《船舶电气设备及系统》作业参考答案(5)

9-5、在图9-13的交流三速电动起锚机控制电路中： (1) 过电流继电器KA3起什么作用？ (2) 中间继电器KA2起什么作用？ (3) 如何进行强行起锚？

(4) 电阻R3和时间继电器KT3起什么作用？ (5) 电阻R4和二极管VD起什么作用？

答：在书P.158，图9-13的交流三速电动起锚机控制电路中：

?过电流继电器KA3是用来检测锚机电动机在高速档运行时的工作电流(换档起动完毕后才起作用)，起高速档过载保护的作用。

?在锚机进入高速档运行时，中间继电器KA2的线圈即通电动作，其常开辅助触头KA2将过电流继电器KA3的线圈短接。经过KT2的延时后，KA2的线圈断电，其常开辅助触头KA2断开，过电流继电器KA3的线圈才投入工作。因此，中间继电器KA2的作用是使过电流继电器KA3避开从中速档向高速档换档加速的起动电流，从而保证KA2能够真正检测到锚机电动机高速档稳定运行的电流。

?所谓强行起锚，是指遇到紧急情况要求迅速起锚，而锚机中、低速档的热继电器又出现过载保护动作时，为了保证船舶安全需要，强行使锚机运行在中、低速档的起锚。要强行起锚，可以按动主令控制器上的应急按扭(书P.158，图9-13中的SB)，将热继电器1FR、2FR的常闭触头短接。然后，一方面保持按压应急按扭SB，一方面操作主令控制器，强行使锚机电动机在低、中速档运行。

?电阻R3是刹车线圈的经济电阻，时间继电器KT3是保证刹车线圈通电后，经过一定时间的延时，等到刹车打开后才将经济电阻R3串入刹车线圈回路。为了避免锚机刹车可能因刹车卡住而烧毁刹车线圈，通常锚机刹车电磁铁采用直流电磁铁。而直流电磁铁属于恒磁势型的电磁铁，未动作之前产生的电磁吸力小，动作之后产生的电磁吸力大。为了保证刹车电磁铁可靠动作使刹车打开，一般要求刹车线圈通电而刹车衔铁未完全打开之前，应该通入大电流。而等刹车衔铁完全打开后应该限制刹车线圈的电流，以减小损耗、提高刹车线圈的使用寿命。因此，在刹车线圈回路应该串联经济电阻，且在刹车线圈通电时，需要暂时将经济电阻短接，经过一定时间的延时，等到刹车衔铁完全打开后才将经济电阻串入刹车线圈回路。 ?电阻R4和二极管VD所起的作用是：在刹车断电抱闸时，电阻R4支路为刹车线圈提供一个放电回路，同时保证刹车线圈经过一定的时延时才完全抱闸，以避免摩擦片磨损过快。二极管VD的作用是保证刹车线圈通电时，电阻R4没有电流流过，以减少能量损耗，而在刹车线圈断电才为其提供放电回路。

10-1、舵机电力拖动与控制的基本要求有哪些？

答：舵机电力拖动与控制的基本要求主要有：?工作可靠，?操作灵活，?保护

完善等三方面，具体为：

?工作可靠包括三个方面：①供电可靠，从主配电板到舵机房应当用两路分离较远（如分左、右舷两路）的馈电线供电，其中之一应该与应急配电板相连。②电动机可靠，舵机的驱动电动机采用连续工作制，具有软的机械特性，有足够的过载能力，保证拖动电动机在堵转一分钟情况下不致被烧坏。③操舵可靠，当船舶以最快航速前进时，不仅能满足最大舵角的要求，并且有足够的转舵速度。船舶在海上航行时，对舵机的要求是从一舷最大舵角转至另一舷最大舵角的时间应不超过30秒。

?操作灵活包括：①操作位置选择、转换灵活，船舶舵机至少有两个控制站（驾驶室和舵机房），控制站之间装有转换开关，现场控制站具有操作优先级。在电力拖动或液压拖动不能进行时，能迅速转换到人力操舵。②操作方式选择、转换灵活，现代船舶在驾驶室普遍装有自动操舵仪，它包括自动、随动（手轮）和单动（香蕉柄或按钮）三种操舵方式，能方便地选择切换。且要求在任何舵角下均能投入工作，并及时准确地把舵转至给定舵角。同时要求设有舵角指示器指示，以便及时观察实际舵叶偏转的角度。

?保护完善要求：①当舵叶转至极限位置时，舵叶偏转限位开关起作用，舵机自动停止转舵，防止了操舵设备受损。②当舵机总电源断电时，失压报警装置工作，蜂鸣器发出报警信号。③舵机电机只有过载报警而无过载保护装置。④根据《钢质海船建造规范》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、船舶舵机的操舵方式有哪几种？各自的特点如何？

答：船舶舵机的操舵方式主要有：?自动操舵，?随动(手轮)操舵，?单动(香蕉柄或按钮)操舵等三种。各种操舵方式具体的特点如下：

?自动操舵属于自动控制：在船舶偏离航向最大时，能自动根据电罗经检测到的航向信号与驾驶员设置的航向信号进行比较，发现航向偏差后能自动根据事先确定的调节规律操作舵叶，使航向自动返回给定的航向，从而使船舶自动保持在给定的航向上航行。

