《船舶电气》教案

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第六章 电力拖动控制电路及系统

一、继电—接触器控制

教学目的：使学生掌握常用控制电器的结构、性能和特点，掌握电动机的基本控制电路、分析方法及控制原则和保护环节。 重点：电器的基本性能和电动机的基本控制电路。 难点：电器的特点和电动机控制电路的基本分析方法。 计划课时：14节左右。 §1-1常用控制电器 基本概念 1.电器分类 a.手动电器：人手操作的电器。如闸刀（HK）、刀（HD与HS）、铁壳（HH）、倒顺（HZ132）、组合（HZ10）等负荷开关（通断大电流的主电路）及按纽（LA）、万能式转换开关（LW）等主令电器（通断小电流的控制电路）。

自动电器：通过电量与非电量的变化通断电路的电器。如继电器（J）、接触器（C）、自动开关（DZ与DW）。

b.配电电器：用于配电装置。如刀开关、熔断器和仪表等。 控制电器：控制电动机运行的电器。如继电器、接触器等。 2．开关分类

a. 隔离开关：隔离电源和负荷（保证安全）。如刀开关等。 b. 操作开关：直接控制电器运行。如接触器等。 一．负荷开关及组合开关

1．闸刀（HK）与铁壳（HH）开关

1）闸刀开关：作隔离开关和小电流的操作开关；里面熔丝作过电流保护。

2）铁壳开关：操作机构为弹簧储能式，能快速通断电路；联锁装置保证箱盖打开开关不能闭合，开关闭合不能箱盖打开。作隔离开关和操作开关（容量大于闸刀）。 3）单投（HD）、双投（HS）开关：只作大容量的隔离开关。 2．组合开关1）结构：（见书） 有动、静触点。

2）特点: 多触点、多位置通断负荷电路；切换电源和负载；控制小容量电动机正反转；测量三相电压等。有状态表（每个触点、每个位置对应有“ ×”或“ ˙”通，无“ ×”或“ ˙”断）（见书）

3）倒顺开关：属于组合开关，只有正、停、倒三个位置；控制小容量交流电动机正反转。

3．凸轮控制器：多触点、多位置、频繁通断负荷电路；有灭弧装置；用于小容量电机的变向、变速等控制；有状态表。 二．交流接触器 1．结构：

(见书)由电磁系统、触点系统、灭弧装置（大于10A有）和附属机构等组成。短路环：减少振动和噪声；硅钢片叠成：减少铁损(涡流和磁滞损耗）

触点：交流多采用桥式，有主触点（通断负荷电路）三对、常开和常闭辅助触点（通断的控制电路）各二对。

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灭弧：交流多采用灭弧罩；直流多采用灭弧栅。 2．用途：

频繁通断电动机等主电路。 3．符号：

4．型号：交流：CJ10（10设计序号） CJ12 CJ910 CJ913(9船用) 直流：CZ 5．选用：（主触点）额定电流(见书)≥负荷电流；（线圈）额定电压(见书)=控制电路电压(接触器有时兼欠失压保护)。 三．继电器

1．继电器(J):根据电量或非电量来通断小电流的控制（I＜5A）电路以实现自动控制和保护的电器。常用: 热、时间、中间、速度和压力继电器等。

2．电磁式继电器: 结构和原理类似接触器(图形符号同接触器辅触点和线圈,无灭弧装置、只一种触点)。分:

a.电压继电器（JY）: 根据电压变化进行的控制或保护。其线圈匝数多,线径细(电压线圈,接触器同),线圈与被监测的电压电路并联。(文字符号: KV或KA)

b.电流继电器（JL）: 根据电流的变化进行的控制或保护。线圈匝数少,线径粗,线圈与被监测的电流电路串联。(文字符号: KI或KA) c.中间继电器（JZ）:

是一种中间传递信号的继电器,本质属电压继电器、但触点多触点容量大。实现多路控制和以小控大的信号“放大”作用。

附1：三种电器的图形符号（I＞过流，U＜欠失压）(文字符号: KA)

附2：交、直流接触器、电磁式继电器的区别：

1）交流接触器、电磁式继电器的电磁铁是恒磁通(Φ)型的，衔铁吸合前后磁通和电磁吸力基本不变。

2）要求 衔铁不能卡住。

因δ（气隙）大→μ小→L小→Xl小→I大 I长期过大、线圈过热。

3）直流是恒磁势(F=IN)型的，衔铁吸合前后励磁电流(I)基本不变。

4）因磁阻变小吸合后的磁通和电磁吸力,远大于可靠吸合所需的吸力，故吸合后可在线圈电路串入经济电阻，以减少线圈的温升和电能损耗。

5）线圈额定电压相同的交、直流接触器、电磁式继电器也不能互相替代使用。直流接入交流会因铁损太大而烧毁，交流接入直流会因线圈电流太大而烧毁。 3．时间继电器（JS）

根据获得的信号，延时通断控制电路的电器；分空气式、电磁式、电动式和电子式等，空气式（JS7）结构见书。 符号：（重点延时触点）

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自动控制的时间原则是通过时间继电器进行控制。 3．速度继电器

以速度为控制信号来控制触点的通断转换的电器；主要用于电机的反接制动；分为感应式（见书、主要）、离心式。

感应式原理：转子转动、定子产生感应电势、电流和受电磁力作用，当转速决定的力达一定值时，定子克服弹力偏转，从而控制触点通断。

4．热继电器 1）性能：根据电流的热效应通断控制电路的电器。只作电动机等的过载及断相（单相）保护。

2）结构及原理：热元件电阻丝（串联在电动机主电路）发热，弯曲，推动连杆机构，常闭触点（串联在接触器线圈的控制电路）断开。 3）型号和符号：

型号： JR0（封闭式） JR15 JR16 如JR15—50/2 JR16—20/3D 符号：

4）特点：整定电流应等于电动机额定电流；保护具有反时限性，整定电流等于电动机额定电流时应长期不动作，过载电流越大动作时间越短，过载电流超过20%、20min内动作；排除过载后起动电机应按下复位按纽。

5）为了进行断相（单相）保护，热元件串联在至少两相电动机主电路中。 四．主令电器及主令控制器

主令电器：通断控制电路（发布指令）的电器。 1． 按纽 特点: 通断控制电路且自动复位。符号:

2．万能式转换开关：多触点、多位置通断控制电路；也用于通断信号和测量电路；还可直接用于小功率电机的起动、变速和变向控制；有状态表。

3．主令控制器：多触点、多位置、频繁通断控制电路；和继电器、接触器等构成磁力控制屏，用于大容量电机的变向、变速等控制；有状态表。

4．行程开关：它是通过空间位置的碰撞，通断控制电路的电路器。自动控制的行

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程原则是通过行程开关进行位置控制。符号：

五．熔断器

1．性能：平常相当于一根导线串联在电路中，过电流熔断起保护作用。电动机电路作短路保护；照明电路短路兼过载保护。 2．组成和分类：(符号画）

由铅锡合金、铜和银等熔丝（片）与外壳构成熔体，底座等组成。 分瓷扦式（RC）、螺旋式（RL）、无填料管式（RM）和有填料封闭式（RTO）等。 3．选用 照明：I熔≥I负荷

电机：按起动电流：I熔 ≥I起/2.5；I熔 = I起/（1.6～2.0）(频繁起动) 按额定电流：I熔 =（1.5～2.5）I额（单台机） I熔 =（1.5～2.5）I额m +ΣI额（多台机） 六．磁力制动器

1．制动：使电机迅速减低转速的过程；

分类：电气制动（电磁力变向）——反接、能耗、再生和电容等；

机械制动（加和转速相反的外力）——圆盘式、抱闸式[通电型、断电型（主要）]， 2．断电型抱闸（电磁制动器、电磁刹车）原理：

抱闸线圈通电，产生磁力克服弹簧反力使闸瓦、闸轮分开，电机自由旋转；电机及抱闸线圈断电，磁力消失，在弹力作用下闸瓦和闸轮紧紧抱住、电机制动停车。 适用于短时工作制较大容量的电机。 §1-2控制线路图示法（见书讲）

一．图文符号（P121附录一） 旧符号按汉语拼音，新符号依据国际标准。 二．电气线路图 1．原理图：表明线路原理；2．安装图：表明电器安装位置；3．一般电路只有原理图，复杂电路还有安装图 三．绘制电路图的规定（见书讲） §1-3电动机的全压起动控制

一．点动、连续和多地控制 1．电路：

2．概念

点动：按下按纽、线圈通电、电机起动，松开按纽、线圈断电、电机停止。

连续控制：按下按纽、线圈通电、电机起动，松开按纽、线圈仍通电、电机仍运行。 自锁：将接触器常开辅触点、并联在起动按纽两端，保证按下按纽、线圈通电，松开按纽、线圈仍通电。自锁是连续运行的基础。

3．电路原理：(写)a.起动 b.停止 c.保护：短路 过载 零（欠失）压（KM兼

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大功率电机专门设）

4．多地控制 原则：起动按纽并联；停止按纽串联。电路：

二．正反转的控制线路 1．电路：

2．概念

互锁：为防止正反转两个按纽同时按下，两个线圈同时通电，导致主电路短路。将正（反）转接触器常闭触点或常闭按纽，串联在反（正）转接触器线圈电路。确保一个线圈通电，另一个线圈断电。 3．原理：（写双重互锁正转起动 停止）

4．磁力起动器：将按纽、接触器、热继电器组合在一个铁中，分单向连续、正反转两种控制，具有过载和欠压（无短路）保护的功能。

5．零位保护：为防止主令控制器等手柄在高速档时，电机通电直接起动产生电流冲击，必须先将手柄板到零位，通过零压继电器等接通控制线路，保证电机从低速档开始起动。（上图主令电路、还具有零压保护和互锁功能）

三．顺序起动联锁控制（联动控制）

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用按纽、接触器控制两台及两台以上电机，使其按一定顺序依次起动或停止的控制。 图（a）（b）M1（滑油泵电机）先起动，同时停止或M2（主轴电机）先停止。 §1-4电动机的降压起动控制（U过高、过低，M的I都过大） 一．Y―Δ降压起动控制

性能：起动时电机接成Y，运行时接成Δ，电压降到1/√3、电流降到1/3、但转矩也降到1/3，适用于380/660 V、Δ接线的电机。

电路（画、主要主电路） 原理（写、主要起动过程,通过KT按时间原则） 电路性能为重点。

二．自耦变压器降压起动控制

性能：起动时电机从自耦变压器分压，运行时加全压，通过抽头有多种电压可供选择，适用于220/380 V、Y接线的电机。原理（写） 三．转子电路串电阻起动控制

性能：绕线式电机起动时，转子电路串电阻（或频敏变阻器），可减少起动电流、增加起动力矩。

原理（写、通过KI按电流原则） §1-5电动机的制动停车控制 一．能耗制动停车控制

能耗制动：交流电动机断三相交流电，任何两相通直流电，旋转磁场变固定磁场，切割速度（转差率）变向，电机受制动力矩作用迅速停车。 原理 1）起动2）停车（写） 二．反接制动停车控制

反接制动：运行中的交流电动机改变相序，电机受反转制动力矩作用，转速迅速下降，在转速接近于零时切断电源，电机停止。

原理 （按速度原则：通过KS）1）起动2）停车（写）

附1：转速与制动 Δno=no-n＜0——制动 1）no=-no＇——反接

2）no =0——能耗 3）no↓（变极调速）n↑（重载落货、直流电机同）——再生 附2：时间、电流、速度为自动控制三原则（主要，还有行程原则）。 §1-6直流电动机的起动控制

