現(xiàn)代電力電子技術(shù)與船舶電氣研究

陸超

摘要：80年代初期，我國(guó)的現(xiàn)代電子技術(shù)用開(kāi)慢慢發(fā)展并且取得了相應(yīng)的成績(jī)，由于電子電力技術(shù)應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，并且功率及頻率覆蓋面也隨之發(fā)展覆蓋較廣，使得電子電力技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)。筆者將從現(xiàn)代電子電力技術(shù)的發(fā)展歷程開(kāi)始概述，并對(duì)其今后的應(yīng)用方向做出一定的展望，并且與其在船舶電氣方面的應(yīng)用為研究對(duì)象做出綜合性分析及闡述，為之后的研究提出一定的意見(jiàn)及想法。

關(guān)鍵詞：船舶電氣;電子技術(shù);電力

引言

電子電力技術(shù)一般囊括電氣元件、電氣電路和控制邏輯三部分，在此中電子電力元件制造是電力電子技術(shù)的核心技術(shù)。現(xiàn)代化的電力電子技術(shù)普遍具有集成度高、頻率高、自動(dòng)化程度高、弱電控制程度高及數(shù)字化多功能化程度高的特點(diǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到對(duì)新一代電子電力技術(shù)下產(chǎn)生的電氣元器件的需求的迫切性，并且開(kāi)始投入研究。自八十年代以來(lái)，微電子技術(shù)和電力技術(shù)在各自領(lǐng)域內(nèi)延伸發(fā)展，隨著研究的深入，產(chǎn)生了高頻化集控型的功率集成器件，使得電子電力技術(shù)從傳統(tǒng)的電力技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)代的微電子高集成技術(shù)領(lǐng)域。各個(gè)企業(yè)也在相互競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展中形成較好的市場(chǎng)氛圍，為客戶提供出了更多的選擇。目前，隨著信息化程度的提升，電子電力技術(shù)也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)控制技術(shù)數(shù)字化的特點(diǎn)，使得用戶在操作使用方面越來(lái)越便捷。

一、現(xiàn)代電子電力技術(shù)與船舶電氣技術(shù)

船舶工業(yè)是一個(gè)綜合性程度較高的產(chǎn)業(yè)，特別是船舶電氣技術(shù)，由于船舶電氣涉及面較廣，幾乎設(shè)計(jì)市面上所有的電氣設(shè)備，并且與一般電氣設(shè)備相比較來(lái)說(shuō)，其使用環(huán)境更為惡劣，常常伴隨著高溫、腐蝕、震動(dòng)、霉菌及油霧燈環(huán)境因素。因此，盡管其與一般設(shè)備的電氣性能原理相同，但是在使用要求及制造工藝上更為嚴(yán)苛。這正是船舶電氣技術(shù)與一般電氣技術(shù)所不同的地方。

現(xiàn)階段一般的電氣技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，除了在應(yīng)用時(shí)考慮通風(fēng)散熱的問(wèn)題之外一般受環(huán)境因素影響較小，因此無(wú)需針對(duì)所受環(huán)境進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，而船舶由于環(huán)境條件影響較大，因此現(xiàn)代電子電氣技術(shù)在船舶上實(shí)行也要綜合考慮環(huán)境因素所帶來(lái)的影響。

目前情況來(lái)說(shuō)現(xiàn)代電力電子技術(shù)主要在船舶上的應(yīng)用項(xiàng)目有電氣傳動(dòng)、變頻裝置、UPS不間斷電源裝置以及整流電源等。

二、船舶電子電氣元件技術(shù)特點(diǎn)

對(duì)于現(xiàn)代電力電子技術(shù)與傳播電器進(jìn)行研究，就要明確這些原件技術(shù)的特點(diǎn)，這樣才能在實(shí)際工作的過(guò)程中更好地應(yīng)對(duì)各種問(wèn)題。在船舶電氣傳動(dòng)系統(tǒng)上電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)主要依靠電磁啟動(dòng)器來(lái)控制。因?yàn)殡姶艈?dòng)器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，安裝設(shè)計(jì)的比較完善，技術(shù)水平反正相對(duì)較為穩(wěn)定，所以其可靠性是船舶電氣設(shè)備所需要的。但是其比較明顯的缺點(diǎn)是由于其觸點(diǎn)在進(jìn)行通電瞬間承受電流較大，容易產(chǎn)生電弧燒毀啟動(dòng)器甚至發(fā)生短路。但是目前通過(guò)各種材料對(duì)觸頭的更換實(shí)驗(yàn)情況來(lái)看，并沒(méi)有合適的替代材料。由于這種問(wèn)題存在較大的安全隱患，因此現(xiàn)代技術(shù)下的船舶電機(jī)啟動(dòng)方式大多采用軟啟動(dòng)，通過(guò)變頻器控制啟動(dòng)電流，因此不會(huì)產(chǎn)生電弧也沒(méi)有復(fù)雜的連鎖機(jī)構(gòu)，所以發(fā)生故障的可能性大大降低。