?随动(手轮)操舵属于随动控制：能够实现舵叶的偏转角度自动跟随操舵手轮(操舵轮)的偏转角度。操舵轮的具体操作方法为：“船舶左偏航操右舵，舵轮操右舵n度，舵叶右偏，并自动停在右舵的n度位置；船舶右偏航操左舵，舵轮操左舵n度，舵叶左偏，并自动停在左舵的n度位置”。为了减小船舶S形航迹，在返回正航向的过程中，必须及时操回舵。

?单动(香蕉柄或按钮)操舵属于手动控制，其操作方法为：“手扳舵转，复零舵

停；左舵左扳，回舵右扳；右舵右扳，回舵左扳。”

10-3、自动舵具有哪些基本类型？

答：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：①以船舶偏航角的大小和方向进行调节的比例舵，②以船舶偏航角和偏航角速度的大小和方向调节的比例-微分舵，③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-微分-积分舵。这三种基本类型的自动舵的实质为“自动航向保持仪”，又称为PID调节的自动舵，不是真正意义上的“自动航迹(或航线)保持仪”。除了PID调节的自动舵外，近年来还出现了所谓的“自适应舵”，它与电子海图、自动避碰规则等配合，可以使船舶按照事先设计好的航线航行，实现真正意义上的“自动航线保持”。

10-4、自动操舵的调节规律有哪些？它各自对操舵系统产生何种影响？

答：自动操舵的调节规律有：?比例舵，?比例-微分舵，?比例-微分-积分舵等三种。这些调节规律各自对操舵系统产生的影响如下：

?比例舵：比例舵调节中偏舵角β与偏航角U成比例关系变化：β=- K1 ?。采用比例舵操舵有纠正偏航的能力。但是它使船舶周而复始地围绕正航向左右摇摆，船舶的航迹呈“S”形振荡，衰减很慢。

?比例-微分舵：比例-微分舵调节中偏舵角β与偏航角U的大小和变化速度dU/dt有关：β= -(K1 ?+K2dU/dt)。采用比例-微分舵后，加快了船舶的给舵速度，能更好地克服船舶的回转惯性，提高了维持航向的精度。

?比例-微分-积分舵：比例-微分-积分舵调节中偏舵角β与偏航角U的大小、变化速度dU/dt和持续(累积)作用量∫Udt有关：β= -(K1 ?+K2dU/dt+K3∫Udt)。采用比例-微分-积分舵后，不仅加快了船舶的给舵速度，能更好地克服船舶的回转惯性，提高了维持航向的精度，还能对由于潮流、波浪、风向、推进器特性、船舶装载的非对称性等原因，使航行中的船舶朝一侧持续的小偏航进行校正操舵，从而避免船舶严重偏离航线，是比较完善的自动舵。对单侧持续的小偏航进行校正操舵的效果是产生一个相应的固定偏舵角，对船舶形成一个固定的转船力矩，用以平衡单侧横向干扰力。这一固定大小的舵角称之为压舵角，这种操作常俗称为“压舵”。

10-5、自动舵有哪些主要调节环节？HQ-5型自动舵中是采用何种方法进行这些调节的？

答：自动舵的主要调节环节有：①灵敏度调节(俗称天气调节)环节，②舵角比例调节环节，③反舵角调节环节(又称为微分调节环节)，④压舵调节环节，⑤航向调节环节等。

在HQ-5型自动舵(参见书P.174-175，图10-20)中，①R51、R212和R43、R111分别组成自动操舵和随动操舵时的灵敏度调节电路，②舵角比例调节是通过改变舵角反馈电压的大小来实现的。自动操舵时，比较电路中接入了电阻R44，它和电阻R37、R38、R39构成串联分压电路。③反舵角调节环节(即，微分调节环节)，是通过在舵角反馈信号电路中接入RC积分电路来实现主通道的微分调节的。④压舵调节环节压舵环节由电阻R32、R35和电位器R34等组成，压舵电压信号由电位器R34调节获得。⑤航向调节环节由自整角机F2和调节手轮组成。

10-6、详细说明HQ-5型自动舵中相敏整流电路及压舵电路的作用原理。

答：?相敏整流电路的作用原理：由偏航信号发送器，随动信号发送器和舵角反馈信号发送器输出的交流信号电压分别送到相敏整流电路中进行整流检相。相敏整流电路如书P.169图10-13所示。①当US = 0时，U0 = O；②当US ≠ 0，且与Uref相位相同时，正半周，29与S2同电位，故输出直流电压U0为正极性；在负半周，27与S2同电位，所以U0也为正极性；③且与Uref相位相反(差180?)时，在正半周，27与S2同电位，故U0为负极性；在负半周，29与S2同电位，所以U0同样为负极性。

?压舵电路的作用原理：如书P.170，图10-14，电阻R32、R35和电位器R34组成了压舵电路，它实际上是一个直流电桥。对电位器R34进行调节，则电桥将有三种输出情况，即输出为零，或输出为正极性压舵电压信号，或输出为负极性压舵电压信号，压舵信号的大小，由电位器R34调节获得。

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