采用电枢串电阻限流起动，采用自动控制三原则（还有第四行程原则）。 1．按时间原则电路（见书讲）2．按电流原则电路（见书讲）

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3．按速度原则电路（见书讲） §1-7机舱电动辅机的自动控制 一．双位控制

1．压力继电器KP原理（见书图）

气压使波纹管产生顶力，压力升高到低限，压力克服弹力使微动开关6动作；压力升高到高限，微动开关7动作；低于高限7复原；低于低限6复原。 2．双位控制

密封容器下部液体量、影响上部空间大小和气压，根据给定的上限液体产生的极限高压和下限液体产生的极限低压来进行自动控制，叫双位控制。

用途：船舶日用海、淡水柜电动给水泵的控制；空压机自动控制方式是出口管内气压的双位控制。

特点：当水位低于HL时水泵电动机自动起动给水；当水位高于HH时水泵停止给水。可减少单位时间内电动机的起停次数。 3．电路

1）手动：SA→手动 由SB2、SB1通过KM对M进行起停控制。

2）自动：性能 海、淡水压力柜控制水泵起停的是：KP（H）高于HH动作断、KP（L）低于HL动作闭；整定值前者太低、后者太高导致电机起停频繁。 原理 SA→自动

A．设开始水位高于HL、低于HH→KP（H）、闭KP（L）断→KM无电主触点断→M停。 →常开辅触点闭→自锁

B．水位↓＜HL→KP（L）闭→KM通电→主触点闭→M起动水泵打水 C．水位↑＞HL→KP（L）断

→KM自锁→M仍运转水泵继续打水

D．水位↑＞HH →KP（H）断→KM断电主触点断→M停水泵停止打水 E．水位↓＜HH（＞HL）→KP（H）闭、但KP（L）断KM仍不能通电 F．水位↓＜HL→重复上述过程

二．机组自动切换控制(两套机组、一套运行、一套备用，运行机组故障、备用机组自动起动)

（一）泵的自动控制

1．摇控（手动控制）SA1摇（闭） 1）起动 合上QS1

按下SB12→KA10通电自锁→主电路边常开触点闭→KM1通电主触点闭→M1起动（1号泵起动）

2）停止 按下SB11→KA10断电主电路边常开触点断→KM1断电主触点断→M1停止

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（1号泵停止）

2号泵相似

2．自控 1）自起动（QS1、QS2合上）

SA1→自（闭） SA11→运（闭） SA22→备（闭） A．合上QS1时：KA11通电触点断→对KA20互锁

B．同时：KT21通电触点延时闭→KA12通电→上面触点闭→KA10通电→a →下面触点闭→b →KA10上面触点闭自锁 →常闭辅触点断

a→主电路边触点闭 →KM1通电→主触点闭→M1起动1号泵打水→KPL1触点闭 →常开辅触点闭→c

C． b→KA13通电→常闭触点断→KA11由KPL1控制 c→KT31通电触点延时闭↗ →常开触点闭自锁 2）自动切换

A．1号泵故障失压→KPL1断→KA11断电触点复原

KA21、KT22、KA22在合QS2时已依次通电→KA22触点闭→KA20通电主电路中常开触点闭→KM2通电→主触点闭→M2通电起动2号泵打水

→常闭辅触点断→KA12断电→KA10、KM1断电→M1停 B．SA21→运（闭） SA11→断 SA22→断 SA12→备（闭） 按下SB13 →KA13断电解除自锁

（另外还有声光报警指示1、2号泵运行情况）

二．泵的顺序起动（见书讲）

重点掌握的基本电路为点动、自锁连续、点动连续、两地、电气互锁、双重互锁、顺序联锁、主令、Y―Δ降压和双位十个（前6个记电路、后6个掌握原理和性能）。

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二、甲板机械（见书）电力拖动控制原理

教学目的：使学生掌握锚机、起货机控制电路的性能、特点，理解锚机、起货机控制电路的原理、了解其分析方法。 重点：锚机、起货机控制电路的性能。 难点：锚机，交直流起货机控制电路的原理分析。 计划课时：10节左右。 §2-1锚机的电力拖动与控制

性能：一般锚机与绞缆机构成联动机 一．锚机运行工作特点（见书）

阶段一：收起躺在海底的锚链——力矩不变；

二：收紧锚链——力矩增加； 三：拨锚出土——力矩大；

四：收起悬于水中的锚及锚链——力矩减少； 五：拉锚入锚链孔中——力矩回增。 二．对电力拖动及控制的要求

（一）对电力拖动的要求（见书讲、重点见书）

要点：堵转1分钟、软或下坠的机械特性、30分钟短时工作制、防水式。 （二）对电动锚机控制线路的基本要求（见书讲、重点见书）

要点：主令直接从0到高速、线路逐级加速、防电流冲击；抛锚为再生或能耗制动、回零为电气和机械制动，有短路、失压、过载、断相保护。 §2-2锚机控制线路 一．交流三速电动机

1．双速绕组（见书）n=(1-s)60f1/P

2．电机绕组

两套：一套为4极（高速n0=1500r/min）； 另一套含8极（YY中速n0=750r/min）、16极（Δ低速n0=375r/min）。 二．控制线路原理 1.准备

合上QS、SA→HL1亮（表示电源有电）

SA（主令控制器）→0→SA→KA2（零压继电器）通电→KA2（7）闭→接通控制线路（零位、欠失压保护）→KT1通电→KT1（14）瞬时断 →KT2通电→KT2（4）瞬时闭 →KT3通电→KT3（22）瞬时闭 2．起锚一挡 SA→起1

SA2通→KM1通电→KM1（2）主触点闭→a →KM1（9）断→对KM2互锁 →KM1（17）闭→b

SA4通→KM3通电→KM3（1）主触点闭→c

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→KM3（11）断→对KM4-1 、KM4-2互锁 →KM3（13）断→对KM5互锁 SA7通→KM6通电→KM6（20）断→KT3 断电→d

b↗ →KM6（21）闭 →YB通电抱闸松（R4、V2为续流电路）→e a→M接成低速→M低速运转（YB电路极性：上+、下-） c↗ e↗

d→KT3（22）延时断→经济电阻R3接入（减少线圈发热：延长使用寿命、省电） （YB不接经济电阻为强励松闸） 3. 起锚二挡 SA→起2

SA4断→KM3断电→KM3（1）主触点断→a →KM3（11）闭→b →KM3（13）闭

SA5通→KM4-2通电→KM4-2（1）主触点闭→c b↗ →KM4-2（10）断→对KM3互锁

→KM4-2（11）闭→KM4-1通电→KM4-1（2）主触点闭→d →KM4-1（10）断→对KM3互锁 →KM4-1（18）断→e a↘

c→M由低速换成中速运转 d↗

e→KT1断电→KT1（14）延时闭→使低速直接到高速有中速运行的间隙（0.5～2s） 4．起锚三挡 SA→起3

SA6通→KM5通电→KM5（3）主触点闭→a a↘

→KM5（10）断→对KM3互锁 ↗主触点断→M换成高速运转 →KM4-1 、KM4-2断电→辅触点复原 →KM5（13）闭→自锁

→KM5（19）断→KT2断电→KT2（4）延时断→KA1接入 5．抛锚

同起锚、KM2通电、M 反转；深水抛锚M为再生制动（也有能耗制动）、变加速为等速。

6．停止 SA→0 SA7断→KM6断电→YB断电为机械制动； SA→3→2→1为再生电气制动→0。 7．保护 高速运行的过载保护（其余保护略）

高速过载→KA1达动作值→KA1（16）闭→KA3 通电→KA3（16）闭→自锁 →KA3（13）断→KM5断电→a a →KM5（3）主触点断→b b↘

→KM5（10）闭→KM4-1 、KM4-2通电→主触点闭→M转入中速 →KM5（13）断、KM5（19）闭

过载消失、KA1达释放值KA1（16）断、但KA3自锁仍通电； 故要由3挡→（回）2挡→3挡（进）才能重新进入高速。 §2-3船舶起货机的电力拖动与控制

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一．起货机运行工作的特点（见书图） 分吊杆式（又分单吊和双吊）、旋转式 二．对电力拖动及控制的要求

要点：过载能力强；起动转矩大；机械特性软（重载低速、轻载高速）；调速范围广nmax/nmin=7～10；转动惯量小；能防水和重复短期工作。（见书讲） 三．对控制线路的要求

要点：1）采用主令控制器操作，其操作手柄的正、反和调速各档具有明显的空间位置差异；起动、加速与操作速度无关。

2）手柄从零位快速扳到高速档，应能使转速由零自动逐级加速到高速，不发生由静止起动直接到中速或高速；

3）采用电气制动与电磁机械制动相配合的制动；不发生中速、高速反接制动，以避免在电流的冲击和损耗；高速超载时自动返回中速，采用再生或能耗或倒拉制动等速下放重物，控制线路设有防止重载高速提升和超速下落的保护环节；

4）不发生自由落体，电机绕组先通电后松闸，应先接通高（低）档绕组后断开低（高）档绕组的交替电路环节；

5）设强制低速下放重物的应急按纽；具有零位保护；设短路、过载、欠失压和起/落货互锁等保护。 §2-4直流电动起货机

一．双输出G—M系统起货机

1．G—M系统的工作原理（见书讲） 2．双输出直流发电机

（1）两个独立的励磁电路控制两个独立的电枢绕组输出电路； （2）系统具有电机台数少、体积小、重量轻和装机容量小等优点。 3．控制线路原理 （1）．变流机组M（交）--G（直）-- GE（直）的起动

起动过程：合上QS →KM2通电主触点闭→a 按下SB2→KM1通电自锁→常开辅触点闭→KT1通电→b →常闭辅触点断→对KM2互锁

→主触点闭→M（交）从自耦变压器分压降压起动 a ↗

b→KT1触点延时闭→KA1通电→常闭触点断→KM1、KM2、KT1依次断电触点复原 →常开触点闭→KM3通电→c c→主触点闭→M（交）加全压运转→GE、G带动转动 →KM4通电触点闭→GE发电→HL亮 （2）SA（主令控制器）→0

SA1通→KA2（零压继电器）触点闭→保护零位和欠失压保护 →KT2通电触点瞬时闭→短接RE（经济电阻） （3）SA→上升1 SA1断

SA2通→KMH通电→常闭触点断→对KML互锁 →上方两个常开触点闭→a

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→下方常开触点闭→b

a→G励磁绕组得直流（方向：上下）→G（先转动）发电→M（直）电枢获电产生转矩（先有励磁）→c c↘

SA4通→KMB通电→常开触点闭→YB通电抱闸松→M起动

b↗ →常闭触点断→KT2断电触点延时断→RE接入 （4）SA 上升1→上升5各位

a. SA5～SA8依次通→R1～R4相继短接→G励磁电流依次↑→G输出电压依次↑→M转速依次↑

b. Tfz＞50%Te→M电枢电流大→KI（负载继电器）达动作值触点闭→短接Rp→机械特性变硬(Φ↑) →n↓

Tfz＜20%Te→M电枢电流小→KI达释放值触点断→接入Rp→机械特性变软(Φ↓) →n↑（见书）

（5）SA 上升各位→0（停车）

a.SA2、SA4断→KMH 、KMB断电触点复原→G励磁电流↓→0的时间Δt1很小→G发电↓→0→M因惯性处于再生制动状态；

b.YB电流经RBF、V3放电减少→磁力↓=弹力的时间为Δt2→在时间Δt1～Δt2内M电源无电在惯性下产生能耗制动；

c.YB电流↓↓→磁力↓↓＜弹力→电路除能耗制动外增加抱闸制动。 (6) SA下降各位：类似下降，但重物下降为再生制动。 (7) SA上升各位→下降5（或相反）

KMH由通电变断电、KML由断电变通电→电机为反接制动冲击电流（力矩）大→FA（过流继电器）达动作值（整定2.5～3Ie）触点断→KA2断电→KML断电→G无励磁不发电→M不能变向运转避免冲击电流。 二．晶闸管直流电动起货机（见书讲） §2-5交流电动起货机 一．交流三速起货机

