电器是所有电工器件的简称。电器在输配电系统、电力拖动和自动控制系统中起着极其重要的作用，如果运行不可靠，则会引起设备系统的故障，造成经济损失，危及人身安全。因此，它是文明生产的基础，安全生产的保证。作为电气工作人员，要想学好本内容，更好地胜任以后的工作，必须首先了解和掌握常用电器的工作原理、结构和性能等。
一、 电缆 （一）电力电缆
电力电缆按其绝缘可分为不滴流油浸纸绝缘金属套电力电缆、粘性油纸绝缘金属套电力电缆、油纸绝缘自容式充油电缆、橡皮绝缘电力电缆、聚氯乙烯绝缘电力电缆、交联聚乙烯绝缘电力电缆等。
粘性浸渍纸绝缘电缆广泛用于35kV及以下电压等级。lOkV及以下电缆一般为统包型结构，25～35kV电缆一般为分相铅包型，或为屏蔽型。橡皮绝缘电力电缆的主要用于敷设在室内、电缆沟内、管道中，电缆不能受大的压力。 聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆主要用于敷设在室内、隧道内、管道电缆中，电缆不能机械外力作用。
（二）控制电缆
控制电缆要有抗静电干扰、抗机械力、抗电磁干扰，并要对绞式、屏蔽较好。 （三）船用电缆
船用电缆用于固定敷设，起重机各部分电气设备配线与耐高温。
（四）电梯电缆
适用于交流额定电压300/500V及以下的电压控制、信号与供电回路。电缆的长期允许工作温度应不超过65℃电缆安装前应自由垂吊，充分退扭，电缆加强芯应固定，同时承受拉力。
（五）通信电缆
通信电缆按结构类型可分为对称式通信电缆、同轴通信电缆及光缆。对称通信电缆的传输频率较低，一般在几百千赫以内。而同轴通信电缆的传输频率较高，可达10兆赫以上。光缆的传输频率大于103GHz。
二、常用低压电器
低压电器是额定电压在交流1200V，或直流1500V以下电路中使用的电器，对电能进行转换、控制、调节及保护。港口使用最多的，是交流500V以下及直流800V以下的开关。按其功能，低压电器主要包括：断路器、熔断器、刀开关、转换开关、接触器、控制继电器、起动器、控制器、主令电器、电阻器、变阻器、电磁铁等。
（一） 常用低压电器 1、刀开关
刀开关通常在成套装置中，用于不频繁地接通和分断电路。带有灭弧室的开关，可以切断负载，不装灭弧室的开关，不能切断负载，仅可做为隔离开关使用。
2、断路器
断路器在成套装置中，用于电路正常工作条件下的不频繁接通与分断，并能对线路和设备的过载、短路、欠电压实施保护。港口多用的是塑料外壳式断路器。见图3-3-1
3、熔断器
熔断器是一种保护用电器，当其电流超过热熔体的规定值，经过一定时间，熔体熔化，断开电路，从而保护线路或设备的短路及过载。熔断器依其结构形式分为：有填料密封式、无填料密封式、半封闭插入式和自复式。港口应用较多的是有填料密封式和无填料密封式二种。
图3-3-1 断路器
4、接触器
接触器供远距离接通与分断电路或频繁地控制电动机运转的开关电器。见图 3-3-2
接触器的分类原则有：按灭弧方式，分为空气式、真空式、有无灭弧室式、有无吹弧式；按线圈的激磁方式，分为交流与直流。
图 3-3-2 接触器
5、控制继电器
继电器是用于主电路和设备保护，或在控制系统中控制其他电器的器件。可分为电压继电器、电流继电器、热继电器、时间继电器、中间继电器等。
电压继电器通常用作过压或欠压保护，操作回路的手柄“0”保护。电流继电器分为过电流、欠电流与反时限保护等。热继电器的功用是过载保护。见图 3-3-3。时间继电器通常分为通电延时、断电延时、定时吸合及循环延时四种类型。中间继电器作用是在触点控制线路中，作为信号传递、联锁、放大、记忆，以增强信号大小与数量，故中间继电器具有触头数量多的特点。
6、起动器
起动器是由接触器、热继电器和按钮、指示灯等标准元件组合起来，实现对电动机的起动、停止及反转控制的装置。
7、主令控制器
在自动控制系统或装置中，用于接通与分断控制电路，实现指令控制的电器。有手动与伺服二种型式，常用的是手动式。港口常用主令控制器的性能参数与外形，见表3-3-1 及图3-3-4。
图 3-3-3 热继电器
图3-3-4 主令控制器
8、万能转换开关
万能转换开关（含组合开关）系用于不频繁操作的接通或分断电路的一种开关元件。触点数目可较多，常用控制线路与电气测量仪表线路的切换，可直接操纵小容量电动机。万能转换开关基本是手动操作。
9、按钮及信号指示灯
按钮是对电磁起动器、接触器等电器及其他电气线路进行遥控的器件，在需要灯光信号指示的场合，兼作指示灯。
