船舶电气设备与系统ppt课件.ppt

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1、第一章 电与磁,概 述电工设备中发生的物理过程通常同时包含“电”和“磁”这两个紧密相连的现象，即电生磁，磁生电。例如在电路原理课程中讨论交流电路时所考虑的感应电动势，就是线圈中所链磁通随时间变化而引起的；不过当时我们用一个线性的电路参数“电感”来表达这个作用，仅从电路概念加以分析。本章重点阐述磁场基本概念和基本物理量，分析磁性材料的磁性能和磁路计算的基本定律。,第一章 电与磁,本章主要讲解内容 第一节 磁场的基本概念和基本物理量 第二节 铁磁材料的磁性能 第三节 磁路的基本概念 第四节 电磁感应,第一节 磁场的基本概念和基本物理量,一、磁场的基本概念 1磁场与磁力线 （1）磁场:当小磁针靠近永

2、久磁铁时会发生偏转现象，这表明在永久磁铁的周围有一种物质存在，这一物质称为磁场。 （2）磁力线:磁场的分布情况用闭合磁力线来描述。 在磁铁的外部，磁力线从N极出发，经外部空间进入S极；再由S极经磁铁内部回到N极而组成闭合回线，即磁力线是闭合的。,返回本章,图1-1 条形磁铁的磁场,返回,（3）磁场方向l1曲线上a点的磁场方向即为a点切线l2的方向，（4）磁场强弱磁力线的疏密反映了磁场各处磁性的强弱程度；靠近磁铁两端的磁力线密，磁场就强，远离磁铁两端的磁力线疏，磁场就弱。,返回,2电流的磁效应 除了永久磁铁周围存在磁场外，当小磁针靠近通电导线(或通电导线绕成的螺旋管线圈)，小磁针会发生偏转，这说

3、明通电导线的周围和磁铁一样也存在着磁场，这种现象，称为电流的磁效应。 磁场是由电流产生的，磁场的强弱及方向由通过导线的电流决定。,（a）通电直导体 （b）通电螺线管线圈 图1-2 磁场与电流的方向,返回,2电流的磁效应磁场方向的确定：（a）右手握住直导 体，拇指指向电流方向，则弯曲的四指的指向即为磁场方向。（b）右手握住线圈，弯曲的四指指向电流方向，则拇指的指向即为螺旋管内部的磁场方向。,二、磁场的基本物理量 1磁感应强度B磁感应强度B 是表示磁场空间某点的磁场强弱和方向的物理量，是矢量。其定义式为:,均匀磁场：如果磁场内各点磁感应强度的大小和方向均同，则称其为均匀磁场。均匀磁场可用疏密均匀、

4、方向相同的磁力线来表示（本书若没有特别说明，都指均匀磁场）。在均匀磁场中,I 通人导体的电流单位是安培(A),f - 电磁力，单位是牛顿（N）,l -导体长度，单位是米(m),2磁通定义： 磁通的定义是磁感应强度（假设磁场为均匀磁场）与垂直于磁场方向的面积的乘积 定义式：,3磁场强度磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应强度和导磁率之比。,IN为电流与线圈匝数的乘积，称为磁动势，用字F表示 F=NI (磁势单位为A),4磁导率（导磁系数）和相对磁导率 （1） 磁导率 定义：表征各种材料导磁能力的物理量。 定义式：=B/H (H/m) （2） 相对磁导率定义：一般材料的磁导率和真空中的磁

5、导率之比，称为这种材料的相对磁导率。定义式：r=/0,第二节 铁磁材料的磁性能,为了在一定的的磁势作用下能激励较强的磁场，以使电机和变压器等电器设备尺寸缩小、重量减轻、性能改善，必须增加磁路的磁导率。所以电机和变压器的铁心常用磁导率较高的铁磁材料制成，下面对常用的铁磁材料及其性质作简要说明。,返回本章,说明,1.高导磁性,（a） (b) 图1-3 磁性材料的磁化,思考：磁畴、磁化,2.磁饱和性,图1-4 磁化曲线 图1-5 与H的关系,非饱和段：oa、ab段半饱和段：bc段饱和段： c点以后,图1-4,3.磁滞性如果励磁线圈中通入交变励磁电流, 对铁心进行反复磁化，磁感应强的变化总是滞后于磁场

6、强度的变化, 这种现象称为磁滞现象.为消除剩磁所加的反向磁场强度值Hc称为矫顽力。,图1-6 磁滞回线,由实验可知，铁磁材料不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。图1-7中示出了几种铁磁材料的磁化曲线。按磁性物质的磁性能，磁性材料可以分成三种类型：软磁材料、永磁材料、矩磁材料。,铁磁材料的类型, 软磁材料具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金及铁氧体等。铁氧体在电子技术中应用也很广泛，例如可做计算机的磁心，磁鼓以及录音机的磁带、磁头。, 永磁材料具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢、钴钢及铁镍铝钴合金等

