教学课件PPT船舶交流电动起货机.ppt
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1、第7章 船舶交流电动起货机,7-1 交流电动起货机的构成及特点 7-2 国产交流变极调速起货机控制系统 7-3 交流变极三速电动起货机的常见故障分析 7-4 恒转矩交流三速起货机的线路分析 7-5 PLC控制三速交流起货机控制系统 7-6 电动液压起货机,7-1 交流电动起货机的构成及特点,1.交流电动起货机的分类 交流船舶的起货机的拖动方式一般都采用三相异步电动机拖动的交流电动起货机或电动液压起货机。采用较多的是变极(改变极对数)调速的交流起货机,另外还有绕线式异步电动机拖动的交流起货机;采用变频调速的交流起货机、PLC控制和单片机控制的交流电动起货机。2.交流电动起货机的特点 变极调速电动
2、起货机分为恒功率调速和恒转矩调速两种方式。按恒功率设计的起货机系统,在空钩或轻载运行在高速档时,可以充分利用电动机的功率,但是重载时不允许在高速运行。因此在控制电路中要设置可靠的保护环节,使起货机在重载时,只能在中速和低速运行。,7-1 交流电动起货机的构成及特点,对于按恒转矩设计的起货机系统,重载时电动机可以在高速档运行,因此可以省去保护环节。此外在双杆吊货时不会出现转速不同的情况。虽然恒转矩调速的电动机在空钩或轻载运行时,电动机功率得不到充分利用,但是恒转矩调速的电动机其平均起动转矩较大,且时间短,可以提高生产率。对于起货机来讲,为了缩短起动和制动的时间,提高生产效率和减少起动、制动时的能
3、量损耗,增加允许接通次数,所以设计时应尽量减小拖动系统的转动惯量。一般变极调速电动机采用双转子结构,高速与中速用一个转子,而低速用另外一个转子,使电动机转子细长,来减小转动惯量。,3交流电动起货机的结构 变极调速交流电动起货机的电气部分主要由电动机、控制箱和主令控制器组成。控制设备必须保证起货机工作可靠,操作灵活。为了满足起货机的提升、下降和调速的要求,控制系统都设有主令控制器。主令控制器手柄一般设有零位、提升与下降各三档。4交流电动起货机对控制设备的要求 控制电路中都设有自动起动环节。当主令控制器手柄从零位直接扳到上升(或下降)的高速档时,系统能保证从零位低速中速高速,自动逐级延时起动,以减
4、小起动电流冲击及能量损耗,并且加快起动过程,降低接触器开断电流。从开始起动到进入高速运行的时间应不大于2s。,为了快速停车,减少制动能量损耗,减轻电磁制动器的负担,从高速档直接扳到零位时,起货机是经过三级制动过程停车,即低速再生制动;低速再生制动和电磁制动器联合制动;电磁制动器制动(机械制动);直至停车的过程。这一停车的制动时间不应大于1s。当主令控制器的手柄从提升第三档直接扳到下降第三档,或从下降第三档直接扳到提升第三档,系统首先应实现高速档到零位的三级制动停车过程,然后再实现零位到反向高速档的自动起动过程,以避免系统发生反接制动。上述主令控制器手柄从“3”迅速扳到“3”档,使电动机的制动和
5、起动按程序运行的这种控制方式称为逆转矩控制。,系统运行时要求在电动机松闸(电磁制动器打开)后,不应发生重物自由跌落的状况。因此系统在起动时,控制电路应能保证先接通电动机低速绕组,再接通电磁刹车线圈,打开制动器。在换档过程中,当主令控制器手柄扳到低速与中速两档之间的位置时,应保证电动机总有一个绕组通电。这就是说,在换档过程中,加速接触器的动作次序应为:中速接触器线圈通电后,再断开低速接触器线圈,从而保证货物不至于自由跌落。另外电磁刹车继电器应保持开态,要求其它接触器不应发生误动作。起货机在运行过程中,不允许电动机在中速和高速档运行时发生堵转。一旦制动接触器线圈电流小于维持电流而释放时,应该立即断
6、开中速和高速绕组电路,防止损坏电动机及刹车装置。,在采用风来冷却电动机的情况下,控制系统在设计上首先要打开电动机风门,使风机自动起动打风后,起货电动机才能起动运行。当电动机过载停车时,风机应能保持继续打风来冷却电动机。当风机因故障停转时,起货电动机只允许在低速档运行,避免吊钩上的货物自由落下。除了上述要求以外,控制电路中还应设有失压保护,单相保护,过载保护和短路保护环节。另外还必须设置应急切断电源开关,保证在应急情况下,能迅速切断电源,立即停车。,7-2 国产交流变极调速起货机控制系统 国产交流变极调速起货机控制电路原理图。通过改变齿轮箱传动比,可以获得1.5吨、3吨和5吨三种起重量,其对应的
