第九章 船舶甲板机械电力拖动及电气控制

1、船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第九章第九章 船舶甲板机械电力拖动及其电气控制船舶甲板机械电力拖动及其电气控制 本章概述本章概述o现代船舶一般都把锚机，绞缆机，起货机和甲板起重设现代船舶一般都把锚机，绞缆机，起货机和甲板起重设备统称为甲板机械。备统称为甲板机械。o船舶的甲板机械大多采用电力拖动自动控制系统和电动船舶的甲板机械大多采用电力拖动自动控制系统和电动液压控制系统。液压控制系统。o船舶航行于海上，它处于与陆地完全不同的工作环境。船舶航行于海上，它处于与陆地完全不同的工作环境。机电设备运行的可靠性决定了船舶及海员的安全。因此机电设备运行的可靠

2、性决定了船舶及海员的安全。因此要求船舶机电设备必须适应海上各种恶劣情况，如高温、要求船舶机电设备必须适应海上各种恶劣情况，如高温、潮湿和海水的侵蚀、风浪引起的撞击和摇摆。另外，还潮湿和海水的侵蚀、风浪引起的撞击和摇摆。另外，还要求机电设备操作灵活，维修方便。本篇还将介绍甲板要求机电设备操作灵活，维修方便。本篇还将介绍甲板机电设备的日常维护要点，引入典型实例来介绍一些常机电设备的日常维护要点，引入典型实例来介绍一些常见故障处理方法。见故障处理方法。船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第九章第九章 船舶甲板机械电力拖动及其电气控制船舶甲板机械电力拖动及其

3、电气控制本章主要讲解内容本章主要讲解内容第一节第一节 船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法第二节第二节 起货机的电力拖动与控制的基本要求起货机的电力拖动与控制的基本要求第三节第三节 起货机的电力拖动控制线路分析起货机的电力拖动控制线路分析第四节第四节 锚机和系缆设备的电力拖动与控制锚机和系缆设备的电力拖动与控制船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第一节第一节 船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法 当今各类运输船舶通常将锚机、绞缆机和起货机当今各类运输船舶通常将锚机、绞缆机和起货机称为船舶

4、甲板机械。当然各类工程船舶上的移船绞称为船舶甲板机械。当然各类工程船舶上的移船绞车，捕鱼船的拖网机，救捞船的尾拖缆机都属于运车，捕鱼船的拖网机，救捞船的尾拖缆机都属于运输船舶的绞车类和起货机类。船舶甲板机械的驱动输船舶的绞车类和起货机类。船舶甲板机械的驱动方式有电动式和液压式两大类。其相应的控制回路方式有电动式和液压式两大类。其相应的控制回路为电气控制回路和液压控制回路。为电气控制回路和液压控制回路。 在电气控制回路中，当代船舶已经引入了可编程在电气控制回路中，当代船舶已经引入了可编程控制器和单片机；在液压控制回路中，大多采用电控制器和单片机；在液压控制回路中，大多采用电子技术和液压技术相结合

5、的电液复合系统，进一步子技术和液压技术相结合的电液复合系统，进一步提高了系统的自动化程度。提高了系统的自动化程度。船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系一、电动甲板机械一、电动甲板机械 1 1船舶甲板机械的工况特点船舶甲板机械的工况特点 2 2调速要求调速要求 3 3工作的可靠性要求高工作的可靠性要求高 4 4对电气设备的要求对电气设备的要求 船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 1船舶甲板机械的工况特点船舶甲板机械的工况特点 船舶甲板机械与船舶电站紧密联系。甲板机船舶甲板机械与船舶电站紧密联系。甲板机械中某

6、些电动机单机功率相对发电机的容量而言，械中某些电动机单机功率相对发电机的容量而言，占有了较大的权重，拖动电机的起动、制动、运占有了较大的权重，拖动电机的起动、制动、运行状态都会直接影响到船舶电网参数的变化。船行状态都会直接影响到船舶电网参数的变化。船舶电站的容量基本上是根据船舶机电设备的总容舶电站的容量基本上是根据船舶机电设备的总容量来确定的。量来确定的。船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2 2调速要求调速要求 甲板机械要求调速的主要有起货机、锚机和绞缆机甲板机械要求调速的主要有起货机、锚机和绞缆机 等，但这几种设备对于电力拖动的各项调速指标的等，

7、但这几种设备对于电力拖动的各项调速指标的 要求并不高。一般要求调速范围在要求并不高。一般要求调速范围在1:8-1:101:8-1:10左左 右。至于特性的硬度、静差率以及动态性能方面的右。至于特性的硬度、静差率以及动态性能方面的 指标都没有特殊的要求。目前在船用交流调速系统指标都没有特殊的要求。目前在船用交流调速系统 中，起货机、锚机大多采用变极调速系统。有的船中，起货机、锚机大多采用变极调速系统。有的船 舶起货机把可编程控制器和单片机引入到控制系统舶起货机把可编程控制器和单片机引入到控制系统 中来，使其调速系统更为可靠，性能更佳。中来，使其调速系统更为可靠，性能更佳。船舶电气设备与系统 课

