《船舶电气电子电气员》-3 第三章 电力拖动控制

第三章电力拖动控制第一节常用控制电器及控制电路第二节电动机的典型控制电路第三节机舱电力拖动控制系统第四节甲板机械电力拖动控制第五节船舶舵机控制系统塑壳自动开关（断路器）带漏电保护的自动开关框架式断路器带消弧罩的接触器低压接触器机电式时间继电器KVFRQSQLFUQL行程（位置）开关中间继电器固态（无触点）继电器第一节常用控制电器及控制电路一、常用控制电器的结构原理及功能二、电机保护的基本原因及相关措施

三、电机的基本控制环节一、常用控制电器的结构原理及功能

低压电器一般由两个基本部分组成：感受部件和执行部件。

感受部件能感受外界的信号，做出有规律的反应。在自动切换电器中，感受部件大多由电磁机构组成；在手动电器中，感受部件通常为操作手柄、按钮等。

执行部件是根据指令，执行电路的接通、切断等任务，如触点和灭弧系统。对于自动开关类的低压电器，通常还有中间（传递）部分，它的任务是把感受部件和执行部件两部分连接起来，使它们协调一致，按一定的规律动作。感受部件中间环节执行部件外界信号控制系统主令控制器：用来频繁切换(通断)控制线路(小电流线路)的手动电器。船上：起货机、锚机都由它操作控制。主令控制器的触点

通常，操作位置可能影响安全的设备都必须采用主令控制器来操作。如起货机、锚机等。主令控制器的外观1.主令控制器主令电器是切换控制线路的单级或多级电器。1）按钮开关(b)结构按钮开关常用于接通和断开控制电路。按钮开关的外形和符号(a)外形图常闭触点常开触点复位弹簧支柱连杆常闭静触头桥式静触头常开静触头外壳4SBSBSB结构符号名称常闭按钮(停止按钮)常开按钮(起动按钮)复合按钮1234123按钮帽可用万用表的欧姆档来检测按钮的常开触点和常闭触点颜色：红、绿、黄、蓝或黑色外形：按钮、旋钮、钥匙、蘑菇头2）组合开关（万能转换开关）

转换开关又称组合开关，由数层动、静触片组装在绝缘盒而成的。动触点装在转轴上，用手柄转动转轴使动触片与静触片接通与断开。可实现多条线路、不同联接方式的转换。

转换开关中的弹簧可使动、静触片快速断开，利于熄灭电弧。但转换开关的触片通流能力有限，一般用于交流380V、直流220V，电流100A以下的电路中做电源开关。M3~用转换开关起停电动机的接线图3）主令控制器用于操作频繁且要求有多种控制状态的场合，如控制起货机、锚机等黑点表示：对应横坐标位态的纵坐标向导通位置触头

Ｆ（前）停Ｒ（后）3210123SA1

SA2

SA3

SA4

SA5

SA6

0112233FＲ主令控制器图形符号XXXXXXXXXXXXX用于自动往复控制或限位保护等。4）行程开关(限位开关)(b)示意图

结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。未撞击撞击(a)外形图LS常开触点常闭触点LS(c)符号行程开关的外形符号组成：触头系统（含灭弧装置）电磁机构

线圈弹簧功能：——

通电-吸合；

断电-释放。选型：

⑴.线圈额定电压；

⑵.(触头)额定电流；主触头(maincontact)：

主电路、大电流；辅助触头(auxiliarycontact)：

控制电路、小电流。2.接触器(Contactor)用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。（a）结构图

（b）原理图交流接触器结构示意图

接触器用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。~M3~线圈辅助触点铁心衔铁电源电机主触点常闭常开弹簧符号线圈KM

用于主电路流过的大电流(需加灭弧装置)用于控制电路流过的小电流(无需加灭弧装置)KM动合(常开)辅助触点动断(常闭)辅助触点KM属于同一器件的线圈和触点用相同的文字表示接触器技术指标：额定工作电压、电流、触点数目等。动合(常开)主触点KM

如CJ10系列主触点额定电流5、10、20、40、75、120A等数种；额定工作电压通常是220V或380V。直接起动控制电路SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..接触器主电路控制电路（1）触点：主触点、辅助触点接触器主要由电磁机构和触头系统两部分组成。1）触头系统（2）灭弧装置电弧的危害：延长时间；触头烧灼；3.飞弧伤人。灭弧措施：空气冷却

真空、油、惰性气体；栅片灭弧；3.串励磁吹。交流接触器的主要参数：(1)额定电流：(2)线圈额定电压：(3)动作值：(4)释放值：备注：直流接触器

主要指触点回路控制的直流2）电磁机构接触器主要由电磁机构和触头系统两部分组成。1）电磁铁吸力的计算

电磁铁吸力的大小与气隙的截面积S0及气隙中的磁感应强度B0的平方成正比。基本公式如下：式中：B0的单位是特[斯拉]；

S0的单位是平方米；

F的单位是牛[顿]（N）（1）直流电磁铁的吸力直流电磁铁的吸力依据上述基本公式直接求取。UIΦBFδ

RmΦBF（2）交流电磁铁的吸力直流电磁铁的吸力依据上述基本公式直接求取。UEΦBFδ

RmIueφbf（2）交流电磁铁的吸力交流电磁铁中磁场是交变的，设则吸力瞬时值为:式中：为吸力的最大值。吸力的波形:吸力平均值为:tFmfO交流电磁铁的吸力在零与最大值之间脉动。衔铁以两倍电源频率在颤动，引起噪音，同时触点容易损坏。为了消除这种现象，在磁极的部分端面上套一个分磁环（或称短路环）。U

