船舶设备自动控制系统培训课程

船舶设备自动控制系统刘以建yjliu@答疑时间：周三上下午；周四下午船舶设备自动控制系统培训课程第1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任务：熟悉掌握惯用控制电器原理、正确使用；熟练掌握电气控制线路基本步骤熟悉掌握船舶电力拖动自动控制系统知识掌握相关电气控制线路分析方法

2船舶设备自动控制系统培训课程第2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2，刘明伟编．船舶电力拖动人民交通出版社3船舶设备自动控制系统培训课程第3页课程安排试验一异步电动机降压开启第5周

试验二船舶交流三速起货机第7周

试验三泵自动切换控制电路第10周

试验安排：4船舶设备自动控制系统培训课程第4页课程计分方案：期末考试：70%平时（作业、考勤）：30%5船舶设备自动控制系统培训课程第5页电力拖动系统概述电力拖动系统组成：生产机械电动机控制系统电动机：按生产机械要求，选择适当容量、型式及机械特征控制系统：满足起动、制动、调速、正反转、次序工作要求，由一定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？6船舶设备自动控制系统培训课程第6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

普通电器控制系统常选取继电器和接触器，因而称为继电—接触器控制系统

由控制电器组成系统称为电器控制系统控制电器7船舶设备自动控制系统培训课程第7页因为生产设备越来越复杂，对控制和保护可靠性要求越来越高，简单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8船舶设备自动控制系统培训课程第8页电力拖动基础内容：电力拖动系统运行基本概念三相异步电动机起动、制动与调速直流电动机起动、制动与调速9船舶设备自动控制系统培训课程第9页电力拖动系统运行基本概念生产机械M生产机械M多轴系统单轴系统电动机驱动生产机械：连接方式等效联轴器10船舶设备自动控制系统培训课程第10页电力拖动系统运行基本概念生产机械M驱动转矩负载转矩TTLnTTLn电动机机械特征n=f（T）

负载转矩特征n=f（TL）

恒转矩负载

通风机负载

恒功率负载特征

11船舶设备自动控制系统培训课程第11页电力拖动系统运行基本概念生产机械MTTLnTTLn运动方程：

运行状态：

稳态暂态电动机：电动制动(发电)12船舶设备自动控制系统培训课程第12页三相异步电动机起动、制动与调速异步电动机起动异步电动机制动异步电动机调速全电压直接起动

降压起动

转子串电阻起动

反接制动（2种）回馈制动（2种）能耗制动

变转差率调速

变极对数调速

变频调速

Y、△—YY多套绕组

转子串电阻变定子电压13船舶设备自动控制系统培训课程第13页直流电动机起动、制动与调速直流电动机起动直流电动机制动直流电动机调速14船舶设备自动控制系统培训课程第14页第8章电动机自动控制基础内容：8.1控制电器结构原理和功效

8.2电动机基本保护步骤8.3控制电路基本控制步骤8.4PLC及应用

15船舶设备自动控制系统培训课程第15页8.1控制电器结构原理和功效

控制电器：对电气电路实现接通、断开、控制、保护与调整电路元件惯用有：按钮、继电器、接触器、主令开关、熔断器等了解结构、原理、控制作用依据要求，选取适当元件16船舶设备自动控制系统培训课程第16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)开关电器

接触器组成：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

17船舶设备自动控制系统培训课程第17页交流接触器结构结构示意图；衔铁电路符号18船舶设备自动控制系统培训课程第18页1，触头系统包含：动触头、静触头、触头弹簧、支架触头系统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

19船舶设备自动控制系统培训课程第19页触头接触形式：点接触线接触面接触触头结构形式：双断点桥式结构单断点指式结构

20船舶设备自动控制系统培训课程第20页2灭弧装置电弧产生：因为撞击游离、电子发射和热游离，使动静触头间空气隙产生电子流---电弧电弧对触头有损伤作用21船舶设备自动控制系统培训课程第21页电弧熄灭：降温，增加去游离作用---灭弧装置灭弧装置种类：1)栅片灭弧