（一）变极调速起货机简介

电机采用三套绕组： P=2、4、14，n0=1500、750、214r/min 控制线路性能（见书讲）

（二）控制线路各挡位工作情况的分析 1．SA→0（准备）

合上QS、S→KM5通电主触点闭→1M（风扇）启动

SA→0 ↘→SA1通→KA1通电触点闭→接通控制线路（零位、欠失压保护）→a 合上SC↗→SA4通→KM1通电→KT5通电 a→KT3、KT4通电 a↗ 2．SA→起货1 SA1断

SA2通→KMH通电主触点闭→2M有低速正转转矩 KM1通电主触点闭↗

SA5通→KMB通电触点（26）闭→YB通电抱闸松→M低速运转 KT5（15）闭↗

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KMB通电触点（16）闭→KT1通电触点延时闭→KM4通电触点（27）断→经济电阻R3接入 3. SA→起货2

（1）SA4断、SA7通→KM1断电、KM2通电→换成中速

（2）KM2（12）断→KM2先通电、KM1才断电，电机低速——中速供电不中断 （3）SA9闭→KT2通电触点（10）瞬时闭→KMH（9）、KML（11）串联构成“逆转矩控制电路”（见后） 4．SA→起货3

轻载→KI为释放值触点（20）断→KA2无电触点（21）闭↘

SA8通→KM3通电主触点闭→M高速 重载→KI达动作值触点闭→KA2通电触点（21）断→KM3无电M不能进入高速 特点：中速过载不能进入高速（锚机：高速过载退回中速） 5．SA：0→起货3

（见前）0位：KA1、KT3、KT4通电，KM1、KT5依次通电，KM5通电。

过1位：KMH通电，虽KMB通电但开始励磁不够、YB未松（YB松闸固有时间大于手柄过1位时间），为低速堵转（KMH、KM1通电）。

过2位：KM5通电开始YB仍未松，中速堵转；随后YB松闸进入中速。 到3位：轻载：KM2（25）断→KT3断电→经0.5s延时KM3通电进入高速。 重载： KA2通电不能进入高速。 低速堵转→中速堵转→中速→高速 6. SA：起货2、3→0

SA7（SA8）断→KM2（KM3）断电↘

SA4通→KM1通电→M进行反馈制动到低速

SA5断→KMB、YB断电→YB经V、R4放电（释放磁能）抱闸仍松；

电机进入低速后叫能耗（本书叫再生）制动（速度低，反馈电能不够变成热能消耗的电能故叫能耗制动）。

YB放电到磁力＜弹力开始机械制动； SA2断↘

SA9断→KT2（10）延时断→KMH断电→能耗制动毕、剩机械制动。

制动过程为：反馈（高速）→能耗+机械（降速后）→机械（速度接近零） 7．落货：同起货（由KML控制）

重载落货时为反馈制动，但电流小、KI失去作用，可高速。 8．起货3→落货3（或相反） 如起货3→落货3

经0位：KT2断电触点（10）延时断→KMH断电，先完成起3→0反馈制动，再进行0→落3起动过程。

逆转矩控制：先制动停车、再反向起动，防止反接制动产生电流冲击。 9．保护：BT为温度继电器、电机T＞130±10%℃动作；SB为紧急运行按纽。 其它保护略。

10．负载继电器的连接（见书图） IF决定于IB和功率因素 §2-6电动液压起货机（机动略）

特点：可实现无级调速和微动转动，可频繁起停和换向、对电网冲击小，但价格贵、

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管理麻烦。

组成：电机和油泵构成油泵机组（发电机），油马达（电动机），管路（导线），电磁阀（开关）等。

一．液压系统工作原理（辅机学） 1．主油泵和油马达（见书） 主油泵为斜盘式双向变量泵，改变倾斜盘倾斜角的方向，改变油马达的吸排油的流动方向，从而改变油马达的旋转方向；改变倾斜盘倾斜角的排量大小，从而改变油马达的转速。

2．液压系统工作原理（见书） 1)组成

M1：主油泵电动机

M2：辅油泵电动机（提供液压刹车压力油，补充主油泵系统油液） 1M、2M吊杆电动机：控制起货机前后（吊杆上下）、左右移动。 2)1M（2M）控制

用按纽和机械联锁点动控制正反转，SQ为上升限位开关。

抱闸YB1经V三相整流通直流，1M通电、YB1通电（Rf短接）抱闸松，1M断电、YB1断电抱闸制动，同时Rf接入加快放电（τ=L/R）。 3)M1、M2控制

起货机在零位→SA1、SA2（零位开关）常开触点复原断→控制油马达的双刹车YV1、YV2断电制动；

按下SB4→KM1通电→M2起动；

SA1、SA2零位时常闭触点闭→按下SB6（要求M2起动1分钟后再起动M1）→KM2通电自锁（SA1、SA2实现零位联锁）→M1通过KT、KM3、KM4实现Y—Δ降压起动。 起落货SA1、SA2常开触点闭→YV1、YV2刹车松→油马达带动起货机（SA1、SA2常闭触点断M1仍自锁运行）。

§2-7电力拖动系统故障检测与维护 （见书表讲交流起货机）

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三、船舶舵机的电力拖动与控制

教学目的：使学生掌握舵机电力拖动的特点；操舵方式及原理、性能；自动舵的类型及特点。 重点：各种操舵的性能，自动舵的特点。 难点：各种操舵的原理。 计划课时：4节左右。 §3-1舵机电力拖动与控制的基本要求 一．舵机装置

1．电动—机械舵机装置（小船）

电动机通过齿轮转动带动舵叶（见书） 2．电动—液压舵机装置（远洋船）

电动机通过液压系统转动带动舵叶（见书） 二．对电力拖动与控制的基本要求 1．供电要可靠

舵机应两路供电，一路要经应急配电盘。 2．电动机的运行要可靠

规范规定：舵机电力拖动装置，应能在船舶处于最深航海吃水，并以最大营运航速前进时，将舵自任一舷的35°转至另一舷的35°，且能在不大于28s的时间内将舵自任何一舷的35°转至另一舷的30°。

舵机电动机有软的机械特性和足够大的过载能力，堵转时间应能持续1min以上，仍不致将电动机烧坏。 3．控制系统要可靠

（1）应有驾驶台和舵机舱两个以上控制站、并设转换开关防同时操作。 （2）设有自动、随动、应急三种操舵。

（3）应设舵叶偏转限位开关，失压报警，自动操舵极限角自动报警。 §3-2操舵方式及基本工作原理

一．单动（应急）操舵（小船用或随动操舵坏用）的工作原理

1．操舵手柄或舵轮位置不与舵叶位置相对应，要用舵角指示器才能知道舵叶所转角度。

2．操舵手柄向某一方向，电动机拖动舵叶向相应方向，手柄回零，舵叶固定在某一角度。

3．要使舵叶回到中间位置，手柄反向。 4．太平舵：手直接板动舵叶。 二．随动操舵系统的工作原理

特点：舵叶角度与舵轮位置自动同步。（自动操舵船进出港、避碰、通过狭窄航道、遇风浪及冰山等使用随动操舵） 原理（见书）

舵轮转动→发送电位器R1触点移动→电桥平衡破坏→产生电压Uao′→经放大器放大作直流发电机G励磁→G产生一定大小和方向的U0→直流电动机M以适当速度和方向转动带动舵叶（G为重复短时工作制、差复励：I并- I串，IM 即I串↑→U0↓使M有软的机械特性和强的过载能力，I并为主、它为零G不发电）→（舵角反

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馈同步传递机构接收机）带动反馈电位器R2触点移动到a′→电桥平衡U aa′为零→U0为零M停→舵叶停在一定角度（与舵轮转角对应）。 三．自动操舵（正常大洋航行）工作原理

1．性能：它是一种将舵电动机的控制系统与电罗径联系起来的操舵装置，当船舶偏离规定航向时，由于电罗径与船舶的相对运动，控制系统工作，使船舶保持原来的航向。 2．原理：（书图、分五个阶段）

设右偏航→航向发送器使1左偏→1～2通电KA1通电触点闭→G发电UO为正M左转→舵叶左偏→舵发送器使导电环2左转追随→偏航角φ??φmax→偏舵角β??βmax→1与绝缘块4接触→M停→船回航→1～3接触KA2通电M右转→舵叶右偏→导电环右转追随φ↓??0 →β↓??0→1与绝缘块4接触→M停船舯线。 3．按工作原理，随动操舵属于开环控制，自动操舵属于闭环控制。 §3-3自动舵的基本类型及其调节规律 一．比例舵（P舵）

β=-K1φ β：偏舵角，K1：比例系数，φ：偏航角，-：偏舵角方向是消除偏航。 性能：可消除偏航。特点：简单、精度较差。 二．比例——微分舵（PD舵 β=-（K1φ + K2 dφ/dt）（表示偏舵角与偏航角和偏航角速度成比例） 微分部分作用是减少船舶的s航迹。

原理：船舶回到正航向前，已受到微分部分的反向舵作用，从而能有效地阻止因惯性而向反方向的偏航。微分舵又叫纠偏舵、稳舵角或反舵角。 三．比例——微分——积分舵（PID舵） β=-（K1φ + K2dφ/dt+ K3?φdt）

积分部分的作用是消除装载、船型、螺旋桨不对称，受持续单侧风、浪等使偏航角在不灵敏区（小舵角）所引起的横向移动距离。 也叫压舵，可提高保持正航向精确度。 §3-4自动操舵系统基本工作原理

一．PID自动舵系统工作原理（见书图）

4为灵敏度（天气）调节：人为设定系统小偏航角不动作的区域，天气好、该区域应设小、即灵敏度调高；天气差、该区域应设大、即灵敏度调低。 二．自适应舵的基本概念和调节原理

卫星等测位测定的船位，罗径等测定的船速、航向等参数，经中央计算机处理后作信号控制舵机，使船舶保持给定航向，该系统叫自适应控制系统。

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第七章 船舶电站

教学目的：使学生掌握船舶电力系统及保护、配电板、应急发电机、蓄电池、接岸电装置的基本组成、性能和使用；掌握轴带发电机、空气开关、各种并车装置性能和特点；掌握手动并车的原理和操作。 重点：船舶电力系统、配电板的组成、性能；掌握手动并车的原理和操作。 难点：轴带发电机、空气开关的性能。 计划课时：22节左右。 §4-1船舶电力系统概况 一．系统的组成及特点

（一）船舶电力系统的组成

由电源、配电装置、电力网和负载四部分组成。 1．电源

将其它能量转换成电能的装置；主要由发电机组和蓄电池组组成。 2．配电装置

（1）定义：接受和分配电能，对电源、电力网和负载进行保护、监视、测量和控制的装置。

（2）组成：各种转换和控制开关、互感器、测量仪表、连接母线、保护电器、自动化装置及各种附属设备等。

（3）分类：A．总配电板（一级），动力配电箱、照明配电箱（二级）；B．应急配电板；C．充放电板。

3．船舶电力网（见十三章）

船舶输电电缆和电线的总称；由动力、照明、应急、低压和弱电等电网组成。 4.负载

将电能转换成其它形式能量的装置；种类（见书讲） （二）船舶电力系统的特点

1．容量小（多为2～3台小容量柴油发电机），电压、频率易波动（易全船停电）。 2．输电线路短（短路电流大）。

3．环境恶劣：要能在潮湿、盐雾、油雾和霉菌的环境和在规定的船舶倾斜、摇摆（见后）、振动和冲击等条件下可靠的工作。 二．系统的基本参数 1．电流种类—电制

50年以前用直流；现代用交流。 2．额定电压

我国限定电压500V（非电力推进船舶）；动力：电源（发电机）400V（美日440V），负载380V；照明：电源（变压器）230V，负载220V。 3．额定频率 我国50Hz，美日60Hz。 §4-2电站容量与发电机组数量（机动略）

