船舶电气设备及系统课件 第十章概要

L/O/G/O集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》第十章船舶舵机的电力拖动与控制集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》第十章船舶舵机的电力拖动与控制第十章小结§10-2操舵方式及基本工作原理§10-3自动舵的基本类型及其调节规律§10-4自动舵系统基本要求和工作原理§10-1舵机电力拖动与控制的基本要求集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》学习第十章应该注意的点第十章学习应注意的几个问题：1.对船舶舵机有什么基本要求？2.有几种操舵方式？3.各种操舵方式有什么特点？4.自动舵是怎样工作的？5.自动舵有几种调节规律？各种调节规律分别起什么作用？相对比较难的点：1.各种操舵方式的工作原理；2.自动舵各种调节规律的特点。集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》§10-1舵机的电力拖动与控制的基本要求本节主要内容★了解舵机装置；★掌握基本要求：——4个方面。①.工作可靠；②.生命力强；③.操作灵便；④.保护与报警：具有舵叶偏转限位保护和失压报警装置。集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》★舵机装置分为：①.电动-机械；②.电动-液压。★工作过程：电动机带动蜗杆蜗轮转动，经主动齿轮和扇形齿轮，再经缓冲弹簧转动舵柄(在扇形齿轮下面，通过弹簧推动)，从而使舵柱和舵叶偏转。★系统组成：——一般采用G-M系统。★作用：①蜗杆蜗轮传动，大变比减速，能够锁定舵柱和舵叶。②缓冲弹簧，减轻船舶在航行中波浪对舵叶的冲击力，防止传动装置受到损伤。舵机简介—电动舵机装置(all-electricsteeringgear)集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》★系统组成：恒速电动机（可用普通异步机）拖动双向变量油泵，提供双向的高压油驱动液压油缸。★工作过程：当一油缸注入高压油而另一油缸排出低压油时，推动撞杆（活塞）移动，从而带动舵柄，舵柱和舵叶偏转。舵机简介—电动舵机装置(all-electricsteeringgear)集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》★工作可靠：体现在，供电和电动机都要可靠。①.供电：采用双路分离较远的馈电线供电，其中一路经应急配电板。②.电动机：机械特性软(抗冲击/过载)，转矩大(35˚-30˚，28秒)，能承受1分钟的堵转。★生命力强：至少两个操作站(由转换开关切换，防同时操作)。★操作灵便：有三种操舵方式(手动、随动、自动)。★舵叶偏转限位保护和失压报警装置。对舵机装置的要求[第一节要点]：舵机的分类、特点；基本要求。集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》§10-2操舵方式及其基本工作原理本节主要内容★三种操舵方式的工作原理，主要掌握它们的作用、特点和工作原理。★1.单动操舵工作原理★2.随动操舵工作原理★3.自动操舵工作原理集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》§10.2.1单动操舵的工作原理★单动（香蕉柄）操舵：——在海船上就是应急操舵。★方法：手扳舵转，复零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左扳。——人看分罗经和舵角指示器操舵。★原理：转换开关改变发电机励磁方向，从而使电动机反转。电动机励磁不变。集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》§10.2.2随动操舵的工作原理★随动操舵，又叫“舵轮操舵”。随动(follow-up)——舵叶随着舵轮转动。★原理：是负反馈调节系统。以舵角和舵轮的偏差控制电动机。集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》§10.2.2随动操舵的工作原理★操舵过程：舵轮向右转角度，电位器R1的滑动点移动，电桥失去平衡，放大器输入信号0，发电机输出电压使电动机顺时针方向转动，使舵叶向右偏转。同时舵角反馈同步传递机构带动反馈电位器R2的滑动点不断向a点移动。当电桥重新处于新的平衡状态时，放大器输入=0，电动机停转，舵叶处于右舵与舵轮转动相对应的角度上。集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》★方法：左偏航操右舵，舵轮操右几度，舵叶右偏几度。§10.2.2随动操舵的工作原理★回舵过程：相似，只是放大器输入变反，电动机反转，舵叶回偏。集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》★自动操舵：实际上是自动航向保持仪。★组成原理：利用电罗经检测船舶实际航向，然后与给定航向K˚进行比较，其差值作为操舵装置的输入信号，使操舵装置动作，改变偏舵角。在舵角的作用下，船舶逐渐回到正航向上。船舶回到正航向后，舵叶不再偏转。★线路分析：最简单的电动操舵线路的工作过程见下图。操舵过程：见下图§10.2.3自动操舵的工作原理集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》[第二节要点]：操舵方式(种类、原理)；自动操舵仪组成原理。集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》§10-3自动舵的基本类型及其调节规律本节主要内容有★1.自动舵的基本类型：——三种比例、比例-微分、比例-微分-积分★2.自动舵的调节规律集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》自动舵方框图★定义：自动舵的基本类型是指按操舵的规律分类的（也就是舵的偏转规律）类型，而不是舵机装置的类型。★三种基本类型：⑴.比例舵；⑵.比例-微分舵；⑶.比例-微分-积分舵。★说明：不同基本类型的自动舵，对舵叶的调节规律是不同的。偏航与操舵§10.3.1自动舵(automaticalsteeringgear)的基本类型集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》★定义：能够自动检测船舶实际航向，并根据给定的航向值进行调节，使船舶稳定航行在给定航向上的一种装置。★按功能分：①.