11二三管轮规则船舶电气教案教案

11二三管轮规则船舶电气教案教案 船舶电气教案院（系/部、中心）机电系任课教师祝孔学专业/班级轮机1602/1501班总学时118/68xx年2月船舶电气教案授课时间xx.2.14教案编写时间xx.2.8课程名称课程代码学分课程性质任课教师授课对象层次授课对象教材和主要参考资料教学进度总学时讲课学时实验0学时实习0周必修课（）选修课（）理论课（）实验课（）职称高职（）中职（）轮机专业年级1601班级船舶电气教案第一章船舶电子电气基础（22课时）一个完整的电力系统电路大致可以归纳为三个基本组成部分，即由电源、负载、中间环节三部分组成。 第一节直流电路 一、电路的组成及作用 二、电路的基本物理量及单位1.电流2.电压电压的方向用箭头、正（+)、负（一）极性3.电动势电动势:是衡量电源力对电荷作功的能力。 电动势的量度单位与电压的相同，即伏特4?电路中电位的概念计算电位时，必须根据需要选定电路中某一点作为参考点，通常设参考电位为零.其它各点的电位都同它比较，比它高的为正电位，比它低的为负电位。 5.功率功率是单位时间内所做的功，或单位时间内转移或转换的能量。 功的单位是瓦 三、欧姆定律6.电能7.额定值1?线性电阻电路的欧姆定律金属导体的电阻随温度的增加而增大。 当船舶从冷带海域驶人热带海域，电网电压通常会降低；反之会升高。 这就是电力系统阻值变化所引起的，需要及时加以调整。 2.影响导体电阻的参数*3.电阻的功率计算根据欧姆定律，电阻的功率的计算式有三种形式，即 四、基尔霍夫定律电路的电能是指在一定的时间（内转换成其他形式能量的电能，即1千瓦小时俗称1度电支路即每一分支电路，每一条支路都有一个支路电流。 结点三条及三条以上支路相连接的点。 回路:任一闭合电路。 1.基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（简称KCL)指出任一瞬时，流入一个结点的电流之和等于流出该结点的电流之和，则任一瞬时，一个结点上的电流的代数和等于零，若取流向结点的电流为正值,流出结点的取负值，即基尔霍夫电流定律反映了任何结点上的电荷不能堆积的原理，所以在任何瞬时流入结点的电荷必然等于流出该结点的电荷。 基尔霍夫电流定律也满足于广义结点，所谓广义结点，即任一闭合面所包围的电路，称为广义结点，2?基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律（简称指出在任一瞬时,沿任一回路、以任一方向（顺时针或逆时针)绕行一周，则沿绕行回路各元件电压降U的代数和等于零。 五、电路的带载通路、开路与短路1.电路的带载通路 (1)电路中的电流 (2)电源的外特性由于电源内阻的存在，实际电压源的端电压U小于其电动势E。 根据欧姆定律由此可得电路的电压平衡方程式 六、电阻的串联串联等效电阻串联等效电阻只等于串联电阻之和，即 七、电阻的并联并联电阻的等效电阻值的计算的倒数等于各个并联电阻倒数之和 九、惠斯通电桥直流单臂电桥又称惠斯通电桥，可用来准确地测量电气元件的电阻值。 根据这个关系，在已知三个臂电阻的情况下，就可确定另外一个臂的被测电阻的电阻值。 第二节正弦交流电 一、正弦交流电的三要素1.交流电的频率、幅值和初相位就称为正弦量的三要素。 正弦交流电变化一周所需的时间称为正弦交流电的周期，用T表示,单位是秒(s)。 正弦交流电每秒变化的次数称为正弦交流电的频率,周期与频率的关系是互为倒数,2.正弦交流电的幅值最大的瞬时值称为该正弦量的幅值3.