8、件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系3工作的可靠性要求高工作的可靠性要求高 甲板机械及其机电设备的高可靠性运行，这是由船甲板机械及其机电设备的高可靠性运行，这是由船舶的特殊性所决定的。除了要求它们可靠运行外，舶的特殊性所决定的。除了要求它们可靠运行外，还要方便日常管理和维护，一旦发生意外故障，则还要方便日常管理和维护，一旦发生意外故障，则要求故障部分能迅速恢复和切除，尽最大可能保持要求故障部分能迅速恢复和切除，尽最大可能保持供电和继续运行。供电和继续运行。船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系4 4对电气设备的要求对电气设备的要求

9、对船舶的甲板机电设备有以下几点要求：对船舶的甲板机电设备有以下几点要求： （1 1）通用性通用性，同一用途的设备应具有同一规格，同一用途的设备应具有同一规格，以保证良好的互换性。以保证良好的互换性。 （2 2）抗干扰性抗干扰性，目前电力电子器件在船舶中大，目前电力电子器件在船舶中大量运用，必须抑制各种电磁干扰、提高电子设量运用，必须抑制各种电磁干扰、提高电子设备和微机系统的电磁兼容性以保证这些系统的备和微机系统的电磁兼容性以保证这些系统的正常工作。正常工作。 （3 3）环境条件环境条件，要求机电设备能承受船舶在航，要求机电设备能承受船舶在航行中发生的振动和冲击力，以及环境温度的变行中发生的振动

10、和冲击力，以及环境温度的变化。化。船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系二、液压甲板机械二、液压甲板机械 甲板起重机大多采用液压传动，锚机、系泊绞甲板起重机大多采用液压传动，锚机、系泊绞缆机和起货机也有不少是采用液压传动的。缆机和起货机也有不少是采用液压传动的。 液压起货机、锚机和绞缆机操作方便，工作比液压起货机、锚机和绞缆机操作方便，工作比较平稳，可实现无级调速，而且能吸收冲击性负荷较平稳，可实现无级调速，而且能吸收冲击性负荷和自动防止过载，并具有良好的制动能力。它们对和自动防止过载，并具有良好的制动能力。它们对环境温度和湿度不太敏感。但它们存在加工

11、精度要环境温度和湿度不太敏感。但它们存在加工精度要求较高，制造安装比较复杂，维护管理工作量相对求较高，制造安装比较复杂，维护管理工作量相对大。大。 表表 9-19-1为甲板机械两种驱动方式的性能及有关为甲板机械两种驱动方式的性能及有关情况。情况。船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系表表9-1 9-1 甲板机械两种驱动方式的比较甲板机械两种驱动方式的比较适用范适用范围围各类各类工程工程船舶船舶的选的选用用对船舶电站对船舶电站容量的要求容量的要求起动起动特性特性调速调速特性特性运行特运行特性性制造制造成本成本及可及可靠性靠性技术技术发展发展趋向趋向维护维

12、护管理管理电电气气传传动动油船、油船、化学品化学品船不宜船不宜采用采用较少较少大功率装置大功率装置起动时对电起动时对电站及电网有站及电网有冲击冲击加速加速时间时间在在224S4S内内大多大多采用采用阶梯阶梯式式难于保难于保证平稳证平稳和抗冲和抗冲击击投资投资小，小，可靠可靠PLCPLC控控制制维修维修方便方便液液压压传传动动适用于适用于各种类各种类型船舶型船舶广泛广泛基本不冲击基本不冲击电站电站加速加速时间时间小于小于2S2S无级无级调速调速速比速比范围范围大大运动平运动平稳，能稳，能抗冲击抗冲击投资投资大，大，可靠可靠电液电液复合复合机电机电一体一体维修维修工作工作量较量较大大船舶电气设备与

13、系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第二节第二节 起货机的电力拖动与控制的基本要求起货机的电力拖动与控制的基本要求 一、船舶起货机的类型及特点一、船舶起货机的类型及特点 船舶起货机的类型很多。依据拖动方式来分，船舶起货机的类型很多。依据拖动方式来分，有电力拖动起货机和电动液压起货机两种。从机有电力拖动起货机和电动液压起货机两种。从机械结构的形式来分，主要有吊杆式起货机、回转械结构的形式来分，主要有吊杆式起货机、回转式起货机（克令吊）和行走（门吊）式起重机几式起货机（克令吊）和行走（门吊）式起重机几种类型。种类型。 1.1.电动起货机的特点电动起货机的特点 2.2.

14、电动液压起货机的特点电动液压起货机的特点船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系1. 电动起货机的特点电动起货机的特点 电动起货机系统结构紧凑、振动、噪音较小，电动起货机系统结构紧凑、振动、噪音较小，便于实现自动化和遥控；其缺点是电气线路较便于实现自动化和遥控；其缺点是电气线路较为复杂，在管理和维护方面有一定的要求。通为复杂，在管理和维护方面有一定的要求。通常采用多电动机拖动或选用各种类型电动机的常采用多电动机拖动或选用各种类型电动机的固有特性或人为特性来满足起货机对电力拖动固有特性或人为特性来满足起货机对电力拖动提出的要求。提出的要求。 船舶电气设备与

15、系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2. 电动液压起货机的特点电动液压起货机的特点 电动液压起货机能实现无级平滑调速，加速时电动液压起货机能实现无级平滑调速，加速时间短，具有良好的制动能力，不需要电磁制动间短，具有良好的制动能力，不需要电磁制动器。它的调速和换向是在液力机械中进行的，器。它的调速和换向是在液力机械中进行的，而电动机维持恒速不变，因此可采用普通鼠笼而电动机维持恒速不变，因此可采用普通鼠笼式异步电动机。它的缺点是工作效率低，制造式异步电动机。它的缺点是工作效率低，制造精度要求高，油路系统复杂，一旦管路破损、精度要求高，油路系统复杂，一旦管路破损、漏油不

