1、船舶设备自动控制系统刘以建答疑时间：周三上下午；周四下午答疑时间：周三上下午；周四下午第1章第2页课程内容课程内容本课程主要以船舶电气设备船舶电气设备为控制对象，介绍电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统课程的任务：熟悉掌握常用控制电器原理、正确使用；熟练掌握电气控制线路的基本环节熟悉掌握船舶电力拖动自动控制系统船舶电力拖动自动控制系统的知识掌握有关电气控制线路的分析方法 第1章第3页课程安排教材：郑华耀，船舶电气设备及系统-第二篇 ，大连海事大学出版社参考：1，祝福 编船舶电力拖动 哈尔滨工程大学出版社 20102，刘明伟 编船舶电力拖动 人民交通出版社 2006第1章第4页课程安排实验一
2、 异步电动机降压启动 第5周 试验二 船舶交流三速起货机 第7周 实验三 泵的自动切换控制电路 第10周 实验安排：第1章第5页课程的计分方案：课程的计分方案：期末考试： 70 %平时（作业、考勤）： 30 %第1章第6页电力拖动系统概述电力拖动系统的组成：生产机械生产机械电动机控制系统电动机：电动机：按生产机械的要求，选择合适的容量、型式及机械特性控制系统：控制系统：满足起动、制动、调速、正反转、顺序工作的要求，由一定的控制电器组成满足生产需要（工艺要求）传感器船舶电力拖动系统？第1章第7页电动机之类用电设备运行时需要继电器、接触器、熔断器等辅助电器作控制和保护 一般电器控制系统常选用继电器
3、和接触器，因而称为继电接触器控制系统 由控制电器控制电器组成的系统称为电器控制系统电器控制系统控制电器控制电器第1章第8页由于生产设备越来越复杂，对控制和保护的可靠性要求越来越高，简单的继电接触器控制系统已经不能满足要求 可编程控制器 （PLC ）、计算机（IPC）等新型控制电器被广泛使用 第1章第9页电力拖动基础内容：内容：p电力拖动系统运行的基本概念p三相异步电动机的起动、制动与调速p直流电动机的起动、制动与调速第1章第10页p电力拖动系统运行的基本概念生产机械生产机械M生产机械生产机械M多轴系统 单轴系统 电动机驱动生产机械：连接方式电动机驱动生产机械：连接方式 等效联轴器第1章第11页
4、电力拖动系统运行的基本概念生产机械生产机械M驱动转矩驱动转矩负载转矩负载转矩TTLnTTLn电动机的机械特性 n=f（T） 负载转矩特性 n=f（TL） 恒转矩负载恒转矩负载 通风机负载通风机负载 恒功率负载特性恒功率负载特性 第1章第12页电力拖动系统运行的基本概念生产机械生产机械MTTLnTTLn2LGD dnT T375 dt运动方程：运动方程： 运行状态：运行状态： 稳态暂态电动机：电动制动(发电)第1章第13页p三相异步电动机的起动、制动与调速 异步电动机的起动异步电动机的制动异步电动机的调速全电压直接起动全电压直接起动 降压起动降压起动 转子串电阻起动转子串电阻起动 反接制动反接制
5、动 （2种）回馈制动回馈制动 （2种）能耗制动能耗制动 变转差率调速变转差率调速 变极变极对数对数调速调速 变频调速变频调速 Y、YY 多套绕组多套绕组 转子串电阻 变定子电压变定子电压 第1章第14页p直流电动机的起动、制动与调速直流电动机的起动直流电动机的制动直流电动机的调速第1章第15页第8章 电动机的自动控制基础内容：内容：8.1 控制电器的结构原理和功能 8.2 电动机的基本保护环节8.3 控制电路的基本控制环节8.4 PLC及应用 第1章第16页8.1控制电器的结构原理和功能 控制电器：对电气电路实现接通、断开、控制、保护与调节的电路元件常用的有：按钮、继电器、接触器、主令开关、熔
6、断器等了解结构、原理、控制作用根据要求，选用合适的元件第1章第17页8.1.1 接触器 接触器是利用电磁吸力原理用于接通和切断大电流电路(即主电路主电路 )的开关电器 接触器的组成：电磁机构、触头系统、灭弧装置 电磁式接触器按电磁机构电磁机构分为直流接触器和交流接触器 第1章第18页交流接触器的结构结构示意图；衔铁衔铁电路符号第1章第19页1，触头系统包括：动触头、静触头、触头弹簧、支架触头系统的动作受电磁机构控制 常开(动合)触头 常闭(动断)触头主触头辅助触头 第1章第20页触头的接触形式： 点接触 线接触 面接触触头的结构形式： 双断点桥式结构 单断点指式结构 第1章第21页2 灭弧装置
