船舶电力拖动
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。
工程类船舶舵机的电力拖动与控制
船舶舵机电力拖动系统的定期维护与保养
定期检查：确保船舶舵机电力拖动 系统的正常运行，及时发现并解决 潜在问题。
润滑保养：定期对船舶舵机电力拖 动系统的各个部件进行润滑，保证 系统的顺畅运行。
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清洁保养：保持船舶舵机电力拖动 系统的清洁，防止灰尘、污垢等杂 质对系统造成损害。
船舶舵机电力拖动系统的技术展望
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高效能电机和驱动技术：随着电力电子技术和 控制理论的不断发展，高效能电机和驱动技术 将在船舶舵机电力拖动系统中得到广泛应用。
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智能控制技术：利用人工智能和机器学习技术， 实现对船舶舵机电力拖动系统的智能控制，提 高系统的稳定性和可靠性。
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集成化设计：通过集成化设计，将船舶舵机电 力拖动系统与其他船舶系统进行有机整合，实 现船舶整体性能的提升。
工程类船舶舵机的电 力拖动与控制
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01
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04
船舶舵机电力 拖动系统的控 制
02
船舶舵机电力 拖动系统概述
05
船舶舵机电力 拖动系统的应 用
03
船舶舵机电力 拖动系统的设 计
06
船舶舵机电力 拖动系统的维 护与保养
紧固保养：定期检查并紧固船舶舵 机电力拖动系统的各个连接部位， 防止松动或脱落。
船舶舵机电力拖动系统的故障诊断与排除
故障类型：机械故障、电气故障、液压故障等 诊断方法：观察法、听诊法、触诊法、仪器检测法等 排除步骤：确定故障类型、分析故障原因、制定排除方案、实施排除等 注意事项：保持安全意识，遵循操作规程，及时维护保养等
船舶常用控制电路—起货机电力拖动控制系统
1．吊杆式起货机 吊杆式起货机有单杆式和双杆式两种。单杆式电动起 货机是一种具有电动回转和变幅的起货机，见图5-5-1。 双杆式电动起货机是采用两台起货机在起货过程中相 互配合进行工作的，见图5-5-2。
图5-5-1 单杆式电动起货机结构图
图5-5-2 双杆式电动起货机结 构图
2．回转式电动起货机 回转式起货机（克令吊）它包括提升、变幅和回转三
个主要机构。其拖动方式可采用电动机拖动，也可以用电 动液压装置拖动。
如图5-5-3 ，是克令吊结构示意图，图中1是提升机构 电动机，2是变幅机构电动机，3是旋转机构电动机。通 常可操作两个机构同时运转，也可以操作三个机构同时工 作。
一、起货机的类型及运行特点
2. 电动液压起货机的特点 电动液压起货机能实现无级平滑调速，加速时间短，具 有良好的制动能力，不需要电磁制动器。它的调速和换 向是在液力机械中进行的，而电动机维持恒速不变，因 此可采用普通鼠笼式异步电动机。它的缺点是工作效率 低，制造精度要求高，油路系统复杂。
二、电动起货机的结构和运行特性
图5-5-4是国产交流变极调速起货机控制电路原理图 （注意图中电气符号的表示方法）。电动机：变极调速 起货机采用三套独立绕组电机。具体见书P.135. JZFH6型26/26/5.5KW，p = 2/4/14。
1.起货机控制电路的组成
2.控制电路分析
图5-5-4交流三速恒功率起货机线路（全图）
1. 起货机控制电路的组成
图5-5-3 克令吊结构示意图
