甲板机械电力拖动控制原理.ppt

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第九章甲板机械电力拖动控制原理,9-1.锚机的电力拖动与控制9-2.锚机控制线路9-3.船舶起货机的电力拖动与控制9-4.直流电动起货机9-5.交流电动起货机9-6.电动液压起货机9-7.电力拖动系统故障检测与维护,第九章小结,学习第九章应该注意的点,第九章学习应注意的几个问题：

1.锚机和起货机有哪些基本要求？

2.锚机和起货机控制线路各由哪些主要环节组成？

能实现什么功能？

3.锚机和起货机控制线路中有哪些保护措施？

4.锚机和起货机控制各自的主要工作过程如何？

本章重点线路为：

1.交流电动锚机控制线路；2.交流三速起货机控制线路。

9-1.锚机的电力拖动与控制,本节主要内容：

主要内容：

两大点。

一.锚机运行工作特点；二.对电力拖动及控制的要求；学习要求：

1.锚机运行工作特点主要要求知道锚机的3种工况和起锚过程中各个阶段的特点；2.对电力拖动及控制的要求包含两方面：

.对电动机的要求；.对控制线路的要求。

这些要求是本节的重点内容，要求一定要掌握。

运行工况：

1.正常起锚工况；2.应急起锚工况；3.抛锚工况。

正常起锚工况：

正常起锚工况有5个阶段：

.收躺锚链：

电动机轴上负载转矩不变，且较小。

.拉紧锚链：

轴上负载转矩逐渐增大。

.拔锚出土：

负载转矩达到最大，“出土”后突然减小。

.提锚出水：

负载转矩逐渐减小。

.拉锚入孔：

负载转矩再次用所增大，但不多。

注意：

拔锚不出土时电动机将堵转，此时要求电动机能够承受堵转转矩。

为了减小对电动机的冲击，通常可以通过主机推进器推动船舶前进，依靠船舶前进的动力拔锚出土。

一、锚机运行工作特点,船舶抛锚时有两种情况：

抛锚工况：

1.水深不大时，直接松开制动器，锚自由下落，靠锚和锚链自重进行抛锚；2.海水较深时，则锚自由下落的速度较大，为了较好地控制下落速度也为了防止起锚困难和损坏设备，应该采取电气制动的方法，使锚下落的速度恒定。

