船舶交流电动起货.ppt
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1、第第7章章 船舶交流电动起货机船舶交流电动起货机 7-1 交流电动起货机的构成及特点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控制三速交流起货机控制系统 7-6 电动液压起货机电动液压起货机 7-1 交流电动起货机的构成及特点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
2、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(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机拖动的交流起货机;采用变频调速的交流起货机、采用变频调速的交流起货机、PLC控制和控制和单片机控制的交流电动起货机。单片机控制的交流电动起货机。2.交流电动起货机的特点交流电动起货机的特点 变极调速电动起货机分为恒功率调速和恒转矩调速两种方式。变极调速电动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
3、机系统,在空钩或轻载运行在高速档时,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。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,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。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交流电动起货机的构成及特点 对于按恒对于按恒转矩设计转矩设计的起货机系统,重载时电动机可以在高的起货机系统,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速档运行,因此可以省去保护环节
4、。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。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、制动时的能量损耗,增加允许接通次数,所以率和减少起动、制动时的能量损耗,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设
5、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。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、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。
6、主令控和调速的要求,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。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,系统能保证从零位能保证从零位低速低速中速中速高速,自动逐级延时起高速,自动逐级延时起动,以减小起动电流冲击及能量损耗,并且加快起动动,以减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过程,
7、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)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;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当主令控制器的
8、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统发生反接制动。上述主令控制器手柄从“3”迅速迅速扳到扳到“3”档,使电动机的制动和起动按程序运行的这档,使电动机的制动和起动按程序运行的这种控制方式称为逆转矩控制。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)系统运行时要求在电动机松
9、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
10、,从而保证货物不至通电后,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。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,应该立即断开中速和高速绕组电维持电流而释放时,应该立即断开中速和高速绕组电路,防止损坏电动机及刹车装置。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,控制系统在设计在采用风来冷却电动机
11、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,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。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,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。另外还必须设单相保护,过载保护和短路保护环节。另外
12、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。断电源,立即停车。7-2 国产交流变极调速起货机控制系统 国国产产交交流流变变极极调调速速起起货货机机控控制制电电路路原原理理图图。通通过过改改变变齿齿轮轮箱箱传传动动比比,可可以以获获得得1.5吨吨、3吨吨和和5吨吨三三种种起起重重量量,其其对对应应的的额额定定起起货货速速度度为为35m/min,40m/min和和24m/min。电电动动机机是是交交流流三三速速鼠鼠笼笼式式异异步步电电动动机机,其其定定子子有有三三套套各各自自独独立立的的绕绕组组,定定子子绕绕组组的的极极数数
13、为为4/8/28,同同步步转转速速为为1500/750/215r/min,4极极和和8极极是是按按恒恒功功率率设设计计,4极极为为高高速速极极,8极极为为额额定定极极。4极极只只允允许许提提升升1/2额额定定负负载载,在在空空钩钩和和轻轻载载时时用用来来提提高高运运行行速速度度。28极极为为低低速速极极,它它的的起起动动电电流流小小(为为额额定定电电流流的的2倍倍),起起动动转转矩矩大大(为为额额定定转转矩矩的的2倍倍),以以适适应应起起货货机机起起动动频频繁的要求,同时也能得到低速落货的目的。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起货机控制电路的组成 对各种交流电动起货机
14、来说,分析其自动控制电路时除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,一般都具有以下几个环节:系统,在控制电路中,一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;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,也有采用电流原则相
