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1、1第第1010章章 船舶甲板机械电力拖动与控制船舶甲板机械电力拖动与控制10.2 10.2 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10.110.1 甲板机械的特点及驱动与控制方法甲板机械的特点及驱动与控制方法甲板机械的特点及驱动与控制方法甲板机械的特点及驱动与控制方法10.4 10.4 锚机和系泊设备电力拖动与控制锚机和系泊设备电力拖动与控制锚机和系泊设备电力拖动与控制锚机和系泊设备电力拖动与控制9.3 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起货机的电力拖动控制线路起货机的电力拖动控制线
2、路2内容简介内容简介 甲板机械主要指起货机、锚机、甲板机械主要指起货机、锚机、绞缆机、舱盖开关机、舷梯起落机和绞缆机、舱盖开关机、舷梯起落机和吊艇机等。本章主要讨论吊艇机等。本章主要讨论电动电动起货机起货机和锚机的控制系统。和锚机的控制系统。310.1 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10.1.1 甲板机械的特点、驱动及控制方式甲板机械的特点、驱动及控制方式驱动方式：驱动方式：蒸汽、蒸汽、电液、电动、压缩空气电液、电动、压缩空气控制方式：控制方式：-PLC、单片机、电液结合、单片机、电液结合1）电动甲板机械）电动甲板机械了解其特点、性能、电力拖动要求了解其特
3、点、性能、电力拖动要求4（1）船舶甲板机械的工况特点）船舶甲板机械的工况特点 与电站性能密切相关，功率大与电站性能密切相关，功率大电动机的起电动机的起动、制动、运行直接影响电网参数变化。动、制动、运行直接影响电网参数变化。1、拔锚不出土时电动机将、拔锚不出土时电动机将堵转堵转，此时要求电动机，此时要求电动机能够承受堵转转矩，拉力峰值高达额定的能够承受堵转转矩，拉力峰值高达额定的1.8倍。倍。2、起货机为短时工作制，可额定连续运转、起货机为短时工作制，可额定连续运转30分分，1.5倍倍额定负载，能稳定运行额定负载，能稳定运行2分分，起动转矩达额定，起动转矩达额定转矩转矩2.5倍倍5（2）船舶甲板
4、机械的调速要求）船舶甲板机械的调速要求调速调速要求：要求：起货机、锚机、绞缆机调速范围起货机、锚机、绞缆机调速范围1:81:10机械特性硬度、静差率及动态无特殊要求。机械特性硬度、静差率及动态无特殊要求。调速调速系统：系统：变极调速、微机控制调速变极调速、微机控制调速（3）工作的可靠性要求）工作的可靠性要求要求高可靠性，尽最大可能保持供电和继续运行要求高可靠性，尽最大可能保持供电和继续运行（4）对电气设备的要求）对电气设备的要求通用性、抗干扰性、环境条件通用性、抗干扰性、环境条件62）液压甲板机械）液压甲板机械适用适用范围范围各类各类工程工程船舶船舶选用选用对船舶电对船舶电站容量的站容量的要求
5、要求起动起动特性特性调速调速特性特性运行运行特性特性制造制造成本成本及可及可靠性靠性技术发技术发展趋势展趋势维护维护管理管理 电电气气传传动动油船油船化学化学品船品船不宜不宜采用采用较少较少大功率装大功率装置起动时置起动时对电站电对电站电网网冲击大冲击大加速加速时间时间24s大多大多采用采用阶梯阶梯式式（有（有级）级）难于难于保证保证平稳平稳和抗和抗冲击冲击投资投资小，小，可靠可靠PLC控控制制维修维修方便方便液液压压传传动动适用适用各种各种船舶船舶广泛广泛基本不冲基本不冲击电站击电站加速加速时间时间小于小于2s无级无级调速调速比范比范围大围大运行运行平稳平稳能抗能抗冲击冲击投资投资大，大，可
6、靠可靠电液复电液复合机电合机电一体一体维修维修工作工作量大量大710.1.2 船舶电力拖动系统的分类船舶电力拖动系统的分类按按工作电流工作电流分类：直流、交流分类：直流、交流按按有无有无电流变换装置电流变换装置分类：单机拖动、调速拖动分类：单机拖动、调速拖动调速：调速：交流交流变极调速性能变极调速性能不如直流不如直流调速，但维调速，但维护方便，可以满足要求。近年，直流维护也逐护方便，可以满足要求。近年，直流维护也逐渐简单方便。渐简单方便。计算机技术使甲板机械智能化日趋完备。计算机技术使甲板机械智能化日趋完备。8：将锚拉入锚链孔中：将锚拉入锚链孔中一一.锚机运行工作特点锚机运行工作特点 船舶抛锚
