船舶电器设备

1、 第六章船舶电器设备A学习目的：知识目标：1、熟悉电气技术所涉及各种基础知识2、熟悉电气设备的主要类型及应用条件。3、熟悉接触器、继电器、空气断路器等常规电器的作用，结构及使用范围。4、了解各种电机的基本原理，分类5、了解电机的启动、调速等基本常识能力目标：1、具备低压电器的基础知识，2、能正确设别各类常见的船舶电器设备，了解使用场合3、初步具备操作有关电器设备的能力。4、具备基本的电器设备符号识读能力第一节船舶电气基础一、船舶电气基础知识现代船舶大多采用内燃机作为主推进动力装置，所配备的绝大多数机械都采用电力拖动方式进行工作。其电能供给由独立的船舶电力系统予以实现。为了满足船舶正常运营的需要

2、，该系统必须具备供电、配电、控制与保护等功能。因此，船舶电力系统是一个电气线路十分复杂的系统。任何复杂的电气线路都是由一些基本的单元电路组合而成，而基本单元电路又均为若干功能不同的电器元件的组合。所谓电器，即是根据外界的电信号或非电信号自动或手动地实现电路的接通、断开、控制、保护与调节的电路元件。简言之，电器就是电的控制元件。电力系统中所使用的电器，种类数非常之多，下面就扼要介绍一下它们的分类方法及相应类型。1按工作电压分类(1)高压电器:交流大于1000v，直流大于1500V的电器。(2)低压电器：交流小于1000V，直流小于1500v的电器。2按用途分类(1)控制电器：用于各种电气传动系统

3、中，对电路及系统进行控制的电器。如接触器，各种控制继电器。(2)保护电器：用于电气系统中，对发电机电网与用电设备进行保护的电器。如：熔断器、热继电器等。(3)主令电器：在电器控制系统中，发出指令，改变系统工作状态的电器。如：按钮、主令控制器等。(4)执行电器：接受电信号以实现某种功能或完成某种动作的电器。如：电磁铁、制动器等。3按动作方式分类(1)手动控制电器：依靠人工操作进行动作而执行指令的电器。如：按钮、转换开关等。(2)自动控制电器：能够感受电或非电信号，自动动作而执行指令的电器。如：接触器、继电器等。4按执行元件分类(1)有触点电器：通过触头的接触与分离而通断电路的电器。如：刀开关、继

4、电器等。(2)无触点电器：通过电子电路发出检测信号而实现(执行相应指令或通断电路)功能的电器。如接近开关、晶体管式时间继电器等。二、船舶电气系统基本参数及特殊要求1、电制船舶电力系统的基本参数是指电流种类(电制)、额定电压和额定频率的等级。它们决定了电站工作的可靠性和电气设备的重量、尺寸、价格等。由于电源有直流电源与交流电源之分，因此船舶电力系统也相应有直流电力系统船舶与交流电力系统船舶，习惯上把它们称为直流船与交流船。在20世纪50年代以前所建造的船舶，绝大部分是直流船，而后随着科学技术的发展，在20世纪仍年代以后建造的船舶主要是交流船，20世纪70年代后除特种工程船舶外，几乎都采用交流电力

5、系统。2、额定电压等级我国采用交流电制的船舶，其额定电压与陆地的低压交流电制基本一致。船舶电气系统额定电压的大小直接影响到电力系统中所有电气设备的重量和尺寸、价格等技术经济指标和人身安全问题。提高电压主要是使电缆网络的重量和外形尺寸减少，对电力系统中的其他元件的重量、尺寸特性影响并不大。可是电压的提高对电气设备的绝缘和安全方面也提出了更高的要求，因此船舶建造时选择额定电压主要考虑是与本国陆上低压电网额定电压相一致。目前，随着船舶电站容量的增加，在一些大型船舶、工程船舶及舰船上电站容量已达数万千瓦，这时仍采用低压系统标准显然已不合理，因此这类船舶大多采用陆上相应中压等级标准（如3.3kV）。我国

6、船用额定电压情况见表6-1。额定电压U（单位：伏特V）表6-1电源设备额定电压受电设备额定电压直流电气设备28、115、23024、110、220交流电气设备115、230、40024、110、220、3803、额定频率船舶电网的额定频率f通常为50HZ/60HZ，部分通讯设备电源采用中频局部供电（115V、400Hz）。我国船舶上一般采用交流220V/380V三相三线制50HZ和直流24V蓄电池两种电源。其中，直流蓄电池主要用于应急、交流发电机的励磁等4、船舶电气设备和工作条件及其基本要求船舶电气设备工作条件比陆地恶劣得多，环境条件对电气设备的运行性能和工作寿命有严重影响。当环境温度高时，会

