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欧洲杯船舶电动三速锚机电气线路图逆向分析法

2021-09-05 20:15

  摘 要:针对轮机管理人员对船舶电气设备知识的需求,此文以交流变极调速锚机电路为例,介绍了一种继电接触控制电路的分析方法——逆向分析法。

  根据STCW78/95国际公约中不再设置电机员的条款,绝大部分船舶均取消了电机员的设置,因而船舶电气设备的维护管理工作就必须由轮机人员来担任,这样就对轮机人员的电气知识提出了更高要求。就目前而言,船舶电气拖动设备大多仍以继电接触器控制线路为主,大部分船舶设备要经常使用、连续工作或频繁操作,难免出现较高的故障率,为此,当务之急,就是透彻理解电气线路。为此,就电气线路图的分析(以交流三速锚机为例)谈谈逆向分析法。

  船舶锚机是船舶必备的甲板机械,用于船舶安全停泊在水面上。它的实际工作状况就是抛锚、起锚,并且有三速的选择,对锚机电动机方向控制而言就是正反转的控制。由于锚机工作过程中,负载转矩是变化的,则电动机的转速就不能采用单一速度。控制电动机,就是通过控制方向的接触器的主触点和控制速度的接触器的主触点的通断来实现。选择好方向、速度,电动机就可以工作。就电机的速度调节原理,变极调速的方法是:三速电机备有三套“极对数”P1、P2、P3供选择的独立定子绕组,对应电机就有三个速度n1、n2、n3,锚机电动机实际定子绕组有两套独立绕组组成,其中一套绕组由“三角形连接”换接成“双星型连接”,变化前后对应两个速度——低速(三角形)n1、中速(双星型)n2;另一套绕组固定接成“单星型连接”实现高速n3。这样一来控制方向的二只接触器KM1、KM2和控制速度的四只接触器KM3、KM4-1、KM4-2、KM5(KM3对应低速,KM4-2完成把“三角形”转接成“双星行”,KM4-1负责双星行绕组接电源对应中速,KM5对应高速)一共有六只接触器,从电动机机电保护来看,有主保险、热继电器,这样一来“主电路”的构成就非常清楚。

