第09章船舶甲板机械电力拖动及其电气控制祥解课件

第9章船舶甲板机械电力拖动与电气控制§9.1船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法§9.2起货机的电力拖动与控制的基本要求§9.3起货机的电力拖动控制线路分析§9.4锚机和系缆设备的电力拖动与控制第9章船舶甲板机械电力拖动与电气控制§9.1船舶甲板内容简介甲板机械主要指起货机、锚机、绞缆机、舱盖开关机、舷梯起落机和吊艇机等。本篇重点阐述电动锚机、电动绞缆机、电动起货机及其控制系统。其次介绍电动液压锚机、绞缆机和起货机的基本工作原理。内容简介甲板机械主要指起货机、锚机、绞缆机、舱盖开关机、舷梯§9.1船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法9.1.1甲板机械的特点、驱动及控制方式

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控制器和单片机；在液压控制方式中，目前大多采用电子技术和液压技术相结合的电液复合系统，使它在船舶甲板机械得到推广应用。§9.1船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法9.1.1甲1电动甲板机械船舶甲板机械的工况特点

调速要求

工作的可靠性要求

对电气设备的要求

一般要求调速范围在1∶8～1∶10左右甲板机械及其机电设备的高可靠性

通用性抗干扰性环境条件

船舶甲板机械与船舶电站紧密联系

1电动甲板机械船舶甲板机械的工况特点调速要求工作的2液压甲板机械液压起货机、锚机和绞缆机优点是：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。其缺点是：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大。2液压甲板机械液压起货机、锚机和绞缆机9.1.2船舶电力拖动系统的分类工作电流制式有直流和交流两大类。

若以电力拖动中有无电流变换装置划分，则有单机拖动和调速拖动两大类型。

直流电力拖动系统有并励直流电动机或复励直流电动机单机拖动系统。交流电力拖动系统则多为单机拖动系统，其中鼠笼式异步电动机拖动有恒速运行系统，或采用变极、变频、调压、电磁转差离合器等方法的变速运行系统；而绕线式异步电动机则以转子串电阻、调压、晶闸管串级等方法实现调速运行。9.1.2船舶电力拖动系统的分类工作电流制式有直流和交§9.2起货机的电力拖动与控制的基本要求9.2.1船舶起货机的类型及特点船用起货机从机械机构的型式主要分为吊杆式和回转式起货机两大类。船用起货机按拖动方式分为蒸汽起货机、电动液压起货机和电动起货机等几种类型。§9.2起货机的电力拖动与控制的基本要求9.2.1船吊杆式起货机又分为单吊杆式和双吊杆式。单吊杆电动起货机是一种具有电动回转和变幅的起货机，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。1）吊杆式起货机

吊杆式起货机又分为单吊杆式和双吊杆式。单吊杆电动起货机是一种单杆式电动起货机结构图

双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2）回转式电动起货机

回转式起货机(克令吊)包括提升、变幅和回转三个主要机构。它可采用电动机拖动，也可以用电动液压装置拖动。

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。

2）回转式电动起货机回转式起货机(克令吊)包括提升、变幅和9.2.3起货机对电力拖动控制的基本要求

提高生产率对调速范围的要求

生产率是起货机的重要指标，“重载低速、轻载高速”

一般直流起货机调速范围为10:1，调速性能良好；交流起货机的调速范围为7:1，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，拖动电动机本身不需要调速。

9.2.3起货机对电力拖动控制的基本要求提高生产率对对电动机型式的要求

电动起货机必须选用防水式、重复短期工作制的电动机以适应甲板工作条件。直流起货机，一般采用起动力矩大而机械特性软的复励电动机以承受冲击负载，并且能适应轻载高速、重载低速的工况。对电动机型式的要求电动起货机必须选用防水式、重复短期工作制对交流起货机，宜选用起动力矩大、转差率高而起动电流较小的深槽式(或双笼式)的变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—电动机（G—M）系统的起货机，宜选用具有差复励绕组的发电机，使电动机获得适用于起货机的下坠特性。此外，要选用转动惯量(或飞轮惯量GD2)小的专用电动机，使起动和制动过程中的能耗降低。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对控制电路的要求

