某船電動錨機(jī)自動反轉(zhuǎn)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(jī)在三擋起錨運行過程中，電動機(jī)突然自動反轉(zhuǎn)，由電動起錨變?yōu)殡妱訏佸^狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)異常后，操作手立即將操縱手柄拉到停止，電動機(jī)停止運轉(zhuǎn)，檢查電動機(jī)溫度無異常上升，發(fā)電機(jī)監(jiān)控部位沒有觀測到輸出負(fù)荷的明顯突增現(xiàn)象。將錨機(jī)在空載時反復(fù)試驗，均能正常動作，一、二擋時電動機(jī)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(jī)運轉(zhuǎn)聲音正常且溫度無異常上升現(xiàn)象。

1 故障分析與排除

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

1.1 外因分析

當(dāng)外加負(fù)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(jī)轉(zhuǎn)矩及各種摩擦阻力矩時，錨機(jī)會反向轉(zhuǎn)動，這種情況可以通過一些明顯特征來判斷：如果電動機(jī)本身無故障，且輸入電源正常，則電動機(jī)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(hù)電路也會動作。而且，對于正常錨機(jī)而言，外加負(fù)荷過大造成電動機(jī)反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)不會是連續(xù)的，只要外力減小到電動機(jī)轉(zhuǎn)矩以下，電動機(jī)就會正轉(zhuǎn)。

1.2 內(nèi)因分析

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

（2）當(dāng)電動機(jī)輸入電源缺相時，三相交流電動機(jī)變得等同于單相電動機(jī)狀態(tài)。鼠籠式三相異步電動機(jī)定子繞組無論是星形連接法還是三角形連接法，當(dāng)輸入電源缺相時，接通電源后，流經(jīng)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(chǎn)生脈振磁動勢。一個脈振磁動勢可分解為兩個幅值相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁動勢。鼠籠式三相異步電動機(jī)缺相運行時可能出現(xiàn)以下情形：如果通電前電動機(jī)處在停止?fàn)顟B(tài)，缺相通電時，正轉(zhuǎn)磁場與反轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小相等、方向相反，彼此抵消，因此電動機(jī)無啟動轉(zhuǎn)矩，合閘后電動機(jī)不能轉(zhuǎn)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(jī)。如果電動機(jī)在運行中出現(xiàn)缺相，正向磁場產(chǎn)生的力矩被反向磁場產(chǎn)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(jī)承載能力大幅下降，如果電動機(jī)處在輕載狀態(tài)，則其還可以繼續(xù)運行，如果重載運行，則極有可能引起電動機(jī)過載，電流大幅增加，嚴(yán)重時會燒毀電動機(jī)。

1.3 內(nèi)、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(jī)在沒有輸入反轉(zhuǎn)指令的情況不會自行反轉(zhuǎn)；即使電動機(jī)運行過程中定子繞組缺相，在沒有外部強(qiáng)制力矩的干擾時，也不會自行反轉(zhuǎn)，因此，排查方向應(yīng)該從綜合因素入手。下面通過借鑒單相電動機(jī)實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的原理，來分析三相交流電動機(jī)在缺相運行時自動反轉(zhuǎn)的可能性。

實踐中單相電動機(jī)為解決無啟動轉(zhuǎn)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(chǎn)生相位差，這樣可使電動機(jī)在啟動時獲得旋轉(zhuǎn)磁場，從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)矩。對于無啟動繞組或沒有接入電容器的單相電動機(jī)（例如啟動電容損壞后的吊扇電動機(jī)），停止?fàn)顟B(tài)下通電是沒有啟動轉(zhuǎn)矩、無法轉(zhuǎn)動起來的，但只要給予一正轉(zhuǎn)初始速度（如用外力撥動），則電動機(jī)開始正向旋轉(zhuǎn)；相反，只要給予一反轉(zhuǎn)初始速度，則電動機(jī)開始反向旋轉(zhuǎn)。三相異步電動機(jī)缺相后，在等效繞組構(gòu)成上與無啟動繞組或沒有接入電容器的單相電動機(jī)相似，因此，只要給予一正轉(zhuǎn)初始速度，則電動機(jī)能正向旋轉(zhuǎn)；相反，只要給予一反轉(zhuǎn)初始速度，則電動機(jī)也能反向旋轉(zhuǎn)。對于三相交流電動錨機(jī)而言，電動機(jī)缺相時在停止?fàn)顟B(tài)下通電是不能產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)矩的。出現(xiàn)電動機(jī)在運行中由正轉(zhuǎn)（起錨）自動變?yōu)榉崔D(zhuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩且定子繞組有一相缺相，在這種情況下電動機(jī)也是可以由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)的。

這一可能性存在的現(xiàn)實依據(jù)是：起錨時的海區(qū)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(jī)變?yōu)閱蜗噙\行，輸出扭矩大幅下降到小于錨鏈拉力產(chǎn)生的反力矩，加上運行狀態(tài)下電磁剎車松開，則電動機(jī)會在外力拉動下反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)后，缺相電動機(jī)的輸出扭矩反而與錨鏈拉力矩方向一致，因此電動機(jī)運行負(fù)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(jī)繞組，正常；檢查操縱臺內(nèi)各部件，正常；檢查控制箱內(nèi)部各元件，發(fā)現(xiàn)三擋接觸器中間主觸頭燒蝕嚴(yán)重，接觸不良。更換該接觸器后，帶負(fù)荷試驗錨機(jī)，恢復(fù)正常。

2 結(jié)論

（1）造成起錨時電動機(jī)反轉(zhuǎn)的原因應(yīng)是：三擋接觸器中間主觸頭燒蝕嚴(yán)重，接觸不良，造成三擋缺相運行，輸出轉(zhuǎn)矩大幅減?。皇芷疱^時大浪的突然沖擊，船頭大幅起伏，當(dāng)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(jī)起錨轉(zhuǎn)矩，且由于三擋狀態(tài)下，電磁剎車處在放松狀態(tài)，此時電動機(jī)在錨鏈拉力作用下只需克服起錨轉(zhuǎn)矩就可由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)；由于缺相，電動機(jī)在外力作用下反向轉(zhuǎn)動后，其自身也會產(chǎn)生一個反向轉(zhuǎn)矩，在兩種力矩的合力作用下，電動機(jī)以電動拋錨的形式轉(zhuǎn)動，由于錨鏈的重力作用，此時錨電動機(jī)實際負(fù)荷較小，電流不大，因此在發(fā)電機(jī)輸出負(fù)荷上未造成大的沖擊。

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

3 建議

船舶在大風(fēng)浪海區(qū)起錨時錨機(jī)的使用，應(yīng)結(jié)合用車，減小錨鏈的拉力，減輕錨機(jī)負(fù)荷；在錨鏈吃力拉直后，可稍停起錨，依靠船的前進(jìn)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(yīng)經(jīng)常檢查大功率用電負(fù)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(tài)。

［1］吳大榕.電機(jī)學(xué)［M］.北京：水利電力出版社，1959.