某船电动锚机自动反转的原因分析

劳子原吴子平

（92569部队，海南三亚572021）

摘要：介绍了一起船舶电动锚机自动反转事件，分析了故障原因，提出了船舶电动锚机使用建议，以期为船舶电动锚机使用管理提供参考。

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关键词 ：船舶；电动锚机；反转；单相运行；启动转矩；外加负荷

0引言

某船在海上起锚时，三相交流电动锚机在三挡起锚运行过程中，电动机突然自动反转，由电动起锚变为电动抛锚状态。发现异常后，操作手立即将操纵手柄拉到停止，电动机停止运转，检查电动机温度无异常上升，发电机监控部位没有观测到输出负荷的明显突增现象。将锚机在空载时反复试验，均能正常动作，一、二挡时电动机工作电流正常，三挡时操纵台电流表显示比平时稍大，各挡位电动机运转声音正常且温度无异常上升现象。

1故障分析与排除

该船使用的三相交流电动锚机主要由一台鼠笼式三速交流电动机及减速齿轮箱构成，正常情况下通过改变输入电源的相序来实现锚机的正反转（电动起、抛锚），造成锚机电动机自动异常反转的原因，可以从内、外两方面去考虑。

1.1外因分析

当外加负荷过大（如起锚过程中在锚链拉直时突遇大浪将船艏大幅抬起），反向拖曳力矩超过电动机转矩及各种摩擦阻力矩时，锚机会反向转动，这种情况可以通过一些明显特征来判断：如果电动机本身无故障，且输入电源正常，则电动机输入电流会激增至过载，在电站上也容易造成较大冲击，过载保护电路也会动作。而且，对于正常锚机而言，外加负荷过大造成电动机反转，反转不会是连续的，只要外力减小到电动机转矩以下，电动机就会正转。

1.2内因分析

（1）在电动机无故障且输入电源正常的情况下，要实现自主反转，只能通过改变旋转磁场的旋转方向，即变换定子的输入三相交流电相序来实现。只要输入定子绕组的电源相序不变，电动机的转向不应发生改变。

（2）当电动机输入电源缺相时，三相交流电动机变得等同于单相电动机状态。鼠笼式三相异步电动机定子绕组无论是星形连接法还是三角形连接法，当输入电源缺相时，接通电源后，流经定子绕组的是单相电流，它们的相位相同，在气隙中只能建立脉振磁场，并产生脉振磁动势。一个脉振磁动势可分解为两个幅值相等、转速相同、转向相反的旋转磁动势。鼠笼式三相异步电动机缺相运行时可能出现以下情形：如果通电前电动机处在停止状态，缺相通电时，正转磁场与反转磁场产生的转矩大小相等、方向相反，彼此抵消，因此电动机无启动转矩，合闸后电动机不能转动并伴有嗡嗡声，此时电流很大，如果不及时断开电源，则有可能烧毁电动机。如果电动机在运行中出现缺相，正向磁场产生的力矩被反向磁场产生的力矩部分抵消，相对于三相正常运行而言，缺相（单相）运行时电动机承载能力大幅下降，如果电动机处在轻载状态，则其还可以继续运行，如果重载运行，则极有可能引起电动机过载，电流大幅增加，严重时会烧毁电动机。

1.3内、外因综合分析

假定电源输入相序没有变化，则运行中的三相电动机在没有输入反转指令的情况不会自行反转；即使电动机运行过程中定子绕组缺相，在没有外部强制力矩的干扰时，也不会自行反转，因此，排查方向应该从综合因素入手。下面通过借鉴单相电动机实现正反转的原理，来分析三相交流电动机在缺相运行时自动反转的可能性。

实践中单相电动机为解决无启动转矩的问题，通常会采用在定子中加入启动绕组、接入电容器等方法，使主绕组与启动绕组间产生相位差，这样可使电动机在启动时获得旋转磁场，从而使转子产生启动转矩。对于无启动绕组或没有接入电容器的单相电动机（例如启动电容损坏后的吊扇电动机），停止状态下通电是没有启动转矩、无法转动起来的，但只要给予一正转初始速度（如用外力拨动），则电动机开始正向旋转；相反，只要给予一反转初始速度，则电动机开始反向旋转。三相异步电动机缺相后，在等效绕组构成上与无启动绕组或没有接入电容器的单相电动机相似，因此，只要给予一正转初始速度，则电动机能正向旋转；相反，只要给予一反转初始速度，则电动机也能反向旋转。对于三相交流电动锚机而言，电动机缺相时在停止状态下通电是不能产生启动转矩的。出现电动机在运行中由正转（起锚）自动变为反转的情况，除了输入电源可能突然反序的原因以外，还可能是由于反向外力矩超过电动机转子转矩且定子绕组有一相缺相，在这种情况下电动机也是可以由正转变为反转的。

这一可能性存在的现实依据是：起锚时的海区涌浪较大，船头上下起伏幅度大，锚链拉直且船头抬起时，作用于锚链上的拉力瞬时剧增，如果此时电源缺相，电动机变为单相运行，输出扭矩大幅下降到小于锚链拉力产生的反力矩，加上运行状态下电磁刹车松开，则电动机会在外力拉动下反转，反转后，缺相电动机的输出扭矩反而与锚链拉力矩方向一致，因此电动机运行负载变轻，从电流表上观察到的电流较小。

1.4实际检查及排除故障情况

检查电动机绕组，正常；检查操纵台内各部件，正常；检查控制箱内部各元件，发现三挡接触器中间主触头烧蚀严重，接触不良。更换该接触器后，带负荷试验锚机，恢复正常。

2结论

（1）造成起锚时电动机反转的原因应是：三挡接触器中间主触头烧蚀严重，接触不良，造成三挡缺相运行，输出转矩大幅减小；受起锚时大浪的突然冲击，船头大幅起伏，当锚链吃力拉直且船头抬起时，作用于锚链上的拉力瞬时剧增，链轮上的反力矩瞬间超过电动机起锚转矩，且由于三挡状态下，电磁刹车处在放松状态，此时电动机在锚链拉力作用下只需克服起锚转矩就可由正转变为反转；由于缺相，电动机在外力作用下反向转动后，其自身也会产生一个反向转矩，在两种力矩的合力作用下，电动机以电动抛锚的形式转动，由于锚链的重力作用，此时锚电动机实际负荷较小，电流不大，因此在发电机输出负荷上未造成大的冲击。

（2）空载试验中，电动机在三挡时虽然缺相但仍能运行，原因是进入三挡前，锚机控制手柄必然会经由一、二挡，此时，电动机已经有了一个初始速度，因而在单相（缺相）状态下，电动机也能空载运行。

3建议

船舶在大风浪海区起锚时锚机的使用，应结合用车，减小锚链的拉力，减轻锚机负荷；在锚链吃力拉直后，可稍停起锚，依靠船的前进或起伏惯性来克服锚的抓力从而使锚离开海底。电工平时应经常检查大功率用电负载的线路，尤其是大电流接触器的触头，使其保持良好的通断状态。

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参考文献］

［1］吴大榕.电机学［M］.北京：水利电力出版社，1959.

收稿日期：2015?07?15

作者简介：劳子原（1971—），男，广西北海人，工程师，研究方向：船舶机电设备。