第08章锚机和系缆设备的电力拖动自动控制系统
船舶锚机电动控制
文献综述船舶电动锚机的控制摘要：锚机是船舶中不可缺少的部件,锚机电动机能否实现可靠的控制,是保证船舶能否安全航行的重要措施.在分析船用交流三速锚机控制系统的性能要求基础上,对继电器控制的锚机用较先进的PLC进行改进，使船舶锚机控制更加完善关键词：三速锚机；PLC 控制；系统设计1引言目前船舶电力设备电动锚机仍然以交流三速锚机在船舶上的应用较为广泛，但大多采用继电器接触器控制，系统中的活动触点多，线路复杂，主令控制器工作电流较大，可靠性差，需经常维护保养。
为了克服继电控制系统的缺陷，采用PLC可编程控制器对交流三速锚机控制线路进行改造，使控制系统的能耗和可靠性都得到进一步提高。
2船舶电动锚机的介绍船舶锚机可分为:汽动、电动、电动- 液压和内燃机驱动等几种,目前以电动锚机应用最为广泛。
虽然船舶上现在推广应用微机控制系统,但由于电动锚机所需电流和消耗功率大(功率约1000KW以上) ,其控制系统仍然多为时间继电器- 接触器系统。
电动锚机由于有可动部分和触点,故障率较高。
三速电动锚机是利用凸轮控制器控制辅电路中接触器、继电器电磁线圈电路，同时利用接触器的常开触头的吸合来控制主电路中电动机的正反、低速、中速和高速运转。
3 PLC技术的介绍可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
4 PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
船舶电机1
2.2.2直流电动机的运行特性
串励电动机： 由于串励磁通随负载的增加而增加，从而使转速随负载的增加而迅速下降。 空载转速非常高，机械特性比较软。当负载转矩很小时，转速将异常升高，产生“飞车”。
2.1.3直流电机的构造、励磁方式
机座： 是直流电机的固定支撑和防护部件，又是磁路的一部分。机座通常是由铸钢制成。
2.1.3直流电机的构造、励磁方式
机座： 主磁极铁芯为极身和极靴结构，为了让气隙磁密沿电枢圆周方向分布的更合理
2.1.3直流电机的构造、励磁方式
电刷装置： 主要有刷架、刷杆、炭刷及压紧弹簧等组成。 电枢绕组通过电刷供电，电刷的主要成份是石墨，具有良好的导电性和润滑性。 与换向器配合，将转子交流电变成外部直流电。实现机械整流器的功能。
1.3磁路
磁路与电路的差别：电路中有电流I时，就有功率损耗I2R，而在直流磁路中，维持一定的磁通量Φ时，铁心中没有功率损耗电路中可以认为电流全部在导线中流通。磁路中，除了铁心中的磁通外，还有一部分漏磁通。导体的电阻率在一定温度下是不变的。磁路的磁导率却不是常值，它随铁心的饱和程度大小而变化。对于线性电路，计算时可以应用叠加原理。对于铁心磁路，计算时不能应用叠加原理。
2.3直流电机的起动、调速、制动及反转
直流电动机的起动直流电动机的调速方法直流电动机的制动方法直流电动机的反转直流电动机的常规保养
减压起动： 由于电压可以连续调整，在良好的控制下，可以使电机以恒定的扭距快速提高转速。
2.3.1直流电动机的起动
电枢回路中串电阻起动： 电枢回路串电阻起动由于使用设备简单、经济而被广泛使用。
锚机,绞缆机拖动控制系统的调试.
