船舶电气设备.ppt
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船舶电气设备.ppt
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9.1船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法,本章内容:
9.2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,9.4锚机和系缆设备的电力拖动与控制的基本要求,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,1)电动甲板机械,
(1)甲板机械工况特点,
(2)调速要求,(3)工作可靠性要求,(4)对电气设备的要求,2)液压甲板机械,9.1.2船舶电力拖动系统的分类,9.2起货机(cargowinch)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,负载变化大,短时间内不断重复循环:
吊货、移动、落货、空钩返回,每个循环所吊的货物重量不尽相同。
一、起货机的类型:
1.吊杆式起货机(双杠杆式、单杠杆式)2.回转式起货机(克令吊),按形式分类:
二、特点:
9.2.2电动起货机的结构和运行特性,1)吊杆式起货机,单吊杆式起货机,三台电动机:
升降绞车1:
货物提升或下降;变幅绞车2:
控制吊杆的升降;回转绞车3:
控制吊杆的回转。
两个主令控制器:
一个控制货物的提升和下放;另个控制吊杆的升降和回转。
9.2.2电动起货机的结构和运行特性,2)吊杆式起货机,双吊杆式起货机,两台电动机,两个主令控制器。
作业时一根吊杆3放在货舱口上方另一根吊杆4则伸出船舷之外两根吊杆上的吊货索7、8均与吊货钩相连并各由一部起货机带动装卸货时,吊杆位置固定不动,只需操作两部起货机,相应改变两根吊货索的长度,即可自船舱或码头起卸货物,9.2.2电动起货机的结构和运行特性,2)回转式起货机(crane),结构特点:
起货绞车、变幅绞车、回转绞车以及吊杆和索具等已被组装在一个共同的回转座台上。
作业时,各组成部分随座台一起回转。
9.2.3起货机对电力拖动控制的基本要求,1)提高生产率。
GD2惯量小,重载低速轻载高速,2)对调速范围的要求。
调速范围广,3)对电动机形式的要求。
防水式、重复短时工作制、过载性好,起动力矩大、机械特性软,4)对控制电路的要求对液压起货机
(1)控制电路对油泵电动机实施起停控制,并对其保护。
对电动起货机
(1)控制电路有自动起动和分级调速环节
(2)有对电动机的保护环节(3)在应急的情况下,能自动停车。
(1)电动起货机采用三档调速控制,并能实现正反转运行
(2)有零位保护;设短路、过载、欠失压和起/落货互锁等保护(3)主令控制器操作:
起动、加速与操作速度无关(4)通风机与起货电动机要有连锁。
(5)按时间逐级起动不发生由静止起动直接到中速或高速(6)电气制动与电磁机械制动相配合的制动(三级制动)(7)对恒功率调速的电动机,“重载不能上高速”的控制环节(8)设置“逆转矩”控制环节,先停车再延时反向自动起动(9)不发生自由落体,电机绕组先通电后松闸(10)设置防止中、高速档堵转的保护,9.2.4电动起货机运行特点及电路控制的要求。
9.3起货机(cargowinch)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,HJD交流三速起货机简介:
电动机型号:
JZF-H6(J-异步、Z-起重类、F-防腐蚀、H-船用),定子有三套独立绕组变极调速:
p=2高速级/26KWn0=1500r/minp=4中速级/26KWn0=750r/min(额定级)P=14低速级/5.5KWn0=215r/min,不同速度级机械特性图,全图,控制线路分析,零位,起货三速:
停车,快速反转,起货机线路图,主电路(零位),低速,中速,高速,主电路,控制线路,1,2,3,3档过载,控制线路分析,交流三速恒功率起货机线路(全图),控,低,中,高,1,2,3,过,停,反,主,0,KT1通电触点延时闭KM4(17)通电触点(27)断经济电阻R3接入,SA9闭KT2通电触点(10)瞬时闭KMH(9)、KML(11)串联构成“逆转矩控制电路”。
SA9断KT2(10)延时断KMH断电再生制动毕、剩机械制动。