一．确定电站容量和选择发电机组数量的基本原则 1．船舶的运行工况（见书讲） 2．确定电站容量的基本原则

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电站容量以实际用电量最大的运行工况为基础来确定。 3．发电机组容量和数量的选择原则（见书讲） 二．电站容量的计算

利用有关理论和统计计算（略）

选择发电机组容量和发电机组台数时，应考虑机动、寿命和维修等选发电机的基本原则；考虑计算的各运行工况的总功率，还要考虑cosφ=0.8的无功容量。 §4-3主机轴带发电机装置 一．轴带发电机的特点 （见书讲）

要点：充分利用主机功率储备裕量，实现节能；主机烧重柴油，其发电成本降低；系统控制环节多，管理复杂。 二．船舶轴带发电机主要类型 1．直流轴带发电机（很小）

2．交流轴带发电机（分：可变螺距螺旋桨的主机型式；定螺距螺旋桨的主机型式） 三．变螺距螺旋桨式

主轴转速与转向恒定；主机转速低、主机与轴发间设增速齿轮；例：齿轮比为1：10、f=50Hz、n=150r/min、则P=2；一般轴发和备用柴发P相同。 四．定螺距螺旋桨式（主要）

主轴转速与转向可变；通过转速补偿装置使发电机电压和频率稳定。 （方法见书）主要是：整流—逆变作中间环节的(晶闸管)轴带发电机系统。 五．轴发工作对主机的转速有限制，因此还要设辅助柴油发电机组。 补：晶闸管轴带发电机系统 一．组成

1．轴带发电机1（SG）、晶闸管整流器2、直流平滑滤波电抗器3、晶闸管逆变器4和交流电抗器5构成主回路有功通道。变压器11和晶闸管整流器7是轴带发电机励磁电流调节电路。轴带发电机（三相逆变器）提供有功功率。

2．具有自动调压器（AVR）的调相机（也称同步补偿机SC）6为无功通道。同步补

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偿机提供无功功率。

3．控制（频率和逆变角）器8调节和控制系统频率和有功功率。 二．起动

当船舶离港进入正常航行工况（如公海）后，主机转速达到要求时，可投入轴带发电机系统。（主要步骤见下：2→3→5） 1．接通控制系统的电源；

2．检查起动条件，当系统无故障报警和车钟在大于最小转速（＞75%额定转速）位时，允许起动调相机（发出允许起动信号）；

3．按下异步电动机的起动按纽（或自动控制起动），带动调相机（同步补偿机）起动，并建立电压； 4．检查调相机建立正常电压后，接通轴带发电机的励磁电路，发电机起压空载运行； 5．给整流器、逆变器触发脉冲，逆变器开始向调相机输出功率，异步电动机断电； 6．轴带发电机系统已经具备供电能力，起动成功。

由于逆变器调节频率，主机转速可在某一个范围内。 三．停机

当船舶需要转入机动工况（如进港等）时，因主机将进行减速、倒车、停车等操纵，轴带发电机应停止工作。（主要步骤：1→2→3） 1．起动柴油辅助发电机组，并切除次要负载；

2．完成辅助发电机的手动或自动并车及转移负荷，之后才能操作主机减速或倒车； 3．当主机转速降低到额定转速的40%以下时，轴带发电机励磁终止，主开关跳闸，逆变器停止触发，轴带发电机终止发电。 §4-4船舶配电板 一．主（总）配电板

由发电机控制屏、并车屏、负载屏及连接母线等组成。 1．发电机控制屏

作用：控制、调节、监视和保护发电机组。 组成：上部为测量仪表[电流表（测线电流）、电压表（测线电压）、频率表、功率表、功率因数表和仪用互感器]、转换开关和指示灯等；中部为主开关（含逆功率继电器）、指示灯等；下部为自励恒压装置。 2．并车屏（见后）

主要有同步表、同步指示灯等。用作交流发电机并车操作。 3．负载屏

用来分配电能并对各馈电线路进行控制、监视和保护。 组成：（见书）主要有装置式自动开关、绝缘批示灯、兆欧表、与岸电箱相连的岸电开关等。包括动力负载屏和照明负载屏。

主配电盘直接供电（提高重要负载供电的可靠性）的设备：舵机、锚机、消防泵、航行灯、无线电电源板、电罗经、电航仪器电源箱、苏伊士运河灯等部分重要

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负载，还有空压机、锅炉鼓风机等大容量负载。其中舵机和航行灯采用两路供电、一路经应急电盘。

4．汇流排（母线）

用来汇集和分配电能；排列颜色：交流A、B、C分别为绿、黄、褐或紫，中线为浅蓝；直流正、负为红、蓝；按从上到下、从左到右、从前到后排列。 二．应急配电屏

作用：用来控制和监视应急电源工作情况，并合理分配应急电源。 组成：应急发电机控制屏和应急负载屏（同主配电屏），无并车屏（无整步表、同步指示灯）和逆功率保护（见后）。

主、应急配电屏关系：应急电网平常由主配电屏供电，其联络开关对应急电屏进行电气联锁；主发电机失压应急发电机自动起动，并经应急配电屏经向应急电网供电。 三．充放电屏作用（重点见书） 四．区配电板、分配电板

将从主配电屏输送来的电能向不同区域的用电设备进行配电。 区：I＞16A 分：I＜16A

五．岸电箱（见后） 船舶停靠码头和进坞时，将岸电接入总配电屏进行分配。 §4-5万能式空气断路器 概述

1．分类 自动开关（又叫空气开关、断路器）分为： 塑料外壳式（装置式），用DZ表示，作分路或负荷开关； 框架式（万能式），作DW表示（陆用DW10为主，船用DW—94、95、98、AH等），作总开关。

2．船用万能式自动空气断中器 （1）组成

触点系统、灭弧装置、自由脱扣机构、操作传动机构和保护元件（脱扣操）等。 （2）用途

A．开关作用：通断主电路，也可以通过分励按纽进行远距离断电操作； B．保护作用：短路、过载和欠失压时自动切断主电路。 一．触头系统（见图1） 由主触头（断先、通后），副触头，弧触头（带电通断：通先、断后）组成，都起通断主电路的作用；辅助触点通断控制电路。 二．灭弧装置

采用磁钢片制成的灭弧栅片：利用电磁力将电弧吸入栅片，拉长、分割成小段和阴极效应（见图2讲）使电弧熄灭。

三．自由脱扣机构

作用：实现操作传动装置与触点系统之间的联系（书图：恢复四连杆的刚性连接）。书图（b）无、（c）有。分闸不能合闸，要经再扣才能合闸（DZ见图3）。

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四．操作传动装置 作用：使触头合闸；

过程：使储能弹簧储能，自由脱扣机构达“再扣”，然后利用储能快速合闸； 种类：手动操作（见书），电磁或电动合闸（见书）。 五．保护元件（脱扣器）（见书图）概述 作用：脱扣器动作使自动开关掉闸。 种类：DZ主要是热脱扣器（过载保护）、电磁式过流脱扣器（短路保护），复式脱扣器（短路和过载保护）；DW脱扣器：

1．电磁式（DW98采用半导体式）过流脱扣器： 多个、（电流）线圈串联在主电路中（图1）。

分瞬时脱扣器：短路保护；短延时脱扣器：短路选择性保护；长延时脱扣器：过载或过载选择性保护。 2．电磁式失压脱扣器

（电压）线圈串联在主电路中（图2）；欠失压作保护。

为避免电源电压瞬时波动造成欠压脱扣器误动作，须采用延时跳闸机构。

3．分励脱扣器 远距离断电控制； 分通电型（按纽加电压脱扣器），断电型（按纽加欠压脱扣器）。（见书图） §4-6发电机的保护

电站保护的任务：切除故障电气设备；发出报警信号。 要求保护元件具有可靠性选择性、快速性和灵敏性。 1．可靠性：保护装置本身必须工作可靠；

2．选择性：电力系统，从发电机到负载，应分级设置保护装置，使保护具有选择性；系统发生故障时使离故障电路最近的保护装置动作；其动作电流或动作延时：短路保护动作整定电流逐级减少、动作整定延时逐级增加。

3．快速性：对于故障保护电器要求动作快速，以免事故扩大造成损害。 4．灵敏性：对于故障和非正常状态的反应能力。 一．外部短路保护

1．外部短路：发电机输出电流大大超过额定电流； 原因（见书）。

2．Id=2（或3）～5Ie、延时0.2（或0.3）～0.6s动作（选择性）；Id=5～10Ie、瞬时动作（快速性）。

3.采用自动开关过流脱扣器（非熔断器）或过电流继电器进行保护。 二．过载

1．发电机过载：发电机输出电流（功率）超过额定值；原因（见书）。

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2．（规范）要求过载保护元件

无分级卸载：I=1.25～1.35Ie、延时15～20s动作 分级卸载（见后）：I=1.1～1.2Ie、延时5～10s卸掉次要负载，I=1.5Ie、延时15～20s动作

3．采用自动开关（长延时）过流脱扣器或长延时过电流继电器和分级卸载装置进行保护；动作值按发电机电流设定。

三．欠压保护（对发电机和运行的电动机保护）

1．欠压原因（见书） 危害：电动机过流或堵转，其它负载不能正常工作。 2．要求发电机跳闸

带时限U=70～80%Ue、延时1.5～3s；不带时限U=40～70（或50～60）%Ue、瞬时。 3．采用自动开关欠压脱扣器或欠压继电器进行保护 四．逆功率保护（保护发电机组） 1．逆功率保护的性质

（1）原因：并联运行的发电机，若一台发电机的原动机发生故障使转矩消失，则发电机进入电动机状态，拖动原动机转动从电网吸收功率即逆功率，另外并车操作未能满足并车条件也出现逆功率。

（2）危害：正常运行的发电机严重过载跳闸。

（3）要求：P=-5～-15%Pe、延时1～10s（防并车时短暂逆功率）逆功率继电器跳闸。

2．逆功率继电器

（1）GG—21型感应式逆功率继电器（见书讲）

原理：电流线圈的磁场和电压线圈的磁场穿过铝盘组成一个移位磁场，铝盘感应形成幅射状电流，在磁场中受力作用而转动，永久增铁起阻尼作用。输出功率铝盘带动触点向断开处转动，但被挡块挡住，逆功率铝盘带动触点闭合，使自动开关跳闸。改变电流线圈匝数可改变动作值，改变挡块位置可改变延时。 接线：电压线圈接B、C相，电流线圈接C相。 （2）整流式逆功率继电器装置（见书） （3）晶体管式逆功率继电器装置（见书） §4-7发电机的并联运行条件与分析 一．并联运行的必要性

1．发电机容量合理利用：少负载开一台，多负载开两至三台。 2．便于对发电机的维护管理：多台机可以轮流进行保养和维护。 二．并联运行的条件：（见书：重点）电压、频率、初相相同，相序一致。 三．频率和初相位相同，电压有效值不同：（环流的均压作用） 1．两机电压不等在两机间形成环流（见书图）。

