船用变频电机与普通电机在设计上的区别

船用变频电机与普通电机在设计上的区别

杨立

广东中远海运重工有限公司523000

摘要：随着我国科技的飞速发展，在很多行业的科研上都有了很大的进步，不断的有新的科技涌现。比如说变频电机已经超越和基本达到可以取代普通电机的地位。而船用变频电机发展时间不长，却在当代竞争如此激烈的社会环境中脱颖而出，还获得一致好评和认可，在效果上也远超过普通电机，本文就针对船舶业的船用变频电机与普通电机在设计上的区别进行阐述。从船用变频电机与普通电机在冷却系统、绝缘结构、电磁负荷设计等进行分析，详细介绍船用变频电机与普通电机在这几方面的差异[1]。

关键词：船用变频电机；普通电机；设计区别

引言

现今社会经济发展迅猛，各行各业的竞争也异常激烈。要想适应不断改革和创新的现代社会，很多行业和相关企业都在积极引进现今技术，为企业带来效益，和足够的社会竞争力。今天的船舶运输业，竞争同样是激烈无比，由于国家和社会对于节能减排降耗的要求不断地提高，使得船舶运输业不得不改革，这就使得很多变频发电机得到了高度的关注和广泛的应用。无论是在一些豪华的邮轮上，大型的货运轮船还是一些小型的工作轮船上都得以应用。一些传统的传动技术在现在的科技环境下来看，弊端太多，比如说制造和应用成本高、不好保养、结构相对复杂等缺点。而目前被广泛应用的变频电机可以任何负载的扰动变化做出及时的响应，精度又高，可以让船舶在运行过程中更稳定。因此，变频电机在以后的船舶应用中，必将占据着及其重要的地位，下面就针对船用变频电机与普通电机的设计上的区别进行分析，仅供参考。

1船用变频电机与普通电机在冷却系统上的差异

船用变频电机和普通电机在冷却系统上的差异主要是采用的冷却方式不同。通常情况下，电动机的冷却方式可以分为两种，一种是外部冷却，一种是内部冷却。而船用变频电机大多数采用的都是外部冷却。目前冷却方式主要分为三种，自扇冷式、他扇冷式以及自冷式[2]。

（1）自扇冷式

能够采用自扇冷式冷却方式的电机，通常是电机自身驱使风扇而达到供给冷却空气，从而对发热部件的表面和内部进行冷却。一些普通的电机会采用这种冷却方式，而船用变频电机通常都是变频器作为电源，所以温度上升的要比普通的电机要高，而对于船舶来说，冷却效果要求很高，也更主要，所以，一些中小型的船用变频电机采用这种冷却方式的相对较少。

（2）他扇冷式

通常采用他扇冷式的电机通过独立的风机进行冷却空气的。他可以通过负载的大小去调节风扇转动的速度，从而达到控制电机分量供给多少的效果。普通的电机一般不采用这种冷却方式[3]。

（3）自冷式

一般采自冷式冷却方式的电机都是靠空气的流动和表面的辐射得到自身冷却的，他是没有安装任何的冷却装置的，在船用电机中只有瓦数极低的船舶才会去采用自冷式，功率较大的一般不会去采用这中冷却方式。

2船用变频电机与普通电机在绝缘结构上的差异

船用变频电机与普通电机除了在冷却系统上的差异以外，在绝缘结构上也存在这一定的差异。对于电机来说，绝缘结构太重要，他关系到该电机是否可以安全稳定的运行，是整个电机应用中非常关键的一个环节。

