楊　誠，鄧智勇，操喜峰，鐘汶岑，田　凡，蹇安安

（武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，湖北　武漢 430064）

船用中壓側(cè)推起動(dòng)器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

楊誠，鄧智勇，操喜峰，鐘汶岑，田凡，蹇安安

（武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，湖北武漢 430064）

系統(tǒng)闡述中壓側(cè)推起動(dòng)器在船舶領(lǐng)域的設(shè)計(jì)應(yīng)用。系統(tǒng)采用自耦降壓啟動(dòng)方式控制，方案穩(wěn)定可靠，能有效防止因起動(dòng)電流過大給同回路主電網(wǎng)造成較大的電壓降，從而影響其他并聯(lián)在電網(wǎng)中的設(shè)備正常使用的情況出現(xiàn)。介紹中壓側(cè)推起動(dòng)器工作原理，主要由安全啟動(dòng)原理、緊急停止工作原理、報(bào)警信號(hào)原理 3 部分組成。

中壓電機(jī)；側(cè)推起動(dòng)器；自耦降壓啟動(dòng)；緊急停止

0　引　言

船舶電氣化經(jīng)歷較長時(shí)間發(fā)展。在蒸汽機(jī)時(shí)代，船舶上的電能僅用來照明，電站總功率只有幾十千瓦，采用直流電制；到 20 世紀(jì) 60 年代，蒸汽機(jī)逐步被內(nèi)燃機(jī)取代，同一時(shí)期，船舶電力系統(tǒng)中直流電制也逐步被交流電制取代；發(fā)展到這一階段，船上除主機(jī)和發(fā)電柴油機(jī)外，其他絕大部分船舶輔機(jī)設(shè)備都實(shí)現(xiàn)了電力驅(qū)動(dòng)，船舶電氣時(shí)代正式到來，此時(shí)基本上所有的船舶電力系統(tǒng)都采用了低壓交流系統(tǒng)；隨著技術(shù)的進(jìn)步和人類發(fā)展需求的不斷變化，大型集裝箱船、油輪、豪華游輪、客貨滾裝船等大噸位船型的大功率推進(jìn)器的應(yīng)用越來越多。為突破船舶低壓用電的局限性，中壓設(shè)備的應(yīng)用必將是船舶電氣未來的發(fā)展趨勢。

1　船舶側(cè)向推進(jìn)器

船舶側(cè)向推進(jìn)器一般分為首側(cè)推和尾側(cè)推，主要用于側(cè)推器的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力裝置。側(cè)推器的作用主要是：提高船舶操縱性能，特別是航速為 0 或航速很慢時(shí)的操作性能；縮短船舶靠離碼頭的時(shí)間；節(jié)約拖船費(fèi)用；提高船舶機(jī)動(dòng)航行時(shí)的安全性；減少主機(jī)啟動(dòng)、換向次數(shù)，延長主機(jī)使用壽命。側(cè)推器的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力裝置一般采用大功率低壓電機(jī)或經(jīng)過升壓變壓器升壓后驅(qū)動(dòng)中壓電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，來驅(qū)動(dòng)一個(gè)可變距槳葉；通過調(diào)節(jié)變距槳的槳葉角，即改變螺距的大小達(dá)到控制側(cè)推力的方向和大??；而螺距的控制器一般安裝在變距槳槳?dú)さ膬?nèi)部，具體實(shí)現(xiàn)方法是從操作指令到液壓機(jī)構(gòu)全部采用電氣信號(hào)的傳輸方式，然后通過電-液信息變換以控制所要求的螺距角度值（見圖1）。

1.1船用中壓電機(jī)起動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

1）CCS 船級(jí)社規(guī)范。船用中壓電機(jī)起動(dòng)控制系統(tǒng)需滿足《中國船級(jí)社鋼制海船入級(jí)規(guī)范（2012）》、《中國船級(jí)社產(chǎn)品檢驗(yàn)指南（2012）》等規(guī)范要求。

2）兼容性及通用性。系統(tǒng)具有一定的兼容性及通用性，通過配套遙控系統(tǒng)控制，能夠適用于大噸位不同船型不同型號(hào)的大功率推進(jìn)系統(tǒng)。