电气制动的方法有：

1.能耗制动；2.再生（回馈、发电）制动。

通常采用再生制动（节能）。

应急起锚工况：

1.海事局教材定义：

深水抛锚时，由于水深锚抛不到底，需将锚拉起，找合适地方再抛。

此时锚链最长（约200米左右），起锚负载转矩最大。

2.一般定义：

在电动机热继电器动作后，由于情况紧急通过应急起锚按钮短接热继电器进行的起锚。

书上并未说明。

锚机其它工况说明,对电机要求（6方面）：

1.容量：

单锚破土起双锚；2.起动：

可最大负荷起动，工作时间30min，30min内起25；3.特性：

软或下坠的机械特性；4.过载：

堵转1min；5.速度：

单锚12m/min，双锚8m/min，入孔34m/min；6.电机：

防水式，短时工作制电动机。

对控制线路要求（5方面）：

1.起动：

逐级自动起动；2.过载：

保证堵转1分钟不保护动作；3.抛锚：

匀速深水抛锚（再生或能耗制动）；4.保护：

短路、失压、过载、断相保护；5.制动：

电气和机械配合制动。

第一节要点：

锚机工作特点；要求（总体5点、电动机和控制线路各6点）。

二、对电力拖动及控制的要求,9-2.锚机控制线路,本节主要内容主要内容：

三部分内容：

一.复杂电路分析方法和控制线路符号说明；二.锚机电动机起动和运转的分析；三.电动机的停止过程分析。

学习要求：

1.学会复杂电路分析方法；2.能够结合对船舶锚机电力拖动及控制线路要求和锚机工作过程、特点，分析“交流三速锚机控制线路图”。

复杂电路的分析方法,复杂电路分析方法：

1.经典读图法：

从主令元件入手，逐路分析。

经典读图法要求对图中元件的作用清楚，工作过程有一定的了解，且需要经验积累。

2.逻辑代数读图法：

采用逻辑函数表示线圈的通电逻辑，先列出各个线圈的逻辑函数并化简，然后根据逻辑函数读图。

由于时间关系，不能介绍逻辑函数及其化简，所以只能采用经典读图法分析。

需要注意的主要工作过程：

.打开刹车串电阻；.三速运行及换档；.制动刹车放电抱闸。

电动机说明,电锚机电动机：

采用继电接触器控制的锚机一般采用变极调速，因此电动机一般要求具有两套绕组（或三套绕组）。

国产的交流电动锚机（定型产品）为：

采用16/8/4三速鼠笼式异步电动机拖动。

有两套独立绕组，高速4极，单独一套绕组，中速8级（YY），低速16极（），中低速合用一套绕组。

（见书P.126）。

YY变极调速属于恒功率调速，这样可以保证低速时有大的转矩（即满足2倍额定转矩起动）。

中速8级（YY）为额定级。

1.时间继电器：

都是断电延时。

KT1：

23档延时；KT2：

延时过流保护；KT3：

刹车经济电阻延时接入。

2.其它继电器：

KA1：

为负载继电器，重载不上高速；KA2：

“零压（位）继电器”，失、欠压保护；KA3：

为中间继电器，与KT2配合，3档（高速）换档过载检测。

3.接触器：

KM1：

正转，起锚用；KM2：

反转，抛锚用；KM3：

“1速”，低速用；KM4-1、KM4-2：

“2速”，中速用（YY需要两个）；KM5：

“3速”，高速用；KM6：

接通刹车电磁铁用。

4.主令触点、开关：

SA：

电源开关；SA17：

各档控制。

5.“十字格”中数字说明：

左边：

为常开触点位置；右边：

为常闭触点位置。

6.触头下数字：

表示控制线圈所在支路。

控制元件及电路图说明,起锚操作,起锚操作的分析包含四个部分：

1.接通电源；2.起锚1档；3.起锚2或3档；4.重载自动回到起锚中速档（2档）。

1.接通电源：

只有手柄在零位，KA2才能得电。

2.起锚1档：

SA（2、4、7）等三路接通。

3.起锚2或3档：

SA（2、5、6、7）等四路接通。

可实现自动延时加速。

4.重载自动回到起锚中速档（2档）。

注意：

从起锚3档回2档后，若负载减小，不会自动再升到3档。

应将手柄扳回2档后再推向3档才行。

1档,3档,重载,其它,通电,2档,手柄在零位时，将电源开关SA闭合，合上空气断路器QS，由于手柄在零档时主令控制器的触点只有SA1一路接通，此时KA2线圈通电自锁触头闭合，控制线路有电。

为其它操作做准备。

手柄0位,手柄在零位时，将电源开关SA闭合，合上空气断路器QS，由于手柄在零档时主令控制器的触点只有SA1一路接通，此时KA2线圈通电自锁触头闭合，控制线路有电。