0起货3:
从中速到高速,按时间原则。
轻载:
KM2(25)断KT3断电经0.5s延时KM3通电进入高速。
重载:
KA2通电不能进入高速,KT4(22)通电KT4(4)立即打开KT4(22)断电KT4(4)延时闭合使负载继电器KI避开由中速到高速换挡时产生的冲击电流造成假过载而误动作。
KT5通电KT5(15)立即闭合为KMB通电准备;KT5断电KT5(15)延时打开,使YB保持松闸。
1.KT1:
延时时间是YB强励磁松闸到串入经济电阻;2.KT2:
是实现再生制动的时间;3.KT3:
避免电机直接高速挡起动;4.KT4:
断开KI,避免由于换挡而使KI动作;5.KT5:
断电延时闭合时间是在停车时,让机械制动延时进行。
BT:
温度继电器(敏感元件串联在每套绕组内,当电动机温度超过13010%时,BT触头断开电动机停止转动)。
电机,主电路,变极调速起货电动机,KM1低速控制,KMH正转(提货)控制,KM2中速控制,KML反转(落货)控制,KM3高速控制,KM4风机控制,CT为电流互感器,负载继电器KI,当起吊货物超过额定负载的一半时,不允许上高速,向负载继电器KI提供电流分量,78接口接入的是KI的电压分量由控制电路中变压器提供,全图,R5不同速度级限流电阻,风机,变极调速起货电动机2M的三速绕组分别由KM1、KM2和KM3控制;KMH和KMF分别为正反转接触器,控制起货机的升降。
起货电动机由风机1M进行冷却。
CT为电流互感器,向负载继电器KI提供电流分量,KI的电压分量为控制电路中变压器提供,其相位与L1、L3两线之间线电压同相位。
若设L1、L2和L3分别为A、B和C相,则电压分量为CA相,电流分量为B相,只有这样,才能保证测量有功电流。
其原理后面再介绍(见P.141.图9-5-3)。
负载继电器:
KI当起吊货物超过额定负载的一半时,不允许上高速。
全图,主电路,全图,到9-7,控制电路,到控制电路,全图,低速运行(主电路),合上空气开关QS,合上风门开关()控制器钥匙开关(),主令手柄放在0档位置上,若风门已经开,风机起动,主令手柄起货1档位置上,正转接触器KMH和低速接触器KM1有电,接通主电路,起货电动机工作在低速运行状态。
(见控制线路),中速运行(主电路),起货2档控制电路,全图,主令手柄从档扳到2档,接触器KMH和中速接触器KM2有电,接通主电路,起货电动机工作在中速运行状态。
负载继电器KI开始工作(经KM1、KM2支路,未进入高速,KT4不闭合)。
若此时起吊重物超过半载,则KI将动作,KM3断开,KM2自动重新闭合,起货机自动回到中速运行。
到控制电路,全图,高速运行(主电路),主令手柄从起货2档放到起货3档,KMH/KM3有电,高速运行状态。
负载继电器KI有两个工作状态:
KT4还没有闭合,负载继电器避开换档电流;,KT4延时闭合,负载继电器正常检测起货机负载。
手柄零位,全图,1SA0(准备)合上QS、SKM4通电主触点闭M2(风机)启动SA0SA1通KA1通电触点闭接通控制线路(零位、欠失压保护)a合上SCSA4通KM1通电KT5通电aKT3、KT4通电a,起货1档,查看主电路,全图,2SA起货1SA1断SA2通KMH通电主触点闭M1有低速正转转矩KM1通电主触点闭SA5通KMB通电触点(26)闭YB通电抱闸松M1低速运转KT5(15)闭KMB通电触点(16)闭KT1通电触点延时闭KM5通电触点(27)断经济电阻R3接入,起货2档,查看主电路,全图,3.SA起货2
(1)SA4断、SA7通KM1断电、KM2通电换成中速
(2)KM2(12)断KM2先通电、KM1才断电,电机低速中速供电不中断(3)SA9闭KT2通电触点(10)瞬时闭KMH(9)、KML(11)串联构成“逆转矩控制电路”。
起货3档,查看主电路,全图,SA起货3轻载KI为释放值触点(20)断KA2无电触点(21)闭SA8通KM3通电主触点闭M1高速重载KI达动作值触点闭KA2通电触点(21)断KM3无电M1不能进入高速特点:
中速过载不能进入高速(锚机:
高速过载退回中速),3档重载返回2档,全图,停车,全图,快速反转(逆转矩控制),全图,5SA:
0起货30位:
KA1、KT3、KT4通电,KM1、KT5依次通电,KM4通电。
过1位:
KMH通电,虽KMB通电但开始励磁不够、YB未松(YB松闸固有时间大于手柄过1位时间),为低速堵转(KMH、KM1通电)。
过2位:
KM2通电开始YB仍未松,中速堵转;随后YB松闸进入中速。