7、额定起货速度为35m/min,40m/min和24m/min。电动机是交流三速鼠笼式异步电动机,其定子有三套各自独立的绕组,定子绕组的极数为4/8/28,同步转速为1500/750/215r/min,4极和8极是按恒功率设计,4极为高速极,8极为额定极。4极只允许提升1/2额定负载,在空钩和轻载时用来提高运行速度。28极为低速极,它的起动电流小(为额定电流的2倍),起动转矩大(为额定转矩的2倍),以适应起货机起动频繁的要求,同时也能得到低速落货的目的。,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
8、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。虽然控制电动机的转速的方法与直流电机采用的方法不同,但控制的原则相同,一般多数采用时间原则,也有采用电流原则等其它方法;(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。除了短路、失压、过载等常规保护环节外,还有对起货机特殊要求的逆转矩控制,防止重载高速(恒功率调速电路),提升和重载超速落货等保护环节。,电源开关,正反转,高中低,风机,主令开关,刹车,负载继电器,主令控制器,温度继电器WJ,安装在电动机内部。当电动机的温度超过13010%时
9、,其WJ动作,使LYJ失电,电动机停止运行。操作人员可通过按钮A来检查WJ的工作状况,1RJ是用来保护起货电动机的。在低速绕组过载时,经一定的时间1RJ动作,切断控制电源及主电源,一般1RJ设置过载电流达到2IN时,能在15秒之间工作。,热继电器2RJ是为保护冷却风机电动机而设置的。当该电动机过载时,经一定的时间2RJ动作,使风机接触器FSC失电,风机电动机脱离电网。另外,一旦风机停转,是不允许起货电动机继续运行的。该电路用FSC的副触点(24-26)来控制加速接触器2C及3C等,使它们失电,确保电动机中速与高速绕组不通电。但为了把吊在半空中的货物能慢慢的落到地面,此时仍保持1C通电,(需强制
10、按下A)使低速绕组仍能工作。,准备(主令控制器置零位)合上电源开关,这时控制电路获电,然后把风门打开,风门开关FK闭合。,随后把装在主令控制器上的电源开关K合上,这时LK1和LK4闭合。,2RJ未动作风机运行,1RJ未动作且风机运行则零电压继电器LYJ和接触器1C获电动作(低速绕组),上升一档,准备(主令控制器置零位)LYJ闭使直流控制电路获电LK4闭合使1C获电3SJ获电4SJ获电5SJ获电,3SJ获电,其常闭触点(LK8支路)断开,避免电动机高速直接起动,4SJ获电,其常闭触点断开(主电路的负载继电器)待高速后在接入,5SJ获电,其常开触点闭合(控制刹车支路),控制电路分析(1)准备(主令
11、控制器置零位)合上电源开关,这时控制电路获电,然后把风门打开,风门开关FK闭合。(2)随后把装在主令控制器上的电源开关K合上,这时LK1和LK4闭合通电。零电压继电器LYJ和接触器1C获电动作,同时时间继电器4SJ及5SJ也获电动作。起失压保护作用的零电压继电器LYJ动作后,其常开触点闭合,使变压器B通电而其副边有电压输出。这一电压经全波整流后输出一直流电压,使时间继电器3SJ获电,其常闭触点(30-31)断开,避免电动机高速直接起动。由此可见,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。如果其中有一个误动作或不动作,下面的工作就无法进行。,提升第
12、一档(结论)主令控制器手柄扳到第一档,此时,主令控制器触点LK2、LK4、LK5闭合。提升方向接触器ZC获电吸合,其常闭副触点(17-18)和(39-37)断开。(17-18)这对副触点称为联锁环节。它们保证在提升方向接触器ZC动作时,落货接触器FC绝对不能吸合。另外,ZC的常开副触点(14-15)和(13-21)闭合,(13-21)这对触点的作用是保证控制电路中电器顺序动作,即刹车接触器ZDC在ZC吸合后才获电吸合。由于1C已处于吸合状态,所以在ZDC获电吸合后,其常开触点(36-54)闭合,制动器线圈ZDQ得电松开刹车,电动机开始以低速起动运行,即28极绕组工作。在ZDC吸合时,其另一常开