7、。 矩磁材料 具有较小的矫顽力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。在计算机系统中可用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体及1J51型铁镍合金等。,铁磁物质的磁性是与磁畴结构分不开的。当铁磁物质受到强烈的振动，或在高温下由于剧烈热运动影响，磁畴取向性容易混乱。这时与磁畴联系的一系列铁磁物质（如高导磁率、磁滞等），就会全部消失。因此，管理人员在维修和安装电机时，都应注意。,注意啦！,第三节 磁路的基本概念,一、磁路 在工程上，为了得到较强的磁场，广泛利用了铁磁物质。在电机、变压器、继电器、仪表等电器设备中应用铁磁物质制成一定的形状，即人为地造成磁通的路径，磁通主要在这部分空间

8、内闭合，其周围则因导磁系数小得多而磁通极少。这种磁通的路径称为磁路。,返回本章,？磁路,图1-8（a）是永磁式（磁电式）仪表的磁路，图1-8（b）为电磁继电器的磁路，图1-8（c）为单相铁心式变压器的磁路，图1-8（d）为四极转枢式电机的磁路；,图1-8 几种常见磁路,几种常见的磁路,二、磁路的基本定律与磁路的特点磁路概念的建立，是基于铁磁物质的导磁系数大大地超过了非铁磁物质的导磁系数。然而，若以此与电路相比，在电路中，导电材料的电导系数一般比电路周围绝缘材料的电导系数大几千万倍以上，而磁路中的导磁材料的导磁系数一般不过比非磁性材料的导磁系数大几千倍。因此，在磁路中漏磁现象比电路中漏电的现象大

9、为显著。把按照我们安排的路径而闭合的磁通称为主磁通，而把不按照这种路径闭合的磁通称为漏磁通。,（a） （b） 图 1-9 磁路中的磁场分布,磁路定律磁路定律是由描述磁场性质的磁通连续性原理和安培环路定律导来的。,图1-10 有分支磁路的分配,1.磁路的基尔霍夫第一定律在磁路的分支处所连接着的各个铁梗中磁通的代数和应恒等于零。,2.磁路的基尔霍夫第二定律磁路中沿任意闭合回路磁压的代数和等于沿该回路磁势的代数和。,综上所述，磁路和电路有很多相似之处。与电路一样，计算磁路也是以磁路的基尔霍夫两条定律相似的定律为基础的。磁路的磁通、磁势、磁压、磁阻等量与电路中的电流、电动势、电压、电阻等量一一对应。而

10、且，磁路的欧姆定律对应于电路的欧姆定律。另外必须指出，磁路和电路有一个本质的差别，即磁通并不像电流一样代表某种质点的运动。恒定磁通通过某磁阻并不像恒定电流通过电阻时那样具有能量形式的转换，会使电阻发热。恒定的磁通的维持不需要任何能量，与电路中的焦耳-楞次定律相似的磁路定律是不存在的。,对比思考,三、恒定磁通无分支磁路的计算磁路的计算可以分为两类： （1）已知磁通求磁势； （2）已知磁势求磁通。在此我们仅讨论已知磁通求磁势，并且仅讨论无分支磁路。,练习一下计算,无分支磁路中已知磁通求磁势，可以按照下列步骤进行：1. 按照材料和截面的不同进行分段；2. 作出中心线，按照所给尺寸计算出磁路各段的截面

11、S1 、 S2和长度l1 、 l2 ；3. 按已知的磁通计算各个段落的磁感应强度：,4.从各材料的B-H曲线（基本磁化曲线）上按已算出的磁感应强度B1、 B2 找出与它们相对应的磁场强度 H1、 H2 5.按照磁路的基尔霍夫第二定律求出所需要的磁势：,当所给磁路中有空气隙时，则可应用空气的导磁率0 = 410-7 H/m，由空气隙的磁感应强度B0 计算其磁场强度H0 ：,注意,第四节 电磁感应,电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面。在电工技术中，运用原理制造的发电机、感应电动机和变压器等电器设备为充分而方便地利用自然界的能源提供了条件，在电子技术中，广

12、泛地采用电感元件来控制电压或电流的分配、发射、接收和传输电磁信号；在电磁测量中，除了许多重要电磁量的测量直接应用电磁感应原理外，一些非电磁量也可用之转换成电磁量来测量，从而发展了多种自动化仪表。,返回本章,你知道吗,一、电磁感应定律1.电磁感应现象1820年奥斯特的发现第一次揭示了电流能够产生磁。法拉第很快就想到磁能否产生电，精心地实验研究了10余年后，终于在1831年第一次发现了电磁感应现象，并总结出电磁感应定律。什么是电磁感应现象？产生电磁感应现象的条件是什么？ 如图1-12,图1-12 线圈的感应电势,返回,2.电磁感应定律 为了表述电磁感应的规律，以一匝线圈为例。如图1-13所示设在时

13、刻t1穿过导线回路的磁通量是1，在时刻t2 穿过导线回路的磁通量是2 ，那么，在 这段时间内穿过回路的磁通量的变化是 ，则磁通量的变化率 反映了磁通量变化的快慢和趋势。,图1-13,法拉第电磁感应定律精确的实验表明，导体回路中感应电动势的大小等于穿过回路的磁通量的变化率 。这个结论叫做法拉第电磁感应定律 。即 ： （1-17） 式中的负号代表感应电动势方向。感应电动势的方向问题是法拉第电磁感应定律的重要组成部分。,式（1-17）只适用于单匝导线组成的回路如果回路不是单匝线框而是多匝线圈，如果穿过每匝线圈的磁通量相同，均为 ，则 ，称为磁链或全磁通。则式（1-17）可表达为,说明,由愣次定律可知