7、起锚时，整个过程按船舶抛锚起锚时，整个过程按拉力拉力的变化特性可的变化特性可分为五个阶段：分为五个阶段：图图6-29 正常起锚过程正常起锚过程：收起：收起躺在海底躺在海底的锚链的锚链：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10.2 10.2 锚机电力拖动控制系统锚机电力拖动控制系统锚机电力拖动控制系统锚机电力拖动控制系统9 锚机工况说明锚机工况说明 运行工况：运行工况：1.正常起锚工况；正常起锚工况；2.应急起锚工况；应急起锚工况；3.抛抛锚工况。锚工况。正常起锚工况：正常起锚工况：正常起锚工况有正常起锚工况有5个阶段：个阶段：.收躺锚链：电动机
8、轴上负载转矩不变，且较小。收躺锚链：电动机轴上负载转矩不变，且较小。.拉紧锚链：轴上负载转矩逐渐增大。拉紧锚链：轴上负载转矩逐渐增大。.拔锚出土：负载转矩达到最大，拔锚出土：负载转矩达到最大，“出土出土”后突然后突然减小减小.提锚出水：负载转矩逐渐减小。提锚出水：负载转矩逐渐减小。.拉锚入孔：负载转矩再次用所增大，但不多。拉锚入孔：负载转矩再次用所增大，但不多。注意：拔锚不出土时电动机将堵转，此时要求电动机注意：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。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
9、船舶前进的动力拔锚出土。器推动船舶前进，依靠船舶前进的动力拔锚出土。10应急起锚工况：应急起锚工况：定义之一：定义之一：深水抛锚时，由于水深锚抛不到底，需深水抛锚时，由于水深锚抛不到底，需将锚拉起，找合适地方再抛。将锚拉起，找合适地方再抛。此时锚链最长（约此时锚链最长（约200米左右），起锚负载转矩米左右），起锚负载转矩大。大。一般定义：一般定义：在电动机热继电器动作后，由于情况紧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。急通过应急起锚按钮短接热继电器进行的起锚。11船舶抛锚时有两种情况：船舶抛锚时有两种情况：1.水深不大时，直接松开制动器，锚自由下水深不大时
10、，直接松开制动器，锚自由下落，靠锚和锚链自重进行抛锚；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，海水较深时，则锚自由下落的速度较大，为了较好地为了较好地控制控制下落速度也为了下落速度也为了防止防止起锚困难和起锚困难和损坏设备，应该采取电气制动的方法，使锚下落损坏设备，应该采取电气制动的方法，使锚下落的速度恒定的速度恒定电气制动的方法有：电气制动的方法有：1.能耗制动；能耗制动；2.再生（回馈、发电）制动再生（回馈、发电）制动 通常采用再生制动（节能）通常采用再生制动（节能）12 2.抛锚时必须有稳定的制动抛锚速度。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
11、电动机和制动器采用30min短时工作制短时工作制，应，应能满足单锚破土后起能满足单锚破土后起双锚双锚的要求。的要求。3.电动机能在最大负荷力矩下起动。要求锚机、电动机能在最大负荷力矩下起动。要求锚机、绞缆机工作时间应不小于绞缆机工作时间应不小于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。二二.锚机对电力拖动控制的要求锚机对电力拖动控制的要求13 6.为适应甲板上的工作条件和短期工作状态，为适应甲板上的工作条件和短期工作状态，应选用防水式和短时工作制（一般为应选用防水式和短时工作制（一般为30min）电机）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1m
12、in左右左右5.电动机应有一定的调速范围，要求破土后的电动机应有一定的调速范围，要求破土后的起锚速度：起锚速度：单锚不小于单锚不小于12m/min；双锚不小于；双锚不小于8m/min；拉锚入孔时的速度为；拉锚入孔时的速度为34m/min14电源开关电源开关空气断路器空气断路器起锚起锚 抛锚抛锚3 2 1 0 1 2 3QSQSSASA三三.交流三速电动锚机控制线路交流三速电动锚机控制线路两套绕组：两套绕组：1、4极高速；极高速；2、变极绕组：、变极绕组：16极低速极低速接法、接法、8极中极中速速YY接法；低速接法；低速转中速转中速YY时为恒功时为恒功率调速率调速功能：功能：中低速中低速直接直接
