海上電氣元件的設(shè)計注意事項

海洋覆蓋了地球表面的70%以上，是地球生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。然而，對于穿越它們的數(shù)百萬艘船只來說，水生環(huán)境可能會帶來問題。船舶越來越多地使用電氣系統(tǒng)在海洋中供電，但組件的設(shè)計必須考慮到這些極端條件。

無論是用于主推進推進器、起重機或起重系統(tǒng)，還是電纜鋪設(shè)，電氣驅(qū)動器都位于許多船舶作業(yè)的核心，可提供更高的控制、可靠性和機械簡單性。動態(tài)制動電阻器 （DBR） 是電力驅(qū)動系統(tǒng)的重要組成部分，它在制動時從系統(tǒng)中去除多余的能量，如果系統(tǒng)不接受再生或系統(tǒng)接受，但能量水平超出系統(tǒng)限制，則需要移除。

在為海上應(yīng)用設(shè)計電氣元件時，材料選擇從一開始就是關(guān)鍵，以確保設(shè)備在惡劣的條件下運行，包括咸水大氣、高風(fēng)荷載和腐蝕性海水。

負(fù)責(zé)為船舶應(yīng)用設(shè)計電阻器的工程師必須考慮材料選擇、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和冷卻方法。

耐腐蝕材料

海水和咸水大氣具有腐蝕性，可能會使設(shè)備無法運行。因此，不銹鋼與特殊油漆系統(tǒng)相結(jié)合，通常用于電阻元件的外殼金屬制品。不銹鋼的材料含有至少10.5%的鉻，與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，在其表面產(chǎn)生一層保護層，以防止在沒有涂漆的情況下腐蝕。

有許多等級的不銹鋼可以提供高耐腐蝕性，可以通過添加額外的元素來進一步增強耐腐蝕性。對于甲板下應(yīng)用， 316 和 304 不銹鋼含有鎳以擴大鉻產(chǎn)生的保護層， 并且可以在未上漆的狀態(tài)下使用.

然而，對于甲板上的組件， 316 不銹鋼具有更高的鎳含量并添加了鉬， 因此電阻器單元的金屬制品在海洋大氣中得到最佳保護， 但在某些情況下， 還需要噴漆。除了外部之外，電阻器的元件能夠承受惡劣的條件也很重要。對于這些應(yīng)用，合金 825 護套礦物絕緣元件不易受到大氣腐蝕。由于元件包裹在礦物絕緣護套內(nèi)，因此護套處于接地電位，因此，如果存在水或高濕度，這將防止與帶電元件的意外接觸，使其成為海洋應(yīng)用中更安全的選擇。

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

海上天氣是不可預(yù)測的，因此船舶必須能夠承受全球范圍內(nèi)的巨大風(fēng)力變化和惡劣的海況。許多海上結(jié)構(gòu)（如風(fēng)力渦輪機）都位于風(fēng)力較大的地區(qū)，因此，如果系統(tǒng)需要電阻器來幫助為其電氣元件提供穩(wěn)定性，則必須在電阻器的設(shè)計中考慮這些因素。

考慮船舶旋轉(zhuǎn)運動的影響——其左右運動（或俯仰）和前后運動（或滾動）至關(guān)重要。設(shè)計工程師需要確保結(jié)構(gòu)中有足夠的機械支撐來穩(wěn)定電阻器，以便在電阻器受到這些力時安全運行。

EAK可以進行有限元分析 （FEA） 以幫助確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。FEA 使設(shè)計工程師能夠預(yù)測產(chǎn)品在現(xiàn)實世界中的性能，然后查看力的影響并做出相應(yīng)的更改。這確保了電阻器在可能的極端天氣條件下表現(xiàn)良好。

考慮海洋應(yīng)用的尺寸限制也很重要。與陸上裝置相比，海上電氣元件必須安裝在緊湊的區(qū)域內(nèi)，因此必須在不影響耐用性的情況下最小化裝置支撐結(jié)構(gòu)的尺寸。

冷卻方式

電阻器的一個重要部分是其冷卻系統(tǒng)。由于電阻器將多余的能量作為熱量消散，因此冷卻系統(tǒng)負(fù)責(zé)冷卻電阻器元件以確保持續(xù)運行。根據(jù)系統(tǒng)的布局和資源，電阻器可以是自然冷卻的，也可以是強制風(fēng)冷或水冷的。

風(fēng)冷電阻器有兩種類型——強制冷卻系統(tǒng)和自然冷卻系統(tǒng)。強制冷卻系統(tǒng)使用風(fēng)扇在緊湊的空間內(nèi)散熱。這些裝置適用于甲板安裝，并可以使用防振支架進行固定。自然冷卻是海洋應(yīng)用中最常見的冷卻方式，可提供更高的額定功率，可安裝在機械空間、受保護環(huán)境或甲板上。對于機械空間或保護區(qū)，應(yīng)考慮如何排空電阻器釋放的熱空氣，以確保本地安裝的其他設(shè)備不會過熱。

或者，冷卻系統(tǒng)可以使用船舶的冷凍水系統(tǒng)，該系統(tǒng)將冷卻水循環(huán)用于空調(diào)和設(shè)備冷卻。如果冷凍系統(tǒng)使用海水，則可以將鈦護套元件與超級雙相鋼金屬制品相結(jié)合，以便在酸性熱帶海水中連續(xù)使用，并降級為316不銹鋼，用于淡水系統(tǒng)。

海洋是能源、運輸和貿(mào)易的寶貴資產(chǎn)。用于船舶應(yīng)用的電驅(qū)動裝置的持續(xù)開發(fā)可能具有挑戰(zhàn)性，但考慮到這些條件和節(jié)能，使其成為為船舶提供動力和用于海上結(jié)構(gòu)的可行且有利的選擇。

審核編輯 黃宇