14、，感应电动势的方向总是使得其感应电流产生的磁通来阻止原有磁通量的变化（增加或少）。即根据感应电流的方向可以说明感应电动势方向。,感应电动势的方向,图1-14感应电动势方向的确定,返回,如图1-14，在图中把极插入线圈，可以看到磁棒插入过程中穿过线圈的向下的磁通量增加，根据右手定则可知，这时感应电流所激发的磁场方向朝上，其作用相当于阻止线圈中磁通量的增加。若线圈不动，磁铁向下运动，则通过线圈的磁通1的方向向下，而且对线圈来说磁通是增加的，由楞次定律知线圈感应电流产生的磁通2的方向与穿过它的磁铁磁通1方向相反，再根据右手定则知感应电流i从线圈内部a流向b，而感应电动势eL的方向与其一致，由a 经线

15、圈内部指向b，而线圈两端的电压由b指向a如图1-14所示 。,感应电动势的确定一般情形下，感应电动势的大小和方向可由下式来决定： （1-19）式中的负号体现了感应电动势eL的方向总是与磁通 的增量相关。,三、自感系数 当一线圈中的电流变化时，它所激发的磁场通过线圈自身的磁通量（或磁通匝链数）也在变化，使线圈自身产生感应电动势。这种因线圈中电流变化而在线圈自身所引起的感应现象通常叫做自感现象，所产生的电动势叫做自感电动势。如图1-17实验。,（a） （b） 图1-17 自感现象的演示,自感现象,（1-21） （1-22） （1-23）式1-23相量图如图1-18所示。,图1-18,由式1-23可

16、以看出，对于相同的电流变化率，比例系数L越大的线圈所产生的自感电动势越大，即自感作用越强。比例系数L称为自感系数，简称自感（电感）。根据式（1-21）和式（1-22）也有自感的两种定义。据式（1-22），自感在数值上等于线圈中电流强度变化率为1单位时，在这线圈中产生的感应电动势；或者，据式（1-21），自感在数值上等于线圈中电流强度为1单位时通过线圈自身的磁通匝链数。,对式1-23的阐述,三、铁心线圈电路 铁心线圈分为两种： 1.通直流电励磁的直流铁心线圈，如直流电机的励磁 线圈、电磁吸盘及各种直流电器的线圈； 2.通交流电励磁的交流铁心线圈，如交流电机、变压器及各种交流电器的线圈。,A.直流

17、铁心线圈的磁路通直流电励磁的直流铁心线圈的磁路的分析比较简单，因为励磁电流是直流，产生的磁通是固定的，由式(1-22)知在线圈和铁心中不会感生电动势，在一定的直流电压U下, 线圈中的电流 I只和线圈本身的电阻R有关，即 。这就是为什么交流线圈不能随意接直流电源的原因。,直流铁心线圈的磁路,B.交流铁心线圈的磁路外加电压与磁通的关系，转换为相量形式：注：（1）在相位上，磁通滞后于外加电压90 （2）磁通的极大值m取决于外加正弦电压的有效值与频率。,交流铁心线圈的磁路,四、功率损耗与涡电流,图1-21 涡电流,磁滞损耗(Ph)：当铁磁体被反复磁化时, 由于磁滞原因而引起的功率损耗。,涡流损耗(Pe

18、)：当铁心中磁通发生变化时, 在铁心内引起感应电动势和电流(即涡流)。由于涡流在铁心中造成的功率损耗。,图1-22 变压器铁芯中的涡流损耗及改善措施,图1-23 转速记原理,应用,五、电磁铁电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁，再由衔带动控制触点闭合、断开或衔铁的动作可使其它机械装置发生联动。当电源断开时，电磁铁的磁性随着消失，衔铁或其它零件即被释放。电磁铁可分为线圈、铁心及衔铁三部分。如图1-24所示的是某种电磁铁的结构型式 。,图1-24 电磁铁结构图,电磁铁结构,直流励磁线圈电路的特点,（R 为线圈的电阻）,1.直流电磁铁,直流电磁铁,U 一定,I 一定,磁动势 F=IN 一定,磁通和磁阻

19、成反比,（线圈中没有反电动势）,交流励磁线圈电路的特点,2.交流电磁铁,交流激励,线圈中产生感应电势,交流电磁铁,电路方程：,一般情况下 很小,假设,则,有效值,相量,交流磁路中磁阻Rm对电流的影响,电磁铁吸合过程的分析：,在吸合过程中若外加电压不变, 则基本不变。,小 电流小,电磁铁吸合前(气隙大）,注意：如果气隙中有异物卡住，电磁铁长时间吸不上，线圈中的电流一直很大，将会导致过热，把线圈烧坏。,第十章 船舶舵机的电力拖动与控制,本章概述舵机设备主要由下列几个部分组成： 1主操舵装置 2辅助操舵装置 3舵机装置动力设备 4动力转舵系统： 5转舵机构 6操舵装置控制系统 目前，远洋船舶上装备的

