(优选)船舶电机与电力拖动系统
船舶电机与拖动 第11章 船舶舵机控制系统
三、液压舵机的结构型式
泵控型液压舵机 泵控型液压舵机的液压泵通常为双向变量泵，通过泵控
制杆改变变量泵的偏心距(径向柱塞泵)或斜盘倾角（轴向柱 塞泵）的方向和大小来改变液压油流动的方向和排量大小， 从而改变液压舵机的转动方向和转动速度。
索引
三、液压舵机的结构型式
泵控制杆液压调节器 系统为双位置闭环控制系统，内环为液压伺服调节器先
操舵装置控制系统的基本技术要求
9．电动或电动液压主操舵装置中的每一动力设备，应由主 配电板设一路独立馈电线直接供电，上述馈电线中的一路可 以由应急配电板供电。
10．小于1600总吨的船舶，属动力操作的辅助操舵装置如果 它不是电动的或由主要用于其他用途的电动机来驱动的则主 操舵装置可由主配电板以一路馈电线供电； 11．在驾驶室操纵的每一主操舵装置及辅助操舵装置的电控 制系统，应由位于舵机室内某处且与相应的操舵装置动力线 路联用的独立线路供电。
液压泵为双向变量系泵。其原理与前述的变向变量泵不同， 该液压泵的吸排油方向和排量由变频电机的转向和转速决定。
索引
第二节 舵机的操纵方式
舵机的操纵方式 无论是电动还是液压舵机，其操舵方式一般分为应急操
舵，随动操舵和自动操舵三种。 自动操舵方式是设备自动检测，并根据事先人为设定的
航向和规律进行的自动方式； 随动操舵方式则是根据人的实时指令进行的操作，是手
第十一章 船舶舵机控制系统
主要内容
1 船舶舵机控制系统的基本要求 2 舵机的操纵方式 3 舵机控制系统的结构组成 4 舵机控制系统的工作原理
第一节 舵机电力拖动与控制的基本要求
舵机的组成与分类： 舵机装置由操舵装置、舵机拖动与控制系统、机械传动
机构和舵叶等四大部分组成。 操舵装置是由安装在驾驶室的发送装置和位于舵机房的
电力拖动系统在船舶工程中的应用案例
电力拖动系统在船舶工程中的应用案例近年来，电力拖动系统在船舶工程中的应用逐渐增多，它为船舶的动力系统带来了诸多优势。
本文将介绍一些电力拖动系统在船舶工程中的具体应用案例。
1. 混合动力驱动系统在某型号远洋客船的设计中，采用了电力拖动系统作为混合动力驱动系统的一部分。
该系统由柴油发电机组、电力主推进器和电池组成。
在低速巡航、靠港停泊和船舶离岸时，主推进器可由电池供电，并借助电力拖动系统实现低速航行。
而在高速航行状态下，主推进器则由柴油发电机组供电。
这种混合动力驱动系统不仅减少了柴油发动机的工作负荷，降低了燃油消耗，还减少了对环境的污染。
2. 电力舵机系统在一艘大型客轮的设计中，采用了电力拖动系统用于舵机系统。
通过电力拖动系统，舵机的转动由电动机直接实现，可以实现对船舵的精确控制，提高了船舶的操纵性能。
相比传统的液压舵机系统，电力舵机系统的响应速度更快，且维护成本更低，更易于控制和保养。
3. 电子辅助动力系统某复合运输船采用了电力拖动系统作为电子辅助动力系统，用于驱动船舶吊杆和起重机。
传统的液压系统由于体积较大、结构复杂且维护困难，而电力拖动系统不仅结构简单，而且具有快速响应、无噪音等优点，更适用于起重设备的控制。