圖1　船舶側(cè)向推進(jìn)器系統(tǒng)示意圖Fig.1　Ship lateral thruster system diagram

3）系統(tǒng)供電電壓。為系統(tǒng)供電電壓：AC1 kV ＜U＜AC15 kV，如有特殊需要，經(jīng)相關(guān)船級(jí)社同意可采用更高的電壓。

4）系統(tǒng)內(nèi)供電隔離。電壓超過 1 kV 的中高壓電氣設(shè)備和低壓設(shè)備不應(yīng)組合在同一外殼（柜）內(nèi)，除非采取隔離或其他合適的措施，以確保人員能夠無危險(xiǎn)地接近低壓電氣設(shè)備。

5）電氣間隙和爬電距離。中高壓電氣設(shè)備的電氣間隙和爬電距離應(yīng)符合下述要求：若電壓為表1 所列電壓的中間值，則應(yīng)取電壓高的這一檔次值，最小電氣間隙見表1。

表1　最小電氣間隙Tab.1　Minimum clearances

爬電距離：帶電部件之間及帶電部件與接地金屬部件之間的爬電距離，應(yīng)符合相關(guān) IEC 出版物關(guān)于系統(tǒng)的額定電壓、絕緣材料特性和開關(guān)及故障時(shí)產(chǎn)生瞬間過電壓的規(guī)定；有開關(guān)設(shè)備的匯流排分段上的非標(biāo)準(zhǔn)部件，最小爬電距離應(yīng)至少 25 mm/kV，在限流設(shè)備后 16 mm/kV。

1.2船用中壓電機(jī)起動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和應(yīng)用

本裝置由多種電氣元件組成，分為啟動(dòng)控制柜和機(jī)旁控制箱，其重要部件由隔離開關(guān)、高壓真空接觸器、自耦變壓器、控制繼電器及按鈕指示燈等組成。

系統(tǒng)啟動(dòng)過程中，通過控制接觸器的動(dòng)作時(shí)間及吸合先后循序，將自耦變壓器串入回路，通過自耦降壓起動(dòng)方式平穩(wěn)起動(dòng)中壓電機(jī)，起動(dòng)時(shí)可有效地降低起動(dòng)的電流和壓降，對(duì)同一電網(wǎng)的沖擊小，穩(wěn)定性能好。

船用中壓電機(jī)起動(dòng)控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于大噸位船舶頻繁的靠離岸、狹窄航道或港灣中低速運(yùn)行船舶舵效降低時(shí)提高船舶的操縱性能、動(dòng)力定位系統(tǒng)及電力推進(jìn)系統(tǒng)。

1.3主要組成元件

1）隔離開關(guān)。主回路進(jìn)線隔離開關(guān)主要是將電源和用電設(shè)備進(jìn)行隔離，在檢修柜內(nèi)設(shè)備時(shí)能有效就地切斷柜內(nèi)電源，確保安全的進(jìn)行檢修；隔離開關(guān)要求必須有明顯、可見的斷點(diǎn)，對(duì)切斷負(fù)荷能力沒有要求；隔離開關(guān)必須在不帶負(fù)荷或帶較小負(fù)荷的情況下進(jìn)行操作，不能作為負(fù)荷開關(guān)使用。

2）高壓真空接觸器。用于遠(yuǎn)距離頻繁起動(dòng)或控制交流電動(dòng)機(jī)，以及接通、分?jǐn)嗾９ぷ鞯闹麟娐泛涂刂齐娐罚黄湟哉婵諡闇缁〗橘|(zhì)，主觸點(diǎn)密封在特制的真空滅弧管內(nèi)；當(dāng)操作線圈通電時(shí)，銜鐵吸合，在觸點(diǎn)彈簧和真空管自閉力的作用下觸點(diǎn)閉合；操作線圈斷電時(shí)，反力彈簧克服真空管自閉力使銜鐵釋放，觸點(diǎn)斷開；真空接觸器具有噪聲小、滅弧能力強(qiáng)、無電弧外噴、耐壓性能好、使用壽命長、體積小、可頻繁操作等優(yōu)點(diǎn)。