16、易修复。漏油不易修复。船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系二、电动起货机的结构和运行特性二、电动起货机的结构和运行特性 起货机与其他机电设备一样，由原动机，传起货机与其他机电设备一样，由原动机，传动机构和执行机构三部分构成。电动起货机主动机构和执行机构三部分构成。电动起货机主要由以下三个部分构成：电动机；减速箱和离要由以下三个部分构成：电动机；减速箱和离合器组成的传动机构及卷筒；电磁合器组成的传动机构及卷筒；电磁/机械刹车机械刹车装置与吊杆等。装置与吊杆等。 船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系1吊杆式起货

17、机吊杆式起货机 吊杆式起货机有单杆式和双杆式两种。单杆式吊杆式起货机有单杆式和双杆式两种。单杆式电动起货机是一种具有电动回转和变幅的起货电动起货机是一种具有电动回转和变幅的起货机，见机，见图图9-1。 双杆式电动起货机是采用两台起货机在起货过双杆式电动起货机是采用两台起货机在起货过程中相互配合进行工作的，见程中相互配合进行工作的，见图图9-2。 双杆吊货的工作过程见图双杆吊货的工作过程见图9-3。船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系单杆式电动起货机结构图单杆式电动起货机结构图 双杆式电动起货机结构图双杆式电动起货机结构图 船舶电气设备与系统 课 件2

18、022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系图图9-3双杆吊货时电动机负载图双杆吊货时电动机负载图船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 由图由图9-39-3可见，起货电动机是重复短期工作，所以可见，起货电动机是重复短期工作，所以起货电动机一般采用专用的重复短期制。这种工作起货电动机一般采用专用的重复短期制。这种工作制用百分数制用百分数JCJC值表示，称为暂载率或通电持续率，值表示，称为暂载率或通电持续率，它表示在一个周期内，工作时间与一个周期时间它表示在一个周期内，工作时间与一个周期时间T T之比。之比。 式中：式中：t tg g为一周期内工

19、作时间，为一周期内工作时间， t t1 1为一周内的停止为一周内的停止时间。船舶起货机采用的电动机的暂载率一般为时间。船舶起货机采用的电动机的暂载率一般为15%15%，20%20%，25%25%，40%40%。一个周期的时间一般不超过。一个周期的时间一般不超过1010分钟。分钟。%100%100TttttJCgtgg船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2回转式电动起货机回转式电动起货机 回转式起货机（克令吊）它包括提升、变幅和回转式起货机（克令吊）它包括提升、变幅和回转三个主要机构。其拖动方式可采用电动机回转三个主要机构。其拖动方式可采用电动机拖动，

20、也可以用电动液压装置拖动。拖动，也可以用电动液压装置拖动。 如如图图9-4，是克令吊结构示意图，图中，是克令吊结构示意图，图中1是提是提升机构电动机，升机构电动机，2是变幅机构电动机，是变幅机构电动机，3是旋转是旋转机构电动机。通常可操作两个机构同时运转，机构电动机。通常可操作两个机构同时运转，也可以操作三个机构同时工作。也可以操作三个机构同时工作。 回转式起货机的吊货过程可以用简化的负载图回转式起货机的吊货过程可以用简化的负载图来表示，见图来表示，见图9-5。图中纵坐标。图中纵坐标 ， ， 分别分别为提升机构，回转机构和变幅机构的电动机轴为提升机构，回转机构和变幅机构的电动机轴上的负载力矩，

21、横坐标为时间上的负载力矩，横坐标为时间t。LT/LT/LT船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系1 1 提升机构电动机提升机构电动机 2 2 变幅机构电动机变幅机构电动机3 3 旋转机构电动机旋转机构电动机图图9-4 9-4 克令吊结构示意图克令吊结构示意图船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系图图9-5 9-5 各电动机轴上所受力矩的各电动机轴上所受力矩的简化负载图简化负载图t +1t2t +4t5t +7t8t +10t11t

22、+8t9000t1t +2t3t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t +9t10t12TLTLTLttt提升机构回转机构变幅机构卸货装货船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系回转式电动起货机的工作过程为回转式电动起货机的工作过程为：（1）t1时间为吊起货物阶段，同时伸距由最小到时间为吊起货物阶段，同时伸距由最小到最大。最大。（2）t2时间为继续吊货至需要高度，同时开始回时间为继续吊货至需要高度，同时开始回转。转。（3）t3时间为回转至需要位置，伸距同步由最小时间为回转至需要位置，伸距同步由最小开始变大。开始变大。（4）t4时间伸距继续变化至最大

23、，同时开始落货。时间伸距继续变化至最大，同时开始落货。（5）t5时间继续落货，直至时间继续落货，直至“到位到位”。（6）t6时间卸货，此时各电动机停止工作。时间卸货，此时各电动机停止工作。船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系（7）t7时间空钩吊上，同时伸距由最大至最小。时间空钩吊上，同时伸距由最大至最小。（8）t8时间继续吊至需要高度，同时开始回转。时间继续吊至需要高度，同时开始回转。（9）t9时间继续回转至需要位置，同时伸距由最时间继续回转至需要位置，同时伸距由最小开始变大。小开始变大。（10）t10时间伸距继续变化至最大，同时开始落时间伸距继续变