此外，电力拖动系统还可以通过电动机的能量回收功能，在吊杆和起重机的过程中，将动能转化成电能再进行利用，从而提高能效。
4. 船舶辅助动力系统在一艘油轮的设计中，采用了电力拖动系统作为船舶辅助动力系统。
在航行过程中，船舶通常需要进行其他设备的供电，传统的方式是使用独立的柴油发电机组，这不仅增加了燃油消耗，还带来了噪音和排放物等问题。
而采用电力拖动系统，船舶可以将主推进器反向旋转，将电动机转化为发电机，通过电力拖动系统供电给其他设备，节约了燃油消耗，并减少了污染。
总结：电力拖动系统在船舶工程中的应用案例举不胜举，从混合动力驱动系统、舵机系统、辅助动力系统到供电系统，电力拖动系统通过提供高效、环保的动力解决方案，为船舶工程带来了革命性的改变。
船舶电力推进系统
船舶电力推进系统船舶电力推进系统是现代船舶设计中的重要部分，它的作用是为船舶提供高效、可靠的动力，以满足船舶的各种需求。
本文将详细介绍船舶电力推进系统的构成、特点、应用场景及其发展趋势。
一、系统构成船舶电力推进系统主要由发电机、变压器、配电板、变频器、推进器等组成。
其中，发电机负责将机械能转化为电能，变压器则将发电机输出的电压和电流进行调节，配电板负责对电能进行分配和控制，变频器则将电源频率转换为推进器所需的频率，推进器则最终将电能转化为机械能，推动船舶前行。
二、系统特点船舶电力推进系统具有以下优点：1、能量利用率高：电力推进系统中的电动机能量转换效率高达90%以上，相比传统燃油发动机，能量利用率更高。
2、航行平稳：由于电力推进系统可以通过调节电动机的转速和转向来控制推进器，因此可以实现船舶的平稳航行，减少震动和噪音。
3、维护方便：电力推进系统的机械部件相对较少，因此维护相对简单，寿命也更长。
4、环保：由于电力推进系统使用的燃料是电力，因此不会产生废气和噪音，对环境更加友好。
三、应用场景电力推进系统在船舶中的应用非常广泛，尤其是在大型船舶、高速船和军舰中，电力推进系统的优势更加明显。
例如，在大型油轮中，电力推进系统可以更好地满足油轮的平稳航行和货物运输需求；在高速船中，电力推进系统可以实现更高的航速和更好的舒适性；在军舰中，电力推进系统可以提高舰船的隐蔽性和作战能力。
四、发展趋势随着科技的不断进步，船舶电力推进系统也在不断发展。
未来，电力推进系统将更加智能化、高效化和环保化。
具体来说，以下是一些发展趋势：1、智能控制：未来的电力推进系统将更加智能化，可以通过传感器和人工智能技术实现自动化控制和优化，提高系统的效率和可靠性。
2、高效能源：未来的电力推进系统将更加注重能源的高效利用，例如采用更高效的发电机和电动机，以及更先进的能量储存技术，以提高系统的能量利用率。
3、环保技术：未来的电力推进系统将更加注重环保，例如采用更环保的燃料电池或太阳能等可再生能源技术，以减少对环境的影响。
船舶电机与电力拖动教学设计
船舶电机与电力拖动教学设计问题背景在航海领域中，船舶电力系统的重要性日益凸显。
电力系统的设计和维护涵盖了船舶的各个方面，例如照明和通信系统、自动化控制和监测设备、以及船舶的主要动力部件。
在船舶中，电力是实现操作和控制的关键之一，特别是在船舶动力系统中，包括发动机、传动、舵机和螺旋桨等部分。
