某船電動錨機自動反轉的原因分析

勞子原 吳子平

（92569部隊，海南 三亞572021）

0 引言

某船在海上起錨時，三相交流電動錨機在三擋起錨運行過程中，電動機突然自動反轉，由電動起錨變為電動拋錨狀態。發現異常后，操作手立即將操縱手柄拉到停止，電動機停止運轉，檢查電動機溫度無異常上升，發電機監控部位沒有觀測到輸出負荷的明顯突增現象。將錨機在空載時反復試驗，均能正常動作，一、二擋時電動機工作電流正常，三擋時操縱臺電流表顯示比平時稍大，各擋位電動機運轉聲音正常且溫度無異常上升現象。

1 故障分析與排除

該船使用的三相交流電動錨機主要由一臺鼠籠式三速交流電動機及減速齒輪箱構成，正常情況下通過改變輸入電源的相序來實現錨機的正反轉（電動起、拋錨），造成錨機電動機自動異常反轉的原因，可以從內、外兩方面去考慮。

1.1 外因分析

當外加負荷過大（如起錨過程中在錨鏈拉直時突遇大浪將船艏大幅抬起），反向拖曳力矩超過電動機轉矩及各種摩擦阻力矩時，錨機會反向轉動，這種情況可以通過一些明顯特征來判斷：如果電動機本身無故障，且輸入電源正常，則電動機輸入電流會激增至過載，在電站上也容易造成較大沖擊，過載保護電路也會動作。而且，對于正常錨機而言，外加負荷過大造成電動機反轉，反轉不會是連續的，只要外力減小到電動機轉矩以下，電動機就會正轉。

1.2 內因分析

（1）在電動機無故障且輸入電源正常的情況下，要實現自主反轉，只能通過改變旋轉磁場的旋轉方向，即變換定子的輸入三相交流電相序來實現。只要輸入定子繞組的電源相序不變，電動機的轉向不應發生改變。

（2）當電動機輸入電源缺相時，三相交流電動機變得等同于單相電動機狀態。鼠籠式三相異步電動機定子繞組無論是星形連接法還是三角形連接法，當輸入電源缺相時，接通電源后，流經定子繞組的是單相電流，它們的相位相同，在氣隙中只能建立脈振磁場，并產生脈振磁動勢。一個脈振磁動勢可分解為兩個幅值相等、轉速相同、轉向相反的旋轉磁動勢。鼠籠式三相異步電動機缺相運行時可能出現以下情形：如果通電前電動機處在停止狀態，缺相通電時，正轉磁場與反轉磁場產生的轉矩大小相等、方向相反，彼此抵消，因此電動機無啟動轉矩，合閘后電動機不能轉動并伴有嗡嗡聲，此時電流很大，如果不及時斷開電源，則有可能燒毀電動機。如果電動機在運行中出現缺相，正向磁場產生的力矩被反向磁場產生的力矩部分抵消，相對于三相正常運行而言，缺相（單相）運行時電動機承載能力大幅下降，如果電動機處在輕載狀態，則其還可以繼續運行，如果重載運行，則極有可能引起電動機過載，電流大幅增加，嚴重時會燒毀電動機。

1.3 內、外因綜合分析

假定電源輸入相序沒有變化，則運行中的三相電動機在沒有輸入反轉指令的情況不會自行反轉；即使電動機運行過程中定子繞組缺相，在沒有外部強制力矩的干擾時，也不會自行反轉，因此，排查方向應該從綜合因素入手。下面通過借鑒單相電動機實現正反轉的原理，來分析三相交流電動機在缺相運行時自動反轉的可能性。

實踐中單相電動機為解決無啟動轉矩的問題，通常會采用在定子中加入啟動繞組、接入電容器等方法，使主繞組與啟動繞組間產生相位差，這樣可使電動機在啟動時獲得旋轉磁場，從而使轉子產生啟動轉矩。對于無啟動繞組或沒有接入電容器的單相電動機（例如啟動電容損壞后的吊扇電動機），停止狀態下通電是沒有啟動轉矩、無法轉動起來的，但只要給予一正轉初始速度（如用外力撥動），則電動機開始正向旋轉；相反，只要給予一反轉初始速度，則電動機開始反向旋轉。三相異步電動機缺相后，在等效繞組構成上與無啟動繞組或沒有接入電容器的單相電動機相似，因此，只要給予一正轉初始速度，則電動機能正向旋轉；相反，只要給予一反轉初始速度，則電動機也能反向旋轉。對于三相交流電動錨機而言，電動機缺相時在停止狀態下通電是不能產生啟動轉矩的。出現電動機在運行中由正轉（起錨）自動變為反轉的情況，除了輸入電源可能突然反序的原因以外，還可能是由于反向外力矩超過電動機轉子轉矩且定子繞組有一相缺相，在這種情況下電動機也是可以由正轉變為反轉的。

這一可能性存在的現實依據是：起錨時的海區涌浪較大，船頭上下起伏幅度大，錨鏈拉直且船頭抬起時，作用于錨鏈上的拉力瞬時劇增，如果此時電源缺相，電動機變為單相運行，輸出扭矩大幅下降到小于錨鏈拉力產生的反力矩，加上運行狀態下電磁剎車松開，則電動機會在外力拉動下反轉，反轉后，缺相電動機的輸出扭矩反而與錨鏈拉力矩方向一致，因此電動機運行負載變輕，從電流表上觀察到的電流較小。

1.4 實際檢查及排除故障情況

檢查電動機繞組，正常；檢查操縱臺內各部件，正常；檢查控制箱內部各元件，發現三擋接觸器中間主觸頭燒蝕嚴重，接觸不良。更換該接觸器后，帶負荷試驗錨機，恢復正常。

2 結論

（1）造成起錨時電動機反轉的原因應是：三擋接觸器中間主觸頭燒蝕嚴重，接觸不良，造成三擋缺相運行，輸出轉矩大幅減??；受起錨時大浪的突然沖擊，船頭大幅起伏，當錨鏈吃力拉直且船頭抬起時，作用于錨鏈上的拉力瞬時劇增，鏈輪上的反力矩瞬間超過電動機起錨轉矩，且由于三擋狀態下，電磁剎車處在放松狀態，此時電動機在錨鏈拉力作用下只需克服起錨轉矩就可由正轉變為反轉；由于缺相，電動機在外力作用下反向轉動后，其自身也會產生一個反向轉矩，在兩種力矩的合力作用下，電動機以電動拋錨的形式轉動，由于錨鏈的重力作用，此時錨電動機實際負荷較小，電流不大，因此在發電機輸出負荷上未造成大的沖擊。

（2）空載試驗中，電動機在三擋時雖然缺相但仍能運行，原因是進入三擋前，錨機控制手柄必然會經由一、二擋，此時，電動機已經有了一個初始速度，因而在單相（缺相）狀態下，電動機也能空載運行。

3 建議

船舶在大風浪海區起錨時錨機的使用，應結合用車，減小錨鏈的拉力，減輕錨機負荷；在錨鏈吃力拉直后，可稍停起錨，依靠船的前進或起伏慣性來克服錨的抓力從而使錨離開海底。電工平時應經常檢查大功率用電負載的線路，尤其是大電流接觸器的觸頭，使其保持良好的通斷狀態。

［1］吳大榕.電機學［M］.北京：水利電力出版社，1959.