船舶电气设备及系统第十章

1、L/O/G/O集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统第十章小结第十章小结10-2 操舵方式及基本工作原理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自动舵的基本类型及其调节规律10-4 自动舵系统基本要求和工作原理自动舵系统基本要求和工作原理10-1 舵机电力拖动与控制的基本要求舵机电力拖动与控制的基本要求集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统第十章学习应注意的几个问题：第十章学习应注意的几个问题： 1. 对船舶舵机有什么基本

2、要求？对船舶舵机有什么基本要求？ 2. 有几种操舵方式？有几种操舵方式？ 3. 各种操舵方式有什么特点？各种操舵方式有什么特点？ 4. 自动舵是怎样工作的？自动舵是怎样工作的？ 5. 自动舵有几种调节规律？各种调节规律分别自动舵有几种调节规律？各种调节规律分别起什么作用？起什么作用？相对比较难的点：相对比较难的点： 1. 各种操舵方式的工作原理；各种操舵方式的工作原理； 2. 自动舵各种调节规律的特点。自动舵各种调节规律的特点。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统本节主要内容本节主要内容 了解舵机装置；了解舵机装置； 掌握基本要求：掌握基本要求： 4个方

3、面。个方面。 .工作可靠；工作可靠；.生命力强；生命力强；.操作灵便；操作灵便；.保保护与报警：具有舵叶偏转限位保护和失压报警装置。护与报警：具有舵叶偏转限位保护和失压报警装置。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统舵机装置分为：舵机装置分为：.电动电动-机械；机械；.电动电动-液压。液压。 工作过程：工作过程：电动机带动电动机带动蜗杆蜗轮转动，经主动齿蜗杆蜗轮转动，经主动齿轮和扇形齿轮，再经缓冲轮和扇形齿轮，再经缓冲弹簧转动舵柄弹簧转动舵柄(在扇形齿轮在扇形齿轮下面，通过弹簧推动下面，通过弹簧推动)，从，从而使舵柱和舵叶偏转。而使舵柱和舵叶偏转。 系统组

4、成：系统组成： 一般采用一般采用G-M系统。系统。 作用：作用： 蜗杆蜗轮传动，大变比减速，能够锁定蜗杆蜗轮传动，大变比减速，能够锁定舵柱和舵叶。舵柱和舵叶。 缓冲弹簧，减轻船舶在航行中波浪缓冲弹簧，减轻船舶在航行中波浪对舵叶的冲击力，防止传动装置受到损伤。对舵叶的冲击力，防止传动装置受到损伤。 舵机简介舵机简介 电动舵机装置电动舵机装置( (all-electric steering gear) 集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统系统组成：系统组成： 恒速电动机（可恒速电动机（可用普通异步机）拖用普通异步机）拖动双向变量油泵，动双向变量油泵，提供双向

5、的高压油提供双向的高压油驱动液压油缸。驱动液压油缸。工作过程：工作过程：当一油缸注入高压油而另一油缸排出低当一油缸注入高压油而另一油缸排出低压油时，推动撞杆（活塞）移动，从而带动舵柄，舵压油时，推动撞杆（活塞）移动，从而带动舵柄，舵柱和舵叶偏转。柱和舵叶偏转。 舵机简介舵机简介 电动舵机装置电动舵机装置( (all-electric steering gear) 集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 工作可靠：工作可靠：体现在，供电和电动机都要可靠。体现在，供电和电动机都要可靠。

6、.供供电：采用双路分离较远的馈电线供电，其中一路经应电：采用双路分离较远的馈电线供电，其中一路经应急配电板。急配电板。.电动机：机械特性软电动机：机械特性软(抗冲击抗冲击/过载过载)，转，转矩大矩大(35- 30，28秒秒)，能承受，能承受1分钟的堵转。分钟的堵转。 生命力强：生命力强：至少两个操作站至少两个操作站(由转换开关切换，防同由转换开关切换，防同时操作时操作)。 操作灵便：操作灵便：有三种操舵方式有三种操舵方式(手动、随动、自动手动、随动、自动)。 舵叶偏转限位保护和失压报警装置。舵叶偏转限位保护和失压报警装置。 对舵机装置的要求对舵机装置的要求第一节要点第一节要点：舵机的分类、特点

7、；基本要求。：舵机的分类、特点；基本要求。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统本节主要内容本节主要内容 三种操舵方式的工作原理，主要掌握它们三种操舵方式的工作原理，主要掌握它们的作用、特点和工作原理。的作用、特点和工作原理。 1.单动操舵工作原理单动操舵工作原理 2.随动操舵工作原理随动操舵工作原理 3.自动操舵工作原理自动操舵工作原理集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统10.2.1 单动操舵的工作原理单动操舵的工作原理 单动（香蕉柄）操舵：单动（香蕉柄）操舵： 在海船上就是应急操舵。在海船上就是应急操舵。方法：方