正弦交流电的初相位和相位差两个同频率正弦量的相位角之差称为相位角差或相位差, 二、正弦交流电的有效值有效值是从电流的热效应来规定的，因为在电工技术中，电流常表现出其热效应。 不论是周期性变化的交流电还是方向不变的直流电，只要它们在相等的时间内通过同一电阻而两者的热效应相等，就把它们的安培值看做是相等的。 也就是说,某一个周期电流i通过电阻R(如电阻加热器)在一个周期内产生的热量，与另一个直流电流I通过同样大小的电阻在相等的时间内产生的热量相等，那么这个周期性变化的电流/的有效值在数值上就等于这个直流电流I。 经过理论分析，交流电最大值Im与有效值之间存在如下关系，按照规定，有效值都用大写字母表示。 一般所讲的正弦电压或电流的大小，如我国交流船舶动力电压是380V,照明电压是220V都是指有效值。 船用配电板上的交流电流表、电压表的读数都是指有效值。 四、交流电路中的电阻、电感和电容元件I、纯电阻电路1)电压和电流的关系比较电压、电流的表达式和正弦曲线可以看出，在纯电阻交流电路中，电压和电流是同相的，即它们的相位差为2)功率 2、纯电感电路2)功率 3、纯电容电路2)功率# 七、功率因数的提高 1、发电机的容量不能充分发挥由于当负载的功率因数cos/1。 时，；50,异步电动机处于发电制动状态；当/!1,异步电动机处于反接制动状态。 当定子旋转磁场的同步转速不变时，转差率S与转子转速AI就有一一对应的关系。 因此由r一S曲线经坐标变换就可得到表示异步电动机机械特性的/I一T曲线,如图235所示。 (1)额定转矩T ivT=9550(2-27) 四、异步电动机的起动三相异步电动机的起动特性是起动电流大，可达额定电流的5?7倍，但起动转矩并不大。 1.鼠笼式三相交流异步电动机全电压直接起动机舱中各类容量在发电机单机容量60%以下的鼠笼式异步电动机几乎都采用全电压直接起动.2?鼠笼式三相交流异步电动机的降压起动 (1)星形一三角形CF)换接降压起动 (2)自耦变压器降压起动由此可见，对采用变比为&的自耦变压器降压起动，起动时电网提供的电流是直接起动时的VK2b倍。 同理，由于降压反倍起动，起动转矩将为直接起动时的VK2b倍。 五、异步电动机的调速?76?3.绕线式异步电动机转子串电阻起动绕线式异步电动机转子串电阻不仅可以增大起动转矩，同时还可以减小起动电流,rt=/i(l5)s)(233)P (2)改变定子电压的调速 (2)变频调速2.改变同步转速/1。 的调速 (1)改变磁极对数P的调速 六、异步电动机的反转图2-42异步电动机电动运行和制动运行机械特性 七、三相异步电动机的制动1.能耗制动船舶电气与自动化转子感应电势私=SE2。 ，改变了方向，因而电机处于发电机运行状态，将轴上输人的机械能转换成电能回馈给电网。 回馈制动时，异步电动机将运行于第1象限正向电动特性曲线向第2象限的延伸部分，或第3象限反向电动特性曲线向第4象限的延伸部分。 异步电动机在下列两种情况下将会因I/iII/i。 I而进入回馈制动运行； (1)位能性负载作用下产生的回馈制动图2-4S异步电动机在位能性负载图2-46异步电动机调速作用下产生的回馈制动过程中的回馈制动图245中，对于一位能性负载IY(设转矩方向为顺时针,则负载特性曲线位于第/、4象限），将电动机反向起动，则其机械特性为图中曲线。 此时电动机的电磁转矩T0时，r0,即只要电动机转动起来正向加速至接近于同步转速的某一点稳定运行综上所述，单相异步电动机若只有工作绕组接单相交流电源，则能够运行，但无法自行起动。 