船舶電氣設備及系統(tǒng)課件 第十章

第十章船舶舵機的電力拖動與控制第十章船舶舵機的電力拖動與控制第十章小結(jié)§10-2操舵方式及基本工作原理§10-3自動舵的基本類型及其調(diào)節(jié)規(guī)律§10-4自動舵系統(tǒng)基本要求和工作原理§10-1舵機電力拖動與控制的基本要求學習第十章應該注意的點第十章學習應注意的幾個問題：

1.對船舶舵機有什么基本要求？

2.有幾種操舵方式？

3.各種操舵方式有什么特點？

4.自動舵是怎樣工作的？

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

1.各種操舵方式的工作原理；

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

了解舵機裝置；掌握基本要求：——4個方面。

①.工作可靠；②.生命力強；③.操作靈便；④.保護與報警：具有舵葉偏轉(zhuǎn)限位保護和失壓報警裝置。舵機裝置分為：①.電動-機械；②.電動-液壓。工作過程：電動機帶動蝸桿蝸輪轉(zhuǎn)動，經(jīng)主動齒輪和扇形齒輪，再經(jīng)緩沖彈簧轉(zhuǎn)動舵柄(在扇形齒輪下面，通過彈簧推動)，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，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舵葉的沖擊力，防止傳動裝置受到損傷。舵機簡介—電動舵機裝置(all-electricsteeringgear)系統(tǒng)組成：恒速電動機（可用普通異步機）拖動雙向變量油泵，提供雙向的高壓油驅(qū)動液壓油缸。工作過程：當一油缸注入高壓油而另一油缸排出低壓油時，推動撞桿（活塞）移動，從而帶動舵柄，舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)。舵機簡介—電動舵機裝置(all-electricsteeringgear)工作可靠：體現(xiàn)在，供電和電動機都要可靠。①.供電：采用雙路分離較遠的饋電線供電，其中一路經(jīng)應急配電板。②.電動機：機械特性軟(抗沖擊/過載)，轉(zhuǎn)矩大(35?-30?，28秒)，能承受1分鐘的堵轉(zhuǎn)。生命力強：至少兩個操作站(由轉(zhuǎn)換開關(guān)切換，防同時操作)。操作靈便：有三種操舵方式(手動、隨動、自動)。舵葉偏轉(zhuǎn)限位保護和失壓報警裝置。對舵機裝置的要求[第一節(jié)要點]：舵機的分類、特點；基本要求。§10-2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、特點和工作原理。

1.單動操舵工作原理

2.隨動操舵工作原理

3.自動操舵工作原理§10.2.1單動操舵的工作原理單動（香蕉柄）操舵：——在海船上就是應急操舵。方法：手扳舵轉(zhuǎn)，復零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左扳?！丝捶至_經(jīng)和舵角指示器操舵。原理：轉(zhuǎn)換開關(guān)改變發(fā)電機勵磁方向，從而使電動機反轉(zhuǎn)。電動機勵磁不變。§10.2.2隨動操舵的工作原理隨動操舵，又叫“舵輪操舵”。隨動(follow-up)

——舵葉隨著舵輪轉(zhuǎn)動。原理：是負反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以舵角和舵輪的偏差控制電動機。§10.2.2隨動操舵的工作原理操舵過程：舵輪向右轉(zhuǎn)

角度，電位器R1的滑動點移動，電橋失去平衡，放大器輸入信號>0，發(fā)電機輸出電壓使電動機順時針方向轉(zhuǎn)動，使舵葉向右偏轉(zhuǎn)。同時舵角反饋同步傳遞機構(gòu)帶動反饋電位器R2的滑動點不斷向a

點移動。當電橋重新處于新的平衡狀態(tài)時，放大器輸入=0，電動機停轉(zhuǎn)，舵葉處于右舵與舵輪轉(zhuǎn)動相對應的角度上。方法：左偏航操右舵，舵輪操右?guī)锥龋嫒~右偏幾度。§10.2.2隨動操舵的工作原理回舵過程：相似，只是放大器輸入變反，電動機反轉(zhuǎn)，舵葉回偏。自動操舵：實際上是自動航向保持儀。組成原理：利用電羅經(jīng)檢測船舶實際航向

，然后與給定航向K?進行比較，其差值作為操舵裝置的輸入信號，使操舵裝置動作，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：最簡單的電動操舵線路的工作過程見下圖。操舵過程：見下圖§10.2.3自動操舵的工作原理[第二節(jié)要點]：操舵方式(種類、原理)；自動操舵儀組成原理?！?0-3自動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.自動舵的基本類型：——三種比例、比例-微分、比例-微分-積分

