船舶電氣設(shè)備ch9

1、船舶設(shè)備自動控制系統(tǒng)第九章 船舶的甲板機械電力拖動與控制 第1章第2頁概述船舶甲板機械包括： 錨機、絞纜機、起貨機和其它甲板起重設(shè)備。本章以典型實例: 了解設(shè)備的性能、對控制系統(tǒng)的要求； 分析電氣控制線路； 介紹日常維護(hù)、故障處理的方法。 第1章第3頁9.1 船舶甲板機械的特點及驅(qū)動與控制方法 9.1.1 甲板機械的特點、驅(qū)動及控制方式 甲板機械驅(qū)動方式驅(qū)動方式：電動式：電動式： 液壓式：液壓式：第1章第4頁1） 電動甲板機械 船舶甲板機械的工況特點起動能力（起動轉(zhuǎn)矩）堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩工作制：連續(xù)、短時、短時重復(fù)過載能力(1) 對電動機的要求：防水防水第1章第5頁(2) 調(diào)速要求 起貨機、錨機

2、和絞纜機 調(diào)速范圍： 1 8 1 10 -提高效率在船用交流調(diào)速系統(tǒng)中，起貨機、錨機大多采用在船用交流調(diào)速系統(tǒng)中，起貨機、錨機大多采用變極調(diào)速系統(tǒng)。變極調(diào)速系統(tǒng)。靜態(tài)性能、動態(tài)性能方面的指標(biāo)都沒有特靜態(tài)性能、動態(tài)性能方面的指標(biāo)都沒有特殊的要求。殊的要求。第1章第6頁(3)工作的可靠性要求 甲板機械及其機電設(shè)備的高可靠性，這是由船舶的特殊性所決定的。 方便日常管理和維護(hù)，一旦發(fā)生意外故障，則要求受損傷部分能迅速恢復(fù)和切除，盡最大可能保持供電和繼續(xù)運行。 第1章第7頁通用性通用性 同一用途的設(shè)備應(yīng)具有同一規(guī)格，以保證良好的互換性?？垢蓴_性抗干擾性 目前電力電子器件在船舶中大量運用，必須抑制各種電磁

3、干擾、提高電子設(shè)備和微機系統(tǒng)的電磁兼容性以保證這些系統(tǒng)的正常工作。環(huán)境條件環(huán)境條件 要求機電設(shè)備能承受船舶在航行中發(fā)生的振動和沖擊力，以及環(huán)境溫度的變化。 (4) 對電氣設(shè)備的要求對電氣設(shè)備的要求第1章第8頁2） 液壓甲板機械 液壓驅(qū)動方式液壓驅(qū)動方式 性能性能 優(yōu)于電動式（如表9-1）優(yōu)點：優(yōu)點：操作方便，工作比較平穩(wěn)，可實現(xiàn)無級調(diào)速，而且能吸收沖擊性負(fù)荷和自動防止過載，并具有良好的制動能力。它們對環(huán)境溫度和濕度不太敏感。缺點：缺點：是加工精度要求較高，制造安裝比較復(fù)雜，維護(hù)管理工作量相對大。 第1章第9頁9.1.2 船舶電力拖動系統(tǒng)的分類 工作電流制式有直流和交流兩大類 調(diào)速方式、性能：第

4、1章第10頁調(diào)速方式變頻M電網(wǎng)CVCFVVVF直流調(diào)速交流調(diào)速ACDCIfMGMACDCMMAC第1章第11頁9.2 起貨機的電力拖動與控制的基本要求船載貨物的可用港口起貨設(shè)備來裝卸 但并非所有港口都具有足夠的吊貨機械 同時需考慮船舶在開闊水面過駁過駁、吊運物料吊運物料備件備件、航行中倒艙航行中倒艙等的需要 因此，在雜貨船、干貨船上仍需安裝起貨機船上起貨機的可靠性和工作效率對縮短港泊時間、加快周轉(zhuǎn)、降低運輸成本都具有重要意義船用起貨機的用途船用起貨機的用途第1章第12頁9.2.1 船舶起貨機的類型及特點 從驅(qū)動方式分：電動式電動液壓式從機械結(jié)構(gòu)的形式來分： 吊桿式起貨機 回轉(zhuǎn)式起貨機(克令吊c