3）自耦變壓器。自耦變壓器是只有一個(gè)繞組的變壓器，當(dāng)作為降壓變壓器使用時(shí)，從繞組中抽出一部分線匝作為二次繞組；當(dāng)作為升壓變壓器使用時(shí)，外施電壓只加在繞組的一部分線匝上。通常把同時(shí)屬于一次和二次的那部分繞組稱為公共繞組，其余部分稱為串聯(lián)繞組，同容量的自耦變壓器與普通變壓器相比，不但尺寸小，而且效率高，并且變壓器容量越大，電壓越高，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)就越加突出。因此隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展、電壓等級(jí)的提高和輸送容量的增大，自耦變壓器由于其容量大、損耗小、造價(jià)低而得到廣泛應(yīng)用。

4）可編程報(bào)警器模塊。LUXCO 公司 SA-PSM 系列可編程報(bào)警器模塊可根據(jù)需求選擇輸入輸出開關(guān)量組數(shù)，其每組輸入通道和輸出通道一一對(duì)應(yīng)，可以很直觀地判別通道的動(dòng)作情況，此報(bào)警器還配置有調(diào)節(jié)輸出頻率的旋鈕，可實(shí)現(xiàn)輸出報(bào)警指示燈的快閃、慢閃功能，還配置有使能輸入和測試通道，相應(yīng)可實(shí)現(xiàn)試燈和報(bào)警復(fù)位功能，具有較強(qiáng)的控制能力。

5）控制繼電器?？刂评^電器線圈按電壓可分為不同等級(jí)，一般有 DC24 V、AC220 V、AC380 V、AC415 V、AC440 V、AC690 V 等電壓等級(jí)，當(dāng)在線圈兩端加上額定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合；當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力下返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放；這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的；對(duì)于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。繼電器一般有 2 股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。

1.4系統(tǒng)啟動(dòng)方式分析

籠型異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法有以下 2 種：

1）直接啟動(dòng) 。用刀開關(guān)或接觸器將電動(dòng)機(jī)定子繞組直接接到額定電壓的電網(wǎng)上，所以直接啟動(dòng)就是全壓啟動(dòng)。從電動(dòng)機(jī)本身來說，三相籠型異步電動(dòng)機(jī)都允許直接啟動(dòng)。直接啟動(dòng)方法的應(yīng)用主要受到電源容量的限制，若電源容量不夠大，則電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流可能是線路電壓顯著下降，影響接在同一線路上的其他電動(dòng)機(jī)或電氣設(shè)備的正常工作。一般情況下，只要直接啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流在電網(wǎng)中引起的電壓降不超過 10%～15%，就允許采用直接啟動(dòng)。一般規(guī)定，異步電動(dòng)機(jī)的功率小于 7.5 kW 時(shí)允許直接啟動(dòng)；如果功率大于 7.5 kW，而電網(wǎng)容量較大，能滿足式（1）的電動(dòng)機(jī)也可以直接啟動(dòng)，即

式中：SN為電源總?cè)萘?，kV·A；PN為電動(dòng)機(jī)額定容量，kW。

直接啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)設(shè)備和操作方法簡單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)時(shí)間短，易于維護(hù)，設(shè)備故障率低，缺點(diǎn)在于啟動(dòng)電流很大，啟動(dòng)時(shí)會(huì)在電機(jī)定子線圈和轉(zhuǎn)子鼠籠條上產(chǎn)生大量的焦耳熱，破壞繞組的絕緣性能，降低電機(jī)的使用壽命，由于其啟動(dòng)時(shí)的全壓和大電流，對(duì)同網(wǎng)配電系統(tǒng)的容量有很高的要求。

2）降壓啟動(dòng) 。當(dāng)直接啟動(dòng)不能滿足要求時(shí)，應(yīng)采用降低定子電壓的啟動(dòng)方法以限制啟動(dòng)電流。啟動(dòng)時(shí)，通過啟動(dòng)設(shè)備使加到電動(dòng)機(jī)上的電壓小于額定電壓，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定數(shù)值時(shí)，再使電動(dòng)機(jī)承受額定電壓，保證電動(dòng)機(jī)在額定電壓下穩(wěn)定工作。有以下 3 種常用啟動(dòng)方法：