Φ1

短路环e

短路环i

Φ1x

Φ1+Φ1x=Φ2

f2e落后Φ190°，Φ1x

落后Φ190°f1x落后f1180°f2始终大于0噪音（3）交流电磁铁中的短路环

2

1tFmf1

1

2

2f1x直流电磁铁的励磁电流仅与线圈电阻有关，在吸合过程中，励磁电流不变。但是

与动作间隙有关。(3)在交流电磁铁中，线圈电流是变化的。因为：由U=4.44fN

，当电源电压恒定时，磁通

恒定，吸力F也恒定，当气隙减小，

=IN/Rm,因

恒定，则I减小。(1)交流电磁铁中,为了减少铁损，铁心由钢片叠成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢制成；2）交直流接触器在电磁机构上的区别(2)交流电磁铁有短路环，而直流电磁铁不需要2）交直流接触器在电磁机构上的区别交流接触器的吸引线圈因具有较大的交流阻抗，故线圈匝数比较少，且绕制的铜线较粗。直流接触器的线圈匝数较多，且绕制的铜线较细。交流接触器的电磁铁铁芯上必须装有短路环。交流电磁铁中,为了减少铁损，铁心由钢片叠成；直流电磁铁的磁通不变，无铁损，铁心用整块软钢制成；交流电磁铁：恒磁通U=4.44fNΦm；直流电磁铁恒磁势U=IR，磁动势F=IN；交流电磁铁直流电磁铁U=4.44fNΦmU=IR，F=IN,

=IN/Rm线圈匝数少、粗线圈匝数多、细短路环钢片叠成，有铁损整块软钢，无铁损气隙Φm、吸力不变，I气隙，I不变，Φm吸力3）接触器的参数及选用（1）额定电压（2）额定电流（3）线圈的额定电压直流接触器：220V、440V、660V；交流接触器：220V、380V、500V直流接触器：25A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。交流接触器：5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A。直流线圈；24V、48V、110V、220V、440V。交流线圈：24V、110V、220V、380V、440V。种类：电磁式、感应式、机械式、双金属片式、电子式、电动式等。常用的以电磁式为主。电磁式继电器：继电器(relay)：没有主触头。原理与接触器同。电压继电器：线圈匝多、线细，有过压和欠压继电器之分。电流继电器：线圈匝少、线粗，有过流和欠流继电器之分。中间继电器：实质就是电压继电器，作用：1.放大；2.增加触头。时间继电器：作用：产生延时，有通电延时和断电延时之分。1.通电延时闭合，断电瞬时断开的常开触头。2.通电瞬时闭合，断电延时断开的常开触头。3.通电延时断开，断电瞬时闭合的常闭触头。4.通电瞬时断开，断电延时闭合的常闭触头。3.继电器通电延时线圈断电延时线圈继电器与接触器的区别

继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。主要区别在于：

接触器的主触点可以通过大电流；

继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且只能通过小电流。继电器一般用于控制电路中。1）电流及电压继电器电流继电器：可用于过载或过载保护，电压继电器：主要作为欠压、失压保护。2）中间继电器

中间继电器触头容量小，触点数目多，用于控制线路。

通常用于传递信号和同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动机或其他电气执行元件。(b)符号KA线圈常开触头KA常闭触头KA(a)外形中间继电器外形与符号3）时间继电器

是从得到输入信号(线圈通电或断电)起，经过一段时间延时后才动作的继电器。适用于定时控制。■

时间继电器结构空气阻尼(气囊式)时间继电器：通电延时和断电延时电动式时间继电器：一台小型同步电动机和机械减速机构。电子式时间继电器：数字电路延时控制继电器KA线圈，其触头动作，改变状态。通电延时闭合常开触点KT通电延时断开常闭触点KT断电延时断开常开触点KT断电延时闭合常闭触点KT1.判常开常闭：2.判延时开延时闭：扇弧的朝向+触电上下态3.常态和延时后态不一致则为通电效果；4.常态和延时后态一致则为断电效果。4）热继电器用于电动机的过载保护。热继电器外形与结构工作原理~发热元件杠杆双金属片常闭触头（1）热继电器的结构及工作原理当电动机电流达到整定值的105%时，热继电器在2小时内动作（热态）；当电机电流达到整定值的120%时，热继电器在20分钟内动作（热态）；当电机电流达到整定值的150%时，在2分钟内动作；从冷态开始，热继电器通过7倍的整定电流大于2秒动作，以避免电机起动冲击电流造成热继电器的误动作。热元件的额定电流应为电动机额定电流的1.1～1.25倍；热继电器整定值一般按电动机额定电流的1.05倍选取；允许长期过载的电动机，可按1.2倍选取（2）热继电器的整定与选用（3）热继电器的复位与注意事项一些热继电器在动作以后，其自动复位、手动复位可以人为进行选择，但都在热继电器动作引起主回路断开，热继电器的电流关断后，热继电器自然冷却后，复位才会有效。当热继电器长期使用或经过大电流动作之后，应对其进行保护测试，注意其整定值的变化情况，必要时进行整定值重调或元件换新。压力继电器光电继电器温度继电器5）其它继电器压力开关调整先调下限压力：升高压力后再降压，调节复位压力螺丝，整定触头复位的压力值（下限压力）。再升压，调节压差螺丝，整定触头动作压力值（上限压力）。图3-1-15速度继电器示意图（3）速度继电器的使用重新设定整定值：这可以通过调节弹簧的预紧力来实现。常用的熔断器有：（1）管式熔断器（2）插入式熔断器用途：作为短路保护的电器。三、熔断器反时限特性（3）螺旋式熔断器（4）填料式熔断器自恢复保险丝