锚机,绞缆机拖动控制系统的调试1锚机是船舶上重要的航行设备。
有些情况下,锚机的运行直接影响到航行的安全。
锚机工作情况复杂,要求它要能够迅速启动、调速、正反转、准确停车等。
控制钱路必须满足这些要求。
锚机电动机应有足够大的过载能力,能在最大负载下启动。
起锚时,锚在海底有可能被短时卡住,因此应使电动机能够承受堵转工作状态。
一般堵转时间限制为lmin。
堵转时还应有两倍额定力矩。
锚机电动机属于短时工作制的电动机,其工作时间为o.5h。
控制设备和电动机必须满足在0. 5h内启动25次的要求。
直流电动锚机多采用在直流电动机电枢回路串电阻的调速方法。
容晕较大时,用主令控制器控制;容量较小时则使用鼓形控制器控制。
电动机多采用具有下降特性的差复活励励磁系统。
交流电动锚机采用变极调速方式。
要求较高的大容量电动锚机须有三种转速,用三速异步电动机拖动;小容量的锚机用两速异步电动机拖动。
下面分别介绍其调试特点。
1、交流电动锚机的调试锚机拖动控制系统的调试一般分为空载试验、负载试验和航行效用试验三个阶段进行。
通电前应清洁、检查控制箱、电动机及全部机械装置。
按照工作原理图和接线图,检查控制线路的接线和主回路的接线。
还应测量绝缘电阻,并作记录。
其它准备工作和起货机的高度相同。
1 空载试验空载试验时锚机不穿锚链,只拖动卷筒运行,空载试验的目的是检查和调整控制线路和电动机的工作情况。
测量电动机的空载电流和转速。
空载试验应包括下列具体步骤。
(1 控制线路中各电器的动作情况,应在空载试验前调试完成。
各电器的动作顺序必须正确。
(2 各保护电器可先粗略整定。
LYJ失压保护继电器可整定在80%Ue下释放;直流GLJ过流保护继电器整定在稍大于两倍额定电流;交流GLJ过流保护继电器整定在110%Ie。
其它电器可参考调试大纲,初步整定好。
(3 接通电源,测量电源电压。
主令手柄置零位,观察应动作的电器是否已经吸合。
(4 将主令手柄扳向起锚第一档,电动机低速绕组接通电源,低速运行。
《电力拖动自动控制系统》辅导
《电力拖动自动控制系统》辅导《电力拖动自动控制系统》是工业自动化专业的主要专业课之一。
本课程教材采用陈伯时主编的《电力拖动自动控制系统》（修订版）。
本课程的教学内容分为二大部分。
第一部分是以直流电动机为控制对象的直流拖动控制系统，主要包括教材中第二章至第五章，介绍直流拖动自动控制系统的基本概念、基本组成环节和基本控制规律及自动控制系统中调节器的工程设计方法。
第二部分是以交流电动机为控制对象的交流拖动系统，主要包括教材中第六章至第八章，主要对交流拖动系统中的一些基本理论、基本环节和控制规律进行了分析。
为便于同学们复习，下面给出各章复习要求，并提供一份模拟练习题。
第一部分：复习要求第一章结论【本章重点】1. 电力拖动控制系统的基本类型：1) 直流电机拖动控制系统的基本类型；2) 交流电机拖动控制系统的基本类型。
2. 现代电力拖动控制系统的物质基础。
第二章闭环控制的直流调速系统【本章重点】1. 转速控制的要求和调速指标：l）调速范围 D ；2）静差率 S3）调速范围、静差率和额定速降之间的关系。
2．闭环调速系统的组成，静特性的含义，转速负反馈闭环调速系统的稳态结构图。
3．开环系统机械特性与闭环系统静特性的比较。
4．闭环系统能够减少稳态速降的实质。
5．反馈控制规律（转速反馈闭环调速系统的三个基本特性）。
6．反馈控制闭环直流调速系统的稳态参数计算。
7．截流反馈的概念，电流截止负反馈环节的特点，以及带电流截止负反馈的闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性。
8．反馈控制闭环调速系统的动态数学模型的建立、动态结构图、传递函数、以及稳定条件。
9． PI 调节器的设计。
10．无静差调速系统的含义，积分控制规律的含义、结构。
积分调节器与比例调节器的区别。
比例控制、积分控制和比例积分控制规律的区别。
11．无静差直流调速系统的分析及稳态参数计算。
第三章多环控制的直流调速系统与调节器的工程设计方法【本章重点】1．转速、电流双闭环直流调速系统的组成，主要包括：双闭环直流调速系统的原理框图和稳态结构图。
船舶电机与电力拖动系统
交流伺服电动机的接线图和相量图
(a）接线图
1
(b) 相量图
控制电压 与电源电压 频率相同，相位相同或反相。
放 大 器
检 测 元 件
控制信号
+
–
+
–
控制绕组
交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机有相似之处。
对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、 重量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。
伺服电动机可分为两类：
伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，驱动控制对象。
交流伺服电动机 直流伺服电动机
4.1 伺服电动机
伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控 制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。
6
当 U1恒定不变时， U2与n 成正比，这样，
发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压
信号，输出给控制系统。
速发电机的输出电压 U2与n 间存在着一定的非
由于铁心线圈电感的非线性影响，交流测
线性误差，使用时要注意加以修正。
01
02
03
04
05
06
综合上述分析可知：
直流测速发电机
直流测速发电机分永磁式和他励式两种。 两种电机的电枢相同，工作时电枢接负载电阻 RL。但永磁式的定子使用永久磁铁产生磁场， 因而没有励磁线圈；他励式的结构与直流伺服 电机相同，工作时励磁绕组加直流电压U1励磁。
2
测速发电机分为交流和直流两种类型。交流测速发电机又分为同步式和异步式两 种，这里只分析异步式交流测速发电机的工作 原理。
4.2 测速发电机
I锚和系缆设备
封面作者：PanHongliang仅供个人学习８锚和系缆设备(Anchor and Mooring Equipment) 锚是船上的重要设备。
锚设备一般包括锚、锚机、锚链、制链器、锚链舱和弃链器等几部分。
系泊设备由各种缆绳、导缆装置、系缆装置和绞缆机械等组成。
8.1各种锚的结构8.2其他锚设备图8.2.1链环图8.2.2锚链的组成8.3系缆设备版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理。
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船舶电气PPT课件
❖ 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）
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❖ 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
❖ 合上QS、S→KM5通电主触点闭→1M（风机）启动
❖ SA→0 ↘→SA1通→KA1通电触点闭→接通控制线路（零 位、欠失压保护）→a
❖ 合上SC↗→SA4通→KM1通电→KT5通电
❖ a→KT3、KT4通电
a↗
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❖ 2．SA→起货1
❖ SA1断
❖ SA2通→KMH通电主触点闭→2M有低速正转转矩
时自动返回中速，采用再生或能耗或倒拉制动等速下放重物， 控制线路设有防止重载高速提升和超速下落的保护环节。
❖ 4）不发生自由落体，电机绕组先通电后松闸，应先接通 高（低）档绕组后断开低（高）档绕组的交替电路环节。
❖ 5）设强制低速下放重物的应急按纽；具有零位保护；设 短路、过载、欠失压和起/落货互锁等保护。
❖ 二、晶闸管直流电动起货机
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§1-5 交流电动起货机
❖ 一、交流三速起货机
❖ （一）变极调速起货机简介
❖ 电 机 采 用 三 套 绕 组 ： P=2 、 4 、 14 ， n0=1500 、 750 、
214r/min
❖ 控制线路性能
❖ （二）控制线路各挡位工作情况的分析
❖ 1．SA→0（准备）
❖ c↗
e↗
❖ d→KT3（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）
锚机的自动控制
控制元件及电路图说明
1.时间继电器： 都是断电延时。 档延时； 1.时间继电器：—— 都是断电延时。KT1：2～3档延时； 时间继电器 延时过流保护； 刹车经济电阻延时接入。 KT2：延时过流保护；KT3：刹车经济电阻延时接入。 2.其它继电器 其它继电器： 为负载继电器，重载不上高速； 2.其它继电器：KA1：为负载继电器，重载不上高速；KA2： 零压（ 继电器” 欠压保护； 为中间继电器， “零压（位）继电器”，失、欠压保护；KA3：为中间继电器， 配合， 高速）换档过载检测。 与KT2配合，3档（高速）换档过载检测。 3.接触器 接触器： 正转，起锚用； 反转，抛锚用； 3.接触器：KM1：正转，起锚用；KM2：反转，抛锚用； 低速用； KM3：“1速”，低速用；KM4-1 、 KM4-2：“2速”，中速用 YY需要两个）；KM 需要两个）； 高速用； （YY需要两个）；KM5：“3速”，高速用；KM6：接通刹车电 磁铁用。 磁铁用。 4.主令触点 开关：SA：电源开关； 主令触点、 各档控制。 4.主令触点、开关：SA：电源开关；SA1～7：各档控制。 十字格”中数字说明：左边：为常开触点位置；右边： 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。 为常闭触点位置。 6.触头下数字 表示控制线圈所在支路。 触头下数字： 6.触头下数字：表示控制线圈所在支路。