对液压起货机而言，控制电路对油泵电动机实施起／停控制，并对油泵电动机实施基本的保护。对电动起货机，控制电路应设有自动起动和分级调速环节，并且根据拖动电机的类型和工作方式设置保护，如以恒功率的工作方式防止重载高速提升，或防止重载超速下降等保护环节，在系统发生故障或在危及安全的场合，能自动采取措施隔离电源，使系统停车。对控制电路的要求对液压起货机而言，控制电路对油泵电动机实施9.2.4电动起货机的运行特点及电路控制要求

电动起货机采用三档调速控制，并能实现正反转运行；2.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；3.采用主令控制器实现运行操作，以保证起货机操作灵活，工作可靠；4.电动机要求有通风机进行强制冷却，并设置风道的风门对风机和起货电动机之间的联锁控制；9.2.4电动起货机的运行特点及电路控制要求电动起货机5.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三级自动制动控制：电气制动（再生制动）、电气与机械联合制动以及机械制动；5.设置从零档至上升（或下降）高速档的自动延时起动控制，以7.对于恒功率调速的电动机，中、高速档设置有重载不上高速的控制环节：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；8.设置“逆转矩”控制环节，即首先实现从高速挡到零档的自动制动停车，然后再实现从零档到反向高速档三级延时起动的自动过程；7.对于恒功率调速的电动机，中、高速档设置有重载不上高速的控9.设置有电磁制动器处于松闸的状态下防止“货物自由跌落”的保护；10.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。9.设置有电磁制动器处于松闸的状态下防止“货物自由跌落”的§9.3起货机的电力拖动控制线路分析9.3.1交流恒功率变极调速起货机的控制

HJD型交流变极调速起货机控制原理电路图。该起货机的主要性能如下：起货重量为1.5吨、3.0吨和5.0吨三种。对应的起升速度为35米／分、40米／分和24米／分。1.5吨起货机采用JZF-H5型15/15/3千瓦三速交流异步电动机；3吨和5吨起货机采用JZF-H6型26/26/5.5千瓦三速交流异步电动机。§9.3起货机的电力拖动控制线路分析9.3.1交流恒功M1交流三速异步电动机M2

风机电动机QS隔离开关KMF

上升接触器KMB

下降接触器，KM1低速接触器KM2中速接触器KM3高速接触器KM4

风机接触器KM5

制动器线圈限流控制接触器KA1

零压继电器KA2

中间继电器KA3

负载继电器ST温度继电器S1

控制电源开关S2

风门开关SB应急强制运行按钮，SA1-9

主令开关的触点TA电流互感器KT1、KT4、KT5

交流时间继电器KT2、KT3

直流时间继电器YB直流电磁制动器线圈KB制动接触器M1交流三速异步电动机交流三速恒功率起货机线路（全图）交流三速恒功率起货机线路（全图）

变极调速起货电动机M1的三速绕组分别由KM1、KM2和KM3控制；KMF和KMB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M2进行冷却。

TA为电流互感器，向负载继电器KA3提供电流分量，KA3的电压分量为控制电路中变压器提供，保证测量有功电流。负载继电器：KA3—当起吊货物超过额定负载的一半时，不允许上高速。变极调速起货电动机M1的三速绕组分别由KM1负载继电器分析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。负载继电器分析负载继电器的接线可以测量起货机的负载，由图可见手柄零位ST温度继电器S1

控制电源开关S2

风门开关KM1闭合后，KT5线圈也通电,为刹车打开做准备。KM1的常开触点闭合自锁，确保中速接通后才断电。KT4常闭触点断开，使负载继电器在高速起作用。手柄零位ST温度继电器

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KMF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。蓝色表示触点断开。低速运行（主电路）合上空气开关QS，钥匙开关和控制开关闭合（见控制线路起货1档KT1延时到,KM5线圈通电,并联在R2的常闭触点断开，刹车线圈串入R2，使电流减小，起延长线圈寿命和省电作用。KMF吸合起货机开始运转。起货1档KT1延时到,KM5线圈通电,并联在R2的常闭触点断

