船舶电气设备及系统-大连海事大学+第10章+船舶舵机的电力拖动与控制.ppt

第10章船舶舵机的电气驱动和控制，10.1舵机电气驱动和控制的基本要求，10.2转向方式和基本工作原理，10.3自动舵机的基本类型和调节规则，10.4自动转向系统的基本要求和工作原理，内容简介。本章主要讨论船舶舵机电驱动和控制的基本类型和控制原理。舵是船舶不可缺少的重要特种舾装设备。如果船没有方向舵，或者方向舵失灵了，它将受海上风浪的支配。没有主动航向的船舶不仅不能保证航行安全，而且不能到达目的港。舵是驾驶员用来保持或改变船在水中运动方向的特殊装置。方向舵有两个主要功能：一是保持船舶预定航向的能力，这被称为航向稳定性；第二是改变船舶运动方向的能力，称为回转。这两者通常被称为船舶操纵性。F-F1传递扭矩，T-侧向推力，R-阻力，增加一对力F1，F2，F1-升力FD-阻力，F-水对船舶重心的力等于F，机翼理论，转向效果：(1)转向：Ms(2)制动：R(3)漂移：T(4)配平，偏航。水流压力p对船舶的影响：最大舵角：随着舵角的增大，转向力矩和转向力矩逐渐增大，但在一定的舵角下转向力矩达到最大值Msmax。对应于maximum传递扭矩Msmax的方向舵角度被称为最大方向舵角度max。拖动方向舵的设备叫做舵机。根据规定的要求，电机的锁定时间应持续1分钟以上，不要烧毁电机。要求电机具有柔软的机械特性和足够的过载能力。1。电源应该可靠。从主配电板到转向机，方向舵机电马达应由两条彼此分开的馈线(左侧和右侧)供电。其中一个还应该连接到应急配电盘。2。电机的运行应该是可靠的。10.1转向机电动驱动和控制的基本要求。舵机控制系统应配备三种控制装置：自动控制系统、随动控制系统和应急控制系统。3.控制系统应可靠。舵机电动驱动装置应至少有两个控制站，一个用于驾驶台，一个用于舵机室。控制站之间应有转换开关，以防止同时运行。根据规范，当使用自动转向装置时，应提供航向超过允许偏差的偏航自动报警装置。4。舵叶偏转极限保护和压力损失报警装置、机电转向装置、1-电机、2-蜗杆、3-蜗轮、4-齿轮、5-舵风扇、6-缓冲弹簧、7-舵杆、8-舵头。电动舵机主要用于内燃机船。由于电动转向器需要有较大的起动转矩和过载能力，通常采用DC电机作为驱动电机。10.2、转向方式和基本工作原理，缓冲弹簧不仅能驱动舵偏转，还能吸收波浪流对舵的冲击力，起到缓冲作用，保护舵设备。电动转向器结构简单，占用空间小，运行稳定。然而，大型交流供电船舶需要配备大功率的变频装置，因此逐渐被电液舵机所取代。(1)控制系统(控制系统)。驾驶室遥控系统、舵机房机侧控制系统。驾驶室转向机转向机舱接收器。(2)发电厂。液压泵、液压部件等。(3)转向机构。油缸、滑枕、舵柄等。无论是电动还是液压转向器，其转向方式一般分为单作用转向、随动转向和自动转向。单作用转向也是通过转换开关的紧急转向。G为差动复合励磁发电机，M为执行电机，J为发电机G的励磁机，K1和K2为转向手柄或按钮控制的触点，ZD1和ZD2为转向器限位开关。10.2.1、单作用转向的工作原理、单作用转向示意图、G-M(F-D)系统的工作原理、励磁机、电机、差动复合励磁发电机它具有自动使舵叶的角度与方向盘的位置同步的特点，即当方向盘转动到一定的所需角度时，舵叶偏转到相同的角度并自动停止。随动转向示意图(桥式)，船舶向左转向操纵右舵，舵轮操纵右舵x0，舵叶向右，并自动停在右舵x0上。为了减小形状轨迹的幅度，船舶在返回正常航向时必须返回舵面。后续转向方法：iii。自动转向工作原理，I: =0，=0，自动转向工作过程修正航向，-偏航角-偏航角，罗盘，舵机，ii:船舶右偏轮左偏J1电源舵左转向导电环左转向很小(转向力矩小)，同时偏航转向角偏航，方向盘，iii:使(=max)，船舶停止偏转(/dt=0)。导电环与滚轮绝缘，最大方向舵角度，:在左方向舵的作用下，船舶开始转向(),使滚轮向右转动，与导电环接触3次，使J2通电，电机反转并返回方向舵()。导电环向右转动以跟随滚轮的运动。回转，:船舶返回给定航向k，=0，=0。返航，船舶航迹曲线，反馈机制：航向接收器和方向舵角度反馈机制。陀螺罗盘是一个探测元件和一个比较环节。(组件):由两个导电的半环和滚轮组成的组件。放大器：DC发电机，致动器：独立励磁DC电机，10.3自动驾驶仪的基本类型及其调节规律。船上使用的自动驾驶仪有很多种。根据它们的调节规律，有三种基本类型：由船舶偏航角的大小和方向调节的比例舵，由船舶偏航角和偏航角速度的大小和方向调节的比例微分积分舵，以及由船舶偏航角、偏航角速度和偏航角积分的大小和方向调节的比例微分积分舵。