熔体额定电流≥

2.5电动机的起动电流若电动机起动频繁，则为：电动机的起动电流1.6~2熔体额定电流≥选择熔体时，其额定电流必须等于或稍大于电路的最大持续负载电流。对于不同负载选择熔体的方法如下：①电灯支线的熔体：熔体额定电流≥支线上所有电灯的工作电流②一台电动机的熔体：熔断器的选择INF=（2.5～4）ININF=（3～6）IN（1～1.2）×变压器低压侧额定电流INF≈3IN结构：触头系统（含灭弧装置）、操作机构、脱扣机构。

分类：低压：

自动开关或空气开关，控制兼保护；高压：

真空断路器和六氟化硫断路器、油断路器、磁吹断路器；5.断路器(Breaker)手动操作或电动合闸；过电流脱扣器3分励脱扣器4热脱扣器元件5欠电压脱扣器61）组成：接插型塑壳式自动空气断路器外观图1.电源接线端 2.断路器底座

3.断路器上盖

4.手柄

5.负荷端

6.固定螺丝

7.手动脱扣按钮(试验用)8.电磁脱扣调整盘

9.辅助连接块

10.拆卸插件

11.电源端导线

12.延伸接长手柄

13.触头状态指示1）组成：附件：内部：

辅助触头，报警触头，分励脱扣器，保护装置（过流、过载、欠压）外部：

电动操作机构，释能电磁铁（合闸电磁铁），转动操作手柄，加长手柄，手柄闭锁装置，接线方式2）功能及符号：常用断路器：框架式断路器（ACB），塑料外壳式断路器（MCCB），微型断路器（MCB)，限流式断路器，漏电保护断路器

选用：电流、电压、脱扣、短路、欠压

一般选用：≥负载额定

配电用：（0.8～1）×导线载流量

电动用：≥电动机额定

照明用：≥线路计算负载3）选型：6.电磁制动器6.电磁制动器间隙测量与调整0.5～1.0mm二、电机保护的基本原因及相关措施保证设备和人身的安全：短路保护:断路器、熔断器、过流继电器过载保护:热继电器缺相保护等:热继电器欠压、失压或零压保护:接触器、电压继电器熔断器FU交流接触器KM组合开关Q按扭SBSB1SB235热继电器FRM3～421(a)结构图控制电路SB1KMSB2FRKMFRKMFUQ3~M..热继电器过载保护保险丝短路保护接触器零压、欠压保护热继电器动断触点主电路控制电路缺相保护1.短路保护

短路保护是因短路电流会引起电器设备绝缘损坏产生强大的电动力，使电动机和电器设备产生机械性损坏，故要求迅速、可靠切断电源。

通常采用熔断器FU和过流继电器等。

欠压是指电动机工作时，引起电流增加甚至使电动机停转，失压(零压)是指电源电压消失而使电动机停转，在电源电压恢复时，电动机可能自动重新起动(亦称自起动)，易造成人身或设备故障。常用的失压和欠压保护有：对接触器实行自锁；用低电压继电器组成失压、欠压保护。2.欠压、失压(零压)保护

过载保护是为防止三相电动机在运行中电流超过额定值而设置的保护。常采用热继电器FR保护，也可采用自动开关和电流继电器保护。

缺相保护：三相交流电动机在运行时，若任一相断线，则变成了一单相电动机，缺相运行。常采用热继电器FR保护，热继电器FR串接在三相主电路的任意两相之中。3.过载保护4.缺相保护三、电机的基本控制环节点动控制连续运行控制自锁、互锁和连锁控制行程控制多地点控制环节主令控制和零位保护时序控制双位控制

用途与功能：试车、调整时用；按动按钮电机运行，松开按钮电机停车。

原理分析：线圈有电，触头改变状态；线圈失电触头恢复原状。起、停和运行都需操作者参与。

保护措施：主、控制电路短路保护。

点动控制线路：——

点一下，动一下。1.点动控制KMFRKM..SB2..控制电路合上开关Q起动按下起动按钮SB2

,KM线圈通电，KM主触点闭合，电动机运转。通电转动KM主电路FR3~MFUQ①②②FRKM..SB2..控制电路得电主电路FRFUQ3~MQ转动KM运行状态转动停车

松开按钮SB2,

KM线圈断电KM主触点断开,电动机停转。

停转FRKM..SB2..控制电路通电主电路FRFUQ3~MQ断电KM点动线路

用途与功能：控制和保护异步电动机。原理分析：起、停需操作者参与，运行时则不需要参与。保护措施：失欠压、过载、短路保护。（注意：自锁触头的2个作用：自锁、失压保护）2连续控制线路KMFRKM..KMSB1SB2..控制电路合上开关Q起动KM辅助触点闭合自锁。按下起动按钮SB2

,KM线圈通电，KM主触点闭合，电动机运转。通电转动KM主电路FR3~MFUQQ①②②②合上开关QFRKM..KMSB1SB2..控制电路KM辅助触点闭合自锁。按下起动按钮SB2