2)磁吹灭弧3)电动力灭弧4)纵缝（窄缝）灭弧22船舶设备自动控制系统培训课程第22页栅片灭弧（a)电弧分割；（b)栅片形状图8-2栅片灭弧23船舶设备自动控制系统培训课程第23页磁吹灭弧装置

在直流接触器中广泛应用磁吹灭弧装置

24船舶设备自动控制系统培训课程第24页电动力灭弧双断点桥式触头结构电动力灭弧25船舶设备自动控制系统培训课程第25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26船舶设备自动控制系统培训课程第26页电磁机构吸力特征、电流特征电磁机构分直流电磁机构交流电磁机构电磁吸力：吸力特征、电流特征差异27船舶设备自动控制系统培训课程第27页直流电磁机构线圈通直流---恒磁势（电压不变时电流恒定）Rm

---磁阻IW----磁势---气隙---磁通128船舶设备自动控制系统培训课程第28页

交流电磁机构线圈通交流---恒磁链W---磁链含有电压线圈交流电磁机构电流与气隙关系：29船舶设备自动控制系统培训课程第29页吸力特征、电流特征曲线：（a)恒磁链机构；（b)恒磁势机构图8-5电磁机构特征曲线30船舶设备自动控制系统培训课程第30页反力特征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>反力Fr－吸合吸力F<反力Fr－释放电磁机构动作：31船舶设备自动控制系统培训课程第31页吸合与释放交流机构Frdd0d1U1U2直流机构Frdd0d1I1I2U>U1吸合U<U2释放I>I1吸合：吸合后吸力远大于反力I<I2释放32船舶设备自动控制系统培训课程第32页直流电磁机构和交流电磁机构特点：交流电磁机构：线圈铁芯和衔铁由硅钢片叠成电磁吸力有波动！短路环ui

F衔铁铁心33船舶设备自动控制系统培训课程第33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！适合用于：频繁操作，易卡死场所34船舶设备自动控制系统培训课程第34页类似电磁机构：电磁制动器电磁阀等35船舶设备自动控制系统培训课程第35页接触器选取接触器额定电流：直流：25A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A

交流：10A、20A、40A、60A、100A、150A、250A、400A、600A接触器额定电压：直流：220V、440V、660V；交流：220V、380V、660V线圈额定电压：直流24V、48V、110V、220V、440V

交流36V、110V、220V、380V36船舶设备自动控制系统培训课程第36页8.1.2主令电器

主令电器是切换控制线路单极或多极电器通常其触头容量小，不能切换主电路。主令电器主要包含按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器等。

37船舶设备自动控制系统培训课程第37页1按钮开关

动断（常闭）触头动合（常开）触头电路符合38船舶设备自动控制系统培训课程第38页2万能转换开关(多路多极开关)多触头、多位置，能够控制多个电气回路通断主令开关

(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39船舶设备自动控制系统培训课程第39页3行程开关又称限位开关，是利用机械运动部件碰撞或靠最近控制其触头动作开关电器。惯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40船舶设备自动控制系统培训课程第40页4主令控制器主令控制器是一个多位置多回路控制开关，适合于频繁操作并要求有各种控制状态场所如起货机、锚机控制

41船舶设备自动控制系统培训课程第41页（a)结构示意图；（b)电路符号图8-10主令控制器结构：普通由触头装置和凸轮轴组成42船舶设备自动控制系统培训课程第42页8.1.3熔断器

