1、船舶设备自动控制系统第九章 船舶的甲板机械电力拖动与控制 第1章第2页概述船舶甲板机械包括： 锚机、绞缆机、起货机和其它甲板起重设备。本章以典型实例: 了解设备的性能、对控制系统的要求； 分析电气控制线路； 介绍日常维护、故障处理的方法。 第1章第3页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 甲板机械驱动方式驱动方式：电动式：电动式： 液压式：液压式：第1章第4页1） 电动甲板机械 船舶甲板机械的工况特点起动能力（起动转矩）堵转转矩最大转矩工作制：连续、短时、短时重复过载能力(1) 对电动机的要求：防水防水第1章第5页(2) 调速要求 起货机、锚机
2、和绞缆机 调速范围： 1 8 1 10 -提高效率在船用交流调速系统中，起货机、锚机大多采用在船用交流调速系统中，起货机、锚机大多采用变极调速系统。变极调速系统。静态性能、动态性能方面的指标都没有特静态性能、动态性能方面的指标都没有特殊的要求。殊的要求。第1章第6页(3)工作的可靠性要求 甲板机械及其机电设备的高可靠性，这是由船舶的特殊性所决定的。 方便日常管理和维护，一旦发生意外故障，则要求受损伤部分能迅速恢复和切除，尽最大可能保持供电和继续运行。 第1章第7页通用性通用性 同一用途的设备应具有同一规格，以保证良好的互换性。抗干扰性抗干扰性 目前电力电子器件在船舶中大量运用，必须抑制各种电磁
3、干扰、提高电子设备和微机系统的电磁兼容性以保证这些系统的正常工作。环境条件环境条件 要求机电设备能承受船舶在航行中发生的振动和冲击力，以及环境温度的变化。 (4) 对电气设备的要求对电气设备的要求第1章第8页2） 液压甲板机械 液压驱动方式液压驱动方式 性能性能 优于电动式（如表9-1）优点：优点：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。缺点：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。 第1章第9页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 调速方式、性能：第
4、1章第10页调速方式变频M电网CVCFVVVF直流调速交流调速ACDCIfMGMACDCMMAC第1章第11页9.2 起货机的电力拖动与控制的基本要求船载货物的可用港口起货设备来装卸 但并非所有港口都具有足够的吊货机械 同时需考虑船舶在开阔水面过驳过驳、吊运物料吊运物料备件备件、航行中倒舱航行中倒舱等的需要 因此，在杂货船、干货船上仍需安装起货机船上起货机的可靠性和工作效率对缩短港泊时间、加快周转、降低运输成本都具有重要意义船用起货机的用途船用起货机的用途第1章第12页9.2.1 船舶起货机的类型及特点 从驱动方式分：电动式电动液压式从机械结构的形式来分： 吊杆式起货机 回转式起货机(克令吊c
5、rane) 门式起重机 第1章第13页9.2.2 电动起货机的结构和运行特性 构成：构成： 电动机、减速箱和离合器组成的传动机构，卷筒和电磁/机械刹车装置与吊杆等 运动形式：运动形式：升降俯仰回转第1章第14页1 吊杆式起货机 单杆式电动起货机图9-1单杆式电动起货机结构图3台电动绞车：升降绞车变幅绞车回转绞车2个主令控制器：提升/落货变幅、回转第1章第15页图图9-2 双杆式电动起货机结构图双杆式电动起货机结构图 双双杆式电动起货机分别设2台电动绞车：升降绞车变幅绞车回转由人工操作2个主令控制器：升降绞车1升降绞车2配合实现提升/落货、回转第1章第16页图9-4克令吊结构示意图回转式电动起货
6、机克令吊（ crane ）包括提升、变幅和回转三个主要机构 组装在一个共同的回转座台上克令吊的特点克令吊的特点第1章第17页克令吊的特点克令吊： 占用甲板面积少，操作灵活，可360旋转 能为前、后舱服务，装卸效率较高 能准确地把货物放到货舱的指定地点 能迅速地投入工作等优点 但它结构复杂，管理要求高 价格约比吊杆式起货机贵3040第1章第18页9.2.3起货机对电力拖动控制的基本要求 1 提高生产率-每小时的起货量(th) 加快提升货物的速度提高空钩速度 ：缩短起动和制动时间 ：对电动起货机选用飞轮惯量（GD2）小的电动机 转子细而长第1章第19页2 对调速范围的要求 调速范围是起货机的另一重
7、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；交流起货机的调速范围为7:1 第1章第20页3 对电动机型式的要求 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；起动力矩大、起动电流较小；选用转动惯量(或飞轮惯量GD2)小的专用电动机，使频繁频繁起动和制动过程中的能耗降低。 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励电动机复励电动机以承受冲击负载，并且能适应轻载高速、以承受冲击负载，并且能适应轻载高速、重载低速的工况。重载低速的工况。 交流起货机：宜选用起动力矩大、转差
