某船电动电缆卷车起动故障分析与排除

2018-04-19苏显文

机电设备 2018年2期

苏显文，王林

（1. 大连辽南船厂，辽宁大连 116040；2. 92956部队）

0 引言

某型船装备两台电动电缆卷车，对称布置于01甲板的左右舷。船舶靠泊码头期间，船上发电机组停用，这两台电动电缆卷车可将船上岸电电缆与码头岸电连接起来，提供船上的日常用电需求。本型电缆卷车主要由电机、减速器、卷筒、座架、离合器、电控箱、滑环式水密接线腔和遥控按钮盒等组成，电动机的型号为YZ-132M1-4-H（带直流制动器），减速器型号为KWU125。在进行码头系泊试验时，本套设备出现了电机不能起动运转的问题，从而影响到岸电电缆缠绕施工节点要求。通过对原理的分析和现场排查，较快速地解决了该问题，得到了船东的认可。

1 故障现象

该型电缆卷车收放电缆时，卷筒的工作负荷（底层）为6 kN，收放电缆平均速度约15 m/min，电缆最大直径为45.5 mm，拖动电机为三相异步电机，主要参数为AC 380 V、50 Hz、功率5.5 kW、额定电流10.4 A、额定转速1 360 r/min。

在完成相关手动试验后，开始进行电动机空载试验。对于双电缆卷筒，首先进行电机带单筒试验，试验时将右卷筒离合器拨至“合”的位置，将左卷筒离合器拨至“离”的位置，并使左卷筒处于机械刹车状态、使右卷筒机械刹车处于松开状态，按动按扭，启动电动机，此时发现卷车电机发出低频的“嗡嗡”声，电缆卷车无法起动。在不清楚故障原因的情况下，为了避免电机定子绕组过载而烧毁，迅速将电源切断，然后进行故障分析与排除[1]。

2 故障分析

为排除此故障，首先查阅本套设备提供的相关机电设备资料，然后对本型设备操作使用说明书中规定的操作流程和步骤进行了再次确认，并对电控箱的工作原理进行了分析。

通过对上述资料的分析，可以完全排除操作程序上的错误。卷筒是由电动机通过离合器、减速器和啮合齿轮带动并实现电缆收放的，基于此前已完成的手动试验结果，可以排除机械传动方面的故障。通过缩小故障范围，最后将故障所产生的原因归在电气方面。为此，对可能存在的电气故障原因进行了预判。

2.1 三相电源是否平衡及是否存在电源缺相的问题

电动机起动转矩M与电源电压U的平方成正比关系，电源电压由于线路上的压降损耗等原因不能达到额定值时，可能会造成电动机的电磁转矩低于机械负载转矩而不能起动的现象。另外在试验时，由于船上的柴-电机组正在做静态安保试验，因而无法对主配电板供电，试验电源来自码头岸电，码头岸电有时会出现电压波动现象，这就更有可能增加产生上述问题的几率[2]。

2.2 三相整流桥故障问题

本型电缆卷车采用机械式刹车与电磁制动相结合的双重制动，其中电磁制动原理是当电磁线圈失电时，由弹簧将刹车片压紧在轮毂上使电机不能转动。当电机起动时，电磁线圈由三相整流桥提供直流电源产生电磁吸力。当电磁吸力大于弹簧预紧力时，刹车片与轮毂分开，电动机起动。若电机不能起动，可能是三相整流电路，即整流桥出现故障而不能为电磁线圈提供直流电源所引起的。

2.3 弹簧预紧力的调整问题

电动机制动的快慢是由弹簧的预紧力所决定的，当电磁吸力小于弹簧压紧力时，会导致刹车片不能与轮毂分开，电机就会出现无法起动的现象。

2.4 制动电阻R和3KM线圈的常开点（NO）问题

电动电缆卷车起动器工作原理图如图 1所示。通过对原理图的分析，可知制动器电磁线圈的电源来自电动机三相定子绕组的“抽头”。电动机处于制动阶段时，主接触器1KM、2KM打开，整流桥失电，为了避免制动器线圈由于电感效应而在电源瞬间断开后产生感应电压击穿整流桥，在电路中串接一个分压电阻R。当电机运转时，起动器中的接触器3KM线圈的NO点闭合，将电阻R短接，此时制动线圈电流最大，电磁吸力大于弹簧预紧力；当电机制动时，接触器3KM线圈的NO点打开，电阻R与电磁线圈串联，此时电阻R在回路中起限流作用，避免整流桥发生电击穿。据此，可初步判断故障原因可能在于制动电阻R的性能和3KM线圈的常开点（NO）是否及时闭合。