1 提升机构电动机 2 变幅机构电动机 3 旋转机构电动机
第10章船舶舵机的电力拖动与控制
•Ⅴ：船舶回到给定航向K， φ=0，β=0。
•船舶的航迹曲线
•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。 •反馈机构：航向接受器和舵角反馈机构。
•§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，究其调节规律 ，有三种基本类型：以船舶偏航角的大小和 方向进行调节的比例舵，以船舶偏航角和偏 航角速度的大小和方向调节的比例一微分舵 和以船舶偏航角、偏航角速度及偏航角积分 的大小和方向来调节的比例一微分一积分舵 。
点打开，解除了发电机励磁线圈短路闭锁，发电机开 始进入起压过程。
•3.发电机在剩磁电压的作用下，开始自励发电，电 动机进入起动过程。随着发电机端电压的逐渐升高，
电动机开始转动，并且电流在不断增大，但由于在起 动过程中发电机端电压始终低于380V，所以RTO1板 上的T1管是处于截止状态。在起动电流小于1600A时 ，RT02板上的输出管也是处于截止状态。
•4. 舵叶偏转限位保护和失压报警装置
•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。
•§10.2 操舵方式及基本工作原理
•电动—机械舵机装置 •电动—液压舵机装置
•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。
•油
•撞
缸
•随动操舵原理图（电桥式）
•随动操舵的方法：
•船舶左偏航操右舵，舵轮操右舵x 0，舵叶右偏， 并自动停在右舵x 0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。
•三.自动操舵工作原理
•舵机 •自动舵校正航向的工作过程
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。
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。
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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
电力拖动系统在轮船工程中的应用案例
电力拖动系统在轮船工程中的应用案例电力拖动系统（Electric Propulsion System，EPS）是一种在船舶工程中广泛应用的先进技术。
它采用电能作为动力源，通过电机驱动推进器产生推力，从而实现船舶的推动。
电力拖动系统具有高效、环保、灵活等优点，被广泛应用于各类船舶，特别是大型远洋船舶。
接下来，本文将以一些典型案例来探讨电力拖动系统在轮船工程中的应用。
案例一：某远洋货船电力拖动系统某公司定制建造了一艘远洋货船，采用了电力拖动系统。
该系统主要由柴油发电机组、电动机、涡桨推进器等组成。
通过控制电动机驱动涡桨推进器的转速，实现船舶的前进和停止。
相比传统的汽轮机推进系统，该电力拖动系统具有以下优势：首先，电力拖动系统的效率更高。
涡桨推进器的转速可以精确控制，根据实际需求灵活调整。
这使得船舶在航行时可以根据不同负载状况实时调整转速，从而达到最佳工作状态，提高能效。
其次，电力拖动系统更环保。
柴油发电机组可以使用低硫燃油，减少废气排放。
此外，电动机没有机械传动装置，工作过程中无需润滑油，减少了排放污染。
最后，电力拖动系统具有更好的船舶控制性能。
通过精确控制电动机转速和方向，船舶的操作更加灵活敏捷。
特别是在紧急情况下，可以迅速启动或停止电动机，提高船舶的安全性。
案例二：某豪华客轮电力拖动系统某豪华客轮采用了电力拖动系统，实现了出色的航行性能和舒适的乘坐体验。
该系统包括燃气轮机、发电机、电动机、船螺旋桨等设备。