电力拖动技术是一种先进的技术，目前被广泛应用于船舶行业。
电力拖动技术的使用在许多方面都有显著的增益，例如增加船速、提高燃油效率和减少机械损耗等。
因此，电力拖动技术的教学与研究也越来越受到重视。
教学设计船舶动力系统中，电机的作用至关重要。
因为它们既提供动力，也用来控制船舶的速度和方向。
在教学设计中，我们需要重点关注的是船舶电机和电力拖动技术。
1. 船舶电机1.1 电机的类型船舶电机根据其应用的位置和功能可以分为以下几种:•船舶发动机或主电机•辅助发电机或发电机•推进电机或拖动电机船舶电机的类型决定了其使用方法和安装位置。
在教学设计中，我们应对每种电机进行详细介绍。
通过讲解电机的不同类型及其运作方式，学生可以更好地理解电机在船舶动力系统中的作用。
1.2 电机的组成船舶电机主要由电动机、机械部件和电气部件组成。
在教学设计中，我们将电机的组成和原理进行详细讲解。
此外，我们将介绍电机的基本操作和维护技能。
2. 电力拖动技术电力拖动技术是对传统船舶推进方式的一种革命性改变。
电力拖动系统由电气部件、电气参数控制器和推进系统组成。
学习电力拖动技术可以更好地帮助学生理解船舶动力系统的工作，提高其解决实际问题的能力。
2.1 电力拖动系统的工作原理电力拖动系统是通过变频器将直流电转换为交流电来驱动船舶的电动机。
在教学设计中，我们将详细介绍电力拖动系统的工作原理，包括其组成部分，以及电流、电压和频率等电气参数的控制方法。
2.2 电力拖动系统的优点和缺点在教学设计过程中，我们需要探讨电力拖动技术的优点和缺点。
这将有助于学生更好地了解电力拖动技术的应用和使用，同时也能使他们了解其在船舶运作中的局限性。
第二章2船舶电机与电力拖动系统-船舶电机
（2）鼠笼式转子绕组：鼠笼式转子绕组是裸铜条或由 铸铝制成。铜条绕组是把裸铜条插入转子铁心槽内，两端 用两个端环焊成通路，参见图4-5。铸铝绕组是将铝熔化 后浇铸到转子铁心槽内，两个端环及冷却用的风翼也同时 铸成。一般小型笼式异步电动机都采用铸铝转子。
（3）绕线式转子绕组：绕线式转子绕组是由漆包铜线 绕成的三个完全相同的线圈嵌放到转子铁心的槽口内。 且通常连接成星形。另一端分别接到固定在转轴上的三 个滑环（也称集过滑环、电刷将转子绕组电 路与外电路相连。通常外电路是呈星形连接的电阻，如 图 4-6 所示。通过转子电路接入适当的附加电阻改善异 步电动机的起动性能（增大起动转矩，减小起动电流） 或调速性能（通过改变外接电阻的阻值改变异步电动机 的转速）。 图4-7 为绕线式异步电动机的外形结构图。
★连续：在额定的
1).额定功率Pn ：轴上输出机械功率，
单位kW；
2).额定电压、电流：线电压、线电流； 3).额定转速：—— 转/分； 4).额定功率因数； 5).绝缘等级和温升； 6).工作方式：连续、短时、重复短时(断续)； 7.)接法：星形、三角形。 注意：两种额定电压与接法分别对应。
★
负载范围内，允许 电机长期持续使用； ★短时与断续： 此电机必须按运 行时间与运行加停 车时间之比的相对 持续系数来确定运 行时间； ★冷却方式：
• 船舶舱室电动机
多为自扇冷式； • 甲板机械多为独 立风扇的他扇冷 式.