信号指示灯是专作电气设备或线路的指示信号及其他信号用的器件。
按钮按功能分有自锁与不自锁，一般操作与事故紧停；按手柄形状分有揿式、旋钮式、紧停式与钥匙式；按防护方式分有开启式、保护式、防水式、防腐式、防爆式。信号灯按发光形式分有直接式、变压器降压式、电阻降压式，、辉光式和发光二极管式等
10、行程开关
在电力传动控制系统及其他装置中，用于接通、分断控制电路，实现行程、限位、计数、程序控制指令等功能的控制开关。通常称为行程开关或限位开关。
按结构与动作原理区分，主要型式有：机械式、接近式、光电式。见图3-3-5。
图3-3-5 行程开关
11、电阻器
电阻器用于改变线路或电动机参数，或将电能转换为热能的大功率阻性元件。 12、频敏变阻器
频敏变阻器是接于绕线型异步电动机转子，利用铁耗的变化，使其随着电动机的加速，转子电势频率渐低，变阻器的阻值也相应减小的原理，达到起动电动机的目的。
13、声光信号发送器
系统中，用于提醒人们注意，引发警觉的发声、发光设备，称为声光信号发送器。常常是在机械运转前或运转中使用，或声、光分别，或声光并用。
14、接线端子板
用于各种电路中，做为线端的连接、分线、试验等功用的导线可拆连接器。 三、 高压电路控制 （一） 高压断路器
交流高压断路器主要用于开断电力系统中出现的各种故障电流。通常用于输电线路作为短路保护之用。交流高压断路器根据灭弧介质分为SF6（六氟化硫）断路器、真空断路器、少油断路器以及压缩空气断路器等。 （二）高压隔离开关
高压隔离开关广泛应用于6.3—550kV的电力系统中，主要用于保证检修工作的安全（在被检修设备与电源之间形成一个明显的断开点），它没有配置专门的灭弧装置，不能开断负荷电流和短路电流，只有在断路器断开电路的情况下，才能对隔离开关进行分合
闸操作，可以断开小电流和承受短路电流的能力。
（三）高压负荷开关
高压负荷开关主要用于开合额定负载电流和规定的过载电流、空载变压器电流、空载线路和空载电缆及电容器组的容性电流，可以承受系统出现的短路电流。当高压负荷开关和熔断器有机地组合在一起，成为负荷开关—熔断器组合电器后，还具有短路保护的功能。
（四）高压熔断器
高压熔断器主要用于额定电压为3～10kV的电力系统中，对电气设备和线路进行短路及过载保护。
（五） 高压电流互感器与电压互感器
高压电流互感器用于额定频率为50Hz的交流电压系统中。将高压系统中的大电流转换成标准的小电流（一般为5A）。以便连接测量仪表或继电器。供测量电流，计量电流及继电保护用。
电压互感器用于交流电力系统中，它的作用是将系统的高电压变换成安全、标准的低电压（一般为100V），以便连接继电器及计量仪表，供电能计量、电压测量和继电保护用。
（六）高压接触器
高压接触器，是供高压电动机控制用。高压真空接触器适用于交流50Hz，电压6kY的电力线路，供远距离接通与分断线路之用，可频繁操作电动机和变压器。
（七）桥吊高压供电系统 1、电源及电压等级
装卸桥由三相交流电源供电，供电电压根据码头的供电要求，一般在3.3KV-16KV；通过一个主要动力变压器（功率在800KVA－4500KVA之间），供起升、大车、俯仰、小车驱动电源用；另有一个辅助变压器（功率在100KVA－300KVA之间）供辅助机构、控制和照明用。频率50HZ或60HZ。
2、供电方式
（1）码头接线箱提供n千伏电源，通过机上电缆卷筒接至机器房内的高压进线柜并由变压器配电柜供电给变压器。（见图 3-3-6）
主要 变压器码头供 电设施 装卸桥高压电缆卷筒装卸桥高压 配电柜各机构驱动装置 辅助 变压器控制系统 照明、辅助系统
图3-3-6 桥吊高压供电方式
（2）应急岸电电源（380V,50Hz），通过海侧门腿上的应急电源箱接到电气房内低压柜，供机构应急运行和PLC、照明、维修用电。（见图3-3-7）
图3-3-7桥吊高压供电与高压电缆卷筒
（3）小车及吊具上的驱动与控制电源及通讯电缆，均经过电缆悬挂装置由电气房接至司机室吊具柜内，后大梁电缆槽、机房底部电缆槽与电气房底部相通。
（4）吊具电缆采用48芯特软电缆；吊具上下架的电气连接采用55芯专用插头插座。 3、变压器
（1）整机变频驱动电源采用△/Y连接，缠绕纤维三相干式变压器。
（2）整机辅助机构、控制和照明电源采用Δ/Yn0连接,缠绕纤维三相干式变压器。 4、 控制柜
（1）高压进线柜: 包括高压进线端子，高压负荷开关，柜面板上安装有电压表、 电流表及电源指示灯。柜内安装电度表, 显示驱动机构耗电量。