8、法：手扳舵转，复零舵停；左舵左扳，回舵右扳；手扳舵转，复零舵停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左扳。右舵右扳，回舵左扳。 人看分罗经和舵角指示器操人看分罗经和舵角指示器操舵。舵。原理：转换开关改变发电机励原理：转换开关改变发电机励磁方向，从而使电动机反转。磁方向，从而使电动机反转。 电动机励磁不变。电动机励磁不变。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统10.2.2 随动操舵的工作原理随动操舵的工作原理

9、随动操舵随动操舵，又叫，又叫“舵轮舵轮操舵操舵”。随动。随动(follow-up) 舵叶随着舵轮转舵叶随着舵轮转动动 。原理：原理：是负反馈调节系是负反馈调节系统。以舵角和舵轮的偏差统。以舵角和舵轮的偏差控制电动机。控制电动机。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统10.2.2 随动操舵的工作原理随动操舵的工作原理 操舵过程：操舵过程：舵轮向右转舵轮向右转 角度，电位器角度，电位器R1的滑动点移的滑动点移动

10、，电桥失去平衡，放大器动，电桥失去平衡，放大器输入信号输入信号 0，发电机输出电，发电机输出电压使电动机顺时针方向转动，压使电动机顺时针方向转动，使舵叶向右偏转。同时舵角使舵叶向右偏转。同时舵角反馈同步传递机构带动反馈反馈同步传递机构带动反馈电位器电位器R2的滑动点不断向的滑动点不断向a 点移动。当电桥重新处于新点移动。当电桥重新处于新的平衡状态时，放大器输入的平衡状态时，放大器输入=0，电动机停转，舵叶处于，电动机停转，舵叶处于右舵与舵轮转动相对应的角右舵与舵轮转动相对应的角度上。度上。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统方法：方法：左偏航操右舵，左偏

11、航操右舵，舵轮操右几度，舵叶右偏舵轮操右几度，舵叶右偏几度。几度。10.2.2 随动操舵的工作原理随动操舵的工作原理 回舵过程：回舵过程：相似，只是相似，只是放大器输入变反，电动机放大器输入变反，电动机反转，舵叶回偏。反转，舵叶回偏。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 自动操舵：自动操舵：实际上是自动航向保持仪。实际上是自动航向保持仪。 组成原理：组成原理：利用电罗经检测船舶实际航向利用电罗经检测船舶实际航向 ，然后与给定，然后与给定航向航向K进行比较，其差值作为操舵装置的输入信号，使操舵进行比较，其差值作为操舵装置的输入信号，使操舵装置动作，改变偏舵

12、角装置动作，改变偏舵角 。在舵角的作用下，船舶逐渐回到。在舵角的作用下，船舶逐渐回到正航向上。船舶回到正航向后，舵叶不再偏转。正航向上。船舶回到正航向后，舵叶不再偏转。 线路分析：线路分析：最简单的电动操舵线路的工作过程见下图。最简单的电动操舵线路的工作过程见下图。操舵过程：见操舵过程：见下图下图10.2.3 自动操舵的工作原理自动操舵的工作原理 集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统第二节要点第二节要点：

13、操舵方式：操舵方式(种类、原理种类、原理)；自动操舵；自动操舵仪组成原理。仪组成原理。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统本节主要内容有本节主要内容有 1.自动舵的基本类型：自动舵的基本类型： 三种三种 比例、比例比例、比例-微分、比例微分、比例-微分微分-积分积分 2.自动舵的调节规律自动舵的调节规律集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统自动舵方框图自动舵方框图 定义：定义：自动舵的基本类型是指按操舵自动舵的基本类型是指按操舵的规律分类的（也就是舵的偏转规律）的规律分类的（也就是舵的偏转规律）类型，而不是舵机装置的

14、类型。类型，而不是舵机装置的类型。 三种基本类型：三种基本类型：. .比例舵；比例舵；. .比例比例 - - 微分舵；微分舵；. .比例比例 - - 微分微分 - - 积分舵。积分舵。 说明：说明：不同基本类型的自动舵，对舵不同基本类型的自动舵，对舵叶的调节规律是不同的。叶的调节规律是不同的。偏航与操舵偏航与操舵10.3.1 自动舵自动舵(automatical steering gear)的基本类型的基本类型 集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统集美大学轮机工程学院集美大学轮机

