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1、船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室第第9章章 船舶的甲板机械电力拖动与控制船舶的甲板机械电力拖动与控制 9.1 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 9.2 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 9.3 起货机的电力拖动控制线路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基本要求锚机和系缆设备的电力拖动与控制基本要求 船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室内容简介内容简介甲板机械主要指起货机、锚机、
2、绞缆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、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。绞缆机、电动起货机及其控制系统。其次介绍电动液压锚机、绞缆机和起其次介绍电动液压锚机、绞缆机和起货机的基本工作原理。货机的基本工作原理。 船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室9.1 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 9.1.1 甲板机械的特点、驱动及控制方式甲板机械的特点、驱动及控制方式 船舶甲板机械的驱动
3、方式有电动式和液压式两大类，船舶甲板机械的驱动方式有电动式和液压式两大类，其相应的控制回路为其相应的控制回路为电气控制回路电气控制回路和和液压控制回路液压控制回路。 在电气控制回路中，当代船舶已经引入了在电气控制回路中，当代船舶已经引入了可编程控可编程控制器和单片机制器和单片机；在液压控制方式中，目前大多采用；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子技术和液压技术相结合的电液复合系统电液复合系统，使它，使它在船舶甲板机械得到推广应用。在船舶甲板机械得到推广应用。 船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室1 电动甲板机械
4、电动甲板机械 船舶甲板机械的工况特点船舶甲板机械的工况特点 调速要求调速要求 工作的可靠性要求工作的可靠性要求 对电气设备的要求对电气设备的要求 一般要求调速范围在一般要求调速范围在1 8 1 10左右左右 甲板机械及其机电设备的高可靠性甲板机械及其机电设备的高可靠性 通用性通用性 抗干扰性抗干扰性 环境条件环境条件 船舶甲板机械与船舶电站紧密联系船舶甲板机械与船舶电站紧密联系 船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2 液压甲板机械液压甲板机械 液压起货机、锚机和绞缆机液压起货机、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
5、速，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。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，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。维护管理工作量相对大。 船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室9.1.2 船舶电力拖动系统的分类船舶电力拖动系统的分类 工作电流制式有工作电流制式有直流直流和和交流交流两大类。两大类。 若以电力拖动中
6、有无电流变换装置划分若以电力拖动中有无电流变换装置划分 ，则，则有单机拖动有单机拖动和和调速拖动调速拖动两大类型。两大类型。 直流电力拖动系统有直流电力拖动系统有并励直流电动机并励直流电动机或或复励直流电动机复励直流电动机单机拖动系统单机拖动系统 。交流电力拖动系统则多为单机拖动系统，其中交流电力拖动系统则多为单机拖动系统，其中鼠笼式异鼠笼式异步电动机步电动机拖动有恒速运行系统，或采用变极、变频、调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；而压、电磁转差离合器等方法的变速运行系统；而绕线式绕线式异步电动机异步电动机则以转子串电阻、调压、晶闸管串级等方法则以
7、转子串电阻、调压、晶闸管串级等方法实现调速运行。实现调速运行。 船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室9.2 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 9.2.1 船舶起货机的类型及特点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船用起货机从机械机构的型式主要分为吊杆式吊杆式和和回转式回转式起货机两大类。起货机两大类。船用起货机按拖动方式分为船用起货机按拖动方式分为蒸汽起货机蒸汽起货机、电动电动液压起货机液压起货机和和电动起货机电动起货机等几种类型。等几种类型。吊杆式起货机又分为吊杆式起货机又分为单
8、吊杆式单吊杆式和和双吊杆式双吊杆式。单。单吊杆电动起货机是一种具有电动回转和变幅的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。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 船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室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 船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2）回转式电动起
9、货机）回转式电动起货机 回转式起货机回转式起货机(克令吊克令吊)包括提升、变幅和回转三个包括提升、变幅和回转三个主要机构。它可采用主要机构。它可采用电动机拖动电动机拖动，也可以用，也可以用电动液电动液压装置拖动压装置拖动。 通常可操作两个通常可操作两个机构同时运转，机构同时运转，也可以操作三个也可以操作三个机构同时工作。机构同时工作。 船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室9.2.3 起货机对电力拖动控制的基本要求起货机对电力拖动控制的基本要求 提高生产率提高生产率 对调速范围的要求对调速范围的要求 生产率是起货机的重要指标，生产率是起
