船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)課件 第十章

第十章船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制第十章船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制第十章小結(jié)§10-2操舵方式及基本工作原理§10-3自動(dòng)舵的基本類型及其調(diào)節(jié)規(guī)律§10-4自動(dòng)舵系統(tǒng)基本要求和工作原理§10-1舵機(jī)電力拖動(dòng)與控制的基本要求學(xué)習(xí)第十章應(yīng)該注意的點(diǎn)第十章學(xué)習(xí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題：

1.對(duì)船舶舵機(jī)有什么基本要求？

2.有幾種操舵方式？

3.各種操舵方式有什么特點(diǎn)？

4.自動(dòng)舵是怎樣工作的？

5.自動(dòng)舵有幾種調(diào)節(jié)規(guī)律？各種調(diào)節(jié)規(guī)律分別起什么作用？相對(duì)比較難的點(diǎn)：

1.各種操舵方式的工作原理；

2.自動(dòng)舵各種調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)?！?0-1舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制的基本要求本節(jié)主要內(nèi)容

了解舵機(jī)裝置；掌握基本要求：——4個(gè)方面。

①.工作可靠；②.生命力強(qiáng)；③.操作靈便；④.保護(hù)與報(bào)警：具有舵葉偏轉(zhuǎn)限位保護(hù)和失壓報(bào)警裝置。舵機(jī)裝置分為：①.電動(dòng)-機(jī)械；②.電動(dòng)-液壓。工作過(guò)程：電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)蝸桿蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)主動(dòng)齒輪和扇形齒輪，再經(jīng)緩沖彈簧轉(zhuǎn)動(dòng)舵柄(在扇形齒輪下面，通過(guò)彈簧推動(dòng))，從而使舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)。系統(tǒng)組成：——一般采用G-M系統(tǒng)。作用：①

蝸桿蝸輪傳動(dòng)，大變比減速，能夠鎖定舵柱和舵葉。②

緩沖彈簧，減輕船舶在航行中波浪對(duì)舵葉的沖擊力，防止傳動(dòng)裝置受到損傷。舵機(jī)簡(jiǎn)介—電動(dòng)舵機(jī)裝置(all-electricsteeringgear)系統(tǒng)組成：恒速電動(dòng)機(jī)（可用普通異步機(jī)）拖動(dòng)雙向變量油泵，提供雙向的高壓油驅(qū)動(dòng)液壓油缸。工作過(guò)程：當(dāng)一油缸注入高壓油而另一油缸排出低壓油時(shí)，推動(dòng)撞桿（活塞）移動(dòng)，從而帶動(dòng)舵柄，舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)。舵機(jī)簡(jiǎn)介—電動(dòng)舵機(jī)裝置(all-electricsteeringgear)工作可靠：體現(xiàn)在，供電和電動(dòng)機(jī)都要可靠。①.供電：采用雙路分離較遠(yuǎn)的饋電線供電，其中一路經(jīng)應(yīng)急配電板。②.電動(dòng)機(jī)：機(jī)械特性軟(抗沖擊/過(guò)載)，轉(zhuǎn)矩大(35?-30?，28秒)，能承受1分鐘的堵轉(zhuǎn)。生命力強(qiáng)：至少兩個(gè)操作站(由轉(zhuǎn)換開關(guān)切換，防同時(shí)操作)。操作靈便：有三種操舵方式(手動(dòng)、隨動(dòng)、自動(dòng))。舵葉偏轉(zhuǎn)限位保護(hù)和失壓報(bào)警裝置。對(duì)舵機(jī)裝置的要求[第一節(jié)要點(diǎn)]：舵機(jī)的分類、特點(diǎn)；基本要求?！?0-2操舵方式及其基本工作原理本節(jié)主要內(nèi)容三種操舵方式的工作原理，主要掌握它們的作用、特點(diǎn)和工作原理。