24、化至最大，同时开始落空钩。空钩。（11）t11时间继续落空钩，直至时间继续落空钩，直至“到位到位”。（12）t12时间为装货，各电动机停止工作。时间为装货，各电动机停止工作。 t1 t12是一个工作周期，以后重复上述过程。是一个工作周期，以后重复上述过程。船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系三、船舶起货机电力拖动的基本要求三、船舶起货机电力拖动的基本要求 1提高生产率提高生产率 2对调速范围的要求对调速范围的要求3对电动机型式的要求对电动机型式的要求4对控制电路的要求对控制电路的要求 船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机

25、工程学院船电系1提高生产率提高生产率 生产率是起货机的重要指标，以每小时的起生产率是起货机的重要指标，以每小时的起货量货量(th)表示，加快提升货物的速度可提高起货表示，加快提升货物的速度可提高起货机生产率，但从安全生产的角度来看，提升速度越机生产率，但从安全生产的角度来看，提升速度越高越不安全。为了提高生产率，必须合理确定额定高越不安全。为了提高生产率，必须合理确定额定起货速度。起货速度。 提高空钩速度可以缩短起货周期、提高生产提高空钩速度可以缩短起货周期、提高生产率。因为空钩高速时造成生产事故的可能性较小，率。因为空钩高速时造成生产事故的可能性较小，一般起货机空钩运行速度比额定起货的速度高

26、出许一般起货机空钩运行速度比额定起货的速度高出许多。对电动起货机选用飞轮惯量（多。对电动起货机选用飞轮惯量（GD2）小的电）小的电动机以缩短系统的起动和制动时间也是提高生产率动机以缩短系统的起动和制动时间也是提高生产率的一项有效措施。的一项有效措施。“重载低速、轻载高速重载低速、轻载高速” 船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2 对调速范围的要求对调速范围的要求 调速范围是起货机的另一重要指标。起货电调速范围是起货机的另一重要指标。起货电动机在运行过程中，既有空钩高速，又有重载动机在运行过程中，既有空钩高速，又有重载低速，要求较广的调速范围。一般低速

27、，要求较广的调速范围。一般直流起货机直流起货机调速范围为调速范围为10:1，调速性能良好；，调速性能良好；交流起货机交流起货机的调速范围为的调速范围为7:1，基本上也能满足起货的调，基本上也能满足起货的调速要求。而液压起货机的调速由液压控制实现，速要求。而液压起货机的调速由液压控制实现，拖动电动机本身不需要调速拖动电动机本身不需要调速。船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系3 对电动机型式的要求对电动机型式的要求 电动起货机必须选用电动起货机必须选用防水式防水式、重复短期重复短期工作制工作制的电动机以适应甲板工作条件。直流起货机，一的电动机以适应甲板工

28、作条件。直流起货机，一般采用起动力矩大而机械特性软的般采用起动力矩大而机械特性软的复励复励电动机以电动机以承受冲击负载，并且能适应承受冲击负载，并且能适应轻载高速、重载低速轻载高速、重载低速的工况。对交流起货机，宜选用起动力矩大、转的工况。对交流起货机，宜选用起动力矩大、转差率高而起动电流较小的深槽式差率高而起动电流较小的深槽式(或双笼式或双笼式)的变的变极调速笼式异步电动机，也可选用绕线式异步电极调速笼式异步电动机，也可选用绕线式异步电动机。对发电机动机。对发电机-电动机（电动机（G-M）系统的起货机，）系统的起货机，宜选用具有宜选用具有差复励绕组差复励绕组的发电机，使电动机获得的发电机，使

29、电动机获得适用于起货机的适用于起货机的下坠特性下坠特性。此外，要选用。此外，要选用转动惯转动惯量小量小的专用电动机，使起动和制动过程中的能耗的专用电动机，使起动和制动过程中的能耗降低。降低。船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系4 对控制电路的要求对控制电路的要求 （1）电动起货机采用三档调速控制，并能实）电动起货机采用三档调速控制，并能实现正反转运行。现正反转运行。 （2）对电动机设置短路、过载、绕组过热、）对电动机设置短路、过载、绕组过热、失压欠压、缺相保护环节等。失压欠压、缺相保护环节等。 （3）采用主令控制器实现运行操作，以保证）采用主令控制器

30、实现运行操作，以保证起货机操作灵活，工作可靠。起货机操作灵活，工作可靠。 （4）电动机要求有通风机进行强制冷却，并）电动机要求有通风机进行强制冷却，并设置风道的风门对风机和起货电动机之间的设置风道的风门对风机和起货电动机之间的联锁控制。联锁控制。船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系（5）设置从零档至上升（或下降）高速档的自动）设置从零档至上升（或下降）高速档的自动延时起动控制，以防止快速操作引起电动机过延时起动控制，以防止快速操作引起电动机过大的冲击电流以及起货机过大的机械冲击。大的冲击电流以及起货机过大的机械冲击。（6）从高速档回零档停车时设置有）