8、率高而起动交流起货机：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。第1章第21页9.2.4 对电动起货机控制电路的要求1，三档调速控制，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。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
9、的冲击电流以及起货机过大的机械冲击。（不允许带载高速直接起动）针对升降绞车控制的要求第1章第22页9.2.4 对电动起货机控制电路的要求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。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。第1章第23页9.2.4 对电动起货机控制电路的要求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
10、过程。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。 第1章第24页9.3 起货机的电力拖动控制线路 9.3.1 交流恒功率变极调速恒功率变极调速起货机的控制 图9-6 HJD型交流变极调速起货机控制原理电路图 三速交流异步电动机：定子有三套独立的绕组：JZF-H5型(1.5t)额定功率分别为15/15/3千瓦极数分别为4/8/28对应的同步转速为1500/750/215 RPM中、高速绕组按中、高速绕组按恒功率恒功率设计设计 第1章第25页恒转矩调速恒转矩调速在不同转速下，若保持电流不变，电动机的转矩不变。恒
11、功率调速恒功率调速在不同转速下，若保持电流不变，电动机的功率不变。第1章第26页恒功率恒功率/恒转矩调速特性：恒转矩调速特性：nTPen1n2T2T1恒功率调速恒功率调速nTP1n1n2P2Te恒恒转矩转矩调速调速nTP三速起货机三速起货机调速特性调速特性第1章第27页控制电路的分析分析方法：抓住抓住关键关键，逐步分析，逐步分析对控制对象熟悉时，以控制功能为线索，分解电路以主令控制的操作次序为线索，逐步分析电路的变化及实现的功能第1章第28页v 基本保护控制环节控制电路的短路短路、风机电动机过载风机电动机过载和起货电动机低速绕组的过载过载、失压欠压失压欠压、起货电动机的绕组过热绕组过热、电源缺
12、相、与风机的联锁风机的联锁、应急强制运行应急强制运行等一系列保护控制功能 图9-6 零压继电器KA1实现的保护控制第1章第29页v 起货电动机基本动作控制 图9-7 基本控制电路由主令控制器进行控制：正/反转1/2/3速制动 图9-6 第1章第30页基本操作图图9-6 1，准备（手柄零位）：KA1、KT3、KT4、KT5、KM1得电2，上升（起货）1档：KMF、KB得电：打开刹车；KT1、KM5得电3，上升（起货）2档：KM2得电，KM1失电； KT3失电，延时0.5s，检测重载4，上升（起货）3档：重载： KM3不能得电轻载：KM3得电， KM2失电；又重载时（KT4延时检测），KM3失电，
13、 KM2得电，返回中速过渡特性分解电路 5, 3档2档1档0档?第1章第31页特殊控制功能(1) 停车过程中自动三级制动的实现 图9-8电气制动控制环节KMFSA2KMFKT2SA3KMBKMBKMFKMB电动机由中、高速档返回零位停车时，要求有电动机由中、高速档返回零位停车时，要求有电电气制动气制动、电气和机械联合制动电气和机械联合制动以及以及机械制动机械制动的三的三级制动过程。级制动过程。 再生制动再生制动图9-6 2个延时：个延时：KT2延时电磁制动器衔铁释放延时第1章第32页图9-6 再生制动再生制动调整：q摩擦片磨损严重q滑程太大第1章第33页（2）重载不上高速控制 KM3KA2图9
14、-9重载不上高速和高速档延时起动控制SA7SA8KM2KA2KM3KMBKA2KA3KT3KM3KM1图9-6 第1章第34页电流继电器KA3的重载检测：AUBUCUBI0BICAI3KAIKA3BICAI3KAICAU30KAIR42、3速R4变化？KM2KM3R4第1章第35页(3）自动延时起动控制 (逐级起动)图9-6 起货机从零档至上升（或下降）高速档档时，其起动过程与主令手柄操作速度无关，只取决于时间继电器KT3的延时时间。 第1章第36页(4) “逆转矩”控制 防止电动机高速运行时进入反接制动状态 先先“制动（停车）制动（停车）”，再，再“反向自动延时起动反向自动延时起动” 的过程
15、的过程图9-6 第1章第37页(5) 防止“货物自由跌落”控制 等速落货等速落货； 起动时先接通电机的低速绕组电源，再接通电起动时先接通电机的低速绕组电源，再接通电磁制动器线圈使之松闸磁制动器线圈使之松闸 主令控制器处于两档中间空档位置（主令控制器处于两档中间空档位置（SA4、SA7均断开）时或换档过程中均断开）时或换档过程中 ，电动机总有一个绕，电动机总有一个绕组处于通电状态组处于通电状态 ; KM1、KM2、KM3因故障不能吸合时，则因故障不能吸合时，则KT5失电，失电，电磁制动器电磁制动器 KB线圈延时断开线圈延时断开图9-6 过渡特性第1章第38页补充：电动液压起货机优点： 可实现无级
