高操作安全性与稳定性，需要在每台变频器上加装旁路接触器KM2。 1.2电压与频率

在控制类型角度分析，电动机变频调速系统大部分设计为转速开环，在具体控制过程中会应用三相可控整流器，同时需要考虑直流电压。现阶段，应用较为广泛的直流电压源逆变器为VSI，可通过该逆变器控制调速频率。

由于控制整流器输出电压与逆变器的输出频率为带有正值的信号电压，为达到理想的控制效果，需要对绝对值变换器GAB进行约束。GAB通过两路控制整流器的输出电压和逆变器的输出频率，在具体控制环境中，由于采用了同一控制信号，因此，能够确保电压和频率具有协调性。

2船舶电力拖动中变频调速技术应用

2.1控制方式

在船舶电力拖动中，使用的变频器型号为TD2000，通过执行不同命令控制方式，并结合卸油泵工作性质，对电气设备进行了布置。例如，在某电力拖动系统设计中，相关人员对控制方式进行了优化，以变频器控制端子，对设定信号进行输入，通过多种方式对端子进行控制，其中包括VRF-GND、VCI-GND、FWD-COM。通过对上述控制方式进行转换后，能够满足变频器控制要求，确保变频调速技术在船舶电力拖动中被高效使用。

对不同控制方式的电压值进行说明：VRF-GND使用的外接频率设定电源为10V，为直流电。VCI-GND需要模拟电压频率完成对相关数据的输出与设定，其中输入范围值0～10V，直流电压。FWD-COM运行控制方式，主要的应用场景是运行控制和停止操作。

实际应用中，对电动机变频调速系统的调整范围较大，并且调速具有良好的平滑性。在具体操作中，相关人员需要对控制方式进行合理选择，根据船舶类型和电力拖动目的，对相关参数进行设计。同时，在控制过程中，也需要关注机械负载共振点，对其振动较大的问题提高关注力度，并控制其运行温度，以达到较为平稳的控制要求。在变频控制过程中，有时会出现十分刺耳的声音，其主要原因是控制方式选择错误，未能根据系统要求，对控制方案进行优化。因此，在调速变频技术应用过程中，相关人员应重点考虑其工作环境，根据不同作业条件，对系统控制方式进行优化，使得系统应用性能达到设计标准[2]。

2.2控制步骤

变频器的控制步骤具体包括以下方面：首先按照基本配线图做好常规接线，并对结果进行检查，当各项参数均满足条件后，方可进行上电操作。随后使用PRG键进入到编程状态，并在操作面板上，对各种参数进行定义，使得操作流程更加规范。当上述定义完成后，相关人员需要使用PRG键返回到停机状态。其次需要按下启动按钮，使得中间继电器K得到电力供应。当船舶电力拖动系统开始工作时，应在监控台上对电位器进行调节，并对运行频率进行控制，使得相关的参数变化可在显示器长呈现出来，以达到预期控制目标。

此时，为确保电机安全稳定运行，相关人员应继续调节电位器，并对油泵电机的频率和运行状况进行分析，使得电机处于正常工作状态。当上述条件被满足后，油泵电机的频率被加速到50Hz，此时电机正常工作。在无需控制电力拖动系统时，只要断开K开关，则电机出现减速，直到完全停止。

在控制步骤中，相关人员也需要考虑技术升级问题，对其中应用的先进技术进行分析，使得系统应用效果达到行业领先水平。试验表明，在控制过程中，对关键步骤进行调整，注重缩短时间和速度，能够提高变频调速能力。此外，在调速技术的应用环节，应重视对调试范围和系统进行分析，了解技术的应用优势，使得船舶电力拖动作业高效开展。

2.3性能分析

在船舶电力拖动系统中，需要对变频调速技术的应用效果进行明确，了解系统应用性能。试验表明，在监控平台上以顺时针方向调节电位器、可提高电机的运行频率，使得相关参数从0值达到50Hz，此时，电动机的频率达到最大化。变频调速系统的性能良好，其调速范围广、调速平滑性良好，并且加减速时间短，从0值到50Hz仅仅需要50s。此外，分析后可知，时间与输出频率之间呈现出明显的线性相关性。

此外，系统运行较为稳定，能够满足船舶电机机械性能可靠要求。目前，在电力拖动中使用较为广泛的变频调速方式为三相异步电动机。为进一步分析电动机各参数与系统性能之间关系，有必要对电动机机械特性与转矩之间的表达式进行明确，二者的关系可利用线性关系n=f（M）表达。本次研究中使用的电机为卸油泵电机，在开展电力拖动工作时，其机械特性的参数表达式：

根据公式，已知条件n=n0（1-s）及 ，将其带入到公式中，可知f11>f12>f14.通过上述分析，可知电动机具有较为强硬的机械性能，其各项指标均良好，能够满足系统稳定运行要求。

在船舶电动机进行调速的过程中，相关人员需要关注油泵电动机的启动过程，对电位器进行调节，并严格控制频率，对其初始频率与最大频率进行控制。在本次研究中，电动机的启动电流较小，根据分析结果，其电流值只有16A，然而在后期运行中，电流值随着电动机的转速上升而提高，其稳定值会固定在50A。上述频率电流能够对系统进行保护，使得电力拖动系统工作正常，并减少对电机的机械冲击，确保其达到平稳启动的目标[3]。

现阶段，随着半导体变流技术发展，一些性能更为良好的变频技术和方式不断涌现，相关人员应做好技术升级工作，使得变频调速技术在船舶电动控制中应用更加高效，并节约成本，提高运行管理效率。

结束语：综上所述，本文从变频调速技术的应用原理出发，对其基本原理与控制理念进行分析，并且研究了电压和电流对变频技术产生的具体影响。根据上述研究成果，提出了在船舶电力拖动系统中使用变频调速技术的观点。通过对变频调速系统控制方式、控制步骤和应用性能的分析，证明了变频调速技术的应用效果。文章研究也可为行业相关人员提供理论参考，以更好开展基于变频调速理论的系统控制工作。

参考文献：

[1]杨忠安，甘海云，朱春伟.变频器在电力拖动系统中的应用[J].机电工程技术，2019，48（02）：97-99.

[2]苗立伟.电机拖动中变频调速技术的实际应用分析[J].教育教学论坛，2020，No.454（08）：177-178.

[3]李定川.变频调速技术在电力系统中的应用综合分析[J].变频器世界，2020（02）：45-52.