2.单相异步电动机的分类?83?若要改变电容分相式异步电动机的转向，只需将工作绕组或起动绕组中的一个出线舞对调即可。 但对于电容运转单相异步电动机，只需将电容换接到另一绕组，就能实现转向电容式单相异步电动机功率一般不大，常用于家用电器，如洗衣机、电冰箱电风扇和一些/J型机械。 连接到单相交流电源上如图251。 此时起动绕组中的电流在时间相位上近似超前于工作绕组中的电流90%这样在空间位置上相隔90的两个绕组分别流过在时间相位上相差90的电流，这将使电机气隙中产生旋转磁场，从而使转子获得起动转矩而转动起来。 (2)罩极式单相异步电动机罩极式单相异步电动机的转子也是采用鼠笼式结构；定子铁芯由硅钢片叠成，通常做成凸极式。 其定子绕组集中套在磁极上，铁芯凸出的磁极上约/3处开槽，套上一铜制短路环，也称为罩极绕组，如图252所示。 转子的转向总是由磁极的未罩部分转向被罩部分。 罩极式单相异步电动机功率不大，主要用于微电机领域。 如微型电风扇等。 第四节控制电机及其在船舶上的应用 一、伺服电动机1.交流伺服电动机空心杯转子由非磁性导电材料铝或招合金，杯子底部固定在转轴上，杯型转子壁厚只有0?20?8mm，转动惯?小、响应快。 空心杯转子交流伺服电动机的空气隙较大,励磁电流约占额定电流的80%,因而功率因数和效率都低，体积和重量也比较大,但它的转动惯量小，反应灵敏，调速范围大。 笼型转子结构简单、制造方便，除转动惯量较空心杯转子大以外，其它性能指针都比较好，所以应用很广泛。 在船舶自动控制系统中应用的是鼠笼转子形式的交流伺服电动机，而电罗经内常用转杯式交流伺服电动机。 当电源电压L/为一常数，而信号控制电压U2的大小变化时，则转子的转速相应变化。 控制电压大，电动机转得快;控制电压小，则转得慢。 在一定负载转矩下，控制电压越高，则转速也越高；在一定控制电压下，负载增?卩,转速下降。 2.直流伺服电动机直流伺服电动机的结构类同于一般的他励直流电动机，只是造型细长以利于减小转动惯?。 它的励磁绕组和电枢分别由两个独立电源供电，通常采用电枢控制Jn 二、测速发电机及应用当测速发电机由被测转动轴驱动而旋转时，就有输出电压U2输出。 输出电压U2和励磁电压U1的频率相同，U2的大小和发电机的转速n成正比，其原理如下。 为了克服齿轮间隙的影响，交流伺服电动机与测速发电机可做成一体， 三、自整角机及舵角指示器、电车钟自整角机是测位用的微型特种电机(微特电机），它通过电气的连接，使两个或两个以上在机械上?相连接的转轴作同偏转，从而对?同转轴之间的角位移或角速度的偏差进?自动整步。 自整角机也可将上述?同转轴之间的角位移或角速度的偏差转换成电信号输出。 前者称为?矩式自整角机，后者称为控制式自整角机。 自整角机工作时必须是两个或两个以上同时使用，其中之一为发送机,另外一个或多个为接收机。 在自动操舵控制系统中，常采用控制式自整角机，它将舵叶的偏转角转换成电压输出,用以作为控制信号或回馈信号。 自整角机也用于交流电动传令钟中。 图264为其原?图。 它由两套?矩式自整角机组成。 第五节常用控制电器船舶常用控制电器主要包括主令电器、熔断器、接触器、继电器及电磁制动器。 一、主令电器1.按钮开关2.纽合开j?3.?程开关4.主令控制器 二、熔断器低压熔断器是低压配电系统中起安全保护作用的一种电器，广泛应用于电网保护和用电设备保护。 主要作短?彳呆护，有时也可起超载保护作用。 ?91?熔断器按结构可分为开启式、半封闭式和封闭式三种。 