Выбор двигателя постоянного или переменного тока для судовой суствановки с литий-железо-фосфатными аккумуляторами

У меня есть мощная аккумуляторная батарея с LiFePO4- элементами. Мне необходимо запитать судовой двигатель на 1-5 МВт. Какой двигатель использовать: двигатель постоянного тока или двигатель переменного тока с частотным преобразователем ? Планируется длительный режим работы на мощности 10-35% от максимальной (номинальной), с периодическим набором мощности в 100% от номинала. Какой двигатель в каких режимах будет экономичнее ?

джемени 21 про ехп

```wiki

Выбор двигателя для судового электропривода (1-5 МВт) с LiFePO4 батареей

Исходные данные

• Источник питания: Мощная аккумуляторная батарея с LiFePO4-элементами.
• Требуемая мощность: 1-5 МВт.
• Режим работы: Длительный режим на мощности 10-35% от максимальной (номинальной), с периодическим набором мощности в 100% от номинала.
• Задача: Выбрать оптимальный тип двигателя (ДПТ или АД с ЧП) с точки зрения экономичности и надежности.

Сравнение вариантов

Двигатель постоянного тока (ДПТ)

Преимущества

• Высокий пусковой момент: ДПТ хорошо справляются с запуском под нагрузкой.
• Простое регулирование скорости: Скорость регулируется изменением напряжения.
• Хороший КПД при номинальной нагрузке: Высокий КПД в районе номинальной мощности.

Недостатки

• Щеточно-коллекторный узел: Уязвимый элемент, требующий обслуживания, подвержен искрению и износу (особенно в морских условиях).
• Габариты и масса: Очень большие и тяжелые для данной мощности.
• Сложность изготовления: Штучные изделия, сложные и дорогие.
• КПД при частичных нагрузках: Значительно снижается при работе на 10-35% мощности.
• Проблемы с коммутацией: Сложности с обеспечением надежной коммутации при высоких мощностях.

Двигатель переменного тока (АД) с частотным преобразователем (ЧП)

Преимущества

• Высокая надежность: Асинхронные двигатели (особенно с короткозамкнутым ротором) очень надежны.
• Меньшие габариты и масса: Значительно легче и компактнее ДПТ.
• Широкий диапазон регулирования скорости: ЧП обеспечивает плавное регулирование.
• Высокий КПД в широком диапазоне нагрузок: Высокий КПД даже при частичных нагрузках (10-35%).
• Возможность рекуперации: ЧП может возвращать энергию в батарею при торможении.
• Доступность и распространенность: АД более распространены и дешевле ДПТ на мегаваттные мощности.

Недостатки

• Сложность системы управления: ЧП – сложное электронное устройство.
• Электромагнитные помехи: ЧП может создавать помехи (решается экранированием и фильтрацией).
• Цена: Стоимость ЧП высокой мощности высока.
• Необходимость охлаждения: ЧП требует эффективного охлаждения.

Экономичность в различных режимах

Сравнение экономичности

Режим работы	ДПТ	АД с ЧП
Длительный режим 10-35% мощности	Низкий КПД	Высокий КПД
Периодический набор 100% мощности	Близкий КПД	Немного выше КПД
Пусковой режим	Высокий пусковой момент	Высокий пусковой момент (с векторным управлением ЧП)

Учет LiFePO4 батареи

LiFePO4 батареи имеют стабильное напряжение разряда, что подходит для обоих типов двигателей. ЧП обеспечивает более точное управление током и напряжением, оптимизируя работу батареи и продлевая срок службы. ЧП также обеспечивает более плавный пуск.

Рекомендации и выводы

Рекомендуемый вариант: Асинхронный двигатель переменного тока (АД) с частотным преобразователем (ЧП).

Обоснование:

• Надежность: АД с короткозамкнутым ротором надежнее ДПТ, особенно в морских условиях.
• Экономичность: В основном режиме работы (10-35% мощности) АД с ЧП значительно экономичнее.
• Габариты и масса: АД легче и компактнее.
• Управляемость: ЧП обеспечивает широкий диапазон регулирования и рекуперацию.
• Совместимость с LiFePO4: ЧП оптимизирует работу с батареей.

Важные моменты

• Выбор ЧП: ЧП должен быть разработан для морских условий (защита от влаги, вибрации, соленого воздуха) и иметь векторное управление.
• ЭМС: Уделить внимание электромагнитной совместимости (экранирование, фильтры).
• Охлаждение: Обеспечить эффективное охлаждение ЧП.
• Квалифицированный персонал: Требуется квалифицированный персонал для обслуживания.
• Проектирование: Проект должен выполняться специализированной организацией с опытом в судовых электроприводах.

Заключение

Несмотря на преимущества ДПТ в пусковом моменте, недостатки (низкий КПД при частичных нагрузках, сложность, габариты, щеточно-коллекторный узел) перевешивают. АД с ЧП – современное, надежное и экономичное решение. ```