第十章船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制本章概述舵機(jī)設(shè)備主要由下列幾個(gè)部分組成：1．主操舵裝置2．輔助操舵裝置3．舵機(jī)裝置動(dòng)力設(shè)備4．動(dòng)力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)：5．轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)6．操舵裝置控制系統(tǒng)目前，遠(yuǎn)洋船舶上裝備的都是遠(yuǎn)距離控制自動(dòng)操舵儀，簡(jiǎn)稱自動(dòng)舵，幾乎全部是電動(dòng)液壓舵機(jī)。第十章船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制1第十章船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制本章主要講解內(nèi)容第一節(jié)舵機(jī)電力拖動(dòng)與控制的基本要求第二節(jié)單動(dòng)舵第三節(jié)隨動(dòng)舵第四節(jié)自動(dòng)舵第五節(jié)船舶艏側(cè)推裝置第十章船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制本章主要講解內(nèi)容2第一節(jié)舵機(jī)電力拖動(dòng)與控制的基本要求

我國(guó)《鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范》根據(jù)《國(guó)際海上人命安全公約》（SOLAS公約）的規(guī)定，對(duì)于從事于國(guó)際航行的大于500總噸的貨船或僅從事于非國(guó)際沿海航行的大于1600總噸的貨船的舵機(jī)提出了明確的要求，基本技術(shù)要求如下：

1．每艘船舶均應(yīng)設(shè)置1套主操舵裝置和1套輔助操舵裝置。主操舵裝置和輔助操舵裝置的布置，應(yīng)滿足當(dāng)其中一套發(fā)生故障時(shí)不致引起另一套也失效；如主操舵裝置具有2臺(tái)或2臺(tái)以上相同的動(dòng)力設(shè)備則在下列條件下可不設(shè)置輔助操舵裝置：返回第一節(jié)舵機(jī)電力拖動(dòng)與控制的基本要求我國(guó)《鋼質(zhì)海船3①對(duì)于客船，當(dāng)任一臺(tái)動(dòng)力設(shè)備不工作時(shí)，主操舵裝置仍能按本規(guī)定進(jìn)行操舵；

②對(duì)于貨船，當(dāng)所有動(dòng)力設(shè)備都工作時(shí)，主操舵裝置能按本規(guī)定進(jìn)行操舵；

③主操舵裝置應(yīng)布置成當(dāng)其管系或一臺(tái)動(dòng)力設(shè)備發(fā)生單項(xiàng)故障時(shí)此缺陷能被隔離，使操舵能力能夠保持或迅速恢復(fù)。①對(duì)于客船，當(dāng)任一臺(tái)動(dòng)力設(shè)備不工作時(shí)，主操舵裝置42．主操舵裝置和舵桿：具有足夠的強(qiáng)度并能在船舶最大航海吃水和最大營(yíng)運(yùn)前進(jìn)航速時(shí)進(jìn)行操舵，使舵自任一舷的35°，轉(zhuǎn)至另一舷的35°，且于相同條件下自一舷的35°轉(zhuǎn)至另一舷的300所需時(shí)間不超過(guò)28s。2．主操舵裝置和舵桿：具有足夠的強(qiáng)度并能在船舶最大53．輔助操舵裝置：

①具有足夠的強(qiáng)度和足以在可駕駛的航速下操縱船舶，并能在應(yīng)急情況下迅速投入工作；

②應(yīng)能在船舶最大航海吃水和以最大營(yíng)運(yùn)前進(jìn)航速的一半但不小于7kn時(shí)進(jìn)行操舵，使舵自一舷15°，轉(zhuǎn)至另一舷的15°，且所需時(shí)間不超過(guò)60s。3．輔助操舵裝置：64．主、輔操舵裝置動(dòng)力設(shè)備：①當(dāng)動(dòng)力源發(fā)生故障失效后又恢復(fù)輸送時(shí)能自動(dòng)再起動(dòng)；②能從駕駛室控制使其投入工作；③任一臺(tái)操舵裝置動(dòng)力設(shè)備的動(dòng)力源發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)在駕駛室發(fā)出聲、光警報(bào)；④駕駛室與舵機(jī)室之間，應(yīng)設(shè)有通信設(shè)施；⑤操舵裝置應(yīng)設(shè)有有效的舵角限位器。以動(dòng)力轉(zhuǎn)舵的操舵裝置，應(yīng)裝設(shè)限位開(kāi)關(guān)或類似設(shè)備，使舵在到達(dá)舵角限位器前停住。裝設(shè)的限位開(kāi)關(guān)或類似設(shè)備，應(yīng)該與轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)本身同步而不應(yīng)與舵機(jī)的控制相同步；⑥舵裝置應(yīng)有保持舵位不動(dòng)的制動(dòng)裝置。

4．主、輔操舵裝置動(dòng)力設(shè)備：7第二節(jié)單動(dòng)舵

單動(dòng)舵也叫應(yīng)急舵或非隨動(dòng)舵。它是在自動(dòng)舵及隨動(dòng)操舵都不能用的情況下，作為應(yīng)急操舵。單動(dòng)舵控制線路比較簡(jiǎn)單。圖10-1為DS1型應(yīng)急舵裝置簡(jiǎn)圖。單動(dòng)操舵控制可用圖10-2所示的方框圖來(lái)表示。在操舵控制信號(hào)較弱時(shí)，不足以直接推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，或即使能推動(dòng)工作，但其靈敏度太低，故必須加放大環(huán)節(jié)。返回第二節(jié)單動(dòng)舵單動(dòng)舵也叫應(yīng)急舵或非隨動(dòng)舵。它是在自動(dòng)舵及8返回圖10-1DSI型應(yīng)急操舵裝置簡(jiǎn)圖返回圖10-1DSI型應(yīng)急操舵裝置簡(jiǎn)圖9圖10-2單動(dòng)操舵方框圖返回圖10-2單動(dòng)操舵方框圖返回10第三節(jié)隨動(dòng)舵