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KMF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KA3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）起货机已经在低速运行时再将主令手柄放在起货2档位置上起货2档KM2通电后，其常闭触点使KM1断电。同时，其常闭触电使KT3断电开始延时。避免在转速切换时，负载继电器KA3动作不能升速。KT2通电吸合，为刹车做准备。起货2档KM2通电后，其常闭触点使KM1断电。

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KMF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TA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KA3将动作，KM3断开，KM2自动重新闭合，起货机自动回到中速运行。高速运行（主电路）起货机在中速运行后，将主令手柄放到起货3档，则正转接9.3.2交流恒转矩变极调速起货机的控制

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起动力矩大，但起动电流也大，约为额定电流的5～6倍(恒功率调速电动起货机约为额定电流的2倍)；9.3.2交流恒转矩变极调速起货机的控制恒转矩变极调速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；恒转矩电动起货机无需超载保护环节，控制电路简单，维修方便。

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；恒转矩第09章船舶甲板机械电力拖动及其电气控制祥解课件b1：应急停止开关b12：风门开关C11：正转接触器C12：反转接触器C13：低速接触器C14：中速接触器C15：高速接触器C16：风机接触器C17：制动接触器S11：电磁制动器d1：低速绕组过载继电器d2：中、高速绕组过载继电器d11：失压继电器d12：上升继电器d13：下降继电器d14：中、高速跳闸继电器d15：时间继电器d16：时间继电器d17：时间继电器b1：应急停止开关d1：低速绕组过载继电器第09章船舶甲板机械电力拖动及其电气控制祥解课件延时继电器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０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

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C1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，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。起货一位同时延时继电器d16通电

主令控制器b11-3接通,上升辅助继电器d12通电吸合d12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

(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。

C15接触器常闭触点断开，C14失电，中速绕组断电，保证换档C15通电吸合，高速绕组通电，起货机进入高速运行。同时，切断C14电路，中速绕组断电。C13保持断电，C17保持通电。由上述分析，主令控制器手柄突然从零位扳到3位，起动过程与手柄的操作速度无关，而是通过时间继电器d16和d17的延时控制，按时间原则自动起动并逐步加速到高速运行。不会出现中、高速绕组堵转，也不会出现直接高速起动的情况。零位快速到三位零位时C16,d11,d14,C13,d15通电吸合手柄突然扳到三位，d12和C11先后通电，使低速绕组通电，同时C17(d12,C11,C13已吸合)通电吸合，电磁制动器S11通电松闸，起货机低速运行。C17通电同时，d16也通电，经0.25S延时后，其常开触点闭合，使C14通电吸合，中速绕组通电，起货机中速加速运行。C14吸合，其常闭触点断开，C13断电，低速绕组断电，d15断电，其常闭触点闭合，为再生制动做准备。C14通电同时，d17也通电，经0.5S延时，其常开触点闭合。

C15通电吸合，高速绕组通电，起货机进入高速运行。同时，切断二、三位快速到零位在中高速时，C14或C15吸合，其常闭触点断开，d15断电，其常闭触点闭合，为再生制动做准备。手柄回零位，d12断电释放，d12常开触点断开，C14,C15断电，断开中高速绕组，C14,C15常闭触点闭合，C13通电吸合接通低速绕组，同时d15通电其常闭触电延时断开，在延时期间C11仍吸合，此时低速绕组与电源接通，电动机进入再生制动。在d12断电的同时，其常开触点断开，C17失电，电磁制动器断电，由于其为大电感，通过电阻放电，并在短时间内维持吸合状态，到S11放电到不足以使电磁铁吸合而释放使制动器刹车。此期间d15未断开，故再生制动和机械制动同时起作用(联合制动)。当d15延时结束，d15断开，C11释放，低速绕组断电，起货机电动机在机械制动作用下停车。

进行三阶段制动(1)再生制动(2)再生制动与机械制动(3)机械制动二、三位快速到零位在中高速时，C14或C15吸合，其常闭触点零位时，C16,d11,d14,C13,d15通电吸合，d12,d13,C11,C12,d16,C17,C14,d17,C15断电释放，与前同。零位快速到落货三位手柄快速扳到落货3位，d13,C12,d16(触点延时闭合),C17依次通电(松开刹车)，低速绕组接通电源，电机在反向低速运行。D16触点延时闭合,C14(中速绕组)d17(触点延时闭合)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。d17触点延时闭合,C15(高速绕组)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。