① 自耦變壓器降壓啟動(dòng)。自耦變壓器用作電動(dòng)機(jī)降壓啟動(dòng)時(shí)，稱為自耦補(bǔ)償啟動(dòng)器。三相籠型異步電動(dòng)機(jī)采用自耦降壓啟動(dòng)的接線如圖2所示。

圖2　自耦降壓啟動(dòng)接線圖Fig.2　Auto-voltage start wiring diagram

圖中 AT 為自耦變壓器。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，KM1 打開，KM2 和 KM3 閉合，電源電壓經(jīng)過自耦變壓器降壓后加到電動(dòng)機(jī)上，限制了啟動(dòng)電流；當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高到接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，KM2 和 KM3 斷開，KM1 閉合，自耦變壓器被切除，電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)行。對(duì)電動(dòng)機(jī)采用自耦變壓器啟動(dòng)和全壓啟動(dòng)比較如下。

設(shè)電網(wǎng)電壓 UN和 I'st分別為自耦變壓器一次側(cè)相電壓和電流，即電網(wǎng)相電壓和電流；U'和 Ist分別為自耦變壓器二次側(cè)的電壓和電流，即電動(dòng)機(jī)的定子電壓和電流；N1和 N2分別為自耦變壓器的一、二次繞組匝數(shù)，kA為自耦變壓器電壓比，kA＜1。由變壓器原理得

設(shè) IKN為電動(dòng)機(jī)全壓啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流，則

再利用變壓器原理得

將上面兩式相乘，整理得：

另外，由于 U'=kAUN，T∝U2，如果設(shè)為全壓啟動(dòng)時(shí)得啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，則自耦變壓器降壓啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：

式（2）～式（4）分別表明，采用自耦變壓器降壓啟動(dòng)時(shí)的相電壓 U' 降為電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)額定相電壓UN的 kA倍（kA小于 1），啟動(dòng)電流 I'st降低到直接啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流 IKN的倍，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 T'st也降為直接啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 TKN的 kA2倍。

自耦變壓器降壓啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：電壓抽頭可供不同負(fù)載啟動(dòng)時(shí)選擇，啟動(dòng)時(shí)有效降低了啟動(dòng)電流和壓降，對(duì)同一電網(wǎng)其他設(shè)備沖擊小，穩(wěn)定性好；缺點(diǎn)是體積大、成本較高，需維護(hù)檢修，且多半用于不頻繁使用的負(fù)載電機(jī)。

② 降壓啟動(dòng)。Y（星形）-Δ（三角形）換接啟動(dòng)方法只適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為Δ接法并有 6 個(gè)出線端頭的籠型電動(dòng)機(jī)。為減小啟動(dòng)電流，啟動(dòng)時(shí)將定子繞組改接成 Y 形，降低每相電壓，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)再改成Δ形，其原理接線如圖3所示。

圖3　星三角降壓啟動(dòng)接線圖Fig.3　Y-ΔBuck started wiring diagram

啟動(dòng)時(shí)，合上接觸器觸點(diǎn) KM1，再把 KM2 合到 Y端，定子繞組接成 Y 形，每相繞組加的相電壓為線電壓的，啟動(dòng)電流減小。待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高到接近額定轉(zhuǎn)速，再把 KM2 合到△端，定子繞組改接成△形，所加電壓為線電壓，電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)行。

若電動(dòng)機(jī)每相阻抗為 ZK，三相繞組 Y 連接啟動(dòng)，則電網(wǎng)提供電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流為

若電動(dòng)機(jī)三相繞組Δ形連接時(shí)直接啟動(dòng)，則繞組相電壓為電源電壓，定子繞組每相啟動(dòng)電流為，電網(wǎng)提供電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流為：

將式（5）與式（6）相比，得到 2 種啟動(dòng)電流比值為：

Y-Δ啟動(dòng)時(shí)的降壓倍數(shù)為：

Tst∝U21

根據(jù)，所以 Y 形接線時(shí)與Δ接線時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩比值為：

可見采用 Y-Δ換接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩都減小到直接啟動(dòng)時(shí)的 1/3。