2．环流使电压高的电机产生去磁电枢反应、电压降低，电压低的电机产生增磁电枢反应、电压高，结果使两机电压相等。

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3．要求：ΔU＜10%Ue（电抗小，一定的产生很大的部击环流）。 四．频率和电压相同，相位不相同：自整步作用 1．自整步作用

2．要求：-15°＜δ＜15° 相差太大（180°最大），两机间产生冲击电流和冲击力矩，不能牵入同步，且产生振荡（转子相对摆动），导致逆功率跳闸，甚至损坏绕组。 五．并车时电压和相位相同，频率不相同

1．频率不同两机具有相位差δ=2л(f2- f1)Δt和电压差，具有自整步作用。 2．要求：-0.5Hz＜Δf＜+0.5Hz（T=1/Δf）

频差小自整步作用使两机牵入同步，频差大无法牵入同步。 六．相序不一致

引起很大的环流烧坏电机，该条件一般可满足，航行并车不必检测。

七．合闸：最理想是待并发电机的电流为零时。并车时任何一个条件不满足都会产生冲击电流，相位和频率条件不满足都会产生冲击转矩。 §4-8手动并车整步原理与方法 概述：

1．准同步并车法：观察和调整发电机的电压、频率和初相位，使之完全满足并车条件后并车。

2．手动准同步并车法：依靠操作人员观察、判断进行并车操作； 自动准同步并车：依靠自动装置完成并车。

3．调压器可保证电压条件，并车时只要调整待并机的频率和相位。 一．灯光法（同步指示灯法） 1．灯光明暗法（暗灯法） （1）电路

（2）性能

A．灯光很亮说明待并机与电网相位差很大、熄灭说明相位差很小或为零，灯光明暗度说明相位差的大小；

B．灯光明暗变化快说明频差大、慢说明频差小。

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（3）合闸 调待并机的调速开关（即调油门），使灯光明暗变化慢（周期为3～5秒），灯光熄灭后（接近灯暗区中心）（ΔU为30%Ue灯灭），合闸并车。 （4）缺点 灯光明暗不能说明f2是快还是慢。 2．灯光旋转法（亮灯法）（1）电路

（2）性能

A．f2 ＞f 1：三灯熄灭的顺序为L1→L2→L3→L1， f2＜ f 1：三灯熄灭的顺序为L1→L3→L2→L1；

B．灯光明暗旋转快说明频差大、慢说明频差小，L1灯光明暗度说明相位差的大小。 （3）合闸

调待并机的调速开关：f2快减速、f2慢加速，使灯光旋转慢（周期为3～5秒），熄灭的顺序为L1→L2→L3→L1（快向、顺时针），接近L1灯熄灭区中心，合闸并车。 二．同步表法

1．并车操作（1）当同步表指针指快向、调待并机调速开关加速，当同步表指针指慢向、调调速开关减速。

（2）当指针指快向（顺时针）旋转，转速慢（周期为3～5秒），指针在红线前 10°～15°即11点钟位置（开关惯性）合闸，待并机牵入同步。 2．性能

（1）并车后同步表应断电（15分钟短时工作制）。 （2）接线要正确，转子应接电网AB相。

3．目前大多数船同时采用同步表法和灯光明暗法。 三．电抗器粗同步并车原理

1．特点：基本满足并车条件：调节待并机频率（条件同准同步），观测电压差别不大，不考虑相差（最好δ＜90°）。先在待并机和电网间接入一个电抗器（短时工作制、空心线圈），限制冲击电流（I=1.2～1.4Ie）和冲击转矩，牵入同步（电抗器不能太大：要有足够的环流），然后合闸、同时切断电抗器。 2．电路原理：（讲）设G1为运行机，G2为待并机。

按下SB2→KM2通电→辅触点闭→自锁 →限流 →主触点闭→G2与电网接电抗器LS→牵入同步 →KT2通电触点延时闭→KM4通电触点闭→DW2通电→a a→辅触点断→KM2、KT2、KM4断电触点复原

→主触点闭空气开关合闸（线圈通电合闸，断电无影响）

四．并车失败的原因：1）电网电压、频率波动太大；2）空载并车；3）并车操作不当；4）未能及时转移负载。 五．直流发电机并车

1．条件：电压相等（检测仪表仅电压表）、极性相同。

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2．并车：起动待并机→调励磁使电压稍高于电网（防逆电流失、反磁跳闸）→按下合闸按纽→增加并入机励磁减少运行机励磁转移负荷。

3．解列：增加留用机励磁，同时减少解列机励磁（两机的电动势一增地减）（只增或减一机励磁、负荷分配改变、电网电压增加或减少）到负荷电流为零、再按下脱扣按纽。

4．为保证负荷动态分配的均匀、及并联运行的稳定性，直流复励发电机必须设均压线（励磁部位）。（均压线见后） §4-9自动准同步并车原理（机动略） 一．自动准同步并车原理

1．性能：利用自动并车装置检测和调整待并发电机的电压、频率和相位，使之满足并车条件，向合闸机构发出信号，使主开关合闸。 2．基本功能

（1）能检测待并机电压和频差，并且能自动调节；

（2）有一个门电路，当满足合闸条件时发出合闸信号（不满足条件实现闭锁）； （3）能保证合闸提前时间等于主开关固有时间：使合闸瞬间电压、相位一致，达到准确同步目的。

3．组成：分合闸、调压和调频三部分。 二．自动整步器（略）。 §4-10船舶应急发电机组 一．应急电源

1．设应急电源的条件：客船及1000总吨或500吨以上货船。

2．作用：当主电源因故障不能继续正常供电时，立即向船舶一部分用以保证船舶安全的用电设备继续供电；其功率应充分供应上述设备的用电。

3．组成：急发电机组和应急配电板和应急蓄电池组及其充放板或之一。 大应急发电机（组），供电时间：（见书表、重点）国际航线的客船为36h. 小应急为蓄电池组，供电时间为30min.( 小应急在大应急有故障时或起动过程中投入，用来保证最必须的用电设备不致断电而设置) 4．应急电源供电范围

1）航行灯及国际海上避碰规则、所规定的其它各种信号灯；

2）白昼信号探照灯及无线电测向仪，无线电台（按国际航行要求）；

3)各通道、梯道出口处的应急照明，每个登艇处的应急照明，救生艇、筏、救生浮贮存处的照明。

4）机舱主机操纵台、锅炉水位表、气压表、总配电盘前、应急发电机室、舵机等处的照明；

5）驾驶室、海图室、无线电室、消防设备控制站的照明； 6）船员、旅客公共舱室的照明； 7）紧急集合报警装置； 8）电动应急消防泵； 9）固定式潜水舱底泵；

10）无线电设备和通用报警器； 11）舵机。

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二．应急发电机组 要求：（见书）

1．与主电源的联锁关系：主电源正常供电，应急电源不能投入；主电源失压，应急电源自动投入；小应急在大应急投入前投入（供无线电和应急照明），大应急投入后自动退出；主电源供电大应急立即退出。

2．应急配电盘由独立馈线经联络开关与主配电盘联接，应急电网平时由主配电盘供电。

3．主电网失电，主配电盘与应急配电盘联络开关自动断开（先），应急发电机应在30s内自动起动，主空气开关自动合闸（后）投入供电；主电网恢复供电，联络开关自动闭合。

三．应急发电机的自起动控制装置（略） §4-11船舶蓄电池装置

种类：酸性蓄电池：历史悠久、用途广泛、价格低廉、船上多用；

碱性蓄电池：工作电压平稳、可大电流放电、机械强度高、使用寿命长，但价格较高。

一．酸性蓄电池基本结构和工作原理

1．组成1）容器2）极板3）隔板（见书） 2．工作原理

正极 电解液 负极 正极 电解液 负极 二．碱性蓄电池

1．组成：容器、极板和活性物质等。

2．工作原理 （电解液为KOH、充放电比重不变）

负极 正极 负极 正极

3.每个蓄电池的电动势一般为1.25V，放电毕为1～1.2V，充电毕为1.4～1.8V。 三．蓄电池的容量

Q=It 单位：安时（Ah）

酸性蓄电池以10h为标准放电（例200Ah：20A、放电10h）； 碱性蓄电池以8h为标准放电。 四．充电

1．充电种类：1）初充电：新的和长期库存的蓄电池充电； 2）经常充电：正常充电； 3）过充电（见书：重点）：补充经常充电的不足（条件见书：重点）。

极板硫化 原因：长时间充电不足、过放电；措施：按时过充电、定期全容量放电。 2．充电方法：1）充放电制：恒流充电法（碱性常用），恒压充电法压，分段恒流充电法（酸性常用、可延长寿命）。

2）浮充电法：整流充电设备处于经常工作，电源、蓄电池、负载保持接通，一为蓄电池充电、另一为负载供电。 五．比重 充电毕比重（大）：1.275～1.300，极限电压2.4V（正常额定2V）

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放电毕比重：1.150～1.180，极限电压1.7V（约为90%额定电压） 电压：E=0.84+d（d为比重） 六．维护保养（重点见书）

1．酸性蓄电池液面下降的原因是产生气体和蒸发、应加蒸馏水。 2．保持铅蓄电池通气孔畅通和蓄电池室通风是防爆。

3．1h放电，酸性蓄电池不可，碱性蓄电池可以。后者过充电、过放电能力强。 4．未加LiOH的碱性蓄电池温度不得超过30℃。 §4-12船舶接用岸电装置 概述：1．接岸电的作用：当船舶靠岸特别修船时应接岸电，因岸电比船电便宜很多，同时可免去对发电机进行管理，便于发电机的维修、保养。

2．接岸电的要求：电制、额定电压及额定频率一致，与船舶电网相序一致（电动机反转等）且不能断相。

3．主发电机、应急发电机、岸电之间的联锁关系是：主发电机供电站时，如岸电送电，则主配电板自动跳闸；主发电机失电，应急发电机自动起动送电。配电板上主开关与岸电开关设有联锁保护环节。 一．相序指示器 1．电路

2．原理：上图在正常情况通过电路分析

U1=1.5Up U2=0.4Up （Up为相电压）

3．性质：白（绿）灯比红灯亮、为正序，可接岸电；红灯比白（绿）灯亮、为逆序，应将岸电任意两根接线对换。 二． 逆（负）序继电器

1．作用：在逆序或断相时，接岸电的自动开关不能合闸。 2．原理：（讲）1）正序时：Umn=0KA→线圈无电触点断→KT断电触点闭→U＜（DW失压脱扣器）有电→DW可合闸

2）逆序时：Umn≠0→KA线圈通电触点闭→KT通电触点延时断→U＜失电→DW不能合闸

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7. 6 7.7 船舶同步发电机的自动调节装置

教学目的：使学生熟悉调压器的类型、可控硅及可控相复励恒压的原理和性能、无刷发电机的特号；掌握不可控相复励恒压装置的原理、性能及调节；掌握并联运行无功功率和有功功率的调节及性能；了解自动调频调载和自动分级卸载的原理和性能、掌握其使用。 重点：不可控相复励恒压装置的原理、性能及调节；并联运行无功功率和有功功率的调节及性能。 难点：不可控相复励恒压装置的原理；并联运行无功功率和有功功率的性能。 计划课时：12节左右。 §5-1同步发电机电压的自动调节

