摘 要 本文討論了在游船推動(dòng)系統(tǒng)中采用交流變頻傳動(dòng)取代直流傳動(dòng)的可行性 　　并通過實(shí)際應(yīng)用證明了該方案是完全可行的并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 　　關(guān)鍵詞 船用推進(jìn) 交流變頻傳動(dòng) 直流傳動(dòng) 噪音污染 經(jīng)濟(jì)效益 　　引 言 　　近幾年是隨著人們生活水平的日益提高和水上旅游業(yè)的發(fā)展，小型游艇在國內(nèi)悄然升起。在傳統(tǒng)的船用推進(jìn)系統(tǒng)中，以往普遍采用柴油機(jī)（汽油機(jī)）直接推進(jìn)，旅游業(yè)的發(fā)展首先帶來的是環(huán)保的問題，各地方的水域管理對環(huán)境污染的控制要求越來越高。為滿足環(huán)保的需要和提高游艇的舒適度（震動(dòng)和噪音），因此直流電動(dòng)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)在小型游艇上得到大力的推廣，該傳動(dòng)模式既有明顯的優(yōu)式，但也有明顯的劣勢。 　　隨著近年交流變頻調(diào)速技術(shù)的迅猛發(fā)展和穩(wěn)定成熟，眾多廠家紛紛嘗試采用新技術(shù)取代原有的控制模式以改善原直流系統(tǒng)的缺點(diǎn)。珠海某船舶制造有限公司率先在其生產(chǎn)的游船中采用交流變頻拖動(dòng)技術(shù)，并取得了成功。 　　原游船系統(tǒng)介紹： 　　珠海某船舶制造有限公司是專業(yè)的玻璃鋼游船和公務(wù)用艇制造公司，該公司原制造的電動(dòng)船普遍采用直流推進(jìn)系統(tǒng)（蓄電池+控制器+直流電動(dòng)機(jī)）帶動(dòng)螺旋槳作為動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)（見電氣控制與結(jié)構(gòu)圖），采用工業(yè)電瓶作為系統(tǒng)的主動(dòng)力電源。 　　原系統(tǒng)特點(diǎn)： 　　A、直流拖動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)成熟，該系統(tǒng)有近60年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)成熟。 　　B、該系統(tǒng)采用直流電機(jī)，拖動(dòng)扭矩大，機(jī)械特性硬，帶負(fù)載能力強(qiáng)。 　　C、該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬而且靈活但該系統(tǒng)也有明顯的缺點(diǎn)，表現(xiàn)如下： 　　D、系統(tǒng)體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間體積大，價(jià)格高。 　　E、系統(tǒng)因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障點(diǎn)較多，維護(hù)困難。 　　F、該系統(tǒng)若發(fā)生故障，現(xiàn)場維修困難，周期長而且維修費(fèi)用較高 　　G、該系統(tǒng)工作時(shí)振動(dòng)和噪音較大，達(dá)不到低噪音環(huán)保要求，對旅游業(yè)來說影響了游客和操作人員的身體健康。 　　H、對高檔游船來說，缺乏對VIP客戶和高檔消費(fèi)群體的吸引力。 　　綜合考慮以上因素，我們可以判斷該系統(tǒng)是相對理想的動(dòng)力推動(dòng)系統(tǒng)，但其缺點(diǎn)也是造船廠和用戶所頭痛的。該船舶制造公司作為一個(gè)專業(yè)化的船舶制造公司一直注重新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用和推廣，該公司一直緊盯傳動(dòng)技術(shù)的最新發(fā)展：隨著交流變頻技術(shù)的發(fā)展和成熟 ，越來越多的領(lǐng)域采用了交流變頻拖動(dòng)技術(shù)：如在鋼鐵領(lǐng)域，風(fēng)機(jī)泵類，軍用雷達(dá)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，軍艦艦炮旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)等。在以上領(lǐng)域，交流變頻調(diào)速以其結(jié)構(gòu)簡單，體積小，價(jià)格低，故障率低等特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。那在船用螺旋槳推動(dòng)系統(tǒng)中是不是也可以采用呢，廠方在進(jìn)行了深入的技術(shù)論證后，認(rèn)為采用交流變頻拖動(dòng)取代直流拖動(dòng)系統(tǒng)是完全可行的。 　　2005年4月份，該船舶制造有限公司決定在內(nèi)河游船上采用交流變頻調(diào)速作為船舶的主推進(jìn)，相關(guān)技術(shù)參數(shù)和要求如下： 　　1、該船船長：16.0m，型寬：4.10m，型深：1.35m，吃水：0.65m,排水量：16t，乘員：32人，船速要求：12km/h。 　　2、電動(dòng)機(jī)參數(shù)（2臺(tái)）：型號(hào)YTSP180L—8 ，額定電壓AC380V，額定頻率50Hz，標(biāo)稱功率11KW，額定電流26A，恒轉(zhuǎn)矩頻率范圍3—50Hz，恒功率頻率范圍50—100Hz。 　　