7、 电弧的产生：电弧的产生：由于撞击游离、电子发射和热游离，使动静触头间的空气隙产生电子流-电弧电弧对电弧对触头有损伤作用第1章第22页 电弧的电弧的熄灭熄灭 ：降温，增加去游离作用-灭弧装置灭弧装置灭弧装置的种类：灭弧装置的种类：1)栅片灭弧 2)磁吹灭弧3)电动力灭弧4)纵缝（窄缝）灭弧第1章第23页栅片灭弧（a)电弧分割； （b)栅片形状图8-2 栅片灭弧第1章第24页磁吹灭弧装置 在直流接触器中广泛应用磁吹灭弧装置 第1章第25页电动力灭弧 双断点桥式触头结构电动力灭弧第1章第26页3 电磁机构由铁心、吸引线圈、衔铁、反力弹簧（释放弹簧）等组成 电磁吸力释放弹簧作用力衔铁吸合/释放第1章
8、第27页电磁机构的吸力特性、电流特性电磁机构分直流电磁机构交流电磁机构电磁吸力：227104SF吸力特性、电流特性的差异差异第1章第28页直流电磁机构线圈通直流-恒磁势（电压不变时电流恒定）mRIWRm -磁阻IW -磁势d-气隙 -磁通222)1()1(dmRF第1章第29页 交流电磁机构线圈通交流-恒磁链W -磁链ConstWWfEU44.4dmmRIRIW具有电压线圈的交流电磁机构 电流与气隙的关系：第1章第30页吸力特性、电流特性曲线：（a)恒磁链机构； （b)恒磁势机构图8-5 电磁机构的特性曲线第1章第31页反力特性Frdd0触头弹簧预紧力释放弹簧预紧力反力弹簧触头弹簧d1吸力F
9、反力Fr 吸合吸力F U1 吸合UI1 吸合：吸合后的吸力远大于反力 II2 释放第1章第33页直流电磁机构和交流电磁机构的特点：交流电磁机构：线圈铁芯和衔铁由硅钢片叠成电磁吸力有电磁吸力有波动波动！短路环uiF衔铁铁心第1章第34页直流电磁机构：铁心和衔铁可用整块钢。气隙影响电磁吸力！气隙影响电磁吸力！适用于：频繁操作，易卡死的场合适用于：频繁操作，易卡死的场合第1章第35页类似的电磁机构：电磁制动器电磁阀等第1章第36页接触器的选用接触器的选用接触器的额定电流： 直流：25A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A 交流：10A、20A、40A、60A、100A、
10、150A、250A、400A、600A接触器的额定电压： 直流：220V、440V、660V； 交流：220V、380V、660V 线圈的额定电压： 直流24V、48V、110V、220V、440V 交流36V、110V、220V、380V第1章第37页8.1.2主令电器 主令电器是切换控制线路的单极或多极电器通常其触头容量小，不能切换主电路。主令电器 主要包括按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。 第1章第38页1 按钮开关 动断（常闭）触头动合（常开）触头电路符合第1章第39页2 万能转换开关(多路多极开关)多触头、多位置多触头、多位置，可以控制多个电气回路通断的主令开关 (a)外形
11、图； (b)开关位置图图8-8万能转换开关转换开关有自复位式和定位式第1章第40页3 行程开关又称限位开关，是利用机械运动部件的碰撞或接近来控制其触头动作的开关电器。常用型式有按钮式和转臂式两种(a)按钮式； (b)转臂式； (c)电路符号图8-9 行程开关自复位式自复位式 应用应用第1章第41页4 主令控制器主令控制器是一种多位置多回路的控制开关，适合于频繁操作并要求有多种控制状态的场合如起货机、锚机的控制 第1章第42页（a)结构示意图； （b)电路符号图8-10主令控制器结构：一般由触头装置和凸轮轴组成第1章第43页8.1.3 熔断器 最简单而又有效的短路保护电器船上常用的有管式和螺旋式
12、 （a)管式熔断器 （b)螺旋式熔断器 （c)保护特性 （d)电路符号图 8-11 熔断器第1章第44页熔断器构成：熔片或熔丝 分类：不同熔体材料的热惯性不同 缓熔缓熔：热惯性较大的铅、锡等熔体材料 中熔中熔：热惯性较小的锌、铝等熔体材料 速熔速熔 ：铜、银等热惯性极小 不同的场合选用不同类型的熔断器不同的场合选用不同类型的熔断器第1章第45页熔断器的保护特性：反时限特性缓熔型熔体额定电流(1.52.5)电动机额定电流 动力线路（电动机）中熔断器的选择:第1章第46页8.1.4 继电器 根据电量(如电流、电压)或非电量(如时间、温度、压力、转速等)的变化而通断控制线路的电器 信号传递信号传递