隨動(dòng)舵控制系統(tǒng)只要操作人員給出某一操舵指令，系統(tǒng)就能自動(dòng)地按指令把舵葉轉(zhuǎn)到所要求的舵角上，并且自動(dòng)使舵葉停轉(zhuǎn)。

圖10-3為隨動(dòng)舵系統(tǒng)方框圖。它是按偏差原則進(jìn)行調(diào)節(jié)的。圖10-4為DD2型電子式隨動(dòng)操舵儀系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。返回第三節(jié)隨動(dòng)舵隨動(dòng)舵控制系統(tǒng)只要操作人員給出某一操舵指令，11回舵ΦK?ì舵輪人力放大器執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)舵葉舵角反饋Φa分羅經(jīng)(指示航向)舵角指示器(指示偏舵角)電源U0U1-+n返回圖10-3隨動(dòng)操舵系統(tǒng)方框圖回舵ΦK?ì舵輪人力放大器執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)舵葉舵角反饋Φa分12返回返回13第四節(jié)自動(dòng)舵

自動(dòng)舵是根據(jù)電羅經(jīng)送來(lái)的船舶實(shí)際航向與給定航向信號(hào)的偏差進(jìn)行控制的。在舵機(jī)投入自動(dòng)工作時(shí)，如果船舶偏離了航向，不用人的干預(yù)，自動(dòng)舵就能自動(dòng)投入運(yùn)行，轉(zhuǎn)動(dòng)舵葉，使船舶回到給定航向上來(lái)。返回第四節(jié)自動(dòng)舵自動(dòng)舵是根據(jù)電羅經(jīng)送來(lái)的船舶實(shí)際航向與給定14一、自動(dòng)舵的基本類型

船舶應(yīng)用的自動(dòng)舵類型眾多，究其調(diào)節(jié)規(guī)律，有三種基本類型：以船舶偏航角的大小和方向進(jìn)行調(diào)節(jié)的比例舵，以船舶偏航角和偏航角速度的大小和方向調(diào)節(jié)的比例一微分舵和以船舶偏航角、偏航角速度及偏航角積分的大小和方向來(lái)調(diào)節(jié)的比例一微分一積分舵。一、自動(dòng)舵的基本類型151．比例舵比例舵調(diào)節(jié)中偏舵角B與偏航角Φ成比例關(guān)系變化，即

B=-K1Ψ式中，K1為比例系數(shù)；負(fù)號(hào)“－”表示偏舵的方向是消除偏航。船舶因風(fēng)浪等影響引起偏航時(shí)，采用比例舵操舵有糾正偏航的能力。但是它使船舶周而復(fù)始地圍繞正航向左右搖擺，船舶的航跡呈“S”形振蕩，衰減很慢。1．比例舵162．比例一微分舵按比例操舵的偏舵角僅考慮了偏航角的大小，沒(méi)有考慮偏航角速度。其實(shí)，偏航速度高時(shí)，應(yīng)當(dāng)加大偏舵角，以有效地抑制船舶繼續(xù)偏航；另外，該船舶回到正航向后，雖然偏航角等于零，但由于慣性，船舶仍然有一個(gè)偏航角速度，使船舶又繼續(xù)朝另一側(cè)偏航。因此比例操舵會(huì)造成船舶沿航向作S形航行。比例一微分舵就是為解決這個(gè)問(wèn)題而產(chǎn)生的。它的調(diào)節(jié)規(guī)律符合關(guān)系式：2．比例一微分舵173．比例一微分一積分舵為提此以提高航向調(diào)節(jié)的精度，減少、甚至消除靜態(tài)誤差，在比例一微分舵的基礎(chǔ)上，設(shè)置積分調(diào)節(jié)，亦即比例一微分一積分舵。它滿足下面的關(guān)系式。3．比例一微分一積分舵18二、自動(dòng)操舵系統(tǒng)基本要求1．自動(dòng)操舵性能良好2．具有必要的調(diào)節(jié)裝置（l）靈敏度調(diào)節(jié)（俗稱天氣調(diào)節(jié)）（2）舵角比例調(diào)節(jié)（3）反舵角調(diào)節(jié)（4）壓舵調(diào)節(jié)（5）航向調(diào)節(jié)3．應(yīng)設(shè)有隨動(dòng)、單動(dòng)等操舵設(shè)備此外，自動(dòng)舵還應(yīng)設(shè)有雙電源，雙機(jī)組等換轉(zhuǎn)裝置。二、自動(dòng)操舵系統(tǒng)基本要求19三、自動(dòng)舵的工作原理1．電動(dòng)—機(jī)械自動(dòng)舵