Y-Δ換接啟動(dòng)的最大優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)電流小、啟動(dòng)設(shè)備簡單、成本低、體積小、重量輕、操作方便，所以Y 系列容量等級(jí)在 4 kW 以上的小型三相籠型異步電動(dòng)機(jī)都設(shè)計(jì)成Δ形連接，以便采用 Y-Δ換接啟動(dòng)。缺點(diǎn)是只適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為Δ形連接的電動(dòng)機(jī)，并且只有一種固定的降壓比；啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩只有Δ形直接啟動(dòng)時(shí)的 1/3，因此只適用于電動(dòng)機(jī)輕載或空載啟動(dòng)。

③ 軟啟動(dòng)器。三相籠型異步電動(dòng)機(jī)還有一種新型的降壓啟動(dòng)方法——軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，目前已得到廣泛應(yīng)用。軟啟動(dòng)就是運(yùn)用串接于電源與被控電機(jī)之間的軟啟動(dòng)器，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升，電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加，直至啟動(dòng)結(jié)束，電機(jī)全電壓運(yùn)行。圖4 所示為晶閘管交流開關(guān)用于電機(jī)啟動(dòng)的主電路圖。

圖4　軟啟動(dòng)接線圖Fig.4　Soft start wiring diagram

電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，6 個(gè)晶閘管構(gòu)成的交流開關(guān)電路工作，控制電機(jī)繞組電壓按設(shè)定比率上升，當(dāng)電樞電壓上升至額定值時(shí)，自動(dòng)切換使交流開關(guān)停止工作，交流接觸器投入工作。采用軟啟動(dòng)器將降低啟動(dòng)電流，減少對(duì)電網(wǎng)的干擾。用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)時(shí)電壓沿斜坡上升，升至全壓的時(shí)間可在 0.5～60 s 之間設(shè)定。

這種啟動(dòng)方式是通過調(diào)節(jié)正反并聯(lián)可控硅導(dǎo)通角的辦法來調(diào)節(jié)電機(jī)的端電壓，使電機(jī)電壓逐漸上升，達(dá)到壓降軟啟動(dòng)的目的，它限制了電機(jī)的啟動(dòng)電流，減小了啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，降低了非正常停機(jī)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率；而中壓電機(jī)軟啟動(dòng)由于受到可控硅器件耐壓的限制，中壓電機(jī)軟啟動(dòng)的問題一直未能得到很好的解決，采用這種啟動(dòng)方式的軟啟動(dòng)裝置對(duì)元器件特性參數(shù)的一致性要求很高，元器件的篩選率很低，極易造成整串元器件的損壞。

基于以上分析和國內(nèi)外相關(guān)應(yīng)用研究，從安全穩(wěn)定性和可靠性考慮，船用中壓電機(jī)起動(dòng)控制系統(tǒng)采用自耦降壓啟動(dòng)方式啟動(dòng)電機(jī)。

2　船用中壓電機(jī)起動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理

2.1電機(jī)的安全啟停

根據(jù)操作者所在的本地或者駕控臺(tái)給出的啟動(dòng)信號(hào)，在啟動(dòng)條件（包括槳角零位、輔機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)、主配電板大負(fù)荷啟動(dòng)應(yīng)答、無任何報(bào)警）滿足要求的情況下，通過自耦降壓啟動(dòng)的方式安全啟動(dòng)側(cè)推主電機(jī)；在本地和駕控臺(tái)都能停止主電機(jī)；緊急情況下本地和遙控都能急停主電機(jī)。

將控制位置轉(zhuǎn)換開關(guān)置位于“本地”，相應(yīng)本地指示燈亮。遙控上的按鈕并不能啟動(dòng)和停止輔機(jī)和主電機(jī)；

操作遙控，閉合風(fēng)機(jī)啟動(dòng)開關(guān)，風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)指示燈亮；

操作遙控，閉合發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)，功率允許指示燈亮；

操作本地運(yùn)行開關(guān)，置位于油泵啟動(dòng)檔位，油泵運(yùn)轉(zhuǎn)指示燈，遙控上油泵運(yùn)轉(zhuǎn)指示燈，油泵接觸器閉合，油泵電機(jī)得電；