13、Relay包括逻辑信号等第1章第47页继电器的种类 按输入信号的性质分为：按输入信号的性质分为：电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器、压力继电器。 按工作原理可分为：按工作原理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器、电子式继电器等。第1章第48页1 电磁式继电器结构和工作原理类似于接触器，通常其触头容量较小，没有灭弧装置 逻辑中继继电器(中间继电器中间继电器)欠电压继电器（电压线圈）过电流继电器 （电流线圈）第1章第49页电磁式继电器的电磁式继电器的符号符号KAIKIKIKAKAUUKVKVa）一般的线圈b）过、欠电流继电器的线圈c）过、欠电压继电器的
14、线圈d）触头第1章第50页2 时间继电器具有接受信号后触头延时动作的特点触头类型 ：通电延时失电延时线圈（线圈）通电延时闭合触头（线圈）通电延时断开触头线圈（线圈）失电延时断开触头（线圈）失电延时闭合触头特性特性第1章第51页时间继电器的时间继电器的符号符号KT一般线圈KT通电延时线圈KT断电延时线圈KT延时闭合常开KT延时断开常闭KT延时断开常开KT延时闭合常闭KT瞬时常开、常闭第1章第52页结构类型 电磁式电磁式空气阻尼式空气阻尼式电动式电动式钟摆式钟摆式半导体式半导体式等等 第1章第53页1)半导体时间继电器+-0V第1章第54页2)空气阻尼式时间继电器图8-13 空气阻尼式时间继电器第
15、1章第55页3 ) 热继电器由热元件、双金属片、触头系统等组成热继电器的符号FR FR a) 热元件b) 常闭触头电动机过载保护第1章第56页热继电器整定电流的取值：一般取0.95 1.05 I e（电动机的额定电流）对过载能力较差的电机可选得更小些。第1章第57页4) 速度继电器图8-15 速度继电器结构原理图nKSb) 常开触头nKSc) 常闭触头偏转角度与电动机的转速成正比第1章第58页继电器的返回系数接触器、继电器的主要技术参数定义： Kf= Xf / Xx Xx是使电磁机构可靠动作(衔铁吸合)的最小输入量，简称动作值； Xf是使电磁机构可靠释放的最大输入量，简称释放值。 输入量输入量
16、吸合吸合释放释放XfXxKf愈接近于1，电磁机构动作愈灵敏 第1章第59页8.1.5 电磁制动器用于电动机的机械制动（刹车）常见的有圆盘式和抱闸式两种(a)松闸时 (b)制动时图 8-16 圆盘式电磁制动器原理类似接触器电磁机构第1章第60页电磁制动器一般为直流电磁机构电磁制动器的间隙调整： 静、动摩擦片之间的间隙通常在2-6mm之间第1章第61页断路器 低压断路器低压断路器,又称为又称为自动开关自动开关。可用来分配电能、不。可用来分配电能、不频繁地起动电动机、对供电线路及电动机等进行保频繁地起动电动机、对供电线路及电动机等进行保护，当它们发生严重的过载或短路及欠压等故障时护，当它们发生严重的
17、过载或短路及欠压等故障时能自动切断电路。能自动切断电路。1-弹簧；弹簧；2-触点；触点；3-搭扣；搭扣；4-过电流脱扣器；过电流脱扣器； 5-欠欠电压脱扣器；电压脱扣器； 6-热脱扣器热脱扣器第1章第62页“智能智能”电器电器随着计算机技术的发展，智能化技术已用到了低压电器中智能电器智能电器带有微处理器（单片机等）具有 测量、显示、控制、参数设定、报警、通信等功能例如：PLC（智能继电器）、电动机综合保护电器、智能断路器第1章第63页智能断路器原理框图第1章第64页8.2 电动机的基本保护环节 自动控制功能：自动控制功能：继电接触控制系统实现电动机的起动、制动、反转、调速等控制。保护功能：保护
