船舶电气设备及管理第九章 甲板机械

9.1船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法本章内容：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9.4锚机和系缆设备的电力拖动与控制的基本要求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1）电动甲板机械（1）甲板机械工况特点（2）调速要求（3）工作可靠性要求（4）对电气设备的要求2）液压甲板机械9.1.2船舶电力拖动系统的分类9.2起货机(cargowinch)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负载变化大，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。一、起货机的类型：1.吊杆式起货机（双杠杆式、单杠杆式）2.回转式起货机（克令吊）按形式分类：二、特点：9.2.2电动起货机的结构和运行特性1）吊杆式起货机单吊杆式起货机三台电动机：升降绞车1：货物提升或下降；变幅绞车2：控制吊杆的升降；回转绞车3：控制吊杆的回转。两个主令控制器：一个控制货物的提升和下放；另个控制吊杆的升降和回转。9.2.2电动起货机的结构和运行特性2）吊杆式起货机双吊杆式起货机两台电动机，两个主令控制器。作业时一根吊杆3放在货舱口上方另一根吊杆4则伸出船舷之外两根吊杆上的吊货索7、8均与吊货钩相连并各由一部起货机带动装卸货时，吊杆位置固定不动，只需操作两部起货机，相应改变两根吊货索的长度，即可自船舱或码头起卸货物9.2.2电动起货机的结构和运行特性2）回转式起货机(crane)结构特点：起货绞车、变幅绞车、回转绞车以及吊杆和索具等已被组装在一个共同的回转座台上。作业时，各组成部分随座台一起回转。9.2.3起货机对电力拖动控制的基本要求1）提高生产率。GD2惯量小，重载低速\轻载高速2）对调速范围的要求。调速范围广3）对电动机形式的要求。防水式、重复短时工作制、过载性好，起动力矩大、机械特性软4）对控制电路的要求

对液压起货机

（1）控制电路对油泵电动机实施起停控制，并对其保护。对电动起货机（1）控制电路有自动起动和分级调速环节（2）有对电动机的保护环节（3）在应急的情况下，能自动停车。（1）电动起货机采用三档调速控制，并能实现正反转运行（2）有零位保护；设短路、过载、欠失压和起/落货互锁等保护（3）主令控制器操作：起动、加速与操作速度无关（4）通风机与起货电动机要有连锁。（5）按时间逐级起动不发生由静止起动直接到中速或高速（6）电气制动与电磁机械制动相配合的制动（三级制动）（7）对恒功率调速的电动机，“重载不能上高速”的控制环节（8）设置“逆转矩”控制环节，先停车再延时反向自动起动（9）不发生自由落体，电机绕组先通电后松闸（10）设置防止中、高速档堵转的保护9.2.4电动起货机运行特点及电路控制的要求。9.3起货机(cargowinch)的电力拖动控制线路9.3.1交流恒功率变极调速起货机的控制

HJD交流三速起货机简介：电动机型号:JZF-H6（J-异步、Z-起重类、F-防腐蚀、H-船用）定子有三套独立绕组变极调速：p=2高速级/26KWn0=1500r/minp=4中速级/26KWn0=750r/min(额定级)P=14低速级/5.5KWn0=215r/min不同速度级机械特性图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1233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123过停反主0KT1通电触点延时闭→KM4(17)通电触点(27)断→经济电阻R3接入SA9闭→KT2通电触点（10）瞬时闭→KMH（9）、KML（11）串联构成“逆转矩控制电路”。SA9断→KT2（10）延时断→KMH断电→再生制动毕、剩机械制动。0→起货3:从中速到高速，按时间原则。轻载：KM2（25）断→KT3断电→经0.5s延时KM3通电进入高速。重载：KA2通电不能进入高速KT4(22)通电→KT4(4)立即打开KT4(22)断电→KT4(4)延时闭合使负载继电器KI避开由中速到高速换挡时产生的冲击电流造成假过载而误动作。KT5通电→KT5（15）立即闭合为KMB通电准备；KT5断电→KT5（15）延时打开，使YB保持松闸。1.KT1:延时时间是YB强励磁松闸到串入经济电阻Ｒ３;2.KT2:是实现再生制动的时间;3.KT3:避免电机直接高速挡起动;4.KT4:断开KI，避免由于换挡而使KI动作;5.KT5:断电延时闭合时间是在停车时，让机械制动延时进行。BT:温度继电器（敏感元件串联在每套绕组内，当电动机温度超过130℃±10%时，BT触头断开电动机停止转动）。电机主电路变极调速起货电动机KM1低速控制KMH正转(提货)控制KM2中速控制KML反转(落货)控制KM3高速控制KM4风机控制CT为电流互感器负载继电器KI当起吊货物超过额定负载的一半时，不允许上高速向负载继电器KI提供电流分量7~8接口接入的是KI的电压分量由控制电路中变压器提供全图R5不同速度级限流电阻风机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CA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控制电路到控制电路全图低速运行（主电路）合上空气开关QS合上风门开关Ｓ（６）控制器钥匙开关ＳＣ（７）主令手柄放在0档位置上，若风门已经开，风机起动主令手柄起货1档位置上，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。（见控制线路）中速运行（主电路）起货2档控制电路全图主令手柄从１档扳到2档接触器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。负载继电器KI开始工作（经KM1、KM2支路，未进入高速，KT4不闭合）。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）主令手柄从起货2档放到起货3档KMH/KM3有电，高速运行状态。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。手柄零位全图1．SA→0（准备）合上QS、S→KM4通电主触点闭→M2（风机）启动