3、 變頻系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)（2套）： 采用兩路電源輸入，一路采用進(jìn)口三相交流柴油發(fā)電機(jī)組（27KW，AC380V，48.8A，50Hz）整流成DC560V；另一路為備用蓄電池組（12V，150Ah，47組串聯(lián)成DC564V） 　　4、 交流變頻調(diào)速可在駕駛臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，駕駛臺(tái)配備相關(guān)控制板，控制板具有工作顯示和操縱控制功能。 　　·可行性分析 　　隨后該船舶公司和相關(guān)變頻器廠商進(jìn)行了廣泛的聯(lián)系和技術(shù)應(yīng)用交流，最終煙臺(tái)惠豐電子有限公司以最佳解決方案勝出： 　　1 、根據(jù)我們采用的8級電機(jī)作為主推進(jìn)電機(jī)，判定該系統(tǒng)需要低速大扭矩來驅(qū)動(dòng)，通常變頻器是按照4級電機(jī)來設(shè)計(jì)的，8級電機(jī)的額定扭矩約為140N.M ，綜合考慮驅(qū)動(dòng)力矩和電氣容量的要求，建議我們采用15KW的變頻系統(tǒng)，為達(dá)到快速靈敏減速和停船控制要求，建議外加制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。 　　2 、變頻器的安裝和防護(hù)問題：考慮到變頻器的使用環(huán)境，針對湖面和水面的高潮濕環(huán)境進(jìn)行特殊防潮處理，但對防水還是不能有效防護(hù)，建議我們在安裝時(shí)要做好防水。 　　3 、電機(jī)的散熱問題：8級電機(jī)本身轉(zhuǎn)速低，當(dāng)變頻器在低速運(yùn)行時(shí)，有可能導(dǎo)致電機(jī)溫升變高，要考慮冷卻通風(fēng)問題（采用自帶冷卻風(fēng)機(jī)）。 　　該方案綜合考慮了電氣傳動(dòng)方面的要求并結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際工況對潛在的安全隱患，惠豐公司提出了合理的問題解決方案。 　　根據(jù)惠豐公司的建議結(jié)合我們原定的技術(shù)方案，我們采用了以下的電氣控制方案（附電氣控制與結(jié)構(gòu)圖）： 　 　　圖1 游艇電氣控制與結(jié)構(gòu)圖 　　采用柴油發(fā)電機(jī)組為整個(gè)系統(tǒng)提供電力，輸出AC380/50Hz的交流電，蓄電池組作為備用電源當(dāng)發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)異常時(shí)對外提供應(yīng)急電力，變頻器和電機(jī)作為交流傳動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)拖動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)推動(dòng)游船前進(jìn)。 　　變頻器在該系統(tǒng)中當(dāng)發(fā)電機(jī)組正常工作時(shí)接受DC560V電源，柴油發(fā)電機(jī)組所發(fā)的AC380V/50Hz交流電通過一個(gè)特制的大功率充電器（經(jīng)整流濾波提供DC560V直流電）向蓄電池組（47組）充電并對變頻器提供電源，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組異常時(shí)，蓄電池組作為應(yīng)急電源對變頻器供電，以保證正常工作。 　　該系統(tǒng)在珠海江龍船舶制造有限公司制造的“16.0m杭州西湖游艇”上于2005年10月份一次性試車成功（見附圖）。 　　試車時(shí)我們對該船作了相應(yīng)測試：當(dāng)船速在4km/h左右時(shí)，機(jī)械艙內(nèi)噪音量在64dB左右，乘客艙內(nèi)為55dB左右；12km/h速度時(shí)，機(jī)械艙內(nèi)為68dB，乘客艙為58dB左右，相對原傳動(dòng)模式噪音量平均下降10dB左右。 　　綜合對比前后兩套傳動(dòng)控制系統(tǒng)，我們發(fā)現(xiàn)：變頻系統(tǒng)在滿足了游船技術(shù)性能指標(biāo)的要求下相對直流調(diào)速具有以下特點(diǎn)： 　　1、系統(tǒng)安裝、接線、操作簡單，性能穩(wěn)定。 　　2、有效節(jié)能，在船速達(dá)到12km/h的速度下，變頻系統(tǒng)只運(yùn)行在40HZ左右，相對于直流傳動(dòng)來說節(jié)能率在10%以上。 　　3、能有效降低機(jī)械傳動(dòng)噪音，有利于保護(hù)船員和游客的身體健康。 　　4、操作快捷靈敏，140NM的大扭矩保證了即使在游船低速運(yùn)行時(shí)也能靈活進(jìn)退。 　　5、該系統(tǒng)占用空間體積小，重量較輕，有效載荷利用率大。 　　目前該游船已交貨并在杭州西湖投入商業(yè)運(yùn)營。 　　 　　總結(jié) 　　總之相對于直流調(diào)速系統(tǒng)來說，交流變頻傳動(dòng)的采購費(fèi)用雖然較單獨(dú)的直流電機(jī)要貴，但綜合考慮以上因素并結(jié)合以后的維護(hù)保養(yǎng)，環(huán)保對噪音污染的要求以及以后游客對身體健康的越來越重視，我們認(rèn)為整體費(fèi)用較直流還要低，而且對旅游經(jīng)營公司和游客來說更具有吸引力，在中小型船舶上交流變頻傳動(dòng)將會(huì)有更廣闊的市場。 　 　　作者簡介： 　　 蒙云強(qiáng)： 珠海江龍公司電氣設(shè)計(jì)工程師，大學(xué)畢業(yè)后長期從事船舶行業(yè)電氣與機(jī)械傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。 　　 柳新春： 煙臺(tái)惠豐電子有限公司產(chǎn)品應(yīng)用工程師，1996年西安理工大學(xué)畢業(yè)后，長期從事變頻器的銷售，行業(yè)開發(fā)和應(yīng)用。