主要技术数据；P89
补充说明: 1. 型号 Y 132M－4
Y：三相异步电动机（系列） 132：机座中心高（132mm） 磁极数(极对数 p=2) 同步转速1500转/分
60 f n0 (转/分） M：机座长度代号， p M-中机座；S-短机座，
船舶辅机电力拖动知识点
船舶辅机电力拖动知识点船舶辅机电力拖动是船舶工程中的重要技术之一，可以提高船舶的效率和可靠性。
在这篇文章中，我们将逐步介绍船舶辅机电力拖动的知识点。
1.什么是船舶辅机电力拖动？船舶辅机电力拖动是指利用电力来驱动船舶的辅助设备，例如发电机、泵、压缩机等。
传统的船舶辅机通常由柴油机直接驱动，而电力拖动可以提供更高的效率和更好的控制性能。
2.电力拖动的优势与传统的柴油机驱动相比，电力拖动有以下优势：•高效率：电力拖动可以根据负载需求灵活调整转速和功率，从而提供更高的效率。
•环保：电力拖动可以减少燃料消耗和排放，降低对环境的影响。
•控制性能：电力拖动可以提供更好的控制性能，包括启停时间短、负载平衡等。
3.电力拖动系统的组成一个典型的船舶辅机电力拖动系统包括以下几个组成部分：•发电机：负责将机械能转化为电能，并提供给其他辅助设备使用。
•变频器：用于将发电机产生的交流电转化为需要的频率和电压。
•电动机：负责将电能转化为机械能，驱动辅助设备运行。
•控制系统：包括传感器、控制器等设备，用于监测和控制电力拖动系统的运行状态。
4.电力拖动系统的工作原理电力拖动系统的工作原理可以简单分为以下几个步骤：•发电机将柴油机产生的机械能转化为电能，并提供给变频器。
•变频器将交流电转化为需要的频率和电压，并提供给电动机。
•电动机将电能转化为机械能，驱动辅助设备运行。
•控制系统监测电力拖动系统的运行状态，并根据需要调整电动机的转速和功率。
5.电力拖动系统的应用电力拖动系统广泛应用于各类船舶的辅助设备中，例如：•发电机组：负责为船舶提供电力供应，满足各种设备的用电需求。
•泵站系统：用于海水的供应、消防系统以及液体的输送等。
•压缩机：用于船舶的空气调节和压缩空气供应等。
总结：船舶辅机电力拖动技术是提高船舶效率和可靠性的重要手段之一。
通过电力拖动，船舶可以获得更高的效率和更好的控制性能，同时减少对环境的影响。
了解船舶辅机电力拖动的知识点可以帮助船舶工程师更好地设计和维护船舶的辅助设备系统。
电力拖动自动控制系统 (2)
电力拖动自动控制系统简介电力拖动自动控制系统是一种通过电动机及其控制设备来实现机械设备运动的自动化控制系统。
它广泛应用于各个工业领域，如船舶、电厂、交通运输等。
电力拖动自动控制系统能够对电动机进行电压、电流和频率的调节，实现对被控制设备的精确控制。
通过采用先进的控制算法和传感器反馈，可以实现高效的运动控制、准确的位置控制和稳定的速度控制。
本文将从以下几个方面详细介绍电力拖动自动控制系统的组成、工作原理以及应用。
组成电力拖动自动控制系统由以下几个主要组成部分构成：1.电动机：电动机作为电力拖动自动控制系统的核心部件，负责将电能转化为机械能，驱动被控制设备运动。
2.控制器：控制器是电力拖动自动控制系统的大脑，负责对电动机进行控制和调节。
它接收传感器反馈的信号，并根据预设的控制算法进行运算，实现对电动机的精确控制。
3.传感器：传感器用于获取被控制设备的状态信息，如位置、速度、温度等。
传感器的反馈信号用于控制器进行实时调节，确保被控制设备的运动精确控制。
4.执行器：执行器负责将控制器输出的控制信号转化为实际的电压、电流或频率输出，通过控制电动机来实现对被控制设备的运动。
工作原理电力拖动自动控制系统的工作原理可以简述如下：首先，传感器捕捉被控制设备的状态信息，并将其转化为模拟信号或数字信号。
这些信号经过放大、滤波等处理后，传送给控制器。
控制器接收传感器信号后，根据预设的控制算法进行运算，并输出控制信号。
这些控制信号经过执行器的转化，最终作用于电动机。
电动机根据控制信号的输入，改变其电压、电流或频率，实现对被控制设备的运动。
电动机的运动状态被传感器继续监测，反馈给控制器进行调节。
通过不断的传感器监测和控制器调节，电力拖动自动控制系统能够实现对被控制设备的高精度控制和稳定运行。