SA→0↘→SA1通→KA1通电触点闭→接通控制线路（零位、欠失压保护）→a

合上SC↗→SA4通→KM1通电→KT5通电a→KT3、KT4通电a↗起货1档查看主电路全图2．SA→起货1SA1断SA2通→KMH通电主触点闭→M1有低速正转转矩KM1通电主触点闭↗SA5通→KMB通电触点（26）闭→YB通电抱闸松→M1低速运转KT5（15）闭↗KMB通电触点（16）闭→KT1通电触点延时闭→KM5通电触点（27）断→经济电阻R3接入起货2档查看主电路全图3.SA→起货2

（1）SA4断、SA7通→KM1断电、KM2通电→换成中速（2）KM2（12）断→KM2先通电、KM1才断电，电机低速——中速供电不中断（3）SA9闭→KT2通电触点（10）瞬时闭→KMH（9）、KML（11）串联构成“逆转矩控制电路”。起货3档查看主电路全图SA→起货3

轻载→KI为释放值触点（20）断→KA2无电触点（21）闭↘

SA8通→KM3通电主触点闭→M1高速重载→KI达动作值触点闭→KA2通电触点（21）断→KM3无电M1不能进入高速特点：中速过载不能进入高速（锚机：高速过载退回中速）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5．SA：0→起货30位：KA1、KT3、KT4通电，KM1、KT5依次通电，KM4通电。过1位：KMH通电，虽KMB通电但开始励磁不够、YB未松（YB松闸固有时间大于手柄过1位时间），为低速堵转（KMH、KM1通电）。过2位：KM2通电开始YB仍未松，中速堵转；随后YB松闸进入中速。到3位：轻载：KM2（25）断→KT3断电→经0.5s延时KM3通电进入高速。重载：KA2通电不能进入高速。过程：低速堵转→中速堵转→中速→高速（轻载）→不能进高速（重载）6.SA：起货2、3→0SA7（SA8）断→KM2（KM3）断电↘SA4通→KM1通电→M进行反馈制动到低速SA5断→KMB、YB断电→YB经V、R4放电（释放磁能）抱闸仍松；电机进入低速后叫能耗制动（速度低，反馈电能不够变成热能消耗的电能故叫能耗制动）。YB放电到磁力＜弹力开始机械制动；SA2断↘SA9断→KT2（10）延时断→KMH断电→能耗制动毕、剩机械制动。制动过程为：反馈（高速）→能耗+机械（降速后）→机械（速度接近零）7．落货：同起货（由KML控制）

重载落货时为反馈制动，但电流小、KI失去作用，可高速。8．起货3→落货3（或相反）如起货3→落货3经0位：KT2断电触点（10）延时断→KMH断电，先完成起3→0反馈制动，再进行0→落3起动过程。

逆转矩控制：先制动停车、再反向起动，防止反接制动产生电流冲击。9．保护：BT为温度继电器、电机T＞130±10%℃动作；SB为紧急运行按纽。其它保护略。10．负载继电器的连接IF决定于IB和功率因素返回1）基本保护环节2）起货电动机基本动作控制（1）停车过程中自动三级制动的实现电气制动、电气与机械制动、单独的机械制动2）起货电动机基本动作控制（2）重载不上高速控制2）起货电动机基本动作控制（3）自动延时起动控制电动机起动、加速过程与主令控制器操作速度无关例如：手柄从零档到高速档时，起动过程只取决于时间继电器KT3的延时时间。①防止“货物自由跌落”控制②“逆转矩”控制负载继电器分析R5阻值改变，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。电流互感器：KI电流分量IB的大小变压器：KI的电压分量ＩCAIF来反映起货机提升负载的大小。是有功电流。9.4锚机的电力拖动与控制本节主要内容：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.知道锚机的3种工况和起锚过程中各个阶段的特点；2.知道电动机和控制线路的要求。IntegratedCapstan锚锭的出现和变化