为其它操作做准备。

手柄0位,手柄扳到起锚1档：

主令触点SA2、SA4和SA7三路接通，SA2使起锚（正转）接触器KM1通电，KM1触点使KM6、刹车YB打开，KT3断电延时，延时到，切除经济电阻。

SA4使低速接触器KM3通电，低速起锚。

起锚1档,手柄扳到起锚2档：

主令触点SA2、SA7不变，SA4断开，SA5闭合。

SA4使KM3断电；而SA5使KM4-2、4-1先后通电，锚机电动机进入中速起锚。

KM4-1通电后，KT1断电延时，延时时间到，其常闭触点闭合，为进入第3档做准备。

注：

中、高速是不同的两套绕组，切换时允许同时通电，但从中速到高速的切换，必须等电机转速确实达到中速后才行。

起锚2档,手柄扳到起锚3档：

增加SA6闭合，KT1延时已到，KM5有电，其常闭触点使KM4-1和KM4-2都断电，锚机由中速切换到高速运行。

同时KT2断电延时，准备使过流继电器KA1投入负载电流检测。

KT2延时使过流继电器KA1投入，是为了避开换档时出现的大电流。

当KT2常闭触点断开后，若无过载，则KA1不动作，锚机在高速稳定运行。

否则，将使KA3动作，退回中速运行。

起锚3档,KT2延时使过流继电器KA1投入，是为了避开换档时出现的大电流。

当KT2常闭触点断开后，若无过载，则KA1不动作，锚机在高速稳定运行。

否则，将使KA3动作，退回中速运行。

重载,当KA3动作且自锁后，其常闭触点使KM5断电，KM4-2、4-1自行通电，锚机退回中速运行。

此时，KA1无电流，但KA3已自锁，要再进入高速，须将手柄扳到中速后，再扳到高速才行。

快速操作和抛锚,操作时若快速将手柄扳到第3档，则控制线路将直接从中速开始，使电动机起动，经过KT1延时后，再自动进入高速运行。

抛锚过程与起锚相似，但负载继电器KA1不会动作。

此时电动机处于再生制动状态。

停机,手柄扳到零位，所有接触器失电，YB也失电，但不马上制动，要等其线圈放电后才进行机械制动。

调整放电回路的电阻R4，可调整放电时间，从而调整刹车制动的时间。

第二节要点：

能够独立地分析书P.127.图9-2-2线路的“起动、停止和运转”过程。

9-3.船舶起货机的电力拖动与控制,本节主要内容主要内容：

两大点。

一.起货机运行工作特点；二.对电力拖动及控制的要求；学习要求：

1.要求知道起货机的工作特点；2.对电力拖动及控制的要求包含两方面：

.对电动机的要求；.对控制线路的要求。

这些要求是本节的重点内容，要求一定要掌握。

起货机分类和工作制,分类：

按驱动原理分类：

蒸汽、电液、电动起货机。

按机械结构分类：

吊杆式（单、双杆）和回转式（克令）起货机。

工作制：

起货机的工作制为：

重复短时（或间歇式、断续式等）。

起货机运行工作特点,特点：

起货机工作特点是：

负载变化大，无固定循环，短时间内不断重复循环：

吊货、移动、落货、空钩返回，每个循环所吊的货物重量不尽相同。

起货机的安全：

起货机的安全必须通过各种保护措施实现。

起货机工作时，安全问题非常重要。

不但过载会损坏电动机等机械设备，制动、限位及速度控制不正常则将引起人身安全事故及设备的损坏。

对电力拖动及控制的要求,对电动机的要求：

书P.129130，共6点。

1.过载性好，起动力矩足够大；2.机械特性软；3.调速范围广；4.惯量小；5.防水式；6.重复短时。

对控制线路的要求,根据港监“轮补电”教材P.79叙述共有8点：

1.起动时间（2秒之内）；2.制动时间（1秒之内）；3.逐级自动起动；4.逆转矩控制（防止高、中速时反接制动）；5.防货物跌落；6.堵转；7.冷却（与通风机联锁）；8.安全保护等。

此外：

手柄换档时至少有一个绕组通电，设有紧急停车按钮，设有重物低速放下按钮。

第三节要点：

基本要求（电动机：

六点；控制电路：

主要是“安全保护”）。

9-4.直流电动起货机,本节主要内容主要内容：

两部分内容：

一.双输出G-M系统起货机；二.晶闸管直流电动起货机。

学习要求：

1.了解船舶直流电动起货机的类型；知道“G-M系统”及“双输出G-M起货机”工作原理；2.了解船舶直流电动起货机的可能发展趋向晶闸管直流电动起货机及其可能的实现方案。