,KM线圈通电，KM主触点闭合，电动机运转。通电起动KM转动主电路FR3~MFUQQ松开起动按钮SB2

利用自身辅助触点，维持线圈通电的作用称自锁自锁FRKM..KMSB1SB2..控制电路通电主电路FRFUQ3~MQ转动KM自锁停车

按下停止按钮SB1,

KM线圈断电KM主触点断开,电动机停转。KM辅助触点断开，取消自锁。转动停车

按下停止按钮SB1,

KM线圈断电KM主触点断开,电动机停转。KM辅助触点断开，取消自锁。

停转FRKM..KMSB1SB2..控制电路通电主电路FRFUQ3~MQ断电KM连续线路控制电路主电路

利用自身辅助触点，维持线圈通电的作用称自锁去掉KM辅助触点,实现点动控制。1）自锁控制：同连续运行控制，接触器KM辅助触点2）互锁控制环节：逻辑相反的联锁，如正反转、船电/岸电、上升/下降3）连锁控制：前后次序、逻辑关联等，如压缩机与冷却水、空压机控制、分油时序、主机起动控制3.自锁、互锁和连锁控制2）正反转互锁控制

反转的实现：改变相序，任意两线对调。由两个接触器实现。互锁的含义：就是互相“锁住”对方，不让对方同时处于工作状态。一方处于工作时，另一方就被“锁住”不能再处于工作状态，除非处于工作状态的一方停止工作。互锁目的：避免同时工作，避免短路。互锁形式：电气、机械和多重互锁。SBF和SBR决不允许同时按下，否则造成电源两相短路。正反转的控制线路3~MFRFU正转触点KMRKMFKMF.KMRFRQKMFSB..SBFKMF正转接触器正转按钮

正反转控制电路必须保证正转、反转接触器不能同时动作。反转接触器SBRKMRKMR..........反转按钮反转触点互锁控制（1）电气互锁

方法：将接触器的常闭辅触头串接到被互锁的另一个接触器的线圈回路中。特点：直接按下反转按钮不能进入反转，但相对较可靠。

因为：接触器通断时，主触头若被电弧烧粘住，则其常闭辅触头不能闭合，即使按下另外一个接触器控制按钮也不能使其通电工作——相对较可靠。按下SBFSBKMF

在同一时间内，两个接触器只允许一个通电工作的控制作用，称为“互锁”。“互锁”触点利用接触器的触点实现互锁控制称电气互锁。注意：改变转向时必须先按停止按钮。改进的措施：在控制电路中加入机械互锁。KMRSBFKMFKMFSBRKMRKMR.....通电断开断电电机正转闭合机械互锁电气联锁利用复合按钮的触点实现互锁控制称机械互锁。鼠笼式电动机正反转的控制线路KMFKMFSBRSBKMRSBFKMFKMRKMR（2）机械互锁直接触头互锁KMFKMFSBRSBKMRSBFKMFKMRKMR当电机正转时，按下反转按钮SBR先断开断电闭合通电断开停止正转闭合闭合电机反转（3）多重互锁

电气互锁较可靠，但不能直接反向起动（需先停车后才能反向起动）；机械互锁虽能直接反向起动，但却不太安全，因此将电气互锁和机械互锁组合在一起则成为多重互锁。特点：既可直接反向，又较可靠（主触头粘连时也能起到互锁作用）。注意：主令控制器互锁，应采用多重互锁（避免主令触头故障使互锁失效）。3）联锁控制联锁控制：即按顺序起动或停止的控制——

联合控制。用途：

许多设备要求机油泵电机必须先起动，后停止。

①

②②③②

④

④

④

⑤⑤⑤⑥⑥⑥主令控制器互锁KA零压保护4.行程控制未撞击5.多地点控制线路功能：

在两个或以上对同一台异步电动机进行连续（起动、停止）控制。为安全起见，建议各处可以任意停，但是起动需要有优先级的选择。接线要点：

起动按钮并联；停止按钮串联。两个地点（用两个颜色表示）虚线内为某一地点，则此图有三个地点可以控制。

实际带选择开关的多地点控制线路多地点控制线路的改进6.主令控制和零位保护控制手柄在零位时，SA1接通，零压继电器KA线圈有电，常开触点KA1闭合进行自锁。起货机工作时（如起货），主令手柄离开零位，SA1断开，SA2接通，接触器KM1线圈通电（电动机正转），其常闭辅助触点KM1断开接触器KM2线圈支路，实现互锁。7、时间控制tKT1tKA1T1KT1tKA1T2t8、双位控制双位控制第二节电动机的典型控制电路一、电动机的直接起动控制

二、三相异步电动机的星－三角启动控制

三、三相绕线异步电动机的转子串电阻起动控

四、电机的起动方式及特点

五、电机的调速

六、通用变频器与变频电机

七、电机控制的实训一、电动机的直接起动控制

短路、失压、过载和缺相保护主电路

利用自身辅助触点，维持线圈通电的作用称自锁变压器使其电源与主回路隔离起、保、停控制控制电路二、三相异步电动机的星－三角启动控制降压起动目的：∵电动机起动时，Ist大，线压降大→影响其它设备正常工作，

∴要降压。降压起动目的是减少起动电流（不是减小起动转矩）。降压起动常用方法：

1.Y/Δ降压起动； 2.自耦变压器降压起动； 3.转子串电阻起动（绕线式）。选用什么方法，主要看使用场合不同。Y/Δ降压起动：使用场合：轻载、空载起动。只能带小于1/3的额定负载转矩起动。

换接方法：根据“时间原则”，用时间继电器换接。

保护分析：过载、短路、失压。

起动过程分析：合上QS，按下起动按钮ST...。延时后三、三相绕线异步电动机的转子串电阻起动控制改变电动机的特性来控制电机的起动：起动电流减小的同时，起动转矩

最大转矩。

重载起动。缺点：绕线式异步电动机四、电机的起动方式及特点直接起动、Y－Δ启动、自耦降压启动：减小起动冲击电流，降低了启动转矩，适合空载、轻载启动或风机类负载转子串电阻的方式控制起动电流不太大，但是起动转矩大，可重载起动降压软启动控制保持启动过程中的恒流，电机平稳启动改变转差率s