5、rane) 門式起重機 第1章第13頁9.2.2 電動起貨機的結(jié)構(gòu)和運行特性 構(gòu)成：構(gòu)成： 電動機、減速箱和離合器組成的傳動機構(gòu)，卷筒和電磁/機械剎車裝置與吊桿等 運動形式：運動形式：升降俯仰回轉(zhuǎn)第1章第14頁1 吊桿式起貨機 單桿式電動起貨機圖9-1單桿式電動起貨機結(jié)構(gòu)圖3臺電動絞車：升降絞車變幅絞車回轉(zhuǎn)絞車2個主令控制器：提升/落貨變幅、回轉(zhuǎn)第1章第15頁圖圖9-2 雙桿式電動起貨機結(jié)構(gòu)圖雙桿式電動起貨機結(jié)構(gòu)圖 雙雙桿式電動起貨機分別設(shè)2臺電動絞車：升降絞車變幅絞車回轉(zhuǎn)由人工操作2個主令控制器：升降絞車1升降絞車2配合實現(xiàn)提升/落貨、回轉(zhuǎn)第1章第16頁圖9-4克令吊結(jié)構(gòu)示意圖回轉(zhuǎn)式電動起貨

6、機克令吊（ crane ）包括提升、變幅和回轉(zhuǎn)三個主要機構(gòu) 組裝在一個共同的回轉(zhuǎn)座臺上克令吊的特點克令吊的特點第1章第17頁克令吊的特點克令吊： 占用甲板面積少，操作靈活，可360旋轉(zhuǎn) 能為前、后艙服務(wù)，裝卸效率較高 能準(zhǔn)確地把貨物放到貨艙的指定地點 能迅速地投入工作等優(yōu)點 但它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管理要求高 價格約比吊桿式起貨機貴3040第1章第18頁9.2.3起貨機對電力拖動控制的基本要求 1 提高生產(chǎn)率-每小時的起貨量(th) 加快提升貨物的速度提高空鉤速度 ：縮短起動和制動時間 ：對電動起貨機選用飛輪慣量（GD2）小的電動機 轉(zhuǎn)子細(xì)而長第1章第19頁2 對調(diào)速范圍的要求 調(diào)速范圍是起貨機的另一重

7、要指標(biāo)。起貨電動機在運行過程中，既有空鉤高速，又有重載低速，要求較廣的調(diào)速范圍。一般 直流起貨機調(diào)速范圍為10:1；交流起貨機的調(diào)速范圍為7:1 第1章第20頁3 對電動機型式的要求 選用防水式、重復(fù)短期工作制的電動機以適應(yīng)甲板工作條件；起動力矩大、起動電流較??；選用轉(zhuǎn)動慣量(或飛輪慣量GD2)小的專用電動機，使頻繁頻繁起動和制動過程中的能耗降低。 直流起貨機：一般采用起動力矩大而機械特性軟的直流起貨機：一般采用起動力矩大而機械特性軟的復(fù)勵電動機復(fù)勵電動機以承受沖擊負(fù)載，并且能適應(yīng)輕載高速、以承受沖擊負(fù)載，并且能適應(yīng)輕載高速、重載低速的工況。重載低速的工況。 交流起貨機：宜選用起動力矩大、轉(zhuǎn)差