閉合端子上主配電板合閘信號(hào)開關(guān)，主配電板合閘信號(hào)燈亮；

操作遙控，閉合槳角零位開關(guān)，啟動(dòng)準(zhǔn)備完畢燈亮。

操作本地運(yùn)行開關(guān)置位于主電機(jī)啟動(dòng)，KM2/KM3接觸器吸合，到達(dá)設(shè)定時(shí)間后切斷 KM2/KM3，吸合KM1 主接觸器，自耦降壓啟動(dòng)過程時(shí)序圖見圖5，啟動(dòng)完成后啟動(dòng)準(zhǔn)備完畢指示燈熄滅，主電機(jī)運(yùn)行指示燈亮，運(yùn)行計(jì)時(shí)器 RHM 開始計(jì)數(shù)。

操作本地運(yùn)行開關(guān)置位于油泵啟動(dòng)，主電機(jī)停止，啟動(dòng)準(zhǔn)備完畢指示燈亮，主電機(jī)運(yùn)行指示燈熄滅，運(yùn)行計(jì)時(shí)器 RHM 停止。

2.2緊急停止

緊急停止作為應(yīng)急設(shè)備，其特殊性要求在任何時(shí)刻都能響應(yīng)。故此，在設(shè)計(jì)時(shí)，不遵循控制方式，即在本地控制亦可觸發(fā)遙控面板上的緊急停止，反之亦然。

為防止在排錯(cuò)時(shí)電機(jī)突然運(yùn)轉(zhuǎn)，在緊急停止中設(shè)置了安全啟動(dòng)方式，即當(dāng)緊急停止后，必須進(jìn)行復(fù)位，方可再次啟動(dòng)電機(jī)，否則對(duì)主電機(jī)啟動(dòng)信號(hào)不響應(yīng)。其原理如圖5 所示。

圖5　自耦降壓啟動(dòng)控制時(shí)序圖Fig.5　Auto-voltage start control timing chart

在任何情況下，緊急停止按鈕都必須可以觸發(fā)主電機(jī)急停。緊急停止電機(jī)后，為了防止誤操作，在未回復(fù)置位到停止（本地）或觸發(fā)輔機(jī)停止（遙控）之前，主電機(jī)對(duì)啟動(dòng)信號(hào)不響應(yīng)，即安全啟動(dòng)。

本地啟動(dòng)電機(jī)并由本地產(chǎn)生緊急停止信號(hào)范例如下：

將控制位置轉(zhuǎn)換開關(guān)置位于“本地”，相應(yīng)本地指示燈亮。啟動(dòng)本地運(yùn)行開關(guān)置位于主電機(jī)運(yùn)行，至電機(jī)達(dá)到額定電流。

觸發(fā)緊急停止按鈕，電機(jī)停止運(yùn)行，緊急停止指示燈亮，集中報(bào)警燈亮；觸發(fā)報(bào)警復(fù)位，緊急停止指示燈熄滅，集中報(bào)警燈熄滅。

2.3系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)

報(bào)警信號(hào)共有 9 個(gè)（主電機(jī)過載、主電機(jī)啟動(dòng)失敗、低油位、低油壓、油泵電機(jī)過載、主電機(jī)絕緣低、主電機(jī)高溫、主電機(jī)急停、啟動(dòng)次數(shù)過多），可根據(jù)需要設(shè)定是否觸發(fā)緊急停止。

主電機(jī)過載報(bào)警：當(dāng)出現(xiàn)主電機(jī)過載信號(hào)時(shí)，主電機(jī)過載報(bào)警燈亮；排除故障后，先復(fù)位熱過載繼電器，然后觸發(fā)本地的報(bào)警復(fù)位按鈕，主電機(jī)過載報(bào)警燈熄滅。

主電機(jī)啟動(dòng)失敗報(bào)警：當(dāng)主接觸器沒有返回閉合信號(hào)，在 25 s 內(nèi)，啟動(dòng)準(zhǔn)備完畢燈亮，主電機(jī)運(yùn)行燈不亮；25 s 后，啟動(dòng)失敗報(bào)警燈亮；排除故障后，觸發(fā)本地的報(bào)警復(fù)位按鈕，啟動(dòng)失敗報(bào)警燈熄滅。