改变U、改变转子R2定子绕组磁极对数p电源频率f来实现五、电机的调速三种电气调速方法1.电机调速的方法（1.1）电源电压降低时的机械特性U

Tm

Tst

T2TO（1.2）转子回路电阻增大时的人为机械特性TOR2

Tst

n

（2）变频调速(无级调速)

f=50Hz逆变器M3~整流器f1、U1可调+–~变频调速方法恒转距调速（f1<f1N）恒功率调速（f1>f1N）异步电动机变频调速时的机械特性曲线（f’’>f’>fN>f1>f2>f3>f4>f5）（3）变极调速

(有级调速)A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSSA1X1A2X2ii••P=1A1··A2X1X2(a)(b)(c)异步电动机双速绕组的Y、△以及YY的接线

2.变频调速的基本原理3.交流变频调速的三种基本控制方式1）恒电动势频率比的控制方式

降低电源频率的同时，保持

常数，即保持Φm为常数，则该调频是恒磁通控制方式。2）恒压频比绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压U1≈E1，则得

常数，这是恒压频比的控制方式。当f1较低时，最大转矩Tm随着的f1降低而减小。补偿后的机械特性曲线3）转子全磁通的感应电动势频率比的控制方式当频率恒定时，电动势与磁通成正比。气隙磁通的感应电动势E1对应于气隙磁通幅值

m，那么，转子全磁通的感应电动势Er就应该对应于转子全磁通幅值

rm。4）几种控制方式的比较

易实现性

最大力矩

特性

m＝恒值4）几种控制方式的比较综上所述，在正弦波供电时，按不同规律实现电压－频率协调控制可得不同类型的机械特性。（1）恒压频比（U1/f1＝恒值）控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，但低速带载能力有些差强人意，须对定子压降实行补偿。（2）恒E1/f1控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到

m＝恒值，从而改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。（3）恒Er/f1控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通

rm恒定进行控制，即得Er/f1为恒值。而且，在动态中也尽可能保持

rm恒定是矢量控制系统的目标，当然实现起来是比较复杂的。5）从基频向上变频调速基频以下，电压与频率成比例变化，基频以上，磁通与频率基本上成反比变化。三相异步电动机变频调速具有以下几个特点：（1）从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向上调速，近似为恒功率调速方式；（2）调速范围大；（3）机械特性较硬，静差率小，相对稳定性好；（4）运行时转差率小，损耗较小，效率高；（5）频率可以连续调节，变频调速为无级调速。六、通用变频器与变频电机1变频器的主要组成和各主要器件的作用2控制回路的基本组成和相关器件的作用3变频器基本功能及主要参数简介4.变频电机1变频器的主要组成和各主要器件的作用限流电阻R1泵升限制电路进线电抗器L2控制回路的基本组成和相关器件的作用1）主控电路及主要功能（1）接受各种信号：给定、检测、通信、保护（2）进行最主要的基本运算：SPWM（3）输出计算结果：IGBT、SPWM、保护2）配套的相关电路（1）PWM信号产生（2）驱动电路（3）检测与保护电路：转速、电压、电流、温度（4）键盘与显示（5）外围接口：DQ、AQ外接输入端子模拟量输入端：0～10V、－10～10V等的电压信号，有0～20mA或4～20mA、电位器信号等开关量输入端：基本控制输入如正转(FWD)、反转(REV)、复位(RST)等外接输出端子报警输出端测量信号输出端状态信号输出端3变频器基本功能及主要参数简介1）频率相关功能载波频率、极限频率、回避频率、段速频率、模拟量频率给定、起动频率、点动频率2）运行控制相关功能1）加减速时间的设定2）加减速曲线的选择：线性、S型、半S型3）调速控制功能PID调节器，转矩补偿设置，转差补偿设置，制动电流设置，最大电流设置，速度跟踪设置4）保护相关功能过载保护、过转矩（过电流）检测、变频器自身的保护功能、故障急停。变频器的fmax、fb与电压U的关系5）变频器的额定值和频率指标输入侧的额定值：（UN、IN、SN、PN、λ）输出侧的额定值：（UN、IN、SN、PN、λ）变频器的频率指标：（范围、精度、分辨率）变频器自身的保护功能：过流、过压、过功率、断电、其他故障故障急停。4.变频电机1）输出谐波对电机的影响：绝缘、脉动、噪音

专用变频电机，如要采用普通电机，必须设置输出滤波器2）输出dv/dt对电机的影响：绝缘3）共模电压对电机的影响：零序电压、绝缘4）轴电流对电机的影响：电机轴承的“电蚀”5）电机设计和输出电缆选择方面的特殊问题

容量适当放大、特殊设计七、电机控制的实训低压电器的故障常用低压电器的故障检修电磁制动器拆装及调整直接启动箱接线通用变频器的外部接线变频器的操作设定变频器的日常保养维护1.低压电器的故障1）断路器触头过热、闪弧、合不上闸2）接触器触点、灭弧、线圈3）热继电器烧断、误动、不动机：油、水、气、运动部件电：断、短、接地环境：温度、湿度、水操作：误、故障操作