到3位:
轻载:
KM2(25)断KT3断电经0.5s延时KM3通电进入高速。
重载:
KA2通电不能进入高速。
过程:
低速堵转中速堵转中速高速(轻载)不能进高速(重载),6.SA:
起货2、30SA7(SA8)断KM2(KM3)断电SA4通KM1通电M进行反馈制动到低速SA5断KMB、YB断电YB经V、R4放电(释放磁能)抱闸仍松;电机进入低速后叫能耗制动(速度低,反馈电能不够变成热能消耗的电能故叫能耗制动)。
YB放电到磁力弹力开始机械制动;SA2断SA9断KT2(10)延时断KMH断电能耗制动毕、剩机械制动。
制动过程为:
反馈(高速)能耗+机械(降速后)机械(速度接近零),7落货:
同起货(由KML控制)重载落货时为反馈制动,但电流小、KI失去作用,可高速。
8起货3落货3(或相反)如起货3落货3经0位:
KT2断电触点(10)延时断KMH断电,先完成起30反馈制动,再进行0落3起动过程。
逆转矩控制:
先制动停车、再反向起动,防止反接制动产生电流冲击。
9保护:
BT为温度继电器、电机T13010%动作;SB为紧急运行按纽。
其它保护略。
10负载继电器的连接IF决定于IB和功率因素,返回,1)基本保护环节,2)起货电动机基本动作控制,
(1)停车过程中自动三级制动的实现,电气制动、电气与机械制动、单独的机械制动,2)起货电动机基本动作控制,
(2)重载不上高速控制,2)起货电动机基本动作控制,(3)自动延时起动控制,电动机起动、加速过程与主令控制器操作速度无关例如:
手柄从零档到高速档时,起动过程只取决于时间继电器KT3的延时时间。
防止“货物自由跌落”控制,“逆转矩”控制,负载继电器分析,R5阻值改变,可以用来适应2档和3档时功率因数不同而造成IF大小的不一样。
电流互感器:
KI电流分量IB的大小,变压器:
KI的电压分量CA,IF来反映起货机提升负载的大小。
是有功电流。
9.4锚机的电力拖动与控制,本节主要内容:
一.锚机运行工作特点;二.对电力拖动及控制的要求;,学习要求:
1.知道锚机的3种工况和起锚过程中各个阶段的特点;,2.知道电动机和控制线路的要求。
IntegratedCapstan,锚锭的出现和变化锚几乎是和船同时出现的。
开始需要停船时,就把用绳子系着的大石块,装着石块的篓筐或者是沙石袋沉入水底把船拖住。
公元前3000年,中国和埃及的水手们曾经使用这种锚。
后来用坚韧的木料在其下部绑上两个木爪制成了“木锚”,当时称“锭”,让它斜着抓住泥土,十分牢固。
最早的铁锚出现于公元前600年,是一只有一个爪的铁钩。
在中世纪及12世纪末期的小海船上至少有12个锚,大海船上的铁锚多达24个。
当时铁锚的重量较轻,抛锚和起锚靠人力。
自从在船舶甲板上安装了绞盘后,锚的重量增加。
18世纪,开始使用不易断裂的优质铁造锚,设计出了新式弓形弯曲锚臂。
1770年前后,铁制锚杆完全取代了木制锚杜。
1821年,英国人霍金斯研制出带锚链筒的有爪锚。
1872年至1887年间,英国人C马丁、S巴克斯特和WQ拜尔斯都曾对这种锚进行了改进。
1933年,英国人泰勒申请了犁锚的发明专利,其钩抓力是传统锚的两倍。
现代锚用铸铁或锻钢制造。
主要有杆锚,多用于小型船舶。
无杆锚使用时两个锚爪同时啮入土中,使用最为广泛。
大抓力锚适用于砂质或土质松软的水底。
还有一些特种锚如菌形锚和伞形锚,多用作长期锚泊、定位用。
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。
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,依靠船舶前进的动力拔锚出土。
一、锚机运行工作特点,一般锚机与绞缆机构成联动机,运行工况:
1.正常起锚工况;2.应急起锚工况;3.抛锚工况。
正常起锚工况:
.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。
.拔锚出土:
负载转矩达到最大,“出土”后突然减小。
.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。
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。
锚机其它工况说明,抛锚工况:
1.水深不大时,直接松开制动器,锚自由下落,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,为了较好地控制下落速度也为了防止起锚困难和损坏设备,应该采取电气制动的方法,使锚下落的速度恒定。
电气制动的方法,1.能耗制动;2.再生(回馈、发电)制动。
通常采用再生制动(节能)。
应急起锚工况:
水深锚抛不到底,锚链最长(约200米左右),起锚负载转矩最大。
二、对电力拖动及控制的要求,电机要求,1.容量:
单锚破土起双锚;,2.起动:
可最大负荷起动,工作时间30min,30min内起25;,3.特性:
软或下坠的机械特性;,4.过载:
堵转1min;,5.速度:
单锚12m/min,双锚8m/min,入孔34m/min;,6.电机:
防水式,短时工作制电动机。
逐级自动起动,控制线路要求,过载:
保证堵转1分钟不保护动作,抛锚:
匀速深水抛锚(再生或能耗制动);,保护:
短路、失压、过载、断相保护,制动:
电气和机械配合制动,9.4.3锚机控制线路,本节主要内容主要内容:
三部分内容:
一.复杂电路分析方法和控制线路符号说明;二.锚机电动机起动和运转的分析;三.电动机的停止过程分析。
学习要求:
1.学会复杂电路分析方法;2.能够结合对船舶锚机电力拖动及控制线路要求和锚机工作过程、特点,分析“交流三速锚机控制线路图”。
复杂电路的分析方法,复杂电路分析方法:
1.经典读图法:
从主令元件入手,逐路分析。
经典读图法要求对图中元件的作用清楚,工作过程有一定的了解,且需要经验积累。
2.逻辑代数读图法:
采用逻辑函数表示线圈的通电逻辑,先列出各个线圈的逻辑函数并化简,然后根据逻辑函数读图。
由于时间关系,不能介绍逻辑函数及其化简,所以只能采用经典读图法分析。
需要注意的主要工作过程:
.打开刹车串电阻;.三速运行及换档;.制动刹车放电抱闸。
电动机说明,电锚机电动机:
采用继电接触器控制的锚机一般采用变极调速,因此电动机一般要求具有两套绕组(或三套绕组)。
国产的交流电动锚机(定型产品)为:
采用16/8/4三速鼠笼式异步电动机拖动。
有两套独立绕组,高速4极,单独一套绕组,中速8级(YY),低速16极(),中低速合用一套绕组。
(见书P.126)。
YY变极调速属于恒功率调速,这样可以保证低速时有大的转矩(即满足2倍额定转矩起动)。
中速8级(YY)为额定级。
6.触头下数字:
表示控制线圈所在支路。
控制元件及电路图说明,1.时间继电器:
都是断电延时。
KT1:
23档延时;KT2:
延时过流保护;KT3:
刹车经济电阻延时接入。
2.其它继电器:
KA1:
为负载继电器,重载不上高速;KA2:
“零压(位)继电器”,失、欠压保护;KA3:
为中间继电器,与KT2配合,3档(高速)换档过载检测。
3.接触器:
KM1:
正转,起锚用;KM2:
反转,抛锚用;KM3:
“1速”,低速用;KM4-1、KM4-2:
“2速”,中速用(YY需要两个);KM5:
“3速”,高速用;KM6:
接通刹车电磁铁用。
4.主令触点、开关:
SA:
电源开关;SA17:
各档控制。
5.“十字格”中数字说明:
左边:
为常开触点位置;右边:
为常闭触点位置。
KT1、KT2和KT3延时的作用是:
答:
KT1、KT2和KT3延时的作用分别是:
、KT1为:
“中速”起动切换到“高速”的“加速起动延时”;、KT2为:
避开“中速”切换到“高速”的起动电流的“换档延时”;、KT3为:
刹车打开后,串入经济电阻的“打开延时”(或“接入延时”),起锚操作,起锚操作的分析包含四个部分:
1.接通电源;2.起锚1档;3.起锚2或3档;4.重载自动回到起锚中速档(2档)。
1.接通电源:
只有手柄在零位,KA2才能得电。
2.起锚1档:
SA(2、4、7)等三路接通。
3.起锚2或3档:
SA(2、5、6、7)等四路接通。
可实现自动延时加速。
4.重载自动回到起锚中速档(2档)。
注意:
从起锚3档回2档后,若负载减小,不会自动再升到3档。
应将手柄扳回2档后再推向3档才行。
1档,3档,重载,其它,通电,2档,手柄在零位时,将电源开关SA闭合,合上空气断路器QS,由于手柄在零档时主令控制器的触点只有SA1一路接通,此时KA2线圈通电自锁触头闭合,控制线路有电。
为其它操作做准备。
手柄0位,手柄在零位时,将电源开关SA闭合,合上空气断路器QS,由于手柄在零档时主令控制器的触点只有SA1一路接通,此时KA2线圈通电自锁触头闭合,控制线路有电。
为其它操作做准备。