需要注意的内容：

1.G-M系统；2.直流电动起货机的类型；3.各继电器的作用（尤其是FR、FA、KI等）。

G-M系统：

G-M系统是指：

发电机-电动机组成的变流机组的直流调速拖动系统。

原理：

异步机拖动发电机和励磁机，调节发电机励磁，改变电压，直流电动机转速得到调节。

特点：

调速性能好，但系统庞大，维护量大。

一、双输出G-M系统起货机,励磁：

发电机有两个励磁支路，每个支路电流单独调节。

电枢：

发电机电枢分成两部分，由于每个磁极下的绕组元件支路感应的电动势取决于该磁极的磁通，因此相同励磁磁极下的电枢绕组元件支路电势相等，可单独输出，且不互相干扰。

双输出直流发电机,组成：

1台三相交流异步电动机，拖动1台双输出直流发电机，双输出直流发电机向2台直流电动机供电。

改错：

异步电动机起动电路为自耦变压器降压起动，与P.111图8-4-2同。

但P.132图中，KM3线圈支路中KA1常闭触点应改为常开触点。

直流电动机的励磁：

与负载有关，重载强励，轻载弱磁。

由KI实现。

双输出G-M系统直流起货机,直流起货机工作原理：

改变发电机励磁大小和方向，可改变其输出电压大小和极性，使直流电动机转速发生变化。

共有11档。

只有手柄在零位，才有励磁。

发电机的励磁由励磁机GE提供。

制动减速：

改变发电机励磁，由于励磁经RG和RGF放电时间较慢，电压不会突然下降太多或出现反接制动，因此只有再生制动。

手柄操作不当时：

可能出现反接制动，由FA和KA2实现保护。

工作原理,控制线路,异步机完全起动后，KM4闭合，励磁发电机提供控制线路的电压，指示灯HL亮。

只有主令控制器手柄在0位，SA1触点接通，零压继电器KA2才能通电自锁，方向接触器才可能有电，起货机才能工作。

不同转向操作：

KMH、KML分别通电；不同转速，SA58先后接通，短接直流发电机励磁绕组的电阻，使发电机发出不同的电压，电动机就能得到不同转速。

到9-7,二、晶闸管直流电动起货机,有三种类型：

1.单独一组电枢供电，接触器控制方向；2.两组分别电枢供电，进行方向控制；3.两组分别励磁供电，励磁变反，电压也反。

单独一组晶闸管电枢供电方式：

特点：

仍然存在接触器控制，即有触点控制。

原理：

晶闸管控制速度，接触器控制转向。

线路,正转,反转,两组晶闸管分别向电枢供电,原理：

采用两组晶闸管分别向直流电动机电枢绕组进行供电。

即一组用于起货机提升货物控制，另外一组则用于起货机下放货物控制。

起货机运行的速度由晶闸管控制输出电压实现。

特点：

没有接触器，属于无触点控制。

但需要两组大功率的晶闸管整流装置。

相对最好的。

线路,正转,反转,第四节要点：

类型，工作原理，各继电器作用（尤其是FR、FA、KI）。

两组晶闸管分别向励磁供电,原理：

采用两组晶闸管分别向发电机励磁供电。

励磁电压反向，发出电压变反，电动机反转。

特点：

没有接触器，属于无触点控制。

但需要增加一台直流发电机。

早期的方案。

线路,正转,反转,9-5.交流电动起货机,本节主要内容主要内容：

两部分内容（重点在“要求”）1.交流三速起货机简介介绍变极调速起货机特点；掌握对恒功率起货机要求；2.线路分析主电路的分析；控制电路分析（包括：

零位保护、正转起动1-3档的分析、停车分析和快速反转分析）。

学习本节的目的：

主要目的就是锻炼分析复杂线路的能力。

书上对起货机的线路分析比较详细，但自己看，较为麻烦。

通过课堂“跑线路”后，应该自己再试着读懂整个起货机的线路。

交流电三速起货机简介：

电动机：

变极调速起货机采用三套独立绕组电机。

具体见书P.135.JZF-H6型26/26/5.5KW，p=2/4/14。

总要求：

.逐级起动；.低速通电后松刹车；.总有一绕组通电；.中高速不堵转；.中高速不允许反接制动P.140.“逆转矩控制”。

控制线路：

除上述“五点”外，还有：

.风机连锁；.重载不上高速；.逐级制动；.保护，等。

保护功能：

.短路；.过载；.失压；缺相；和其它保护措施等。

一、交流三速起货机,全图,控制线路分析,零位,起货三速：

停车,快速反转,起货机线路图,主电路（零位）,低速,中速,高速,主电路,控制线路,1,2,3,3档过载,控制线路分析,交流三速恒功率起货机线路（全图）,控,低,中,高,1,2,3,过,停,反,主,0,变极调速起货电动机2M的三速绕组分别由KM1、KM2和KM3控制；KMH和KMF分别为正反转接触器，控制起货机的升降。

起货电动机由风机1M进行冷却。

CT为电流互感器，向负载继电器KI提供电流分量，KI的电压分量为控制电路中变压器提供，其相位与L1、L3两线之间线电压同相位。

若设L1、L2和L3分别为A、B和C相，则电压分量为AC相，电流分量为B相，只有这样，才能保证测量有功电流。

其原理后面再介绍（见P.141.图9-5-3）。

负载继电器：

KI当起吊货物超过额定负载的一半时，不允许上高速。

全图,主电路,全图,到9-7,控制电路,合上空气开关QS，钥匙开关和控制开关闭合（见控制线路），将主令手柄放在0档位置上，若风门已经开，则风机起动。

将主令手柄放在起货1档位置上，则正转接触器KMH和低速接触器KM1有电，接通主电路，起货电动机工作在低速运行状态。

到控制电路,全图,低速运行（主电路）,起货机已经在低速运行时再将主令手柄放在起货2档位置上，则正转接触器KMH和中速接触器KM2有电，接通主电路，起货电动机工作在中速运行状态。

