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绪论1

第一篇 船舶电机3

第1章 电与磁3

1.1磁场的基本概念和基本物理量3

1.1.1磁场的基本概念3

1.1.2磁场的基本物理量4

1.1.3铁磁材料的磁性能5

1.2磁路及其基本定律7

1.2.1磁路7

1.2.2磁路的基本定律7

1.3电流在磁场中的力效应9

1.3.1电磁作用力的大小9

1.3.2电磁力的方向—左手定则10

1.4电磁感应10

1.4.1直导体中的感应电动势10

1.4.2线圈中的感应电动势11

1.4.3自感12

1.4.4铁芯线圈电路13

小结16

复习思考题17

第2章 变压器18

2.1变压器的基本结构和铭牌数据18

2.2变压器的工作原理及运行特性19

2.2.1变压器的空载运行及变压原理19

2.2.2变压器的负载运行及磁势平衡关系20

2.2.3变压器的运行特性22

2.3三相变压器24

2.3.1三相电压的变换24

2.3.2变压器原、副边绕组的同名端25

2.3.3三相变压器的连接组别26

2.4自耦变压器及仪用互感器27

2.4.1自耦变压器27

2.4.2仪用互感器28

小结29

复习思考题30

第3章 异步电动机32

3.1三相异步电动机的结构与铭牌数据32

3.1.1三相异步电动机的基本结构32

3.1.2额定数据33

3.2异步电动机的工作原理34

3.2.1定子旋转磁场34

3.2.2异步电动机的工作原理36

3.2.3三相异步电动机的转差率及其运行状态36

3.3异步电动机的运行特性37

3.3.1异步电动机的转子磁场及磁势平衡关系37

3.3.2异步电动机的等效电路38

3.3.3异步电动机的转矩及功率平衡方程41

3.3.4异步电动机的机械特性42

3.4单相异步电动机46

3.4.1定子单相绕组通电时的磁场及机械特性46

3.4.2单相异步电动机的分类47

小结48

复习思考题48

第4章 同步电机51

4.1三相交流同步电机的基本结构、工作原理及铭牌数据51

4.1.1三相交流同步电机的基本结构51

4.1.2三相交流同步发电机的基本工作原理52

4.1.3铭牌数据53

4.2三相交流同步发电机运行特性53

4.2.1同步发电机空载运行特性53

4.2.2同步发电机对称负载运行54

4.2.3三相交流同步发电机电压平衡方程和相量图56

4.2.4三相交流同步发电机的外特性及调节特性57

4.2.5三相交流同步发电机的功角特性59

4.3同步电动机60

4.3.1同步电动机的基本原理61

4.3.2同步电动机的无功功率调节61

4.3.3同步电动机起动62

4.3.4永磁同步电动机63

小结64

复习思考题65

第5章 直流电机66

5.1直流电机的工作原理和结构特点66

5.1.1直流电机的工作原理66

5.1.2直流电机的构造68

5.1.3直流电机的额定值69

5.2直流电机的励磁方式和运行特性70

5.2.1直流电机的励磁方式70

5.2.2直流电机的基本理论70

5.2.3直流发电机的运行特性71

5.2.4直流电动机的运行特性73

5.2.5直流电机的电枢反应和直流电机的换向75

5.3无刷直流电动机76

5.3.1无刷直流电动机的基本结构76

5.3.2无刷直流电动机的基本原理79

5.3.3无刷直流电动机正反转控制方法80

小结81

复习思考题82

第6章 控制电机83

6.1伺服电动机83

6.1.1交流伺服电动机83

6.1.2直流伺服电动机84

6.1.3伺服电动机应用举例85

6.2测速发电机86

6.3自整角机87

6.3.1控制式自整角机87

6.3.2力矩式自整角机89

6.4步进电动机91

6.4.1典型结构和工作原理91

6.4.2基本特点93

小结94

复习思考题95

第7章 电力拖动基础96

7.1电力拖动系统运行的基本概念96

7.1.1生产机械的负载转矩特性96

7.1.2电动机的工作状态及电力拖动系统运动方程式97

7.2三相异步电动机的起动、制动与调速99

7.2.1异步电动机的起动99

7.2.2异步电动机的制动102

7.2.3异步电动机的调速106

7.3直流电动机的起动、制动与调速109

7.3.1直流电动机的起动109

7.3.2直流电动机的制动110

7.3.3直流电动机的调速112

小结113

复习思考题114

第二篇 船舶电气设备的自动控制116

第8章 电动机的自动控制基础116

8.1常用电器的结构原理和功能116

8.1.1接触器117

8.1.2主令电器119

8.1.3熔断器121

8.1.4继电器122

8.1.5电磁制动器125

8.2电动机的基本保护环节125

8.2.1短路电流保护126

8.2.2过载保护126

8.2.3零电压和欠电压保护126

8.2.4缺相保护127

8.3控制电路的基本控制环节127

8.3.1点动控制127

8.3.2连续控制128

8.3.3行程控制128

8.3.4多地点控制128

8.3.5互锁控制128

8.3.6连锁控制128

8.3.7双位控制129

8.3.8时间控制130

8.3.9典型控制电路130

