《货吊和锚绞机电路》PPT课件.ppt

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(cargo winch)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。,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(cargo winch)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/26KW n0=1500r/minp=4中速级/26KW n0=750r/min(额定级)P=14低速级/5.5KW n0=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 SA0 SA1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1 SA1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3 0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、30 SA7（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。,Integrated Capstan,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,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1 SA2通KM1通电KM1（2）主触点闭a KM1（9）断对KM2互锁 KM1（17）闭b SA4通KM3通电KM3（1）主触点闭c KM3（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d b KM6（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-）c e dKT3（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2 SA4断KM3断电KM3（1）主触点断a KM3（11）闭b KM3（13）闭SA5通KM4-2通电KM4-2（1）主触点闭c b KM4-2（10）断对KM3互锁 KM4-2（11）闭KM4-1通电KM4-1（2）主触点闭d KM4-1（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3 SA6通KM5通电KM5（3）主触点闭aa KM5（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 SA0 SA7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a a KM5（3）主触点断b b KM5（10）闭KM4-1、KM4-2通电主触点闭M转 入中速 KM5（13）断、KM5（19）闭KT 2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。,