船舶电机与拖动 第2版 课件 10 甲板机械电力拖动控制系统

第十章甲板机械电力拖动控制系统

主要内容1锚机、绞缆机控制电路原理2船舶起货机控制电路原理

起锚过程：

分为五个阶段：①.收取锚链，②.拉紧锚链，③.拔锚出土，④.提锚出水，⑤.拉入锚孔。索引第一节锚机、绞缆机电力拖动控制系统

运行说明：由阻转矩特性可知，整个起锚过程转矩是变化的。正常起锚拔锚出土时，锚机要求的转矩最大。关于“应急起锚”，有两种情况应区别其含义：

①.深水抛锚时，锚抛不到底时的起锚。此时，锚链最长，锚机负荷最大。

②.起锚时，锚机过载，按住“应急起锚”按钮，强行起锚也称为“应急起锚”。

锚机的运行特点

锚机主要特点：

①.工作环境要求水密。

②.工作时不长，但阻转矩变化很大。

③.遇到阻转矩突然增大时要求电动机具有软的或下坠的特性(转矩增大时转速能自动降低)。遇到难以拔锚出土时，最好断开锚机电源，开动主机，让船的冲力拔锚出土。

④.最大阻转矩可达两倍额定转矩以上。起锚过程可能时起时停，电动机较容易过热。因此，要求与甲板人员配合，最好是尽量减少起停次数。

锚机的运行特点索引二、锚机、绞缆机对电力拖动控制的要求索引（1）在锚机和绞缆机的控制系统中应设置自动逐级延时起动电路和应急保护电路。（2）电动机应具有足够大的过载能力，应能满足任何一种起锚状态所需要的最大转矩，并且能在最大负载力矩下起动（在30min内允许起动25次）。（3）电动机在堵转情况下能承受堵转电流时间为1min（堵转力矩为额定力矩的两倍），在堵转时，对直流而言，应能使电动机自动转到人为机械特性上运行，对交流而言，应能自动转换到低速运行。（4）为满足必须的起锚速度和拉锚入孔时的低速，要求电动机有一定的调速范围，一般要求在5:1～3:1。二、锚机、绞缆机对电力拖动控制的要求索引（5）在电动抛锚时，由于是位能性负载，所以要求控制系统必须具有稳定的制动抛锚功能，匀速抛锚。（6）电动机起动次数不宜过于频繁，应能连续工作30min，且要满足30min内起动25次的要求。（7）采用电气和机械联合制动，以便满足快速停车及系缆时具有轻载高速性能。（8）电力拖动装置应能满足在给定航区内，单锚破土后，能收起双锚。（9）对电动液压锚机来讲，它应具有独立的电动机驱动，其液压管路应不受其他甲板机械的管路影响。三、交流三速电动锚机控制电路1.控制系统的特点

国产的交流三速电动锚机采用变极调速异步电动机拖动，变极电机为16/8/4极的三速二绕组的鼠笼异步电动机。

4极绕组单独一套，为高速绕组；另一套是变极绕组，16极低速时接成Δ，8极中速时接成YY。允许低速与中速直接起动。索引三、交流三速电动锚机控制电路2.系统的工作原理