18、功能：当系统发生各种故障时，控制线路有必要的保护环节，能及时切断主电路，保障电气设备安全无损。 电力拖动控制系统M功能第1章第65页电动机的基本保护： 短路电流保护 过载保护(或过电流保护) 欠电压保护(包括零电压保护) 三相交流电动机缺相保护例：图8-17交流磁力起动器 电动机控制第1章第66页电机控制L1 L2 L3MQSFU刀开关QS直接控制QSFUL1 L2 L3MKMFR主电路：主电路：接触器控制，保护FRKMSB点动控制SB2FRKMSBKM连续控制SB2FRKMSBKM变压器隔离第1章第67页8.2.1 短路保护 熔断器 实现短路保护 熔断器具有反时限保护特性tI第1章第68页8
19、.2.2 过载保护 热继电器 实现过载保护 电磁式电流继电器实现过电流保护短时过电流保短时过电流保护护第1章第69页热继电器、熔断器配合进行保护tI热继电器热继电器熔断器熔断器使用热继电器作过载保护的同时，须设短路保护 第1章第70页8.2.3 零电压和欠电压保护 零电压保护（失压保护 ）欠电压保护 用作零电压和欠电压保护的继电器或接触器，必须具备用作零电压和欠电压保护的继电器或接触器，必须具备高返回系数，吸引线圈的吸合电压高返回系数，吸引线圈的吸合电压U Ux x，一般整定在一般整定在0.80.850.80.85额定电压之间，释放电压额定电压之间，释放电压U Uf f整定在整定在0.50.7
20、0.50.7额额定电压之间。定电压之间。 电压继电器或接触器电压继电器或接触器第1章第71页8.2.4 缺相保护 热继电器FR起着缺相保护的作用 控制电路采用三相电源供电控制电路采用三相电源供电图8-17交流磁力起动器MKMKMJJ简化简化示意图第1章第72页8.3 控制电路的基本控制环节 8.3.1 8.3.1 点动控制点动控制 8.3.2 8.3.2 连续控制连续控制- - 自锁自锁QSFUL1 L2 L3MKMFRSB2FRKMSBKMKMKM电动机控制第1章第73页QSFUL1 L2 L3MKMFRSB2FRKMSBKMKMKM8.3 控制电路的基本控制环节 多地点控制多地点控制Loc
21、alRemote第1章第74页8.3 控制电路的基本控制环节 QSFUL1 L2 L3MKMFR多地点控制多地点控制SB2-2FRKMSB1-2KMSB1-1SB2-1起动停止SB1-1 SB2-1起动停止SB1-2 SB2-2第1章第75页8.3 控制电路的基本控制环节 8.3.5 互锁控制机械互锁机械互锁电气互锁电气互锁 方式：方式：互锁：不允许同时动作正反转控制线路8.3.6 联锁控制（ 8.3.3 行程控制）两个或两个以上设备协调工作，互为发生条件 小车加油控制第1章第76页例救生艇吊艇机的正反转控制线路改进SQ1SQ2SQ3SQ4FB第1章第77页8.3.7 双位控制 常用于温度、压
22、力、水位等控制，对精度要求较低的场合。使用电器：压力继电器、温度继电器或液位继电器HL高、低位控制：高、低位控制：被控量限制在一个范围内例如：船舶辅锅炉的高低水位控制，食品冷库的高低温度控制，空调压缩机的自动起停控制等等 第1章第78页海海( (淡淡) )水柜水位自动控制电路（双位控制）水柜水位自动控制电路（双位控制）SPH(H)H(L)高限高限低限低限通过通过密闭水柜密闭水柜，将水位高，将水位高低转换为压力信号，通过低转换为压力信号，通过压力继电器（压力继电器（SPSP）实现水）实现水位自动控制（双位控制）位自动控制（双位控制）控制要求控制要求1 1）当水位低于低限时，）当水位低于低限时，电
23、动机起动，补水；电动机起动，补水；2 2）当水位到达高限时，）当水位到达高限时，电动机停止。电动机停止。控制方法控制方法控制电路控制电路第1章第79页水位自动控制电路水位自动控制电路QSFUL1 L2 L3MKMFR手动控制手动控制FRKMSB1-2KMSB2-1起动停止SP(H)SP(L)自动控制自动控制起动停止手动自动SPH(H)H(L)第1章第80页水位自动控制电路（双位控制）水位自动控制电路（双位控制）80FUFRFRSB2SB1KMKMSP(H)SP(L)MSP(H)高限压力常闭触点，高限压力常闭触点，当水位高于高限时动作当水位高于高限时动作（断开）（断开）当水位低于高限时复位当水位