正常起锚全过程
阶段： 收起躺在水底的余链阶段， 第I阶段： 收起躺在水底的余链阶段，电动机轴上负载转 阶段 矩不变，且较小； 矩不变，且较小； 阶段：随着悬链形状的改变， 第Ⅱ阶段：随着悬链形状的改变，轴上负载转矩逐渐增 直到锚破土； 大，直到锚破土； 第Ⅲ阶段：负载转矩达到最大，“出土”后突然减小。 阶段：负载转矩达到最大， 出土”后突然减小。 阶段：收锚出水，随着锚链长度减小， 第Ⅳ阶段：收锚出水，随着锚链长度减小，负载转矩逐渐 减小； 减小； 阶段： 第V阶段： 收锚入孔，是将锚拉入并紧固于锚链孔中，负 阶段 收锚入孔，是将锚拉入并紧固于锚链孔中， 载转矩再次用所增大，但不多。 载转矩再次用所增大，但不多。
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• §8 -1锚机、绞缆机的类型及运行特点 • §8 -2锚机、绞缆机械对电力拖动系统的基本要求
• §8 -3电动及其控制 • §8 -4交流三速锚机电气控制系统
§8 -1锚机、绞缆机的类型及运行特点
1. 特点 锚机系缆机械是船舶必需配备的重要甲板机械，主要用来 使船舶安全地停泊于锚地或系泊于码头及浮筒。其型式根据船 舶类型及布置有卧式锚机（带系缆滚筒）、立式锚机、立式系 缆绞机和卧式绞缆机等。有些为电力拖动，称为电动锚机和电 动绞缆机，又分为直流和交流拖动两种，控制方式一般都与电 动起货机的控制方式基本相同。大多采用交流三速锚机和绞缆 机，也有采用液压传动系统，即采用的是电动液压锚机和绞缆 机。一般船用锚机均采用锚链作为锚的系索，但锚链非常笨重 粗大，所以不可能将它缠绕在滚筒上，而是通过链轮的传动， 用专门的锚链舱中收放，此类称为航行锚机。而用于某些工程 船舶的锚机（如打捞船，救生船的定位锚机，海洋调查船的深 水锚机），由于其锚链特别长，体积大而改用钢缆，故采用卧 式绞缆起锚机。
船舶抛锚 起锚时，整个过程按拉力的变化特性可分为五个阶段： Ⅰ：收起 躺在海底 的锚链
图 起锚过程
Ⅱ：收紧锚链
Ⅲ：拔锚出土
Ⅳ：收起悬于水中的锚及锚链
Ⅴ：将锚拉入锚链孔中
§8 -2锚机、绞缆机械对电力拖动系统的基本要求 1.根据我国《钢质海船建造规范》规定，锚机电力拖 动装置在规定的海区内，应能满足单锚破土后起双 锚的要求。
2.电动机能在最大负荷力矩下起动。要求锚机、绞 缆机工作定额应不小于30min，且应满足30min内起 动25次的要求。 3.要求电动机有软的或下坠的机械特性，其堵转力矩 应为额定力矩的两倍，以满足拔锚出土和系缆开始时 需要很1min左右。 5.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； 拉锚入孔时的速度为3～4m/min。 6.为适应甲板上的工作条件和短期工作状态，应 选用防水式和短期（一般为30min）工作制电机。 对电动锚机的控制线路一般还有下列要求： 1.当主令控制器手柄从0位迅速扳到高速档位时， 控制线路应具有按时间或电流方式逐级自动起动的 环节，以免过大的冲击电流给电动机带来的危害。 2 .控制线路应能满足电动机在超负荷时堵转1min 的要求，这可以从调整热继电器或过电流继电器的 动作整定值上得到保证。
一般的航行锚机均采用锚及锚链的重力进行自由落体抛锚，自 动抛锚时，利用锚机上的手动带式制动器来控制抛锚的速度。 深水锚机由于钢缆不宜频繁承受手动制动力的冲击，而且深度 大时速度快，手动控制器不易控制，所以采用电动抛锚，此时 电动机是处于制动状态运行。
2．起抛锚过程分析
航行锚机起锚时，先是收起躺在海底的锚链和悬链着的锚链， 靠拉力（主要克服惯性力）使船舶移动，逐渐将锚链拉直，最 后在船舶移动惯性力和电动机的最大力矩的作用下，使锚破土 后把锚收进锚链孔，全部起锚过程见下图所示。如果遇到仅依 靠电动机拖动不能破土起锚时，也可开动主机，借助螺旋桨推 力来破土起锚。深水锚机的起锚过程与航行起锚过程基本相同。 当水深大于锚链长度时，其起锚状态称为应急起锚。船舶对锚 机有一定的技术要求，如抛两只锚情况，当起锚时要求在双锚 依次破土后在一定深度（规范规定80m）处锚机应能同时收起 双锚。
3.在深水处抛锚时,控制线路应具有使电动机自动 进入反馈和能耗制动的功能,以实现变加速抛锚为 等速抛锚。
4.控制线路应有短路、失压、过载、断相等保护 环节。 5.控制线路还应具有电气制动和机械制动相配合的 可靠制动环节，以达到快速停车的目的。