13、副触点(21-24)闭合,时间继电器1SJ通电开始延时。经延时一段时间后,其常开触点(24-25)闭合,强励接触器JLC获电吸合,其常闭触点(54-55)打开,电阻R3串入制动器ZDQ线圈回路中。采用1SJ和JLC是因为本控制系统采用ZYZ-6F型(配合JZF-H6电动机)直流电磁制动器,其额定吸合电压为DC 110V;吸合电流为DC 10.35A;它的维持电压为DC 20V,维持电流为DC 1.89A。在这一档中,又有四个继电接触器(ZC、ZDC、ISJ、JLC)获电动作,完成提升第一档的工作。,(主令控制器置提升第一档)LYJ闭使直流控制电路获电LK2闭合使ZC获电LK4闭合维持1C有电L
14、K5获电控制刹车继电器,ZC获电作用主触点闭+1C低速运行常闭触点打开互锁常开触点闭合接通自锁且刹车电路+LK5闭使ZDC获电(5SJ已闭),ZDC获电刹车电路获电打开刹车1SJ得电 常开触点延时闭使JLC获电确保强励松闸,提升第二档主令控制器手柄从第一档扳到第二档,此时,主令控制器触点LK2、LK7、LK9闭合。其中LK7的闭合,使接触器2C获电吸合,电动机8极绕组通电,电动机以中速投入运行。触点LK4断开时,从(13-LK4)回路看,1C线圈应失电,但由于电路(13-19-20)支路使1C线圈继续有电。只有在2C获电后,使其常闭副触点(13-19)断开,才能使1C线圈失电。因此它和1C常开
15、副触点(19-20)保证了中速绕组确实获电后,才能让1C失电,使电动机的低速绕组脱离电网。这一环节的作用是保证电动机在换档时,不能中断电动机绕组的供电。在中速接触器2C吸合后,又使其常闭副触点(36-43)打开,直流时间继电器3SJ失电,其触点(30-31)经0.5s后闭合,这表明起货机从中速绕组过渡到高速绕组运行,是按时间原则进行的。在这一档中,要注意2C获电、1C和3SJ失电的工作过程。,(主令控制器置提升第二档)LYJ闭使直流控制电路获电LK2闭合维持ZC获电LK5获电维持ZDC刹车继电器获电LK7闭合S使2C获电LK9闭合S使2SJ获电切除部分放电电阻,2C获电后虽然LK4已断开但1C
16、自锁仍使1C维持有电(等2C有电后1C才失电)确保切换过程中不中断供电3SJ失电(LK8支路常闭触点延时闭)目的是上3速时要延时,提升第三档 在控制系统中,是把电动机的8极绕组和4极绕组设计为恒功率特性。以3吨交流起货机为例,8极时额定负载是3吨,则4极时额定负载是1.5吨。所以说,起货机的提升重量会在电动机的中速绕组中的电流反映出来。在本控制电路中,采用负载继电器ZJ作为检测元件。调整ZJ,使其在提升重量小于或等于1.5吨时,它不吸合,则其常开触点(31-32)不闭合;当提升重量大于1.5吨时,ZJ动作,常开触点闭合。由上可见,提升超过50%负荷,ZJ的触点(31-32)就会闭合,使继电器J
17、得电吸合后,接触器3C就不能吸合,因此电动机不可能加速到高速,仍保持在中速运行。如果提升重量在50%负荷以下或空钩状态,则负荷继电器ZJ不吸合,时间继电器3SJ在2C吸合后,经延时0.5s后动作,接触3C获电吸合,使电动机进入高速运行。另外,假如起货机原来是运行在高速,当负荷突然超过50%时,ZJ将吸合,使继电器J得电而断开3C线圈回路,电动机将返回中速档运行。同理,接触器2C的触点(28-27)和3C的触点(27-29)也构成使中速绕组在3C确实得电吸合后,2C才从电网上脱离。时间继电器4SJ的作用是当从中速档换到高速档的过程中,避免出现的冲击电流,使ZJ误动作。因此换档过程中,在3C得电时
18、,4SJ断电,其触点(46-53)延时闭合,使ZJ断电。,主令控制器手柄从零位直接扳到第三档 该控制电路能实现逐级起动。首先保证低速28极绕组有很短的接通时间,这就是经接触器ZDC得电的固有动作时间,然后中速8极绕组接通,28极绕组断开,电动机由低速换到了中速。从中速到高速是通过时间继电器3SJ延时0.5s,按时间原则完成。,主令控制器手柄直接从二档或三档扳回零位 首先时间继电器2SJ失电,它的触点(13-14)延时断开,在延时时间内,接触器ZC不失电,保证了电动机从高速经再生制动转换到低速。延时完毕后,ZC失电,低速绕组失电,再生制动结束。另外当手柄扳到零位时,虽然ZDC失电动作,使ZDQ失
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