保证供电品质的两个重要指标是：电压和频率恒定。 一．自动调压装置的功能

功能：均匀分配无功功率和自励起压。

作用：发电机起动后转速接近额定转速时，能建立额定空载电压；当负载大小和负载性质变化时，能自动保持电压基本恒定。

品质要求：静态和动态指标（见下）均满足《海船规范》要求。

1．自励起压：同步发电机转子励磁电流，是由三相输出电压经整流而形成，这就是自励；起励电流在二极管死区电压内不能导通，故转子要有剩磁外，还要有起压措施。

2．静态电压调整率（见书讲）

要求：主发电机：±2.5%以内；应急发电机：±3.5%以内。 3．动态电压调整率（见书讲）

要求：突加（减）50%Ie cos?＜0.4 调整率±2.5%以内 Δt＜1.5s。 4．强行励磁

负载突变或短路故障消除后电压可迅速恢复。 5．合理分配发电机的无功功率 要求：（见书讲）P=20～100%Pe时，Q按比例分配，ΔQ ＜|10%|Qmax。 二．自动调压装置分类

1．按直流励磁电流获得方式分阶段

1）直流励磁机他励方式 同轴直流励磁机有电刷和换向器、不宜在船上使用。 2）静止自励方式 经整流供转子励磁、主要使用方法。 3）交流励磁机他励方式 无电刷、滑环、发展方向。 2．按照自动调压的作用原理分

1）按电压偏差调节：静态性能好； 2）按负载扰动调节：动态性能好。 3）复合调节：静、动态性能都较好。 3．按照励磁装置的组成元件分 相复励（最多）、三次谐波、晶闸管等。 §5-2不可控相复励恒压原理 一．相复励自励恒压装置

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1．同时按负载电流和负载功率因数进行调节，前者为复励补偿、后者为相位补偿，合称相复励。

2．动态性能好、有好的强励能力

3．分电流叠加、电磁叠加、电势叠加三种。 二．电流叠加相复励自励恒压装置 1．电路（见书） 单相电路见下：

由电流互感器、电抗器（主要作用移相）、三相桥式整流器及并联的R与C或硒堆（过压保护）、电容（作用起压）和励磁绕组等组成。

2．基本原理

4．性能1）Iv的相量为励磁电流的空载分量，其作用是决定发电机输出电压的大小；空载电压偏低、说明Iv分量偏小。

2）Ii的相量为励磁电流的复励分量，其作用是产生电流补偿和电压补偿；接负载后电压偏低、说明Ii分量偏小。

3）Iv分量适当，Ii分量太强、发电机外特性上翘；Ii分量太弱、发电机外特性严重下斜。

三．电磁叠加的相复励自励恒压装置 1．特点：动态性能更好。

2．组成：同上、增加了一个三绕组变压器（N1、N2、N3为电压、输出、电流绕组）。 3．原理：?f≈（N1/N2）?v+（N3/N2）? i

四．交流侧电势叠加的相复励自励恒压装置（见书） 五．相复励装置的起压和参数调整 1．起压

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初始空载电压小、整流二极管不能导通、利用电容（与整流桥交流侧三角形连接）和移相电抗器串联谐振产生大电流起压。 2．参数调整

1）调空载电压↑

电流叠加：增加移相电抗器（三相铁心线圈）气隙或减少其线圈匝数； 2δ↑→μ↓→L↓=(μSN)/l→Xl↓→Iv↑→E↑ 或：N↓→L↓→E↑

电磁叠加：增加电压绕组的匝数 N1↑→E1（U1）↑=444fN1Ф→Iu↑→Il↑→E↑ 2）调负载电压↑

电流叠加：减少电流互感器二次绕组匝数Ni2↓→Ii↑(电流比与匝数成反比)→Il↑→U↑

电磁叠加：增加电流绕组的匝数 ?f↑≈（N1/N2）?v+（N3↑/N2）? i §5-3晶闸管（可控硅）自动励磁装置 特点：属按电压偏差调节、静态性能好。 一．测量比较电路（见书讲） 1．测量电路（见书）

将发电机端电压测量后整流为直流。 3．比较电路（见书画）

1) Uin＜Uz：Uout＝Uin （Dz相当于开路）→起励 2）Uin＞Uz： Uout＝2Uz－Uin

∵UR＝Uin－Uz ∴Uout＝Uz－UR＝Uz-（Uin－Uz）＝2Uz－Uin Uout↑→Uin↓→（负反馈）稳压 二．移相触发电路

根据Uout大小和正负、控制可控硅的导通角（控制角）。 三．可控整流主电路 利用可控整流作励磁。 四．保护和起励电路

采用阻容保护，使晶闸管不因过压、过流损坏； 采用人工触发起励（书图），因剩磁电压其脉冲不能使晶闸管导通。 §5-4可控相复励恒压原理

性质：根据电压偏差和负载电流综合调节；在相复励的基础上加一个按电压偏差调节的装置。

一．变压器式（书图）

反应电压偏差的AVR（自动电压调节器）控制变压器铁芯饱和程度恒压。 二．移相电抗器式（书图）

AVR控制移相电抗器饱和程度恒压：

UO↑→UAVR↓→I↓→电抗器x饱和程度↓→XL↑→IV↓→IF↓→IL↓→UO↓ 三．四．五．（见书）

§5-5无刷同步发电机励磁恒压系统（属于他励） 一．结构及特点

1．励磁机电枢EX（转子）与发电机G励磁Nf（转子）同轴，励磁机电枢电流经整

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船舶电气教案

流后作发电机励磁；

2．励磁机励磁绕组F1、F2的电流决定于G输出的电流、电压；

3．无刷同步发电机的关健问题是由于具有旋转硅整流器，从而去掉了滑环和炭刷。 二．恒压原理

EX的励磁电流由相复励和AVR两部分构成，EX输出电流经整流后作为G的励磁，G的电压为综合调节。

三．无功功率的自动调整（略）

§5-6并联运行同步发电机无功自动分配 一．无功功率分配的基本原理

1．调发电机励磁电流，即调无功功率（也调电压）（直流发电机调励磁电流，即调有功功率）。有恒压装置、当电网功率因数降低时，只使发电机容量不能充分利用、线路功率因数降低。

2．QF（发电机总无功功率）=QL（负载） 并车时：调励磁电流使Q运↓、Q并↑ → Q运+Q并=QL Q运=Q并（或按比例分配）解例相反。

容量相同的两机并联，电流表读数相同、功率因数表读数不同，则有功和无功分配都不均。

3．调压特性（书图）

1）一般为有差特性、两台机特性很难一致；

2）负载变化，通过调励磁、使电压稳定但略有变化，出现无功分配不均； 3）电压下降，斜率大的无功分配少，斜率小的无功分配多（电压升高相反）。 二．均压连接

作用：实现无功功率的自动调节，适用于相复励的发电机。

1．直流均压线：并联运行发电机励磁绕组用两根均压线并接；使发电机励磁电流随无功负载变化而相应变化，保证无功分配均匀；适用于容量相同、同型号的发电机、并车冲击电流小。

2．交流均压线：并联运行发电机电压调整器的移相电抗器并联连接；直流均压电流小、更适用于容量不相的发电机、并车冲击电流大。

3．要求：均压电路连接要可靠，均压线电阻要小；视并联运行发电机容量设置不同的均压线。

三．调差装置（见书）

适用于按电压偏差调节的可控恒压装置。 §5-7调速特性与并联有功分配 要求：（见书讲）P=20～100%Pe时， P均匀分配（P相等）： ΔP ＜|10%|P （P1=P2=?=P） 或按比例分配：ΔP＜|10%|Pmax ΔP＜|20%|Pmin 一．调速器及其调速特性 1．调速器（见辅机）：发电机原动机调速器伺服电动机的控制开关（或手柄）（装在发电机控制屏上），标有“快”（正转）、“慢”（反转）；“快”对应调节调速器的弹簧预紧力增加、柴油机油门开度增大。 2．调速特性f(n)=f(P):分有差（主要）、无差（很少）；（见下）

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人为调节弹簧预紧力增加、可使调速特性上移a→b，相反成立；工作点从m→n时，弹簧预紧力不变、柴油机油门开度增大。（见下）

3．性能：1）两机调速特性均为有差特性，当电网负荷变化时，能自动地、稳定地（按比例）分配有功功率，两机能稳定的并联运行； 2）调速特性均为无差特性不能并联运行；

3）一台有差特性与一台无差特性并联运行，当电网负荷变化时，总功率的变化量全部由无差特性发电机承担（不能均匀的分配有功功率），有差特性发电机承担有功功率不变。

4．要求：调速器的调差率既特性曲线的下降率为3～5%；有功分配偏差为额定有功的±10%以内。

二．发电机并联运行的有功功率分配

1．并联均功，运行时频率偏低，应同时调两机调速开关指“快”，偏高相反。 2．无差特性因负载变化、频率不变，它与有差特性无交点（运行点），不能并联。 3．两台有差特性不一致时并联（见图）

原来均功两机负载变化后，两机承担有功功率不一致。 例如：P1=P2 （均功）→P↑（投入大负荷如起货机）→f(n)↓→P2 (K小)＞P1 (K大)（同时两机的功率都增加）（切除大负荷相反）。一台应减油门、另一台应加油门（见图），使两机承担功率一致。即调两机调速器进行有功的分配和转移。 三．有功功率的转移操作

分A机运行、B机并入，AB机运行、B机退出（下图图为重点）；又分功率相等，功率不等共四种情况。

例：A机运行、B机并入，AB机功率相等（其余类似）。 调A机调速开关减速（即减油门、弹簧预紧力松），同时B机调速开关加速；观看频率不变、如频率减少只调B机调速开关加速，频率增加只调A机调速开关减速；调节到：PA↓=P →PA′=（1/2）P；PB↑=0→PB′=（1/2）P

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性能：如均功的两机A机转移负荷到B机，只调A机调速开关减速→电网频率减少；只调B机调速开关加速→电网频率增加。 四．解列并入电网运行的发电机操作步骤 转移负载→拉闸→停原动机 §5-8自动调频调载原理（见书）

1．定义：在发电机并联运行时协助原动机调速器对电网电压的频率和有功功率进行调整的装置。

2．作用：保证电网电压的频率恒定；按并联运行机组的容量比例进行负荷分配；接到解列指令、自动转移负荷（不能根据电网负荷的大小自动调整发电机的台数）。 3．特点：只能在发电机并联运行时投入工作。 §5-9自动分级卸载及自动增减机组 一．自动分级卸载装置

作用：根据过载电流的大小和负载的重要性，按一定的时间间隙、分级切除次要负载，使发电机退出过载状态；保证发电机正常工作和主要负载连续供电；同时还可进行短路、过载和欠压保护。 ZFX—1原理（见书讲）

1．检测电流：三相电流→信号变换→电流检测→信号 2．分级卸载（重点见前）

1）I≥110%IN 延时5～8s 第一级卸载跳闸 2）仍I≥110%IN 延时8～17s 第二级卸载跳闸 3．短路和持续过载保护

1）电路短路，不经电流检测产生信号，使发电机主开关瞬时跳闸； 2）两级卸载后仍过载，根据反时限原则、使主开关跳闸。 4．欠压保护（重点见前）

U＜50～60%UN 、延时1～3s，电压检测产生信号、主开关跳闸。 二．自动增减运行机组原理（略）

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船舶电气教案

船舶电网

教学目的：使学生了解船舶电网的分类和性能；掌握船舶电缆的类型和选择；掌握船舶电网的保护及特点、地气灯的原理。 重点：船舶电缆的类型和选择；船舶电网的保护及特点、地气灯的原理。 难点：船舶电缆的选择；地气灯的原理。 计划课时：5节左右。 §6-1船舶电网的线制和分类 概述（讲）：一次网络：主配电板——负载（分配电板） 二次网络：分配电板——负载 一．船舶电网的分类（讲）