手柄0位,二、控制线路原理1.准备合上QS、SAHL1亮(表示电源有电)SA(主令控制器)0SA通KA2(零压继电器)通电KA2(7)闭接通控制线路(零位、欠失压保护)KT1通电KT1(14)瞬时断KT2通电KT2(4)瞬时闭KT3通电KT3(22)瞬时闭,手柄扳到起锚1档:
主令触点SA2、SA4和SA7三路接通,SA2使起锚(正转)接触器KM1通电,KM1触点使KM6、刹车YB打开,KT3断电延时,延时到,切除经济电阻。
SA4使低速接触器KM3通电,低速起锚。
起锚1档,2起锚一挡SA起1SA2通KM1通电KM1
(2)主触点闭aKM1(9)断对KM2互锁KM1(17)闭bSA4通KM3通电KM3
(1)主触点闭cKM3(11)断对KM4-1、KM4-2互锁KM3(13)断对KM5互锁SA7通KM6通电KM6(20)断KT3断电dbKM6(21)闭YB通电抱闸松(R4、V2为续流电路)eaM接成低速M低速运转(YB电路极性:
上+、下-)cedKT3(22)延时断经济电阻R3接入(减少线圈发热:
延长使用寿命、省电)(YB不接经济电阻为强励松闸),手柄扳到起锚2档:
主令触点SA2、SA7不变,SA4断开,SA5闭合。
SA4使KM3断电;而SA5使KM4-2、4-1先后通电,锚机电动机进入中速起锚。
KM4-1通电后,KT1断电延时,延时时间到,其常闭触点闭合,为进入第3档做准备。
注:
中、高速是不同的两套绕组,切换时允许同时通电,但从中速到高速的切换,必须等电机转速确实达到中速后才行。
起锚2档,3.起锚二挡SA起2SA4断KM3断电KM3
(1)主触点断aKM3(11)闭bKM3(13)闭SA5通KM4-2通电KM4-2
(1)主触点闭cbKM4-2(10)断对KM3互锁KM4-2(11)闭KM4-1通电KM4-1
(2)主触点闭dKM4-1(10)断对KM3互锁KM4-1(18)断eacM由低速换成中速运转deKT1断电KT1(14)延时闭使低速直接到高速有中速运行的间隙(0.52s),手柄扳到起锚3档:
增加SA6闭合,KT1延时已到,KM5有电,其常闭触点使KM4-1和KM4-2都断电,锚机由中速切换到高速运行。
同时KT2断电延时,准备使过流继电器KA1投入负载电流检测。
KT2延时使过流继电器KA1投入,是为了避开换档时出现的大电流。
当KT2常闭触点断开后,若无过载,则KA1不动作,锚机在高速稳定运行。
否则,将使KA3动作,退回中速运行。
起锚3档,KT2延时使过流继电器KA1投入,是为了避开换档时出现的大电流。
当KT2常闭触点断开后,若无过载,则KA1不动作,锚机在高速稳定运行。
否则,将使KA3动作,退回中速运行。
重载,当KA3动作且自锁后,其常闭触点使KM5断电,KM4-2、4-1自行通电,锚机退回中速运行。
此时,KA1无电流,但KA3已自锁,要再进入高速,须将手柄扳到中速后,再扳到高速才行。
4起锚三挡SA起3SA6通KM5通电KM5(3)主触点闭aaKM5(10)断对KM3互锁主触点断M换成高速运转KM4-1、KM4-2断电辅触点复原KM5(13)闭自锁KM5(19)断KT2断电KT2(4)延时断KA1接入5抛锚同起锚、KM2通电、M反转;深水抛锚M为再生制动(也有能耗制动)、变加速为等速。
快速操作和抛锚,操作时若快速将手柄扳到第3档,则控制线路将直接从中速开始,使电动机起动,经过KT1延时后,再自动进入高速运行。
抛锚过程与起锚相似,但负载继电器KA1不会动作。
此时电动机处于再生制动状态。
停机,手柄扳到零位,所有接触器失电,YB也失电,但不马上制动,要等其线圈放电后才进行机械制动。
调整放电回路的电阻R4,可调整放电时间,从而调整刹车制动的时间。
第二节要点:
能够独立地分析书P.127.图9-2-2线路的“起动、停止和运转”过程。
6停止SA0SA7断KM6断电YB断电为机械制动;SA321为再生电气制动0。
7保护高速运行的过载保护(其余保护略)高速过载KA1达动作值KA1(16)闭KA3通电KA3(16)闭自锁KA3(13)断KM5断电aaKM5(3)主触点断bbKM5(10)闭KM4-1、KM4-2通电主触点闭M转入中速KM5(13)断、KM5(19)闭KT2瞬时闭短接KA1过载消失、KA1达释放值KA1(16)断、但KA3自锁仍通电;故要由3挡(回)2挡3挡(进)才能重新进入高速。
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