7、造成电机出力不足，绝缘加速老化。相对湿度高则会使电气设备绝缘受潮、发胀、分层及变形等使绝缘性能降低，并且会使金属部件加速腐蚀。空气中的盐雾、油雾的存在，霉菌的生长及灰尘粘结都能使电气设备绝缘下降、工作性能受到影响。当船舶营运时常常受到严重的冲击、振动、倾斜和摇摆时，也会造成电气设备损坏、接触不良或误动作。由此可见，船用电气设备必须满足“船用条件”的要求。（见表6-2）船用电器工作条件表6-2X工作条件要求1周围温度-25+452相对湿度95%3凝露有4盐雾有5油雾有6霉菌有7船体倾斜：周期横倾长期横倾长期纵倾22.515（对应急设备22.5）108振动有9冲击有相关技术要求有：GB/T3783

8、1994船用低压电器基本要求。无船用产器时，可以考虑采用陆用产品加三防（防湿热、防盐雾、防霉菌）来代替。第二节船舶电气系统常见电气元器件一、接触器接触器为一种利用电磁吸力的作用远距离频繁通断大电流电路（即主电路）的开关电器。其基本工作原理如图61所示。当吸引线圈通电时磁路中产生磁通，当由此而产生的电磁吸力大于反力弹簧等的反力时，衔铁吸合而使触头通断状态改变；当吸引线圈失电时，电磁吸力小于反作用力，衔铁释放而使触头状态复原。由此，通过对小功率电磁线圈得失电（b）接触器原理图6-1接触器的控制，使其触头通断状态相应改变即可实现对大功率主电路的通断控制。交流接触器的灭弧装置有磁吹式和灭弧栅式由于交流

9、接触器吸引线圈中通过的是交流电，故铁芯中产生的磁通是交变磁通，电磁吸力与磁通的平方成正比,当交流电过零时，磁通为零，吸力为零，这时候衔铁在弹簧的反力作用下被拉开,磁通过零后吸力又开始增大,衔铁又吸合。在如此反复循环的过程中，衔铁产生强烈的振动和噪音,振动使电器寿命缩短,并使触点接触不良、磨损或溶焊。为此，在交流接触器中设置有短路环(参见图6-1b)。短路环通常套在静铁芯接触面的2/3部分上，装了短路环后将气隙磁通一分为二,一部分磁通穿过短路环,将在环内产生感应电动势.感应电流,产生磁通超磁通祖分别与磁通1磁通2相量相加,使穿过气隙的磁通1k和2k,它们不仅相位不同而且幅值也不一样,有这两个磁通

10、产生的电磁力就不再同时过零点,这时,合成磁力就相当平稳,只要最小吸力大于反力,那么衔铁将会牢牢地吸住,不会产生振动和噪音.船用交流接触器主要用于交流频率50Hz和60Hz，额定电压至1000V，额定电流至800A的电气系统中接通和分断电路，并可与适当的热继电器或电子式保护装置组合成电动机起动器，以保护运行中可能发生过载的设备。船舶上还使用不少直流接触器，有CZ0、CZ1、CZ2和CZ5等系列。二、继电器图6-2继电器继电器(如图6-2所示)为一种根据某种特定信号的变化来控制小电流电路(控制电路)的通断状态以实现对电力拖动设备和系统的自动控制与保护的电器。其输入信号可以是电信号(如电流、电压等)

11、，亦可以是非电信号(如时间、温度、速度、压力等)。按照不同的分类方法，继电器可分为多种类型:(1)按输入信号分：电压继电器、电流继电器、时间继电器、速度继电器等；(2)按动作原理分：电磁式继电器、感应式继电器、电子式继电器、热继电器等；按动作时间分：快速继电器(0.0050.05s)、瞬时继电器(0.050.15s)、延时继电器等；(4)按执行环节分：有触点继电器、无触点继电器等。三、自动开关低压断路器即低压自动开关，又称低压空气开关或自动空气断路器（如图6-3、6-4所示）。它具有灭弧能力相当强的灭弧罩，因此不仅能带负荷通断电路，而且能通断一定的短路电流。图6-3自动开关图6-4自动开关二配

