船舶电气设备及系统大连海事大学-第09章-船舶甲板机械电力拖动及其电气控制.pptx
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1、船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第九章第九章 船舶甲板机械电力拖动及其电气控制船舶甲板机械电力拖动及其电气控制本章主要讲解内容本章主要讲解内容第一节第一节 船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法第二节第二节 起货机的电力拖动与控制的基本要求起货机的电力拖动与控制的基本要求第三节第三节 起货机的电力拖动控制线路分析起货机的电力拖动控制线路分析第四节第四节 锚机和系缆设备的电力拖动与控制锚机和系缆设备的电力拖动与控制船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第一节第一节 船舶
2、甲板机械的特点及驱动与控制方法船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法 当今各类运输船舶通常将锚机、绞缆机和起货机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。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
3、编程在电气控制回路中,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。提高了系统的自动化程度。返回船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系一、电动甲板机械一、电动甲板机械 1 1船舶甲板机械的工况特点船舶甲板机械的工况特点 2 2调速要求调速要求 3 3工作的可靠性要求高工作的可靠性要求高 4 4对电气设备的要求对电气设备的要求 船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一
4、轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 1船舶甲板机械的工况特点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,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。量来确定的。船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程
5、学院船电系2 2调速要求调速要求 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要求并不高。一般要求调速范围在1:8-1:101:8-1:10左左 右。至于特性的硬度、静差率以及动态性能方面的右。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
6、制器和单片机引入到控制系统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。中来,使其调速系统更为可靠,性能更佳。船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系3工作的可靠性要求高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,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,尽最大可能保持要求故障部分能迅速恢
7、复和切除,尽最大可能保持供电和继续运行。供电和继续运行。船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系4 4对电气设备的要求对电气设备的要求 对船舶的甲板机电设备有以下几点要求:对船舶的甲板机电设备有以下几点要求:(1 1)通用性通用性,同一用途的设备应具有同一规格,同一用途的设备应具有同一规格,以保证良好的互换性。以保证良好的互换性。(2 2)抗干扰性抗干扰性,目前电力电子器件在船舶中大,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备和微机系统的电磁兼容
8、性以保证这些系统的正常工作。正常工作。(3 3)环境条件环境条件,要求机电设备能承受船舶在航,要求机电设备能承受船舶在航行中发生的振动和冲击力,以及环境温度的变行中发生的振动和冲击力,以及环境温度的变化。化。船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系二、液压甲板机械二、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。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
9、击性负荷和平稳,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。较高,制造安装比较复杂,维护管理工作量相对大。表表 9-19-1为甲板机械两种驱动方式的性能及有关情为甲板机械两种驱动方式的性能及有关情况。况。船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系表表9-1 9-1 甲板机械两种驱动方式的比较甲板机械两种驱动方式的比较适用范适用范围围各类各类
10、工程工程船舶船舶的选的选用用对船舶电站对船舶电站容量的要求容量的要求起动起动特性特性调速调速特性特性运行特运行特性性制造制造成本成本及可及可靠性靠性技术技术发展发展趋向趋向维护维护管理管理电电气气传传动动油船、油船、化学品化学品船不宜船不宜采用采用较少较少大功率装置大功率装置起动时对电起动时对电站及电网有站及电网有冲击冲击加速加速时间时间在在2 24S4S内内大多大多采用采用阶梯阶梯式式难于保难于保证平稳证平稳和抗冲和抗冲击击投资投资小,小,可靠可靠PLCPLC控控制制维修维修方便方便液液压压传传动动适用于适用于各种类各种类型船舶型船舶广泛广泛基本不冲击基本不冲击电站电站加速加速时间时间小于小
11、于2S2S无级无级调速调速速比速比范围范围大大运动平运动平稳,能稳,能抗冲击抗冲击投资投资大,大,可靠可靠电液电液复合复合机电机电一体一体维修维修工作工作量较量较大大船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系第二节第二节 起货机的电力拖动与控制的基本要求起货机的电力拖动与控制的基本要求 一、船舶起货机的类型及特点一、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,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、回转械结构的形
12、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)式起重机几式起货机(克令吊)和行走(门吊)式起重机几种类型。种类型。1.1.电动起货机的特点电动起货机的特点 2.2.电动液压起货机的特点电动液压起货机的特点返回船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系1.电动起货机的特点电动起货机的特点 电动起货机系统结构紧凑、振动、噪音较小,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。通为复杂,在管理和维护方面有一定的要求。通常采用多电动
13、机拖动或选用各种类型电动机的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。提出的要求。船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2.电动液压起货机的特点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,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而电动机维持恒速不
14、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、精度要求高,油路系统复杂,一旦管路破损、漏油不易修复。漏油不易修复。船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系二、电动起货机的结构和运行特性二、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;减速箱和离要由以下三个部分构成:电动机;减速箱和离合器组成