20、都是远距离控制自动操舵仪，简称自动舵，几乎全部是电动液压舵机。,第十章 船舶舵机的电力拖动与控制,本章主要讲解内容第一节 舵机电力拖动与控制的基本要求第二节 单动舵第三节 随动舵第四节 自动舵第五节 船舶艏侧推装置,第一节 舵机电力拖动与控制的基本要求,我国钢质海船入级与建造规范根据国际海上人 命安全公约（SOLAS公约）的规定，对于从事于 国际航行的大于500 总吨的货船或仅从事于非国际 沿海航行的大于1600总吨的货船的舵机提出了明确 的要求，基本技术要求如下： 1每艘船舶均应设置1 套主操舵装置和1 套辅助操 舵装置。主操舵装置和辅助操舵装置的布置，应满足 当其中一套发生故障时不致引起另

21、一套也失效；如主 操舵装置具有2台或2台以上相同的动力设备则在下 列条件下可不设置辅助操舵装置：,返回,对于客船，当任一台动力设备不工作时，主操舵装置 仍能按本规定进行操舵； 对于货船，当所有动力设备都工作时，主操舵装置能 按本规定进行操舵； 主操舵装置应布置成当其管系或一台动力设备发生单 项故障时此缺陷能被隔离，使操舵能力能够保持或迅 速恢复。,2主操舵装置和舵杆：具有足够的强度并能在船舶最大 航海吃水和最大营运前进航速时进行操舵，使舵自任 一舷的35，转至另一舷的35，且于相同条件下自 一舷的35转至另一舷的300所需时间不超过28s。,3辅助操舵装置： 具有足够的强度和足以在可驾驶的航速

22、下操纵船 舶，并能在应急情况下迅速投入工作； 应能在船舶最大航海吃水和以最大营运前进航速 的一半但不小于7kn 时进行操舵，使舵自一舷 15，转至另一舷的15，且所需时间不超过 60s。,4主、辅操舵装置动力设备： 当动力源发生故障失效后又恢复输送时能自动再起 动； 能从驾驶室控制使其投入工作； 任一台操舵装置动力设备的动力源发生故障时，应在 驾驶室发出声、光警报； 驾驶室与舵机室之间，应设有通信设施； 操舵装置应设有有效的舵角限位器。以动力转舵的操 舵装置，应装设限位开关或类似设备，使舵在到达舵 角限位器前停住。装设的限位开关或类似设备，应该 与转舵机构本身同步而不应与舵机的控制相同步； 舵

23、装置应有保持舵位不动的制动装置。,第二节 单动舵,单动舵也叫应急舵或非随动舵。它是在自动舵及随动操舵都不能用的情况下，作为应急操舵。单动舵控制线路比较简单。图10-1为DS1型应急舵装置简图。单动操舵控制可用图10-2所示的方框图来表示。在操舵控制信号较弱时，不足以直接推动执行机构工作，或即使能推动工作，但其灵敏度太低，故必须加放大环节。,返回,返回,图10-1 DSI型应急操舵装置简图,图10-2单动操舵方框图,返回,第三节 随动舵,随动舵控制系统只要操作人员给出某一操舵指令，系统就能自动地按指令把舵叶转到所要求的舵角上，并且自动使舵叶停转。 图10-3为随动舵系统方框图。它是按偏差原则进行

24、调节的。图10-4为DD2型电子式随动操舵仪系统简图。,返回,返回,图10-3 随动操舵系统方框图,返回,第四节 自动舵,自动舵是根据电罗经送来的船舶实际航向与给定航向信号的偏差进行控制的。在舵机投入自动工作时，如果船舶偏离了航向，不用人的干预，自动舵就能自动投入运行，转动舵叶，使船舶回到给定航向上来。,返回,一、自动舵的基本类型 船舶应用的自动舵类型众多，究其调节规律，有三种基本类型：以船舶偏航角的大小和方向进行调节的比例舵，以船舶偏航角和偏航角速度的大小和方向调节的比例一微分舵和以船舶偏航角、偏航角速度及偏航角积分的大小和方向来调节的比例一微分一积分舵。,1比例舵 比例舵调节中偏舵角B与偏

25、航角 成比例关系变化，即 B = - K1式中，K1为比例系数；负号“”表示偏舵的方向是消除偏航。船舶因风浪等影响引起偏航时，采用比例舵操舵有纠正偏航的能力。但是它使船舶周而复始地围绕正航向左右摇摆，船舶的航迹呈“S”形振荡，衰减很慢。,2比例一微分舵 按比例操舵的偏舵角仅考虑了偏航角的大小，没有考虑 偏航角速度。其实，偏航速度高时，应当加大偏舵角， 以有效地抑制船舶继续偏航；另外，该船舶回到正航向 后，虽然偏航角等于零，但由于惯性，船舶仍然有一个 偏航角速度，使船舶又继续朝另一侧偏航。因此比例操 舵会造成船舶沿航向作S形航行。比例一微分舵就是为 解决这个问题而产生的。它的调节规律符合关系式：