31、从高速档回零档停车时设置有三级自动制动三级自动制动控制：电气制动（再生制动）、电气与机械联控制：电气制动（再生制动）、电气与机械联合制动以及机械制动。合制动以及机械制动。（7）对于恒功率调速的电动机，中、高速档设置）对于恒功率调速的电动机，中、高速档设置有有重载不上高速重载不上高速的控制环节：当额定负载（重的控制环节：当额定负载（重载）时，既使主令手柄扳至上升高速档，电动载）时，既使主令手柄扳至上升高速档，电动机也只能运行于中速档；若电动机运行于高速机也只能运行于中速档；若电动机运行于高速档时出现重载，则应自动回到中速档。档时出现重载，则应自动回到中速档。船舶电气设备与系统 课 件2022-6

32、-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系（8）设置）设置“逆转矩逆转矩”控制环节，即首先实现从高控制环节，即首先实现从高速挡到零档的自动制动停车，然后再实现从零速挡到零档的自动制动停车，然后再实现从零档到反向高速档三级延时起动的自动过程。档到反向高速档三级延时起动的自动过程。（9）设置有电磁制动器处于松闸的状态下防止）设置有电磁制动器处于松闸的状态下防止“货物自由跌落货物自由跌落”的保护。的保护。（10）设置有电磁制动器线圈处于刹车状态下防）设置有电磁制动器线圈处于刹车状态下防止中、高速档堵转的保护。止中、高速档堵转的保护。船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工

33、程学院船电系第三节第三节 起货机的电力拖动控制线路分析起货机的电力拖动控制线路分析 一、交流恒功率变极调速起货机控制系统一、交流恒功率变极调速起货机控制系统 图图9-6是国产交流变极调速起货机控制电路是国产交流变极调速起货机控制电路原理图原理图 （注意图中电气符号的表示方法）。（注意图中电气符号的表示方法）。 1.起货机控制电路的组成起货机控制电路的组成 2.控制电路分析控制电路分析船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系风机起动失压,过热保护提升方向落货方向上升一挡刹车接触器刹车激磁变化接触器上升二挡过载上升三挡正常刹车时间正常刹车时间刹车制动线圈船舶

34、电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系1. 起货机控制电路的组成起货机控制电路的组成 （1）利用主令控制器发出控制信号，使起货机）利用主令控制器发出控制信号，使起货机按指令的要求工作。按指令的要求工作。 （2）电机的起动和调速环节。）电机的起动和调速环节。 （3）制动环节。）制动环节。 （4）保护环节。）保护环节。船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2. 控制电路分析控制电路分析 （1）准备（主令控制器置零位）准备（主令控制器置零位） （2）提升第一档）提升第一档 （3）提升第二档）提升第二档 （4）提升第三档）

35、提升第三档 （5）主令控制器手柄从零位直接扳到第三档）主令控制器手柄从零位直接扳到第三档 （6）主令控制器手柄直接从二档或三档扳回零位）主令控制器手柄直接从二档或三档扳回零位 （7）落货）落货 （8）主令控制器手柄从下降第三档直接扳到上升）主令控制器手柄从下降第三档直接扳到上升第三档或反之第三档或反之 （9）保护环节及其功能）保护环节及其功能船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系二、恒转矩交流三速起货机的线路分析二、恒转矩交流三速起货机的线路分析 恒转矩变极调速三相交流异步电动起货机和前节恒转矩变极调速三相交流异步电动起货机和前节所述的恒功率变极调速三

36、相交流异步电动起货机有所述的恒功率变极调速三相交流异步电动起货机有所不同，恒转矩变极调速三相交流异步电动起货机所不同，恒转矩变极调速三相交流异步电动起货机起动力矩大，但起动电流也大，约为额定电流的起动力矩大，但起动电流也大，约为额定电流的56倍倍(恒功率调速电动起货机约为额定电流的恒功率调速电动起货机约为额定电流的2倍倍)；恒转矩电动起货机高速时的转矩比恒功率调速电动恒转矩电动起货机高速时的转矩比恒功率调速电动起货机大；恒转矩电动起货机高速时可提升额定负起货机大；恒转矩电动起货机高速时可提升额定负载而恒功率调速电动起货机高速时只能提升半载；载而恒功率调速电动起货机高速时只能提升半载；恒转矩电动

37、起货机无需超载保护环节，控制电路简恒转矩电动起货机无需超载保护环节，控制电路简单，维修方便。单，维修方便。 船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系b1b1：应急停止开关：应急停止开关b12 b12 ：风门开关：风门开关 C11 C11 ：正转接触器：正转接触器 C12 C12 ：反转接触器：反转接触器 C13 C13 ：低速接触器：低速接触器 C14 C14 ：中速接触器：中速接触器 C15 C15 ：高速接触器：高速接触器 C16 C16 ：风机接触器：风机接触器 C17

38、 C17 ：制动接触器：制动接触器 S11 S11 ：电磁制动器：电磁制动器 d1 d1 ：低速绕组过载继电器：低速绕组过载继电器 d2 d2 ：中、高速绕组过载继电器：中、高速绕组过载继电器 d11 d11 ：失压继电器：失压继电器 d12 d12 ：上升继电器：上升继电器 d13 d13 ：下降继电器：下降继电器 d14 d14 ：中、高速跳闸继电器：中、高速跳闸继电器 d15 d15 ：时间继电器：时间继电器 d16 d16 ：时间继电器：时间继电器 d17 d17 ：时间继电器：时间继电器 船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系C23吊杆电动机

