馬忠賢 丁琪

摘 要：在當(dāng)今的社會，我國船舶工業(yè)的建設(shè)更加趨近于智能化，針對挖泥船中存在著一部分工作效能問題，可以通過變頻器的自動處理手段來提高效率，這對于挖泥船的高效生產(chǎn)有著舉足輕重的作用。

關(guān)鍵詞：變頻器；挖泥船；高效生產(chǎn)

1 變頻器的發(fā)展

變頻器可以將一個頻率的電流根據(jù)需要轉(zhuǎn)化為另一個頻率，實(shí)現(xiàn)交-交的轉(zhuǎn)換，該器件還可以改變電壓。傳統(tǒng)上，這些裝置是被包含于電力電子的范疇之中。隨著固態(tài)電子器件的出現(xiàn)，已經(jīng)有可能構(gòu)建完全電子變頻器，還使用具有汞弧整流器或真空管的裝置。這些裝置通常包括整流器級，產(chǎn)生直流電，然后將其反相以產(chǎn)生所需頻率的交流電。逆變器可以使用晶閘管，IGCT或IGBT。如果需要電壓轉(zhuǎn)換，則變壓器通常將在交流輸入或輸出電路中并且該變壓器還可以在輸入和輸出交流電路之間提供電流隔離，還可以將電源添加到直流電路以改善轉(zhuǎn)換器在輸入功率中短暫中斷的跨越，變頻器的功率處理能力從幾瓦到兆瓦不等。變頻器涉及非常小的電子設(shè)計(jì)和部件的研究和制造加工，可能會達(dá)到微米級或更小，這些器件通常由半導(dǎo)體材料制成。電子設(shè)計(jì)的許多部件可以以變頻器技術(shù)生產(chǎn)獲得，包括晶體管、電容器、電感器、電阻器、二極管等電子器件都是變頻器技術(shù)的產(chǎn)物。諸如布線、焊接等技術(shù)也常常用于變頻器學(xué)中，這種技術(shù)需要專門的設(shè)備并且成本是昂貴的。變頻器技術(shù)工程通過現(xiàn)代化的技術(shù)，將電流的獲取處理作為核心，將電子設(shè)備制造作為動力，將信息系統(tǒng)集成于所要控制的機(jī)器中，進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)。變頻器技術(shù)應(yīng)用廣泛，專業(yè)性強(qiáng)，為科技發(fā)展提供了充足的源動力。

2 變頻器的工作原理及應(yīng)用

用功率半導(dǎo)體開關(guān)和脈寬調(diào)制（PWM）來控制相電壓，半導(dǎo)體開關(guān)器件和反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管形成橋，其可以將每個電動機(jī)相連接到正或負(fù)直流鏈路電勢。PWM改變正和負(fù)直流鏈路電勢之間相的連接，使得基波電壓具有期望的頻率和幅度。除了將大量功率從一種分配標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為另一種分配標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用之外，變頻器還用于控制AC電動機(jī)的速度和扭矩。在本應(yīng)用中，最典型的變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是三相兩電平電壓源逆變器。使電機(jī)主要對基頻起反應(yīng)，并濾除諧波頻率的影響。另一個應(yīng)用是在航空航天和航空工業(yè)，通常飛機(jī)使用400Hz頻率，因此需要50Hz或60Hz至400Hz的變頻器用于在飛機(jī)在地面時提供動力的地面裝置。航空公司還可以利用轉(zhuǎn)換器向乘客提供空中墻壁電流以用于筆記本電腦等。在可再生能源系統(tǒng)中，變頻器是用于現(xiàn)代多兆瓦級風(fēng)力渦輪機(jī)中的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG）的重要組成部分。變頻器通常用于控制電機(jī)，主要是泵和風(fēng)扇的速度。在許多應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)了顯著的能量效率提升。最嚴(yán)格的應(yīng)用領(lǐng)域存在于工業(yè)加工線上，其中控制精度要求可以非常高，這在核電和武器工業(yè)中尤其如此，其中這些裝置調(diào)節(jié)精制離心機(jī)的操作，HVDC系統(tǒng)可以用作大負(fù)載的變頻器。