15、的传动机构及卷筒;电磁合器组成的传动机构及卷筒;电磁/机械刹车机械刹车装置与吊杆等。装置与吊杆等。船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系1吊杆式起货机吊杆式起货机 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幅的起货电动起货机是一种具有电动回转和变幅的起货机,见机,见图图9-1。双杆式电动起货机是采用两台起货机在起货过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,见程中相互配合进行工作的,见图图9-2。双杆吊货的工作过程见双杆吊货的工作过程见图图9-3。船舶电气设
16、备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系返回单杆式电动起货机结构图单杆式电动起货机结构图 双杆式电动起货机结构图双杆式电动起货机结构图 船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系图图9-3双杆吊货时电动机负载图双杆吊货时电动机负载图返回船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 由图由图9-39-3可见,起货电动机是重复短期工作,所以可见,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制用百分数J
17、CJC值表示,称为暂载率或通电持续率,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它表示在一个周期内,工作时间与一个周期时间T T之之比。比。式中:式中:t tg g为一周期内工作时间,为一周期内工作时间,t t1 1为一周内的停止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时间。船舶起货机采用的电动机的暂载率一般为15%15%,20%20%,25%25%,40%40%。一个周期的时间一般不超过。一个周期的时间一般不超过1010分分钟。钟。船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2回转式电动起货机回转式电动起
18、货机 回转式起货机(克令吊)它包括提升、变幅和回转式起货机(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。拖动,也可以用电动液压装置拖动。如如图图9-4,是克令吊结构示意图,图中,是克令吊结构示意图,图中1是提是提升机构电动机,升机构电动机,2是变幅机构电动机,是变幅机构电动机,3是旋转是旋转机构电动机。通常可操作两个机构同时运转,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。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回转式起货机的吊货过程可以用简化的负载
19、图来表示,见来表示,见图图9-5。图中纵坐标。图中纵坐标 ,分别分别为提升机构,回转机构和变幅机构的电动机轴为提升机构,回转机构和变幅机构的电动机轴上的负载力矩,横坐标为时间上的负载力矩,横坐标为时间t。船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系1 1 提升机构电动机提升机构电动机 2 2 变幅机构电动机变幅机构电动机3 3 旋转机构电动机旋转机构电动机图图9-4 9-4 克令吊结构示意图克令吊结构示意图返回船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船
20、电系轮机工程学院船电系图图9-5 9-5 各电动机轴上所受力矩的各电动机轴上所受力矩的简化负载图简化负载图船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系回转式电动起货机的工作过程为回转式电动起货机的工作过程为:(1)t1时间为吊起货物阶段,同时伸距由最小到时间为吊起货物阶段,同时伸距由最小到最大。最大。(2)t2时间为继续吊货至需要高度,同时开始回时间为继续吊货至需要高度,同时开始回转。转。(3)t3时间为回转至需要位置,伸距同步由最小时间为回转至需要位置,伸距同步由最小开始变大。开始变大。(4)t4时间伸距继续变化至最大,同时开始落货。时间伸距继续变化至
21、最大,同时开始落货。(5)t5时间继续落货,直至时间继续落货,直至“到位到位”。(6)t6时间卸货,此时各电动机停止工作。时间卸货,此时各电动机停止工作。船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系(7)t7时间空钩吊上,同时伸距由最大至最小。时间空钩吊上,同时伸距由最大至最小。(8)t8时间继续吊至需要高度,同时开始回转。时间继续吊至需要高度,同时开始回转。(9)t9时间继续回转至需要位置,同时伸距由最时间继续回转至需要位置,同时伸距由最小开始变大。小开始变大。(10)t10时间伸距继续变化至最大,同时开始落时间伸距继续变化至最大,同时开始落空钩。空钩
22、。(11)t11时间继续落空钩,直至时间继续落空钩,直至“到位到位”。(12)t12时间为装货,各电动机停止工作。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。是一个工作周期,以后重复上述过程。船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系三、船舶起货机电力拖动的基本要求三、船舶起货机电力拖动的基本要求 1提高生产率提高生产率 2对调速范围的要求对调速范围的要求3对电动机型式的要求对电动机型式的要求4对控制电路的要求对控制电路的要求 船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系1提高生产
23、率提高生产率 生产率是起货机的重要指标,以每小时的起生产率是起货机的重要指标,以每小时的起货量货量(th)表示,加快提升货物的速度可提高起货表示,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,必须合理确定额定高越不安全。为了提高生产率,必须合理确定额定起货速度。起货速度。提高空钩速度可以缩短起货周期、提高生产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,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一般起货机空钩运行速度
24、比额定起货的速度高出许多。对电动起货机选用飞轮惯量(多。对电动起货机选用飞轮惯量(GD2)小的电动)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。一项有效措施。“重载低速、轻载高速重载低速、轻载高速”船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系2 对调速范围的要求对调速范围的要求 调速范围是起货机的另一重要指标。起货电调速范围是起货机的另一重要指标。起货电动机在运行过程中,既有空钩高速,又有重载动机在运行过程中,既有空钩高速,又有重载低速,要求较广的调速范围。一般低速,要求较广的调速范围。一
25、般直流起货机直流起货机调速范围为调速范围为10:1,调速性能良好;,调速性能良好;交流起货机交流起货机的调速范围为的调速范围为7:1,基本上也能满足起货的调,基本上也能满足起货的调速要求。而液压起货机的调速由液压控制实现,速要求。而液压起货机的调速由液压控制实现,拖动电动机本身不需要调速拖动电动机本身不需要调速。船舶电气设备与系统 课 件2024/4/1 周一轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系3 对电动机型式的要求对电动机型式的要求 电动起货机必须选用电动起货机必须选用防水式防水式、重复短期重复短期工作制工作制的电动机以适应甲板工作条件。直流起货机,一的电动机以适应甲板工作条件。直流起货机,
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