过电压2.常用低压电器的故障检修1）触点氧、松、磨、毛、焊2）电磁振动、短路环、发热3）灭弧通、绝缘、碳化4）熔断器交叉、通断、效验灯因：水、电、磨、误、热查：看、听、摸、闻、测修：净、静、紧、滑、复换：型号、参数、外形、功能3.电磁制动器拆装及调整间隙测量方法测量孔的螺钉帽、塞尺测量、记录间隙的调整方法调整螺钉、更换摩擦片制动器拆卸方法用绳索等工具固定起重物更换部分，按新旧间隔均匀放置。同时检查衔铁、铜套等有否变形，若变形应修复或更换。4.直接启动箱接线不能起动电动机、电源、主回路、机械卡死按钮SB1松开停转自保失效运行中突停热继、保护、断电起动箱噪声大接触器短路环电动机本身故障和控制系统故障5.通用变频器的外部接线6.变频器的操作设定功能：①输入启动数据；②通过设定给定值，以及提供启动、停机和转向命令来控制传动；③显示实际值（可同时显示3个实际值）；④显示和设置参数；⑤显示最近的故障记录7.变频器的日常保养维护：看、听、摸、闻、测运行环境：温度、湿度、灰尘、空气状况等；运行发热情况：凭触觉，需要时使用红外温度检测各处散热环节；运行振动或噪声：凭听觉及触觉；电动机运行状态检查：变频器与电机为一个系统，所以需要同步检查电动机的状态。运行参数观察与记录及对比：至少确保各项内容工作在额定范围内。操作面板检查：外观、指示灯、显示有无异常；线路检查：各处导线有无发热、变形及松动；冷却风机检查：转速是否正常，灰尘及油垢清理；第三节机舱电力拖动控制系统一、机舱电机正反转及风机的控制

二、机舱空压机的控制

三、机舱双机互备的控制

四、船舶电梯控制系统

五、正反转控制电路的主回路接线KMFKMFSBRSBKMRSBFKMFKMRKMR当电机正转时，按下反转按钮SBR先断开断电闭合通电断开停止正转闭合闭合电机反转一、机舱电机正反转及风机的控制KMFKMR二、机舱空压机的控制10S6S失电泄放，起动得电关闭，供气1.“手动”起动2.“手动”停止3.

保护控制4.自动控制过程5.

“遥控”控制过程延时继电器KT1：

顺序起动时间继电器KT2：卸载起动时间继电器KT3：滑油低压KP1主：2.5MPa～3.0MPaKP1从：2.3MPa～2.8MPa报警电路1.空压机“手动”起动2.空压机“手动”停止3.空压机控制系统的保护措施4.空压机的自动控制过程5.空压机的“遥控”控制过程延时继电器KT1：顺序起动时间继电器KT2：卸载起动时间继电器KT3：滑油低压KP1主：2.5MPa～3.0MPaKP1从：2.3MPa～2.8MPa空压机控制系统的保护措施空压机低油压停车:KT3空压机高温停车：F12空压机电动机过载停车：FR功能：自动顺序起动；故障时（过载、断电、出口压力低等）自动起动备用机组；备用机组起动后自动停止故障机组。三、机舱双机互备的控制

10s起动建压5s运行失压SA12KA11SA11SB11SB12KA12KA10KA10KA21手自运备KA12KA13KA13KA13SB13KPL1KA12KT11KT12KM1KM2KT12KT11C12KA21SA21SB21SB22KA22KA20KA20KA11手自运备KA22KA23KA23KA23SB23KPL2KA22KT21KT22KM2KM1KT22KT21C34SA221234567910111213148复位复位运行正常断电起动正常有电起动建压后有电起动建压延时起动顺序延时1.手动控制2.自动切换3.顺序启动4.故障分析主要组成部分有：①曳引部分，包括曳引机、制动器和曳引钢丝绳及其端接装置；②引导部分，包括导轨和导轨支架；③导向轮装置；④对重装置；⑤轿厢装置；⑥门机系统，包括自动开门装置和厅门；⑦超摇摆保护装置；⑧电气设备及控制装置，由曳引电动机、选层器、传动及控制柜、轿厢操作盘、照明和应急照明系统、呼梯按钮和厅站指示器等组成；⑨安全保护装置，包括限速器、安全钳、缓冲器、电话及应急装置、报警及保护装置等组成。1，主要组成部分四、船舶电梯控制系统图2-17船用电梯基本结构船用电梯的基本要求安全、舒适、准确、节能、空间、性能。安全联锁应急照明报警系统超载报警高低温变化、三防：防潮、防盐、防霉机房位置随定摇晃中运行、过摇又要保护层门打开可运行、轿门打开可运行、安全门打开可运行、超载时可运行。电磁防护2.船舶电梯的电力拖动（1）交流双速（2）船用变频2）控制1）主电路3）门控育明轮船用电梯认可资料1．超速保护2．门联锁保护3．地坑缓冲保护4．电梯端站保护5．电梯超载保护6．电梯火警功能7．船用电梯特有的安全保护①船舶超摇摆保护功能；②轿内报警功能；③随行电缆保护；④人员应急逃生；⑤轿厢通讯功能；⑥电梯应急照明；⑦防海盗功能。3.船用电梯的安全保护4.安全保护装置使用和维护必须齐全防坠落、防剪切不允许短接保护回路不允许短接监控动断触点（常闭）保护持证五、风机正反转控制电路的接线主回路读图、工具、材料、配线、安装、固定、保护、接地通电前测试短路、漏电、功能控制回路读图、布线、配号安装、固定、接线通电前测试短路、漏电、功能第四节甲板机械电力拖动控制一、甲板机械的特点