1.單動(dòng)操舵工作原理

2.隨動(dòng)操舵工作原理

3.自動(dòng)操舵工作原理§10.2.1單動(dòng)操舵的工作原理單動(dòng)（香蕉柄）操舵：——在海船上就是應(yīng)急操舵。方法：手扳舵轉(zhuǎn)，復(fù)零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左扳。——人看分羅經(jīng)和舵角指示器操舵。原理：轉(zhuǎn)換開關(guān)改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方向，從而使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁不變。§10.2.2隨動(dòng)操舵的工作原理隨動(dòng)操舵，又叫“舵輪操舵”。隨動(dòng)(follow-up)

——舵葉隨著舵輪轉(zhuǎn)動(dòng)。原理：是負(fù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以舵角和舵輪的偏差控制電動(dòng)機(jī)?！?0.2.2隨動(dòng)操舵的工作原理操舵過(guò)程：舵輪向右轉(zhuǎn)

角度，電位器R1的滑動(dòng)點(diǎn)移動(dòng)，電橋失去平衡，放大器輸入信號(hào)>0，發(fā)電機(jī)輸出電壓使電動(dòng)機(jī)順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，使舵葉向右偏轉(zhuǎn)。同時(shí)舵角反饋同步傳遞機(jī)構(gòu)帶動(dòng)反饋電位器R2的滑動(dòng)點(diǎn)不斷向a

點(diǎn)移動(dòng)。當(dāng)電橋重新處于新的平衡狀態(tài)時(shí)，放大器輸入=0，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，舵葉處于右舵與舵輪轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的角度上。方法：左偏航操右舵，舵輪操右?guī)锥?，舵葉右偏幾度?！?0.2.2隨動(dòng)操舵的工作原理回舵過(guò)程：相似，只是放大器輸入變反，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，舵葉回偏。自動(dòng)操舵：實(shí)際上是自動(dòng)航向保持儀。組成原理：利用電羅經(jīng)檢測(cè)船舶實(shí)際航向

，然后與給定航向K?進(jìn)行比較，其差值作為操舵裝置的輸入信號(hào)，使操舵裝置動(dòng)作，改變偏舵角

。在舵角的作用下，船舶逐漸回到正航向上。船舶回到正航向后，舵葉不再偏轉(zhuǎn)。線路分析：最簡(jiǎn)單的電動(dòng)操舵線路的工作過(guò)程見下圖。操舵過(guò)程：見下圖§10.2.3自動(dòng)操舵的工作原理[第二節(jié)要點(diǎn)]：操舵方式(種類、原理)；自動(dòng)操舵儀組成原理?！?0-3自動(dòng)舵的基本類型及其調(diào)節(jié)規(guī)律本節(jié)主要內(nèi)容有

1.自動(dòng)舵的基本類型：——三種比例、比例-微分、比例-微分-積分

2.自動(dòng)舵的調(diào)節(jié)規(guī)律自動(dòng)舵方框圖定義：自動(dòng)舵的基本類型是指按操舵的規(guī)律分類的（也就是舵的偏轉(zhuǎn)規(guī)律）類型，而不是舵機(jī)裝置的類型。三種基本類型：⑴.比例舵；⑵.比例-微分舵；⑶.比例-微分-積分舵。說(shuō)明：不同基本類型的自動(dòng)舵，對(duì)舵葉的調(diào)節(jié)規(guī)律是不同的。偏航與操舵§10.3.1自動(dòng)舵(automaticalsteeringgear)的基本類型定義：能夠自動(dòng)檢測(cè)船舶實(shí)際航向，并根據(jù)給定的航向值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使船舶穩(wěn)定航行在給定航向上的一種裝置。按功能分：①.自動(dòng)航向保持；②.自動(dòng)航線保持。——本書介紹的為自動(dòng)航向保持儀。【注】：在自動(dòng)舵的調(diào)節(jié)規(guī)律中，一般要求具有“比例”的成分，沒有單獨(dú)的微分舵或積分舵，也沒有單獨(dú)的微分-積分舵。自動(dòng)舵的其它說(shuō)明比例舵(proportionsteeringgear)