自动航向保持；②.自动航线保持。——本书介绍的为自动航向保持仪。★【注】：在自动舵的调节规律中，一般要求具有“比例”的成分，没有单独的微分舵或积分舵，也没有单独的微分-积分舵。自动舵的其它说明集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》比例舵(proportionsteeringgear)★比例舵操舵的规律是：偏舵角的大小与偏航角的大小成比例关系，即：=-K1★其中：K1为比例系数，负号表示与偏航方向相反。★特点：机构简单，航行保持精度较差，船舶营运经济性较差（会出现S形航迹）。★比例舵的不足：偏航初期偏舵角较小，不能很快阻止船舶继续偏航；回航过程中船舶具有惯性，偏舵角不能及时减小，容易反向偏航。§10.3.2自动舵的调节规律集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》★比例-微分舵操舵的规律是：偏舵角的大小与偏航角的大小成比例-微分关系，即：=-（K1+K2d/dt）★其中：K1为比例系数，K2为微分系数。★说明：偏航初期，偏航角变化率大，比例-微分舵能及时给出大偏舵，有效地阻止船舶偏航（最大偏航角较小）；回航时，偏航角变化率变为负值，能适时给出反舵角，阻止船舶反向偏航，即能有效阻止反向偏航。★主要特点：具有“超前校正”的控制作用，减小船舶航向的振荡，减轻舵机负担，增加航速，提高系统灵敏度和船舶的营运效益。比例-微分舵(proportion-differentialsteeringgear)集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》比例-微分-积分舵(proportion-integration-differentialsteeringgear)★组成：在比例-微分舵基础上增加积分环节。积分环节作用是——克服不对称偏航。K3是积分系数。★不对称偏航的产生：不对称偏航是某舷（侧）的偏航角持续时间比另一舷（侧）偏航角持续时间长。★原因：装载不对称，斜向风的持续影响，斜向海潮的持续影响。——对于具有双螺旋桨推进的船舶，螺旋桨推进的不平衡也会产生不对称偏航。★积分环节工作原理：积分环节可以对偏航持续时间进行累积，当某舷（侧）偏航持续的时间比另一舷（侧）持续时间长时，通过环节输出的信号（偏舵角）将继续保持，这个信号将通过执行机构使舵叶维持在一定的偏转角度上，从而使船舶具有克服单向偏航的能力。集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》★比例舵：可以克服偏航，但容易形成S形航迹，航程较长。★比例-微分舵：可以减小最大偏航角，克服回航时的反向偏航。但微分系数不能太大，否则容易造成不稳定。★比例-微分-积分舵：能够产生“自动压舵”调节，克服不对称偏航。[第三节要点]：自动舵的基本类型；各种调节规律的性能、特点。操舵定律特点比较集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》§10-4自动操舵系统基本要求和工作原理本节主要内容★1.自动操舵系统基本要求★2.自动操舵系统的工作原理大纲仅要求“自动操舵系统基本要求”，因此，“工作原理”则自学，不讲。集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》§10.4.1自动操舵系统基本类型★基本要求（三个方面）：①自动操舵性能良好；②具有必要的调节装置；③应设有随动、单动等操舵设备。★调节装置：——五个装置。⑴灵敏度调节(俗称天气调节或海况调节)；⑵舵角比例调节；⑶反舵角调节；⑷压舵调节；⑸航向调节。——具体说明见下页。集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》灵敏度调节★定义：灵敏度是指系统开始投入工作时的最小偏航角。★调节：视天气、海况而定。在风平浪静时，灵敏度要调高一些；在大风大浪下，应适当降低自动舵的灵敏度，以减少动舵次数。★说明：风浪大时，由于船舶摇摆，检测的偏航角不是实际稳定的数值。集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》舵角比例调节(helmangleadjustment)★定义：舵角比例就是偏舵角与偏航角之比（即K1的数值）的大小。——实际就是自动舵装置中的放大倍数。★作用：舵角比例直接影响自动舵给出的一次偏舵角和二次偏舵角的数值，从而影响船舶S形航迹。小则调节慢，大则振荡严重。因此，要根据船型、装载(即惯性)及航速等情况调节舵角比例，以获得一个合适的舵角比。集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》反舵角调节★定义：船舶偏航后在自动舵作用下回复到正航向时，舵叶应先回到首尾上，然后再向另一舷偏过一个小角度，以防止船舶因惯性力而继续向另一侧偏航，这个预先偏舵角称之为反舵角（又称制动舵角，稳舵角，纠偏舵角）。★说明：应根据船型、装载、天气等情况进行调节。反舵角可由微分环节来实现。反舵角调节主要调节微分系数又称微分调节。集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》压舵调节(counterrudderadjustment)★定义：由舵机提供一个固定的舵角，以纠正船舶由于受到单侧风浪、水流等因素影响而引起不对称（单侧）偏航，称为“压舵”。★设置：自动舵中应当设有自动压舵/人工压舵的调节装置。在具有航向积分环节的自动舵中，应设有积分调节以检测单侧偏航。★调节：主要调节积分系数K2。集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》[第四节要点]：系统基本要求（3个方面，5种调节）。航向调节★定义：所谓航向调节，就是由驾驶人员给自动舵设定航向给定值。★说明：应能保证在不断开自动舵系统的情况下，通过航向调节来改变船舶的给定航向，使船舶在新的预定航向上航行。航向的修正也可以通过此调整装置进行。★调节量：一般每次改变航向不超过30˚。集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》第十章小结各节要点：第一节：舵机的分类、特点；基本要求。第二节：操舵方式（种类、原理）；自动操舵仪的组成原理。第三节：自动舵基本类型；各种调节规律的性能、特点。第四节：系统基本要求(3个方面，5种调节)。集美大学轮机工程学院《船舶电气设备及系统》第十章的主要内容★主要内容：船舶舵机的“基本要求”、“操舵方式”和“基本调节规律”。★要求掌握舵机的基本要求，知道各种操舵方式的使用场合、各自特点及系统的组成；★要求掌握舵机的基本类