13、起动；起动；中速到中速到高速高速按时间原则自动按时间原则自动延时延时起动；起动；高速高速过载过载时，时，自动切换到中速自动切换到中速运行；运行；负载减小，要重新回到高速，则主令手负载减小，要重新回到高速，则主令手柄柄必须必须从三档从三档 二档二档 三档三档15异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理 三相异步电动机转子转起来的三相异步电动机转子转起来的两个基本条件两个基本条件:1.转子绕组自成闭合回路转子绕组自成闭合回路 2.定子三相绕组通入三相电流定子三相绕组通入三相电流能产生旋转磁场能产生旋转磁场.（1）转动原理右手定则：判定感应电流的方向。右手定则：判定感应电流的方向。左手定则：判定电磁
14、作用力的方向。左手定则：判定电磁作用力的方向。（2）旋转磁场复习16YZCBXA()电流出电流出()电流入电流入1.定子旋转磁场定子旋转磁场1）定子旋转磁场的产生）定子旋转磁场的产生复习17AXYCBZAXBYCZ合成磁场方向：合成磁场方向：向下向下复习18XBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析，可得同理分析，可得其它电流角度下其它电流角度下的磁场方向：的磁场方向：复习19旋转方向旋转方向：取决于三相电流的相序。：取决于三相电流的相序。改变电机的旋转方向：换接其中两相改变电机的旋转方向：换接其中两相2）旋转磁场的转动方向YC复习20 一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场
15、在空间转过360。则。则 同步转速（旋转磁场的速度）为：同步转速（旋转磁场的速度）为：AXYCBZAXYCBZAXYCBZ3）旋转磁场的转速与磁极对数复习21极对数（极对数（P）的概念）的概念AXBYCZ此种接法下，合成磁场只有两个磁极，则磁极对数为此种接法下，合成磁场只有两个磁极，则磁极对数为1。即：即：AXYCBZ复习22极对数（极对数（P）的改变）的改变CYABCXYZAXBZ 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。形成的磁场则是两对磁极。AXBYCZ复习23极对数极对数CYABCXYZAXBZ复习24极对数和转速的关
16、系极对数和转速的关系复习25三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速复习26异步电动机变极原理异步电动机变极原理A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSS复习27A1X1A2X2iiP=1 采用变极调速方法的电动机称作双速电机，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。调速性能要求不高的场合。A1A2X1X2SN复习28磁极对数磁极对数CYABCXYZAXBZ29两套绕组：两套绕组：第一套
17、：第一套：4极高速；极高速；第二套：变极绕组：第二套：变极绕组：16极低速极低速接法、接法、8极中速极中速YY接法接法交流三速电动锚机交流三速电动锚机30抛抛低速低速制动器制动器中速中速高速高速起起0111222222222220000333444444444555666666466531以拖动方式分为：以拖动方式分为：蒸汽起货机、电动起货蒸汽起货机、电动起货 机、机、液压起货机液压起货机10.3 起货机械电力拖动与控制起货机械电力拖动与控制按机械结构分类按机械结构分类：吊杆式（单、双杆）吊杆式（单、双杆）回转式（克令吊）回转式（克令吊）船舶起货机的分类船舶起货机的分类32 特点：特点：负载变
18、化大，无固定循环，短时间内不断重复循负载变化大，无固定循环，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。的货物重量不尽相同。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 起货机的安全保护：起货机的安全保护：起货机的安全通过各种保护措施实现。起货机的安全通过各种保护措施实现。起货机工作时，安全问题非常重要。不但起货机工作时，安全问题非常重要。不但过载过载会损坏电动机等机械设备，制动、限位及速度控会损坏电动机等机械设备，制动、限位及速度控制不正常则将引起制不正常则将引起人身安全人身安全事故及设备的