比例舵操舵的規(guī)律是：偏舵角

的大小與偏航角

的大小成比例關(guān)系，即：

=-K1

其中：K1為比例系數(shù)，負(fù)號(hào)表示與偏航方向相反。特點(diǎn)：機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，航行保持精度較差，船舶營(yíng)運(yùn)經(jīng)濟(jì)性較差（會(huì)出現(xiàn)S形航跡）。比例舵的不足：偏航初期偏舵角較小，不能很快阻止船舶繼續(xù)偏航；回航過(guò)程中船舶具有慣性，偏舵角不能及時(shí)減小，容易反向偏航?！?0.3.2自動(dòng)舵的調(diào)節(jié)規(guī)律比例-微分舵操舵的規(guī)律是：偏舵角

的大小與偏航角

的大小成比例-微分關(guān)系，即：

=-（K1

+K2d

/dt）其中：K1為比例系數(shù)，K2為微分系數(shù)。說(shuō)明：偏航初期，偏航角變化率大，比例-微分舵能及時(shí)給出大偏舵，有效地阻止船舶偏航（最大偏航角較?。换睾綍r(shí)，偏航角變化率變?yōu)樨?fù)值，能適時(shí)給出反舵角，阻止船舶反向偏航，即能有效阻止反向偏航。主要特點(diǎn)：具有“超前校正”的控制作用，減小船舶航向的振蕩，減輕舵機(jī)負(fù)擔(dān)，增加航速，提高系統(tǒng)靈敏度和船舶的營(yíng)運(yùn)效益。比例-微分舵(proportion-differentialsteeringgear)比例-微分-積分舵(proportion-integration-differentialsteeringgear)組成：在比例-微分舵基礎(chǔ)上增加積分環(huán)節(jié)。積分環(huán)節(jié)作用是——克服不對(duì)稱偏航。K3是積分系數(shù)。不對(duì)稱偏航的產(chǎn)生：不對(duì)稱偏航是某舷（側(cè)）的偏航角持續(xù)時(shí)間比另一舷（側(cè)）偏航角持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。原因：裝載不對(duì)稱，斜向風(fēng)的持續(xù)影響，斜向海潮的持續(xù)影響?！獙?duì)于具有雙螺旋槳推進(jìn)的船舶，螺旋槳推進(jìn)的不平衡也會(huì)產(chǎn)生不對(duì)稱偏航。積分環(huán)節(jié)工作原理：積分環(huán)節(jié)可以對(duì)偏航持續(xù)時(shí)間進(jìn)行累積，當(dāng)某舷（側(cè)）偏航持續(xù)的時(shí)間比另一舷（側(cè)）持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，通過(guò)環(huán)節(jié)輸出的信號(hào)（偏舵角）將繼續(xù)保持，這個(gè)信號(hào)將通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使舵葉維持在一定的偏轉(zhuǎn)角度上，從而使船舶具有克服單向偏航的能力。比例舵：可以克服偏航，但容易形成S形航跡，航程較長(zhǎng)。比例-微分舵：可以減小最大偏航角，克服回航時(shí)的反向偏航。但微分系數(shù)不能太大，否則容易造成不穩(wěn)定。比例-微分-積分舵：能夠產(chǎn)生“自動(dòng)壓舵”調(diào)節(jié)，克服不對(duì)稱偏航。[第三節(jié)要點(diǎn)]：自動(dòng)舵的基本類型；各種調(diào)節(jié)規(guī)律的性能、特點(diǎn)。操舵定律特點(diǎn)比較§10-4

自動(dòng)操舵系統(tǒng)基本要求和工作原理本節(jié)主要內(nèi)容

1.自動(dòng)操舵系統(tǒng)基本要求

2.自動(dòng)操舵系統(tǒng)的工作原理大綱僅要求“自動(dòng)操舵系統(tǒng)基本要求”，因此，“工作原理”則自學(xué)，不講。§10.4.1自動(dòng)操舵系統(tǒng)基本類型基本要求（三個(gè)方面）：①