应用电力拖动自动控制系统广泛应用于各个工业领域，其中一些常见的应用包括：1.船舶：电力拖动自动控制系统在船舶中起着关键作用，可以实现对推进器、舵机和起重设备等的精确控制，提高船舶的安全性和操纵性。
船舶电机与电力拖动系统
交流伺服电动机的接线图和相量图
(a）接线图
1
(b) 相量图
控制电压 与电源电压 频率相同，相位相同或反相。
放 大 器
检 测 元 件
控制信号
+
–
+
–
控制绕组
交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机有相似之处。
对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、 重量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。
伺服电动机可分为两类：
伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，驱动控制对象。
交流伺服电动机 直流伺服电动机
4.1 伺服电动机
伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控 制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。
6
当 U1恒定不变时， U2与n 成正比，这样，
发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压
信号，输出给控制系统。
速发电机的输出电压 U2与n 间存在着一定的非
由于铁心线圈电感的非线性影响，交流测
线性误差，使用时要注意加以修正。
01
02
03
04
05
06
综合上述分析可知：
直流测速发电机
直流测速发电机分永磁式和他励式两种。 两种电机的电枢相同，工作时电枢接负载电阻 RL。但永磁式的定子使用永久磁铁产生磁场， 因而没有励磁线圈；他励式的结构与直流伺服 电机相同，工作时励磁绕组加直流电压U1励磁。
2
测速发电机分为交流和直流两种类型。交流测速发电机又分为同步式和异步式两 种，这里只分析异步式交流测速发电机的工作 原理。
4.2 测速发电机
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• 当电动机在电磁转矩T的作用下旋转时，电枢绕组 切割磁场产生感应电势E，其方向与电枢电流方向 相反，因此电动机的感应电势称为反电势，它将抵 制电流的流入。电网要向电枢流进电路，必须克服 反电势的作用，即要求电源电压U电功率，通过电磁感应 的作用，将一部分电功率转换为机械功率。
直流电机结构图
直流电机解体图
直流电机横剖面示意图
主磁极
换向极
电刷装置
电枢铁心冲片 (a) 矩形槽； (b) 梨形槽
电枢绕组在槽中的绝缘情况
换向器
换向器的结构
e
O
ωt
电刷间的电势
直流电枢绕组元件 (a)、 (b) 叠绕组元件； (c)、 (d) 波绕组元件
电枢绕组在槽内的放置
一、直流电机的工作原理
(a)导体ab处于N极下
(b)导体ab处于S极下
直流电动机原理图
(a) 导体ab处于N极下
(b) 导体ab处于S极下
直流发电机的原理图
二、直流电机的结构
直流电机主要由定子和转子两大部分组成。定子由主 磁极、换向极、机座、端盖和电刷装置等组成，转子由电 枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。
势和并励绕组产生的磁势方向相反时，称为差复励。复励
发电机还分长复励和短复励（长复励：电枢绕组与串励绕
组串励后再与并励绕组并励；短复励：电枢绕组与并励绕
组并励后再与串励绕组串联）。
发电机的励磁方式
三、直流电机的运行特性 1、直流发电机的空载特性
当保持发电机的转速n不变，负载电流I=0时（发电 机主开关处于断开状态），发电机的电枢电势（或空 载电压U0）与励磁电流If之间的关系，即E f (I f )曲线 称为空载特性。空载特性曲线如图所示。空载特性曲 线与磁化曲线相似，这时直流发电机的感应电势 Φ 为E Ce n，与励磁电流 I f之间为磁化曲线关系。
