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1、,船舶电机与电气控制系统,机电系 电气教研室,主要内容： 10.1 舵机电力拖动与控制系统的基本要求 10.2 操舵方式及其工作原理 10.3 自动舵的基本类型及其调节规律 10.4 自动操舵系统工作原理 思考题,第10章 船舶舵机的电力拖动与控制,1. 掌握舵机电力拖动的控制性要求 2. 了解操舵方式 3. 掌握自动舵的调节规律 4. 了解各操舵系统的工作,本章要求,第10章 船舶舵机的电力拖动与控制,主要内容： 舵机控制装置 主要掌握：舵机装置及分类 对舵机电力拖动的要求 主要掌握：对舵机电动机的要求 对舵机控制系统要求 主要掌握：对舵机控制系统的要求,10.1 舵机电力拖动与控制的基本要
2、求,舵机是船舶上最重要的机械设备之一，它可以用来改变船舶的方向，保证船舶按预订航向航行、是船舶机动性和生命力的主要设备。舵机装置主要由舵叶、舵机动力装置、传动机构和操舵控制装置等组成。 舵又称为舵叶，安装于推进螺旋桨后侧，承受水流作用而产生转船力矩。 舵机提供转舵的动力，都配备驱动电动机，其直接经传动机构或液压设备带动转舵机构，以转动舵叶。 传动机构将舵机发出的功率传递给舵柱的设备。,10.1 舵机电力拖动与控制的基本要求,一、舵的作用原理,在驾驶台设有操舵控制台，其上有操舵手轮，操舵方式转换开关、单动操舵用的手柄及自动舵设备。,舵叶处于船舶首尾线上时，水流方向与舵面一致，不产 生转船力矩，船
3、舶保持直线航行。当舵叶离开首尾线，向某一 舷侧偏转一个角时，因舵叶两面水流流速不同，两面的压力 不平衡，在舵面上产生与其垂直的压力R。将R分解为相互垂直 的两个分力T和P。其纵向分力T对船舶的航行起制动作用，使 船速减低，而横向分力P会产生一个使船舶转向的转船力矩M。,转船力矩在一定的舵角上出现最大值，这个舵角称为最大舵角。在船舶上通常予以限定的角度(例如350)作为舵机的最大转舵角。,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。故采用差复励的重复短时工作的直流电动机（电动机械装置）以及连续运行的交流电机（电动液压装置）。,二
4、、对电力拖动与控制的基本要求,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,三、对舵机拖动控制系统的技术要求,1从主配电板到舵机舱应采用双线供电制，并尽可能远离分开敷设(如左、右舷两路)。在正常情况下应急配电板由主配电板供电时，其中一路可以经应急配电板供电。驾驶室与舵机舱的操舵装置应使用同一电源。,2舵机电动机应能满足舵机的技术要求，并能保证堵转1min的要求。,3拖动电动机组应采取双机系统，各机组可单独运行（一机组为备用），也可同时运行。一机组故障时，另一机组应能自动投入工作。,4至少设有驾驶室和舵机
5、舱两个控制站，并设有转换装置，防止两地同时操纵。,5现代船舶驾驶室多装有操舵仪，一般设有自动、随动、应急三种操舵方式，也可只设两种。,6船舶处于最深航海吃水并以最大营运航速前进时，不仅能满足舵自一舷350转至另一舷350的最大舵角要求，还应满足自任一舷350转至另一舷300的时间不超过28s的转舵速度要求。,7舵角指示器指示舵角的误差应不大于土10。,8保护和报警装置：设有舵叶偏转限位开关，实现极限位置自动停舵；电源失压报警装置；过载声光报警，但无过载保护装置；采用自动操舵装置时，应设有航向超过允许偏差的自动报警装置。,三、舵机拖动控制系统的维护,开航备车时对舵 对舵时应注意以下各项： （1）
6、检查操舵台上的控制开关、按钮、指示灯及失压、过载报警、声光信号等装置是否完整良好；,（2）观察两舷供电转换使用情况，并用应急电源在驾驶室和舵机舱分别试操；,（3）用各种操舵方式在各操作台进行操试，检查应急舵操纵是否有效，观察两套机组工作是否正常，自动切换是否可靠，控制系统工作是否正常，舵机的机械传动部分是否灵活可靠；,（4）检查操舵器、舵角指示器与舵叶实际位置的偏差，在正舵时，偏差应为零，在大舵角下，偏差应不大于2；,（5）复查舵从一舷35转至另一舷30所需时间是否符合规定。检查舵叶偏转速度是否均匀，转舵时有无异常声音、异常现象等。,2航行期间的巡视检查 巡视检查应包括下列内容：,（1）查看机