（2）高压动力配电柜: 包括动力变压器用高压真空断路器及控制线路。柜面板 上安装有电流表，操作按钮及电源指示灯。
（3）高压辅助配电柜： 包括辅助变压器用高压真空断路器及控制线路，柜面板上安装有电流表，操作按钮及电源指示灯。
四、 PLC控制
（一）PLC的结构及基本配置
一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。PLC的基本结构框图如图3-3-8所示。
输入接口部件接口部件输出 图3-3-8 基本结构框图
接受现场 中央处理单元 CPU板驱动受控元件电源部件 1、CPU
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，能接收并存贮用户程序和数据，同时，诊断
电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU模块有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。CPU模块的外部见图3-3-9。
图3-3-9 CPU模块
2、I/O模块
PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的。 3、电源模块
有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。
4、底板或机架
大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。
5、PLC 的外部设备
（1）编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。
（2）监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。 （3）存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。
（4）输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。
6、PLC的通信联网
PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。
（二）安川PLC CP-317和CP-316H的特点
1、CP-317网络功能强大，运算速度快，内存容量大，外设增加方便灵活，可用于各 种通讯协议与各外公司进行通讯。
2、CP-316H集成化的PLC机型，215、216、217通讯已集成在CPU内部。用户只需配置即可用于各种通讯，使用针对性较强，对外围网络数量较少，且相对固定外设的设备来说，可以用很经济的价格实现很高级的控制。
（三）PLC的安装环境
由于PLC大部分安装在工业生产现场，其周围的物理环境和电气环境的一般都比较恶劣，为了保证PLC工作的稳定性和可靠性，对周边环境牛韵空气温度和湿度、外界震动、电磁干扰等因素都有较为严格的要求。
（四）PLC的日常维护 1、日常维护
保持PLC工作环境的整洁和卫生，经常巡视、检查PLC的工作环境、工作状况、自诊断指示信号、编程器的监控信息及控制系统的运行情况，并做好记录，发现问题及时处理。
2、定期检查与维修
在日常检查、记录的基础上，每隔半年应对PLC做一次全面停机检查，项目应包括工作环境、安装条件、电源电压、使用寿命和控制性能等方面。具体检查内容及要求包括以下5点。
（1）工作环境：重点检查温度、湿度、振动、粉尘、干扰是否符合标准工作环境。 （2）安装条件：重点检查接线是否安全、可靠；螺丝、连线，接插头是否有松动； 电气、机械部件是否有锈蚀和损坏等。
（3）电源电压：重点检查电压大小、电压波动是否在允许范围内。
（4）使用寿命：重点检查导线及元件是否老化、锂电池寿命是否到期、继电器输出 型触点开合次数是否已经超过规定次数（如35 VA以下为300万次）、金属部件是否锈蚀等。
（5）控制性能：重点检查PLC控制系统是否正常工作，能否完成预期的控制要求。 在检查过程中，发现不符合要求的情况，应及时调整、更换、修复。
（五）PLC的故障诊断与排除 1、故障诊断与排除
PLC控制系统的常见故障，一方面可能来自于外部设备，如各种开关、传感器、执行机构和负载等；另一方面也可能来自于系统内部，如CPU、存储器、系统总线、电源等。大量的统计分析与实践经验已经证明：外部设备和内部系统的故障发生概率由图可以看出，PLC本身一般是很少发生故障的，控制系统故障主要发生在各种开关、传感器、执行机构等外部设备。
