第十三章船舶电力系统及设备

第十三章船舶电力系统及设备【学习目标】

掌握船舶电力系统的基本组成；掌握船舶电机的基本结构、维护管理及常见故障处理；掌握常用控制电器的功能及常见故障处理；掌握船舶配电板的基本组成与主要仪表、蓄电池的使用维护、主开关跳闸的应急处理。

第一节船舶电力系统概述

1、船舶电力系统的组成

船舶电力系统主要由电源、配电装置、电力网和负载四部分组成，如图13-1所示。

图13-1 船舶电力系统的组成

（1）电源是将其他形式的能量（如机械能、化学能等）转换为电能的装置。通常船舶电源主要是发电机组和蓄电池组。内河船舶上发电机的原动机为柴油机。

（2）配电装置是接受和分配电能的装置，也是对电源、电力网和负载进行保护、监视、测量和控制的装置。

（3）电力网是船舶输电电缆和电线的总称，即电网。电力网作为中间环节连接电源和负载，以实现能量和信息传输。船舶电力网通常包括动力电网、照明电网、应急电网、低压电网和弱电电网等。

（4）负载即用电设备，它是将电能转换成其他形式能量的装置，如电动机械、照明灯具、电话、广播、电视机等。

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2、船舶电力系统的特点

（1）船舶电站容量较小，电网频率和电压波动较大。

（2）船舶电网的输电距离短，线路阻抗低，各处短路电流大。

（3）电气设备工作环境恶劣，要能在湿热、盐雾、霉菌、油气的环境中和在规定的船舶倾斜、摇摆、振动或冲击等条件下可靠工作。

3、船舶电力系统的基本参数

船舶电力系统的基本参数主要是指船舶主电网的电流种类、额定电压和额定频率。

（1）电流种类。分直流、交流两种。

（2）额定电压。大多数船舶交流电网的额定电压为400 V或440V。对于用电设备都有规定的额定电压。内河船舶用电设备的额定电压通常有12V、24V、36V、110 V、220 V、380 V等，根据电源电压的额定值比同级电力系统或用电设备的额定电压高5%左右的原则，发电机的额定电压一般为230V、400V等。

（3）额定频率。我国采用的频率为50Hz。

第二节船舶电机

一、异步电动机

异步电动机也称感应电动机，其结构简单、坚固耐用、维护方便、运行可靠、价格低。在船舶上广泛应用三相异步电动机。

1、异步电动机的结构

异步电动机主要由定子、转子、风扇、端盖等组成，鼠笼式异步电动机的组成如图13-2所示。

图13-2 鼠笼式异步电动机

定子由定子铁芯、定子绕组和机座组成。定子铁芯用硅钢片叠成，安装在机座内。三相异步电动机的定子绕组由三个绕组构成，均匀对称地分布在定子铁芯的槽中，定子绕组的3个首端和3个末端接在出线盒的接线柱上（可以连接成三角形或星形）。

转子由转子铁芯、转子绕组、转子轴及轴承组成。转子铁芯用硅钢片叠成，与转子轴固定连接。转子绕组有两种形式，一种是鼠笼式，其绕组为笼形绕组；另一种是绕线式，其绕组由导线绕成，导线均匀分布在转子铁芯槽内，绕组接成星形，附加变阻器接成三相星形，其电阻值可以调节。

2、异步电动机的工作原理

异步电动机的工作原理如图13-3所示。当定子绕组接到三相电源上时，三相对称绕组内将通过三相对称交流电流，并在空间产生旋转磁场（转速为n1）；转子绕组因切割磁力线而产生感应电动势，在转子绕组内产生感应电流；转子绕组在电流和旋转磁场作用下，产生电磁力（F），其方向可由左手定则决定；作用在转子绕组上的电磁力（F）对于转子轴形成电磁转矩（T），其方向与旋转磁场的方向一致，转子便与旋转磁场相同的方向旋转起来（转速为n2）。

