某船電動(dòng)電纜卷車起動(dòng)故障分析與排除

蘇顯文，王 林

（1. 大連遼南船廠，遼寧大連 116040；2. 92956部隊(duì)）

0 引言

某型船裝備兩臺(tái)電動(dòng)電纜卷車，對(duì)稱布置于01甲板的左右舷。船舶靠泊碼頭期間，船上發(fā)電機(jī)組停用，這兩臺(tái)電動(dòng)電纜卷車可將船上岸電電纜與碼頭岸電連接起來，提供船上的日常用電需求。本型電纜卷車主要由電機(jī)、減速器、卷筒、座架、離合器、電控箱、滑環(huán)式水密接線腔和遙控按鈕盒等組成，電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為YZ-132M1-4-H（帶直流制動(dòng)器），減速器型號(hào)為KWU125。在進(jìn)行碼頭系泊試驗(yàn)時(shí)，本套設(shè)備出現(xiàn)了電機(jī)不能起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的問題，從而影響到岸電電纜纏繞施工節(jié)點(diǎn)要求。通過對(duì)原理的分析和現(xiàn)場(chǎng)排查，較快速地解決了該問題，得到了船東的認(rèn)可。

1 故障現(xiàn)象

該型電纜卷車收放電纜時(shí)，卷筒的工作負(fù)荷（底層）為6 kN，收放電纜平均速度約15 m/min，電纜最大直徑為45.5 mm，拖動(dòng)電機(jī)為三相異步電機(jī)，主要參數(shù)為AC 380 V、50 Hz、功率5.5 kW、額定電流10.4 A、額定轉(zhuǎn)速1 360 r/min。

在完成相關(guān)手動(dòng)試驗(yàn)后，開始進(jìn)行電動(dòng)機(jī)空載試驗(yàn)。對(duì)于雙電纜卷筒，首先進(jìn)行電機(jī)帶單筒試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)將右卷筒離合器撥至“合”的位置，將左卷筒離合器撥至“離”的位置，并使左卷筒處于機(jī)械剎車狀態(tài)、使右卷筒機(jī)械剎車處于松開狀態(tài)，按動(dòng)按扭，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，此時(shí)發(fā)現(xiàn)卷車電機(jī)發(fā)出低頻的“嗡嗡”聲，電纜卷車無法起動(dòng)。在不清楚故障原因的情況下，為了避免電機(jī)定子繞組過載而燒毀，迅速將電源切斷，然后進(jìn)行故障分析與排除[1]。

2 故障分析

為排除此故障，首先查閱本套設(shè)備提供的相關(guān)機(jī)電設(shè)備資料，然后對(duì)本型設(shè)備操作使用說明書中規(guī)定的操作流程和步驟進(jìn)行了再次確認(rèn)，并對(duì)電控箱的工作原理進(jìn)行了分析。

通過對(duì)上述資料的分析，可以完全排除操作程序上的錯(cuò)誤。卷筒是由電動(dòng)機(jī)通過離合器、減速器和嚙合齒輪帶動(dòng)并實(shí)現(xiàn)電纜收放的，基于此前已完成的手動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果，可以排除機(jī)械傳動(dòng)方面的故障。通過縮小故障范圍，最后將故障所產(chǎn)生的原因歸在電氣方面。為此，對(duì)可能存在的電氣故障原因進(jìn)行了預(yù)判。

2.1 三相電源是否平衡及是否存在電源缺相的問題

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩M與電源電壓U的平方成正比關(guān)系，電源電壓由于線路上的壓降損耗等原因不能達(dá)到額定值時(shí)，可能會(huì)造成電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩低于機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩而不能起動(dòng)的現(xiàn)象。另外在試驗(yàn)時(shí)，由于船上的柴-電機(jī)組正在做靜態(tài)安保試驗(yàn)，因而無法對(duì)主配電板供電，試驗(yàn)電源來自碼頭岸電，碼頭岸電有時(shí)會(huì)出現(xiàn)電壓波動(dòng)現(xiàn)象，這就更有可能增加產(chǎn)生上述問題的幾率[2]。

