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,第1章第2页,课程内容,本课程主要以船舶电气设备为控制对象，介绍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 2010 2，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 异步电动机降压启动 第5周 试验二 船舶交流三速起货
2、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：,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,电动机,控制系统,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：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和接触器，因而称为继电接触器控制系统,由控制电器组成的系统称为
3、电器控制系统,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： 电力拖动系统运行的基本概念 三相异步电动机的起动、制动与调速 直流电动机的起动、制动与调速,第1章第10页,电力拖动系统运行的基本概念,生产机械,M,单轴系统,电动机驱动生产机械：连接方式,联轴器,第1章第11页,电力拖动系统运行的基本概念,生产机械,M,驱动转矩,负载转矩,T,TL,n,电动机的机械特性 n=f（T）,负载转矩特性 n=f（TL）,第1
4、章第12页,电力拖动系统运行的基本概念,生产机械,M,T,TL,n,运动方程：,第1章第13页,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,第1章第14页,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： 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
5、器、主令开关、熔断器等,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 )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,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,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,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
6、电子流-电弧,电弧对触头有损伤作用,第1章第22页,电弧的熄灭 ：,降温，增加去游离作用-灭弧装置,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,第1章第27页,电磁机构的吸力特性、电流特性,电磁吸力：,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）
7、,Rm -磁阻 IW -磁势 -气隙 -磁通,1,第1章第29页,交流电磁机构,线圈通交流-恒磁链,W -磁链,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,Fr,d,d0,触头弹簧预紧力,释放弹簧预紧力,d1,第1章第32页,吸合与释放,交流机构,Fr,d,d0,d1,U1,U2,UU1 吸合 UU2 释放,II1 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
8、吸力有波动！,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！,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,接触器的额定电流：直流：25A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A交流：10A、20A、40A、60A、100A、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
9、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,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，可以控制多个电气回路通断的主令开关,(a)外形图； (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,应用,第
10、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,（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,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
11、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 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：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：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,第1章第49页,电磁式继电器的符号,第1章第50页,2 时间继电器,具有接受信号后触头延时动
12、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,第1章第51页,时间继电器的符号,第1章第52页,结构类型,电磁式 空气阻尼式 电动式 钟摆式 半导体式 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,第1章第55页,3 ) 热继电器,1,由热元件、双金属片、触头系统等组成,热继电器的符号,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
13、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,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,吸合,释放,Xf,Xx,Kf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
14、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,又称为自动开关。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护，当它们发生严重的过载或短路及欠压等故障时能自动切断电路。,1-弹簧；2-触点；3-搭扣；4-过电流脱扣器； 5-欠电压脱扣器； 6-热脱扣器,第1章第62页,“智能”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,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
15、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：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：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,主电路：接触器控制，保护,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,t,I,第1章第68页,8.2.2
16、 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,第1章第69页,热继电器、熔断器配合进行保护,t,I,热继电器,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，必须具备高返回系数，吸引线圈的吸合电压Ux，一般整定在0.80.85额定电压之间，释放电压Uf整定在0.50.7额定电压之间。,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,图8-17交流磁力起动器,第1章第72页,8.3 控制电路的基本控制
17、环节,8.3.1 点动控制 8.3.2 连续控制- 自锁,电动机控制,第1章第73页,8.3 控制电路的基本控制环节,多地点控制,起动,停止,Local,Remote,第1章第74页,8.3 控制电路的基本控制环节,多地点控制,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,互锁：不允许同时动作,正反转控制线路,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,SQ1,SQ2,SQ3,SQ4,F,B,第1章第77页,8.3.7 双位控制,常用于温度、压力、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,例如： 船舶辅
18、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(淡)水柜水位自动控制电路（双位控制）,SP,H(H),H(L),高限,低限,通过密闭水柜，将水位高低转换为压力信号，通过压力继电器（SP）实现水位自动控制（双位控制）,控制要求,1）当水位低于低限时， 电动机起动，补水； 2）当水位到达高限时， 电动机停止。,控制方法,控制电路,第1章第79页,水位自动控制电路,手动控制,FR,KM,SB1-2,KM,SB2-1,第1章第80页,水位自动控制电路（双位控制）,80,SP(H) 高限压力常闭触点， 当水位高于高限时动作（断开） 当水位低于高限时复位（闭合
19、）；,SP(L) 低限压力常开触点， 当水位低于低限时动作 （闭合）； 当水位低于低限时复位（断开）,手动,自动,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：图8-27 三相交流异步电动机Y起动的控制线路,按照电流原则 进行控制 按照速度原则 进行控制,时间原则 控制的缺陷,第1章第82页,控制电路基本环节的应用,空压机自动控制电路,YV1冷却水电磁阀 YV2供气电磁阀 YV3残气泄放电磁阀 SPw冷却水压力开关,自动控制要求（动作顺序）： 1 空气瓶中残气泄放； 2 冷却水压力正常； 3 空压机起动，延时后，供气电磁阀开启,第1章第83页,电动机单
20、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,T,T,通电延时,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； 切换时机；,第1章第94页,
21、三相交流异步电动机Y联接,三相绕组,第1章第95页,交流电磁吸力,f,t,Fr,I (F),F,第1章第96页,短路环de作用,f,t,Fr,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,热继电器的结构,双金属片,电热丝,第1章第102页,行程开关的应用,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,电动机单向运行控制电路，1KM主触头闭合，电动机正转； 通过2KM主触头闭合，可改变电源相序使电动机反转； 控制电路中加入2KM线圈回路； 为防止1KM、2KM同时得电，加入互锁环节，实现电
22、气互锁； 加入按钮常闭触点，实现按钮(机械)互锁,第1章第105页,小车自动加油,容器,控制要求1.按启动按钮，小车前进；2.至终点位置，小车停；3.油泵启动，开始加油；4.油箱加满，油泵停；5.小车后退；6.至起点，小车停,起点,终点,导 轨,小车自动加油装置,第1章第106页,空压机自动控制电路,YV3残气泄放电磁阀， YV1冷却水电磁阀 YV2供气电磁阀 SPw冷却水压力开关,自动控制要求（动作顺序）： 1 空气瓶中残气泄放； 2 冷却水压力正常； 3 空压机起动，延时后，供气电磁阀开启,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,FR,K
23、M2,KM3,KM3,KM2,SB2,KM1,KM1,SB1,KT,SJ,KM2,第1章第109页,主令控制器,1,1,2,2,3,0,3,1,1,2,2,3,0,3,SA7,SA4,SA5,SA6,SA1,SA2,SA3,下降,上升,主令控制器电路符号,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,人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。,