16、调速 运行平稳 而且能吸收冲击性负荷和自动防止过载 良好的制动能力。3台电动绞车：升降绞车液压变幅绞车电动回转绞车电动以国产某吊杆式电动液压起货机为例，简要介绍第1章第39页液压系统工作原理M起货起货落货落货油马达油马达油泵油泵制动油缸制动油缸辅油泵辅油泵油箱油箱单向截流阀单向截流阀二位三通电磁阀二位三通电磁阀液压阀液压阀卷筒卷筒斜盘式双向变量泵：斜盘式双向变量泵：通过改变斜盘倾斜角的方向、大小改变排出方向、排量大小双向油马达：双向油马达：通过进油的方向、大小控制马达转向、转矩控制阀补液补液ACDCIfMGM第1章第40页控制阀二位三通电磁阀二位三通电磁阀有电无电二位三通液压阀二位三通液压阀压
17、力油单向节流阀单向节流阀AB溢流阀溢流阀BAOBAO第1章第41页电气系统L1 L2 L3FR1QSFR2KM3KM4KM2KM1FR1KM2KM4YVKM3SB2KM1KM1SB1KTKM3KTKTKM2FR2SB4KM1SB3KM3KM1SA1SA1KM4M1M2主令第1章第42页9.4 锚机和系缆设备的电力拖动与控制基本要求 锚机和系缆机用于船舶在水面停泊或码头的系泊驱动方式：有电力拖动，也有液压拖动 锚机和绞缆机常组成一个联动机 第1章第43页9.4.1 锚机运行特点 锚机的操作：抛锚，抛锚，2种方式：种方式： 松开锚机的制动器，依靠锚及锚链的自重进行松开锚机的制动器，依靠锚及锚链的自
18、重进行重力重力抛锚抛锚 采用采用电动抛锚电动抛锚，电动机工作，电动机工作,实为再生制动状态，实为再生制动状态，以获得稳定的抛锚速度以获得稳定的抛锚速度起锚起锚锚机必须有足够的力矩克服风、水流及锚链的阻力，锚机必须有足够的力矩克服风、水流及锚链的阻力，收进锚链。收进锚链。第1章第44页图9-12 起锚过程 F/T锚破土锚破土收锚入孔收锚入孔收锚出水收锚出水收水底锚链收水底锚链收悬链收悬链第1章第45页9.4.2锚机对电力拖动控制的要求 对电力拖动的要求 电动机和控制电器采用30min(分钟)短时工作制 在电动抛锚时必须有稳定的制动抛锚速度 应急起锚时，能够最大负载力矩下起动运行 ，在30min内
19、保证起动25次 锚机电动机允许带电堵转l Min ,电动机应有软的或下坠的机械特性 ,堵转力矩应为额定力矩的两倍 锚机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；拉锚入孔的速度为34m/min。 第1章第46页对锚机控制de要求 自动逐级起动 具有电气制动和机械制动相配合的可靠制动环节 具有短路、失压、过载、断相等保护环节第1章第47页9.4.3 控制线路的分析图913 交流三速电动起锚机控制线路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
20、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。 第1章第48页9.4.3 控制线路的分析 按操作过程： 准备（零档） 起锚1档 起锚2档 起锚3档 0-3档：中速直接起动，延时转换到高速图913问题: KT1、KT2KT2、KT3KT3各起何作用？第1章第49页9.4.3 控制线路的分析 主要保护环节： 零压（失压）保护 高速档过电流保护 中、低速级过载保护及其应急起锚 中、低速绕组换接互锁保护图913第1章第50页本章小结本章小结第1章第51页液压驱动M电气控制电气控制M液压控制液压驱动电机驱动生产机械生产机械油泵油马达高压油路高压油路油阀油阀第1章第52页
21、船舶的分类杂货船（1 1）干散货船）干散货船（2 2）杂货船）杂货船（3 3）冷藏船）冷藏船（4 4）木材船）木材船（5 5）原油船）原油船（6 6）成品油船）成品油船（7 7）集装箱船）集装箱船（8 8）滚装船）滚装船（9 9）液化气船）液化气船（1010）载驳船）载驳船第1章第53页吊杆式起货机实现的三维运动：提升/下放；俯仰；回转第1章第54页双吊杆式起货机第1章第55页第1章第56页三速起货机调速特性第1章第57页过渡特性第1章第58页电动机再生制动过程 三相异步电动机固有机械特性三相异步电动机固有机械特性ACBnTOD第1章第59页等速落货等速落货T第1章第60页图913 交流三速电动起锚机控制线路 第1章第61页锚机第1章第62页三相绕组三相交流异步电动机 - YY 联接ABCxyzABCx y z第1章第63页锚机电动机特性TeT0第1章第64页克令吊第1章第65页单杆起重机3个电机拖动机构：升降绞车变幅绞车回转绞车第1章第66页门式起重机第1章第67页主令控制器主令控制器11223031122303SA7SA4SA5SA6SA1SA2SA3下降下降上升上升主主令令控控制制器器电电路路符符号号返回第1章第68页68主电路主电路运行控制环节运行控制环节基本保护环节基本保护环节制动控制环节制动控制环节第1章第69页锚机第1章第70页