1。比例方向舵根据船舶偏航角的大小，按比例给出偏航角，即K1(KP)为比例系数。负号表示偏航的方向是消除偏航。K1太小，无法产生足够的转向扭矩，转向性能差。如果K1太大，船会转得太远，稳定性会变差，速度会降低。B随时间的曲线，2。比例微转向，给出与船舶偏航角和偏航角速度d/dt成比例的转向角，即K2(KD)是微分系数。添加差动链接后，系统具有“超前”校正控制功能。提高了系统的灵敏度。通常称为整流舵、稳定舵角或反向舵角等。指微舵的作用。比例微方向舵角及其复合曲线、比例作用、微分作用、联合作用、偏航角、偏航角微分，比例系数K1和微分系数K2选择不当也会影响导航质量。当载荷增加，船速减慢时，如果K2值相对于K1值设置得太小(大比例小差)，比例舵的作用大于微舵。因此，船以正航向为中心，左右摇摆，逐渐衰减，最后停在正方向，如图所示。另一方面，如果K2相对于K1设置得过高(小比例、大差动)，微舵的作用更加明显，航向不摇摆，航迹显示阻尼过大，船舶无法长时间恢复正常航向。如图所示。在不同的航行条件下，如何正确选择K1和K2的值需要通过实践来调整，通常是通过经验。比例-导数方向舵对偏航角的影响，3。比例-微分-积分方向舵。其调节规则是给出与船舶偏航角、偏航角速度/dt和偏航角的积分dt成比例的偏航角，即K3(KI)为积分系数。集成连杆的功能是消除由于船型不对称、螺旋桨不对称或船舶一侧的风和水流的影响而在不敏感区域由偏航角引起的横向移动距离有时，船在给定航线的两边平稳地摇摆，过了很长一段时间，它的平均航线仍然在正航线上，所以没有必要使舵移动，如图(b)所示。只有当船舶在偏航死区内左右摇摆不均匀，且平均航向长时间偏离正常航向(如图(c)所示)时，偏航积分环节才会发出信号进行修正。图(d)显示了积分校正器工作后，平均航向偏离，船舶返回正常航向的情况。虽然自动驾驶仪可以修正偏差，使船舶返回正常航向，但它对船舶的横向漂移却无能为力。全球定位系统定位系统可以用来实现路线控制。“比例-微分-积分”调节系统是一个相对完善的自动驾驶仪，但系统结构相对复杂。一些自动驾驶仪用“压舵”连杆代替上述整体连杆，从而简化了控制系统。所谓“压舵”是指船舶的航行受到持续的单侧侧向力(如风浪、螺旋桨、船舶的不对称载荷等)的干扰。)，导致船向某一侧形成小的偏航。据估计，这种情况可能会发生，然后在自动方向舵放大环节的输入端加入一定极性的固定信号，从而产生相应的固定偏航方向舵角，形成船舶平衡单侧横向干扰力的固定转向力矩。这个固定的方向角被称为转向角。10.4自动转向系统的基本要求和工作原理，10.4.1自动转向系统的基本要求，良好的自动转向性能，必要的调节装置灵敏度调节(俗称天气调节)，方向舵角度比例调节，反向方向舵角度调节(差动)压力方向舵调节航向调节应配备随动和单作用转向装置，自动方向舵还应配备双电源、双套等开关装置，10.4.1自动转向系统的工作原理，以国产HQ-5自动转向仪为例，介绍其结构和功能1)系统的组成。HQ-5自动转向系统主要由驾驶室主转向平台、转向机房简易转向平台、伺服机构、反馈装置和动力箱组成。其单作用(应急)转向、随动转向和自动转向可根据船舶航行的具体情况选择。自动转向采用比例-差动调节，配有方向舵压杆。(2)信号传输电路、偏航信号发射器、随动信号发射器和方向舵角度反馈信号发射器都是受控同步的。它们单独使用。定子的单相励磁绕组连接到110伏单相电源。转子的三相整步绕组仅连接到其中的两个，以形成输出绕组。转轴分别由罗盘接收器(罗盘分割器)、方向盘或转向柱通过机械传动装置驱动。当同步机处于协调位置时，没有输出。(3)相敏整流电路：偏航信号发射机、随动信号发射机和方向舵角反馈信号发射机输出的交流信号电压分别送至相敏整流电路进行整流和相位检测。， 输出电压的极性取决于输入电压的相位，即船只偏离航线的方向。 4)信号比较、方向舵按压链接和DC放大电路、信号比较电路、差分放大电路、灵敏度调节电路、方向舵按压电路和5)比例调节电路。通过改变方向舵角度反馈电压的大小来实现方向舵的比例调节。在自动转向期间，电阻器R44连接到比较电路，该比较电路与电阻器R37、R38和R39形成串联分压电路。6)差动调节电路。在HQ-5自动操舵仪中，差动辅助、7)脉冲形成和晶闸管触发电路、8)晶闸管主电路和紧急转向电路、9)偏航报警和转向系统压力损失报警电路，船艏推(一些特殊的船也装有船尾推进器)是一种横向推进装置，它安装在船艏的侧面。推进装置推水产生的力使船舶获得横向力，这有助于船舶离开或越过码头，也有助于提高船舶在狭窄水道中低速或高速行驶时的机动性。目前，大多数新船都装有船头推