目前船舶上所使用的電網(wǎng)頻率一般都是工頻五十赫茲，在這種頻率電流下可以正常工作的電氣設(shè)備占絕大多數(shù)，但是也有一些設(shè)備對(duì)供電要求較高，不符合標(biāo)準(zhǔn)的，對(duì)于這種設(shè)備的正常運(yùn)行則需要采用中頻發(fā)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換。就目前情況，大部分船上采用的是分散獨(dú)立的中頻電源用來(lái)給設(shè)備提供運(yùn)行電源，但是這種方式使得船本身的自重大幅度上升，并且船上空間占據(jù)較大，對(duì)室內(nèi)環(huán)境也有一定程度的影響。隨著現(xiàn)代電子電力技術(shù)的發(fā)展，這種問(wèn)題也得到了解決。采用靜止式的變頻裝置來(lái)為設(shè)備提供所需要的電源頻率，一般這種變頻裝置可分為間接變頻器和直接變頻兩種類型，目前應(yīng)用比較廣泛的是間接變頻的工作發(fā)紅是來(lái)提高功率因數(shù)，再用PWM對(duì)其進(jìn)行逆變，則載波的頻率得到升高，并且由于這種設(shè)備采用的是全控形式的電力電子元件，因此開(kāi)關(guān)頻率比較高，所以電壓和電流頻率的穩(wěn)定性都可以得到保證。

三、電氣電氣系統(tǒng)維護(hù)發(fā)展研究

另一方面，船舶上的繼電器和接觸器的故障也是比較常見(jiàn)的類型，有啟動(dòng)繼電器故障，調(diào)壓控制保護(hù)砌筑故障，電流傳感器故障，空宿管故障區(qū)發(fā)生的主要原因是繼電器動(dòng)作頻繁而由于設(shè)備自身特點(diǎn)受限制，允許通過(guò)的電流量較小，且觸點(diǎn)極易燒毀，導(dǎo)致觸點(diǎn)粘連或者接觸不良影響閉合。這一方面在啟動(dòng)繼電器和繼電器盒中尤為顯著，一個(gè)原因是負(fù)載較多，也有可能是設(shè)備內(nèi)部密封損壞造成受潮或者進(jìn)水，導(dǎo)致發(fā)生氧化接觸不良，造成短路或傳感器報(bào)警。

在船舶儀表電器系統(tǒng)當(dāng)中，微動(dòng)電門(mén)按鈕故障率也是比較高的。常常會(huì)因?yàn)殡婇T(mén)接觸不良或者其他自然原因?qū)е码婇T(mén)發(fā)生故障失去作用，甚至發(fā)生短路故障。其常常發(fā)生在啟動(dòng)按鈕配類型中的平按鈕當(dāng)中。由于啟動(dòng)接觸保護(hù)裝置長(zhǎng)起處于工作狀態(tài)，很容易造成震動(dòng)，因此容易出現(xiàn)損害，造成發(fā)電機(jī)微動(dòng)電機(jī)發(fā)生故障。導(dǎo)致不能啟動(dòng)或者短路失電的故障。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題要在日常維護(hù)工作當(dāng)中及時(shí)對(duì)各個(gè)電門(mén)開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢查和測(cè)量其工作電壓和電流，遇到問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行更換。目前并沒(méi)有更好的解決替代辦法。

大量采用電力電子設(shè)備，也會(huì)發(fā)生許多產(chǎn)生影響的問(wèn)題，比如頻率干擾、高頻發(fā)射等一些使電源供給產(chǎn)生有害波動(dòng)的問(wèn)題，特別是對(duì)在海上航行電源容量有限的船舶來(lái)說(shuō)，這種問(wèn)題影響更為突出。因此為了抑制這些不利因素，人們也研究開(kāi)發(fā)了許多設(shè)備來(lái)抵抗這些問(wèn)題。例如，以展波技術(shù)代替相控技術(shù)，大面積推廣使用高頻脈沖調(diào)制技術(shù)等，有效抑制了這些負(fù)面影響，可以說(shuō)這些發(fā)明是現(xiàn)代電子電力技術(shù)發(fā)展成熟的標(biāo)志性產(chǎn)物，

結(jié)語(yǔ)

電子電力技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展是社會(huì)文明發(fā)展的技術(shù)產(chǎn)物，是大勢(shì)所趨，標(biāo)志著生產(chǎn)力的進(jìn)步及人類發(fā)展開(kāi)始進(jìn)入電氣時(shí)代。雖然我國(guó)在此方面的技術(shù)研究開(kāi)始較晚，與發(fā)達(dá)國(guó)家相差十五年左右，因此我們必須發(fā)憤圖強(qiáng)，加速電氣技術(shù)的深入研究才能使得差距逐步縮小。

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