2.5 电磁制动器线圈是否存在断路或接地问题

本型船制动器上的电磁吸力是由绕制在铁芯上的线圈通入直流电而产生的。如果电磁制动器线圈出现断路，则不能产生电流，即不能产生电磁力；如果电磁制动器线圈存在接地问题，则会由于产生漏电流而使电磁吸力不足，难于将弹簧拉起，以致电动机不能起动。

3 故障解决方案

基于以上的分析判断，对各项故障问题点进行逐一测试和排除，最后得到正确的判断，从而迅速地排除了故障。

3.1 对三相电源是否平衡及是否存在缺相问题的判断

将电动机接线盒打开，利用万用表测量任意两线间的电压，其数值均为380 V，而后用钳形表快速测量每线的电流值，其电流均为11 A，因此电源电压和缺相问题就此排除。（注：快速测量电流的原因是：避免电机在堵转情况下，三相定子绕组长时间通电而烧毁绕组[3]。）

3.2 对三相整流桥故障的判断

将整流桥上的二桥管拆下，将万用表的功能选择开关拨至欧姆档，然后将红、黑表笔分别与二极管的阳极和阴极接触，测量阳极和阴极之间的正向和反向电阻值（测量时应注意表笔的极性）。通过比较二者之间的阻值差与产品样本上的技术参数后，确定二极管未被击穿，性能正常，因此可以排除整流桥问题。

图1 电动电缆卷车起动器工作原理图

3.3 对弹簧预紧力的调整的判断

弹簧压紧力的大小直接关系到电机制动快慢和制动器刹车片的磨损问题。根据使用说明书的要求，将弹簧预紧力调到最小后重新起动，但电机仍出现不能起动的问题，因此可以暂时排除弹簧预紧力过大的问题。故障问题的焦点集中在电磁吸力方面。

3.4 对电磁吸力问题的判断

根据图 1分析，认为影响电磁吸力的原因有如下几点：1）电磁制动器线圈存在断路或接地；2）整流桥整流后输出的直流电压不满足要求；3）串联在整流桥线路中的电阻R的工作状态影响了整个线路。为此通过以下测量和检验方法对上述问题点进行排查。

首先检测电磁制动器线圈是否存在断路或接地。使用万用表测量线圈的电阻值，使用500 V兆欧表测量线圈对地电阻，通过测量发现：线圈阻值与技术资料中的参数一致，因此可以排除线圈的断路或接地问题。

其次检测整流桥整流后输出的直流电压。根据设备资料上提供的技术参数，制动器线圈为DC 110 V、1.5 A，将直流电压表与电磁线圈并联，将直流电流表串入线圈中。由于三相整流桥电源来自电动机的定子绕组，为了避免试验时长时间通电可能导致定子绕组出现过载，所以另接一副交流电源供到整流桥上。经检测，得到制动器线圈为DC110 V、1.5 A，满足技术要求，从而可以证明电磁吸力是满足使用要求的。

最后判断串联在整流桥线路中的电阻R的工作状态是否影响了整个线路。根据以上分析，串联在制动器线圈中的电阻器对电磁吸力的大小起到关键作用。起动时，接触器KM的辅助触点将电阻器短接，从而使电磁吸力最大；制动时，辅助触点打开，电阻串联到制动器线圈中，以减缓电磁制动器线圈两端产生的自感电压对整流线路的影响，起到限流作用。为了验证是否是由于接触器中的常开点（NO）未及时闭合而产生的影响，在起动器端将接触器3KM的辅助常开点（NO）用短接线将其短接，而后按下起动按钮，此时电动机可以平稳起动。

基于以上分析，可以判断故障点在3KM接触器上。为了判断是接触器动作值、释放值及返回系统整定不合理，还是衔铁动作不流畅的原因，将接触器取下后，分别测量接触器线圈的电阻值和提供给3KM线圈的电压值，判断其是否达到额定值，同时发现衔铁动作流畅，不存在机械卡住问题。因此对继电器的动作值进行了相应的调整，通过改变衔铁释放时的气隙大小来调整其动作值，从而满足了线路的使用要求，电动机顺利起动。