8、率高而起動交流起貨機：宜選用起動力矩大、轉(zhuǎn)差率高而起動電流較小的深槽式電流較小的深槽式(或雙籠式或雙籠式)的變極調(diào)速籠式異步電的變極調(diào)速籠式異步電動機，也可選用繞線式異步電動機。動機，也可選用繞線式異步電動機。第1章第21頁9.2.4 對電動起貨機控制電路的要求1，三檔調(diào)速控制，并能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運行。2，對電動機設(shè)置短路、過載、繞組過熱、失壓欠壓、缺相保護(hù)環(huán)節(jié)等。3， 采用主令控制器實現(xiàn)運行操作，以保證起貨機操作靈活，工作可靠。4，電動機要求有通風(fēng)機進(jìn)行強制冷卻，并設(shè)置風(fēng)道的風(fēng)門對風(fēng)機和起貨電動機之間的聯(lián)鎖控制。5，設(shè)置從零檔至上升（或下降）高速檔的自動延時起動控制，以防止快速操作引起電動機過大

9、的沖擊電流以及起貨機過大的機械沖擊。（不允許帶載高速直接起動）針對升降絞車控制的要求第1章第22頁9.2.4 對電動起貨機控制電路的要求6，從高速檔回零檔停車時設(shè)置有三級自動制動控制：電氣制動（再生制動）、電氣與機械聯(lián)合制動以及機械制動。7，對于恒功率調(diào)速的電動機，中、高速檔設(shè)置有重載不上高速的控制環(huán)節(jié)：當(dāng)額定負(fù)載（重載）時，既使主令手柄扳至上升高速檔，電動機也只能運行于中速檔；若電動機運行于高速檔時出現(xiàn)重載，則應(yīng)自動回到中速檔。第1章第23頁9.2.4 對電動起貨機控制電路的要求8，設(shè)置“逆轉(zhuǎn)矩”控制環(huán)節(jié)，即首先實現(xiàn)從高速擋到零檔的自動制動停車，然后再實現(xiàn)從零檔到反向高速檔三級延時起動的自動

10、過程。9，設(shè)置有電磁制動器處于松閘的狀態(tài)下防止“貨物自由跌落”的保護(hù)。10，設(shè)置有電磁制動器線圈處于剎車狀態(tài)下防止中、高速檔堵轉(zhuǎn)的保護(hù)。 第1章第24頁9.3 起貨機的電力拖動控制線路 9.3.1 交流恒功率變極調(diào)速恒功率變極調(diào)速起貨機的控制 圖9-6 HJD型交流變極調(diào)速起貨機控制原理電路圖 三速交流異步電動機：定子有三套獨立的繞組：JZF-H5型(1.5t)額定功率分別為15/15/3千瓦極數(shù)分別為4/8/28對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速為1500/750/215 RPM中、高速繞組按中、高速繞組按恒功率恒功率設(shè)計設(shè)計 第1章第25頁恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速在不同轉(zhuǎn)速下，若保持電流不變，電動機的轉(zhuǎn)矩不變。恒

11、功率調(diào)速恒功率調(diào)速在不同轉(zhuǎn)速下，若保持電流不變，電動機的功率不變。第1章第26頁恒功率恒功率/恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性：nTPen1n2T2T1恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速nTP1n1n2P2Te恒恒轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩調(diào)速調(diào)速nTP三速起貨機三速起貨機調(diào)速特性調(diào)速特性第1章第27頁控制電路的分析分析方法：抓住抓住關(guān)鍵關(guān)鍵，逐步分析，逐步分析對控制對象熟悉時，以控制功能為線索，分解電路以主令控制的操作次序為線索，逐步分析電路的變化及實現(xiàn)的功能第1章第28頁v 基本保護(hù)控制環(huán)節(jié)控制電路的短路短路、風(fēng)機電動機過載風(fēng)機電動機過載和起貨電動機低速繞組的過載過載、失壓欠壓失壓欠壓、起貨電動機的繞組過熱繞組過熱、電源缺

12、相、與風(fēng)機的聯(lián)鎖風(fēng)機的聯(lián)鎖、應(yīng)急強制運行應(yīng)急強制運行等一系列保護(hù)控制功能 圖9-6 零壓繼電器KA1實現(xiàn)的保護(hù)控制第1章第29頁v 起貨電動機基本動作控制 圖9-7 基本控制電路由主令控制器進(jìn)行控制：正/反轉(zhuǎn)1/2/3速制動 圖9-6 第1章第30頁基本操作圖圖9-6 1，準(zhǔn)備（手柄零位）：KA1、KT3、KT4、KT5、KM1得電2，上升（起貨）1檔：KMF、KB得電：打開剎車；KT1、KM5得電3，上升（起貨）2檔：KM2得電，KM1失電； KT3失電，延時0.5s，檢測重載4，上升（起貨）3檔：重載： KM3不能得電輕載：KM3得電， KM2失電；又重載時（KT4延時檢測），KM3失電，