3 變頻器在挖泥船上的應(yīng)用分析

電力變頻驅(qū)動絞吸挖泥船除艙內(nèi)泵由柴油機(jī)通過齒輪箱直接驅(qū)動，其他主要施工機(jī)械都采用了電力變頻驅(qū)動，包括水下泥泵、絞刀、橫移錨絞車、橋架絞車和拋錨桿起錨絞車等。 在使用中，應(yīng)該加強(qiáng)濾波的環(huán)節(jié)，諧波的消除或衰減可以通過各種技術(shù)，成本和應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)。首先，功率因數(shù)校正電容器無法徹底去除諧波，它們需要被去調(diào)諧，需要一些工程和定制設(shè)計(jì)，負(fù)載變化可能需要重復(fù)工程過程。有源濾波器效果較好，但是昂貴和復(fù)雜。有源濾波器數(shù)字地產(chǎn)生和控制無功功率以消除諧波，使用這種技術(shù)可以獲得一些其他好處，但都需要大量的成本。較好的策略是通過使用大容量電容濾波，這種方法作用機(jī)理很清楚，成本也較低。電力變頻驅(qū)動的主要優(yōu)點(diǎn)有，動力的傳輸用電纜代替了液壓管路，減小了因液壓傳輸產(chǎn)生振動與噪聲，和 因管路泄漏而產(chǎn)生的環(huán)境污染。電力變頻驅(qū)動的過載能力優(yōu)異，在環(huán)境溫度40℃時可以做到每5分鐘內(nèi)可以有1分鐘50%過載?？梢院苋菀资顾履啾迷谝欢ㄞD(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒扭距和超過額定轉(zhuǎn)速恒功率 的性能要求。用于發(fā)電的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，可以在最經(jīng)濟(jì)燃油消耗的轉(zhuǎn)速下工作，所以柴油機(jī)的燃油消耗最合理。變頻器還可以指將特定頻率下的挖泥船的工作信號轉(zhuǎn)換為另一頻率的低得多的電路，特別是在超外差接收機(jī)中。該電路通常包括本地振蕩器和混頻器（模擬乘法器），其從輸入和本地振蕩器產(chǎn)生和和差頻，其中一個（中頻）將被需要用于進(jìn)一步放大，而其他的被濾出，通過單管中的五柵極轉(zhuǎn)換器或三極管和六極管可以獲得相同的結(jié)果。電力變頻驅(qū)動的能量轉(zhuǎn)換效率高，柴油機(jī)到發(fā)電機(jī)的效率一般為95%，發(fā)電機(jī)到電動機(jī)的效率一般亦為95%，所以電力變頻驅(qū)動的總效率一般可達(dá)90%左右。通過變頻器的使用，可以很容易實(shí)現(xiàn)對各個用電器的功率控制和調(diào)整，所以 柴油機(jī)的有效功率可以得到最大的利用。

4 總結(jié)與展望

為了將船舶的作用能效最大地展現(xiàn)出來，優(yōu)化船舶工業(yè)的工作效率與高質(zhì)量產(chǎn)能，需要加強(qiáng)管理，利用專門人才、高新技術(shù)來加強(qiáng)變頻器技術(shù)，這也是傳播工業(yè)的工作重心之一。在船舶的生產(chǎn)中，變頻器技術(shù)起到了舉足輕重的作用，結(jié)合實(shí)時的信息與數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)的、有針對性的對挖泥船的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化分析，變頻器技術(shù)將會是未來船舶制造工程的一只尖兵。通過相關(guān)開發(fā)部門和技術(shù)人員的共同努力，船舶工業(yè)將會有著長足的發(fā)展，我國的海上安全與建設(shè)將會得到更加切實(shí)的保障。挖泥船中的變頻器也是船舶工業(yè)中一個必不可少的設(shè)備，在船舶工業(yè)高速發(fā)展的這幾年，我國將憑借更加高效的自動化管理，屹立于世界船舶工業(yè)產(chǎn)能最大、效率最高的強(qiáng)國之中。

參考文獻(xiàn)

[1]姚潮法.絞吸式挖泥船泥泵及其驅(qū)動裝置的工況分析[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2011，30（7）：24-26.

[2]李益風(fēng).淺談絞吸船沉管放沉施工[J].珠江水運(yùn)，2010，（6）：77-79.

[3]胡知斌，薄華，戴文伯.絞吸挖泥船仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].上海海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，32（3）：64-67.

（作者單位：1.上海交通建設(shè)總承包有限公司；2.中交疏浚技術(shù)裝備國家工程研究中心有限公司）