圖10-5為電動(dòng)—機(jī)械自動(dòng)操舵系統(tǒng)的原理簡(jiǎn)圖。下面分5個(gè)階段（其實(shí)是連續(xù)的）說(shuō)明船舶因外界干擾而偏轉(zhuǎn)離正航向K后是如何通過(guò)自動(dòng)舵的作用又重返正航向的。三、自動(dòng)舵的工作原理20返回圖10-5G-M系統(tǒng)自動(dòng)操舵的原理圖返回圖10-5G-M系統(tǒng)自動(dòng)操舵的原理圖21第一階段（Ⅰ）：船舶沿正航向K航行，滾輪1恰好與絕緣塊4接觸，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，舵葉在艏艉線上，艏艉線與正航向重合，偏航角φ、偏舵角β都為零。第二階段（Ⅱ）：假設(shè)由于受到風(fēng)、流等外界影響，船舶向右偏航，首先航向發(fā)送器使自動(dòng)操舵儀上的航向接受器（即羅經(jīng)復(fù)示器）同步轉(zhuǎn)動(dòng)某一角度，并帶動(dòng)滾輪1向左偏轉(zhuǎn)，與左邊導(dǎo)電半圓環(huán)2接觸，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，舵葉向左弦偏轉(zhuǎn)，通過(guò)舵角反饋同步傳遞結(jié)構(gòu)，使兩個(gè)導(dǎo)電環(huán)以相同的方向向左作追隨滾輪的運(yùn)動(dòng)。這一階段由于外界干擾的持續(xù)存在，開(kāi)始偏舵時(shí)偏舵角很小，舵效不明顯，所以船舶繼續(xù)向右偏航（φ增加），導(dǎo)電環(huán)繼續(xù)作追隨滾輪的運(yùn)動(dòng)。第一階段（Ⅰ）：船舶沿正航向K航行，滾輪1恰好與22第三階段（Ⅲ）：由于較強(qiáng)的舵效，使船舶偏航到某一最大偏航角而停止偏航，導(dǎo)電環(huán)追上滾輪，絕緣塊與滾輪接觸，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，偏舵角也達(dá)到最大值。

第四階段（Ⅳ）：船舶在左舵作用下，向正航向K回轉(zhuǎn)，偏航角從逐漸減小，又通過(guò)航向發(fā)送器作用，使?jié)L輪開(kāi)始與右邊導(dǎo)電環(huán)3接觸，電動(dòng)機(jī)向右轉(zhuǎn)，舵葉朝著艏艉方向偏轉(zhuǎn)（β減小），導(dǎo)電環(huán)向右作追隨滾輪的運(yùn)動(dòng)。

第五階段（Ⅴ）：船舶回到正航向K上，導(dǎo)電環(huán)正好追上滾輪，使?jié)L輪處于絕緣塊上，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，舵葉位于艏艉線上。

第三階段（Ⅲ）：由于較強(qiáng)的舵效，使船舶偏航到某一最23上述連續(xù)的5個(gè)階段船舶偏離正航向又重返正航向的航跡如圖10-6所示?？梢?jiàn)采用這一系統(tǒng)進(jìn)行操舵，能夠使船舶在偏航后有自動(dòng)恢復(fù)正航向的能力。這就是電動(dòng)—機(jī)械自動(dòng)操舵系統(tǒng)的基本原理。上述連續(xù)的5個(gè)階段船舶偏離正航向又重返正航向的航跡24返回圖10-6自動(dòng)舵校正航向的工作過(guò)程返回圖10-6自動(dòng)舵校正航向的工作過(guò)程252．電動(dòng)—液壓式自動(dòng)舵

國(guó)產(chǎn)“HD—5L型自動(dòng)舵應(yīng)用半導(dǎo)體無(wú)觸點(diǎn)控制的比例-微分-積分控制系統(tǒng)。駕駛室具有自動(dòng)、隨動(dòng)及應(yīng)急操作三種操舵方式。兩套參數(shù)相同的放大器互為備用，通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇其中一套為自動(dòng)、隨動(dòng)操舵時(shí)使用。應(yīng)急操舵為隨動(dòng)控制方式，單獨(dú)使用一套放大器。該型自動(dòng)舵有A、B、C、D四種型式。A型為電液伺服閥變量泵系統(tǒng)；B型為電磁換向閥、伺服油缸、變量泵系統(tǒng)；C型為伺服馬達(dá)變量系統(tǒng)；D型為地磁功率閥定量泵系統(tǒng)，它們的電氣系統(tǒng)基本上是一致的。2．電動(dòng)—液壓式自動(dòng)舵26HD-5LBD型自動(dòng)舵系統(tǒng)的組成見(jiàn)圖10-7。主要包括：（1）信號(hào)的檢測(cè)與發(fā)送，包括航向受訊器、偏航信號(hào)發(fā)送器、舵角反饋信號(hào)發(fā)送器、隨動(dòng)信號(hào)發(fā)送器（2）相敏整流電路（3）運(yùn)算放大器和比例微分、積分調(diào)節(jié)裝置（4）積分裝置（5）左、右舵控制繼電器（6）執(zhí)行裝置（7）天氣調(diào)節(jié)裝置HD-5LBD型自動(dòng)舵系統(tǒng)的組成見(jiàn)圖10-7。27返回圖10-7HD-5LBD型自動(dòng)舵系統(tǒng)方框圖返回圖10-7HD-5LBD型自動(dòng)舵系統(tǒng)方框圖28HD-5LBD型自動(dòng)舵原理見(jiàn)圖10-8。將操縱部位選擇開(kāi)關(guān)K9放在“操縱臺(tái)位置”，機(jī)組選擇開(kāi)關(guān)K8置于選定的工作機(jī)組位置，再將操縱方式選擇開(kāi)關(guān)K1放在“自動(dòng)”位置，系統(tǒng)便進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài)。HD-5LBD型自動(dòng)舵原理見(jiàn)圖10-8。將操縱部位選擇開(kāi)29返回返回303．PR-4系列自動(dòng)舵1）PR-4系列自動(dòng)舵簡(jiǎn)介2）PR-4系列自動(dòng)舵的工作原理見(jiàn)圖10-9PR-4系列自動(dòng)舵原理框圖。3）PR-4系列自動(dòng)舵的操作