13、 KM2得電，返回中速過渡特性分解電路 5, 3檔2檔1檔0檔?第1章第31頁特殊控制功能(1) 停車過程中自動三級制動的實現(xiàn) 圖9-8電氣制動控制環(huán)節(jié)KMFSA2KMFKT2SA3KMBKMBKMFKMB電動機由中、高速檔返回零位停車時，要求有電動機由中、高速檔返回零位停車時，要求有電電氣制動氣制動、電氣和機械聯(lián)合制動電氣和機械聯(lián)合制動以及以及機械制動機械制動的三的三級制動過程。級制動過程。 再生制動再生制動圖9-6 2個延時：個延時：KT2延時電磁制動器銜鐵釋放延時第1章第32頁圖9-6 再生制動再生制動調(diào)整：q摩擦片磨損嚴(yán)重q滑程太大第1章第33頁（2）重載不上高速控制 KM3KA2圖9

14、-9重載不上高速和高速檔延時起動控制SA7SA8KM2KA2KM3KMBKA2KA3KT3KM3KM1圖9-6 第1章第34頁電流繼電器KA3的重載檢測：AUBUCUBI0BICAI3KAIKA3BICAI3KAICAU30KAIR42、3速R4變化？KM2KM3R4第1章第35頁(3）自動延時起動控制 (逐級起動)圖9-6 起貨機從零檔至上升（或下降）高速檔檔時，其起動過程與主令手柄操作速度無關(guān)，只取決于時間繼電器KT3的延時時間。 第1章第36頁(4) “逆轉(zhuǎn)矩”控制 防止電動機高速運行時進(jìn)入反接制動狀態(tài) 先先“制動（停車）制動（停車）”，再，再“反向自動延時起動反向自動延時起動” 的過程

15、的過程圖9-6 第1章第37頁(5) 防止“貨物自由跌落”控制 等速落貨等速落貨； 起動時先接通電機的低速繞組電源，再接通電起動時先接通電機的低速繞組電源，再接通電磁制動器線圈使之松閘磁制動器線圈使之松閘 主令控制器處于兩檔中間空檔位置（主令控制器處于兩檔中間空檔位置（SA4、SA7均斷開）時或換檔過程中均斷開）時或換檔過程中 ，電動機總有一個繞，電動機總有一個繞組處于通電狀態(tài)組處于通電狀態(tài) ; KM1、KM2、KM3因故障不能吸合時，則因故障不能吸合時，則KT5失電，失電，電磁制動器電磁制動器 KB線圈延時斷開線圈延時斷開圖9-6 過渡特性第1章第38頁補充：電動液壓起貨機優(yōu)點： 可實現(xiàn)無級

16、調(diào)速 運行平穩(wěn) 而且能吸收沖擊性負(fù)荷和自動防止過載 良好的制動能力。3臺電動絞車：升降絞車液壓變幅絞車電動回轉(zhuǎn)絞車電動以國產(chǎn)某吊桿式電動液壓起貨機為例，簡要介紹第1章第39頁液壓系統(tǒng)工作原理M起貨起貨落貨落貨油馬達(dá)油馬達(dá)油泵油泵制動油缸制動油缸輔油泵輔油泵油箱油箱單向截流閥單向截流閥二位三通電磁閥二位三通電磁閥液壓閥液壓閥卷筒卷筒斜盤式雙向變量泵：斜盤式雙向變量泵：通過改變斜盤傾斜角的方向、大小改變排出方向、排量大小雙向油馬達(dá)：雙向油馬達(dá)：通過進(jìn)油的方向、大小控制馬達(dá)轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)矩控制閥補液補液ACDCIfMGM第1章第40頁控制閥二位三通電磁閥二位三通電磁閥有電無電二位三通液壓閥二位三通液壓閥壓