8.4可编程序控制器及其应用133

8.4.1可编程序控制器工作原理133

8.4.2 FX系列可编程序控制器简介136

8.4.3 FX2n可编程控制器基本指令137

8.4.4 FX2n可编程序控制器步进指令137

8.4.5梯形图编程的一般要求和常识138

小结141

复习思考题142

第9章 船舶甲板机械电力拖动与控制143

9.1船舶甲板机械的特点及驱动与控制方法143

9.1.1甲板机械的特点、驱动及控制方式143

9.1.2船舶电力拖动系统的分类144

9.2起货机的电力拖动与控制的基本要求145

9.2.1船舶起货机的类型及特点145

9.2.2电动起货机的结构和运行特性145

9.2.3起货机对电力拖动控制的基本要求148

9.2.4电动起货机的运行特点及电路控制要求149

9.3起货机的电力拖动控制线路150

9.3.1交流恒功率变极调速起货机的控制150

9.3.2交流恒转矩变极调速起货机的控制153

9.4锚机和系缆设备的电力拖动与控制基本要求157

9.4.1锚机运行特点158

9.4.2锚机对电力拖动控制的要求158

9.4.3锚机和系缆设备的电力拖动控制线路159

小结161

复习思考题161

第10章 船舶舵机的电力拖动与控制162

10.1舵机电力拖动与控制的基本要求162

10.2操舵方式及基本工作原理162

10.2.1单动操舵的工作原理162

10.2.2随动操舵的工作原理163

10.2.3自动操舵的工作原理164

10.3自动舵的基本类型及其调节规律166

10.3.1自动舵的基本类型166

10.3.2自动舵的调节规律166

10.4自动操舵系统基本要求和工作原理168

10.4.1自动操舵系统基本要求168

10.4.2自动操舵系统的工作原理169

小结175

复习思考题176

第11章 辅助机械的电力拖动与控制177

11.1备用泵的自动切换控制电路177

11.1.1组合起动屏177

11.1.2控制线路原理和运行分析177

11.2分油机的自动控制181

11.2.1概述181

11.2.2 FOPX型分油机的基本工作原理182

11.2.3 FOPX型分油机自控系统的组成183

11.2.4 FOPX型分油机的基本控制过程185

11.2.5 FOPX型分油机的运行状态监视和参数调整187

11.3油水分离器的自动控制188

11.3.1油水分离系统的组成188

11.3.2自动排油控制191

11.3.3油分浓度检测报警器192

11.3.4常见故障的检查194

11.4船舶冷藏箱设备的自动控制196

11.4.1概述196

11.4.2制冷系统工作原理197

11.4.3电气控制系统的结构198

11.4.4电气控制系统的控制功能199

11.4.5运行过程中的管理202

小结204

复习思考题205

第三篇 船舶电站及其自动化装置206

第12章 船舶电力系统206

12.1概述206

12.1.1船舶电力系统的组成及特点206

12.1.2船舶电力系统的基本参数208

12.1.3发电机容量及台数确定的原则209

12.1.4应急发电机容量的确定210

12.2船舶电源210

12.2.1船舶电源分类210

12.2.2船舶同步发电机211

12.2.3船舶轴带发电机211

12.2.4船舶新能源215

12.2.5船舶蓄电池216

12.3配电装置221

12.3.1配电装置分类221

12.3.2主配电板的构成及功能221

12.3.3分配电板222

12.3.4应急配电板222

12.3.5充放电板222

12.3.6岸电箱222

12.4船舶电力系统中的常用电器224

12.4.1万能式自动空气断路器224

12.4.2装置式自动空气开关227

12.4.3逆功率继电器227

12.4.4负序继电器228

12.4.5电网绝缘监视仪229

12.5船舶电网229

12.5.1船舶电网的分类229

12.5.2船舶电网的结线方式230

12.5.3船舶电缆233

12.6船舶电力系统的保护及保护装置233

12.6.1船舶电网的保护234

12.6.2同步发电机的保护及保护装置235

12.6.3船舶变压器的保护237

12.6.4船舶负载的保护237

12.7船舶中压电力系统238

12.7.1“泰安口”半潜式电力推进船中压电力系统的结构238

12.7.2“泰安口”半潜式电力推进船电力系统的运行模式240

12.7.3中压电力系统的隔离开关和接地开关241

12.7.4船舶中压保护242

12.7.5船舶电力推进系统中的中压系统243

小结246

复习思考题247

第13章 同步发电机的并车运行248

13.1并车的条件及分析248

13.1.1理想的并车条件248

13.1.2并车条件的分析248

13.2同步发电机的手动并车251

13.2.1同步指示灯法251

13.2.2同步表法252

13.2.3手动并车程序及注意事项253

13.3同步发电机自动并车的基本原理256

13.3.1自动并车基本原理256

13.3.2自动并车装置258

小结261

复习思考题262

第14章 同步发电机电压及无功功率自动调整263

14.1自动电压调整的基础知识263