低油位報(bào)警：當(dāng)出現(xiàn)低油位信號(hào)時(shí)，等待 5 s 后，低油位報(bào)警燈亮；排除故障后，觸發(fā)本地的報(bào)警復(fù)位按鈕，低油位報(bào)警燈熄滅。

低油壓報(bào)警：當(dāng)出現(xiàn)油泵低壓信號(hào)時(shí)，等待 3 s后，油泵低壓報(bào)警燈亮；排除故障后，觸發(fā)本地的報(bào)警復(fù)位按鈕，油泵低壓報(bào)警燈熄滅。

油泵過載報(bào)警：當(dāng)出現(xiàn)油泵過載信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，油泵過載報(bào)警燈亮；排除故障后，先復(fù)位熱過載繼電器，然后觸發(fā)本地的報(bào)警復(fù)位按鈕，油泵過載報(bào)警燈熄滅。

主電機(jī)絕緣低報(bào)警：當(dāng)出現(xiàn)主電機(jī)絕緣低信號(hào)時(shí)，主電機(jī)絕緣低報(bào)警燈亮；排除故障后，觸發(fā)本地的報(bào)警復(fù)位按鈕，主電機(jī)絕緣低報(bào)警燈熄滅。

主電機(jī)高溫報(bào)警：當(dāng)出現(xiàn)主電機(jī)高溫信號(hào)時(shí)，主電機(jī)高溫報(bào)警燈亮；排除故障后，觸發(fā)本地的報(bào)警復(fù)位按鈕，主電機(jī)高溫報(bào)警燈熄滅。

圖6　緊急停止工作原理圖Fig.6　Emergency Stop Working Principle

主電機(jī)急停報(bào)警：在任意操作位置觸發(fā)主電機(jī)急停信號(hào)，主電機(jī)急停報(bào)警燈亮；報(bào)警復(fù)位后，觸發(fā)本地的報(bào)警復(fù)位按鈕，主電機(jī)急停報(bào)警燈熄滅。

啟動(dòng)次數(shù)過多報(bào)警：為保護(hù)自耦變壓器和電機(jī)頻繁啟動(dòng)過熱，此報(bào)警設(shè)置為在 30 min 內(nèi)只允許啟動(dòng)主電機(jī) 3 次，超過 3 次啟動(dòng)會(huì)觸發(fā)啟動(dòng)次數(shù)過多報(bào)警；報(bào)警復(fù)位后，觸發(fā)本地的報(bào)警復(fù)位按鈕，啟動(dòng)次數(shù)過多報(bào)警燈熄滅。

3　結(jié)　語

本文依據(jù)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)依據(jù)，總結(jié)和汲取國內(nèi)外船舶中壓電氣的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)比分析中壓電機(jī)的幾種啟動(dòng)方式以及結(jié)合船舶現(xiàn)場實(shí)際工況，最終選擇最優(yōu)的自耦降壓啟動(dòng)方式設(shè)計(jì)系統(tǒng)，系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)功能包含系統(tǒng)的安全啟?？刂?、系統(tǒng)的急停控制以及系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)控制。

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Design and application of marine MV thruster starter

YANG Cheng，DENG Zhi-yong，CAO Xi-feng，ZHONG Wen-cen，TIAN Fan，JIAN An-an
（Wuhan Second Ship Design and Research Institute，Wuhan 430064，China）

This paper describes the MV side thruster starter in the field of ship design applications，systems typically use auto-voltage start-up mode starting thruster main motor，so reliable，can effectively prevent excessive inrush current caused by a large voltage to the main power grid drop，thereby affecting other parallel in the case of the power grid in the normal use of the device appears.Article on the MV side thruster starter working principle in detail，mainly by the principle of safe start，emergency stop works，alarm principle of three parts.

MV motors；thruster starter；auto-voltage star；emergency stop

U665.13

A

1672-7619（2016）06-0122-06

10.3404/j.issn.1672-7619.2016.06.025

2015-12-22；

2016-02-29

楊誠（1968-），男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究工作。