2.2 三相整流橋故障問題

本型電纜卷車采用機(jī)械式剎車與電磁制動(dòng)相結(jié)合的雙重制動(dòng)，其中電磁制動(dòng)原理是當(dāng)電磁線圈失電時(shí)，由彈簧將剎車片壓緊在輪轂上使電機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，電磁線圈由三相整流橋提供直流電源產(chǎn)生電磁吸力。當(dāng)電磁吸力大于彈簧預(yù)緊力時(shí)，剎車片與輪轂分開，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。若電機(jī)不能起動(dòng)，可能是三相整流電路，即整流橋出現(xiàn)故障而不能為電磁線圈提供直流電源所引起的。

2.3 彈簧預(yù)緊力的調(diào)整問題

電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的快慢是由彈簧的預(yù)緊力所決定的，當(dāng)電磁吸力小于彈簧壓緊力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致剎車片不能與輪轂分開，電機(jī)就會(huì)出現(xiàn)無法起動(dòng)的現(xiàn)象。

2.4 制動(dòng)電阻R和3KM線圈的常開點(diǎn)（NO）問題

電動(dòng)電纜卷車起動(dòng)器工作原理圖如圖 1所示。通過對(duì)原理圖的分析，可知制動(dòng)器電磁線圈的電源來自電動(dòng)機(jī)三相定子繞組的“抽頭”。電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)階段時(shí)，主接觸器1KM、2KM打開，整流橋失電，為了避免制動(dòng)器線圈由于電感效應(yīng)而在電源瞬間斷開后產(chǎn)生感應(yīng)電壓擊穿整流橋，在電路中串接一個(gè)分壓電阻R。當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，起動(dòng)器中的接觸器3KM線圈的NO點(diǎn)閉合，將電阻R短接，此時(shí)制動(dòng)線圈電流最大，電磁吸力大于彈簧預(yù)緊力；當(dāng)電機(jī)制動(dòng)時(shí)，接觸器3KM線圈的NO點(diǎn)打開，電阻R與電磁線圈串聯(lián)，此時(shí)電阻R在回路中起限流作用，避免整流橋發(fā)生電擊穿。據(jù)此，可初步判斷故障原因可能在于制動(dòng)電阻R的性能和3KM線圈的常開點(diǎn)（NO）是否及時(shí)閉合。

2.5 電磁制動(dòng)器線圈是否存在斷路或接地問題

本型船制動(dòng)器上的電磁吸力是由繞制在鐵芯上的線圈通入直流電而產(chǎn)生的。如果電磁制動(dòng)器線圈出現(xiàn)斷路，則不能產(chǎn)生電流，即不能產(chǎn)生電磁力；如果電磁制動(dòng)器線圈存在接地問題，則會(huì)由于產(chǎn)生漏電流而使電磁吸力不足，難于將彈簧拉起，以致電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)。

3 故障解決方案

基于以上的分析判斷，對(duì)各項(xiàng)故障問題點(diǎn)進(jìn)行逐一測(cè)試和排除，最后得到正確的判斷，從而迅速地排除了故障。

3.1 對(duì)三相電源是否平衡及是否存在缺相問題的判斷

將電動(dòng)機(jī)接線盒打開，利用萬用表測(cè)量任意兩線間的電壓，其數(shù)值均為380 V，而后用鉗形表快速測(cè)量每線的電流值，其電流均為11 A，因此電源電壓和缺相問題就此排除。（注：快速測(cè)量電流的原因是：避免電機(jī)在堵轉(zhuǎn)情況下，三相定子繞組長(zhǎng)時(shí)間通電而燒毀繞組[3]。）

3.2 對(duì)三相整流橋故障的判斷

將整流橋上的二橋管拆下，將萬用表的功能選擇開關(guān)撥至歐姆檔，然后將紅、黑表筆分別與二極管的陽極和陰極接觸，測(cè)量陽極和陰極之間的正向和反向電阻值（測(cè)量時(shí)應(yīng)注意表筆的極性）。通過比較二者之間的阻值差與產(chǎn)品樣本上的技術(shù)參數(shù)后，確定二極管未被擊穿，性能正常，因此可以排除整流橋問題。

圖1 電動(dòng)電纜卷車起動(dòng)器工作原理圖

3.3 對(duì)彈簧預(yù)緊力的調(diào)整的判斷

彈簧壓緊力的大小直接關(guān)系到電機(jī)制動(dòng)快慢和制動(dòng)器剎車片的磨損問題。根據(jù)使用說明書的要求，將彈簧預(yù)緊力調(diào)到最小后重新起動(dòng)，但電機(jī)仍出現(xiàn)不能起動(dòng)的問題，因此可以暫時(shí)排除彈簧預(yù)緊力過大的問題。故障問題的焦點(diǎn)集中在電磁吸力方面。