（1）速率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)方法

（2）舵角調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)方法

（3）天氣調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)方法

（4）舵機(jī)偏差警報(bào)調(diào)節(jié)器

（5）舵角限位調(diào)節(jié)器

3．PR-4系列自動(dòng)舵31返回返回32（1）速率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)方法：安裝時(shí)的設(shè)定值是由廠方的隨船工程師根據(jù)船舶的裝載情況（滿載、半載或空載）而設(shè)定的。速率調(diào)節(jié)：設(shè)定值為4天氣調(diào)節(jié)：設(shè)定值為0以此為參考，根據(jù)下述的程序可以獲得一個(gè)最好的設(shè)定：在下述每一種情況下船舶直線航行30分鐘，比較航線記錄儀的記錄并選擇最好的設(shè)定作為新的設(shè)定值。①根據(jù)當(dāng)時(shí)的貨載情況設(shè)定調(diào)節(jié)值（該調(diào)節(jié)值是由廠方的隨船工程師推薦的）。②在上述的基礎(chǔ)上增加這個(gè)值。③在上述的基礎(chǔ)上減小這個(gè)值。（1）速率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)方法：33（2）舵角調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)方法：在大多數(shù)情況下，舵角調(diào)節(jié)器可以設(shè)定在4的位置，如果反映良好則不需要再作進(jìn)一步的調(diào)整，即：舵角調(diào)節(jié)器：設(shè)定值為4天氣調(diào)節(jié)器：設(shè)定值為0在下述每一種情況下船舶直線航行30分鐘，比較航線記錄儀的記錄可以選擇最好的設(shè)定作為新的設(shè)定值。①設(shè)定值：4②設(shè)定值：3③設(shè)定值：2如果變化不大，應(yīng)設(shè)定為4。（2）舵角調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)方法：34（3）天氣調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)方法：

①手動(dòng)天氣調(diào)節(jié)器在良好天氣條件下，設(shè)定為0位置，高設(shè)定的目的是希望獲得最少的不必要的動(dòng)舵；低設(shè)定的目的是希望保持航向的精確。對(duì)特殊的海況最好的設(shè)定是：指針的設(shè)定值是等于自然偏航角的數(shù)值。

②自動(dòng)天氣調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)動(dòng)天氣調(diào)節(jié)器旋鈕到自動(dòng)位置.（3）天氣調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)方法：35（4）舵機(jī)偏差警報(bào)調(diào)節(jié)器舵機(jī)偏差警報(bào)調(diào)節(jié)器控制旋鈕設(shè)定的目的是為了設(shè)定一個(gè)偏航角的極限報(bào)警，當(dāng)由于故障使自動(dòng)羅盤或自動(dòng)舵的讀數(shù)大于設(shè)定航向的方位角度時(shí)（角度可以任意的設(shè)定為），偏航警報(bào)報(bào)警。一般情況下，偏航角度設(shè)定為。（5）舵角限位調(diào)節(jié)器舵角限位調(diào)節(jié)器設(shè)定的目的是為了設(shè)定一個(gè)在自動(dòng)舵操作時(shí)舵角移動(dòng)位置的極限，對(duì)于航向的保持和正常的改變航向是完全可以滿足需要的，但如果有大角度的航向改變就必須設(shè)定為。（4）舵機(jī)偏差警報(bào)調(diào)節(jié)器36第五節(jié)船舶艏側(cè)推裝置 船舶艏側(cè)推（有些特種船還安裝艉惻推器）是一種橫向推進(jìn)裝置，被安裝在船艏的側(cè)面，利用推進(jìn)裝置推動(dòng)水產(chǎn)生的作用力使船舶獲得一個(gè)側(cè)向力的作用，這樣有助于船舶離開(kāi)或橫靠碼頭，也有助于改善船舶在低速或高速在狹水道行使時(shí)的機(jī)動(dòng)性。目前，新造船舶大多安艏側(cè)推器。

艏側(cè)推裝置由驅(qū)動(dòng)部分（包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)）、通用接頭、推進(jìn)器和推進(jìn)器螺距控制裝置組成。