14.1.1同步发电机的电压波动263

14.1.2自励恒压装置的作用265

14.1.3自励恒压装置的基本要求265

14.2相复励原理267

14.2.1同步发电机的自励起压原理267

14.2.2相复励恒压原理268

14.2.3相复励的基本形式269

14.3不可控相复励装置269

14.3.1电流叠加相复励自励恒压装置269

14.3.2电磁叠加的相复励自励恒压装置270

14.3.3电磁叠加带电压曲折绕组的相复励系统271

14.4可控相复励自励恒压励磁系统272

14.4.1可控相复励变压器式可控相复励装置272

14.4.2可控移相电抗器式可控相复励装置272

14.4.3可控电抗器分流的调压器273

14.4.4交流侧晶闸管分流的调压器273

14.4.5直流侧晶闸管分流的调压器273

14.5无刷发电机励磁系统274

14.5.1无刷同步发电机的组成274

14.5.2无刷励磁方式274

14.6并联运行发电机组间无功功率分配276

小结279

复习思考题280

第15章 电力系统频率及有功功率自动调整281

15.1电力系统有功功率自动调整基础知识281

15.1.1电力系统频率波动的原因及其影响281

15.1.2调速器及其调速特性282

15.1.3发电机并联运行的有功功率分配285

15.1.4有功功率的转移操作286

15.1.5调差系数与功率分配间的关系286

15.2自动调频调载原理287

15.2.1自动调频调载装置的原理287

15.2.2自动调频调载方法289

15.2.3自动分级卸载290

小结291

复习思考题292

第16章 船舶电站自动化293

16.1概述293

16.1.1有关规范293

16.1.2基本功能293

16.1.3电站自动化的技术特点294

16.2船舶电站自动控制装置的系统组成294

16.2.1电力自动管理系统的结构类型294

16.2.2船舶自动化电站的功能组成295

16.2.3 SIMOS PMA71型电力自动管理系统的组成296

16.2.4 GENOP71型发电机保护/并车单元298

16.2.5 OP7型液晶显示操作单元和PLC单元301

16.2.6发电机并车与保护单元和空气断路器、调速器之间电气接线示例302

16.2.7发电机并车与保护单元的通信和系统参数设置303

16.3船舶电站自动化主要功能简介303

16.3.1对柴油发电机组的控制303

16.3.2船舶电网的监视和发电机的保护功能307

16.3.3 PMA71的功率自动管理功能310

16.4发电机并车和保护器（PPU）实现的自动化电站简介312

16.4.1 DEIF公司的Multi—Line2产品PPU简介312

16.4.2基于PPU和PLC模块实现的自动化电站314

16.4.3 PPU对调速器和AVR的控制314

16.4.4 PPU和PLC构建的系统应用分析317

小结323

复习思考题324

第四篇 船舶电气安全管理325

第17章 船舶照明系统管理325

17.1船舶照明系统分类325

17.1.1主照明系统325

17.1.2应急照明系统（大应急照明）325

17.1.3临时应急照明（小应急照明）325

17.1.4航行灯、信号灯系统326

17.2船舶常用灯具与控制线路326

17.2.1船舶常用灯具的基本类型326

17.2.2船舶照明电光源326

17.2.3船舶照明系统控制线路329

17.3船舶照明系统的维护保养332

17.3.1照明系统的维护周期和要求332

17.3.2船舶照明系统维护保养注意事项332

17.4船舶照明系统的常见故障检查333

17.4.1短路故障333

17.4.2接地故障333

17.4.3断路故障333

17.4.4日光灯常见故障、原因及排除方法334

小结334

复习思考题335

第18章 船舶安全用电和安全管理336

18.1船用电机的基本要求336

18.2船舶电机常见故障及其维护336

18.2.1直流电机的常见故障及其维护336

18.2.2三相交流异步电动机的常见故障及其维护338

18.2.3船舶发电机的常见故障及其维护340

18.3船舶安全用电341

18.3.1人体安全保护341

18.3.2船舶电气设备接地与保护措施343

18.4船舶电气火灾的预防346

18.5油船电气系统的安全管理346

18.5.1油船的舱室区域划分与电气装置要求346

18.5.2油船静电起火的预防347

18.5.3油船电气设备的管理要求348

小结349

复习思考题350

第19章 船舶电气管理人员的安全职责351

19.1船舶修理及建造时的职责351

19.1.1船舶电气设备的修理类别、期限和范围351

19.1.2修理项目的确定和修理后的检验351

19.1.3监造新船时的职责352

19.2船舶航行期间的职责353

19.2.1船舶机动状态下的安全职责353

19.2.2船舶正常航行状态下的安全职责353

19.2.3船舶停泊状态下的安全职责353

19.3船员交接班时的职责354

19.3.1交接内容354

19.3.2交接要求354

小结354

复习思考题355

附录 电工系统常用电器、电机符号356

参考文献361