26、,3比例一微分一积分舵为提此以提高航向调节的精度，减少、甚至消除静态误差，在比例一微分舵的基础上，设置积分调节，亦即比例一微分一积分舵。它满足下面的关系式。,二、自动操舵系统基本要求 1自动操舵性能良好 2具有必要的调节装置 （l） 灵敏度调节（俗称天气调节） （2）舵角比例调节 （3）反舵角调节 （4）压舵调节 （5）航向调节 3应设有随动、单动等操舵设备 此外，自动舵还应设有双电源，双机组等换转装置。,三、自动舵的工作原理 1电动机械自动舵 图10-5为电动机械自动操舵系统的原理简图。 下面分5个阶段（其实是连续的）说明船舶因外界干扰 而偏转离正航向K后是如何通过自动舵的作用又重返正 航向

27、的。,返回,图10-5 G-M系统自动操舵的原理图,第一阶段（）：船舶沿正航向K航行，滚轮1恰好与绝缘块4接触，电动机不转动，舵叶在艏艉线上，艏艉线与正航向重合，偏航角、偏舵角都为零。 第二阶段（）：假设由于受到风、流等外界影响，船舶向右偏航，首先航向发送器使自动操舵仪上的航向接受器（即罗经复示器）同步转动某一角度，并带动滚轮1向左偏转，与左边导电半圆环2接触，电动机转动，舵叶向左弦偏转，通过舵角反馈同步传递结构，使两个导电环以相同的方向向左作追随滚轮的运动。这一阶段由于外界干扰的持续存在，开始偏舵时偏舵角很小，舵效不明显，所以船舶继续向右偏航（增加），导电环继续作追随滚轮的运动。,第三阶段（

28、）：由于较强的舵效，使船舶偏航到某一最大偏航角 而停止偏航，导电环追上滚轮，绝缘块与滚轮接触，电动机停转，偏舵角也达到最大值 。 第四阶段（）：船舶在左舵作用下，向正航向K回转，偏航角从 逐渐减小，又通过航向发送器作用，使滚轮开始与右边导电环3接触，电动机向右转，舵叶朝着艏艉方向偏转（减小），导电环向右作追随滚轮的运动。 第五阶段（）：船舶回到正航向K上，导电环正好追上滚轮，使滚轮处于绝缘块上，电动机停转，舵叶位于艏艉线上。,上述连续的5个阶段船舶偏离正航向又重返正航向的航迹如图10-6所示。可见采用这一系统进行操舵，能够使船舶在偏航后有自动恢复正航向的能力。这就是电动机械自动操舵系统的基本原

29、理。,返回,图10-6 自动舵校正航向的工作过程,2电动液压式自动舵 国产“HD5L型自动舵应用半导体无触点控制的比例-微分-积分控制系统。驾驶室具有自动、随动及应急操作三种操舵方式。两套参数相同的放大器互为备用，通过转换开关选择其中一套为自动、随动操舵时使用。应急操舵为随动控制方式，单独使用一套放大器。该型自动舵有A、B、C、D四种型式。A型为电液伺服阀变量泵系统；B型为电磁换向阀、伺服油缸、变量泵系统；C型为伺服马达变量系统；D型为地磁功率阀定量泵系统，它们的电气系统基本上是一致的。,HD-5LBD 型自动舵系统的组成见图10-7。主要包括：（1）信号的检测与发送，包括航向受讯器、偏航信号

30、发 送器、舵角反馈信号发送器、随动信号发送器（2）相敏整流电路（3）运算放大器和比例微分、积分调节装置（4）积分装置（5）左、右舵控制继电器（6）执行装置（7）天气调节装置,返回,图10-7 HD-5LBD 型自动舵系统方框图,HD-5LBD型自动舵原理见图10-8。将操纵部位选择开关K9放在“操纵台位置”，机组选择开关K8置于选定的工作机组位置，再将操纵方式选择开关K1放在“自动”位置，系统便进入自动工作状态。,返回,3PR-4 系列自动舵1）PR-4 系列自动舵简介2）PR-4 系列自动舵的工作原理 见图10-9 PR-4 系列自动舵原理框图。3）PR-4 系列自动舵的操作 （1）速率调节

31、器调节方法 （2）舵角调节器调节方法 （3）天气调节器调节方法 （4）舵机偏差警报调节器 （5）舵角限位调节器,返回,（1）速率调节器调节方法： 安装时的设定值是由厂方的随船工程师根据船舶的 装载情况（满载、半载或空载）而设定的。 速率调节：设定值为4 天气调节：设定值为0 以此为参考，根据下述的程序可以获得一个最好的设定： 在下述每一种情况下船舶直线航行30分钟，比较航 线记录仪的记录并选择最好的设定作为新的设定值。 根据当时的货载情况设定调节值（该调节值是由厂 方的随船工程师推荐的）。 在上述的基础上增加这个值。 在上述的基础上减小这个值。,（2）舵角调节器调节方法： 在大多数情况下，舵角