15、工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 定义：定义：能够自动检测船舶实际航向，并根据给定能够自动检测船舶实际航向，并根据给定的航向值进行调节，使船舶稳定航行在给定航向上的航向值进行调节，使船舶稳定航行在给定航向上的一种装置。的一种装置。 按功能分：按功能分：.自动航向保持；自动航向保持；.自动航线保自动航线保持。持。 本书介绍的为自动航向保持仪。本书介绍的为自动航向保持仪。【注】：【注】：在自动舵的调节规律中，一般要求具有在自动舵的调节规律中，一般要求具有“比例比例”的成分，没有单独的微分舵或积分舵，也的成分，没有单独的微分舵或积分舵，也没有单独的微分没有单独的微分-积分舵。积分舵。 自

16、动舵的其它说明自动舵的其它说明集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 比例舵比例舵( (proportion steering gear) 比例舵操舵的规律是比例舵操舵的规律是：偏舵角：偏舵角 的大小与偏航角的大小与偏航角 的大的大小成比例关系，即：小成比例关系，即： = - K1 其中：其中：K1为比例系数，负号表示与偏航方向相反。为比例系数，负号表示与偏航方向相反。 特点：特点：机构简单，航行保持精度较差，船舶营运经济机构简单，航行保持精度较差，船舶营运经济性较差（会出现性较差（会出现S形航迹）。形航迹）。 比例舵的不足：比例舵的不足：偏航初期偏舵角较

17、小，不能很快阻止偏航初期偏舵角较小，不能很快阻止船舶继续偏航；回航过程中船舶具有惯性，偏舵角不能及船舶继续偏航；回航过程中船舶具有惯性，偏舵角不能及时减小，容易反向偏航。时减小，容易反向偏航。10.3.2 自动舵的调节规律自动舵的调节规律 集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 比例比例-微分舵操舵的规律是：微分舵操舵的规律是：偏舵角偏舵角 的大小与偏航角的大小与偏航角 的大小成比例的大小成比例-微分关系，即：微分关系，即： = -（K1 + K2d /dt） 其中：其中：K1为比例系数，为比例系数，K2为微分系数。为微分系数。 说明：说明：偏航初期，偏航

18、角变化率大，比例偏航初期，偏航角变化率大，比例 - 微分舵能及微分舵能及时给出大偏舵，有效地阻止船舶偏航（最大偏航角较小）；时给出大偏舵，有效地阻止船舶偏航（最大偏航角较小）；回航时，偏航角变化率变为负值，能适时给出反舵角，阻回航时，偏航角变化率变为负值，能适时给出反舵角，阻止船舶反向偏航，即能有效阻止反向偏航。止船舶反向偏航，即能有效阻止反向偏航。 主要特点：主要特点：具有具有“超前校正超前校正”的控制作用，减小船舶航的控制作用，减小船舶航向的振荡，减轻舵机负担，增加航速，提高系统灵敏度和向的振荡，减轻舵机负担，增加航速，提高系统灵敏度和船舶的营运效益。船舶的营运效益。 比例比例- -微分舵

19、微分舵( (proportion - differential steering gear)集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 比例比例- -微分微分- -积分舵积分舵(proportion - integration -differential steering gear) 组成：在比例组成：在比例 - 微分舵基础上增加积分环节。积分环节微分舵基础上增加积分环节。积分环节作用是作用是 克服不对称偏航。克服不对称偏航。K3是积分系数。是积分系数。 不对称偏航的产生：不对称偏航的产生：不对称偏航是某舷（侧）的偏航不对称偏航是某舷（侧）的偏航角持续时间比另

20、一舷（侧）偏航角持续时间长。角持续时间比另一舷（侧）偏航角持续时间长。 原因：原因：装载不对称，斜向风的持续影响，斜向海潮的装载不对称，斜向风的持续影响，斜向海潮的持续影响。持续影响。 对于具有双螺旋桨推进的船舶，螺旋桨对于具有双螺旋桨推进的船舶，螺旋桨推进的不平衡也会产生不对称偏航。推进的不平衡也会产生不对称偏航。 积分环节工作原理：积分环节工作原理：积分环节可以对偏航持续时间进积分环节可以对偏航持续时间进行累积，当某舷（侧）偏航持续的时间比另一舷（侧）持行累积，当某舷（侧）偏航持续的时间比另一舷（侧）持续时间长时，通过环节输出的信号（偏舵角）将继续保持，续时间长时，通过环节输出的信号（偏舵

21、角）将继续保持，这个信号将通过执行机构使舵叶维持在一定的偏转角度上，这个信号将通过执行机构使舵叶维持在一定的偏转角度上，从而使船舶具有克服单向偏航的能力。从而使船舶具有克服单向偏航的能力。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 比例舵：比例舵：可以克服偏航，但容易形成可以克服偏航，但容易形成S形航迹，形航迹，航程较长。航程较长。 比例比例 - 微分舵：微分舵：可以减小最大偏航角，克服回航可以减小最大偏航角，克服回航时的反向偏航。但微分系数不能太大，否则容易造时的反向偏航。但微分系数不能太大，否则容易造成不稳定。成不稳定。 比例比例 - 微分微分 - 积分舵