艏側(cè)推裝置的主電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)電路的系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖10-10所示。返回第五節(jié)船舶艏側(cè)推裝置 船舶艏側(cè)推（有些特種船還安裝艉惻推37返回返回38船舶靠離碼頭時(shí)，G-M系統(tǒng)單獨(dú)向艏側(cè)推裝置的主電動(dòng)機(jī)供電，兩塊AVR板（RT01Y與RT02）共同投入工作來(lái)控制發(fā)電機(jī)的輸出電壓及輸出電流。其起動(dòng)過(guò)程如下：1.G-M機(jī)組與船舶電力系統(tǒng)工作母線脫離，起動(dòng)原動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)自勵(lì)起壓，輸出端電壓380V。在滿足側(cè)推翼角在零位、液壓系統(tǒng)油壓已建立、主開(kāi)關(guān)與船舶電站工作母線分離等相關(guān)起動(dòng)條件后，才允許進(jìn)行側(cè)推系統(tǒng)的起動(dòng)。船舶靠離碼頭時(shí)，G-M系統(tǒng)單獨(dú)向艏側(cè)推裝置的主電392.當(dāng)按下艏側(cè)推起動(dòng)按鈕后，消磁接觸器的觸點(diǎn)E01閉合（此時(shí)Q02常閉觸點(diǎn)是接通的），使發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流被短路掉，這時(shí)發(fā)電機(jī)的端電壓降為剩磁所能產(chǎn)生的電壓。延時(shí)5秒鐘后，開(kāi)關(guān)Q02閉合，將發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)相連接，同時(shí)E05閉合將兩塊AVR板的輸出管T1并聯(lián)在一起，另外E06打開(kāi)使得電流互感器TIO5的二次側(cè)電流經(jīng)TP01的變換后在R04上產(chǎn)生的電壓降加到了RT02的8、9號(hào)端子上；同時(shí)Q02的常閉輔助觸點(diǎn)打開(kāi)，解除了發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈短路閉鎖，發(fā)電機(jī)開(kāi)始進(jìn)入起壓過(guò)程。2.當(dāng)按下艏側(cè)推起動(dòng)按鈕后，消磁接觸器的觸點(diǎn)E01閉合403.發(fā)電機(jī)在剩磁電壓的作用下，開(kāi)始自勵(lì)發(fā)電，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入起動(dòng)過(guò)程。隨著發(fā)電機(jī)端電壓的逐漸升高，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，并且電流在不斷增大，但由于在起動(dòng)過(guò)程中發(fā)電機(jī)端電壓始終低于380V，所以RTO1板上的T1管是處于截止?fàn)顟B(tài)。在起動(dòng)電流小于1600A時(shí)，RT02板上的輸出管也是處于截止?fàn)顟B(tài)。3.發(fā)電機(jī)在剩磁電壓的作用下，開(kāi)始自勵(lì)發(fā)電，電動(dòng)機(jī)進(jìn)41當(dāng)電流增加到1600A時(shí)，RT02通過(guò)端子8、9采集到的電流信號(hào)經(jīng)運(yùn)算后開(kāi)始利用電流反饋信號(hào)的大小來(lái)控制T1管的導(dǎo)通和截止時(shí)間，使發(fā)電機(jī)輸出電流保持在1600A，限制其繼續(xù)增長(zhǎng)，此時(shí)發(fā)電機(jī)相當(dāng)于一個(gè)電流源，從而起到了限流作用。由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在不斷上升，起動(dòng)電流在不斷下降，一段時(shí)間（數(shù)秒）后，電流將小于1600A，這時(shí)RT02板上RT02的T1管再次截止，RT02完成了起動(dòng)控制，發(fā)電機(jī)又呈現(xiàn)為電壓特性，繼續(xù)升壓。當(dāng)電流增加到1600A時(shí)，RT02通過(guò)端子8、9采集到424.當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓升高到380V時(shí)，RT01板通過(guò)端子8、10采集到的電壓信號(hào)開(kāi)始對(duì)發(fā)電機(jī)端電壓進(jìn)行電壓控制，使發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定在380V，至此起動(dòng)過(guò)程結(jié)束，G-M機(jī)組進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。4.當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓升高到380V時(shí)，RT01板通過(guò)端子8、43第十章船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制本章概述舵機(jī)設(shè)備主要由下列幾個(gè)部分組成：1．主操舵裝置2．輔助操舵裝置3．舵機(jī)裝置動(dòng)力設(shè)備4．動(dòng)力轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)：5．轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)6．操舵裝置控制系統(tǒng)目前，遠(yuǎn)洋船舶上裝備的都是遠(yuǎn)距離控制自動(dòng)操舵儀，簡(jiǎn)稱自動(dòng)舵，幾乎全部是電動(dòng)液壓舵機(jī)。第十章船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制44第十章船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制本章主要講解內(nèi)容第一節(jié)舵機(jī)電力拖動(dòng)與控制的基本要求第二節(jié)單動(dòng)舵第三節(jié)隨動(dòng)舵第四節(jié)自動(dòng)舵第五節(jié)船舶艏側(cè)推裝置第十章船舶舵機(jī)的電力拖動(dòng)與控制本章主要講解內(nèi)容45第一節(jié)舵機(jī)電力拖動(dòng)與控制的基本要求

我國(guó)《鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范》根據(jù)《國(guó)際海上人命安全公約》（SOLAS公約）的規(guī)定，對(duì)于從事于國(guó)際航行的大于500總噸的貨船或僅從事于非國(guó)際沿海航行的大于1600總噸的貨船的舵機(jī)提出了明確的要求，基本技術(shù)要求如下：

1．每艘船舶均應(yīng)設(shè)置1套主操舵裝置和1套輔助操舵裝置。主操舵裝置和輔助操舵裝置的布置，應(yīng)滿足當(dāng)其中一套發(fā)生故障時(shí)不致引起另一套也失效；如主操舵裝置具有2臺(tái)或2臺(tái)以上相同的動(dòng)力設(shè)備則在下列條件下可不設(shè)置輔助操舵裝置：返回第一節(jié)舵機(jī)電力拖動(dòng)與控制的基本要求我國(guó)《鋼質(zhì)海船46①對(duì)于客船，當(dāng)任一臺(tái)動(dòng)力設(shè)備不工作時(shí)，主操舵裝置仍能按本規(guī)定進(jìn)行操舵；

②對(duì)于貨船，當(dāng)所有動(dòng)力設(shè)備都工作時(shí)，主操舵裝置能按本規(guī)定進(jìn)行操舵；

③主操舵裝置應(yīng)布置成當(dāng)其管系或一臺(tái)動(dòng)力設(shè)備發(fā)生單項(xiàng)故障時(shí)此缺陷能被隔離，使操舵能力能夠保持或迅速恢復(fù)。①對(duì)于客船，當(dāng)任一臺(tái)動(dòng)力設(shè)備不工作時(shí)，主操舵裝置472．主操舵裝置和舵桿：具有足夠的強(qiáng)度并能在船舶最大航海吃水和最大營(yíng)運(yùn)前進(jìn)航速時(shí)進(jìn)行操舵，使舵自任一舷的35°，轉(zhuǎn)至另一舷的35°，且于相同條件下自一舷的35°轉(zhuǎn)至另一舷的300所需時(shí)間不超過(guò)28s。2．主操舵裝置和舵桿：具有足夠的強(qiáng)度并能在船舶最大483．輔助操舵裝置：