32、调节器可以设定在4的位置，如 果反映良好则不需要再作进一步的调整，即： 舵角调节器：设定值为4 天气调节器：设定值为0 在下述每一种情况下船舶直线航行30分钟，比较航线 记录仪的记录可以选择最好的设定作为新的设定值。 设定值：4 设定值：3 设定值：2 如果变化不大，应设定为4。,（3）天气调节器调节方法： 手动天气调节器 在良好天气条件下，设定为0位置，高设定的目的 是希望获得最少的不必要的动舵；低设定的目的 是希望保持航向的精确。对特殊的海况最好的设 定是：指针的设定值是等于自然偏航角的数值。 自动天气调节器 转动天气调节器旋钮到自动位置.,（4）舵机偏差警报调节器 舵机偏差警报调节器控制

33、旋钮设定的目的是为了设 定一个偏航角的极限报警，当由于故障使自动罗盘 或自动舵的读数大于设定航向的方位角度时（角度 可以任意的设定为 ），偏航警报报警。一般 情况下，偏航角度设定为 。（5）舵角限位调节器 舵角限位调节器设定的目的是为了设定一个在自动 舵操作时舵角移动位置的极限， 对于航向的保持 和正常的改变航向是完全可以满足需要的，但如果 有大角度的航向改变就必须设定为 。,第五节 船舶艏侧推装置,船舶艏侧推（有些特种船还安装艉恻推器）是一种横向推进装置，被安装在船艏的侧面，利用推进装置推动水产生的作用力使船舶获得一个侧向力的作用，这样有助于船舶离开或横靠码头，也有助于改善船舶在低速或高速在

34、狭水道行使时的机动性。目前，新造船舶大多安艏侧推器。 艏侧推装置由驱动部分（包括驱动电动机）、通用接头、推进器和推进器螺距控制装置组成。 艏侧推装置的主电动机软起动电路的系统原理简 图见图10-10所示。,返回,返回,船舶靠离码头时，G-M系统单独向艏侧推装置的主电 动机供电，两块AVR板（RT01Y与RT02）共同投入 工作来控制发电机的输出电压及输出电流。其起动过 程如下： 1.G-M机组与船舶电力系统工作母线脱离，起动原动 机，发电机自励起压，输出端电压380V。在满足侧 推翼角在零位、液压系统油压已建立、主开关与船舶 电站工作母线分离等相关起动条件后，才允许进行侧 推系统的起动。,2.

35、当按下艏侧推起动按钮后，消磁接触器的触点E01闭合 （此时Q02常闭触点是接通的），使发电机的励磁电流 被短路掉，这时发电机的端电压降为剩磁所能产生的电 压。延时5秒钟后，开关Q02闭合，将发电机与电动机 相连接，同时E05闭合将两块AVR板的输出管T1并联 在一起，另外E06打开使得电流互感器TIO5的二次侧 电流经TP01的变换后在R04上产生的电压降加到了 RT02的8、9号端子上；同时Q02的常闭辅助触点打 开，解除了发电机励磁线圈短路闭锁，发电机开始进入 起压过程。,3.发电机在剩磁电压的作用下，开始自励发电，电动机进 入起动过程。随着发电机端电压的逐渐升高，电动机开 始转动，并且电

36、流在不断增大，但由于在起动过程中发 电机端电压始终低于380V，所以RTO1板上的T1管是 处于截止状态。在起动电流小于1600A时，RT02板上 的输出管也是处于截止状态。,当电流增加到1600A时，RT02通过端子8、9采集到 的电流信号经运算后开始利用电流反馈信号的大小来控 制T1管的导通和截止时间，使发电机输出电流保持在 1600A，限制其继续增长，此时发电机相当于一个电 流源，从而起到了限流作用。由于电动机转速在不断上 升，起动电流在不断下降，一段时间（数秒）后，电流 将小于1600A，这时RT02板上RT02的T1管再次截 止，RT02完成了起动控制，发电机又呈现为电压特 性，继续

37、升压。,4.当发电机电压升高到380V时，RT01板通过端子8、 10采集到的电压信号开始对发电机端电压进行电压控 制，使发电机输出电压稳定在380V，至此起动过程结 束，G-M机组进入正常运行状态。,第十一章 舱室辅助机械的电气控制,本章概述 船舶舱室辅助机械的电气控制是现代自动化船舶的 重要组成部分，涉及的面较广。本章选取几个典型的船 舶电气自动控制系统进行分析和探讨，主要包括泵浦的 自动切换控制电路、空压机的自动控制和船舶辅锅炉的 电气自动控制。,第十一章 舱室辅助机械的电气控制,本章主要讲解内容第一节 泵组自动切换控制电路分析第二节 空压机控制电路分析第三节 船舶辅锅炉的电气自动控制,

38、第一节 泵组自动切换控制电路分析,为主机服务的燃油泵、滑油泵、冷却水泵等主要电动辅机，为了控制方便和工作可靠均设置两套机组。不仅能在机组旁控制，也能在集中控制室进行遥控；而且在运行中泵系统出现故障时能实现机组的自动切换，使备用机组立即起动投入工作，以保证主机处于正常工作状态。 图11-1为某轮泵的自动切换控制线路原理图 一、机组的手动操作二、机组的自动切换操作,返回,返回,图11-1 泵的自动切换控制线路原理图,第二节 空压机控制电路分析,现代化船舶柴油主机和柴油发电机的功率越来越大，起动能源主要依靠高压空气。同时在船舶的其它系统中也广泛的应用。例如用于主机的控制空气、用于其他自动控制系统中的