图14-2 异步电动机的工作原理

异步电动机能够旋转，主要是由于旋转磁场的作用。旋转磁场的旋转方向取决于电动机与三相电源接线的相序。旋转磁场的转速（n1）称为同步转速，转子的转速（n2）将永远小于同步转速（n1），这种交流电动机称为异步电动机。转子绕组的电流是因电磁感应而产生的，异步电动机又称为感应电动机。

当转子产生的电磁转矩与怍用在转子轴上的转矩相等时，转子等速旋转；当转子产生的电磁转矩大于怍用在转子轴上的外转矩时，转子加速旋转；当转子产生的电磁转矩小于怍用在转子轴上的外转矩时，转子减速旋转。

3、异步电动机的维护管理

（1）异步电动机运行时温度的监视。异步电动机有其允许的温升（异步电

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动机的实际温度与环境温度之差）。如果异步电动机长期过热运行会使绝缘破坏，甚至烧毁。在任何情况下，异步电动机的温升不得超过规定的最大允许值。异步电动机温度过高的因素有负载过大、通风不良、环境温度过高等。中小型异步电动机可用手来触摸，如定子外壳（机座）较烫，已不能忍受，说明其温度已超过允许值。一般采用电阻法测试具体温度值。

（2）异步电动机负载电流的监视。注意异步电动机负载电流不要超过允许值，检测电流来监视异步电动机运行情况。异步电动机的额定电流标注在铭牌上，一般是在环境温度为40℃的情况下设计的，在此环境温度下运行的异步电动机电流不允许超过额定值，否则，会使绕组过热而损坏。环境温度高于40℃时，异步电动机散热条件变差，应适当降低其额定电流使用。

（3）注意三相定子绕组电流的不平衡。由于三相电压的不平衡，相应的异步电动机三相定子绕组电流也会不平衡。由于三相定子绕组的阻抗不相等，也会造成三相定子绕组电流的不平衡。在正常情况下，如果定子绕组任意一相的电流最大值不超过额定电流时，各相绕组电流不平衡度允许达到5%。最严重的三相绕组电流不平衡，是因断相造成的，会使其他两相绕组电流很大，发热严重，甚至将定子绕组烧毁。发生断相运行时，电动机的声音会沉重，发出呜呜声，应立即停止运转，检查原因，排除故障。

（4）电网电压的监视。异步电动机的安全运行要求电网电压稳定在一定范围内。一般允许电源在增加6%及减少10%的情况下，异步电动机可以长期运行，不减少输出功率。例如，电动机的额定电压为380V，则允许在403V与342 V的范围内长期运行。使用岸电时，由于其线路电压降较大，其电压可能低于342 V，如某台异步电动机必须使用，还是可以，但应适当降低负载，将异步电动机温升限制在允许范围内，否则，异步电动机可能会烧坏。

（5）注意异步电动机的通风和清洁。不要将工具、零件、其他杂物放在异步电动机旁，及时清除异步电动机周围的物件，保证异步电动机的通风顺畅，有利于散热。

（6）注意异步电动机的振动、声响和气味。异步电动机运行时振动很大，应仔细检查地脚螺栓或联轴器是否松动。有些振动是由于转子静、动平衡校正不好而引起的，也有绕组短路引起的，应查明原因，排除故障。正常运转的异步电动机声音均匀、无杂音、无特殊声音。超负荷或各相绕组电流不平衡，电流过大，会有较大的嗡嗡声；轴承中的钢珠损坏，会有“咕噜……”的声音；转子和定子碰擦，会有不均匀的碰擦声。异步电动机超负荷运转时间过长，绕组因过热使绝缘损坏，能闻到一种特殊的绝缘漆的焦臭气味，应立即停止运转。

（7）注意保险丝和起动设备的工作情况。机舱里的异步电动机通常是通过磁力起动器直接启动的，启动电流较大，应经常检查接触器的工作情况。特别是