船舶电力拖动2

1、船舶电力推进系统有哪些部分组成？说明每一个部分的功能及应用的先进技术。

答：1)船舶电站主要技术：发电机，配电盘，自动管理系统；功能；

是电力推进的动力源。

2)电源装置主要技术：变压器和变频器；变压器的功能是将

船舶电力系统电压与推进电机标称电压相匹配。变频器功能是完成对推进电机的变频调速。

3)推进装置主要技术：推进电机；功能：将电能转化为动能。

4)控制装置主要技术：操作装置和控制计算机；功能：根据船

舶航行需求，按照推进器的负载特性，控制推进电机的启动、调速和吊舱装置的旋转。

2、与常规动力推进船舶相比，说明电力推进的优点。

答：1）船舶机舱占用空间小，可以增大船舶有效载货容积，提高运营效益

2）电动机由电网供电，增加了系统的可靠性，提高了生命力。

特别是当采用高电压船舶电站供电时，可以减小电气设备体积

3）减少了轮机维护的工作量

4）可以采用中高速不逆转原动机，以减少设备的体积和重量

5）可以用低速电动机直接与推进轴连接，省去机械的减速齿轮6）操纵灵活，机动性能好，易于获得理想的船舶回转特性和保航能力，而且能量效率高

7）减小螺旋桨等机械振动和噪声、环境更加舒适、船舶航行也

更加隐蔽

8）排放物减少，有益于海洋环境保护

9）采用综合电力推进可综合利用船舶动力装置，减少设备数量3、吊舱式推进器有哪几种类型？说明每一种类型的特点。答：1）标准型特点：采用循环水冷，推进电机为永磁式同步电动机或交流异步电动机

2）紧凑型特点：结构上采用高标准模块化的结构，通过周围的海水来冷却，电机外径小，可获得更好的水动力

3）对转型特点：同一轴线安装两个反方向旋转的螺旋桨，具有更好的气泡和操纵性能

4、推进电机有几种型式？为什么推崇永磁式同步电动机作为电力推进的推进电动机。

答：1）①同步电动机②异步电机③直流电动机

2）①功率因数高，无感应电流励磁②提高了电网的品质因数，减少输变电线路的损耗

③起动力矩大④力能指标好⑤温升低

5、说明永磁式同步电机直接转矩控制的基本原理。

答：1）由公式

()

[]δ

ψ

δ

ψ

ψ

2

sin

sin

2

4

3

q

d

s

q

r

q

d

s

e

L

L

L

L

L

p

T-

-

=

可以算出电机的

转矩。对于永磁同步电动机，转子磁链幅值为恒值，若定子磁链幅值|ψ|保持额定值，电磁转矩T e正比于sinδ。即通过保持定子磁链幅值恒定改变定子磁链旋转速度和方向瞬时调整转

矩角可实现转矩的动态控制。

2）当磁链幅值恒定时，空间电压矢量的运动轨迹与磁链园重合，方向与之相切

3）通过判断三个条件①定子磁链幅值的判别；②转矩大小的判别；③定子磁链矢量空间位置的判别，即所在区间判别。然后选择一个空间定子电压

6、下图为三电平变频器原理图，说明整流后一个电周期中有几个脉波。为什么？

答整流后一个周期中有十二个脉波。该整流电路有上下两个整流桥组成，其中上面得整流桥出来的电流一个周期中有六个脉搏，下面的整流桥同样也是有六脉波，然而由于上面的变压器为y-y接法，下面的是y-- 接法，即上下整流桥之间有个相位差，所以两者组合出来的整流电流一个周期内有十二个脉波。

7、说明二极管整流器（LSU）和有源整流器（ARU）的变频器有哪些不同？带直流母线的变频系统中，整流环节要求使用那种整流器？

答:1）有源整流器能量可以双向传送，当ARU从电网吸收能量时工

作在整流状态，当向电网回馈电能时工作在有源逆变状态。网侧功率因数可控，能实现单位功率因数调节。

2）带直流母线的变频系统中必须用有源整流器(ARU)

8、电力推进中，当推进器处于那种工况时，推进电机工作在制动状态？这种工况下，对变频器有哪些要求？

答：1）前进时倒车或减速，倒退时螺旋桨正转

2）这种工况下要求变频工作在有源逆变状态，所以要求变频器必须为有源逆变器，能把电能回馈电网。

9、说明舵浆联合工作时，电力推进系统对吊舱方位角的控制有哪些限制？

答1）船速为0节到2节时，吊舱方位角可以在左右各180度范围变化。在船速为2节到5节时，吊舱方位角可以在左右各120度范围变化。当船速在5节到10节时，如果不是在会船避让或是紧急情况下，吊舱方位角最好在左右各90度变化。而当船速在10节以上时，吊舱方位角最好在左右各45度范围变化。