12、电用低压断路器按结构型式分，有塑型外壳式和万能式两大类。塑壳式低压断路器，又称装置式自动空气断路器。国产型号“02”。DZ10型断路器的操作手柄有三个位置：合闸位置，自由脱扣位置，分闸和再扣位置，0210型断路器内装设的电磁脱扣器，作短路保护用；装设热脱扣器（双金属片式），作过负荷保护用。0210型断路器，采用钢片灭弧栅，万能式低压断路器又称为框架式断路器。由于其保护方案和操动方式较多，装设地点也很灵活，因此有“万能式”之称，国产型号为“DW”。0川型断路器（如图6-5所示）的合闸操动方式较多，除直接手柄操动外，还有杠杆操动、电磁铁操动和电动机操动等方式。断路器有选择和非选择型两类。DW型的断

13、路器可装设的脱扣器类型有：过电流脱扣器、欠电压脱扣器和分励脱扣器。主要型号有：DW10；DW15；DW94；DW95；DW98等。1-操作手柄；2-自由脱扣机构；3-失压脱扣器；4-过电流脱扣器脱扣电流调节螺母;5-过电流脱扣器；6-断路器辅助触头；7-灭弧罩（内有主触头）图6-5DW10-200型万能式低压断路器四、熔断器熔断器是电气线路中最常见、最廉价的保护电器。熔断器在电气线路中主要起到短路保护的作用。熔断器具有价格低廉、更换方便、工作可靠等优点。因此，在船舶电气系统中有着十分广泛的运用。图6-6所示为常见的熔断器。保护电气线路的熔断器熔体电流的选择应满足以下要求：1、熔断器额定电流应不

14、小于线路的计算电流,以使熔体在线路正常最大负荷下运行时不致熔断。对有并联电容器的电路来说,由于其瞬间涌流较大,熔断器额定电流应取为其电路额定电流的1.431.55倍。图6-6熔断器2、熔断器额定电流还应“躲”过线路的正常尖峰电流,以使熔体在线路出现正常的短时尖峰电流时也不致熔断。文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.图612主令控制器图6-8按钮3、熔断器保护还应与被保护的线路相配合,使之不致发生因出现过负荷或引起短路而引起绝缘导线或电缆过热甚至起燃而熔断器不熔断的事故.如果不满足配合要求,则因改变熔断器的型

15、号规格,或者适当增大导线或电缆的线芯截面。五、主令电器主令电器为切换控制线路的单极或多极小电流开关电器，其触头容量小，不能用于主电路，而是用于控制电路，控制其他电器的工作状态。主令电器发出指令改变其他电器的电磁线圈的得失电状态，以切换线路而改变被控装置的工作状态从而实现对系统的自动控制。主令电器应用广泛，种类繁多主要包括按钮、万能转换开关、行程开关、主令控制器、接近开关等。1按钮在控制电路中，按钮通过控制接触器、继电器等来通断电路而实现对电动机或其他电气设备的远距离控制。其外形见图68（a），结构见图68（b），主要由按钮帽、复位弹簧、指式动触头、静触头与外壳等组成。工作原理为当按钮被按下时，

16、其上面一对动断（常闭）触头先断开，然后接通下面一对动合（常开）触头，释放后，在复位弹簧作用下，按钮复原。（a）外形（b）原理图（C）符号其电路符号见图6-8（C）。为便于识别，避免误操作，通常采用不同颜色的按钮帽来区别起动、停止按钮。绿色用于起动按钮，红色用于停止按钮o2.万能转换开关万能转换开关亦称多路多极开关，如图6-9所示，为一种多触头多位置式可以控制多个电气回路通断状态的主令开关。作为不作频繁操作的手动电器，万能转换开关一般用于各种配电装置的远距离控制和电气测量，如作为电压表、电流表的换相开关。图6-9转换开关3行程开关行程开关又称限位开关，是一种根据行程位置实现线路切换的主令电器。其

17、基本原理即是利用机械运动部件的碰撞或接近来控制触头动作而使电路通断。通过将机械（位移）信号转换为电信号而实现了对机械的运动方向、行程大小的控制和位置保护。在船上，行程开关常用作舵机、升降机等的限位开关。行程开关种类很多，按结构可分为直动式、转动式和微动式；按复位方式可分为自动复位和非自动复位；按触头性质可分为有触点式和无触点式。b)图6-10所示为直动式行程开关；图6-11所示为转动和微动式行程开关。（a）外形（b）原理图6-10直动式行程开关（a）转动式外形、（b）微动式外形（C）原理图6-11转动/微动式行程开关4.主令控制器主令控制器为一种多位置多回路的主令电器，用于操作频繁且要求有多种