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d13代替d12，C12代替C11，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。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)再生制动(2)再生制动与机械制动(3)机械制动零位时，C16,d11,d14,C13,d15通电吸合，d1起货三位快速扳到落货三位(或相反)手柄从正三至倒三时，d12断开，C17失电，刹车(S11)延时释放。手柄从中速至过零时，使C13(低速绕组)和d15(触点延时断开)通电，使C11自锁(d13不能通电)，电动机在起货方向上减速(再生制动)。S11放电至释放刹车，此时d15延时时间未到，再生制动与机械制动共存(联合制动)。d15延时时间到，C11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，然后按时间原则逐级起动。起货三位快速扳到落货三位(或相反)手柄从正三至倒三时，d12起货三位快速扳到落货三位(或相反)C11失电，d13,C12依次通电吸合，C17通电松开刹车。低速绕组(C13)接通电路,电动机在落货方向低速运转。同时d16通电延时，d16延时时间到，C14通电(断开C13)中速绕组接通电路，电动机在中速加速运转，同时d17通电延时，d17延时时间到，C15通电(断开C13,C14)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。停车自动制动，自动延时起动。这种控制方式称“逆转矩控制”起货三位快速扳到落货三位(或相反)C11失电，d13,C12基本保护环节(1)“逆转矩控制”(2)防止货物自由跌落货物下落时，电动机处于再生制动状态在换档时，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。基本保护环节(1)“逆转矩控制”(2)防止货物自由跌落货物下(3)应急切断：遇特殊情况，按下应急按钮b1切断控制电路，使起货机立即停止工作。(4)失压保护(零电压保护):零压继电器和主令零位触点实现保护。(3)应急切断：遇特殊情况，按下应急按钮b1切断控制电路，使(5)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器d1和d2来实现。低速中高速(5)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，继电器释放，串联在控制电路中的触点断开，使相应的控制电路失电。低速中高速当过载时，热敏电阻的阻值升高，负载继电器电流减小，继电器释放若低速过载则d1失电起货机停止工作。若中高速过载则的d2失电，则起货机不能进入高速运行，只能在低速运行。低速中高速若低速过载则d1失电起货机停止工作。若中高速过载则的d2失电(6)风机过载，通过热继电器实现保护。接触器C16失电，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。(7)短路保护：由熔断器e11—e13来实现(6)风机过载，通过热继电器实现保护。接触器C16失电，串联(8)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，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。(8)缺相保护：电动机在缺相运行时，会使电动机过热而损坏。由§9.4锚机和系缆设备的电力拖动与控制9.4.1锚机运行特点收起沉躺在水底的锚链收紧锚链拔锚出土收起悬于水中的锚及锚链拉锚入锚链孔中

§9.4锚机和系缆设备的电力拖动与控制9.4.1锚机运1.根据我国《钢质海船建造规范》规定，锚机电力拖动装置在规定的海区内，应能满足单锚破土后起双锚的要求。2.电动机能在最大负荷力矩下起动。要求锚机、绞缆机工作定额应不小于30min，且应满足30min内起动25次的要求。9.4.2锚机对电力拖动控制的要求

1.根据我国《钢质海船建造规范》规定，锚机电力拖动装置在规定

3.要求电动机有软的或下坠的机械特性，其堵转力矩应为额定力矩的两倍，以满足拔锚出土和系缆开始时需要很大的拉力，以克服船舶惯性的要求。4.电动机能在堵转情况下工作1min左右。3.要求电动机有软的或下坠的机械特性，其堵转力矩应为额定力

6.为适应甲板上的工作条件和短期工作状态，应选用防水式和短期（一般为30min）工作制电机。5.电动机应有一定的调速范围，要求破土后的起锚速度：单锚不小于12m/min；双锚不小于8m/min；拉锚入孔时的速度为3～4m/min。6.为适应甲板上的工作条件和短期工作状态，应选用防水式和短9.4.2锚机和系缆设备的电力拖动控制线路