2.自動舵的調(diào)節(jié)規(guī)律自動舵方框圖定義：自動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。說明：不同基本類型的自動舵，對舵葉的調(diào)節(jié)規(guī)律是不同的。偏航與操舵§10.3.1自動舵(automaticalsteeringgear)的基本類型定義：能夠自動檢測船舶實際航向，并根據(jù)給定的航向值進行調(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.自動航向保持；②.自動航線保持?！緯榻B的為自動航向保持儀?！咀ⅰ浚涸谧詣佣娴恼{(diào)節(jié)規(guī)律中，一般要求具有“比例”的成分，沒有單獨的微分舵或積分舵，也沒有單獨的微分-積分舵。自動舵的其它說明比例舵(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)，負號表示與偏航方向相反。特點：機構(gòu)簡單，航行保持精度較差，船舶營運經(jīng)濟性較差（會出現(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；回航過程中船舶具有慣性，偏舵角不能及時減小，容易反向偏航。§10.3.2自動舵的調(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)。說明：偏航初期，偏航角變化率大，比例-微分舵能及時給出大偏舵，有效地阻止船舶偏航（最大偏航角較?。换睾綍r，偏航角變化率變?yōu)樨撝担苓m時給出反舵角，阻止船舶反向偏航，即能有效阻止反向偏航。主要特點：具有“超前校正”的控制作用，減小船舶航向的振蕩，減輕舵機負擔，增加航速，提高系統(tǒng)靈敏度和船舶的營運效益。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——克服不對稱偏航。K3是積分系數(shù)。不對稱偏航的產(chǎn)生：不對稱偏航是某舷（側(cè)）的偏航角持續(xù)時間比另一舷（側(cè)）偏航角持續(xù)時間長。原因：裝載不對稱，斜向風的持續(xù)影響，斜向海潮的持續(xù)影響。——對于具有雙螺旋槳推進的船舶，螺旋槳推進的不平衡也會產(chǎn)生不對稱偏航。積分環(huán)節(jié)工作原理：積分環(huán)節(jié)可以對偏航持續(xù)時間進行累積，當某舷（側(cè)）偏航持續(xù)的時間比另一舷（側(cè)）持續(xù)時間長時，通過環(huán)節(jié)輸出的信號（偏舵角）將繼續(xù)保持，這個信號將通過執(zhí)行機構(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。比例-微分舵：可以減小最大偏航角，克服回航時的反向偏航。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“自動壓舵”調(diào)節(jié)，克服不對稱偏航。[第三節(jié)要點]：自動舵的基本類型；各種調(diào)節(jié)規(guī)律的性能、特點。操舵定律特點比較§10-4

自動操舵系統(tǒng)基本要求和工作原理本節(jié)主要內(nèi)容

1.自動操舵系統(tǒng)基本要求

2.自動操舵系統(tǒng)的工作原理大綱僅要求“自動操舵系統(tǒng)基本要求”，因此，“工作原理”則自學，不講?！?0.4.1自動操舵系統(tǒng)基本類型基本要求（三個方面）：①

自動操舵性能良好；②

具有必要的調(diào)節(jié)裝置；③

應設有隨動、單動等操舵設備。調(diào)節(jié)裝置：——五個裝置。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說明見下頁。靈敏度調(diào)節(jié)定義：靈敏度是指系統(tǒng)開始投入工作時的最小偏航角。調(diào)節(jié)：視天氣、海況而定。在風平浪靜時，靈敏度要調(diào)高一些；在大風大浪下，應適當降低自動舵的靈敏度，以減少動舵次數(shù)。說明：風浪大時，由于船舶搖擺，檢測的偏航角不是實際穩(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?！獙嶋H就是自動舵裝置中的放大倍數(shù)。作用：舵角比例直接影響自動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，以獲得一個合適的舵角比。反舵角調(diào)節(jié)定義：船舶偏航后在自動舵作用下回復到正航向時，舵葉應先回到首尾上，然后再向另一舷偏過一個小角度，以防止船舶因慣性力而繼續(xù)向另一側(cè)偏航，這個預先偏舵角稱之為反舵角（又稱制動舵角，穩(wěn)舵角，糾偏舵角）。說明：應根據(jù)船型、裝載、天氣等情況進行調(diào)節(jié)。反舵角可由微分環(huán)節(jié)來實現(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：由舵機提供一個固定的舵角，以糾正船舶由于受到單側(cè)風浪、水流等因素影響而引起不對稱（單側(cè)）偏航，稱為“壓舵”。設置：自動舵中應當設有自動壓舵/人工壓舵的調(diào)節(jié)裝置。在具有航向積分環(huán)節(jié)的自動舵中，應設有積分調(diào)節(jié)以檢測單側(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]：系統(tǒng)基本要求（3個方面，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給自動舵設定航向給定值。說明：應能保證在不斷開自動舵系統(tǒng)的情況下，通過航向調(diào)節(jié)來改變船舶的給定航向，使船舶在新的預定航向上航行。航向的修正也可以通過此調(diào)整裝置進行。調(diào)節(jié)量：一般每次改變航向不超過30?。第十章小結(jié)各節(jié)要點：第一節(jié)：舵機的分