1．主电网：主电源经主配电板供电的电网

2．应急电网：应急电源经应急配电板供电的电网 3．小急电网：蓄电池供电的电网

4．弱电电网：通讯、导航和报警等的电网 二．船舶电网的结线方式（讲） 1．结线方式

1）枝状结线：配电网络象树枝；线路短、开关少、可靠性差；民用船用。

2）环形结线：主馈电线为环形闭合回路；可靠性较高、损耗小、但造价高、维修保养复杂；客船和军舰用。 2．重要负载的供电方式

1）由主配电板直接供电：部分重要负载和大容量负载（负载见书、见前P19、P20）；提高重要负载的供电可靠性。

2）由两路馈电线供电：特别重要的负载（如舵机、航行灯控制箱等、见前）； 3）采用自动分级卸载装置：次要负载； 4）采用分段汇流排供电（见书图）：由两个独立汇流排供电、重要负载（如主机的两台冷却水泵）。

3．主电网与应急电网的连接方式

1）两路供电：正常由主配电板供电、应急由应急配电板供电，浪费电缆。 2）一路供电（常用）：正常由主配电板经应急配电板供电、应急直接由应急配电板供电，可节省电缆。 三．船舶电网的线制

1．三相绝缘系统（见书图）

船上主要采用；线地无电压（较安全）；无相电压（需专门的照明变压器）。 2．中性点接地的三相四线系统（见书）

陆上主要采用；有线、相电压分别供动力、照明；但不安全（线地有电压）。 3．中性点接地的三联单线系统（见书）

用船体作零线、节省电缆，很不安全、极少用。 §6-2船舶电缆

船舶电网绝大部分用电缆（可靠、安全）；按用途分通用（又分动力、控制）电缆，电信（射频）电缆（内有网状屏蔽层）；按所用绝缘材料分橡皮电缆和塑料电

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缆。

一．船用电缆的构造和性能（1、2、3讲） 1．导电线芯：多采用铜绞线（有7、19线），分单芯、双芯、三芯、四芯（船上少）。 2．电气绝缘层：分线芯和电缆外层绝缘。

3．防护套：分内护层、防腐蚀为主，由橡胶、塑料等构成；铠装即外护层、防机械损伤，分铜丝、钢丝等。

4．绝缘材料和防护套都应是阻燃性的。 二．船用电缆牌号的选择（见书讲）

电缆芯线截面通常是根据电缆的实际（即计算）负荷电流来选择，但该电流应小于电缆的最大安全（或允许）载流量；连续运行的电动机计算电流为额定电流。 直流均压和工作接地电缆芯线截面分别不小于和等于５０％主电缆芯线截面（后者大于１.５平方毫米）。 三．电缆的敷设（见书讲） §6-3船舶电网的保护

保护种类：短路、过载、单相接地或绝缘下降、接岸电时逆序及断相（无失压）。 一．船舶电网的短路保护

1．动作值的整流原则（按选择性、两原则不可同时用）

1）时间原则：靠电源侧动作整定时间长，靠负载侧短，且逐级缩短； 2）电流原则：靠电源侧动作整定电流大，靠负载侧小，且逐级缩小； 3）动力不超过4级，照明不超过5级。 2．保护装置

主要采用万能式DW（总开关）、装置式DZ（分路开关）和熔断器；自动开关靠电磁式瞬时或短延脱扣器。万能式具有非常可靠的按时间原则的保护选择性，装置式具有按电流原则选择保护的功能。 二．过载保护：不单独设

1）主发电机——主配电板：共用主发电机过载保护装置；

2）主配电板——分配电板：电缆按总电流选，同时多路过载可能性极小，不设过载保护。

3）分配电箱——电器：电缆由负载过载保护完成。 4）舵机本身和线路均不设置过载保护装置。 三．单相接地及绝缘监测 1．单相接地

1）危害：一相接地、另一相与地电压为线电压（自动开关跳闸）；或另一相再接地形成短路。

2）交流（直流见书）绝缘指示灯（地气灯） 作用：监视电网的绝缘（接地）。

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船舶电气教案

原理：正常L1、L2、L3灯一样亮；当C相接地、无或很小接地电阻，L3灯灭，L1、L2灯亮度增加；当C相接地有接地电阻，L3灯变暗，L1、L2灯亮度增加。 直流绝缘指示灯一灯灭、一灯亮度增加，说明正负电缆有一个接地。 2．绝缘监测：在三相电源与船壳之间接入三相兆欧表（非摇表） 1）结构、原理（见书）

属于带电测量的仪表，表头结构与直流电流表头结构一样。 2）要求：船舶电网绝缘电阻大于2兆欧。

3）配电板上同时装有绝缘指示灯监视电网的接地、装有兆欧表检测电网的绝缘。

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第八章 船舶照明系统

教学目的：使学生熟悉船舶常用灯具的分类和用途；掌握船舶照明系统的分类和用途；掌握常用电光源的发光原理。 重点：掌握船舶照明系统的分类和用途。 难点：日光灯原理和双联开关线路。 计划课时：4节左右。 §7-1照明的基本概念（略） §7-2船舶照明电光源

按光源种类分有白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、汞氙灯；按发光原理分为热辐射型、气体放电型。

一．热辐射光源（主要有白炽灯、碘钨灯、溴钨灯） 1．白炽灯

1）利用钨丝通电集中发热而发光。

2）简单、可调光，但寿命短、光效低。 2．卤（碘）钨灯（讲）

1）有钨丝的管内充入少量的惰性气体（氩），放置少量的碘（溴）；

2）钨丝发热蒸发、与碘化合成碘化钨，回到灯丝上分解钨和碘、钨附着在钨丝上，如此在钨丝上，如此循环。

3）灯丝不变、灯管不变黑（钨附着），体积小、光效高、寿命长、光衰减小；应水平安装、倾斜度不超过7°。

二．气体放电灯[主要有荧（日）光灯、高压汞（水银）灯、汞氙灯] 1．荧（日）光灯

1）组成：灯管（内壁涂有荧光粉，管内充氩气、放置少量水银，两端灯丝涂有易发射电子的物质）、镇流器和启辉器（见下图）等。 2）电路（见下图）：

3）原理：

A．合上开关，启辉器内管氖气辉光放电产生热量、倒U型双金属片弯曲与固定极接触，灯丝通电发射电子；

B．启辉器S两电极冷却复原断开，镇流器L产生很高的自感电势加在灯管两端，氩气电离产生热量使水银蒸发；

C．水银在灯丝高压电子的撞击下电离、发出紫外线激励荧光粉发出日光。 D．S的作用：和L配合启辉（内部氖灯并小电容作用是防干扰）；L作用：除启辉（产生高压）外、还有运行限流（稳压）。电子镇流器启动时产生高频脉冲电压，不需要启辉器。

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4）特点：寿命长、光效高、光色好。 2．高压汞（水银）灯（讲）（书图为外镇式、还有自镇式） 1）结构：石英内管有二个主电极、一个辅电极（接电阻），内充氩气和放有少量汞；外管充氩气、内臂涂有荧光粉。

2）通电时、主（1）辅电极近首先放电，内管温度增加、水银蒸发电离，辅电极接很大电阻、放电变为主（1）主（2）电极弧光放电，水银电离、发出紫外线、激励荧光粉发出荧光，故其具有弧光和荧光。L的作用为限流。 3）特点：光色好、光效高、寿命长（自镇式除外），但受电压影响大（ΔU<5%Ue灯灭）、重新点燃时间长（5～10 min）。 3.高压钠灯（讲）

高压触发脉冲、使钠（为主）、汞蒸气和氙气弧光放电发光。 4.金属卤化物灯（讲）

利用金属卤化物电离放电，需触发器和镇流器。 5.氙灯和汞氙灯

触发电路产生高电压，使高气压的（汞）氙气弧光放电发出强光；石英玻璃管必须保持清洁，若用手摸过，须用洒精或蒸馏水洗净，否则油迹在紫外线的作用下，玻璃失去透明或损坏。 §7-3船舶照明器 一．按环境分（见书）：保护型、防水型和防爆型。

受水、汽侵害的舱室和处所，依被侵害程度使用不同防护等级的防水型灯具。 二．按用途分：普通照明灯、大面积投光灯、手提行灯和探照灯。 §7-4船舶航行信号灯 一．航行信号灯

1. （见书表）船舶航行信号灯为：前/后桅灯、左/右舷灯、尾灯。

2．闪光灯用于发出船舶过狭窄航道、正处于转弯或后退状态的警示信号。 3．远洋船舶上的苏伊士运河灯，其灯内有两个独立光源，转换使用。 二．航行灯和信号灯的控制（见书） §7-5船舶照明配电系统 一．照明系统的供电和控制

船舶照明系统按功能分：正常照明、应急照明和航行信号灯三种基本系统。 1．正常照明系统1）基本特点：对工作面提供适当照度、创造良好的视觉环境。 2）从照明分配电相引出的每一独立分支线路，最大负荷电流有限制、为10～15A，灯点数也有限制、有利于缩小故障面。

3）船员居住舱室和一些通道、机械舱室、公共舱室和客舱等照明，每一处或舱室至少由两个独立分支电路供电，增加照明的可靠性。

4）超过16A的单个照明器，一般采用专用分配电箱或专用供电支路供电。 5）防火要求高的舱室，照明线路切断开关应安装在室外、且锁定在分断。 2．应急照明系统（见书）：设有大、小应急照明的船舶，大应急照明是正常照明的一部分；临时（小）应急照明，仅在充放电板设置总的自动开关。临时（小）应急照明和航行信号灯只能采用白炽灯。 二．照明线路的保护（见书）

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船舶正常照明系统，各支路熔断器集中在分电箱内，实现短路保护。 三．照明系统的维护

查照明线路故障，采用“试灯”（多数）或万用表电压挡，用“交叉法”检测，不能用试电表（中性点不接地）检测。下图（重点）为照明分电箱检查FU2是否熔断的正确方法。

四．采用两个双联开关、两地控一灯接线（上图重点）的关键是：一个开关的公共点接电源、另一个开关的公共点接负载，而其它两点随意相连。

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电工仪表（选讲）（第九章 报警系统）

教学目的：使学生了解电工仪表的类型、原理和使用；掌握常用传感器的类型和性能；熟悉单元组合和火警报警系统的组成、功能和原理。 重点：常用传感器的性能；单元组合和火警报警系统的功能。 难点：熟悉单元组合和火警报警系统的原理。 计划课时：5节左右。 §8-1电工仪表类型（表头）(讲)

一．磁电式：通电线圈在磁铁中受电磁力转动，游丝转紧产生反力，两力平衡的转角反应电流，阻尼克服振动。用于测直流电流、电压，刻度均匀、准确度高。 二．磁电式：线圈通电使动、静铁芯同时磁化产生反力，使指针转动与游丝反力平衡。用于测交流电流、电压，刻度不均匀、准确度低。

三．电动式：固定线圈通电产生磁场，可动线圈通电受力转动。主要用于测交、直流功率。

§8-2电流和电压的测量 一．电流

1．仪表串联在电路中（并表头电阻小、可能烧坏），测直流要注意极性一致。 2．直流用并联分流器（小电阻）扩大量程，交流还可用互感器扩大量程。 二．电压

1．仪表并联在电路中，测直流要注意极性一致。

2．直流用并联倍压（大）电阻扩大量程，交流还可用互感器扩大量程。 三．互感器

1．电流互感器二次侧电流为5A，电压互感器二次侧电压为100V； 2．电流互感器二次侧不得开路，电压互感器二次侧电压不得短路； 3．互感器二次侧应接地。 §8-3功率的测量