最简单而又有效短路保护电器船上惯用有管式和螺旋式

（a)管式熔断器（b)螺旋式熔断器（c)保护特征（d)电路符号图8-11熔断器43船舶设备自动控制系统培训课程第43页熔断器组成：熔片或熔丝

分类：不一样熔体材料热惯性不一样

缓熔：热惯性较大铅、锡等熔体材料中熔：热惯性较小锌、铝等熔体材料速熔：铜、银等热惯性极小

不一样场所选取不一样类型熔断器44船舶设备自动控制系统培训课程第44页熔断器保护特征：反时限特征缓熔型熔体额定电流≥(1.5～2.5)电动机额定电流

动力线路（电动机）中熔断器选择:45船舶设备自动控制系统培训课程第45页8.1.4继电器

依据电量(如电流、电压)或非电量(如时间、温度、压力、转速等)改变而通断控制线路电器信号传递

Relay包含逻辑信号等46船舶设备自动控制系统培训课程第46页继电器种类按输入信号性质分为：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。47船舶设备自动控制系统培训课程第47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)欠电压继电器（电压线圈）过电流继电器（电流线圈）48船舶设备自动控制系统培训课程第48页电磁式继电器符号KAI<I>KIKIKAKAU>U<KVKVa）普通线圈b）过、欠电流继电器线圈c）过、欠电压继电器线圈d）触头49船舶设备自动控制系统培训课程第49页2时间继电器含有接收信号后触头延时动作特点触头类型：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征50船舶设备自动控制系统培训课程第50页时间继电器符号KT普通线圈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51船舶设备自动控制系统培训课程第51页结构类型

电磁式空气阻尼式电动式钟摆式半导体式等52船舶设备自动控制系统培训课程第52页1)半导体时间继电器+-0V53船舶设备自动控制系统培训课程第53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54船舶设备自动控制系统培训课程第54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符号FRFRa)热元件b)常闭触头电动机过载保护55船舶设备自动控制系统培训课程第55页热继电器整定电流取值：普通取0.95~1.05Ie（电动机额定电流）对过载能力较差电机可选得更小些。56船舶设备自动控制系统培训课程第56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转速成正比57船舶设备自动控制系统培训课程第57页继电器返回系数接触器、继电器主要技术参数定义：Kf=Xf/Xx

Xx是使电磁机构可靠动作(衔铁吸合)最小输入量，简称动作值；Xf是使电磁机构可靠释放最大输入量，简称释放值。

输入量吸合释放XfXxKf愈靠近于1，电磁机构动作愈灵敏

58船舶设备自动控制系统培训课程第58页8.1.5电磁制动器用于电动机机械制动（刹车）常见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59船舶设备自动控制系统培训课程第59页电磁制动器普通为直流电磁机构电磁制动器间隙调整：静、动摩擦片之间间隙通常在2-6mm之间60船舶设备自动控制系统培训课程第60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61船舶设备自动控制系统培训课程第61页“智能”电器伴随计算机技术发展，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）含有测量、显示、控制、参数设定、报警、通信等功效比如：PLC（智能继电器）、电动机综合保护电器、智能断路器62船舶设备自动控制系统培训课程第62页智能断路器原理框图63船舶设备自动控制系统培训课程第63页8.2电动机基本保护步骤

自动控制功效：继电接触控制系统实现电动机起动、制动、反转、调速等控制。保护功效：当系统发生各种故障时，控制线路有必要保护步骤，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功效64船舶设备自动控制系统培训课程第64页电动机基本保护：短路电流保护过载保护(或过电流保护)欠电压保护(包含零电压保护)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65船舶设备自动控制系统培训课程第65页电机控制L1L2L3MQSFU刀开关QS直接控制QSFUL1L2L3MKMFR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66船舶设备自动控制系统培训课程第66页8.2.1短路保护

熔断器

实现短路保护

熔断器含有反时限保护特征tI67船舶设备自动控制系统培训课程第67页8.2.2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护68船舶设备自动控制系统培训课程第68页热继电器、熔断器配合进行保护tI热继电器熔断器使用热继电器作过载保护同时，须设短路保护

69船舶设备自动控制系统培训课程第69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继电器或接触器，必须具备高返回系数，吸引线圈吸合电压Ux，普通整定在0.8~0.85额定电压之间，释放电压Uf整定在0.5~0.7额定电压之间。电压继电器或接触器70船舶设备自动控制系统培训课程第70页8.2.4缺相保护