•
•
UE
•
E or
If
直流发电机空载特性
2、自励发电机建压条件
（1）发电机必须有剩磁。若剩磁消失可用外电源充磁。 （2）励磁电流产生的磁场要与剩磁磁场方向相同。这
与并励绕组和电枢电路的连接极性及电枢的转动方 向 有关。在固定转动方向下，主要决定于两并 联电路 的连接极性。 （3）励磁回路的总电阻必须小于临界电阻。励磁电阻 过大或发生断路时，不能自励建立正常电压。当然 转 速过低，空载特性曲线变低也使两曲线的交 点变 低，而无法建立起正常的电压。
第二章 船舶电机与电力拖动系统
（优选）船舶电机与电力拖动 系统
• 直流发电机早期作为主电源在船舶上普遍应用，与 交流发电机比较，存在的主要缺点是：电压不能变 换以及结构复杂，造价高和维护工作量大等。现在 大多数船舶采用交流发电机替代直流发电机，但有 些船舶仍用直流发电机作为变流机组向直流电力拖 动系统提供直流电能。有些船舶主机轴带发电机也 是直流发电机，如远洋捕捞船的拖网机。所以直流 电机仍然是船舶电气设备的主要类型之一。
• 由于他励和并励电动机的励磁电路都是接到外电源 上，励磁电流不受电枢电流变化的影响。因此，他励 和并励电动机的特性基本相同。下图（a）、（b）、 （c）分别为并励、串励和复励电动机的接线图。图中 表示串入电枢电路的起动或调速用的电阻；表示调节
励磁电流的外串电阻。
1）直流电动机的基本方程
• 直流电动机的基本方程是指电动机稳定运行时，电系 统的电势平衡方程；能量转换过程中的功率平衡方程； 机械系统的转矩平衡方程。
下图b是复励发电机的外特性曲线。当供电线路较
长时通常采用过复励发电机；而船舶主电源直流发电机 多为平复励发电机。
下图给出三种励磁方式的发电机的接线图。
图a 他激、并激发电机的 外特性曲线
图b 复激发电机的外 特性曲线
4、直流电动机的运行特性
• 按励磁绕组和电枢绕组连接方式的不同，直流电动 机和直流发电机一样，也可分为四种：他励电动机、 并励电动机、串励电动机和复励电动机。
直流电机的励磁方式
直流发电机的励磁方式分他励和自励，自励包 括并励、串励和复励。下图为直流发电机4种励磁 方式的电路图。 （1）他励发电机：励磁绕组电路与电枢电路无 关，励磁电流取自其它的直流电源。其励磁功率 约为直流电机额定功率的 1～3％ 。 （2）并励发电机：励磁绕组电路与电枢电路并 联。 并励绕组导线细、匝数多、电阻大，励磁电流小。 并励发电机的电流关系为 I Ia - If。励磁功率约为 直流电机额定功率的 2～10％ 。
直流电机绕组示意图
B 10 -9
10
11
12
1
2
9
3
3A
4+
8
7
6
5
4
N
电枢绕组的连接电路图
S
电刷偏离几何中性线示意图
直流电机的额定值 （1）额定功率 （KW ） （2）额定电流 PN （3）额定电压 I N (A) （4）额定转速 U N (V ) （5）额定励磁电压 nN (r / min) （6）额定工作方式 UFN (V )
电势平衡方程
参照上图，不考虑R
' f
和
R
，根据基尔霍夫电压定
律，并励电动机带负载运行时的电势平衡方程为：
或
U E + Ia Ra
E U - I a Ra
注意
如果一台并励发电机有剩磁但不能自励，可以用下列 两种方法改正：
（1）改变电枢绕组与励磁绕组的相对联接； （2）改变电枢的旋转方向。
3、直流发电机的外特性 直流发电机的外特性是指在保持额定转速和励磁回
路总电阻不变的条件下，改变负载大小时，发电机的 端电压随负载电流而变化的关系。
下图a为他励和并励发电机的外特性曲线。曲线1为 他励发电机，曲线2为并励发电机。
（3）串励发电机：励磁绕组与电枢绕组串联，电枢电
流即为励磁电流。因此串励绕组匝数少、导线粗、电阻极
小。串励发电机的电流关系为：
。
（4）复励发电机：主磁极上有I 两Ia 个 If励磁绕组，其中一 个和电枢回路并连（称并励绕组），另一个和电枢回路串
连（称串励绕组）。当串励绕组产生的磁势和并励绕组产
生的磁势方向相同时，称为积复励；当串励绕组产生的磁