图所示的是国产交流三速电动起锚机控制线路，用主令控制器控制锚机电动机的起动、制动、调速及反转。锚机电动机是三速笼式电动机，有两套绕组：一套为4极高速绕组；另一套是变极绕组，16极低速是D形接法。8极中速是YY形接法，从D形改接成YY形属于恒功率调速。中、低速级采用直接起动的方法，中速至高速级按时间原则自动延时起动。9.4.2锚机和系缆设备的电力拖动控制线路图所示的是国控制箱具有下列保护：失压保护，低速与中速级过载保护，高速级过载保护，接触器KMF与KMB间及KM1与KM2间有互锁作为防止电源短路的保护，控制回路用熔断器作短路保护。控制箱具有下列保护：失压保护，低速与中速级过载保护，高速级过高速：独立的一套4极高速绕组采用星形接法，4U、4V、4W分别接电源，另一套绕组开路。16/8/4极三速二绕组鼠笼式异步电动机有两套独立的绕组。一套为4极高速绕组，另一套绕组为中速和低速合用。高速绕组高速：独立的一套4极高速绕组采用星形接法，4U、4V、4W分中速：采用双星形接法为8极，8U、8V、8W分别接电源，16U1、16U2、16V、16W合并短接，4U、4V、4W开路。中速绕组中速：采用双星形接法为8极，8U、8V、8W分别接电源，1低速：采用三角形接法为16极，16U1、16U2连接后和16V、16W分别接电源，8U、8V、8W和4U、4V、4W开路。低速绕组低速：采用三角形接法为16极，16U1、16U2连接后和1M 交流三速异步电动机QS 隔离开关KMF

上升接触器KMB

下降接触器KM1

低速接触器KM2-1、KM2-2

中速接触器KM3

高速接触器KA1

零压继电器KA2

中间继电器KA3

过电流继电器SA0

控制电源开关SB 应急强制运行按钮SA1-7

主令开关M 交流三速异步电动机KA1 零压继电器第09章船舶甲板机械电力拖动及其电气控制祥解课件作业

9-1，9-4船舶电气设备及系统教材

作业9-1，9-4船舶电气设备及系统教材人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。人有了知识，就会具备各种分析能力，第09章船舶甲板机械电力拖动及其电气控制祥解课件第9章船舶甲板机械电力拖动与电气控制§9.1船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法§9.2起货机的电力拖动与控制的基本要求§9.3起货机的电力拖动控制线路分析§9.4锚机和系缆设备的电力拖动与控制第9章船舶甲板机械电力拖动与电气控制§9.1船舶甲板内容简介甲板机械主要指起货机、锚机、绞缆机、舱盖开关机、舷梯起落机和吊艇机等。本篇重点阐述电动锚机、电动绞缆机、电动起货机及其控制系统。其次介绍电动液压锚机、绞缆机和起货机的基本工作原理。内容简介甲板机械主要指起货机、锚机、绞缆机、舱盖开关机、舷梯§9.1船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法9.1.1甲板机械的特点、驱动及控制方式

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控制器和单片机；在液压控制方式中，目前大多采用电子技术和液压技术相结合的电液复合系统，使它在船舶甲板机械得到推广应用。§9.1船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法9.1.1甲1电动甲板机械船舶甲板机械的工况特点

调速要求

工作的可靠性要求

对电气设备的要求

一般要求调速范围在1∶8～1∶10左右甲板机械及其机电设备的高可靠性

通用性抗干扰性环境条件

船舶甲板机械与船舶电站紧密联系

1电动甲板机械船舶甲板机械的工况特点调速要求工作的2液压甲板机械液压起货机、锚机和绞缆机优点是：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。其缺点是：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大。2液压甲板机械液压起货机、锚机和绞缆机9.1.2船舶电力拖动系统的分类工作电流制式有直流和交流两大类。