与传统的轴线推进系统相比，电力拖动系统在豪华客轮中具有显著优势：首先，电力拖动系统使得豪华客轮的舒适度更高。
电动机的启停没有明显的冲击感，减少了船舶颠簸和噪音，给乘客提供更加舒适的乘坐体验。
此外，电力拖动系统的可靠性高，减少了航行中的故障和时间延误。
其次，电力拖动系统在船舶操纵性能方面表现出色。
电动机精准的转速控制，使得船舶在曲线行驶和靠港时更加稳定。
此外，电力拖动系统还具备良好的低速性能，适应了豪华客轮对于低速航行的需求，进一步提高了船舶的操纵性。
船舶起货机电力拖动的基本要求
船舶起货机电力拖动的基本要求(1)对调速范围的要求调速范围是起货机的另一重要指标。
起货电动机在运行过程中，既有空钩高速，又有車载低速，要求较广的调速范用。
一般百流起货机调速范围为101，调速性能良好:交流起货机的调速范围为7:1，基本上也能满足起货的调速要求。
而液压起货机的调速由液压控制实现，拖动电动机本身不需要调速。
(2)对电动机形式的要求电动起货机必须选用防水式,重复短期工作制的电动机以适应甲板工作条件。
直流起货机，一般采用启动力矩大而机械特性软的复励电动机以承受冲击负载，并且能适应轻载高速，重载低速的工况。
对交流起货机，宜选用启动力矩大，转差率高而启动电流较小的深槽式(或双笼式)的变极调速笼式异步电动机，也可选用绕线式异步电动机。
对发电机-电动机(G-M)系统的起货机，宜选用具有差复励绕组的发电机，使电动机获得适用于起货机的下坠特性。
此外,要选用转动惯量(或飞轮惯量GD2)小的专用电动机，使启动和制动过程中的能耗降低。
(3)对控制电路的要求电动起货机采用三挡调速控制，并能实现正反转运行。
②对电动机设置短路、过载、绕组过热、失压欠压、缺相保护环节等。
③采用主令控制器实现运行操作，以保证起货机操作灵活、工作可靠。
④电动机要求有通风机进行强制冷却，并设置风道的风门对风机和起货电动机之间的连锁控制。
5设置从零挡至上升(或下降)高速挡的自动延时启动控制，以防止快速操作引起电动机过大的冲击电流以及起货机过大的机械冲击。
6从高速挡回零挡停车时设置有三级自动制动控制:电气制动(再生制动)、电气与机械联合制动以及机械制动。
7对于恒功率调速的电动机，中、高速挡设置有重载不上高速的控制环节:当额定负载(重载)时，即使主令手柄扳至上升高速挡，电动机也只能运行于中速挡;若电动机运行于高速挡时出现重载，则应自动回到中速挡。
8设置“逆转矩”控制环节，即首先实现从高速挡到零挡的自动制动停车，然后再实现从零挡到反向高速挡三级延时启动的自动过程。
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2)电极式水位检测器
• 电极式水位检测器也称为“电极式水位调 节器”。它是以电极棒为一极，锅炉（金 属）体为另一极，利用水的导电性质，炉 水与电极棒接触流过电流，作为锅炉水位 的信号传感方式。
• 在锅炉侧工作水位的离度处安装一圆柱形 水筒，上、下与锅炉内的汽、水空间相通， 金属简壳与船体连接。 • 筒中插装3根长度对应不同水位的金属电极 棒，棒1是高水位、 • 棒2是低水位、 • 棒3是危险水位。
• 双位控制只有一种燃烧状态，即只有一种 喷油量和送风量。 • 比例控制是随着压力上升减少喷油量同时 按比例减少风量；相反则增加。 • 三位控制有2种燃烧状态：大火、大喷油量、 大风量；小火、小喷油量、小风量。
2）燃烧过程的程序控制
• 燃烧程序控制是从点火、燃烧至熄火的过 程控制．它包括：前扫气、点火、燃烧、 正常熄火和后扫气。
• 3）安全保护 • 各型锅炉设置的安全保护不尽相同，一般 设有水位高、低报警；蒸汽压力高、低报 警等。发生严重故障如：水位过低、蒸汽 压力过高、点火失败或故障熄火、风压低、 电源故障和燃烧器电动机过载等，则切断 燃油停止燃烧发出报警。
给水控制电路
锅炉燃烧自动控制
• 1）蒸汽压力自动控制