10、货机的重要指标，“重载低速、轻载高速重载低速、轻载高速” 一般直流起货机调速范围为一般直流起货机调速范围为10:1，调速性能良好；，调速性能良好；交流起货机的调速范围为交流起货机的调速范围为7:1，基本上也能满足起货，基本上也能满足起货的调速要求。的调速要求。而液压起货机的调速由液压控制实现，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。 船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室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、重复短期工作制防水式、重复短期工作制的电
11、动的电动机以适应甲板工作条件。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直流起货机，一般采用起动力矩大而机械特性软的复复励电动机励电动机以承受冲击负载，并且能适应以承受冲击负载，并且能适应轻载高速、重轻载高速、重载低速载低速的工况。的工况。对交流起货机，宜选用起动力矩大、转差率高而起动对交流起货机，宜选用起动力矩大、转差率高而起动电流较小的深槽式电流较小的深槽式(或双笼式或双笼式)的变极调速笼式异步电的变极调速笼式异步电动机，也可选用绕线式异步电动机。动机，也可选用绕线式异步电动机。对发电机对发电机电动机（电动机（GM）系统的起货机，宜选用）系统的起货机，宜选用具有具有
12、差复励绕组的发电机差复励绕组的发电机，使电动机获得适用于起货，使电动机获得适用于起货机的下坠特性。机的下坠特性。此外，要选用转动惯量此外，要选用转动惯量(或飞轮惯量或飞轮惯量GD2)小的专用电小的专用电动机，使起动和制动过程中的能耗降低。动机，使起动和制动过程中的能耗降低。 船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室对控制电路的要求对控制电路的要求 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。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
13、动起动和分级对电动起货机，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。隔离电源，使系统停车。 船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室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的运行特点及
14、电路控制要求 1.1.电动起货机采用电动起货机采用三档调速三档调速控制，并能控制，并能实现正反转运行实现正反转运行；2 .2 .对电动机设置对电动机设置短路、过载、绕组过热、失压欠压、缺相短路、过载、绕组过热、失压欠压、缺相保护环节保护环节等；等；3 .3 .采用采用主令控制器实现运行操作主令控制器实现运行操作，以保证起货机操作灵活，以保证起货机操作灵活，工作可靠；工作可靠；4 .4 .电动机要求有通风机进行强制冷却，并设置风道的风门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 ；船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮
15、机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室5 .5 .设置从设置从零档至上升（或下降）高速档的自动延时起动零档至上升（或下降）高速档的自动延时起动控制控制，以防止快速操作引起电动机过大的冲击电流以及起，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货机过大的机械冲击 ；6 .6 .从高速档回零档停车时设置有三级自动制动控制从高速档回零档停车时设置有三级自动制动控制：电：电气制动（再生制动）、电气与机械联合制动以及机械制动气制动（再生制动）、电气与机械联合制动以及机械制动 ；7.7.对于恒功率调速的电动机，对于恒功率调速的电动机，中、高速档设置有重载不上中、高速档设置有重
16、载不上高速的控制环节高速的控制环节：当额定负载（重载）时，既使主令手柄：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运行于高速档时出现重载，则应自动回到中速档 ；船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室8 .8 .设置设置“逆转矩逆转矩”控制环节控制环节，即首先实现从高速挡到零，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
17、动过程级延时起动的自动过程 ；9 .9 .设置有设置有电磁制动器电磁制动器处于松闸的状态下防止处于松闸的状态下防止“货物自由货物自由跌落跌落”的保护的保护 ；10 .10 .设置有设置有电磁制动器线圈处于刹车状态下防止中、高电磁制动器线圈处于刹车状态下防止中、高速档堵转的保护速档堵转的保护。 船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室9.3 起货机的电力拖动控制线路起货机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。型交流变极调速起货机控制原理电路图。该
18、起货机的主要性能如下：该起货机的主要性能如下：起货重量为起货重量为1.5吨、吨、3.0吨和吨和5.0吨三种。吨三种。对应的起升速度为对应的起升速度为35米分、米分、40米分和米分和24米分。米分。1.5吨起货机采用吨起货机采用JZF-H5型型15/15/3千瓦三速交流异步千瓦三速交流异步电动机；电动机；3吨和吨和5吨起货机采用吨起货机采用JZF-H6型型26/26/5.5千瓦三速交流千瓦三速交流异步电动机。异步电动机。 船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室M1 交流三速异步电动机交流三速异步电动机M2 风机电动机风机电动机QS 隔离开
19、关隔离开关KMF 上升接触器上升接触器KMB 下降接触器，下降接触器，KM1低速接触器低速接触器KM2中速接触器中速接触器KM3高速接触器高速接触器KM4 风机接触器风机接触器KM5 制动器线圈限流控制动器线圈限流控制接触器制接触器KA1 零压继电器零压继电器KA2 中间继电器中间继电器KA3 负载继电器负载继电器ST 温度继电器温度继电器S1 控制电源开关控制电源开关S2 风门开关风门开关SB 应急强制运行按钮，应急强制运行按钮，SA1-9 主令开关的触点主令开关的触点TA 电流互感器电流互感器KT1、KT4、KT5 交流时间交流时间继电器继电器KT2、KT3 直流时间继电器直流时间继电器Y