若以电力拖动中有无电流变换装置划分，则有单机拖动和调速拖动两大类型。

直流电力拖动系统有并励直流电动机或复励直流电动机单机拖动系统。交流电力拖动系统则多为单机拖动系统，其中鼠笼式异步电动机拖动有恒速运行系统，或采用变极、变频、调压、电磁转差离合器等方法的变速运行系统；而绕线式异步电动机则以转子串电阻、调压、晶闸管串级等方法实现调速运行。9.1.2船舶电力拖动系统的分类工作电流制式有直流和交§9.2起货机的电力拖动与控制的基本要求9.2.1船舶起货机的类型及特点船用起货机从机械机构的型式主要分为吊杆式和回转式起货机两大类。船用起货机按拖动方式分为蒸汽起货机、电动液压起货机和电动起货机等几种类型。§9.2起货机的电力拖动与控制的基本要求9.2.1船吊杆式起货机又分为单吊杆式和双吊杆式。单吊杆电动起货机是一种具有电动回转和变幅的起货机，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。1）吊杆式起货机

吊杆式起货机又分为单吊杆式和双吊杆式。单吊杆电动起货机是一种单杆式电动起货机结构图

双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2）回转式电动起货机

回转式起货机(克令吊)包括提升、变幅和回转三个主要机构。它可采用电动机拖动，也可以用电动液压装置拖动。

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。

2）回转式电动起货机回转式起货机(克令吊)包括提升、变幅和9.2.3起货机对电力拖动控制的基本要求

提高生产率对调速范围的要求

生产率是起货机的重要指标，“重载低速、轻载高速”

一般直流起货机调速范围为10:1，调速性能良好；交流起货机的调速范围为7:1，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，拖动电动机本身不需要调速。

9.2.3起货机对电力拖动控制的基本要求提高生产率对对电动机型式的要求

电动起货机必须选用防水式、重复短期工作制的电动机以适应甲板工作条件。直流起货机，一般采用起动力矩大而机械特性软的复励电动机以承受冲击负载，并且能适应轻载高速、重载低速的工况。对电动机型式的要求电动起货机必须选用防水式、重复短期工作制对交流起货机，宜选用起动力矩大、转差率高而起动电流较小的深槽式(或双笼式)的变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—电动机（G—M）系统的起货机，宜选用具有差复励绕组的发电机，使电动机获得适用于起货机的下坠特性。此外，要选用转动惯量(或飞轮惯量GD2)小的专用电动机，使起动和制动过程中的能耗降低。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对控制电路的要求

对液压起货机而言，控制电路对油泵电动机实施起／停控制，并对油泵电动机实施基本的保护。对电动起货机，控制电路应设有自动起动和分级调速环节，并且根据拖动电机的类型和工作方式设置保护，如以恒功率的工作方式防止重载高速提升，或防止重载超速下降等保护环节，在系统发生故障或在危及安全的场合，能自动采取措施隔离电源，使系统停车。对控制电路的要求对液压起货机而言，控制电路对油泵电动机实施9.2.4电动起货机的运行特点及电路控制要求

电动起货机采用三档调速控制，并能实现正反转运行；2.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；3.采用主令控制器实现运行操作，以保证起货机操作灵活，工作可靠；4.电动机要求有通风机进行强制冷却，并设置风道的风门对风机和起货电动机之间的联锁控制；9.2.4电动起货机的运行特点及电路控制要求电动起货机5.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三级自动制动控制：电气制动（再生制动）、电气与机械联合制动以及机械制动；5.设置从零档至上升（或下降）高速档的自动延时起动控制，以7.对于恒功率调速的电动机，中、高速档设置有重载不上高速的控制环节：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；8.设置“逆转矩”控制环节，即首先实现从高速挡到零档的自动制动停车，然后再实现从零档到反向高速档三级延时起动的自动过程；7.对于恒功率调速的电动机，中、高速档设置有重载不上高速的控9.设置有电磁制动器处于松闸的状态下防止“货物自由跌落”的保护；10.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。9.设置有电磁制动器处于松闸的状态下防止“货物自由跌落”的§9.3起货机的电力拖动控制线路分析9.3.1交流恒功率变极调速起货机的控制

HJD型交流变极调速起货机控制原理电路图。该起货机的主要性能如下：起货重量为1.5吨、3.0吨和5.0吨三种。对应的起升速度为35米／分、40米／分和24米／分。1.5吨起货机采用JZF-H5型15/15/3千瓦三速交流异步电动机；3吨和5吨起货机采用JZF-H6型26/26/5.5千瓦三速交流异步电动机。§9.3起货机的电力拖动控制线路分析9.3.1交流恒功M1交流三速异步电动机M2