一．单相：功率表电流线圈串联在电路中，电压线圈并联在电路中（接线见书）。 二．三相：

1．三相四线：平衡：P=3P（电压线圈接相—零）不平衡：P=PA+PB+PC 2．三相三线：两表法（见书）P=P1+P2

或P=|P1-P2|（当一表反转时将电流或电压线圈反接） §8-4兆欧表（摇表） 一．结构原理（讲）

手摇发电机产生的直流电，分别通过同一轴上垂直的两个线圈、一个线圈串接被测电阻，两线圈电流不同、在开口永磁铁芯中不同位置产生作用力平衡，线圈带动的指针位置反应被测电阻。用于测绝缘电阻。（欧姆表为磁电系表头加电池、电流反应电阻） 二．使用

1．选择 测低压500V或1000V，高压用1000V或2500V 2．使用（见书讲）

检查船舶电力电缆绝缘电阻的方法是将被检测电缆的电源和负载都断开，用500V

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摇表检查电缆芯线间和芯线对地的绝缘电阻；后者对地短路时摇表读数为“0” 补充：报警系统

一．单元组合式报警系统

1．组成：工况参数检测装置、中央报警控制单元、报警器，无人机仓还有延伸报警单元。

2．原理：中央报警控制单元根据工况参数检测装置的数据或信号，经延时确认为持续越限或故障时发出报警信号。 3．分类：1）按工作方式分：

A．连续监视报警系统，又分监视和监测，检测开关量、二位信号和越限模拟量，后者还检测实际模拟量值；

B．巡回监测报警系统，有逐点巡回检测的优点。 2）按处理二位信号电器分：有触点型和无触点型。

4．功能：1）功能有：声、光报警和声、光应答；连续报警；延伸报警和重复报警；故障自检、试验自检；非运行机组的报警信号自动闭锁。

2）快闪报警流程：持续故障→按“声应答”消声→按“光应答” →平光（到故障排除）。（声应答先、光应答后，两者联锁）（光应答：故障报警→闪亮，故障记忆→平光即常亮，故障消失或正常→熄灭）

3）慢闪报警流程：故障自行消失，应按“声应答”消声和“光应答”，若在“光应答” 前自行消失报警灯由快闪变慢闪。

4）连续报警：故障消声后，出现产生新故障，重新出现吼鸣和闪光。

5）延伸报警和重复报警：无人机舱故障，延伸至驾驶室、轮机员室和餐厅报警，只有声应答，机舱延时3分钟内无人光应答则重复报警。

6）闭锁控制：为避免错误连续报警，分组闭锁不运行设备的参数检测。

5．要求：为防止由于干扰或故障引起误报警或不必要的报警，通常采用分时来确定报警。

6．实验：按“实验”按纽，完毕报警指示灯不改变原状。 二．传感器（发送器）

1．机舱常用报警传感器、按检测参数分为：温度、压力、液位、粘度、烟雾、二氧化碳、火警、位移等。

2．机舱常用的温度传感器有：热电偶、热敏电阻、温敏二极管、感温包等。动力装置常用传感器除前两种外还有：铜热电阻、铂热电阻。

1）热电偶：基于热电势原理（不同金属导体结点置于热端，冷端产生不同电势）；简单、可靠、精度高，适用于远距离传送温度信号，常用来检测船舶动力装置箱体内、管路内的高温气体、蒸汽或液体介质的温度。

2）热敏电阻：半导体元件；体积小、感温灵敏度高，可置入狭窄的空隙、腔体、内孔，船上用于轴承、热保护报警、火警测温。

3）铜热电阻：基于阻温关系原理；测高温易氧化，用于监测冷却系统温度（40～60℃内）。 4）铂热电阻：原理同上；稳定性好、准确度高，国际温标规定在－259.34～630.74℃内作标准温度监测仪器。

3．压力传感器按原理分：电位器式、应变式、电感式、电容式（四种属弹性）、压

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电式等；机舱常用的压力传感器有：弹簧管或片、波纹管、膜片、膜盒、应变片等。 1）作用：检测压力信号，并将其转换成电信号输出。

2）压电式用于检测气缸爆发压力或喷油嘴压力；弹簧管和波纹管用于检测气、液压；波纹管还用于检测温度。

4．机舱常用的液位传感器有：浮子式、静电式、电极棒式、电容式、超声波等。 5．测主机转速常用非数字转速传感器为测速发动机式；测辅机转速常用非接触转速传感器为磁电脉冲式；转速传感器还有光电式、离心式。 三．火警（消防）报警系统 1．火警探测器

1）船用种类、原理

感温式：利用火灾前兆的温度效应探测火警； 感烟式：利用火灾前兆的烟气浓度探测火警；

感光式：根据火焰光谱特性、光照强度和闪烁特性检测火灾。 2）感温式分类、性能

定温式：温度超过限定值发出信号。

差温式：温升变化率超过限定值发出信号；利用空气热膨胀推动弹金属波纹膜片接通触点。

差定温式：两者超限；设定值为：5.5℃/min、70℃。 3）感烟式分类

离子感烟式：利用烟气粒子吸附被放射线的导电离子的多少检测烟气浓度； 光电感烟式：干货舱自动探火和报警系统采用。 2．报警系统

1．原理：用来检测烟雾浓度的装在各舱室的同类传感器，有超标时发出开关信号，通过或门电路发出声光报警。消防电铃等设在驾驶台，船员、旅客居室通道上。消防报警监视装置设在驾驶室，值班驾驶员听到警铃查看火警区域，（通过信号灯）关闭该区域通风机。

2．失火自动报警：发出火警声（间断警铃）、光（红色闪光）报警；按下消声按纽、火警灯仍亮（正常灯灭、故障发生灯闪、故障存在灯亮）。 3．手动（玻璃）报警按纽（器）：相当于自动火警探测器的常开触点，人发现火警使用按纽，小锤击碎按纽盒的玻璃，按纽灯亮接通触点，报警信号发到报警指示器；消防通道边装有多个，原始安装与触点状态为并联/断开。 4．监测探测器：每一火警分路只一个（火警探测器多个），可同时探测火警和检测断线报警（蜂鸣声/黄光），装在终端；同时有火灾和断线，火灾优先报警；不能检测断线处最后的火警探测器与监测探测器对换。

5．气体探测器：装于危险处所空间底部，使较重的可燃气体扩散进入探头。

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第十章 船舶电气安全和安全用电

教学目的：使学生掌握电气设备的船用条件；理解接地、接零、额定值、绝缘的意义和要求；掌握绝缘材料的类型和安全用电的基本知识。 重点：电气设备的船用条件和安全用电的基本知识。 难点：接地、接零、额定值、绝缘的意义。 计划课时：4节左右。 §9-1船舶电气设备

船上电气设备必须符合的船用环境技术条件 1．适用振动和冲击的条件（见书） 2．适用倾斜和摇摆的条件（见书）

一般电器：横倾、横摇22.5°，纵倾、纵摇10°。电机应直立或首尾向卧式安装。

3．适用环境温度的条件（见书）

无限航区电气设备空气温度：封闭处所内：0～45℃ 开敞甲板：-25～45℃ 4．适用潮湿、盐雾、油雾和霉菌的环境条件（见书） 1）对电气设备最突出、最广泛的影响是绝缘性能下降。

2）电气设备没有船用产品，采用经防湿热、防盐雾、防霉菌处理的陆用产品，须有关船级社认可。

3）绝缘材料（电机中最薄弱、决定使用寿命的材料）

1）电气设备额定值：规定工作条件下，保证正常运行所容许使用的电压、电流、功率、频率、温升等；最基本的额定值是电压和电流；额定电流决定于绝缘材料最高允许温度，热损坏是超额定电流； 2）绝缘等级（标在电机等铭牌上）：依据最高允许温度（非电机外壳温度）分的耐热等级。耐热等级（重点见书表）：Y、A、E、B、F、C、H ；对应极限温度为（℃）：90、105、120、130、155、180、>180 ；船用电机大多为E、B、F（120～155℃）。3）Y级材料：未浸渍的棉纱、丝、纸及其组合物，经高强绝缘漆或环氧树脂处理后绝缘等级可提高；E级材料：高强绝缘漆、环氧树脂、合成有机薄膜、青壳纸等。 4）各种工作制电机的正确使用：不超过绝缘材料最高允许温度。 5．适用船舶电网电压和频率的变化（见书表）

重点：一般设备稳态电压变化率为-6%～+10%，频率稳态变化率为±5%（50Hz为47.5～52.5 Hz）。（比较调压器） 6．防护要求（见书表）

标志“Ipxx”第一位数字x表示防固体侵入等级，第二位数字x表示防水液侵入等级。

§9-2油轮电气系统

一．危险区的安全（略）

发生燃烧和爆炸必须具备的条件是：可燃气体、空气（或氧气）、火源（或危险温度）。

二．油轮电气系统

1．油轮配电系统 1）对油轮配电系统的要求（见书讲）必须是对地绝缘的系统。 2）对电缆类型和安装的要求（见书讲）

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2．危险区的电气设备 电气设备设置和安装的基本规定（见书讲）

本质安全型电路或电气设备：正常或故障下产生的电火花不足以点燃可燃物；用于监视、测量油船货油舱中油温、油位、氧气浓度等。 三．重要概念

1．油船在卸油、排压载水和洗舱前应向舱内充入惰性气体。

2．在引起爆炸或可能引起爆炸的区域和处所，必须安装防爆型和本质安全型的电气设备，电气设备的控制开关和保护装置都应设在安全区（室外）。 §9-3安全用电 一．基本知识 1．触电原因 电击：电流流过人体而使内部器官受伤的现象（如痉挛：破坏神经系统）（最危险）。 电伤：人体外部受电弧等烧伤（含皮肤金属化）。 2．人体触电电流及安全电压

1）触电对人体的伤害决定于下列五个因素

触电电流的大小、时间、部位频率和触电者健康状况；

2）人体电阻 皮质40～100KΩ，体内600～800Ω，汗、伤1KΩ。 3）危险电流（50Hz）

1mA感觉、10～30mA不能摆脱、50mA有生命危险、﹥100mA致死。 4）安全电压

等级：特别危险（潮湿、有腐蚀性蒸汽或游离物）的建筑物：12V、高度危险（潮湿、有导电粉沫、炎热高温、金属品不多）的建筑物：潮湿：36V、没有高度危险（干燥）的建筑物： 65V。

人可接触的安全电压：人体大部浸于水中：小于2.5V；淋湿或接触金属外壳：小于25V；最高限值：小于50V。 手提行灯电源电压：36V。 2．触电急救注意事项（见书）

人触电不能摆脱，他人不能直接用手等救助。

无呼吸：人工呼吸；无心跳：心脏按摩；无呼吸和心跳：上述两者。 二．触电安全防护措施 1．预防触电措施（见书） 2．安全保护措施

1）工作接地：将电力系统的中性点与地连接叫工作接地。

甲板上的斜拉索具、活动吊杆、金属舱口盖和输油管接地为消除静电。

2） 保护接地：为防止因绝缘损坏而遭受触电的危险，将与电气设备带电部分绝缘 的金属外壳或构架同地连接叫保护接地。适应于中性点不接地的三相绝缘系统（船上主要采用）。

该系统三相电机单相碰壳接地，电机的运行几乎不受影响；摇测三相绕组对地绝缘，不必断开三相绕组，只需在接线盒中分别检测三绕组接线端对地绝缘。

3） 保护接零：为防止因绝缘损坏而遭受触电的危险，将与电气设备带电部分绝缘 的金属外壳或构架与零线连接叫保护接零。适应于中性点接地的三相四线系统（陆上主要采用）。

4）中性点接地的三相三线系统，保护接地就是保护接零，但两种保护方式不同。

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