39、控制联锁吊杆电动机控制联锁 延时继电器d15的常闭触点延时断开切断再生制动回路接触器C13吸合同时,延时继电器d15通电C13常开闭合为制动接触器C17通电做准备.C16常开触点闭合为中(C14)高(C15)速接触器通电做准备只有在风机运行时，才能进高速正常时低速绕组不过载，d1通电吸合d11常开触点闭合，组成零压保护电路主令控制器手柄在位B11闭合正常情况应急停止开关b1闭合中速C14和高速C15接触器均为失电，低速接触器C13吸合为低速绕组通电做准备.失压保护继电器d11闭合d11闭合向控制电路供电风机接触器C16吸合风机通电运转冷却起货电动机打开风门风门开关b12闭合在零位时,上升和下降

40、继电器d12/d13均失电,其常闭触点闭合,则中高速跳闸继电器d14通电吸合(在中高速不过载时d2闭合),其常开触点闭合自锁.d14触点闭合,为中高速运行做准备在零位在零位 主令控制器b11-3接通,上升辅助继电器d12通电吸合d12常开闭合,使上升接触器C11通电吸合,接通低速绕组电源此期间，电动机高速绕组不过载，则d2吸合，其常开触点闭合。(d12常闭开)中高速继电器d14获电吸合并自锁。若电机高速过载，则d2释放，d14释放，起货机不能上高速。其常开触点闭合。为中高速接触器通电作准备。D16常开触点延时闭合为向中高速接触器通电作准备。延时保证在手柄快速扳到中高速档时，有足够时间低速起动，

41、防止直接进入高速起动而造成对起货机电机的冲击。d12通电吸合,常闭断开,使下降辅助继电器断电,实现互锁.d12和C11常开闭合,使电磁制动器接触器C17通电吸合,电磁制动器S11通过整流器获电动作,松开刹车,使起货电机低速运行.C11与C17间组成程序连锁，确保电动机低速绕组先通电，S11才能通电松闸，避免重物自行落下。起货一位起货一位同时延时继电器d16通电 中速接触器通电吸合，其主触点闭合，接通中速绕组，起货机中速运行。主令手柄至2位，b11触点9-09接通d17触点延时闭合,为高速运行做准备D17通电吸合(1)接触器C14常闭触点断开，低速接触器C13断电，使低速绕组断电，保证电动机在换

42、档时不会中断供电。(2)接触器C13触点断开， C14触点闭合，保证刹车在换档时不会中断供电。起货二位起货二位 (2)d15失电，其触点立即闭合。为停车或反向操作时进行再生制动做好准备。(1) C13,d15失电C15接触器常闭触点断开，C14失电，中速绕组断电，保证换档不断电。主令手柄至3位，b11触点11-011接通高速接触器通电吸合，其主触点闭合，接通高速绕组，起货机高速运行。起货三位起货三位C15触点闭合，C14触点断开，保证换档刹车接触器不断电。C15常闭触点断开，C14常闭触点闭合，C13和d15断电。 C15C15通电吸合，高速绕组通电，起货机进入通电吸合，高速绕组通电，起货机进

43、入高速运行。同时，切断高速运行。同时，切断C14C14电路，中速绕组电路，中速绕组断电。断电。C13C13保持断电，保持断电，C17C17保持通电。保持通电。由上述分析，主令控制器手柄突由上述分析，主令控制器手柄突然从零位扳到然从零位扳到3 3位，起动过程与手位，起动过程与手柄的操作速度无关，而是通过时柄的操作速度无关，而是通过时间继电器间继电器d16d16和和d17d17的延时控制，的延时控制，按时间原则自动起动并逐步加速按时间原则自动起动并逐步加速到高速运行。不会出现中、高速到高速运行。不会出现中、高速绕组堵转，也不会出现直接高速绕组堵转，也不会出现直接高速起动的情况。起动的情况。零位快速

44、到三位零位快速到三位零位时零位时C16,d11,d14,C13,d15C16,d11,d14,C13,d15通电吸合通电吸合手柄突然扳到三位，手柄突然扳到三位，d12d12和和C11C11先后通电，使低速绕组通先后通电，使低速绕组通电，同时电，同时C17(d12,C11,C13C17(d12,C11,C13已吸合已吸合) )通电吸合，电磁制动通电吸合，电磁制动器器S11S11通电松闸，起货机低速运行。通电松闸，起货机低速运行。C17C17通电同时，通电同时，d16d16也通电，经也通电，经0.25S0.25S延时后，其常开触延时后，其常开触点闭合，使点闭合，使C14C14通电吸合，中速绕组通电

45、，起货机中速通电吸合，中速绕组通电，起货机中速加速运行。加速运行。C14C14吸合，其常闭触点断开，吸合，其常闭触点断开，C13C13断电，低速绕组断断电，低速绕组断电，电，d15d15断电，其常闭触点闭合，为再生制动做准备。断电，其常闭触点闭合，为再生制动做准备。C14C14通电同时，通电同时，d17d17也通电，经也通电，经0.5S0.5S延时，延时，其常开触点闭合。其常开触点闭合。 二、三位快速到零位二、三位快速到零位在中高速时，在中高速时，C14C14或或C15C15吸合，其常闭触点断开，吸合，其常闭触点断开，d15d15断电，其常闭触点闭合，为再生制动做准备。断电，其常闭触点闭合，为