①主令控制器手柄扳到零位：主令触头LK闭合，失压继电器LYJ得电，其常开触点闭合，控制电路获电。在直流回路中，1SJ线圈获电，其1SJ的常闭触点断开，使高速接触器3C线圈不能通电。2SJ线圈获电，其常开触点闭合，保证了GLJ被短路而不起作用。3SJ线圈获电，其常开触点闭合，短接线圈串联的电阻R，为刹车接触器ZDQ线圈通电作准备。索引②起锚第一挡当手柄扳到起锚第一挡的位置时，主令触头LK1断开，主令触头LK2、LK4、LK7闭合，方向接触器ZC和低速接触器1C得电吸合，电动机低速绕组通电。同时ZC的辅助常开触点闭合，使得刹车接触器ZDC线圈得电吸合，这时刹车线圈获电，制动器松闸，电动机开始低速运转；此外，ZC的常闭触点打开，使FC线圈不能获电，保证ZC与FC之间实现电气联锁；再者，ZDC的常闭触点断开，使3SJ线圈失电，其触点延时打开，使刹车线圈串入经济电阻R。集大轮机自动化主要保护环节①零位(失压)保护由失压继电器LYJ实现，并与LK1配合实现零位保护。②高速挡过载保护高速挡运行过载时，过流继电器GLJ动作③中、低速级过载保护及其应急起锚中低速级过载保护由热继电器1KR和2KR实现。④起锚与抛锚电气互锁保护起锚与抛锚电气互锁保护由正反转方向接触器。⑤中、低速绕组换接互锁保护中、低速绕组是一套变极绕组，为防止同时接通电网造成电源短路，必须要求互锁索引1．船舶起货机的类型及特点目前，船用起货机主要有：电动液压起货机和电动起货机两种。电动液压起货机是采用异步电动机拖动油泵，向液压起货机提供液压油而工作的。

电动起货机还可分为直流和交流两种形式。直流电动起货机主要是G-M系统构成的起货机，交流电动起货机则多采用变极调速的鼠笼异步电动机拖动。根据结构的不同，起货机可分为：吊杆式起货机、回转式起货机和行走式起货机等。索引第二节船舶电动起货机控制系统

（1）单吊杆起货机

单吊杆起货机由吊钩、吊杆和回转等三台电动绞车组成，三台绞车都要求能够正反转运行。

吊钩为主绞车，要求具有调速功能。

2．电动起货机的结构和运行特性

（2）双吊杆起货机

双吊杆起货机主要由两根吊杆和两台起货绞车组成。工作之前，应调好各稳定索，固定两根吊杆。

两台绞车配合操作，可完成货物提升、下放和移动。虽然只有两台绞车，但都要求调速。

船舶起货机概述（3）回转式起货机

回转式起货机，英文为Crane，音译为克令，俗称为克令吊。主要由提升、变幅和回转三个机构组成。既可采用电动机拖动，也可采用液压装置拖动。三个机构的绞车都安装在一个共同的回转座台上。

船舶起货机概述3、船舶起货机电力拖动的基本要求索引

（1）对调速范围的要求调速范围是起货机的另一重要指标。起货电动机在运行过程中，既有空钩高速，又有重载低速，要求较广的调速范围。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。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。

（2）对电动机形式的要求

①.三档调速控制，且可正反转运行。

②.有短路、过载、过热、失欠压、缺相保护。

③.采用主令控制器操作(有明显档位)。

④.电机为强制风冷，风门应设联锁控制。

⑤.设有逐级自动延时起动控制。

⑥.高速回零档时，设有三级制动自动控制。电气制动（再生制动）、电气与机械联合制动以及机械制动。

⑦.恒功率起货机，应设重载不上高速保护。

⑧.设有“逆转矩”控制环节。

⑨.手柄处任何位置，电机至少有一线圈通电。防止“货物自由跌落”的保护。

⑩.防止电动机在中、高速档堵转。（3）对控制电路要求返回

1、起货机控制电路的组成对各种交流电动起货机来说，分析其自动控制电路时除了使用的一些基本方法外，只要是使用继电接触器控制的系统，在控制电路中，一般都具有以下几个环节：（1）利用主令控制器发出控制信号，使起货机按指令的要求工作；（2）电机的起动和调速环节。（3）制动环节。一般采用电气制动与机械制动相联合的刹车制动和稳定落货的电气制动；（4）保护环节。

二、起货机控制电路的基本环节

2、控制电路分析（1）准备（主令控制器置零位）在准备阶段有四个继电器（LYJ，3SJ，4SJ，5SJ）和两个接触器（FSC，1C）动作。（2）提升第一档四个继电接触器（ZC、ZDC、ISJ、JLC）获电动作，完成提升第一档的工作。（3）提升第二档（4）提升第三档（5）主令控制器手柄从零位直接扳到第三档

