摘 要：简单介绍了目前国内渔业船舶上一些已经采用的轴带发电机变频供电技术、电力推进变频驱动技术、侧推变频驱动技术、冷却水泵及冷冻风机变频节能技术，以期更多的业内人士能够共同探讨我国渔业船舶变频技术的发展运用。
关键词：渔船；轴带发电机；变频器；节能
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.130
0 引言
随着科学技术的发展，变频技术已经日趋成熟，变频空调、变频洗衣机、变频冰箱等等已经渐渐走进千家万户取代传统的家用电器，生活中每时每刻我们都能感受到变频节能带来的好处，可以说变频技术正在悄悄地改变着人类的生活。随着我国渔业技术的快速发展，渔船保有量和渔业产量已经多年稳居世界第一，渔业已经成为我国农业经济的重要支柱产业，然而由于受传统思维的束缚和渔业技术的短期过快发展，我国渔业从业人员的节能环保理念仍然相对落后，尤其是变频技术在各行各业飞速发展的今天，却依然没有在我国渔业现代化的进程中绽放光彩，相对于常规的运输类船舶，渔业船舶由于作业工况多变，变频技术的优势将会得到充分体现。文章简单介绍了目前渔业船舶常规设计中可选用的变频供电及变频驱动技术，供业内人士借鉴参考。
1 渔业船舶作业工况简介
目前渔业船舶常规配置的大型设备主要有主机、柴油发电机组、冷冻机、液压网机，供各设备冷却用油泵、水泵及漁获物冷藏用冷风机，近年来部分渔业船舶开始采用轴带发电机变频供电及变频电力推进技术。相对于常规船舶进出港之后即进入稳定的航行工况，渔业船舶由于其作业的特殊性，绝大部分时间在拖网、起网、及航行三种工况之间重复交替运行。而且各工况间主机转速相差较大，以一艘常规拖网渔船主机额定转速为750rpm为例，正常作业时起网转速一般在350rpm～400rpm，拖网转速一般在500rpm～600rpm，航行转速一般在650rpm～750rpm，大部分工况主机功率并不能完全发挥，燃油经济性较差。同时，由于渔业船舶电力系统负荷与船舶作业工况及渔获物数量密切相关，变化范围同样较大，渔业船舶作业工况及负荷工况的多变给变频技术运用提供了一个宽阔的舞台。
2 渔业船舶变频技术应用
2.1 轴带发电机变频供电技术
由于渔业船舶主机长期运行在额定转速以下，为提高船舶能效设计指数充分发挥主机效率，目前很多渔船设置有轴带发电机，变频技术成熟之前，在渔船设计上主要选取拖网或航行其中一种工况作为设计点来匹配主机前端轴带发电机增速齿轮箱速比（对小功率皮带旁拖发电机为匹配驱动及从动带轮速比），其中少量渔船设置双速比增速箱来满足二种工况同时使用。
然而由于主机在各工况下转速变化较大，频率波动范围一般仅可控制在45Hz～55Hz，可以满足正常照明及小功率厨房设备等用电需求，无法满足动力设备供电技术要求（47.5Hz～52.5Hz），且因使用过程中频率变化过大而无法与实船配置的柴油发电机组实现长期稳定并车运行，轴带发电机的运用受到很大的局限性，因此常规配置轴带发电机功率一般仅在16kW～75kW之间，主机效率并不能充分发挥。为改善以上轴带发电机供电缺陷故在原有的电力系统设计基础上引入变频技术，将非理想频率转化为理想频率使用，如下图1所示：
采用以上方案后，原轴发输出频率45Hz～55Hz经变频器调整为47.5Hz～52.5Hz，可直接输送给各动力设备使用，消除了由于频率原因造成的局限性。根据实船配置主机功率的大小及功率裕度可以选择配置200kW以上的轴带发电机，且变频后轴带发电机可与实船配置的其它柴油发电机组长期稳定并车运行。根据电力负荷计算结果，相对于原电力系统设计，可直接取消一台柴油发电机组，经济效果相当显著。
2.2 电力推进变频驱动技术
随着电力推进技术的日趋成熟，变频驱动的电力推进装置逐步应用于渔业船舶，相对于传统动力船舶，电力推进具有良好的经济性、可操控性，且安全性高、噪音低，基于以上优点，电力推进特别适合渔业船舶作业工况多变，且噪音要求尽可能低干扰尽可能小的设计要求。其在渔业船舶运用如下图2所示：