24、低于高限时复位（闭合）（闭合）；SP(L)低限压力常开触点，低限压力常开触点，当水位低于低限时动作当水位低于低限时动作（闭合）；（闭合）；当水位低于低限时复位当水位低于低限时复位（断开）（断开）手动手动自动自动有无问题？有无问题？第1章第81页8.3.8时间控制 按照时间原则 进行控制 时间继电器 例：例：图图8-27 三相交流异步电动机三相交流异步电动机Y起动的起动的控制线路控制线路 按照电流原则 进行控制 按照速度原则 进行控制时间原则时间原则 控制的缺陷第1章第82页控制电路基本环节的应用控制电路基本环节的应用 空压机自动控制电路空压机自动控制电路YV1冷却水电磁阀冷却水电磁阀YV2供气
25、电磁阀供气电磁阀YV3残气泄放电磁阀残气泄放电磁阀SPw冷却水压力开关冷却水压力开关自动控制要求（动作顺序）：自动控制要求（动作顺序）：1 1 空气瓶中残气泄放；空气瓶中残气泄放；2 2 冷却水压力正常；冷却水压力正常；3 3 空压机起动，延时后，供空压机起动，延时后，供 气电磁阀开启气电磁阀开启第1章第83页电动机单向反接制动控制线路第1章第84页电动机可逆运行的能耗制动控制线路第1章第85页本章小结第1章第86页图8-1交流接触器第1章第87页接触器第1章第88页主令控制器船用主令控制器第1章第89页图8-17 交流磁力起动器 第1章第90页时间继电器特性t通电NO触点设定时间TT通电延时
26、t通电NO触点设定时间T失电延时T第1章第91页救生艇吊艇机的正反转控制线路图8-24吊艇机控制电路 第1章第92页救生艇吊艇机的正反转控制线路（改）吊艇机控制电路 第1章第93页三相交流异步电动机Y起动的控制线路互锁；互锁；切换时机；切换时机；第1章第94页三相交流异步电动机Y联接A B Cx y zA B Cx y zY形联接形联接A B Cx y z三相绕组第1章第95页交流电磁吸力ftFrI ()F第1章第96页短路环de作用ftFr1F1F22F=F1+F2第1章第97页反力弹簧第1章第98页控制器第1章第99页电器第1章第100页反力第1章第101页发热元件发热元件热继电器的结构热
27、继电器的结构双金属片双金属片电热丝电热丝第1章第102页行程开关的应用行程开关的应用滑块滑块运动导轨运动导轨行程开关行程开关第1章第103页磁力起动器第1章第104页异步电动机正反转控制电路异步电动机正反转控制电路电动机单向运行控制电路，电动机单向运行控制电路，1KM主触头闭合，主触头闭合，电动机正转；电动机正转；通过通过2KM主触头闭合，可改变电源相序使电动主触头闭合，可改变电源相序使电动机反转；机反转；控制电路中加入控制电路中加入2KM线圈回路；线圈回路；为防止为防止1KM、2KM同时得电，加入互锁环节，同时得电，加入互锁环节，实现实现电气互锁电气互锁；加入按钮常闭触点，实现加入按钮常闭触
28、点，实现按钮按钮(机械机械)互锁互锁2SB 3SB 1SB正转 反转停止第1章第105页容器容器 控制要求控制要求 1.按启动按钮，小车前进；按启动按钮，小车前进； 2.至终点位置，小车停；至终点位置，小车停； 3.油泵启动，开始加油；油泵启动，开始加油； 4.油箱加满，油泵停；油箱加满，油泵停； 5.小车后退；小车后退； 6.至起点，小车停至起点，小车停起点起点终点终点导导 轨轨第1章第106页YV3残气泄放电磁阀，残气泄放电磁阀，YV1冷却水电磁阀冷却水电磁阀YV2供气电磁阀供气电磁阀SPw冷却水压力开关冷却水压力开关自动控制要求（动作顺序）：自动控制要求（动作顺序）：1 1 空气瓶中残气
29、泄放；空气瓶中残气泄放；2 2 冷却水压力正常；冷却水压力正常；3 3 空压机起动，延时后，供空压机起动，延时后，供 气电磁阀开启气电磁阀开启 空压机自动控制电路空压机自动控制电路第1章第107页电流原则起动控制第1章第108页转速原则起动控制FRKM2KM3KM3KM2SB2KM1KM1SB1KTSJKM2SJ第1章第109页主令控制器主令控制器11223031122303SA7SA4SA5SA6SA1SA2SA3下降下降上升上升主主令令控控制制器器电电路路符符号号第1章第110页变极调速图1-18异步电动机双速绕组的变极原理第1章第111页变极连接(a) (b) (c)图1-19异步电动机双速绕组的Y、以及YY的接线？第1章第112页交流接触器