  电动机的起动、运行、制动停止、正反转、多速度的控制是通过接触器的主触点的通断来实现,而接触器的主触点的动作是受接触器中线圈控制的,线圈有电或无电是受控制元件(按钮或主令开关)、接触器副触点、各种继电器的触点共同决定的。对于控制电动机单一功能的控制线路,一般用按钮操作,而对于控制电动机多种功能组合的操作,采用主令开关就显得简单、方便、可靠。锚机电路就是采用主令开关,采用主令开关操作的好处:(1)主令开关中的所有开关都是受单一手柄操作带动同轴旋转而一起变化的,操作一次可同时完成方向的确定,速度的选择。(2)主令开关中各个开关的通断随手柄操作是确定的,且对称有规律的,开关自身实现机械自锁,这样可简化电路;开关之间存在着固定的互锁关系,即机械互锁,为电路工作的可靠性提供重要保证,如果再加设常闭电气互锁,就构成了双重互锁,确保工作的准确无误。(3)用主令开关的线路接线比用按钮的接线少,简化了接线,使得线路检查,故障判断也变得容易。要想分析由主令开关操作的控制线路,必须对主令开关有透彻的理解,从结构、符号、开关的通断状况。锚机中主令开关有正转三档、中间零位档、反转三档。主令开关的符号如图2。锚机的控制线路要求,主令手柄必须从“零位档”开始,目的实现零压保护,主令开关中选用SA1连接“零压继电器”线圈来实现。两个方向不能同时选,则选用两个“机械互锁”的开关SA2连接正方向接触器KM1的线的线圈,两个方向之间同时采用“电气互锁”。锚机电动机的三个速度也不能同时选,则选SA4连接低速接触器KM3的线的线圈,中、低速之间通过SA4、SA5的“机械互锁”和“电气互锁”来实现。低、高速之间的互锁是通过SA4和SA6的“机械互锁”和“电气互锁”来实现。锚机操作可以从“零位档”直接扳到“高速档”,按时间原则逐级自起动,防止“高速档”大的起动电流给电机带来冲击。实际是通过“中速档”先启动电机,然后按时间切换到“高速档”;并且当“高速档”出现过流时,能自行从“高速档”退回“中速档”,这样一来,控制中速接触器的开关SA5和控制高速接触器开关SA6就不能有“机械互锁”,但可用“电气互锁”保证中速和高速之间的互锁。中、低速档正常工作电流较小,一般用热保护;高速档最易出现过电流,故高速档可采用过电流保护。为了躲开高速档电机的起动电流,在起动瞬间,过流继电器线圈要被短接,避开起动电流。锚机的制动要求迅速灵敏,有电气制动和机械制动相配合,电气制动保证抛锚为等速抛锚;机械制动采用电磁刹车系统,即由可动衔铁、刹车片、电磁线圈、反力弹簧来构成。交流电磁铁,电源方便,但有几个缺点,一般采用直流电磁铁。这样一来,用桥式整流获取直流电源、直流电磁铁的特点:(1)线圈电流与空气隙无关,只要电压一定,电流就一定。如果种种原因吸合时间长,电磁线圈不会因为电流大而烧坏线)电磁吸力与间隙有关,间隙大吸力小,间隙小吸力大。故一旦吸合后,可串接经济电阻减小线圈电流,减小线圈发热,保护线)直流电磁铁由于电流不变,铁芯可采用整块软钢制成,铁芯可防止发热。由于在“零位档”不能松开刹车,只有在正、反转三档才能松开刹车,所以选用SA7控制KM6来实现。松开刹车前为保证电磁线圈加全电压,应短接经济电阻,吸合后维持应串接经济电阻。对于继电保护,如过流、过载、欠压,一定要弄清继电器的保护原理,即继电器的电气参数整定与其触点的动作的关系。把上述这些分析综合起来理解,控制线路的基本框架就基本构成,分析起来条理非常清晰。控制线路的分析本身有它的规律性,多分析、多思考就会形成相对固定的分析模式,对一个陌生的电路分析也会有指导意义,对控制线路的组成、动作就有了更深刻的掌握和理解。

  只有能熟练分析电路图,才能在理论指导下快速分析、排除故障,确保船舶的安全和正常营运。以下用两个故障实例来说明。

  原理分析:当主令开关手柄置于正转一档时,SA2和SA4分别接通KM1和KM3的线同时吸合,它们的相应三常开主触点均闭合,其他也正常时,电机应该起动运转。

  故障分析:电机能发出嗡嗡声,说明有电送入电机,但电机无法起动,说明电机缺相起动,故障肯定在主电路,副电路正常。可能的故障是:(1) 电源本身缺一相;(2) KM1或 KM3的主触点中有一个吸合不好;(3)热继电器FR1的某一发热元件烧断;(4)连接接线排和电机的电缆断一根线或某一线脱落。

  排除方法:首先把电机从电源中拆下,防止带电检修时,缺相电源使电机烧坏。然后,通电操作主令手柄到反转一档,如果电机能正常运转,说明KM1的主触点有问题。停电,修复不通的某一主触点。如果电机仍然不转,用万用表的交流500V档带电检测线的主触点的出线端两两之间的电压,如有问题,修复问题主触点;否则再测试热继电器FR1发热元件的出线端的电压是否正常。如有问题,断电用欧姆档测试发热元件的电阻,判断是否烧断。主电路的故障比较好找。

  真实故障:最终发现问题出在热继电器FR1发热元件烧断一个造成电源缺相,使电机无法起动。

  锚机主令手柄在0位,通电发现零压继电器有电吸合,但实际操作任一档,没反应,电机不转

  原理分析:手柄在零档,SA1通,FR1和FR2触点常闭,零压继电器有电吸合,其常开触点闭合,实现自锁。

  故障分析:既然零位时,零压继电器有电吸合,说明SA1和FR1、FR2均没问题,问题可能出在其自锁触点和其连线上。

  排除方法:用导线短接其“自锁触点”两端,再操作主令开关,若一切正常,则故障排除;否则拆开两端联线,用万用表欧姆档分别测“触点”两端和SA1两端是否通。

  真实故障:零压继电器常开“自锁触点”无法接通,动触点移位,无法和两静触点同时通。