某新型训练舰舵机断路器跳闸原因分析与解决方案

某新型训练舰舵机断路器跳闸原因分析与解决方案
蒋恒深,丁　平,李洪聪
(无锡德林防务装备股份有限公司,江苏无锡　214000)
摘要:文章针对某新型训练舰试航过程中,舵机启动箱断路器多次跳闸问题,进行了原因分
析与现场检测,最终找到跳闸的根本原因,并对电机直接启动电流和瞬时断电再上电的冲击电流进行了分析,对类似工况设备检修和设计提供了思路。

关键词:舵机;断路器跳闸;启动电流;冲击电流中图分类号:U672
doi :10.13352/j.issn.1001-8328.2018.04.008
Abstract :In view of the tripping problem of steering gear startup box circuit breaker during the trial of a new type of training ship,the cause analysis and field inspection are carried out,and the fundamental reason of tripping is finally found.The direct starting current of the motor and the impulse current of the instantaneous power outage
are analyzed,and the ideas for the maintenance and design of the equipment under similar working conditions are
provided.
Key words :steering engine;circuit breaker tripping;starting current;impulse current
作者简介院蒋恒深(1985⁃),男,江苏徐州人,工程师,硕士,主要从事机电自动化控制技术研究工作。

舵机是控制船舶航向,保障航行安全的重要设
备,一旦失灵,船即失去控制。

因此,我国《钢制海船入级与建造规范》根据《国际海上人命安全公约》(SOLAS 公约)的规定,对舵机提出了明确要求:必须要有一套主操舵装置和一套辅操舵装置或主操舵装置有2套以上的动力设备,当其中1套失效时,另外1套能迅速投入工作[1]。

1　操舵系统组成
该舰配备2个独立的舵机,每个舵机配备2个独立电机液压泵组,用于驱动舵机运行,如图1所示。

通过操舵仪上的旋转开关可以选择运行左Ⅰ液压泵组或者左Ⅱ液压泵组,以及右Ⅰ液压泵组或者右Ⅱ液压泵组,如图2所示。

该舰舵机的电机液压泵组,采用ABB380V /50
HZ /4级18.5kW 船用三相异步电机驱动,额定电流I N =35.1A。

启动方式为直接启动,按照电机样
本启动电流I S =7I N =245.7A。

启动箱配备的断路图1　舵机驱动系统示意图
图2　操舵仪厂家配置的旋转开关
器为施耐德NSX80H -MA50断路器,该断路器的额定电流为I N =50A,脱扣电流出厂时设置为11
倍的I N ,约为550A,符合技术要求。

但是该舰在试航过程中,当电机泵组旋转切换时出现多次偶发
第31卷　第4期2018年8月
中国修船
CHINA SHIPREPAIR
Vol.31No.4Aug.2018
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舵机启动箱断路器跳闸现象。

2　原因分析
在排除电气元件质量问题、漏电等故障后,检修人员对电机工作工况进行了仔细的检查,并对跳闸现象进行了总结,发现使用操舵仪的旋转开关在进行电机泵组旋转切换时,即当舵机电机泵组处于左Ⅱ右Ⅱ档位运行时,在切换到左Ⅱ右Ⅰ时,偶然会出现左Ⅱ电机启动箱断路器跳闸,当舵机电机泵组处于左Ⅰ右Ⅱ档位运行时,在切换到左Ⅰ右Ⅰ时,偶然会出现左Ⅰ电机启动箱断路器跳闸。

反复试验,发现左Ⅱ右Ⅱ档切换到左Ⅱ右Ⅰ档时,左Ⅱ触点有瞬间失电状态,同理左Ⅰ触点也有类似情况,经过拆解操舵仪旋转切换开关,发现其机械结构确实存在触点在旋转过程中瞬间断开又接通的情况。

2.1　电机启动特性
图3是三相异步电动机直接启动的典型曲线,其中I r 为额定电流:电动机满额定负载情况下的电流;I d 为启动电流,根据具体应用情况的不同,启动时间t d 为5~30s 不同,其平均启动电流为
7.2倍的额定电流;I d 为峰值启动电流,系统通电后前两个半波期间的瞬态电流:10~15ms,约为14倍额定电流。

该舵机启动箱断路器设置11脱扣
电流即550A 大于14倍电机额定电流,满足要求。

图3　典型电机的启动曲线
2.2　现场检测
采用示波器及电流探头对现场电机的启动电流进行了检测,通过快速旋转操舵仪的旋转开关在进行电机泵组切换,检测出电机最大冲击电流为640
A (电流探头为1mV /A),即现场检测出冲击电流为电机额定电流35.1A 的18.2倍。

通过查找文献[2]、[3],异步电动机在电源短暂中断后,又重新恢复供电。

由于加到电机上的电压,是电源电压和转子剩余磁场在定子感应的电压的向量差,在最不利的投入分离角时,会产生比正常启动严重得多的非周期冲击电流和电磁力矩而造成电机的损伤。

电机瞬间断电重启的冲击电流与三相异步电机断电后的残余电压和断电后重新恢复供电时电源的初始相位角有关,当残余电压和恢复供电时的相位角相反时,冲击电流最大,约出现在瞬时断电再上电的10ms 内出现。

冲击电流约为额定电流的15~21倍。

本文实测电流约为额定电流的
18.2倍,验证了文献结论。

2.3　解决方案
为了避免出现电机泵组切换时,电机出现瞬时断电再上电的工况,将操舵仪的组合旋转开关更改为两个独立旋转开关,如图4所示,并且在转换过程中稍作停顿,等待电机灭磁后进行转换,避免切换时的电流冲击。

图4　旋转开关改进措施
3　结束语
通过现场测试验证了该舰舵机的电机在通过操舵仪旋转开关进行泵组切换时,存在瞬时断电再上电的工况,导致瞬时冲击超出正常启动范围。

通过现场整改,将操舵仪的组合旋转开关更改为两个独立旋转开关,彻底解决了偶发跳闸问题。

另外分析了异步电动机断电后重合闸的非同期冲击和防护措施,为后续类似解决类似问题及技术设计提供了参考思路。

参考文献
[1]韩厚德,杨万枫.船舶辅机[M ].北京:人民交通出
版社,2009.
[2]杨玉磊.三相感应电机断电重合闸瞬态分析与控制方
法研究[D ].北京:华北电力大学,2008.
[3]张世文.异步电动机断电后重合闸的非同期冲击和防
护措施[J ].电机与控制应用,2013,40(1):31-34.
收稿日期:2018-02-02
2018年第4期
中国修船
第31卷
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