①具有足夠的強(qiáng)度和足以在可駕駛的航速下操縱船舶，并能在應(yīng)急情況下迅速投入工作；

②應(yīng)能在船舶最大航海吃水和以最大營(yíng)運(yùn)前進(jìn)航速的一半但不小于7kn時(shí)進(jìn)行操舵，使舵自一舷15°，轉(zhuǎn)至另一舷的15°，且所需時(shí)間不超過(guò)60s。3．輔助操舵裝置：494．主、輔操舵裝置動(dòng)力設(shè)備：①當(dāng)動(dòng)力源發(fā)生故障失效后又恢復(fù)輸送時(shí)能自動(dòng)再起動(dòng)；②能從駕駛室控制使其投入工作；③任一臺(tái)操舵裝置動(dòng)力設(shè)備的動(dòng)力源發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)在駕駛室發(fā)出聲、光警報(bào)；④駕駛室與舵機(jī)室之間，應(yīng)設(shè)有通信設(shè)施；⑤操舵裝置應(yīng)設(shè)有有效的舵角限位器。以動(dòng)力轉(zhuǎn)舵的操舵裝置，應(yīng)裝設(shè)限位開(kāi)關(guān)或類似設(shè)備，使舵在到達(dá)舵角限位器前停住。裝設(shè)的限位開(kāi)關(guān)或類似設(shè)備，應(yīng)該與轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)本身同步而不應(yīng)與舵機(jī)的控制相同步；⑥舵裝置應(yīng)有保持舵位不動(dòng)的制動(dòng)裝置。

4．主、輔操舵裝置動(dòng)力設(shè)備：50第二節(jié)單動(dòng)舵

單動(dòng)舵也叫應(yīng)急舵或非隨動(dòng)舵。它是在自動(dòng)舵及隨動(dòng)操舵都不能用的情況下，作為應(yīng)急操舵。單動(dòng)舵控制線路比較簡(jiǎn)單。圖10-1為DS1型應(yīng)急舵裝置簡(jiǎn)圖。單動(dòng)操舵控制可用圖10-2所示的方框圖來(lái)表示。在操舵控制信號(hào)較弱時(shí)，不足以直接推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，或即使能推動(dòng)工作，但其靈敏度太低，故必須加放大環(huán)節(jié)。返回第二節(jié)單動(dòng)舵單動(dòng)舵也叫應(yīng)急舵或非隨動(dòng)舵。它是在自動(dòng)舵及51返回圖10-1DSI型應(yīng)急操舵裝置簡(jiǎn)圖返回圖10-1DSI型應(yīng)急操舵裝置簡(jiǎn)圖52圖10-2單動(dòng)操舵方框圖返回圖10-2單動(dòng)操舵方框圖返回53第三節(jié)隨動(dòng)舵

隨動(dòng)舵控制系統(tǒng)只要操作人員給出某一操舵指令，系統(tǒng)就能自動(dòng)地按指令把舵葉轉(zhuǎn)到所要求的舵角上，并且自動(dòng)使舵葉停轉(zhuǎn)。

圖10-3為隨動(dòng)舵系統(tǒng)方框圖。它是按偏差原則進(jìn)行調(diào)節(jié)的。圖10-4為DD2型電子式隨動(dòng)操舵儀系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。返回第三節(jié)隨動(dòng)舵隨動(dòng)舵控制系統(tǒng)只要操作人員給出某一操舵指令，54回舵ΦK?ì舵輪人力放大器執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)舵葉舵角反饋Φa分羅經(jīng)(指示航向)舵角指示器(指示偏舵角)電源U0U1-+n返回圖10-3隨動(dòng)操舵系統(tǒng)方框圖回舵ΦK?ì舵輪人力放大器執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)舵葉舵角反饋Φa分55返回返回56第四節(jié)自動(dòng)舵

自動(dòng)舵是根據(jù)電羅經(jīng)送來(lái)的船舶實(shí)際航向與給定航向信號(hào)的偏差進(jìn)行控制的。在舵機(jī)投入自動(dòng)工作時(shí)，如果船舶偏離了航向，不用人的干預(yù)，自動(dòng)舵就能自動(dòng)投入運(yùn)行，轉(zhuǎn)動(dòng)舵葉，使船舶回到給定航向上來(lái)。返回第四節(jié)自動(dòng)舵自動(dòng)舵是根據(jù)電羅經(jīng)送來(lái)的船舶實(shí)際航向與給定57一、自動(dòng)舵的基本類型

船舶應(yīng)用的自動(dòng)舵類型眾多，究其調(diào)節(jié)規(guī)律，有三種基本類型：以船舶偏航角的大小和方向進(jìn)行調(diào)節(jié)的比例舵，以船舶偏航角和偏航角速度的大小和方向調(diào)節(jié)的比例一微分舵和以船舶偏航角、偏航角速度及偏航角積分的大小和方向來(lái)調(diào)節(jié)的比例一微分一積分舵。一、自動(dòng)舵的基本類型581．比例舵比例舵調(diào)節(jié)中偏舵角B與偏航角Φ成比例關(guān)系變化，即