风机电动机QS隔离开关KMF

上升接触器KMB

下降接触器，KM1低速接触器KM2中速接触器KM3高速接触器KM4

风机接触器KM5

制动器线圈限流控制接触器KA1

零压继电器KA2

中间继电器KA3

负载继电器ST温度继电器S1

控制电源开关S2

风门开关SB应急强制运行按钮，SA1-9

主令开关的触点TA电流互感器KT1、KT4、KT5

交流时间继电器KT2、KT3

直流时间继电器YB直流电磁制动器线圈KB制动接触器M1交流三速异步电动机交流三速恒功率起货机线路（全图）交流三速恒功率起货机线路（全图）

变极调速起货电动机M1的三速绕组分别由KM1、KM2和KM3控制；KMF和KMB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M2进行冷却。

TA为电流互感器，向负载继电器KA3提供电流分量，KA3的电压分量为控制电路中变压器提供，保证测量有功电流。负载继电器：KA3—当起吊货物超过额定负载的一半时，不允许上高速。变极调速起货电动机M1的三速绕组分别由KM1负载继电器分析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。负载继电器分析负载继电器的接线可以测量起货机的负载，由图可见手柄零位ST温度继电器S1

控制电源开关S2

风门开关KM1闭合后，KT5线圈也通电,为刹车打开做准备。KM1的常开触点闭合自锁，确保中速接通后才断电。KT4常闭触点断开，使负载继电器在高速起作用。手柄零位ST温度继电器

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KMF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。蓝色表示触点断开。低速运行（主电路）合上空气开关QS，钥匙开关和控制开关闭合（见控制线路起货1档KT1延时到,KM5线圈通电,并联在R2的常闭触点断开，刹车线圈串入R2，使电流减小，起延长线圈寿命和省电作用。KMF吸合起货机开始运转。起货1档KT1延时到,KM5线圈通电,并联在R2的常闭触点断

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KMF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KA3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）起货机已经在低速运行时再将主令手柄放在起货2档位置上起货2档KM2通电后，其常闭触点使KM1断电。同时，其常闭触电使KT3断电开始延时。避免在转速切换时，负载继电器KA3动作不能升速。KT2通电吸合，为刹车做准备。起货2档KM2通电后，其常闭触点使KM1断电。

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KMF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TA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KA3将动作，KM3断开，KM2自动重新闭合，起货机自动回到中速运行。高速运行（主电路）起货机在中速运行后，将主令手柄放到起货3档，则正转接9.3.2交流恒转矩变极调速起货机的控制

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起动力矩大，但起动电流也大，约为额定电流的5～6倍(恒功率调速电动起货机约为额定电流的2倍)；9.3.2交流恒转矩变极调速起货机的控制恒转矩变极调速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；恒转矩电动起货机无需超载保护环节，控制电路简单，维修方便。

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；恒转矩第09章船舶甲板机械电力拖动及其电气控制祥解课件b1：应急停止开关b12：风门开关C11：正转接触器C12：反转接触器C13：低速接触器C14：中速接触器C15：高速接触器C16：风机接触器C17：制动接触器S11：电磁制动器d1：低速绕组过载继电器d2：中、高速绕组过载继电器d11：失压继电器d12：上升继电器d13：下降继电器d14：中、高速跳闸继电器d15：时间继电器d16：时间继电器d17：时间继电器b1：应急停止开关d1：低速绕组过载继电器第09章船舶甲板机械电力拖动及其电气控制祥解课件延时继电器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０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

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C1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，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。起货一位同时延时继电器d16通电

主令控制器b11-3接通,上升辅助继电器d12通电吸合d12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

