深入研究船用电阻器设计-水冷制动电阻负载应用

海上电气元件的设计注意事项

海洋覆盖了地球表面的70%以上，是地球生态系统的重要组成部分。然而，对于穿越它们的数百万艘船只来说，水生环境可能会带来问题。船舶越来越多地使用电气系统在海洋中供电，但组件的设计必须考虑到这些极端条件。

无论是用于主推进推进器、起重机或起重系统，还是电缆铺设，电气驱动器都位于许多船舶作业的核心，可提供更高的控制、可靠性和机械简单性。动态制动电阻器 （DBR） 是电力驱动系统的重要组成部分，它在制动时从系统中去除多余的能量，如果系统不接受再生或系统接受，但能量水平超出系统限制，则需要移除。

在为海上应用设计电气元件时，材料选择从一开始就是关键，以确保设备在恶劣的条件下运行，包括咸水大气、高风荷载和腐蚀性海水。

负责为船舶应用设计电阻器的工程师必须考虑材料选择、结构稳定性和冷却方法。

耐腐蚀材料

海水和咸水大气具有腐蚀性，可能会使设备无法运行。因此，不锈钢与特殊油漆系统相结合，通常用于电阻元件的外壳金属制品。不锈钢的材料含有至少10.5%的铬，与空气中的氧气发生反应，在其表面产生一层保护层，以防止在没有涂漆的情况下腐蚀。

有许多等级的不锈钢可以提供高耐腐蚀性，可以通过添加额外的元素来进一步增强耐腐蚀性。对于甲板下应用， 316 和 304 不锈钢含有镍以扩大铬产生的保护层， 并且可以在未上漆的状态下使用.

然而，对于甲板上的组件， 316 不锈钢具有更高的镍含量并添加了钼， 因此电阻器单元的金属制品在海洋大气中得到最佳保护， 但在某些情况下， 还需要喷漆。除了外部之外，电阻器的元件能够承受恶劣的条件也很重要。对于这些应用，合金 825 护套矿物绝缘元件不易受到大气腐蚀。由于元件包裹在矿物绝缘护套内，因此护套处于接地电位，因此，如果存在水或高湿度，这将防止与带电元件的意外接触，使其成为海洋应用中更安全的选择。

结构稳定性

海上天气是不可预测的，因此船舶必须能够承受全球范围内的巨大风力变化和恶劣的海况。许多海上结构（如风力涡轮机）都位于风力较大的地区，因此，如果系统需要电阻器来帮助为其电气元件提供稳定性，则必须在电阻器的设计中考虑这些因素。

考虑船舶旋转运动的影响——其左右运动（或俯仰）和前后运动（或滚动）至关重要。设计工程师需要确保结构中有足够的机械支撑来稳定电阻器，以便在电阻器受到这些力时安全运行。

EAK可以进行有限元分析 （FEA） 以帮助确保结构稳定性。FEA 使设计工程师能够预测产品在现实世界中的性能，然后查看力的影响并做出相应的更改。这确保了电阻器在可能的极端天气条件下表现良好。

考虑海洋应用的尺寸限制也很重要。与陆上装置相比，海上电气元件必须安装在紧凑的区域内，因此必须在不影响耐用性的情况下最小化装置支撑结构的尺寸。

冷却方式

电阻器的一个重要部分是其冷却系统。由于电阻器将多余的能量作为热量消散，因此冷却系统负责冷却电阻器元件以确保持续运行。根据系统的布局和资源，电阻器可以是自然冷却的，也可以是强制风冷或水冷的。

风冷电阻器有两种类型——强制冷却系统和自然冷却系统。强制冷却系统使用风扇在紧凑的空间内散热。这些装置适用于甲板安装，并可以使用防振支架进行固定。自然冷却是海洋应用中最常见的冷却方式，可提供更高的额定功率，可安装在机械空间、受保护环境或甲板上。对于机械空间或保护区，应考虑如何排空电阻器释放的热空气，以确保本地安装的其他设备不会过热。

或者，冷却系统可以使用船舶的冷冻水系统，该系统将冷却水循环用于空调和设备冷却。如果冷冻系统使用海水，则可以将钛护套元件与超级双相钢金属制品相结合，以便在酸性热带海水中连续使用，并降级为316不锈钢，用于淡水系统。

海洋是能源、运输和贸易的宝贵资产。用于船舶应用的电驱动装置的持续开发可能具有挑战性，但考虑到这些条件和节能，使其成为为船舶提供动力和用于海上结构的可行且有利的选择。

审核编辑 黄宇