2、故障的自诊断
PLC具有一定的自诊断能力，无论PLC自身故障还是外部设备故障，绝大部分都可由PLC的面板故障指示灯来判断故障部位。
（1）电源指示（POWER）（2）运行指示（RUN）（3）锂电池电压指示（BAITV） （4）程序出错指示（CUPE）（5）输入指示（6）输出指示 五、变频控制
（一）变频调速器概述
变频调速器简称变频器，是将某一频率的交流电变为频率和电压可调的交流电的静止装置。变频调速器分交-交和交-直-交两大类型。
（二）变频调速器的特点 变频调速器有以下特点：
1、起动电流小，对电网冲击作用小，因此电源设备容量可以减小， 2、可平滑无级连续调速，高低速都可获得稳定的硬特性，转速平稳。 3、最高速度不受电源影响，不需因频率的不同而改变系统的设计。 4、制动性能好，可采用最经济最方便的回馈制动。
5、使用普通的标准电动机调速，一般交流调速系统改用变频调速时，可以使用原有电机而不需更换。
6、采用鼠笼式异步电动机，几乎不需要维护。
7、可以实现高速化小型化控制，只要高速电机（只能是鼠笼型）和特殊的轴承及传动装置在技术上有所突破，就可以适应轻薄短小的时代要求，提高精细微小的零件加工精度。
8、可以任意调节加减速的大小，以适应升降和输送不同物种的要求，防止货物倒塌损坏。
9、防爆容易，对于那些需要高精度调速而又要求防爆的药品、化工机械，可以用鼠笼电机代替庞大昂贵的直流防爆电机。
（三）变频调速器的应用情况
1、在电动装卸机械上的应用前景广阔，几年前，只用于旋转、变幅等辅助工作机构，近年来集装箱货场龙门机、门机、桥吊等大型起重机巳开始实现全变频调速。
2、应用目的：电动装卸机械采用异步电动机变频调速，有节能、自动化、提高产量、提高质量和减少维修等。
（四）安川变频器
1、安川变频器的结构形式
一般变频器的基本构成与功能（图3-3-10）
（1）主回路：给异步电动机提供调频调压电源的电力变换部分,称为主回路. （2）整流器：把工频电源变换为直流电源,电功率的传送不可逆
（3）滤波器：抑制整流器整流后的直流电压波动及逆变器回路产生的脉动电流电压波动。
图3-3-10 安川变频调速器
2、驱动器内部各线路板的功能 图3-3-11a与图3-3-11b
PG卡：把测速编码器的信号转化为驱动器可识别的信号.完成电机速度信号的反馈． 通迅板：主要功能是进行驱动器与PLC的CPU之间通迅信号的转换.以便驱动器与PLC
之间能进行信号传输．
主控板：主要进行驱动器各种信号的集中处理，储存驱动器的各种参数．
手操器：驱动器外部参数输入的操作面板和各种参数的显视面板.在驱动器出现故障时，显示故障代码和名称．
驱动板：供给驱动器内部各线路板的工作电源和IGBT的触发极电源.
PG卡
通讯板
数字操作器
电源端子
主控板
触发板
a
图3-3-11 安川变频器的结构
ｂ
3、变频器在使用中的注意事项
（1）变频器主回路中有保险、IGBT、驱动板、PG卡。
（2）保险一般在外围线路对地短路，电机绕组间绝缘很低时会造成，直流母线因通过内部二极管形成环路对地或直流母线对输出之间短路。
（3）如果在静态时发生电机绕组短路现象，则变频器在启动时有可靠保护，并将故障原因报出。
（4）动态时，尤其在电机高速运转时发生上述短路现象，则变频器保护IGBT的作用减少很多，因为信号处理需要时间，此时IGBT可能已经损坏。
（5）IGBT的开关频率很高，动态响应很快，外围发生短路时电流冲击很大。虽然变频器有完善的检测电路，但因受IGBT开关频率高的影响，控制回路送来的关断信号一般会有一段时间的延迟。所以，IGBT在动态电机高速时很难进行关断性保护。
（6）驱动板与IGBT有电气连接，一旦IGBT发生短路，高压信号会通过G极和C极的短路引导驱动板上，损坏内部元件。所以，IGBT损坏，驱动板同时更换。
（7）控制回路易损件有：保险、控制变压器、风扇、接触器、吸收电阻等。 （8）主控板内存储全部变频器的应用参数。所以，更换前一定先下载备份。
（9）如果主控板内部有两台电机的参数，校对时第二台电机的参数有部分不能显示出来，需要在程序中进行切换。
（10）PG卡损坏一般是外部PG电源线接错造成。
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