7、组的运行情况，电动机运转的声音、温升；,（2）检查电磁阀、伺服马达、限位开关等动作是否可靠；,（3）观察各仪表读数、机组运行指示、舵角指示等装置的工作是否正常；,10.2 操舵方式及其基本工作原理,单动操舵也就是通过转换开关进行的应急操舵。,一、单动操舵工作原理,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。,进行单动操舵，操舵人员必须经常观察罗径上航向指示及舵角指示器，再根据操舵要求扳动操舵手柄，发出操舵信号。每转舵一次，扳动操舵手柄两次（一次发出信号使舵偏转，一次消除信号使舵停转）。因此，这种操舵系统虽简单，但操舵人员劳动强度大。,这种操舵方式仅
8、适用于内河小型船舶和作为海船的应急操舵方式。,二、随动操舵工作方式,船舶左偏航操右舵，舵轮操右舵，舵叶右偏，并自动停在右舵上。为了减少航迹的振幅，船舶在返回正航向过程中，必须回舵。,随动操舵的方法：,随动控制已经广泛应用于船舶舵机电力拖动中，它可以简化操舵工作，操舵人员不必不断扳动操舵手柄并连续查看舵角指示器。随动是自动的基础。,随动操舵是舵叶转动的角度能自动跟踪手轮发出的操舵角度，即舵角能自动停止在指令角度上。随动操舵是典型的位置(Position)随动系统，实质上也是自动调节舵叶角位移的反馈系统。舵叶的偏转角，模仿复制了操舵手轮的偏转角，按被调节量(舵角)与手轮给定值的偏差进行调节。系统中
9、主要有检测和转换装置、比较装置(误差检测)、放大装置(Magnify equipment)、执行机构及调节对象(舵叶)等五个部分。,三、自动操舵工作原理,当船舶沿给定航向航行(Navigate)，舵叶在艏艉线上，当受到风、流等外界干扰而向右或左偏转离开正航向某一个角度时，要使船舶保持给定航向，就必须经常操舵。自动操舵是用电罗经与自控装置代替人发出转舵信号，只要一次给定航向，再不需要人工经常转动舵轮就能使船舶自动保持在给定航向上航行。 自动舵使船舶航行的S型航迹幅度减小，从而提高实际航速，缩短了航行时间，加快船舶的运转周期。,反馈机构：航向反馈和舵角反馈机构。,电罗经是检测元件，也是比较环节。,
10、比较元件：由两个导电半圆环和滚轮所构成的部件。,变换器：把角差信号变换为发电机的励磁电流。,放大环节：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,K1过大，使船回转过头，稳定性变坏，还会降低航速。,一、自动舵的基本类型及其调节规律,基本闭环调节规律可分为三种,1比例舵,以船舶偏航角的大小按比例给偏舵角，即,= K1,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。,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。,2比例微分舵,以船舶偏航角和偏航角速度d/ d t按比例给出偏舵角，即,= （K
11、1+K2d/d t ）,K2是微分系数。,即偏航时提前施以最大舵角，阻止船舶进一步偏航；回航时提前施以反舵角，以防止船舶因惯性向反方向偏航。,积分环节的作用在于消除船舶由于船型不对称、螺旋浆不对称或船舶单侧风、水流的影响使偏航角在不灵敏区所引起的横向移动距离。（不灵敏区是在较小时，自动舵是不调节的）,3比例微分积分舵,其调节规律是以船舶偏航角、偏航角速度d/ d t和偏航角的积分d t按比例给出偏舵角，即,= （K1+K2d/d t + K3d t）,K3是积分系数。,天气调节（灵敏度调节）：能使自动舵开始动作的偏航角称为灵敏度，天气条件不同灵敏度要求不同。,航向调节即小航角改变设定航向的调节
12、，目前的系统已经可以做到随意改变航向。,比例调节：根据船舶大小、船型、装载情况及航速来选择舵角比例系数。,二、自动舵的基本要求,稳舵角调节（又称反舵角调节）：船舶在舵的作用下返回给定航向时,由于船舶的惯性可能向另一方向偏转,为了使船舶恰好回到给定航向而不超过,就需要船接近回到给定航向时，舵能向另一舷转过一个小角度，以抵消船的惯性，这个舵角叫稳舵角、反舵角或回舵角。惯性不同的船要求稳舵角不同，因此稳舵角应是可调的。,压舵角调节（也称偏航调节）：由于船舶在航行中受到不对称的外界干扰(一舷的风浪,螺旋桨不对称,装载量不对称等)会产生一舷的持续力矩,船将产生不对称偏航。为此,必须使舵偏离首尾线一个舵角来抵消一舷的持续力矩。这个偏航角叫做压舵角。此舵角可由人工给定或加积分环节产生。,思考题 1.舵是如何使船舶转动的？ 2.对舵机电机有何要求？ 3.对舵机控制线路有何要求？ 4.舵机的操舵方式有几种？ 5.自动舵是如何保持船舶航向不变的？ 6.自动舵通常有哪些类型？ 7.什么是压舵调节、天气调节、反舵角调节？,