46、再生制动做准备。手柄回零位，手柄回零位，d12d12断电释放，断电释放，d12d12常开触点断开，常开触点断开，C14,C15C14,C15断电，断断电，断开中高速绕组，开中高速绕组， C14,C15C14,C15常闭触点闭合，常闭触点闭合， C13C13通电吸合接通低速通电吸合接通低速绕组，同时绕组，同时d15d15通电其常闭触电延时断开，在延时期间通电其常闭触电延时断开，在延时期间C11C11仍吸合，仍吸合，此时低速绕组与电源接通，电动机进入再生制动。此时低速绕组与电源接通，电动机进入再生制动。在在d12d12断电的同时，其常开断电的同时，其常开触点断开，触点断开，C17C17失电，电磁失

47、电，电磁制动器断电，由于其为大制动器断电，由于其为大电感，通过电阻放电，并电感，通过电阻放电，并在短时间内维持吸合状态，在短时间内维持吸合状态，到到S11S11放电到不足以使电磁放电到不足以使电磁铁吸合而释放使制动器刹铁吸合而释放使制动器刹车。此期间车。此期间d15d15未断开，故未断开，故再生制动和机械制动同时再生制动和机械制动同时起作用起作用( (联合制动联合制动) )。当。当d15d15延时结束，延时结束，d15d15断开，断开，C11C11释放，低速绕组断电，起释放，低速绕组断电，起货机电动机在机械制动作货机电动机在机械制动作用下停车。用下停车。 进行三阶段制动进行三阶段制动(1)(1

48、)再生制动再生制动(2)(2)再生制动与机械制动再生制动与机械制动(3)(3)机械制动机械制动零位时，零位时，C16,d11,d14,C13,d15C16,d11,d14,C13,d15通电吸合，通电吸合，d12,d13,C11,C12,d16,C17,C14,d17,C15d12,d13,C11,C12,d16,C17,C14,d17,C15断电释放，与前同。断电释放，与前同。零位快速到落货三位零位快速到落货三位手柄快速扳到落货手柄快速扳到落货3 3位，位，d13,C12,d16(d13,C12,d16(触点延时闭合触点延时闭合),C17),C17依依次通电次通电( (松开刹车松开刹车) )

49、 ，低速绕组接通电源，电机在反向低速运，低速绕组接通电源，电机在反向低速运行。行。D16D16触点延时闭合触点延时闭合,C14(,C14(中速绕组中速绕组)d17()d17(触点延时闭合触点延时闭合) )通电，通电，中速绕组接通电源，电机在反向中速运行。切断低速绕组。中速绕组接通电源，电机在反向中速运行。切断低速绕组。d17d17触点延时闭合触点延时闭合,C15(,C15(高速绕组高速绕组) )通电，高速绕组接通电源，通电，高速绕组接通电源，电机在反向高速运行。切断低速和中速绕组。保持刹车通电。电机在反向高速运行。切断低速和中速绕组。保持刹车通电。 可见落货各档或从零位到落货二、三，或从落货二

50、、三档快速可见落货各档或从零位到落货二、三，或从落货二、三档快速扳回零位与起货时类似，不同的由的扳回零位与起货时类似，不同的由的d13d13代替代替d12d12，C12C12代替代替C11C11，起货机反转。由于货物是位能性负载，在落货时使电动机处于起货机反转。由于货物是位能性负载，在落货时使电动机处于再生制动状态下运行，起货电动机使货物匀速下降。再生制动状态下运行，起货电动机使货物匀速下降。从落货二、三档快速扳回零位与起货时类似，进行三阶段制动，从落货二、三档快速扳回零位与起货时类似，进行三阶段制动，(1)(1)再生制动再生制动(2)(2)再生制动与机械制动再生制动与机械制动(3)(3)机械

51、制动机械制动起货三位快速扳到落货三位起货三位快速扳到落货三位(或相反或相反)手柄从正三至倒三时，手柄从正三至倒三时，d12d12断开，断开，C17C17失电，刹车失电，刹车(S11)(S11)延时释放。手柄从中延时释放。手柄从中速至过零时，使速至过零时，使C13(C13(低速绕组低速绕组) )和和d15(d15(触点延时断开触点延时断开) )通电，使通电，使C11C11自锁自锁(d13(d13不能通电不能通电) )，电动机在起货方向上减速，电动机在起货方向上减速( (再生制动再生制动) )。S11S11放电至释放刹车，此放电至释放刹车，此时时d15d15延时时间未到，再生制动与机械制动共存延时

52、时间未到，再生制动与机械制动共存( (联合制动联合制动) )。d15d15延时时间延时时间到，到，C11C11断电，则再生制动结束，由机械制动至停车。实现三级制动。断电，则再生制动结束，由机械制动至停车。实现三级制动。其过程为首先三级制动停车，然后按时间原其过程为首先三级制动停车，然后按时间原则逐级起动。则逐级起动。起货三位快速扳到落货三位起货三位快速扳到落货三位(或相反或相反)C11C11失电，失电，d13,C12d13,C12依次通电吸合，依次通电吸合，C17C17通电松开刹车。低速绕组通电松开刹车。低速绕组(C13)(C13)接通接通电路电路, ,电动机在落货方向低速运转。同时电动机在落