自動(dòng)操舵性能良好；②

具有必要的調(diào)節(jié)裝置；③

應(yīng)設(shè)有隨動(dòng)、單動(dòng)等操舵設(shè)備。調(diào)節(jié)裝置：——五個(gè)裝置。⑴

靈敏度調(diào)節(jié)(俗稱天氣調(diào)節(jié)或海況調(diào)節(jié))；⑵

舵角比例調(diào)節(jié)；⑶

反舵角調(diào)節(jié)；⑷

壓舵調(diào)節(jié)；⑸

航向調(diào)節(jié)?！唧w說(shuō)明見下頁(yè)。靈敏度調(diào)節(jié)定義：靈敏度是指系統(tǒng)開始投入工作時(shí)的最小偏航角。調(diào)節(jié)：視天氣、海況而定。在風(fēng)平浪靜時(shí)，靈敏度要調(diào)高一些；在大風(fēng)大浪下，應(yīng)適當(dāng)降低自動(dòng)舵的靈敏度，以減少動(dòng)舵次數(shù)。說(shuō)明：風(fēng)浪大時(shí)，由于船舶搖擺，檢測(cè)的偏航角不是實(shí)際穩(wěn)定的數(shù)值。舵角比例調(diào)節(jié)(helmangleadjustment)定義：舵角比例就是偏舵角與偏航角之比（即K1的數(shù)值）的大小?！獙?shí)際就是自動(dòng)舵裝置中的放大倍數(shù)。作用：舵角比例直接影響自動(dòng)舵給出的一次偏舵角和二次偏舵角的數(shù)值，從而影響船舶S形航跡。小則調(diào)節(jié)慢，大則振蕩嚴(yán)重。因此，要根據(jù)船型、裝載(即慣性)及航速等情況調(diào)節(jié)舵角比例，以獲得一個(gè)合適的舵角比。反舵角調(diào)節(jié)定義：船舶偏航后在自動(dòng)舵作用下回復(fù)到正航向時(shí)，舵葉應(yīng)先回到首尾上，然后再向另一舷偏過(guò)一個(gè)小角度，以防止船舶因慣性力而繼續(xù)向另一側(cè)偏航，這個(gè)預(yù)先偏舵角稱之為反舵角（又稱制動(dòng)舵角，穩(wěn)舵角，糾偏舵角）。說(shuō)明：應(yīng)根據(jù)船型、裝載、天氣等情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。反舵角可由微分環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。反舵角調(diào)節(jié)主要調(diào)節(jié)微分系數(shù)又稱微分調(diào)節(jié)。壓舵調(diào)節(jié)(counterrudderadjustment)定義：由舵機(jī)提供一個(gè)固定的舵角，以糾正船舶由于受到單側(cè)風(fēng)浪、水流等因素影響而引起不對(duì)稱（單側(cè)）偏航，稱為“壓舵”。設(shè)置：自動(dòng)舵中應(yīng)當(dāng)設(shè)有自動(dòng)壓舵/人工壓舵的調(diào)節(jié)裝置。在具有航向積分環(huán)節(jié)的自動(dòng)舵中，應(yīng)設(shè)有積分調(diào)節(jié)以檢測(cè)單側(cè)偏航。調(diào)節(jié)：主要調(diào)節(jié)積分系數(shù)K2。[第四節(jié)要點(diǎn)]：系統(tǒng)基本要求（3個(gè)方面，5種調(diào)節(jié)）。航向調(diào)節(jié)定義：所謂航向調(diào)節(jié)，就是由駕駛?cè)藛T給自動(dòng)舵設(shè)定航向給定值。說(shuō)明：應(yīng)能保證在不斷開自動(dòng)舵系統(tǒng)的情況下，通過(guò)航向調(diào)節(jié)來(lái)改變船舶的給定航向，使船舶在新的預(yù)定航向上航行。航向的修正也可以通過(guò)此調(diào)整裝置進(jìn)行。調(diào)節(jié)量：一般每次改變航向不超過(guò)30?。第十章小結(jié)各節(jié)要點(diǎn)：第一節(jié)：舵機(jī)的分