(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。

C15接触器常闭触点断开，C14失电，中速绕组断电，保证换档C15通电吸合，高速绕组通电，起货机进入高速运行。同时，切断C14电路，中速绕组断电。C13保持断电，C17保持通电。由上述分析，主令控制器手柄突然从零位扳到3位，起动过程与手柄的操作速度无关，而是通过时间继电器d16和d17的延时控制，按时间原则自动起动并逐步加速到高速运行。不会出现中、高速绕组堵转，也不会出现直接高速起动的情况。零位快速到三位零位时C16,d11,d14,C13,d15通电吸合手柄突然扳到三位，d12和C11先后通电，使低速绕组通电，同时C17(d12,C11,C13已吸合)通电吸合，电磁制动器S11通电松闸，起货机低速运行。C17通电同时，d16也通电，经0.25S延时后，其常开触点闭合，使C14通电吸合，中速绕组通电，起货机中速加速运行。C14吸合，其常闭触点断开，C13断电，低速绕组断电，d15断电，其常闭触点闭合，为再生制动做准备。C14通电同时，d17也通电，经0.5S延时，其常开触点闭合。

C15通电吸合，高速绕组通电，起货机进入高速运行。同时，切断二、三位快速到零位在中高速时，C14或C15吸合，其常闭触点断开，d15断电，其常闭触点闭合，为再生制动做准备。手柄回零位，d12断电释放，d12常开触点断开，C14,C15断电，断开中高速绕组，C14,C15常闭触点闭合，C13通电吸合接通低速绕组，同时d15通电其常闭触电延时断开，在延时期间C11仍吸合，此时低速绕组与电源接通，电动机进入再生制动。在d12断电的同时，其常开触点断开，C17失电，电磁制动器断电，由于其为大电感，通过电阻放电，并在短时间内维持吸合状态，到S11放电到不足以使电磁铁吸合而释放使制动器刹车。此期间d15未断开，故再生制动和机械制动同时起作用(联合制动)。当d15延时结束，d15断开，C11释放，低速绕组断电，起货机电动机在机械制动作用下停车。

进行三阶段制动(1)再生制动(2)再生制动与机械制动(3)机械制动二、三位快速到零位在中高速时，C14或C15吸合，其常闭触点零位时，C16,d11,d14,C13,d15通电吸合，d12,d13,C11,C12,d16,C17,C14,d17,C15断电释放，与前同。零位快速到落货三位手柄快速扳到落货3位，d13,C12,d16(触点延时闭合),C17依次通电(松开刹车)，低速绕组接通电源，电机在反向低速运行。D16触点延时闭合,C14(中速绕组)d17(触点延时闭合)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。d17触点延时闭合,C15(高速绕组)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。

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d13代替d12，C12代替C11，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。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)再生制动(2)再生制动与机械制动(3)机械制动零位时，C16,d11,d14,C13,d15通电吸合，d1起货三位快速扳到落货三位(或相反)手柄从正三至倒三时，d12断开，C17失电，刹车(S11)延时释放。手柄从中速至过零时，使C13(低速绕组)和d15(触点延时断开)通电，使C11自锁(d13不能通电)，电动机在起货方向上减速(再生制动)。S11放电至释放刹车，此时d15延时时间未到，再生制动与机械制动共存(联合制动)。d15延时时间到，C11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，然后按时间原则逐级起动。起货三位快速扳到落货三位(或相反)手柄从正三至倒三时，d12起货三位快速扳到落货三位(或相反)C11失电，d13,C12依次通电吸合，C17通电松开刹车。低速绕组(C13)接通电路,电动机在落货方向低速运转。同时d16通电延时，d16延时时间到，C14通电(断开C13)中速绕组接通电路，电动机在中速加速运转，同时d17通电延时，d17延时时间到，C15通电(断开C13,C14)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。停车自动制动，自动延时起动。这种控制方式称“逆转矩控制”起货三位快速扳到落货三位(或相反)C11失电，d13,C12基本保护环节(1)“逆转矩控制”(2)防止货物自由跌落货物下落时，电动机处于再生制动状态在换档时，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。基本保护环节(1)“逆转矩控制”(2)防止货物自由跌落货物下(3)应急切断：遇特殊情况，按下应急按钮b1切断控制电路，使起货机立即停止工作。(4)失压保护(零电压保护):零压继电器和主令零位触点实现保护。(3)应急切断：遇特殊情况，按下应急按钮b1切断控制电路，使(5)过载保