3.4 對(duì)電磁吸力問題的判斷

根據(jù)圖 1分析，認(rèn)為影響電磁吸力的原因有如下幾點(diǎn)：1）電磁制動(dòng)器線圈存在斷路或接地；2）整流橋整流后輸出的直流電壓不滿足要求；3）串聯(lián)在整流橋線路中的電阻R的工作狀態(tài)影響了整個(gè)線路。為此通過以下測(cè)量和檢驗(yàn)方法對(duì)上述問題點(diǎn)進(jìn)行排查。

首先檢測(cè)電磁制動(dòng)器線圈是否存在斷路或接地。使用萬用表測(cè)量線圈的電阻值，使用500 V兆歐表測(cè)量線圈對(duì)地電阻，通過測(cè)量發(fā)現(xiàn)：線圈阻值與技術(shù)資料中的參數(shù)一致，因此可以排除線圈的斷路或接地問題。

其次檢測(cè)整流橋整流后輸出的直流電壓。根據(jù)設(shè)備資料上提供的技術(shù)參數(shù)，制動(dòng)器線圈為DC 110 V、1.5 A，將直流電壓表與電磁線圈并聯(lián)，將直流電流表串入線圈中。由于三相整流橋電源來自電動(dòng)機(jī)的定子繞組，為了避免試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)時(shí)間通電可能導(dǎo)致定子繞組出現(xiàn)過載，所以另接一副交流電源供到整流橋上。經(jīng)檢測(cè)，得到制動(dòng)器線圈為DC110 V、1.5 A，滿足技術(shù)要求，從而可以證明電磁吸力是滿足使用要求的。

最后判斷串聯(lián)在整流橋線路中的電阻R的工作狀態(tài)是否影響了整個(gè)線路。根據(jù)以上分析，串聯(lián)在制動(dòng)器線圈中的電阻器對(duì)電磁吸力的大小起到關(guān)鍵作用。起動(dòng)時(shí)，接觸器KM的輔助觸點(diǎn)將電阻器短接，從而使電磁吸力最大；制動(dòng)時(shí)，輔助觸點(diǎn)打開，電阻串聯(lián)到制動(dòng)器線圈中，以減緩電磁制動(dòng)器線圈兩端產(chǎn)生的自感電壓對(duì)整流線路的影響，起到限流作用。為了驗(yàn)證是否是由于接觸器中的常開點(diǎn)（NO）未及時(shí)閉合而產(chǎn)生的影響，在起動(dòng)器端將接觸器3KM的輔助常開點(diǎn)（NO）用短接線將其短接，而后按下起動(dòng)按鈕，此時(shí)電動(dòng)機(jī)可以平穩(wěn)起動(dòng)。

基于以上分析，可以判斷故障點(diǎn)在3KM接觸器上。為了判斷是接觸器動(dòng)作值、釋放值及返回系統(tǒng)整定不合理，還是銜鐵動(dòng)作不流暢的原因，將接觸器取下后，分別測(cè)量接觸器線圈的電阻值和提供給3KM線圈的電壓值，判斷其是否達(dá)到額定值，同時(shí)發(fā)現(xiàn)銜鐵動(dòng)作流暢，不存在機(jī)械卡住問題。因此對(duì)繼電器的動(dòng)作值進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，通過改變銜鐵釋放時(shí)的氣隙大小來調(diào)整其動(dòng)作值，從而滿足了線路的使用要求，電動(dòng)機(jī)順利起動(dòng)。

4 結(jié)束語

通過對(duì)本型設(shè)備故障的排除，體會(huì)到設(shè)備故障的排除是一個(gè)系統(tǒng)性的工作，診斷故障問題時(shí)應(yīng)將機(jī)、電、液、氣等多種因素考慮進(jìn)去。因此，要注意加強(qiáng)自身業(yè)務(wù)的學(xué)習(xí)，不僅要掌握本專業(yè)的知識(shí)，也對(duì)相關(guān)專業(yè)的知識(shí)有所了解，為快速排除故障做好準(zhǔn)備。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 顧繩谷. 電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)[M]. 3版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2005.