15、同,一般多数采用时间原则,也有采用电流原则等其它方法;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;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。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负载继电器主令控制器温度继电器温度继电
16、器WJ,安,安装在电动机内部。装在电动机内部。当电动机的温度超当电动机的温度超过过13010%时,其时,其WJ动作,使动作,使LYJ失失电,电动机停止运电,电动机停止运行。操作人员可通行。操作人员可通过按钮过按钮A来检查来检查WJ的工作状况的工作状况 1RJ是用来保护起是用来保护起货电动机的。在低货电动机的。在低速绕组过载时,经速绕组过载时,经一定的时间一定的时间1RJ动动作,切断控制电源作,切断控制电源及主电源,一般及主电源,一般1RJ设置过载电流设置过载电流达到达到2IN时,能在时,能在15秒之间工作秒之间工作。热继电器热继电器2RJ是为保护冷却风机电动机而设置的。当该电动是为保护冷却风机
17、电动机而设置的。当该电动机过载时,经一定的时间机过载时,经一定的时间2RJ动作,使风机接触器动作,使风机接触器FSC失电,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。该电路用动机继续运行的。该电路用FSC的副触点(的副触点(24-26)来控制加速)来控制加速接触器接触器2C及及3C等,使它们失电,确保电动机中速与高速绕组等,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,此时仍保持仍保持1C通电,通电,(需强制按下需强
18、制按下A)使低速绕组仍能工作。使低速绕组仍能工作。准备准备(主令控制(主令控制器置零位)器置零位)合上电源开关,合上电源开关,这时控制电路获这时控制电路获电,然后把风门电,然后把风门打开,风门开关打开,风门开关FK闭合。闭合。随后把装在主令控随后把装在主令控制器上的电源制器上的电源开关开关K合上,这时合上,这时LK1和和LK4闭合。闭合。2RJ未动作未动作风机风机运行运行1RJ未动作且未动作且风机风机运运行行则则零电压继电器零电压继电器LYJ和接触器和接触器1C获电获电动作动作(低速绕组低速绕组)上上升升一一档档准备准备(主令控制器置(主令控制器置零位)零位)LYJ闭使直流闭使直流控制电控制电
19、路获电路获电LK4闭合使闭合使1C获电获电3SJ获电获电4SJ获电获电5SJ获电获电3SJ获电,其常闭触点获电,其常闭触点(LK8支路支路)断开断开,避免,避免电动机高速直接起动电动机高速直接起动 4SJ获电,其常闭触点获电,其常闭触点断开断开(主电路的负载继主电路的负载继电器电器)待待高速高速后在接入后在接入 5SJ获电,其常开触点获电,其常开触点闭闭合合(控制控制刹车刹车支路支路)控制电路分析控制电路分析 (1)准备(主令控制器置零位)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,风门开关开,风门开关FK闭合。闭合。(2
20、)随后把装在主令控制器上的电源开关随后把装在主令控制器上的电源开关K合上,合上,这时这时LK1和和LK4闭合通电。零电压继电器闭合通电。零电压继电器LYJ和接触和接触器器1C获电动作,同时时间继电器获电动作,同时时间继电器4SJ及及5SJ也获电动也获电动作。起失压保护作用的零电压继电器作。起失压保护作用的零电压继电器LYJ动作后,动作后,其常开触点闭合,使变压器其常开触点闭合,使变压器B通电而其副边有电压输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,使时出。这一电压经全波整流后输出一直流电压,使时间继电器间继电器3SJ获电,其常闭触点(获电,其常闭触点(30-31)断开,避)断
21、开,避免电动机高速直接起动。由此可见,在准备阶段有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(四个继电器(LYJ,3SJ,4SJ,5SJ)和两个接触器)和两个接触器(FSC,1C)动作。如果其中有一个误动作或不动)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。作,下面的工作就无法进行。提升第一档提升第一档(结论结论)主令控制器手柄扳到第一档,此时,主令控制器触点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。闭合。提升方向接触器提升方向接触器ZC获电吸合,其常闭副触点(获电吸合,其常闭副触点(17-18)和()和(39-37)断开。()断开。(
22、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)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,落货接动作时,落货接触器触器FC绝对不能吸合。另外,绝对不能吸合。另外,ZC的常开副触点(的常开副触点(14-15)和()和(13-21)闭合,)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)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在在ZC吸合后才获电吸合。由于吸合后才获电吸合。由于1C已处于吸合状态,所以在已处于吸合状态,所以在ZDC获电吸合后,获电吸合后,其常开触点(其常开触点(36-54)闭合,制动器线圈)闭合,制
23、动器线圈ZDQ得电松开刹车,电动机开始以低速得电松开刹车,电动机开始以低速起动运行,即起动运行,即28极绕组工作。在极绕组工作。在ZDC吸合时,其另一常开副触点(吸合时,其另一常开副触点(21-24)闭合,)闭合,时间继电器时间继电器1SJ通电开始延时。经延时一段时间后,其常开触点(通电开始延时。经延时一段时间后,其常开触点(24-25)闭合,)闭合,强励接触器强励接触器JLC获电吸合,其常闭触点(获电吸合,其常闭触点(54-55)打开,电阻)打开,电阻R3串入制动器串入制动器ZDQ线圈回路中。采用线圈回路中。采用1SJ和和JLC是因为本控制系统采用是因为本控制系统采用ZYZ-6F型(配合型(
24、配合JZF-H6电动机)直流电磁制动器,其额定吸合电压为电动机)直流电磁制动器,其额定吸合电压为DC 110V;吸合电流为;吸合电流为DC 10.35A;它的维持电压为;它的维持电压为DC 20V,维持电流为,维持电流为DC 1.89A。在这一档中,又有。在这一档中,又有四个继电接触器(四个继电接触器(ZC、ZDC、ISJ、JLC)获电动作,)获电动作,完成提升第一档的工作。完成提升第一档的工作。(主令控制器置(主令控制器置提升提升第一档第一档)LYJ闭使直流闭使直流控制电控制电路获电路获电LK2闭合使闭合使ZC获电获电LK4闭合维持闭合维持1C有电有电LK5获电控制刹车继获电控制刹车继电器电
25、器ZC获电作用获电作用主触点闭主触点闭+1C低速运行低速运行常闭触点常闭触点打开打开互锁互锁常开触点常开触点闭合闭合接通自锁接通自锁且且刹车电路刹车电路+LK5闭闭使使ZDC获电获电(5SJ已闭已闭)ZDC获电获电刹车电路刹车电路获电打开获电打开刹车刹车1SJ得电得电 常开常开触点触点延时延时闭闭使使JLC获电确保获电确保强励松闸强励松闸提升第二档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。其中闭合。其中LK7的闭合,使接触器的闭合,使接触器2C获电吸获电吸合,电动机合,电动机8极绕组通电,电
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