封闭式熔断器又分为无填?管式、有填?管式和有填?螺旋式等，如图269U)、（6)所示，熔断器的保护特性如图269(c)所示，其电?符号如图26900所示。 照明支?:熔体额定电流支?上所有电灯的工作电流之和。 单台直接起动电动机:熔体额定电流=(1.52.5)X电动机额定电流。 三、接触器?93? (3)配电变压器低压测熔体额定电流=(11.2)X变压器低压测额定电流。 (7)在下列线?中，?允许接入熔断器接地线?中。 三相四线制的中性线?中。 直流电动机的励磁回?中。 电流互感器的副边电?中。 交流接触器在主触点断开的瞬间，触点间会产生电弧，为防止烧坏触点，额定电流较大的交流接触器还装有灭弧装置，以加速电弧的熄灭。 交流接触器因使用交流电，所以铁芯中磁通的大小和方向是交变的，在电压正负变化的瞬间铁芯中的磁通为零，故吸?也为零，而且在该瞬间前后很短一段时间内磁通都很小，接触器动铁芯在弹簧?的作用下会向释放方向动作，在动作的过程中，电压值增加，磁通增加，吸?增大，动铁芯又会吸合，这样往复的动作使交流接触器工作时产生振动和噪声，为了消除振动和噪声,交流接触器的电磁铁芯上必须装有短?环，其原?和罩极式单相异步电动机磁极上装短?环类似，铁芯上装短?环部分的磁通滞后未装短?环部分的磁通一定角度，这样整个铁芯中任何时候都?会出现磁通为零的现象。 图273所示为交流接触器铁芯上短?环的示意图。 直流接触器交流接触器与直流接触器的差别当交流接触器的电磁铁的气隙发生变化时，铁芯线圈中的电流必随之变化。 ?由于某种原因，在工作中衔铁卡住而吸?上，此时的气隙大于正常吸合时的气隙，铁芯线圈中的电流就增大，时间稍长，线圈则烧毁，而直流电磁铁在衔铁被卡住后线圈是?会烧毁的。 四、继电器1.电磁式继电器电磁式继电器又称中间继电器，其结构和工作原?类似于接触器，只是其触头容?较小，没有灭弧装置。 电磁式继电器也有交直流之分,交流继电器的铁芯用硅钢片叠成，端面装有短?铜环。 直流继电器的铁芯用整块钢制成，没有短?环。 表21时间继电器延时触头的图形符号符号名称图形符号常开触点，通电延时闭合，断电瞬间打开常闭触点，通电延时断开，断电瞬间闭合3.热继电器2.时间继电器?要使热继电器的动断触点重新闭合，使触点重新复位，需要经过一段时间，待双金属片冷却后才有可能，而复位的方式有两种。 双金属片冷却后，动触点?可能自动复位，而必须按下复位按钮，使动触点实现手动复位。 额定电流应为电动机额定电流的I.1I.25倍，热继电器整定值一般按电动机额定电流的1.05倍选取。 调整制动器外壳上的螺栓，用于改变弹簧反作用?，但必须注意所有螺栓要均勻调节，否则会造成摩擦片歪斜、气隙?均匀，出现噪声和振动。 5.电磁制动器 (1)圆盘式电磁制动器圆盘式电磁制动器如图277所示，当电动机运转时，电磁刹车线圈通电产生吸?，将静摩擦片（即电磁铁的衔铁）吸住，而与动摩擦片相脱开，使电动机可自由旋转。 停车时，刹车线圈失电，静摩擦片被反作用弹簧紧压到安装在电动机轴上的动摩擦片上，产生摩擦?矩，迫使电动机停转。 (2)抱闸式电磁制动器抱闸式电磁制动器又叫电磁抱闸，其制动原?与圆盘式电磁制动器相仿。 它由制动电磁铁和制动闸瓦制成。 当制动电磁铁线圈通电后，产生吸?，使抱闸闸瓦松开，电动机?能自由转动；当线圈断电时，闸瓦在弹簧?作用下，将电动机闸轮刹住，使电动机迅速停砖。 * 五、常用空气断?器船舶电气与自动化99?断?器的选用当额定电流在600A以下，短?电流?太大，可选用塑?外壳式断?器；如果短?