二、起货机控制电路的基本环节

（6）主令控制器手柄直接从二挡或三挡扳回零位当手柄扳到零位时，虽然ZDC失电动作，使ZDQ失电，但刹车线圈ZDQ通过ZL2放电，使得电磁制动器仍能维持一段时间，保持松开状态。所以说制动是采用了三级制动过程，其过程如下：①单独电气制动，即再生制动过程；②电气与机械的联合制动，即再生制动加机械（电磁制动器）制动；③单独机械制动，即电磁制动器制动停车。采用上述三级制动，大大地缩短了制动时间，减少了制动能量的损耗，同时也减轻了电磁制动器的负担，可以延长制动器的有效使用时间。

二、起货机控制电路的基本环节（7）落货（8）主令控制器手柄从下降第三档直接扳到上升第三档或反之（9）保护环节及其功能①应急切断（主令控制器上的开关K②过载保护（热继电器2RJ、热继电器1RJ）③方向接触器ZC，FC除了设置电气联锁外，还装有机械联锁装置。④失压保护是由零压保护继电器LYJ来完成的。短路保护由熔断器（1RD-4RD）来完成。温度继电器WJ。

二、起货机控制电路的基本环节再生制动过程负载继电器KI

一、液压起货机操纵机构的主要类型和工作原理

液压起货机的操纵机构应能在一定距离外控制阀控型系统的换向节流阀，或泵控型系统的变量泵换向变量机构，以实现起货机的换向和调速。根据传动方式不同，液压起货机的操纵机构有机械式、液压式和电气式。机械式操纵机构是由操作手柄和一系列传动件组成，简单但操纵费力，各接头磨损后难以保证传动准确，故已很少采用。下面介绍后两种。索引第三节船用液压起货机控制系统

1、液压式操纵机构

手动式液压操纵机构索引第三节船用液压起货机控制系统

1、液压式操纵机构

手控双联比例减压阀索引第三节船用液压起货机控制系统

三、典型液压起货机液压系统

1、起重机构的阀控型开式液压系统索引第三节船用液压起货机控制系统

三、典型液压起货机液压系统

（2）并联节流调速索引第三节船用液压起货机控制系统

三、典型液压起货机液压系统

（3）定差节流调速索引第三节船用液压起货机控制系统

三、典型液压起货机液压系统

（2）限速索引第三节船用液压起货机控制系统起重机构的泵控型闭式（半闭式）液压系统索引4、起重机构的泵控型闭式液压系统重型起重机多使用交流变频调速系统。变频器控制电动机无级调速，直接通过减速机构驱动钢丝绳卷筒，驱动起重吊钩、吊臂，或驱动齿轮电机控制起重塔旋转。由于变频调速系统结构简单、调速范围大、控制性能高、力矩控制方便、智能程度高，与传统重型起货机相比，交流变频调速已成为起重行业的主流。相对与单个变频器驱动单台电机的单传动的模式，现代船舶变频调速开始推广直流母线、多逆变驱动技术。索引第四节船用变频调速起货机控制系统传统的船用起重机控制系统一般包括主令控制器、控制及保护电路、主电路、变极电机和限位过载检测等环节。索引一、传统的船用起重机控制系统1、变频调速系统的主回路索引二、变频调速船舶起重机12脉整流和三电平逆变构建的变频器索引二、变频调速船舶起重机变频调速器由主回路、控制回路、通信回路等硬件组成，配以相应的程序，实现矢量控制调速、直接转矩控制（DTC）等要求。可配合PLC控制，实现整个控制系统的协调控制，还能根据实际工况情况进行参数调整，再通过通信协议进行设备间的数据交换，甚至实现数据远传和远程监控。索引三、变频器介绍索引ACS80