中速运行时，负载继电器KI开始工作（经KM1、KM2支路，未进入高速，KT4不闭合）。

中速运行（主电路）,到控制电路,全图,起货机在中速运行后，将主令手柄放到起货3档，则正转接触器KMH和高速接触器KM3有电，接通主电路，进入高速运行状态。

高速运行时，负载继电器KI有两个工作状态：

KT4还没有闭合，负载继电器避开换档电流；KT4延时闭合，负载继电器正常检测起货机负载。

若此时起吊重物超过半载，则KI将动作，KM3断开，KM2自动重新闭合，起货机自动回到中速运行。

到控制电路,全图,高速运行（主电路）,手柄零位,全图,起货1档,查看主电路,全图,起货2档,查看主电路,全图,起货3档,查看主电路,全图,3档重载返回2档,全图,停车,全图,快速反转（逆转矩控制）,全图,负载继电器的接线可以测量起货机的负载，由图可见，IF不仅与IB的大小有关，而且与IB的相位有关。

因此，可以用IF来反映起货机提升负载的大小。

图中，R5是一个可以改变阻值大小的电阻，可以用来适应2档和3档时功率因数不同而造成IF大小的不一样。

第五节要点：

懂得KI和KT14的工作原理；能分析“工作过程”；“各种保护”。

负载继电器分析,9-6.电动液压起货机,特点：

电气方面简单；但液压传动系统对制造维护等方面要求较高。

组成原理：

主油泵：

斜盘式双向变量泵。

提供高压油，驱动双向油马达转动使起货机工作。

泵的吸排油流动方向和排量的大小可以通过主令手柄改变，从而控制起货机转向和转速。

辅油泵：

主要用于向液压刹车油缸提供压力油，同时也向主油泵循环系统补充液压油。

异步电动机带动主油泵和辅油泵。

工作原理：

液压系统工作原理,电气系统工作原理,手柄0位：

刹车8未打开，阀4工作在上位，主油泵打循环。

起货：

电磁阀6线圈通电，工作在右位，刹车打开。

油马达运转。

此时，变量泵a管排压力油，d管吸入，管路ab段为高压油，cd为低压油。

落货：

主令手柄扳到“下降”位置，变量泵的倾斜盘方向反向倾斜，使吸排方向与起货时相反，高压油从C管进入，使油马达产生反向转矩而反转落货。

下放重物时：

货物重量使油马达转速不断升高，当马达排油量大于油泵排量时，ab管油压高于cd管，使油马达产生制动转矩，阻碍货物快速下落。

系统变成逆系统，能量传递方向为：

油马达油泵，油泵油马达，电动机反馈给电网，与电动起货机的再生制动状态类似。

空钩时：

油马达克服摩擦力而拖动卷筒反转,液压系统工作原理,1M、2M为吊杆电动机，是特殊绕线式机，转子部分绕组整流后向刹车供电。

M2辅油泵，直接起动。

M1主油泵，在M2起动后即可起动。

方法为Y-降压（原理同第八章）。

YV1、YV2为直流电磁制动器（图9-6-1中阀6线圈），仅当手柄离开0位时，SA1和SA2才闭合打开刹车。

第六节要点：

液压系统的组成和工作原理。

参见液压系统,返回,电气系统工作原理,9-7.电力拖动系统故障检测与维护,维护工作：

1.测绝缘；2.清洁；3.检查触头（状态、压力、开距和超程）；4.查整定值；5.检查、调刹车。

主要故障：

G-M系统：

1.继电器不动作；2.接触器不动作；3.主令控制器故障；4.电机转速上不去；5.电机超速；6.电机温高；7.刹车故障。

交流三速：

1.无正倒车；2.单向不转；3.有低速无中高速；4.滑程太大；5.手柄反向，电机转向不变；6.轻载不上高速；7.刹车不开。

排除故障：

方法见P.145/6.表9-7-1/2，但应根据实际情况具体分析，后确定检查方法。

有待于经验积累。

GM系统,控制线路,第九章各节要点,各节要点：

第一节：

锚机工作特点；要求（总体5点、电动机和控制线路各6点）。

第二节：

能够独立地分析书P.127.图9-2-2线路的“起动、停止和运转”过程。

第三节：

基本要求（电动机：

六点；控制电路：

主要是“安全保护”）。

第四节：

直流起货机的类型，工作原理，各继电器作用（尤其是FR、FA、KI）。

第五节：

能分析交流三速起货机的“工作过程”；“各种保护”；懂得KI和KT14的工作原理。

第六节：

液压系统的组成和工作原理。

第九章的主要内容,主要内容：

锚机和起货机的基本要求；交流电动锚机和交流三速起货机线路的功能、保护措施和工作原理；要求能够分析这两个控制线路的工作过程，尤其是主要环节的工作过程。

掌握对锚机的基本要求和线路的特点、功能；掌握对起货机基本要求和线路的特点、功能；掌握锚机和起货机线路的保护措施；能够分析锚机和起货机线路主要环节的工作过程。