在变频电机的结构设计时，一定要考虑的是非正弦电源对变频电机在结构、震动、噪声和冷却方式上的影响，主要注意事项如下：

（1）变频电机对绝缘等级有一定的要求，通常是F级或者是更高级别，加强对地绝缘和线匝绝缘的强度，尤其要高度注绝缘耐冲击电压的能力。

（2）电机在震动、噪声问题上也要谨慎处理，要结合电机的结构和电机整体性能，最大程度的提高他的固有频率，以免造成每次力波产生的共振情况。

（3）变频电机在冷却结构上的设计，一般选择采用强迫通风冷却，也就是主电机散热风扇采用独立的电机驱动。

（4）同时在船用变频电机的选择和应用上，一定会选择耐电晕的电磁线、采用绝缘漆和其他类型的绝缘材料，可以有效的提高船用变频电机的耐热性和稳定性[4]。

3船用变频电机与普通电机在电磁的负荷设计上的差异

对于船用变频电机和普通电机来说，在电磁的负荷设计上有一定的差异。一些普通的电机，在设计初期就要考虑很多因素，比如说过载能力、效率、功率、性能等等，而船用变频电机相对来说就少了很多顾虑，因为在功能和应用上要比普通电机优化很多，也少了很多顾虑，而同时也存在着一些需要去解决的问题，那就是要怎样改善船用变频电机对非正弦电源的适应能力。以下是几点结局方法：

（1）一定要尽量减少定子。在船用变频电机的设计中，要想降低基波铜耗，从而达到对高次谐波而造成的铜耗量增加的问题，就要通过减少定子电阻去实现这一目的。同时也可以通过对电负荷和气隙磁密的比值，可以让船用变频电机的额外运行点达到最大的效率和功率。

（2）通过增加电感达到对高次谐波的抑制作用。在船用变频电机设计阶段，可以通过增加变频电机的电感，可以做到有效的抑制高次谐波，但是在船用变频电机的设计上，增加变频电机的电感一定要考虑到对于阻抗的匹配度是否合理。

（3）通过采用转子槽形结构达到降低谐波的损耗的作用。其实采用转子槽行结构而不采用深槽结构主要目的就是抑制高次谐波电流、从而降低脉动转矩，减少由于震动带来的噪音等问题。

4船用变频电机与普通电机的自身特点差异

变频电机可以通过对工作的不同需求，改变电机的频率来满足所需要的转速，同时还增加了制冷风扇，可以充分保证电机在转速较低的时候也可以冷却。

从工频的角度来考虑，变频电机可以说是劣质电机，而普通电机才是好电机。

但是由于变频器输出的SPWM脉宽调制波模拟正弦交流电，它含有大量的谐波，必须通过一个滤波的程序才能够进入普通电机，这个过程通常会借助电抗器的功能，不然普通电机就会出现发烫的情况。所以，为了解决这一问题，专门研究制作了变频电机，其实他可以说说电抗器和普通电机的结合体。

另外，变频电机的线圈分布电容量相对较小，电阻较大，这样高频脉冲对电机的影响就变小了，电机的电感滤波效果要好些，而普通电机远远不及。变频电机在设计上要考虑启动过程中和变频范围内的所有的工作情况，而普通的电机，只要考虑启动过程和工频一个点的工作情况，就达到设计标准了，这在设计上相差很多，设计出来的电机效果也是相差甚远[5]。

结语

在今天的科技时代，科技成绩硕果累累，船舶业也是不断创新，为了不断变革的社会和不断发展的经济，各企业都在想办法提高效益，引进科技手段，采用高效方法，船用变频电机的出现可以说是船舶业发展的曙光，增加了船舶业的竞争优势，过去传统的电机已经远远能够满足现在的高科技时代的需求，有的普通电机还在沿用，但是随着时代的发展和进步，迟早要被淘汰掉。虽然今天的船用变频电机再设计上就比普通电机占尽优势，但是我们也要加强完善，科技没有尽头，发展没有期限。我国在科技发展的道路上任重而道远，我们一定要不断的提高自身创新能力。在船用变频电机的应用上，做到更加完善，有效的提高我国船舶业的行业竞争力，推动我国社会科技和社会经济的发展。本文针对船用变频电机和普通电机在设计上的区别进行了详细的分析和阐述，希望可以给社会和业内人士带来一点帮助，参考和借鉴。

参考文献：

［1］曾毅，张明.变频调速控制系统的设计与维护［M］.济南：山东科学技术出版社，2004.

［2］陈小马，高三平.浅谈普通异步电机与变频电机［J］.有色冶金节能，2010，26（4）.

［3］胡崇岳.现代交流调速技术.北京：机械工业出版社，2000.

［4］才家刚.电机试验技术及设备手册.北京：机械工业出版社，2011.

［5］许实章.电机学.北京：机械工业出版社，1992.