现代电力电子技术与船舶电气

张 宾

安徽省蚌埠医学院第一附属医院设备科，安徽 蚌埠 233000

早些年，微电子技术与电力电子技术逐渐走向融合，并在各自的发展基础上创造出新一代高频化的集成器件，进一步使电力电子技术由传统技术向现代化电力电子技术转变。这种新型的集成器件在功能上具备随时控制关断的优势，而在结构上它主要是由若干个具有相同功能的单元融合而来，在很大程度上拓宽了电力电子技术的覆盖面。其中，全控型器件品类比较多，但是能够真正产业化的只有四种：可关断晶闸管、电力晶体管、功率场控晶体管、和绝缘门级晶体管[1]。这四种器件都有属于自己的特点和优势，它们在各自的领域里又都有自己的局限性，在某种程度上，它们形成了一个良性互补的局面，从而为广大用户提供更多的选择。

2 现代电力电子技术在船舶电气中应用的必要性

现代电力电子技术在船舶电气中应用的必要性有以下几点。首先，它是我国电力电子技术发展的必然需求。电力电子技术作为船舶电气的核心技术，其质量的好坏直接影响到船舶电气水平。其次，船舶行业要想在当下激烈的市场竞争中站稳脚步和取得主动权，必须要加大对电力电子技术的研究力度，并将其先进的成果应用到船舶电气中，这样才能不断提高核心竞争力。大力发展船舶电力技术还有利于推动国家经济可持续发展。最后，将电力电子技术应用在船舶电气中，可有效缩短与国际先进水平之间的距离，同时也有助于提升我国其他制造行业的整体发展速度，从而为相关制造业带来可观的经济效益和社会收益。

3 现代电力电子技术在船舶电气中的应用分析

3.1 电气传动的应用

电气传动是现代电力电子技术在船舶电气中应用的一种[2]。其中继电接触器在以往传统的船舶制造工业上就已经得到广泛应用。目前船舶上所使用的电动机，大多数是通过容量不同的电磁起动器来控制的。电磁起动器具有很多优点，但它的缺点也是比较明显的，因为它的关键部件是触头，所以在开启的一瞬间可能会产生电弧，轻度的话会烧损触头，严重的话可能会引起短路，甚至会威胁到整个船舶电力系统的安全运行。要想避免这种不良问题的出现，必须要对起动器的触头进行优化，使其不仅能承受较大的电流，而且具备超强的耐磨损和耐电弧烧蚀能力。此外，电气传动中的电磁起动器的工作主要是通过电磁机构和其他机械机构来实现的，设计的质量会直接影响设备的稳定运转，一旦设计不当就会造成严重的后果，尤其是那些军用舰船更容易受到较大的冲击和振动。为此，很多时候会采用固态起动器来降低不安全系数，这种起动器是没有触头的，所以即使遇到再大的电流也不会产生电弧，从而有效地避免了大电流的冲击。例如，整个电气系统采用西门子SIMATIC PLC 、SIMOVERT MASTERDRIVES 交流变频调速器和船用变频电机，通过闭环控制，实现了完美的控制效果；系统由Prof i bus DP、MPI、工业以太网三种网络组成，采用先进的12脉整流技术，并辅以PLC、触摸屏、计算机等周边设备，实现本地、远程（集中）两种监视和控制功能。系统对电源、保护、连锁、可逆调速、控制位置转换、制动、通风、加热等辅助电路进行控制，并对锚绳的张力、输出的长度、速度以及电机运行数据等参数进行测量、显示和处理；具备自动／手动，单机／联动、自动诊断、自动报警、自动保护、自动控制等功能。

3.2 变频装置的应用

目前我国船舶上的主电网频率均为50Hz，但是也有部分设备的供电要求比较特殊，50Hz对这部分设备来讲不符合要求，它们所需要的频率可能是400Hz。对此，可以利用电动中频发电机组来实现电频转换。然而实际情况中，很多船舶上都是以分散且独立的中频电源为相应设备供电，很大程度上会直接影响整体的重量和空间利用，使船舶受到不同程度的损伤，且对船上环境也会产生影响[3]。为此，不管是电压、频率精度还是波形都应将噪声振动指标控制在合理的范围内，对于船舶制造工艺、各项性能指标等诸多方面也应当采取有效的措施对其进行优化，进一步提高电频工作的效率和质量，也可以减轻船舶维修保养工作人员的负担。此外，随着现代电力电子技术的蓬勃发展，静态变频装置的出现也不是不可能。该种变频装置可以大幅度降低噪声和振动对船舶的影响，所以使用这种变频装置有利于船舶的稳定运行。

3.3 整流电源的应用

整流电源是船舶中比较典型的一种蓄电池充放电装置。该装置的充电方式可以分为两种，一种是恒压，另一种则是恒流。通常情况下这两种充电方式都是可以采用的，可以有效掌控整流电路并根据电流负载的实际情况进行调整，进一步使可控硅的导通角得到有效控制并输出。然而这两种充电方式也存在一定的问题，就是船舶的供电波形往往会随着装置输出频率的降低而发生变化，整个过程中有可能会产生高次谐波的电流，进而加大船舶的重量和负担。因此，为了改善这种情况必须设置专门的滤波电容器，通过采用高频化和全控型电力电子器件可以有效地解决这些问题。此外，船舶的电路往往会采用交—直—直的形式，这不仅可以提高功率因数有效控型器件，还可以控制整流电源的输出电压大小，同时再结合直变流器进一步对功率器件的导通进行优化，从而将电流谐波失真率变得最小，使现代电力电子技术在船舶电气中得到有效利用。

3.4 UPS装置的应用

随着电力电子技术在船舶上的广泛应用，各类设备和系统结构也变得越来越复杂化，其功能也变得越来越多，这也对电源方面提出了更高的要求[4]。其中UPS装置作为一种新型的电源装置，一旦正常电网供电失效，它就可以利用蓄电池组再次进行电能转换，进一步通过动力或者是电站控制系统持续供电，从而确保船舶中一些薄弱的地方在一定时间内依然可以正常运行。而UPS装置的工作原理其实很简单，当电网正常供电时利用整流稳压来获取较为稳定的直流输出，而一旦电网出现失效蓄电池组就会持续地进行放电，倘若放电过程中需要输出交流，就会通过逆变环节将输出的直流变为交流，进一步满足船舶的用电需求。此外，UPS装置已被广泛应用在船舶中，且技术也十分成熟，这也正是现代电力电子技术应用于船舶电气的价值，从而使UPS装置在船舶上发挥出最大的作用。

4 结语

我国社会经济的快速发展，推动了现代电力电子技术的进步，该技术也被广泛应用于船舶电气中，实现了良好的应用效果，从而也推动了整个船舶行业的快速发展和进步。因此，在未来的工作中，还需要对电力电子技术进行进一步优化和创新，以满足行业发展的需求，实现社会的快速发展。