18、控制状态，尤其是有明确的方向性要求的场合如货机、锚机等的控制。其外形见图612。111文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 主令控制器通常与接触器、继电器配合工作。采用桥式触头。五、电机电能具有明显的优越性，适用于大量生产、集中管理、远距离传输和自动控制。电机就是一种将电能与机械能相互转换的电磁机械装置。电机一般有两种应用形式。一种是把机械能转换为电能，称之为发电机。另一种是把电能转换为机械能，称之为电动机，它用来驱动各种用途的生产机械和其他装置，以满足不同的要求。电机使用的电源不同，可分为直流电机、交流电机（交流又有异步电机和同步电机之分）。目前，船舶上的交流发电机

19、主要是交流同步发电机，运用于各种船舶辅机设备的电机主要是交流异步电动机。下面，就这两种船舶上最为常见的电机做简单介绍。1、交流异步电动机1）交流异步电动机的结构交流异步电动机一般分为两种结构类型，一是笼式结构（如图6-13所示），即转子绕组由封闭的铸铝导条构成，因转子绕组形似鼠笼而得名。另一种是绕线式结构（如图6-14所示）。即转子绕组由导线绕制而成。转子绕组可以通过电刷和滑环与外部电路连接。（a）剖面图（b）外形（C）原理分析图6-13笼式异步电机图6-14绕线式异步电机2）交流异步电动机的基本工作原理：当定子绕组通入三相交流电流后，在电机内部产生一旋转磁场（如图6-13（C）所示），转子绕

20、组在该旋转磁场作用下，产生感应电流，形成转子磁场。定子产生的旋转磁场与转子产生的磁场相互作用，带动转子转动，输出机械转矩和机械能。3）交流异步电动机的启动、制动与调速由于交流异步电动机启动时，启动电流是额定电流的数倍，对电动机本身和电网电压的稳定都有很大的影响。因此，必须采取必要的措施来降低启动电流。如降压启动；Y/A启动；转子串频敏变阻器启动等。交流异步电动机的电气调速方法，主要有变极调速（如三速锚机的电动机）；变频调速；调压调速等方法。在船舶辅机系统中，通常将电气调速方法与机械调速结合使用。交流异步电动机的电气制动方法主要有能耗制动、倒拉反接制动以及再生发电制动。2、交流同步发电机31、定

21、子2、转子3、集电滑环图6-15交流同步电机原理三相交流同步发电机的工作原理如图6-15所示。首先，由蓄电池向转子励磁绕组输入直流励磁电流，产生转子磁场，原动机带动转子转动后，该磁场成为一旋转磁场。-D分布在定子上的三相绕组在旋转磁场中，切割磁场，产生三相交流感应电势。交流同步发电机的频率由转子的转速决定，也就是说，在发电机的负载不变的情况下，原动机输入的机械功率大小可以决定发电机输出电压的频率。发电机的输出电压则由蓄电池向转子励磁绕组输入的直流励磁电流决定。对船用电机相对陆用电机有些特殊要求:船用电机需经各大国际船级社认证。电机节省能源，在船舶应用中是十分重要的考虑因素。最常见应用：风扇、泵

22、、鼓风机、液压装置、推进器、推力器、压缩机、甲板机械、操舵装置、卷扬机、油分离器、绞盘及升降机。船用异步电动机及保护:电动机保护主要有两大类：采用电流检测型的有热继电器，带有热磁脱扣的电动机保护用断路器。船舶电气系统涉及的设备还有许多，本章节只是介绍了一些常见的主要设备。其他的有关设备我们将在有关章节中予以简要介绍。图6-16所示为常见的电气图形符号。图6-16常用的电气图形符号一、常用基本符号序号名称图形符号序号名称图形符号1直流6中性点N2交流7磁场F3交直流8搭铁4正极9交流发电机输出接柱B5负极10磁场二极管输出端D+二、导线端子和导线连接11接点18插头和插座12端子O19多极插头和

23、插13导线的连接座（示出的为三极）导线1A的分14支连接导线1仄的交on接通的15叉连20连接片接16插座的一个极21断开的连接片17插头的一个极22屏敝导线三、触点开关23动合（常开）触点42凸轮控制24动断（常闭）触点43联动开关25先断后合的触占八、44手动开关的一般符号26中间断开的双向触占八、45定位开关（非自动复位）27双动合触占八、46按钮开关28双动断触占八、47能定位的按钮开关29单动断双动合触点48拉拨开关30双动断单动合触点49旋转、旋钮开关31一般情况下手动控制50液位控制开关32拉拨操作51机油滤清器报警开关33旋转操作52热敏开关动合触点34推动操作53热敏开关动断触点35一般机械操作54热敏自动开关的动断触点36钥匙操作55热继电器触点37热执4二行器操作56旋转多档开关位置38温度控制57推拉多档开关位置39压力控制58钥匙开关（全部定位