锚几乎是和船同时出现的。开始需要停船时，就把用绳子系着的大石块，装着石块的篓筐或者是沙石袋沉入水底把船拖住。公元前3000年，中国和埃及的水手们曾经使用这种锚。后来用坚韧的木料在其下部绑上两个木爪制成了“木锚”，当时称“锭”，让它斜着抓住泥土，十分牢固。最早的铁锚出现于公元前600年，是一只有一个爪的铁钩。在中世纪及12世纪末期的小海船上至少有12个锚，大海船上的铁锚多达24个。当时铁锚的重量较轻，抛锚和起锚靠人力。自从在船舶甲板上安装了绞盘后，锚的重量增加。18世纪，开始使用不易断裂的优质铁造锚，设计出了新式弓形弯曲锚臂。1770年前后，铁制锚杆完全取代了木制锚杜。1821年，英国人霍金斯研制出带锚链筒的有爪锚。1872年至1887年间，英国人C·马丁、S·巴克斯特和W·Q·拜尔斯都曾对这种锚进行了改进。1933年，英国人泰勒申请了犁锚的发明专利，其钩抓力是传统锚的两倍。现代锚用铸铁或锻钢制造。主要有杆锚，多用于小型船舶。无杆锚使用时两个锚爪同时啮入土中，使用最为广泛。大抓力锚适用于砂质或土质松软的水底。还有一些特种锚如菌形锚和伞形锚，多用作长期锚泊、定位用。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、锚机运行工作特点一般锚机与绞缆机构成联动机运行工况：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：①.收躺锚链：电动机轴上负载转矩不变，且较小。②.拉紧锚链：轴上负载转矩逐渐增大。③.拔锚出土：负载转矩达到最大，“出土”后突然减小。④.提锚出水：负载转矩逐渐减小。⑤.拉锚入孔：负载转矩再次用所增大，但不多。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。锚机其它工况说明抛锚工况：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：水深锚抛不到底，锚链最长（约200米左右），起锚负载转矩最大。二、对电力拖动及控制的要求电机要求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3～4m/min；6.电机：防水式，短时工作制电动机。逐级自动起动控制线路要求过载：保证堵转1分钟不保护动作抛锚：匀速深水抛锚（再生或能耗制动）；保护：短路、失压、过载、断相保护制动：电气和机械配合制动9.4.3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：

——

①.打开刹车串电阻；②.三速运行及换档；③.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（Δ），中低速合用一套绕组。（见书P.126）。

YY—Δ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。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1.时间继电器：——都是断电延时。KT1：2～3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；SA1～7：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。KT1、KT2和KT3延时的作用是:答：KT1、KT2和KT3延时的作用分别是：①、KT1为：“中速”起动切换到“高速”的“加速起动延时”；②、KT2为：避开“中速”切换到“高速”的起动电流的“换档延时”；③、KT3为：刹车打开后，串入经济电阻的“打开延时”（或“接入延时”）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。电源开关空气断路器起锚抛锚321

0123QSSA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。电源开关空气断路器QSSA起锚抛锚321

0123手柄0位二、控制线路原理1.准备合上QS、SA→HL1亮（表示电源有电）SA（主令控制器）→0→SA通→KA2（零压继电器）通电→KA2（7）闭→接通控制线路（零位、欠失压保护）→KT1通电→KT1（14）瞬时断→KT2通电→KT2（4）瞬时闭→KT3通电→KT3（22）瞬时闭手柄扳到起锚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。电源开关空气断路器QSSA起锚抛锚321

0123起锚1档2．起锚一挡SA→起1SA2通→KM1通电→KM1（2）主触点闭→a→KM1（9）断→对KM2互锁→KM1（17）闭→bSA4通→KM3通电→KM3（1）主触点闭→c→KM3（11）断→对KM4-1、KM4-2互锁→KM3（13）断→对KM5互锁SA7通→KM6通电→KM6（20）断→KT3断电→db↗→KM6（21）闭→YB通电抱闸松（R4、V2为续流电路）→ea→M接成低速→M低速运转（YB电路极性：上+、下-）c↗e↗d→KT3（22）延时断→经济电阻R3接入（减少线圈发热：延长使用寿命、省电）（YB不接经济电阻为强励松闸）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。电源开关空气断路器QSSA起锚抛锚321

0123KM4-1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3.起锚二挡SA→起2SA4断→KM3断电→KM3（1）主触点断→a→KM3（11）闭→b→KM3（13）闭SA5通→KM4-2通电→KM4-2（1）主触点闭→cb↗→KM4-2（10）断→对KM3互锁→KM4-2（11）闭→KM4-1通电→KM4-1（2）主触点闭→d→KM4-1（10）断→对KM3互锁→KM4-1（18）断→ea↘c→M由低速换成中速运转d↗e→KT1断电→KT1（14）延时闭→使低速直接到高速有中速运行的间隙（0.5～2s）电源开关空气断路器QSSA起锚抛锚321

0123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。