B=-K1Ψ式中，K1為比例系數(shù)；負(fù)號(hào)“－”表示偏舵的方向是消除偏航。船舶因風(fēng)浪等影響引起偏航時(shí)，采用比例舵操舵有糾正偏航的能力。但是它使船舶周而復(fù)始地圍繞正航向左右搖擺，船舶的航跡呈“S”形振蕩，衰減很慢。1．比例舵592．比例一微分舵按比例操舵的偏舵角僅考慮了偏航角的大小，沒(méi)有考慮偏航角速度。其實(shí)，偏航速度高時(shí)，應(yīng)當(dāng)加大偏舵角，以有效地抑制船舶繼續(xù)偏航；另外，該船舶回到正航向后，雖然偏航角等于零，但由于慣性，船舶仍然有一個(gè)偏航角速度，使船舶又繼續(xù)朝另一側(cè)偏航。因此比例操舵會(huì)造成船舶沿航向作S形航行。比例一微分舵就是為解決這個(gè)問(wèn)題而產(chǎn)生的。它的調(diào)節(jié)規(guī)律符合關(guān)系式：2．比例一微分舵603．比例一微分一積分舵為提此以提高航向調(diào)節(jié)的精度，減少、甚至消除靜態(tài)誤差，在比例一微分舵的基礎(chǔ)上，設(shè)置積分調(diào)節(jié)，亦即比例一微分一積分舵。它滿足下面的關(guān)系式。3．比例一微分一積分舵61二、自動(dòng)操舵系統(tǒng)基本要求1．自動(dòng)操舵性能良好2．具有必要的調(diào)節(jié)裝置（l）靈敏度調(diào)節(jié)（俗稱天氣調(diào)節(jié)）（2）舵角比例調(diào)節(jié)（3）反舵角調(diào)節(jié)（4）壓舵調(diào)節(jié)（5）航向調(diào)節(jié)3．應(yīng)設(shè)有隨動(dòng)、單動(dòng)等操舵設(shè)備此外，自動(dòng)舵還應(yīng)設(shè)有雙電源，雙機(jī)組等換轉(zhuǎn)裝置。二、自動(dòng)操舵系統(tǒng)基本要求62三、自動(dòng)舵的工作原理1．電動(dòng)—機(jī)械自動(dòng)舵

圖10-5為電動(dòng)—機(jī)械自動(dòng)操舵系統(tǒng)的原理簡(jiǎn)圖。下面分5個(gè)階段（其實(shí)是連續(xù)的）說(shuō)明船舶因外界干擾而偏轉(zhuǎn)離正航向K后是如何通過(guò)自動(dòng)舵的作用又重返正航向的。三、自動(dòng)舵的工作原理63返回圖10-5G-M系統(tǒng)自動(dòng)操舵的原理圖返回圖10-5G-M系統(tǒng)自動(dòng)操舵的原理圖64第一階段（Ⅰ）：船舶沿正航向K航行，滾輪1恰好與絕緣塊4接觸，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，舵葉在艏艉線上，艏艉線與正航向重合，偏航角φ、偏舵角β都為零。第二階段（Ⅱ）：假設(shè)由于受到風(fēng)、流等外界影響，船舶向右偏航，首先航向發(fā)送器使自動(dòng)操舵儀上的航向接受器（即羅經(jīng)復(fù)示器）同步轉(zhuǎn)動(dòng)某一角度，并帶動(dòng)滾輪1向左偏轉(zhuǎn)，與左邊導(dǎo)電半圓環(huán)2接觸，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，舵葉向左弦偏轉(zhuǎn)，通過(guò)舵角反饋同步傳遞結(jié)構(gòu)，使兩個(gè)導(dǎo)電環(huán)以相同的方向向左作追隨滾輪的運(yùn)動(dòng)。這一階段由于外界干擾的持續(xù)存在，開(kāi)始偏舵時(shí)偏舵角很小，舵效不明顯，所以船舶繼續(xù)向右偏航（φ增加），導(dǎo)電環(huán)繼續(xù)作追隨滾輪的運(yùn)動(dòng)。第一階段（Ⅰ）：船舶沿正航向K航行，滾輪1恰好與65第三階段（Ⅲ）：由于較強(qiáng)的舵效，使船舶偏航到某一最大偏航角而停止偏航，導(dǎo)電環(huán)追上滾輪，絕緣塊與滾輪接觸，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，偏舵角也達(dá)到最大值。

第四階段（Ⅳ）：船舶在左舵作用下，向正航向K回轉(zhuǎn)，偏航角從逐漸減小，又通過(guò)航向發(fā)送器作用，使?jié)L輪開(kāi)始與右邊導(dǎo)電環(huán)3接觸，電動(dòng)機(jī)向右轉(zhuǎn)，舵葉朝著艏艉方向偏轉(zhuǎn)（β減小），導(dǎo)電環(huán)向右作追隨滾輪的運(yùn)動(dòng)。

第五階段（Ⅴ）：船舶回到正航向K上，導(dǎo)電環(huán)正好追上滾輪，使?jié)L輪處于絕緣塊上，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，舵葉位于艏艉線上。

第三階段（Ⅲ）：由于較強(qiáng)的舵效，使船舶偏航到某一最66上述連續(xù)的5個(gè)階段船舶偏離正航向又重返正航向的航跡如圖10-6所示?？梢?jiàn)采用這一系統(tǒng)進(jìn)行操舵，能夠使船舶在偏航后有自動(dòng)恢復(fù)正航向的能力。這就是電動(dòng)—機(jī)械自動(dòng)操舵系統(tǒng)的基本原理。上述連續(xù)的5個(gè)階段船舶偏離正航向又重返正航向的航跡67返回圖10-6自動(dòng)舵校正航向的工作過(guò)程返回圖10-6自動(dòng)舵校正航向的工作過(guò)程682．電動(dòng)—液壓式自動(dòng)舵

