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

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1、第10章船舶舵机的电力拖动与控制§10.1舵机电力拖动与控制的基本要求§10.2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§10.4自动操舵系统基本要求和工作原理内容简介本章主要讨论船舶舵机电力拖动与控制的基本类型和控制原理。舵是船舶的一种十分重要和不可缺少的专用舾装设备。如果船没有舵，或舵失灵，在大海里任凭风浪摆布。无主动航向的船不仅不能保证航行的安全，而且是不能到达目的港的。舵是驾驶人员用来保持或改变船舶在水中运动方向的专用设备。舵有两大功能：一是保持船舶预定航向的能力，称为航向稳定性；二是改变船舶运动方向的能力，称回转性。通常

2、把二者统称为船舶的操纵性。F-F1转船力矩,T-横向推力,R-阻力在船舶重心上加一对大小等于F，方向相反的力F1、F2FL-升力FD-阻力F-水作用力机翼理论转舵效应:(1)转向：Ms(2)制动：R(3)漂移：T(4)纵倾、横倾。水流动压力P对船舶的影响：最大舵角：随着舵角的增大，转舵力矩和转船力矩逐渐增大，但转船力矩在某一舵角时达到最大值Msmax。对应最大转船力矩Msmax的舵角称为最大舵角max。MsmaxMsmax拖动舵的设备称为舵机按《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

3、的过载能力。1.供电要可靠从主配电盘到舵机应当用两路（左右舷）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§10.1舵机电力拖动与控制的基本要求舵机操纵系统应装有自动操纵系统、随动操纵系统和应急操纵系统三种操纵装置。3.控制系统要可靠舵机电力拖动装置至少有两个控制站，驾驶台和舵机舱(房)各一，控制站之间要有转换开关，以防同时操作。根据《规范》规定，当采用自动操舵装置时，应设有航向超过允许偏差的偏航自动报警装置。4.舵叶偏转限位保护和失压报警装置电动—机械舵机装置1-电动机、2-蜗杆、3-蜗轮、4-齿轮、5-

4、舵扇、6-缓冲弹簧、7-舵柄、8-舵杆头电动舵机多用于内燃机船。由于电动舵机需要具备较大的起动力矩和过载能力，因此一般多采用直流电动机为驱动电机。§10.2操舵方式及基本工作原理缓冲弹簧既可带动舵偏转，又可吸收浪流对舵的冲击力，起缓冲作用以保护舵设备。电动舵机结构简单、占据空间小、运转平稳。但在大型交流电源船上，需配大功率的变流机组，故逐渐被电动液压舵机所代替。液压舵机传动机构舵柱舵柄撞杆油缸电动—液压舵机装置(1)控制系统(操纵系统)。驾驶室遥控系统、舵机室机旁控制系统。驾驶室操舵仪舵机室接收器。(2)动力装置。液压泵、液压元件等。(3)转舵机构

5、。油缸、撞杆、舵柄等。无论是电动还是液压舵机，其操舵方式一般分为单动操舵，随动操舵和自动操舵三种。单动操舵也就是通过转换开关进行的应急操舵。G为差复励发电机,M为执行电动机,J是发电机G的励磁机,K1和K2为操舵手柄或按钮控制的触点,ZD1和ZD2为舵机限位开关。10.2.1单动操舵工作原理单动舵原理图G-M(F-D)系统的工作原理励磁机电动机差复励发电机执行电动机单动操舵方框图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。这种操舵方式仅适用于内河小型船舶和作为海船的应急操舵方式。10.2.1随动操舵的工作

6、原理随动操舵是按偏差原则进行调节的操舵自动跟踪系统，被调对象是舵，被调节量是舵角。它具有使舵叶角度与操舵手轮位置自动同步的特点，即操舵手轮转至某一所需角度时，舵叶相应地偏转到同一角度后自行停止。随动操舵原理图（电桥式）船舶左偏航操右舵，舵轮操右舵x0，舵叶右偏，并自动停在右舵x0上。为了减少形航迹的振幅，船舶在返回正航向过程中，必须回舵。随动操舵的方法：三.自动操舵工作原理Ⅰ：φ=0，β=0自动舵校正航向的工作过程φ—偏航角β—偏舵角罗经舵机Ⅱ：船右偏→滚轮左偏→J1有电→舵左转→导电环左转β很小(转船力矩小)，偏航φ↑，同时舵角β↑偏航转舵Ⅲ：β↑

7、使(φ=φmax),船停止偏转(dφ/dt=0).导电环追上滚轮，使绝缘块与滚轮接触，电动机停，舵叶停转β=βmax。最大舵角Ⅳ：在左舵的作用下，船开始回转（φ↓），使滚轮右转，与导电环接3触，使J2有电，电动机反转，回舵（β↓）。导电环右转追随滚轮运动。回转Ⅴ：船舶回到给定航向K，φ=0，β=0。回航船舶的航迹曲线反馈机构：航向接受器和舵角反馈机构。电罗经是检测元件，也是比较环节。比较(元件)：由两个导电半圆环和滚轮所构成的部件。放大器：直流发电机执行机构：他励直流电动机M。舵角偏差航向偏差要求舵角发送器油泵转舵油缸舵船舵角反馈航向反馈陀螺仪设定航

8、向实际舵角实际舵角实际航向实际航向§10.3自动舵的基本类型及其调节规律船舶应用的自动舵类型众多，究其调节规