10、综述全电力推进系统特点和关键性技术应用。

答：特点：1）直接转矩控制DTC。能实现高转矩和精准的速度控制。 2）IGCT器件确保装置的高可靠性和运行效率。

3）ARU有源整流器能实现四象限运行；最小谐波；功率因数可调。

4）直流母线设计。可实现单电机或多电机运行中的能量优化。

关键技术：一）船舶综合全电力推进系统总体技术

二）船舶电力系统关键技术

三）能量储存技术

四）推进电机技术

五）综合电力系统适装性技术

11、船舶液压舵机有几种类型？其电液伺服机构的执行元

件都是哪些元件？如何根据伺服机构识别液压舵机类型？

答：1）液压舵机有变量泵和定量泵阀控两种

2)变量泵液压舵机的伺服机构为泵，定量泵液压舵机的伺服机

构为电磁阀

3）若伺服机构为泵则液压舵机为变量泵液压舵机，若伺服机构为电磁阀则为定量泵阀控液压舵机

12、根据《国际海上人命安全公约》和我国《钢制海船入

级与建造规范》说明船舶航行对舵机的要求。

答：1）要求有两套独立的主.辅操舵装置，或者一套操舵装置配两套以上动力装置，每台要求从两舷独立供电线路，其中之一由应急配电板供电

2)具有足够的强度和能力，在最深航海吃水和最大航速时，从一

舷35o度到另一舷35o，不超过28秒，辅舵装置在最大航速一半

不少于7节时，从一舷15o到另舷15o不超过60秒。

3）操作灵便，可在驾驶台操作和舵机室操作

4）有三种操舵方式（手动、随动、自动）。

5)应设有舵叶偏转限位开关，一般±35°。

6)自动操舵时，设有偏航报警，一般为±8°～±10o。

7)设舵机失电报警和舵机电动机过载报警，但不设过载保护。

8)在驾驶台设有舵角指示器，其与操舵指令和实际舵角的误差＜

1°

13、画出自动操舵仪的原理框图。要求包含随动操舵和应

急操舵系统。

答：人力

+

－舵角反馈给定航向

航向反馈放

大

器

执

行

机

构

传

动

机

构

舵

叶

换接开关舵轮比较器

比较器相敏整流

比例

微分加法器

积分

14、结合自动舵原理框图说明操舵仪各调节旋钮的功能和

调节原则及方法。

答：1）比例舵角调节:重载时船舶回转惯性大，要求较大的舵角比例。船速较高时，较小的舵角比例就能实现纠偏。

2）反舵角调节（微分舵）：根据船舶偏航速率，与舵角比例配合调节。偏航速率大，所需反舵角制动作用大，反之亦然。 3）灵敏度调节。防止风浪大时舵机动作频繁。调节规律为:风平浪静，灵敏度高；大风大浪，灵敏度低

4）航向调节。用于自动航行中改变航向。通常一次航向改变不超过10度。防止偏航报警误动作。

5）罗经匹配旋钮。开航前主罗经工作稳定后，将操舵分罗经与

主罗经指示一致。

15、说明天气调节的作用和调解原则及实现方法。

答：

实现方法：当档位由1往11调时，首先开关K1使信号经过两个10k电阻，使信号加入了k2部分电流，k2越往后电阻越大，是加在电容上的电压越大，信号强度也在增加，k3由1往11移时，电阻也越来越越大，那样从信号上获取的电压也就越大，加在放大器的上打压也变大，最终使死区减小，所以由1到11灵敏度越来越高。即可以根据天气调节控制器的灵敏度。

16、说明自动舵中，PID操舵的作用及实现方法。

答：1）作用：根据船舶特性，把实际航向跟船舶的设计航向进行比较，然后给出控制信号，使船舶尽量走给定航向。

2）实现方法：电罗经和自整角机将船舶的实际航向和给定航

向比较，得到偏航信号经发讯器2和相敏整流器整流后送到灵

敏度调节器，再经过比例、微分和积分环节调节后，由放大器

8和功率放大器进行放大，送给执行机构对舵机进行调节控制。

17、自适应舵中自适应控制器通常由几部分组成？说明每

一部分的功能。

答：1）都采用了船舶运动模型功能：利用船舶运动模型来感受船舶航行期间来自与风、浪、流干扰的外部环境

变化从而计算出合理的控制系数

2)都采用PID控制功能：根据反馈系数对船舶进行

实时控制

3)都采用了kalman滤波的方式功能：克服低频和高

频干扰

18、自适应控制的自动舵需要哪些输入参量？这些参量是由哪些设备提供的？需要进行何种变换？

答：舵角反馈信号，gps信号，罗经信号和船速偏航速率信号，航迹给定信号，船速信号，分别由自整角机，gps导航仪，陀螺经，人机界面，计程仪设备提供。

19、当舵机停止后，实际舵位与指令舵位存在误差时，应

如何校正？简述其方法。

答：当实际舵位与指令舵为有误差时可以有两种调节方法，例如当实际舵角比指令舵角大时，一是减小舵角的反馈信号，例如在舵角线位电阻两端同时串联电阻，然后校准即可;二是增加舵角给定信号，具体做法可以同时减小舵角指令线位器两端的串联电阻。以此可以类推出相反时的情况。

20、当舵机工作发生振荡时，故障机理可能有哪些？应如

何处理？

答：可能原因有：比例系数太大，微分系数太小，

处理：减小比例环节，加大微分环节

22、根据操舵仪的方框图，利用面板上的转换开关，如何能够判定自动舵故障的大致部位？

答：1）首先把转换开关移至应急位置，若舵好用则舵机的执行机构没有故障，反之则舵机的执行部分有故障，可能为电子阀故障，泵不好用

2）第二步把转换开关移自随动位置，若舵令执行没问题，则说明舵角反馈没有故障，而且放大器部分也没有故障，反之不好使则可能舵角反馈有故障，或者舵令线位器有问题，也可能是放大器有问题3）第三步把转换开关移至自动位置，在上述两步没问题的情况下，则故障应该在PID控制器，或者输入信号上有问题，如罗经故障，gps信号不准确。