19、损坏事故及设备的损坏33一、起货机的结构组成和运行特点一、起货机的结构组成和运行特点构成：原动机、传动机构、执行机构构成：原动机、传动机构、执行机构主要部件：电动机、减速箱、离合器、卷筒、主要部件：电动机、减速箱、离合器、卷筒、电磁电磁/机械刹车装置、吊杆机械刹车装置、吊杆起货机的工作制为：起货机的工作制为：重复短时重复短时（或间歇式、（或间歇式、断续式等断续式等）34（1）吊杆式起货机）吊杆式起货机单杆式、双杆式两种单杆式、双杆式两种单杆式具有单杆式具有电动回转电动回转和和变幅变幅功能功能351）单杆式）单杆式提升、下降货提升、下降货物的物的升降升降绞车绞车吊杆升降的吊杆升降的变幅变幅绞车绞
20、车吊杆回转的吊杆回转的回转回转绞车绞车36双吊杆式双吊杆式37（2）回转式电动起货机）回转式电动起货机1：提升机构电动机提升机构电动机2：变幅机构电动机变幅机构电动机3：旋转机构电动机旋转机构电动机38 提提升升机机构构 回回转转机机构构 变变幅幅机机构构t1+t2t2t3t5t6t7t4t1：提升变幅提升变幅t2：提升回转提升回转t3：回转变幅回转变幅t4：变幅落货变幅落货t5：落货到位落货到位t6：卸货时卸货时电机停电机停t7：吊钩变幅吊钩变幅t8：吊钩回转吊钩回转t1t2+t3t8t9t10t11t12t9：回转变幅回转变幅t10：变幅落钩变幅落钩t11：落钩落钩t12：装货装货t4+t
21、5t7+t8t10+t11t8+t9t9+t103910.3.3 起货机对电力拖动起货机对电力拖动控制控制的基本要求的基本要求1）提高生产率）提高生产率 生产率提高靠速度，速度快则安全差，故生产率提高靠速度，速度快则安全差，故轻轻载高速，重载低速；载高速，重载低速；且速度受且速度受容量容量限制；限制；起动起动制动时间制动时间受受飞轮惯量飞轮惯量影响。影响。2）对调速范围的要求）对调速范围的要求轻载高速，重载低速要求较广的调速范围轻载高速，重载低速要求较广的调速范围直流调速范围：直流调速范围：1/10交流调速范围：交流调速范围：1/7液压起货机的电动机定速，由液压控制调速液压起货机的电动机定速，
22、由液压控制调速403）对电动机形式的要求）对电动机形式的要求防水、重复短时工作制；防水、重复短时工作制；直流：直流：复励电动机复励电动机起动力矩大、特性软起动力矩大、特性软交流：交流：深槽式（双笼式）变极调速异步电机深槽式（双笼式）变极调速异步电机起起动力矩大、转差率高、起动电流小；也可选动力矩大、转差率高、起动电流小；也可选绕线式绕线式发电机电动机系统：发电机电动机系统：差复励发电机、转动惯量小差复励发电机、转动惯量小的电动机的电动机起动制动能耗低起动制动能耗低液压：液压：控制电路对油泵电机起停控制与保护控制电路对油泵电机起停控制与保护4）对控制电路的要求）对控制电路的要求电动：电动：控制电
23、路应设有自动起动、分级调速、相控制电路应设有自动起动、分级调速、相应保护（防止重载高速、保护停车）应保护（防止重载高速、保护停车）41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电路控制要求（1）：三档）：三档调速，调速，能能正反转；正反转；（2）：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；保护；（3）：）：主令控制主令控制操作灵活可靠；操作灵活可靠；（4）：风机）：风机强制冷却强制冷却并与风机起货电动机并与风机起货电动机连锁；连锁；（5）：零档到高速）：零档到高速换档自动延时换档自动延时，防冲击；，防冲击；（6）：高速到零档）：高速到零档三级自动制动；三级自动制动；（7）：恒功率调速的，中高档）：恒功率调速的，中高档重载不上高速；重载不上高速；（8）：逆转矩控制，进三到退三时，）：逆转矩控制，进三到退三时，先制动再起动；先制动再起动；（9）：电磁制动器松闸）：电磁制动器松闸防止落货；防止落货；（10）:电磁制动器刹车时，电磁制动器刹车时，防止中高速堵转。防止中高速堵转。