20、B 直流电磁制动器线圈直流电磁制动器线圈KB 制动接触器制动接触器船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室9.3.2 交流恒转矩变极调速起货机的控制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，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，恒转矩变极调速三相交流异步电动起
21、货机起动力矩大，但起动电流也大，约为额定电流的但起动电流也大，约为额定电流的56倍倍(恒功率调速恒功率调速电动起货机约为额定电流的电动起货机约为额定电流的2倍倍)；恒转矩电动起货机；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。载保护环节，控制电路简单，维修方便。 船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院
22、电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室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 C17 ：制动接触器：制动接触
23、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 船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室9.4 锚机和系缆设备的电力拖动
24、与控制基本要求锚机和系缆设备的电力拖动与控制基本要求 9.4.1 锚机运行特点锚机运行特点 收起沉躺在水底的锚链收起沉躺在水底的锚链 收紧锚链收紧锚链 拔锚出土拔锚出土 收起悬于水中的锚及锚链收起悬于水中的锚及锚链 拉锚入锚链孔中拉锚入锚链孔中 船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 3.要求电动机有软的或下坠的机械特性，其堵转力矩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，应为额定力矩的两倍，以满足拔锚出土和系缆开始时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。需要很大的拉力，以克服船舶惯性的要
25、求。1.根据我国根据我国钢质海船建造规范钢质海船建造规范规定，锚机电力拖规定，锚机电力拖动装置在规定的海区内，动装置在规定的海区内，应能满足单锚破土后起双锚应能满足单锚破土后起双锚的要求。的要求。2.电动机能在最大负荷力矩下起动。要求锚机、绞缆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机工作定额应不小于30min，且应满足且应满足30min内起动内起动25次的要求。次的要求。9.4.2 锚机对电力拖动控制的要求锚机对电力拖动控制的要求 船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 6.为适应甲板上的工作条件和短期工作状态，
26、为适应甲板上的工作条件和短期工作状态，应选用应选用防水式和短期（一般为防水式和短期（一般为30min）工作制电机。工作制电机。4.电动机能在堵转情况下工作电动机能在堵转情况下工作1min左右。左右。5.电动机应有一定的调速范围，要求破土后的起锚速电动机应有一定的调速范围，要求破土后的起锚速度：度：单锚不小于单锚不小于12m/min；双锚不小于双锚不小于8m/min；拉拉锚入孔时的速度为锚入孔时的速度为34m/min。船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室9.4.2 锚机和系缆设备的电力拖动控制线路锚机和系缆设备的电力拖动控制线路 图所示
27、的是国产交流三速电动起锚机控制线路，用主令控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：一套为动机是三速笼式电动机，有两套绕组：一套为4极高速绕极高速绕组；另一套是变极绕组，组；另一套是变极绕组，16极低速是极低速是D形接法。形接法。8极中速是极中速是YY形接法，从形接法，从D形改接成形改接成YY形属于恒功率调速。中、低形属于恒功率调速。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。延时
28、起动。 控制箱具有下列保护：失压保护，低速与中速级过载保护，控制箱具有下列保护：失压保护，低速与中速级过载保护，高速级过载保护，接触器高速级过载保护，接触器KMF与与KMB间及间及KM1与与KM2间有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。保护。船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室高速：高速：独立的一套独立的一套4极高速极高速绕组采用星形接法，绕组采用星形接法，4U、4V、4W分别接电源，另一分别接电源，另一套绕组开路。套绕组开路。16/8/4极三速二绕组鼠笼式异步
29、电动机有两套独立的绕组。极三速二绕组鼠笼式异步电动机有两套独立的绕组。一套为一套为4极高速绕组，另一套绕组为中速和低速合用。极高速绕组，另一套绕组为中速和低速合用。高速绕组高速绕组船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室中速：中速：采用双星形接法为采用双星形接法为8极，极， 8U、8V、8W分别接电源，分别接电源，16U1、16U2、16V、16W 合合并短接，并短接，4U、4V、4W开路。开路。中速绕组中速绕组船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室低速：低速：采用三角形接法为采用
30、三角形接法为16极，极， 16U1、16U2连接后连接后和和16V、16W分别接电源，分别接电源，8U、8V、8W和和4U、4V、4W开路。开路。低速绕组低速绕组船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室M交流三速异步电动机交流三速异步电动机QS隔离开关隔离开关KMF上升接触器上升接触器KMB 下降接触器下降接触器KM1低速接触器低速接触器KM2-1、KM2-2 中速接触器中速接触器KM3 高速接触器高速接触器KA1零压继电器零压继电器KA2中间继电器中间继电器KA3过电流继电器过电流继电器SA0控制电源开关控制电源开关SB应急强制运行按钮应急强制运行按钮SA1-7主令开关主令开关船舶电气设备及系统 2024/7/27课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室