22、：积分舵：能够产生能够产生“自动压舵自动压舵”调调节，克服不对称偏航。节，克服不对称偏航。第三节要点第三节要点：自动舵的基本类型；各种调节规律：自动舵的基本类型；各种调节规律的性能、特点。的性能、特点。 操舵定律特点比较操舵定律特点比较集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统本节主要内容本节主要内容 1.1.自动操舵系统基本要求自动操舵系统基本要求 2.2.自动操舵系统的工作原理自动操舵系统的工作原理 大纲仅要求大纲仅要求“自动操舵系统基本要求自动操舵系统基本要求”，因此，因此，“工作原理工作原理”则自学，不讲。则自学，不讲。集美大学轮机工程学院集美大学轮机

23、工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统10.4.1 自动操舵系统基本类型自动操舵系统基本类型 基本要求（三个方面）：基本要求（三个方面）： 自动操舵性能良好；自动操舵性能良好； 具有必要的调节装置；具有必要的调节装置； 应设有随动、单动等操舵设备。应设有随动、单动等操舵设备。 调节装置：调节装置： 五个装置。五个装置。 灵敏度调节灵敏度调节(俗称天气调节或海况调节俗称天气调节或海况调节)； 舵舵角比例调节；角比例调节； 反舵角调节；反舵角调节； 压舵调节；压舵调节； 航向航向调节。调节。 具体说明见下页。具体说明见下页。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设

24、备及系统 灵敏度调节灵敏度调节 定义：定义：灵敏度是指系统开始投入工作时的最小灵敏度是指系统开始投入工作时的最小偏航角。偏航角。 调节：调节：视天气、海况而定。在风平浪静时，灵视天气、海况而定。在风平浪静时，灵敏度要调高一些；在大风大浪下，应适当降低自动敏度要调高一些；在大风大浪下，应适当降低自动舵的灵敏度，以减少动舵次数。舵的灵敏度，以减少动舵次数。 说明：说明：风浪大时，由于船舶摇摆，检测的偏航风浪大时，由于船舶摇摆，检测的偏航角不是实际稳定的数值。角不是实际稳定的数值。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 舵角比例调节舵角比例调节(helm ang

25、le adjustment ) 定义：定义：舵角比例就是偏舵角与偏航角之比（即舵角比例就是偏舵角与偏航角之比（即K1的数值）的大小。的数值）的大小。 实际就是自动舵装置中实际就是自动舵装置中的放大倍数。的放大倍数。 作用：作用：舵角比例直接影响自动舵给出的一次偏舵角比例直接影响自动舵给出的一次偏舵角和二次偏舵角的数值，从而影响船舶舵角和二次偏舵角的数值，从而影响船舶S形航形航迹。小则调节慢，大则振荡严重。因此，要根据迹。小则调节慢，大则振荡严重。因此，要根据船型、装载船型、装载(即惯性即惯性)及航速等情况调节舵角比例，及航速等情况调节舵角比例，以获得一个合适的舵角比。以获得一个合适的舵角比。集

26、美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 反舵角调节反舵角调节 定义：定义：船舶偏航后在自动舵作用下回复到正航向船舶偏航后在自动舵作用下回复到正航向时，舵叶应先回到首尾上，然后再向另一舷偏过一时，舵叶应先回到首尾上，然后再向另一舷偏过一个小角度，以防止船舶因惯性力而继续向另一侧偏个小角度，以防止船舶因惯性力而继续向另一侧偏航，这个预先偏舵角称之为反舵角（又称制动舵角，航，这个预先偏舵角称之为反舵角（又称制动舵角，稳舵角，纠偏舵角）。稳舵角，纠偏舵角）。 说明：说明：应根据船型、装载、天气等情况进行调节。应根据船型、装载、天气等情况进行调节。反舵角可由微分环节来

27、实现。反舵角调节主要调节反舵角可由微分环节来实现。反舵角调节主要调节微分系数又称微分调节。微分系数又称微分调节。集美大学轮机工程学院集美大学轮机工程学院船舶电气设备及系统船舶电气设备及系统 压舵调节压舵调节(counter rudder adjustment) 定义：定义：由舵机提供一个固定的舵角，以纠正船舶由舵机提供一个固定的舵角，以纠正船舶由于受到单侧风浪、水流等因素影响而引起不对称由于受到单侧风浪、水流等因素影响而引起不对称（单侧）偏航，称为（单侧）偏航，称为“压舵压舵”。 设置：设置：自动舵中应当设有自动压舵自动舵中应当设有自动压舵/人工压舵的人工压舵的调节装置。在具有航向积分环节的自动舵中，应设调节装置。在具有航向积分环节的自动舵中，应设有积分调节以检测单侧偏航。有积分调节以