17、力油單向節(jié)流閥單向節(jié)流閥AB溢流閥溢流閥BAOBAO第1章第41頁電氣系統(tǒng)L1 L2 L3FR1QSFR2KM3KM4KM2KM1FR1KM2KM4YVKM3SB2KM1KM1SB1KTKM3KTKTKM2FR2SB4KM1SB3KM3KM1SA1SA1KM4M1M2主令第1章第42頁9.4 錨機和系纜設(shè)備的電力拖動與控制基本要求 錨機和系纜機用于船舶在水面停泊或碼頭的系泊驅(qū)動方式：有電力拖動，也有液壓拖動 錨機和絞纜機常組成一個聯(lián)動機 第1章第43頁9.4.1 錨機運行特點 錨機的操作：拋錨，拋錨，2種方式：種方式： 松開錨機的制動器，依靠錨及錨鏈的自重進(jìn)行松開錨機的制動器，依靠錨及錨鏈的自

18、重進(jìn)行重力重力拋錨拋錨 采用采用電動拋錨電動拋錨，電動機工作，電動機工作,實為再生制動狀態(tài)，實為再生制動狀態(tài)，以獲得穩(wěn)定的拋錨速度以獲得穩(wěn)定的拋錨速度起錨起錨錨機必須有足夠的力矩克服風(fēng)、水流及錨鏈的阻力，錨機必須有足夠的力矩克服風(fēng)、水流及錨鏈的阻力，收進(jìn)錨鏈。收進(jìn)錨鏈。第1章第44頁圖9-12 起錨過程 F/T錨破土錨破土收錨入孔收錨入孔收錨出水收錨出水收水底錨鏈?zhǔn)账族^鏈?zhǔn)諔益準(zhǔn)諔益湹?章第45頁9.4.2錨機對電力拖動控制的要求 對電力拖動的要求 電動機和控制電器采用30min(分鐘)短時工作制 在電動拋錨時必須有穩(wěn)定的制動拋錨速度 應(yīng)急起錨時，能夠最大負(fù)載力矩下起動運行 ，在30min內(nèi)

19、保證起動25次 錨機電動機允許帶電堵轉(zhuǎn)l Min ,電動機應(yīng)有軟的或下墜的機械特性 ,堵轉(zhuǎn)力矩應(yīng)為額定力矩的兩倍 錨機電動機應(yīng)有一定的調(diào)速范圍:要求破土后的起錨速度：單錨不小于12m/min；雙錨不小于8m/min；拉錨入孔的速度為34m/min。 第1章第46頁對錨機控制de要求 自動逐級起動 具有電氣制動和機械制動相配合的可靠制動環(huán)節(jié) 具有短路、失壓、過載、斷相等保護(hù)環(huán)節(jié)第1章第47頁9.4.3 控制線路的分析圖913 交流三速電動起錨機控制線路錨機電動機是三速籠式電動機，有兩套繞組： 一套為4極高速繞組； 另一套是變極繞組，16極低速是D形接法。8極中速是YY形接法，從D形改接成YY形屬于恒功率調(diào)速。中、低速級采用直接起動的方法，中速至高速級按時間原則自動延時起動。 第1章第48頁9.4.3 控制線路的分析 按操作過程： 準(zhǔn)備（零檔） 起錨1檔 起錨2檔 起錨3檔 0-3檔：中速直接起動，延時轉(zhuǎn)換到高速圖913問題: KT1、KT2KT2、KT3KT3各起何作用？第1章第49頁9.4.3 控制線路的分析 主要保護(hù)環(huán)節(jié)： 零壓（失壓）保護(hù) 高速檔過電流保護(hù) 中、低速級過載保護(hù)及其應(yīng)急起錨 中、低速繞組換接互鎖保護(hù)圖913第1