热继电器FR起着缺相保护作用

控制电路采取三相电源供电图8-17交流磁力起动器MKMKMJJ简化示意图71船舶设备自动控制系统培训课程第71页8.3控制电路基本控制步骤

8.3.1点动控制8.3.2连续控制--自锁QSFUL1L2L3MKMFRSB2FRKMSBKMKMKM电动机控制72船舶设备自动控制系统培训课程第72页QSFUL1L2L3MKMFRSB2FRKMSBKMKMKM8.3控制电路基本控制步骤

多地点控制起动停顿LocalRemote73船舶设备自动控制系统培训课程第73页8.3控制电路基本控制步骤

QSFUL1L2L3MKMFR多地点控制SB2-2FRKMSB1-2KMSB1-1SB2-1起动停顿SB1-1SB2-1起动停顿SB1-2SB2-274船舶设备自动控制系统培训课程第74页8.3控制电路基本控制步骤

8.3.5互锁控制机械互锁电气互锁

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75船舶设备自动控制系统培训课程第75页例救生艇吊艇机正反转控制线路改进SQ1SQ2SQ3SQ4FB76船舶设备自动控制系统培训课程第76页8.3.7双位控制

惯用于温度、压力、水位等控制，对精度要求较低场所。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：被控量限制在一个范围内比如：船舶辅锅炉高低水位控制，食品冷库高低温度控制，空调压缩机自动起停控制等等

77船舶设备自动控制系统培训课程第77页海(淡)水柜水位自动控制电路（双位控制）SPH(H)H(L)高限低限经过密闭水柜，将水位高低转换为压力信号，经过压力继电器（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）当水位抵达高限时，电动机停顿。控制方法控制电路78船舶设备自动控制系统培训课程第78页水位自动控制电路QSFUL1L2L3MKMFR手动控制FRKMSB1-2KMSB2-1起动停顿SP(H)SP(L)自动控制起动停顿手动自动SPH(H)H(L)79船舶设备自动控制系统培训课程第79页水位自动控制电路（双位控制）80FUFRFRSB2SB1KMKMSP(H)SP(L)MSP(H)高限压力常闭触点，当水位高于高限时动作（断开）当水位低于高限时复位（闭合）；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）手动自动有没有问题？80船舶设备自动控制系统培训课程第80页8.3.8时间控制

按照时间标准进行控制时间继电器

例：图8-27三相交流异步电动机Y—△起动控制线路

按照电流标准

进行控制按照速度标准

进行控制时间标准控制缺点81船舶设备自动控制系统培训课程第81页控制电路基本步骤应用

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（动作次序）：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82船舶设备自动控制系统培训课程第82页电动机单向反接制动控制线路83船舶设备自动控制系统培训课程第83页电动机可逆运行能耗制动控制线路84船舶设备自动控制系统培训课程第84页本章小结85船舶设备自动控制系统培训课程第85页图8-1交流接触器86船舶设备自动控制系统培训课程第86页接触器87船舶设备自动控制系统培训课程第87页主令控制器船用主令控制器88船舶设备自动控制系统培训课程第88页图8-17交流磁力起动器

89船舶设备自动控制系统培训课程第89页时间继电器特征t通电NO触点设定时间TT通电延时t通电NO触点设定时间T失电延时T90船舶设备自动控制系统培训课程第90页救生艇吊艇机正反转控制线路图8-24吊艇机控制电路

91船舶设备自动控制系统培训课程第91页救生艇吊艇机正反转控制线路（改）吊艇机控制电路

92船舶设备自动控制系统培训课程第92页三相交流异步电动机Y—△起动控制线路互锁；切换时机；93船舶设备自动控制系统培训课程第93页三相交流异步电动机Y—△联接ABCxyzABCxyzY形联接△形联接ABCxyz三相绕组94船舶设备自动控制系统培训课程第94页交流电磁吸力ftFrI(F)F95船舶设备自动控制系统培训课程第95页短路环de作用ftFrF1F1F2F2F=F1+F296船舶设备自动控制系统培训课程第96页反力弹簧97船舶设备自动控制系统培训课程第97页控制器98船舶设备自动控制系统培训课程第98页电器99船舶设备自动控制系统培训课程第99页反力