新時達變頻器 在船舶直驅軸帶發電技術的應用
文:文/新時達2025年第五期
導語:基于直驅軸帶發電技術需求,上海新時達開發了AS710M系列變頻器作為軸帶發電系統的核心部件。這是一款共 直流母線架構的水冷散熱工程傳動變頻器產品。
國際海事組織(IMO)規定自2023年1月1日起,“MARPOL 附則VI-防止船舶造成空氣污染規則”的修正案,強制實施。
部分船舶已經開始采用新的技術或者裝備來提高能效、 減少排放,其中船舶軸帶發電技術是一種架構簡單、投資性 價比高的方案。
基于直驅軸帶發電技術需求,上海新時達開發了AS710M 系列變頻器作為軸帶發電系統的核心部件。這是一款共直 流母線架構的水冷散熱工程傳動變頻器產品。
1 提效減排|軸帶發電技術
船舶軸帶發電技術,是由船舶主發動機來驅動軸帶發 電機,利用主發動機的富裕功率進行發電,從而替代船上輔 助發電機發電技術。該技術在幾乎不提高主發動機能耗基礎 上,直接減掉了輔助發電機能耗,從而達到幫助船舶實現節 能、減排的目的。
目前主流的軸帶發電技術有兩種:齒輪箱升速軸帶發電 技術和直驅軸帶發電技術。
(1)齒輪箱升速軸帶發電技術
齒輪箱升速軸帶發電技術通過齒輪箱將主發動機的低速 動能轉換為高速動能,驅動高速同步發電機發電。該技術優 點是發電機尺寸小、成本低,但存在齒輪箱易磨損、維護成 本高和機械應力大等問題。此外,常用的不控整流變頻器限 制了軸帶發電機的轉速范圍,影響了主發動機效能的發揮。

圖 1 齒輪箱升速軸帶發電
(2)直驅軸帶發電技術
采用主發動機直接驅動同軸軸帶發電機進行電力生成,這一設計簡化了傳動結構,省去了傳統系統中的齒輪箱,從 而減少了日 常機械維護和保養的需求。
此外,該方案中的變頻器采用了全控整流技術,這不僅 提高了系統的整體效率,還顯著擴展了軸發系統能夠適應的 主發動機轉速范圍,增強了其在不同工況下的適應性與穩定 性。這種創新配置使得整個發電過程更加高效、可靠,并且 降低了長期運營成本。

圖 2 直驅軸帶發電
2 AS710M|直驅軸發技術核心部件(圖3)
采用模塊化設計,有采用可控硅的三相全橋整流單元, 有采用IGBT器件的三相全橋逆變單元,可以通過靈活的單元組 合,配置成兩象限變頻器、四象限變頻器或者多傳動變頻器。
其控制單元可以搭載多種類型的控制算法,可以滿足從 船舶發電側到用電側的各種場景應用。
滿足CE認證要求,產品目前已經通過中國船級社認證。
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圖 3 AS710M 系列變頻器
3 技術特點|AS710M系列變頻器
· 無編碼器控制技術
AS710M系列變頻器采用轉子角度自適應控制算法,無 需速度傳感器,直接啟動,穩定性高;
· PWM全控整流技術
變頻器在1.8倍主發動機轉速范圍內輸出穩定直流電, 保證高質量三相交流電壓;
· 并網沖擊電流小(圖4)
優化的并網控制環路,手動合閘操作下近似0安培電流 沖擊;

· 長時在線組網技術
采用虛擬同步發電機控制技術,實現與輔助發電機長時 組網運行,降低軸發工作應力,延長使用壽命;
· 功率拓展方便(圖5)
采用共直流母線架構,模塊化設計,最大輸出功率可拓 展至6.4MW。
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4 實船應用|新時達&江蘇源上船舶
新時達聯合江蘇源上船舶電氣有限公司,以AS710M變 頻器單元作為核心功率變換器件,共同研發了船用永磁軸帶 發電系統,現已裝船并成功試航、通過驗收。該成果符合 國際海事組織關于MARPOL附則VI修正案的倡議,符合國家 “雙碳”戰略,為打造全球綠色航運提供了解決方案。
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系統各項功能、性能指標均滿足船方要求,船上主要完 成的性能試驗項目如下:
· 軸發與輔發長時組網試驗;
· 1.42倍轉速范圍全船供電試驗;
· 壓載泵突加、突減試驗;
· 主發動機轉速速降試驗

圖 7 軸發變頻柜
根據船方提供的數據,安裝軸帶發電系統后,每天平均 節約燃油1噸,每天節約費用5000元左右,預計一年可節約 125萬元(按照全年運行250天)。軸帶發電的應用,給船 東帶來的經濟效益非常顯著,同時對減少碳排放也具有顯著 效果。每噸重油大概產生二氧化碳0.8噸,預計全年減少二 氧化碳排放200噸,環保價值非常可觀。
隨著國際海事組織(IMO)MARPOL附則VI-修正案法規 在2023年1月1日的全球強制實施,軸帶發電作為一種投資性 價比高、減排效果顯著、系統架構簡單的方案,即可以幫助 船東輕松實現減排目標,又能幫助船東輕松實現利潤創收。
在軸帶發電這種非常復雜的技術應用中,新時達團隊在 產品方案設計、現場調試、內部生產及質量管理方面都具備 了相當的經驗。新時達AS710M系列變頻器,在打造全球綠 色航運方面,將大有作為。
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