• 锅炉内的蒸汽压力是随使用量的多、少变 化的，即蒸汽的产量与供出的使用量不平 衡，引起蒸汽压力变化。 • 要保持平衡，需要改变燃烧量，使蒸汽的 产量适应输出量。燃烧自动控制是要维持 汽包内的蒸汽压力在一定范围之内。
• 蒸汽压力双位控制方式设定2个压力限值P 1和P2，燃烧使蒸汽压力上升至上限值P2， 停止燃烧熄火；压力下降至下限值P 1点火 燃烧。 • 这种控制方式的蒸汽压力在P1和P2之间波 动。控制比较简单，只有燃烧和熄火两个 状态。
3）多位磁性浮子式液位开关
• 水位测量筒体的上、下通水口，通过法兰 截止阀与锅炉连接，筒体内的水位反映了 锅炉的水位，筒体内有一个随水位上下移 动的浮球，浮球上的连杆伸出筒体进入磁 性开关（也称为磁性继电器）盒， 盒内的 传感磁铁导管旁按检测水位的高低，安装 多个磁性开关。
• • • •
位置5：过高水位——报警； 位置4：高水位——停止泵（停止给水）； 位置3：中水位——启动泵（给水）； 位置2：低水位——启动备用泵（双泵给 水）； • 位置1：过低水位——停止燃烧，报警。
• （1）前扫气
• 锅炉熄火后炉膛内可能积存一些未经燃烧 的油，在炉膛内蒸发后，会形成可燃的油 气混合物，一旦点火会引起爆炸。 • 规范要求点火前需要开大风门进行前扫气， 即用鼓风机进行一段时间通风，扫除可燃 的油气混合物。
• （2）点火 • 点火是在前扫气后进行。点火火花出现后 才可以喷油。点不着火，点火装置和喷油 阀应自动关闭。 • 一般是用变压器次级的高电压在点火棒之 间产生的火花来点火。这时风门要关小， 以免吹熄火焰。点火棒打火后，开启喷油 电磁阀喷油，火是否点着由火焰检测器检 测。如果在设定的时间之内检测不到火焰， 说明点火失败，停止点火。点火时已喷过 油，要再尝试点火，需要再进行前扫气。
锅炉水位自动控制
• 辅助锅炉的水位并不要求恒定在正常水位， 而是允许在一定范围内变动，最高与最低 水位可以相差60一120mm。 • 辅助锅炉的水位是采用双位断续给水控制 方式。水位降低到最低水位启动给水泵补 充水；水位升至最高水位停止给水。
1）磁性浮子式液位开关
浮子式液位开关控制锅炉 给水的控制原理电路
• （3）燃烧 • 检测到火焰说明点火成功，可以进入正常 燃烧。为了达到完全（至少是良好）燃烧， 需开大风门，提供过剩的空气帮助燃烧。
• （4）熄火 • 随着蒸汽用量减少，蒸汽压力会逐步上升， 达到设定的允许值时，无论采用那种方式 燃烧，都必须切断燃油停止燃烧、熄火。
• （5）后扫气 • 为了及时消除炉膛内的可燃物，熄火后需 要再开大风门通风一段时间，称为后扫气。
• 多位控制现以三位控制为例，是设定3个压 力限值。蒸汽压力上升至上限值P2，从原 来的大火燃烧转为小火；下降至下限值P1 ， 从小火转为大火； • 在小火燃烧的情况下（大火也一样），如 果蒸汽压力继续上升至高限值P 3，则停止 燃烧；压力下降至下限值再点火燃烧。 • 这种方式介于双位和双位一比例控制之间， 也可以减少点火、熄火的循环次数。
• 但点火燃烧、熄火太频繁。而锅炉的每次 点火都需要按照一定的程序进行，才能确 保安全。
• 双位一比例控制是根据蒸汽压力控制燃烧 程度（即送风量、喷油量），保持压力变 化在较小的范围内。 • 压力上升至设定值p1 ，进入比例调节控制， 随着压力上升燃烧量按比例减小，如果压 力继续上升至高限值P2，则熄火；压力下 降至下限值P1 再点火燃烧。 • 双位一比例控制减少了点火、熄火的循环 次数。
船舶电力拖动
燃油辅助锅炉
• 船舶辅助锅炉有： • 1、燃油辅助锅炉：直换用燃油然烧加热 水产生蒸汽的锅炉。 • 2、废气锅炉：利用柴油机运行排出的废 气，加热水产生蒸汽的锅炉。 • 3、组合式锅炉：燃油和废气两者合一的 辅助锅炉。
燃油辅助锅炉工作原理
• 船用燃油辅助锅炉有两种型式：火管锅炉 和水管锅炉。 • ．火管锅炉：烟火在管内流动，水在管外 被加热蒸发成蒸发成蒸汽。