第09章_船舶甲板机械电力拖动及其电气控制

式中：tg为一周期内工作时间， t1为一周内的停止 时间。船舶起货机采用的电动机的暂载率一般为 15%，20%，25%，40%。一个周期的时间一般不超过 10分钟。
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2．回转式电动起货机 回转式起货机（克令吊）它包括提升、变幅和 回转三个主要机构。其拖动方式可采用电动机 拖动，也可以用电动液压装置拖动。 如图9-4，是克令吊结构示意图，图中1是提 升机构电动机，2是变幅机构电动机，3是旋转 机构电动机。通常可操作两个机构同时运转， 也可以操作三个机构同时工作。 回转式起货机的吊货过程可以用简化的负载图
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2. 电动液压起货机的特点 电动液压起货机能实现无级平滑调速，加速时 间短，具有良好的制动能力，不需要电磁制动 器。它的调速和换向是在液力机械中进行的， 而电动机维持恒速不变，因此可采用普通鼠笼 式异步电动机。它的缺点是工作效率低，制造 精度要求高，油路系统复杂，一旦管路破损、 漏油不易修复。
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双杆式电动起货机是采用两台起货机在起货过 程中相互配合进行工作的，见图9-2。
双杆吊货的工作过程见图9-3。
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•单杆式电动起货机结构图 •双杆式电动起货机结构图•返回
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•图9-3双杆吊货时电动机负载图
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由图9-3可见，起货电动机是重复短期工作，所以 起货电动机一般采用专用的重复短期制。这种工作 制用百分数JC值表示，称为暂载率或通电持续率， 它表示在一个周期内，工作时间与一个周期时间T 之比。
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3．工作的可靠性要求高 甲板机械及其机电设备的高可靠性运行，这是由船 舶的特殊性所决定的。除了要求它们可靠运行外， 还要方便日常管理和维护，一旦发生意外故障，则 要求故障部分能迅速恢复和切除，尽最大可能保持 供电和继续运行。
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4．对电气设备的要求 对船舶的甲板机电设备有以下几点要求： （1）通用性，同一用途的设备应具有同一规格 ，以保证良好的互换性。 （2）抗干扰性，目前电力电子器件在船舶中大 量运用，必须抑制各种电磁干扰、提高电子设 备和微机系统的电磁兼容性以保证这些系统的 正常工作。 （3）环境条件，要求机电设备能承受船舶在航 行中发生的振动和冲击力，以及环境温度的变 化。
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1．提高生产率 生产率是起货机的重要指标，以每小时的起
货量(t／h)表示，加快提升货物的速度可提高起货 机生产率，但从安全生产的角度来看，提升速度越 高越不安全。为了提高生产率，必须合理确定额定 起货速度。
提高空钩速度可以缩短起货周期、提高生产 率。因为空钩高速时造成生产事故的可能性较小， 一般起货机空钩运行速度比额定起货的速度高出许 多。对电动起货机选用飞轮惯量（GD2）小的电 动机以缩短系统的起动和制动时间也是提高生产率 的一项有效措施。
当今各类运输船舶通常将锚机、绞缆机和起货机 称为船舶甲板机械。当然各类工程船舶上的移船绞 车，捕鱼船的拖网机，救捞船的尾拖缆机都属于运 输船舶的绞车类和起货机类。船舶甲板机械的驱动 方式有电动式和液压式两大类。其相应的控制回路 为电气控制回路和液压控制回路。
在电气控制回路中，当代船舶已经引入了可编程 控制器和单片机；在液压控制回路中，大多采用电 子技术和液压技术相结合的电液复合系统，进一步 提高了系统的自动化程度。
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二、液压甲板机械 甲板起重机大多采用液压传动，锚机、系泊绞缆
机和起货机也有不少是采用液压传动的。 液压起货机、锚机和绞缆机操作方便，工作比较
平稳，可实现无级调速，而且能吸收冲击性负荷和 自动防止过载，并具有良好的制动能力。它们对环 境温度和湿度不太敏感。但它们存在加工精度要求 较高，制造安装比较复杂，维护管理工作量相对大 。
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2．调速要求 甲板机械要求调速的主要有起货机、锚机和绞缆机 等，但这几种设备对于电力拖动的各项调速指标的 要求并不高。一般要求调速范围在1:8-1:10左 右。至于特性的硬度、静差率以及动态性能方面的 指标都没有特殊的要求。目前在船用交流调速系统 中，起货机、锚机大多采用变极调速系统。有的船 舶起货机把可编程控制器和单片机引入到控制系统 中来，使其调速系统更为可靠，性能更佳。
表 9-1为甲板机械两种驱动方式的性能及有关 情况。
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•表9-1 甲板机械两种驱动方式的比较
适用范 围
电 油船、 气 化学品 传 船不宜 动 采用
液 压 传 动
适用于 各种类 型船舶
各类 工程 船舶 的选 用
较少
广泛
对船舶电站 起动 容量的要求 特性
大功率装置 起动时对电 站及电网有
冲击
加速 时间 在2— 4S内
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一、电动甲板机械 1．船舶甲板机械的工况特点 2．调速要求 3．工作的可靠性要求高 4．对电气设备的要求