53、货方向低速运转。同时d16d16通电延时，通电延时，d16d16延时时间到，延时时间到，C14C14通电通电( (断开断开C13)C13)中速绕组接通电路，电动机在中速加速运转，同时中速绕组接通电路，电动机在中速加速运转，同时d17d17通通电延时，电延时，d17d17延时时间到，延时时间到， C15C15通电通电( (断开断开C13,C14)C13,C14)高速绕组接通电路，电高速绕组接通电路，电动机在高速运转。实现按时间原则起动。动机在高速运转。实现按时间原则起动。停车自动制动，自动延时起动。这种控制方停车自动制动，自动延时起动。这种控制方式称式称“逆转矩控制逆转矩控制”船舶电气设备与系统

54、 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系基本保护环节基本保护环节(1)“(1)“逆转矩控制逆转矩控制”(2)(2)防止货物自由跌落防止货物自由跌落 1 1、货物下落时，电动机处于再生制动状态、货物下落时，电动机处于再生制动状态 2 2、在换档时，始终有一个接触器吸合，、在换档时，始终有一个接触器吸合， 对应绕组通电，保持货物不会自由下落。对应绕组通电，保持货物不会自由下落。(3)(3)应急切断：遇特殊情况，按下应急按钮应急切断：遇特殊情况，按下应急按钮b1b1 切断控制电路，使起货机立即停止工作。切断控制电路，使起货机立即停止工作。(4)(4)失压保护失压保护( (零电压

55、保护零电压保护):):零压继电器和零压继电器和 主令零位触点实现保护主令零位触点实现保护船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系(5)(5)过载保护，通过安装在低速和过载保护，通过安装在低速和高速绕组内部的热敏电阻和继电高速绕组内部的热敏电阻和继电器器d1d1和和d2d2来实现。来实现。当过载时，热敏电阻的阻值升高，当过载时，热敏电阻的阻值升高，负载继电器电流减小，继电器释负载继电器电流减小，继电器释放，串联在控制电路中的触点断放，串联在控制电路中的触点断开，使相应的控制电路失电。开，使相应的控制电路失电。若低速过载则若低速过载则d1d1失电起货机停止失

56、电起货机停止工作。若中高速过载则的工作。若中高速过载则的d2d2失电，失电，则起货机不能进入高速运行，只则起货机不能进入高速运行，只能在低速运行能在低速运行低速低速 中高速中高速船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系(6)(6)风机过载，通过热继电器实现保护。接触器风机过载，通过热继电器实现保护。接触器C16C16失失电，串联在高速控制电路的常开触点断开，则起电，串联在高速控制电路的常开触点断开，则起货机不能在中、高速运行而只能在低速运行。货机不能在中、高速运行而只能在低速运行。(7)(7)短路保护：由熔断器短路保护：由熔断器e11e13e11e13来

57、实现来实现(8)(8)缺相保护：电动机在缺相运行时，会使电动机过缺相保护：电动机在缺相运行时，会使电动机过热而损坏。由于本电路的控制电路由三相供电，热而损坏。由于本电路的控制电路由三相供电，在电源的任意一相失电的情况下都使控制电路失在电源的任意一相失电的情况下都使控制电路失电，电动机都会停止运转而起保护作用。电，电动机都会停止运转而起保护作用。船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第四节第四节 锚机和系缆设备的电力拖动与控制锚机和系缆设备的电力拖动与控制 一、锚机、绞缆机的类型及运行特点一、锚机、绞缆机的类型及运行特点 锚机系缆机械是船舶必需配备的重要

58、甲板机锚机系缆机械是船舶必需配备的重要甲板机械，它们主要用来使船舶安全地停泊于锚地或械，它们主要用来使船舶安全地停泊于锚地或系泊于码头。锚机与绞缆机的型式根据船舶类系泊于码头。锚机与绞缆机的型式根据船舶类型及布置有多种多样，型及布置有多种多样， 如卧式锚机（带系缆滚筒）、立式锚机、立如卧式锚机（带系缆滚筒）、立式锚机、立式系缆绞机和卧式绞缆机等。式系缆绞机和卧式绞缆机等。 船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系11锚；锚；22锚链筒；锚链筒；33制链器；制链器；44锚链；锚

59、链；55锚机；锚机；66锚链管；锚链管；77弃链器；弃链器；88锚链舱。锚链舱。船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系锚设备的布置图锚设备的布置图11锚；锚；22锚链筒；锚链筒；33制链器；制链器；44起锚机；起锚机；55锚链管；锚链管；66锚链舱。锚链舱。船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 锚和收锚用的动力机械，目前多用电动锚机和液锚和收锚用的动力机械，目前多用电动锚机和液压锚机两种。按链轮轴线布置不同可分为卧式锚机压锚机两种。按链轮轴线布置不同可分为卧式锚机和立式锚机。和立式锚机。 卧式锚机卧式锚机船舶

60、电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系锚机实例：锚机实例：船舶电气设备与系统 课 件2022-6-16轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系系缆机系缆机船舶在水上做靠岸停泊的一种方式。船舶在水上做靠岸停泊的一种方式。利用系缆设备，将船舶安全牢固地系结于码头、浮利用系缆设备，将船舶安全牢固地系结于码头、浮筒、船坞或其它船舶的一种停泊方法。系泊设备一筒、船坞或其它船舶的一种停泊方法。系泊设备一般由缆索、系缆属和系缆机械三部分组成般由缆索、系缆属和系缆机械三部分组成船舷系泊船舷系泊船舶系缆的方式船舶系缆的方式船尾系泊船尾系泊首尾系泊首尾系泊单点系泊单点系泊船舶电气