某船電動電纜卷車起動故障分析與排除

蘇顯文，王 林

（1. 大連遼南船廠，遼寧大連 116040；2. 92956部隊）

0 引言

某型船裝備兩臺電動電纜卷車，對稱布置于01甲板的左右舷。船舶靠泊碼頭期間，船上發電機組停用，這兩臺電動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、減速器、卷筒、座架、離合器、電控箱、滑環式水密接線腔和遙控按鈕盒等組成，電動機的型號為YZ-132M1-4-H（帶直流制動器），減速器型號為KWU125。在進行碼頭系泊試驗時，本套設備出現了電機不能起動運轉的問題，從而影響到岸電電纜纏繞施工節點要求。通過對原理的分析和現場排查，較快速地解決了該問題，得到了船東的認可。

1 故障現象

該型電纜卷車收放電纜時，卷筒的工作負荷（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，拖動電機為三相異步電機，主要參數為AC 380 V、50 Hz、功率5.5 kW、額定電流10.4 A、額定轉速1 360 r/min。

在完成相關手動試驗后，開始進行電動機空載試驗。對于雙電纜卷筒，首先進行電機帶單筒試驗，試驗時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，并使左卷筒處于機械剎車狀態、使右卷筒機械剎車處于松開狀態，按動按扭，啟動電動機，此時發現卷車電機發出低頻的“嗡嗡”聲，電纜卷車無法起動。在不清楚故障原因的情況下，為了避免電機定子繞組過載而燒毀，迅速將電源切斷，然后進行故障分析與排除[1]。

2 故障分析

為排除此故障，首先查閱本套設備提供的相關機電設備資料，然后對本型設備操作使用說明書中規定的操作流程和步驟進行了再次確認，并對電控箱的工作原理進行了分析。

通過對上述資料的分析，可以完全排除操作程序上的錯誤。卷筒是由電動機通過離合器、減速器和嚙合齒輪帶動并實現電纜收放的，基于此前已完成的手動試驗結果，可以排除機械傳動方面的故障。通過縮小故障范圍，最后將故障所產生的原因歸在電氣方面。為此，對可能存在的電氣故障原因進行了預判。

2.1 三相電源是否平衡及是否存在電源缺相的問題

電動機起動轉矩M與電源電壓U的平方成正比關系，電源電壓由于線路上的壓降損耗等原因不能達到額定值時，可能會造成電動機的電磁轉矩低于機械負載轉矩而不能起動的現象。另外在試驗時，由于船上的柴-電機組正在做靜態安保試驗，因而無法對主配電板供電，試驗電源來自碼頭岸電，碼頭岸電有時會出現電壓波動現象，這就更有可能增加產生上述問題的幾率[2]。

2.2 三相整流橋故障問題

本型電纜卷車采用機械式剎車與電磁制動相結合的雙重制動，其中電磁制動原理是當電磁線圈失電時，由彈簧將剎車片壓緊在輪轂上使電機不能轉動。當電機起動時，電磁線圈由三相整流橋提供直流電源產生電磁吸力。當電磁吸力大于彈簧預緊力時，剎車片與輪轂分開，電動機起動。若電機不能起動，可能是三相整流電路，即整流橋出現故障而不能為電磁線圈提供直流電源所引起的。

2.3 彈簧預緊力的調整問題

電動機制動的快慢是由彈簧的預緊力所決定的，當電磁吸力小于彈簧壓緊力時，會導致剎車片不能與輪轂分開，電機就會出現無法起動的現象。

2.4 制動電阻R和3KM線圈的常開點（NO）問題

電動電纜卷車起動器工作原理圖如圖 1所示。通過對原理圖的分析，可知制動器電磁線圈的電源來自電動機三相定子繞組的“抽頭”。電動機處于制動階段時，主接觸器1KM、2KM打開，整流橋失電，為了避免制動器線圈由于電感效應而在電源瞬間斷開后產生感應電壓擊穿整流橋，在電路中串接一個分壓電阻R。當電機運轉時，起動器中的接觸器3KM線圈的NO點閉合，將電阻R短接，此時制動線圈電流最大，電磁吸力大于彈簧預緊力；當電機制動時，接觸器3KM線圈的NO點打開，電阻R與電磁線圈串聯，此時電阻R在回路中起限流作用，避免整流橋發生電擊穿。據此，可初步判斷故障原因可能在于制動電阻R的性能和3KM線圈的常開點（NO）是否及時閉合。