國(guó)產(chǎn)“HD—5L型自動(dòng)舵應(yīng)用半導(dǎo)體無(wú)觸點(diǎn)控制的比例-微分-積分控制系統(tǒng)。駕駛室具有自動(dòng)、隨動(dòng)及應(yīng)急操作三種操舵方式。兩套參數(shù)相同的放大器互為備用，通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇其中一套為自動(dòng)、隨動(dòng)操舵時(shí)使用。應(yīng)急操舵為隨動(dòng)控制方式，單獨(dú)使用一套放大器。該型自動(dòng)舵有A、B、C、D四種型式。A型為電液伺服閥變量泵系統(tǒng)；B型為電磁換向閥、伺服油缸、變量泵系統(tǒng)；C型為伺服馬達(dá)變量系統(tǒng)；D型為地磁功率閥定量泵系統(tǒng)，它們的電氣系統(tǒng)基本上是一致的。2．電動(dòng)—液壓式自動(dòng)舵69HD-5LBD型自動(dòng)舵系統(tǒng)的組成見(jiàn)圖10-7。主要包括：（1）信號(hào)的檢測(cè)與發(fā)送，包括航向受訊器、偏航信號(hào)發(fā)送器、舵角反饋信號(hào)發(fā)送器、隨動(dòng)信號(hào)發(fā)送器（2）相敏整流電路（3）運(yùn)算放大器和比例微分、積分調(diào)節(jié)裝置（4）積分裝置（5）左、右舵控制繼電器（6）執(zhí)行裝置（7）天氣調(diào)節(jié)裝置HD-5LBD型自動(dòng)舵系統(tǒng)的組成見(jiàn)圖10-7。70返回圖10-7HD-5LBD型自動(dòng)舵系統(tǒng)方框圖返回圖10-7HD-5LBD型自動(dòng)舵系統(tǒng)方框圖71HD-5LBD型自動(dòng)舵原理見(jiàn)圖10-8。將操縱部位選擇開(kāi)關(guān)K9放在“操縱臺(tái)位置”，機(jī)組選擇開(kāi)關(guān)K8置于選定的工作機(jī)組位置，再將操縱方式選擇開(kāi)關(guān)K1放在“自動(dòng)”位置，系統(tǒng)便進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài)。HD-5LBD型自動(dòng)舵原理見(jiàn)圖10-8。將操縱部位選擇開(kāi)72返回返回733．PR-4系列自動(dòng)舵1）PR-4系列自動(dòng)舵簡(jiǎn)介2）PR-4系列自動(dòng)舵的工作原理見(jiàn)圖10-9PR-4系列自動(dòng)舵原理框圖。3）PR-4系列自動(dòng)舵的操作

（1）速率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)方法

（2）舵角調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)方法

（3）天氣調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)方法

（4）舵機(jī)偏差警報(bào)調(diào)節(jié)器

（5）舵角限位調(diào)節(jié)器

3．PR-4系列自動(dòng)舵74返回返回75（1）速率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)方法：安裝時(shí)的設(shè)定值是由廠方的隨船工程師根據(jù)船舶的裝載情況（滿載、半載或空載）而設(shè)定的。速率調(diào)節(jié)：設(shè)定值為4天氣調(diào)節(jié)：設(shè)定值為0以此為參考，根據(jù)下述的程序可以獲得一個(gè)最好的設(shè)定：在下述每一種情況下船舶直線航行30分鐘，比較航線記錄儀的記錄并選擇最好的設(shè)定作為新的設(shè)定值。①根據(jù)當(dāng)時(shí)的貨載情況設(shè)定調(diào)節(jié)值（該調(diào)節(jié)值是由廠方的隨船工程師推薦的）。②在上述的基礎(chǔ)上增加這個(gè)值。③在上述的基礎(chǔ)上減小這個(gè)值。（1）速率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)方法：76（2）舵角調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)方法：在大多數(shù)情況下，舵角調(diào)節(jié)器可以設(shè)定在4的位置，如果反映良好則不需要再作進(jìn)一步的調(diào)整，即：舵角調(diào)節(jié)器：設(shè)定值為4天氣調(diào)節(jié)器：設(shè)定值為0在下述每一種情況下船舶直線航行30分鐘，比較航線記錄儀的記錄可以選擇最好的設(shè)定作為新的設(shè)定值。①設(shè)定值：4②設(shè)定值：3③設(shè)定值：2如果變化不大，應(yīng)設(shè)定為4。（2）舵角調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)方法：77（3）天氣調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)方法：

①手動(dòng)天氣調(diào)節(jié)器在良好天氣條件下，設(shè)定為0位置，高設(shè)定的目的是希望獲得最少的不必要的動(dòng)舵；低設(shè)定的目的是希望保持航向的精確。對(duì)特殊的海況最好的設(shè)定是：指針的設(shè)定值是等于自然偏航角的數(shù)值。

②自動(dòng)天氣調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)動(dòng)天氣調(diào)節(jié)器旋鈕到自動(dòng)位置.（3）天氣調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)方法：78（4）舵機(jī)偏差警報(bào)調(diào)節(jié)器舵機(jī)偏差警報(bào)調(diào)節(jié)器控制旋鈕設(shè)定的目的是為了設(shè)定一個(gè)偏航角的極限報(bào)警，當(dāng)由于故障使自動(dòng)羅盤或自動(dòng)舵的讀數(shù)大于設(shè)定航向的方位角度時(shí)（角度可以任意的設(shè)定為），偏航警報(bào)報(bào)警。一般情況下，偏航角度設(shè)定為。（5）舵角限位調(diào)節(jié)器舵角限位調(diào)節(jié)器設(shè)定的目的是為了設(shè)定一個(gè)在自動(dòng)舵操作時(shí)舵角移動(dòng)位置的極限，對(duì)于航向的保持和正常的改變航向