该设计方案推进电机同时兼作轴带发电机，电力推进模式下，由柴油发电机组供电，经主配电板及变频装置平稳启动后通过变频控制螺旋桨转速，由于变频器的介入，推进电机启动平稳，对电网冲击很小，且能实现无级调速，显著改善船舶的启动性能及机动性能，同时电力推进作为柴油机主推进的补充，提高了渔船动力系统的冗余性，降低了瘫船的可能性，增强渔船的生存能力。
该设计方案可以通过开关转换直接在变频电推模式及轴带发电模式之间自由切换，当主机投入运行时可选择直接进入轴带发电机变频供电模式，提高主机利用率。
2.3 侧推变频驱动技术
对于一些特殊作业渔船，尤其是围网渔船，为提高其作业机动性能，艏部普遍设有大功率侧向推进装置。传统渔业船舶一般使用液压侧推或可调桨侧推，结构较为复杂需设置较多的液压管路，配置单独的液压泵站，同时存在严重泄露、污染等问题，系统效率较低，故障率高。采用变频电动侧推，其系统设计类似于上述变频电力推进系统（不再赘述），由于其良好的无级调速性能，其机动性能优于传统侧推，且直接由电动机取代了原有的液压系统，布置也更加灵活方便。
2.4 冷却水泵变频驱动技术
船舶系统几乎所有的大型设备均设置有冷却水泵，为降低海水对系统的腐蚀同时减少海洋生物生长带来的不利影响，实船通常采用独立的二次循环冷却系统（海水开式冷却，淡水闭式冷却）或采用集中式中央冷却系统。由于不同区域，不同季节，海水温度相差较大，海水温度的变化及设备运行负荷的变化为变频技术的应用提供了空间。同时因海水温度随季节变化较大，直接利用海水温度调整电机频率较为困难，故实船应用时通常选取淡水温度作为基准点变频调整海水泵流量，如下图3所示：
如上图所示，淡水冷却器出口设置有温度传感器PT100，该传感器可以连续测量冷却器出口淡水温度，通常将冷却器淡水出口温度设定为36℃，根据监测到的实际温度反馈至基于PLC控制的PID自动调频系统进行海水泵电机加减频率调整，驱动海水泵电机根据冷却器淡水出口温度与设定值比较的正负变化进行调速，从而调整冷却海水流量，由此构成闭环流量自动调节系统以节约电能。
2.5 冷冻风机变频驱动技术
目前渔业船舶冷冻系统变频节能技术主要应用于冷藏运输船二次冷却循环系统中对冷冻风机进行变频控制。由于渔船运输船属于渔业船舶中较特殊的存在，为提高作业效率，往往会设置不同温度的鱼舱以存放不同类型的渔获物。一次冷却循环由压缩机组采用氨或氟利昂制冷来冷却盐水，二次冷却循环由各冷盐水管进入冷藏舱由风机盘管强制通风冷却，如下图4所示：
如上图所示为其中一个冷藏舱（-20℃）冷冻风机变频节能示意图，其余各舱与该舱类似，仅设定温度不同。各货舱冷风机采用各自单独的变频器驱动，货舱内均设有PT100温度传感器，通过实测冷藏舱温度值与设定值对比确定变频器加减频率，从而改变冷冻风机电机转速，通过改变进入冷藏舱的冷风量实现冷藏舱温度的自动节能调节。
3 总结
通过近几年不断在渔业船舶上对变频技术进行推广实践，深刻意识到对于渔业船舶这一作业工况多变的特殊型船舶，变频技术大有可为，相对于普通货运船舶，其运用变频技术的经济效果更加显著。虽然我国作为世界第一渔业大国，根据统计数据截至2015年末我国机动渔船数量已达67.24万艘，但是目前我国变频节能技术在渔业船舶上的应用尚处于起步阶段，可以预见不远的将来变频技术将会深入到渔业船舶的方方面面，对我国渔业船舶的发展带来深远的影响。
参考文献：
[1]陶权.变频器应用技术[M].广州：华南理工大学出版社，2007.
[2]郭艳萍.变频器应用技术[M].北京：北京师范大学出版集团，2009.
[3]李新星.交流变频调速技术在船舶电力推进系统中的应用[J].广州：广东造船，2006.
[4]张燕宾.变频器应用教程[M].北京.机械工业出版社，2007.
[5]郭风雷.风机、水泵变频控制的设计和研究[J].成都：建筑电气，2007.
[6]徐甫荣.风机水泵变频调速节能的分析與计算[J].西安：变频技术应用，2007.
[7]张王征.船舶主海水冷却泵变频控制的设计应用[J].武汉：船海工程，2012.
作者简介：董庆全（1978-），男，山东济宁人，本科，工程师，主要从事船舶工程设计工作。