电流特别大的支?，应选用限流式断?器；当额定电流比较大，就应选用框架式断?器；控制和保护半导体元件时，应选用直流快速断?器;在有?电保护要求时，应选用?电保护断?器。 一、电动机的基本保护环节1.短?保护电流?经负载而直接形成回?称短?。 常用的短?保护措施有在电?中装设自动空气断?器（又称自动空气开关）、熔断器(俗称保险丝)等。 过电流脱扣器欠压(失压)脱扣著分励脱扣器半导体脱扣器是一种具有过负荷、短?、欠压等保护性能的脱扣器。 第六节异步电动机常用控制电?2.超栽保护热继电器是利用超载时的热效应来使保护电器动作以实现保护的。 过电流继电器则是利用电磁效应使保护电器动作来实现超载保护的,失压（欠压）保护失压(欠压)保护是依据接触器本身的电磁机构和起动按钮来实现的t在主令控制器控制的电?中，欠压和失压保护是采用电压继电器来实现的缺相保护一般热继电器的发热元件?接在三相主电?的任意两相之中，在任一相发生断?（缺相）故障时，必然导致另两相电流的大幅度增?II，在这种情况下热继电器Fl?起着缺相保护的作用，它将断开接触器电源，使电动机停转。 二、电动机控制电?的基本控制环节船舶电气与自动化?103? 三、三相异步电动机的典型控制电路?105?1?三相异步电动机正反转控制电? 2、压?水柜水位自动控制电?图2?89?1双位压?继电器 3、空压机自动控制电?空压机的自动控制过程在图290(W中的KP1两个压?继电器分别为主用和备用作用。 两台空压机的主用和备用是?固定的，可以根据实际工作状态进?相互转换。 主、备用的转换是通过控制箱上的S0转换开关实现的。 主用空压机的自动控制压?为2.53.OMP备用空压机的自动控制压?值设定为2.32.8MPa。 4、三相异步电动机F换接起动控制电?线电流为三角形连接的1/3,起动转矩也相应降低，起动时接成星形，起动转矩也只有三角形连接的1/3。 5、电动机互为备用自动切换控制电?SA?手动、自动切换控制开关，打在“0”位置，为手动切换操作，?能自动切换；打在“1”位置，1号机组为运?机组，2号为备用机组；打在“2”位置，2号机组为运?机组，1号为备用机组 七、锚机、绞缆机电力拖动控制系统一般的航?锚机均采用锚及锚链的重?进?自由?体抛锚，自动抛锚时，利用锚机上的手动带式制动器来控制拋锚的速度。 深水锚机由于钢缆?宜频繁承受手动制动?的冲击，而且深度大时速度快，手动控制器?控制，所以采用电动拋锚，此时电动机是处于制动状态运?。 】图中第I阶段为收起躺在水底的余链阶段，锚链的拉?是?变的;第II阶段随着悬链形状的改变，拉?变大，直到锚破土;第m阶段为锚破土；第IV阶段为收锚出水，随着锚链长度减小,拉?成正比减小；图中第V阶段，称为收锚入孔，是将锚拉人并紧固于锚链孔中。 关于定位锚机的起锚是由拋锚工作艇完成的般是利用该艇的主机推?来起锚。 锚机、绞缆机对电?拖动控制的基本要求在锚机和绞缆机的控制系统中应设置自动逐级延时起动电?和应急保护电?电动机应具有足够大的过载能?，应能满足任何一种起锚状态所需要的最大转矩，并且能在最大负载?矩下起动（在30/IM内允许起动25次），电动机采用防水式短时工作制，工作时间一般?超过30分钟，为适应锚机负载的变化，电动机要有软的或下坠的机械特性。 3.电动机在堵转情况下能承受堵转电流时间为I/mVi(堵转?矩为额定?矩的2倍），名堵转时,对直流而言，应能使电动机自动转到人为机械特性上运?,对交流而言，应能自动条换到低速运?。 6.电动机起动次数?宜过于频繁，应能连续工作30/mn