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1．船舶甲板机械的工况特点 船舶甲板机械与船舶电站紧密联系。甲板机 械中某些电动机单机功率相对发电机的容量而言 ，占有了较大的权重，拖动电机的起动、制动、 运行状态都会直接影响到船舶电网参数的变化。 船舶电站的容量基本上是根据船舶机电设备的总 容量来确定的。
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3． 对电动机型式的要求
电动起货机必须选用防水式、重复短期工作制 的电动机以适应甲板工作条件。直流起货机，一 般采用起动力矩大而机械特性软的复励电动机以 承受冲击负载，并且能适应轻载高速、重载低速 的工况。对交流起货机，宜选用起动力矩大、转 差率高而起动电流较小的深槽式(或双笼式)的变 极调速笼式异步电动机，也可选用绕线式异步电 动机。对发电机-电动机（G-M）系统的起货机 ，宜选用具有差复励绕组的发电机，使电动机获 得适用于起货机的下坠特性。此外，要选用转动 惯量小的专用电动机，使起动和制动过程中的能 耗降低。
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4． 对控制电路的要求 （1）电动起货机采用三档调速控制，并能实 现正反转运行。 （2）对电动机设置短路、过载、绕组过热、 失压欠压、缺相保护环节等。 （3）采用主令控制器实现运行操作，以保证 起货机操作灵活，工作可靠。 （4）电动机要求有通风机进行强制冷却，并 设置风道的风门对风机和起货电动机之间的 联锁控制。
图9-6是国产交流变极调速起货机控制电路 原理图 （注意图中电气符号的表示方法）。 1.起货机控制电路的组成 2.控制电路分析
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1. 起货机控制电路的组成 （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。 （3）制动环节。 （4）保护环节。
二、电动起货机的结构和运行特性 起货机与其他机电设备一样，由原动机，传
动机构和执行机构三部分构成。电动起货机主 要由以下三个部分构成：电动机；减速箱和离 合器组成的传动机构及卷筒；电磁/机械刹车 装置与吊杆等。
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1．吊杆式起货机
吊杆式起货机有单杆式和双杆式两种。单杆式 电动起货机是一种具有电动回转和变首先实现从高速 挡到零档的自动制动停车，然后再实现从零档 到反向高速档三级延时起动的自动过程。
（9）设置有电磁制动器处于松闸的状态下防止“ 货物自由跌落”的保护。
（10）设置有电磁制动器线圈处于刹车状态下防 止中、高速档堵转的保护。
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第三节 起货机的电力拖动控制线路分析 一、交流恒功率变极调速起货机控制系统
• 恒转矩变极调速三相交流异步电动起货机和前节 所述的恒功率变极调速三相交流异步电动起货机有 所不同，恒转矩变极调速三相交流异步电动起货机 起动力矩大，但起动电流也大，约为额定电流的5～ 6倍(恒功率调速电动起货机约为额定电流的2倍)； 恒转矩电动起货机高速时的转矩比恒功率调速电动 起货机大；恒转矩电动起货机高速时可提升额定负 载而恒功率调速电动起货机高速时只能提升半载； 恒转矩电动起货机无需超载保护环节，控制电路简 单，维修方便。
一、船舶起货机的类型及特点 船舶起货机的类型很多。依据拖动方式来分
，有电力拖动起货机和电动液压起货机两种。从 机械结构的形式来分，主要有吊杆式起货机、回 转式起货机（克令吊）和行走（门吊）式起重机 几种类型。
1.电动起货机的特点 2.电动液压起货机的特点
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1. 电动起货机的特点 电动起货机系统结构紧凑、振动、噪音较小， 便于实现自动化和遥控；其缺点是电气线路较 为复杂，在管理和维护方面有一定的要求。通 常采用多电动机拖动或选用各种类型电动机的 固有特性或人为特性来满足起货机对电力拖动 提出的要求。
小开始变大。 （10）t10时间伸距继续变化至最大，同时开始落
空钩。 （11）t11时间继续落空钩，直至“到位”。 （12）t12时间为装货，各电动机停止工作。
t1 ~t12是一个工作周期，以后重复上述过程。
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三、船舶起货机电力拖动的基本要求 1．提高生产率 2．对调速范围的要求 3．对电动机型式的要求 4．对控制电路的要求
基本不冲击 电站
加速 时间 小于 2S
调速 特性
大多 采用 阶梯 式
无级 调速 速比 范围 大
运行特 性
制造 成本 及可 靠性
技术 发展 趋向
维护 管理
难于保 证平稳 和抗冲
击
投资 小， 可靠
PLC控 维修 制 方便
运动平 稳，能 抗冲击
投资 大， 可靠
电液 复合 机电 一体
维修 工作 量较 大
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第二节 起货机的电力拖动与控制的基本要求
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（5）设置从零档至上升（或下降）高速档的自动 延时起动控制，以防止快速操作引起电动机过 大的冲击电流以及起货机过大的机械冲击。
（6）从高速档回零档停车时设置有三级自动制动 控制：电气制动（再生制动）、电气与机械联 合制动以及机械制动。
（7）对于恒功率调速的电动机，中、高速档设置 有重载不上高速的控制环节：当额定负载（重 载）时，既使主令手柄扳至上升高速档，电动 机也只能运行于中速档；若电动机运行于高速 档时出现重载，则应自动回到中速档。
第09章_船舶甲板机械电 力拖动及其电气控制
2020年7月22日星期三