39、气动元件的压缩空气、船用汽笛以及船舶杂用空气等。因此，船舶空气压缩机系统是船舶辅机系统的重要组成部分。 在船上船舶空压机一般都设有两套机组，并设计成为互为备用的系统，可同时使用，也可单独使用。 图11-2（a）、（b）、（c）为某轮无人机舱自动化船舶主空压机系统电气原理图。,返回,返回,图11-2（b）,图11-2（c）,一、空压机“手动”起动二、空压机“手动”停止三、空压机控制系统的保护措施 1空压机低油压停车 2. 空压机高温停车 3. 空压机高温停车 4. 空压机自动控制过程 5. 空压机的“遥控”控制过程,第三节 船舶辅锅炉的电气自动控制,船舶辅锅炉是船舶动力装置的重要组成部分。在柴油

40、机提供推进动力的船舶上，辅锅炉产生的蒸汽主要用于加热燃油、滑油、水以及提供各种生活用汽。为了提高机舱的自动化程度，辅锅炉的全自动控制是不可缺少的。对于小型辅锅炉，由于产生的蒸汽主要供主机暖缸、加热燃油以及日用生活用，故对蒸汽参数的稳定性要求不高，一般采用双位控制或比例调节，允许蒸汽压力在设定范围内波动，实现有差调节。而对于大容量的油轮辅锅炉，因为加热货油、驱动货油泵、蒸汽辅机以及洗舱的需要，多采用比例-积分环节，使蒸汽压力基本稳定在设定值，实现无差调节。,返回,一、船舶辅锅炉电气自动控制系统的主要环节 不管采用何种类型的锅炉，其自动控制环节是类似的。概括地讲，辅锅炉的自动控制环节主要包括：水位

41、自动调节、蒸汽压力自动控制、燃烧程序控制以及警报和保护环节。 图113是船舶辅锅炉电气自动控制系统框图。,图11-3 船舶辅锅炉电气自动控制系统框图1-蒸汽压力传感器；2-供油电磁阀；3-点火变压器；4-火焰传感器；5-锅炉水位传感器,1锅炉水位的自动调节 锅炉的工作水位在安全水位以上，是燃烧系统自动点火起动的必要条件。锅炉的工作水位降至最低水位时，水泵应能自动起动补水；升至最高水位时水泵应自动停止补水；水位降到极限低水位时应能发出声光报警信号，并使整个系统停止工作。 目前船舶辅锅炉采用较多的水位传感器主要有浮子式水位调节器、电极式水位传感器以及参考水位罐检测水位装置三种，由此构成了不同的水位

42、自动控制系统。,（1）电极式水位调节系统 图114所示是一种电极式水位调节系统。（2）浮子式水位调节系统 图115是磁性浮子式水位调节器。（3）参考水位罐水位检测系统 图116是采用参考水位罐的水位检测系统。,图11-4电极式水位调节系统,返回,返回,图11-5 磁性浮子式水位调节器1-浮子；2-支点；3-磁铁；4-调节板；5、8-定位钉；6-触磁铁；7-电触点,图116 采用参考水位罐的水位检测系统1-锅炉；2-参考水位罐；3-测量水位管；4-参考水位管；5-差压变送器,返回,2蒸汽压力的自动控制 锅炉气压稳定的前提是必须保持蒸发量和送汽量能量的平衡。燃烧过程自动调节的主要任务是使锅炉汽压维

43、持在规定值或是在规定的允许范围之内；同时为了保证燃烧良好，必须使供风量与供油量相适应。蒸汽压力的自动控制主要有双位控制和比例控制两种。,（1）双位控制系统 燃烧系统的双位控制，就是汽压上升至设定值上限时，停止燃烧；而汽压下降至设定值的下限时，点火燃烧。采用双位控制系统，锅炉的点火和熄火比较频繁。 如图113所示，锅炉内的蒸汽压力作用于压力双位调节器，实际上它是一个压力继电器（如图117示）。 只有蒸发量小、负荷较稳定的锅炉比较适宜采用双位自动控制系统。对于货轮辅助锅炉，由于产生的蒸汽仅用于加热燃油、滑油以及日用生活用，它的蒸发量小（一般小于5th）、蒸汽压力低（一般低1MPa），对蒸汽压力的波

44、动要求不高，一般都采用双位控制。,为了弥补双位自动控制系统只有最大和零两种输出的特点，可采用多位调节系统。其特点主要是除了设置一个具有相当于锅炉高负荷喷油量的主喷油器外，还配置了一个相当于锅炉低负荷喷油量的辅助喷油器（甚至还有主喷油器带两个可切换使用的喷油器），辅助喷油器一般兼作点火喷油器，各喷油器配合不同的风量运行时，可有不同的产汽量。采用多位调节系统可以使锅炉不须经常点火和熄火，提高了运行安全性。,1主弹簧；2幅差弹簧；3波纹管；4杠杆；5叉形臂；6拉片；7定位片；8电触头；9控制压力指针；10差动值指针；11接线柱,图11-7 YD-651型压力继电器,（2）比例控制系统 对于用汽量比较