二、锚机/绞缆机的电力拖动控制系统

三、交流变极调速电动锚机控制系统

四、电液克令吊控制系统

五、变频调速船舶起重机

六、锚机常见故障现象及其检修处理182一、船舶甲板机械的特点1．电动甲板机械可靠性、防潮加热、修复快、特性偏硬、冲击大2．液压甲板机械调速好、特性软、直驱、吸收冲击、防过载，制动好、工艺要求高。功率和冲击大、短时、周期性、易堵转、会超载、要三防、抗干扰、调速要求不高、但是要求特性软。电气传动油船、化学品船不宜采用对电网有冲击加速2～4s内大多采用阶梯式难平稳，冲击大投资小PLC控制维修方便液压传动适用于各类型船舶基本不冲击电站加速小于2s无级调速，速比大运动平稳，能抗冲击投资大电液复合机电一体维修量大甲板机械两种驱动方式的比较二、锚机电力拖动控制系统

Ⅴ：将锚拉入锚链孔中1.锚机运行工作特点

船舶抛锚：自由抛锚、电动抛锚

起锚时，整个过程可分为五个阶段：正常起锚过程Ⅰ：收起躺在海底的锚链Ⅱ：收紧锚链Ⅲ：拔锚出土Ⅳ：提起悬于水中的锚及锚链应急起锚工况：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。锚机拉不动：使用主机动力拉动锚机AB

2）抛锚时必须有稳定的制动抛锚速度。1）电动机和制动器采用30min短时工作制，应能满足单锚破土后起双锚的要求。3）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。2.锚机对电力拖动控制的要求

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。4）电动机能在堵转情况下工作1min左右。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。2.锚机对电力拖动控制的要求1.电动锚机两套绕组：1）4极高速(p=2)；2）变极绕组:16极低速△接法、8极中速YY接法；低速△

中速YY时为恒功率调速中低速直接起动；中速到高速：延时切换；高速过载退回到中速；负载减小，要重新回到高速，则主令手柄必须从三档

二档

三档应急按钮起锚

抛锚321

0123EMPB电源开关SA三、交流变极调速电动锚机控制系统三相异步电动机的同步转速极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速异步电动机变极原理A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSSA1X1A2X2ii••P=1

采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合。A1··A2X1X2SN两套绕组：1）4极高速；单独绕组

2）变极绕组——16极低速△接法、8极中速YY接法。交流三速电动锚机(a)Y(b)△(c)YY

A

B

C

A

B

C

A

B

C

i1

i1

2i1

2i14i13i1i12.电动锚机的控制电路锚机控制线路●●0●111起抛低速制动器22222222’33333’3’33’3’44中速高速556655677777778899●●船舶起货机的分类以拖动方式分为：蒸汽起货机、电动起货机、液压起货机。按机械结构分类：吊杆式（单、双杆）回转式（克令吊）四、电液克令吊控制系统双联克林吊装船机船用轨道式装卸桥船用折叠式起重机升：1

Pa

Pb2

Pc

Pd11

Pa

制动4通5节流

Pd1：bc压降落：1

Pd

Pc2

Pb

Pa1：

但Pa>Pd1

Pd

5不节流

制动4通

Pa1：cb没压降1）供电用滑环电刷装置3）控制室内电气设备

操纵台、操纵手柄图3-4-11限位开关箱内部结构4）电机房内电气设备

电机启动箱

主马达

限位开关箱

其它的限位及保护开关2）电液装置2.克令吊的主要保护措施（1）主油泵电机及风机电机的保护

过热、过载、断相、短路、零位保护（2）电气控制的保护

应急切断、超重、超速保护（3）液压回路的保护

油温、油位、油压（4）克令吊的限位保护

钩头的上限、下限

变幅的上限、下限及复位

松弛与差动限位五、变频调速船舶起重机1.传统的船用起重机控制系统：电液、变极2.变频调速船舶起重机2.变频调速船舶起重机高压12脉、18脉、24脉整流直流母线多个调速逆变器高压开关典型变频器主结构3.变频器介绍ACS8001）硬件结构（1）主控制电路板：CPU、MEM、I/O（2）电机控制和I/O控制板：

DI、DQ、AI、AQ（3）整流控制板：12、18、24脉（4）EMC滤波：可压敏电阻替代（5）控制操作面板：HMI2）系统控制功能（1）电机控制：VVVF、VEC.、DTC（2）电机辨识：内部参数（3）零速满转矩：有脉冲编码器做反馈（4）跟踪起动：自动检测电机的频率并重新启动电机（5）主电源失电跨越：主电源丢失可保持运行（6）辅助电源失电跨越（7）加速／减速积分（8）危险速度（9）精确的速度控制（10）本地控制（11）远程控制3）故障诊断控制盘可以显示三个值参数、IO、故障4）可编程数字和模拟输出5）可编程模拟输入6）故障保护功能六、锚机常见故障现象及其检修处理电动机刹车松不开线圈、间隙、卡死电动机停车时刹不住车间隙、弹簧、刹车片、放电电阻日常维护检查触点、间隙、热继、限位操作三速锚机，模拟故障，测试其保护动作起动、停止、加速、减速、反向风机连锁、电动制动、机械制动、限位超重、超速、过载、各种保护、应急第五节船舶舵机控制系统一、舵机装置的基本组成

二、舵机装置的分类

三、对舵机控制装置的技术要求

四、舵机控制系统的工作原理

五、舵机自动控制系统的故障及维护

按《海规》要求，电动机连续工作制；具有软的机械特性和足够大的过载能力；堵转时间应能持续1分钟以上，仍不致将电动机烧毁。要求电动最快航速，既能满足最大舵角，也能满足转舵速度。供电要可靠

