船舶电气设备及系统第10章 船舶舵机的电力拖动与控制..ppt

船舶电气设备及系统 * 课 件 轮机学院电气及自动化教研室 第10章 船舶舵机的电力拖动与控制 §10.1 舵机电力拖动与控制的基本要求 §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 自动操舵系统基本要求和工作原理 内容简介 本章主要讨论船舶舵机电力拖动与控制的基本类型和控制原理。 按《规定》要求，电动机堵转时间应能持续1分钟以上，仍不致将电动机烧毁。要求电动机具有软的机械特性和足够大的过载能力。 1. 供电要可靠 从主配电盘到舵机应当用两路分离较远的馈电线对舵机电动机供电。其中之一还应该与应急配电盘相连。 2. 电动机的运行要可靠 §10.1 舵机电力拖动与控制的基本要求 舵机操纵系统应装有自动操纵系统、随动操纵系统和应急操纵系统三种操纵装置。 3. 控制系统要可靠 舵机电力拖动装置至少有两个控制站，驾驶台和舵机舱各一，控制站之间要有转换开关，以防同时操作。 根据《规范》规定，当采用自动操舵装置时，应设有航向超过允许偏差的偏航自动报警装置。 4. 舵叶偏转限位保护和失压报警装置 液压舵机传动机构 电动—液压舵机装置 电动—机械舵机装置 舵柱 舵柄 撞杆 油缸 §10.2 操舵方式及基本工作原理 无论是电动还是液压舵机，其操舵方式一般分为单动操舵，随动操舵和自动操舵三种。 单动操舵也就是通过转换开关进行的应急操舵。 G为差复励发电机,M为执行电动机,J是发电机G的励磁机,K1和K2为操舵手柄或按钮控制的触点,ZD1和ZD2为舵机限位开关。 10.2.1 单动操舵工作原理 单动舵原理图 G-M (F-D)系统的工作原理 单动操舵方框图 单动操舵的操作方法可以归纳为：手板舵动，复零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左扳。 这种操舵方式仅适用于内河小型船舶和作为海船的应急操舵方式。 10.2.1随动操舵的工作原理 随动操舵是按偏差原则进行调节的操舵自动跟踪系统，被调对象是舵，被调节量是舵角。它具有使舵叶角度与操舵手轮位置自动同步的特点，即操舵手轮转至某一所需角度时，舵叶相应地偏转到同一角度后自行停止。 随动操舵原理图（电桥式） 船舶左偏航操右舵，舵轮操右舵x 0，舵叶右偏，并自动停在右舵x 0上。为了减少形航迹的振幅，船舶在返回正航向过程中，必须回舵。 随动操舵的方法： 三.自动操舵工作原理 自动舵校正航向的工作过程 φ—偏航角 β—偏舵角 Ⅰ：φ=0，β=0 Ⅱ：船右偏→滚轮左偏→J1有电→舵左转→导电环左转β很小，使φ↑，同时β↑ Ⅲ：β↑使(φ=φmax),船停止偏转(dφ/ dt = 0).导电环追上滚轮，使绝缘块与滚轮接触，电动机停，舵叶停转β=βmax。 Ⅳ：在左舵的作用下，船开始回转（φ↓），使滚轮右转，与导电环接3触，使J2有电，电动机反转，回舵（β↓）。导电环右转追随滚轮运动。 Ⅴ：船舶回到给定航向K，φ=0，β=0。 船舶的航迹曲线 反馈机构：航向接受器和舵角反馈机构。 电罗经是检测元件，也是比较环节。 比较(元件)：由两个导电半圆环和滚轮所构成的部件。 放大器：直流发电机 执行机构：他励直流电动机M。 §10.3 自动舵的基本类型及其调节规律 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 以船舶偏航角φ的大小按比例给偏舵角β，即 K1为比例系数，负号表示偏舵的方向是消除偏 K1过小，不能产生足够的转船力矩，回转性能不好。 K1过大，使船回转过头，稳定性变坏，还会降低航速。 ?与B随时间变化的曲线 2．比例——微分舵 以船舶偏航角φ和偏航角速度dφ/ d t按比例给出偏舵角β，即 K2是微分系数。 加入微分环节后使得系统具有“超前”的校正控制作用。提高系统的灵敏度。 通常所说的纠偏舵、稳舵角或反舵角等均指微分舵作用。 比例系数K1与微分系数K2选择不当，也将影响航行质量。 比例微分舵角及其合成曲线 当载荷增加而船速减慢时，相对于K1把K2的值调得过小，则比例舵的效果就比微分舵的效果大，所以船舶以正航向为中心，左右摇摆，逐渐衰减，最后停止在正船向上，如图所示。 比例一微分舵对偏航角的影响 反过来，相对K1把K2调得过大，则微分舵的效果更明显，因而航向不发生摇摆，航迹呈现过阻尼现象，船舶长时间不能恢复正航向。如图所示。 在不同的航行工况下，如何适当选择K1和K2数值，需通过实践，常常是靠经验来调整K1和K2。 3．比例—微分—积分舵 其调节规律是以船舶偏航角φ、偏航角速度dφ/ d t和偏航角的积分∫φd t