45、大的船舶，特别是大容量的油轮，因为加热货油、驱动货油泵、锅炉给水泵等蒸汽辅机以及洗舱都需要大量蒸汽，锅炉的蒸发量大，需要汽压稳定，故其蒸汽压力的自动控制多采用比例-积分环节，使喷油量与供汽量相适应，并使喷油量和供风量保持固定比例关系，使汽压基本稳定在设定值，实现无差调节。 图118是比例控制系统方框图。图119是比例控制系统结构图。该调节系统的基本组成部分是一个压力比例调节器YBT和一个由比例调节器控制的电动比例操作器DBC，同时调节回油阀和风门挡板。 图1110是压力比例调节器的原理图。,返回,图11-8 比例控制系统方框图,返回,图11-9 比例控制系统结构图,返回,1平衡杠杆；2滑动触点

46、；3波纹管；4电位器；5主弹簧；6调整螺钉；,图11-10 压力比例调节器原理图,3燃烧的程序控制 锅炉的程序控制是指对锅炉的起动和停止按预先设定好的时间顺序进行的自动控制，它属于时序程序控制系统 图1111是船舶锅炉的典型程序控制方案框图。 在程序控制系统中，其主要元件包括信号发送器、时序控制器，点火变压器及点火电极和火焰传感器。,图11-11船舶锅炉的典型程序控制方案框图,返回,（1）信号发送器 信号发送器包括手动信号发送器和自动信号发送器。 前者一般采用按钮和选择开关。后者采用各种自动继电 器（俗称开关），如压力继电器、温度继电器、液位继 电器等。用它们来接通或断开控制电路，以完成程序控

47、 制的起动和停止。,（2）时序控制器 时序控制器是辅助锅炉程序控制的核心部分。它根据 起动信号发送器送出来的电信号接通或切断电路，或根据 规定的时间来接通或切断电路。目前时序控制器有有触点 控制器、无触点控制器、可编程序控制器和微型计算机控 制器。 a、有触点时序控制器：船上用得较多的主要有多回 路时间继电器和凸轮式时间继电器两种，它们的工作原理 类似。图1112是多回路时间继电器的结构简图。,图1112 多回路时间继电器的结构简图1-微型同步电机；2-电磁线圈离合器；3-减速器；4-标度盘；5-复位弹簧；6-爪形块；7-电触点,返回,b、无触点时序控制器：无触点时序控制器是利用晶体管的开关特

48、性，使晶体管工作在饱和或截止状态，从而控制继电器通电或断开。延时作用是根据电容充放电原理组成的RC延时环节来实现的，其工作原理如图1113所示。,（A）单管延时释放电路 （B）继电器延时通电电路,图11-13 晶体管延时开关电路,（3）点火变压器及点火电极 船用的自动点火装置，大部分通过点火变压器，将380V的交流电压升至8000V或10000V，然后在点火电极两端利用高压电尖端放电。产生火花点火。点火电极是两根为2mm的镍铬合金丝，它用耐高压电的瓷套管绝缘，固定在喷油器上，如图11一14所示。,图11-14 点火装置的结构示意图1点火电极；2点火喷油嘴；3主喷油嘴,（4）火焰传感器 火焰传感

49、器用于监测炉膛内有无火焰，以便在锅炉起 动点不着火或正常燃烧突然熄火时的报警和执行停炉保护 程序，它是保证锅炉可靠运行的关键。辅助锅炉中常用的 火焰传感器主要有光敏电阻、光电池和紫外线检测管。 a、光敏电阻 光敏电阻元件是由涂在透明底板上的光敏层和金属电 极引出线构成。光敏电阻的主要特性是接受光照射时其电 阻值很小，无光照时其电阻值很大。图1115是用光敏电阻组成的火焰传感器。 光敏电阻监视火焰的电路原理如图1116所示。,图1115 光敏电阻火焰传感器1光敏电阻；2磨沙玻璃；3耐热玻璃,返回,返回,图11-16 光敏电阻火焰监视电路原理图,b、光电池 光电池实际上也是一种半导体器件。它是利用

50、有光照射后两电极之间产生电压的原理而工作的。图1117是光电池控制电路原理图。图1117（A）中采用RAR型硒光电池，当它接受光照射时，正负极之间将会产生小于1V的电压，经过放大器MV后足以使继电器FR动作。图1117（B）采用2CR11型光电池，当它接受光照射时，光电池两极之间将会产生0.5V的电压，经过晶体管放大后使继电器J动作。光电池使用寿命长，而且它的光谱敏感范围仅限于可见光，而不是红外线，这对火焰的监视是合适的，因此现在在船上用得越来越多。,返回,图11-17 光电池控制电路原理图,c、紫外线检测装置 图1118是它的结构示意图。管泡是用能透过紫外线的石英玻璃制成，泡内充 以惰性气体