从主配电盘到舵机应当用两路分离较远的馈电线对舵机电动机供电。其中之一还应该与应急配电盘相连。电动机的运行要可靠1）工作可靠

任何舵角均能投入工作，能及时准确转给定舵角。操纵系统应装有自动、随动和应急三种操纵装置。

舵机电力拖动装置至少有两个控制站，驾驶台和舵机舱各一，控制站之间要有转换开关，以防同时操作。2）生命力强3）操作灵便4）舵叶偏转限位保护和失压报警装置限位保护，防止操舵设备受损。舵机总电源断电，声光报警。航向超过允许偏差的偏航自动报警注意：只有过载报警而没有过载保护装置操舵装置舵机控制与驱动系统舵机传动机构舵叶：最大转舵角35º一、舵机装置的基本组成舵机是保证船舶机动性和生命力的主要设备直接控制系统或称单舵系统、应急操舵（单动舵）随动控制系统自动操舵控制系统航线自动控制系统二、控制系统分类按控制方式分类工作过程：电动机通过连轴节带动蜗杆蜗轮转动，并通过主动齿轮带动扇形齿轮，再经过缓冲弹簧转动舵柄（在扇形齿轮下面，通过弹簧推动），从而使舵柱和舵叶偏转。电动-机械舵机装置按转舵的能源类型分类电动—液压舵机装置：泵控、阀控、转叶工作过程：当一油缸注入高压油而另一油缸排出低压油时，推动撞杆（活塞）移动，从而带动舵柄，舵柱和舵叶偏转液压舵机传动机构舵柱舵柄撞杆油缸舵机

[SteeringGear]泵控型液压舵机1-泵轴2-配油盘3-缸体4-柱塞5-斜盘6-配油口7、8-吸排口9-泵体阀控型液压舵机使用单向定量油泵，转舵靠驾驶台遥控换向阀实现，油泵排油回泵的进口或回油箱。特点：系统简单，造价低；冲击大，可靠性差，油液发热量大，经济性差。舵机外型三、对舵机控制装置的技术要求1、舵机装置供电要采用两舷供电方式。其中一路应经由应急配电板供电。2、电动舵机的电动机采取连续工作制，有足够的过载能力，软机械特性，能堵转一分钟。3、舵机应能在驾驶台和舵机房两个地方控制，由转换开关转换。4、应设有舵叶偏转限位开关，一般为±35°。5、自动操舵时，设有偏航报警，一般为±8°～±10°。6、设舵机失电报警和舵机电动机过载报警，但不设过载保护。7、在船舶高速满载情况下，舵应能自一舷35°转至另一舷35°。且所需时间不超过28秒。辅助舵机小于60秒。9、在驾驶台设有舵角指示器，其与操舵指令和实际舵角的误差＜1°。10、自动操舵仪应具有自动、随动和应急三种操舵方式，且能方便转换和相互联锁。11、舵杆直径>230mm的舵机，45s内提供替代动力；1万Gt以上工作30min,其他工作10min。1.单动操舵工作原理四、舵机控制系统的工作原理

单动操舵的操作方法可以归纳为：手板舵动，复零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左扳。这种操舵方式仅适用于内河小型船舶和作为海船的应急操舵方式。单动操舵方框图2.随动操舵的工作原理2.随动操舵工作原理图

船舶左偏航操右舵，舵轮操右舵x0，舵叶右偏，并自动停在右舵x0上。为了减少形航迹的振幅，船舶在返回正航向过程中，必须回舵。主要环节：比较环节、放大环节、执行机构随动操舵的方法：3.自动操舵的工作原理滚轮1：与航向接受器机械相连反应船舶偏航的角度（船右偏，滚轮左偏转）φ—偏航角β—偏舵角

绝缘块4：隔离导电环2和3，并与导电环一同偏转。导电环2、3：与舵角反馈机构相连，反应舵叶的位置（舵叶左偏，导电环左偏）。1）自动操舵系统的概述Ⅴ：船舶回到给定航向K，φ=0，β=0。Ⅰ：滚轮在绝缘块上－电机不动－舵叶在艏艉线Ⅱ：船右偏→滚轮左偏→J1有电→舵左转→导电环左转β很小，使φ↑，同时β↑，Ⅲ：β↑时（φ=φmax），船停止偏转（dφ/dt=0）。导电环追上滚轮，使绝缘块与滚轮接触，电动机停，舵叶停转β=βmax。Ⅳ：在左舵的作用下，船开始回转（φ↓），使滚轮右转，与导电环接3触，使J2有电，电动机反转，回舵（β↓）。导电环右转追随滚轮运动。船舶的航迹曲线航向控制器舵角控制器舵机船舶舵角反馈航向反馈--φ*φΔφβ*β自动操舵系统方框图2）自动操舵系统的组成（1）航向偏差敏感元件（2）比较元件（3）变换元件（4）放大元件（5）执行机构（6）反馈机构（7）控制对象和被控制量（8）外界干扰3）自动操舵系统的调节规律按调节规律分三种基本类型：

比例舵P

比例－微分舵PD

比例－微分舵－积分舵PID

K1过大，使船回转过头，稳定性变坏，还会降低航速。

以船舶偏航角φ的大小按比例给偏舵角β，即K1为比例系数，负号表示偏舵的方向是消除偏舵角。

K1过小，不能产生足够的转船力矩，回转性能不好。（1）比例舵K1随船型而不同，对万吨船来说，一般为2~3，即偏航1°时，偏舵角为2~3°。比例系数过大，将使船舶偏航振幅加大。因此比例操舵虽然简单、可靠，但航向稳定精度较差。当受一舷持续偏航力矩作用时，不能保证船舶的定向航行。

加入微分环