2.5 電磁制動器線圈是否存在斷路或接地問題

本型船制動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生的。如果電磁制動器線圈出現斷路，則不能產生電流，即不能產生電磁力；如果電磁制動器線圈存在接地問題，則會由于產生漏電流而使電磁吸力不足，難于將彈簧拉起，以致電動機不能起動。

3 故障解決方案

基于以上的分析判斷，對各項故障問題點進行逐一測試和排除，最后得到正確的判斷，從而迅速地排除了故障。

3.1 對三相電源是否平衡及是否存在缺相問題的判斷

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

3.2 對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，測量陽極和陰極之間的正向和反向電阻值（測量時應注意表筆的極性）。通過比較二者之間的阻值差與產品樣本上的技術參數后，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 電動電纜卷車起動器工作原理圖

3.3 對彈簧預緊力的調整的判斷

彈簧壓緊力的大小直接關系到電機制動快慢和制動器剎車片的磨損問題。根據使用說明書的要求，將彈簧預緊力調到最小后重新起動，但電機仍出現不能起動的問題，因此可以暫時排除彈簧預緊力過大的問題。故障問題的焦點集中在電磁吸力方面。

3.4 對電磁吸力問題的判斷

根據圖 1分析，認為影響電磁吸力的原因有如下幾點：1）電磁制動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）串聯在整流橋線路中的電阻R的工作狀態影響了整個線路。為此通過以下測量和檢驗方法對上述問題點進行排查。

首先檢測電磁制動器線圈是否存在斷路或接地。使用萬用表測量線圈的電阻值，使用500 V兆歐表測量線圈對地電阻，通過測量發現：線圈阻值與技術資料中的參數一致，因此可以排除線圈的斷路或接地問題。

其次檢測整流橋整流后輸出的直流電壓。根據設備資料上提供的技術參數，制動器線圈為DC 110 V、1.5 A，將直流電壓表與電磁線圈并聯，將直流電流表串入線圈中。由于三相整流橋電源來自電動機的定子繞組，為了避免試驗時長時間通電可能導致定子繞組出現過載，所以另接一副交流電源供到整流橋上。經檢測，得到制動器線圈為DC110 V、1.5 A，滿足技術要求，從而可以證明電磁吸力是滿足使用要求的。

最后判斷串聯在整流橋線路中的電阻R的工作狀態是否影響了整個線路。根據以上分析，串聯在制動器線圈中的電阻器對電磁吸力的大小起到關鍵作用。起動時，接觸器KM的輔助觸點將電阻器短接，從而使電磁吸力最大；制動時，輔助觸點打開，電阻串聯到制動器線圈中，以減緩電磁制動器線圈兩端產生的自感電壓對整流線路的影響，起到限流作用。為了驗證是否是由于接觸器中的常開點（NO）未及時閉合而產生的影響，在起動器端將接觸器3KM的輔助常開點（NO）用短接線將其短接，而后按下起動按鈕，此時電動機可以平穩起動。

基于以上分析，可以判斷故障點在3KM接觸器上。為了判斷是接觸器動作值、釋放值及返回系統整定不合理，還是銜鐵動作不流暢的原因，將接觸器取下后，分別測量接觸器線圈的電阻值和提供給3KM線圈的電壓值，判斷其是否達到額定值，同時發現銜鐵動作流暢，不存在機械卡住問題。因此對繼電器的動作值進行了相應的調整，通過改變銜鐵釋放時的氣隙大小來調整其動作值，從而滿足了線路的使用要求，電動機順利起動。

4 結束語

通過對本型設備故障的排除，體會到設備故障的排除是一個系統性的工作，診斷故障問題時應將機、電、液、氣等多種因素考慮進去。因此，要注意加強自身業務的學習，不僅要掌握本專業的知識，也對相關專業的知識有所了解，為快速排除故障做好準備。

參考文獻：

[1] 冒天誠. 船舶與港口電氣及自動化問答（二）[M].北京: 科學技術文獻出版社, 1992.

[2] 宋謙. 船舶電力拖動[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學出版社, 2006.

[3] 顧繩谷. 電機及拖動基礎[M]. 3版. 北京: 機械工業出版社, 2005.