《船舶电力系统及其自动控制》是根据船舶电力系统的特点和现代化船舶发展的趋势而编写的。《船舶电力系统及其自动控制》共分12章，主要内容包括船舶电力系统概述；船舶电源；船舶电网及其电能质量；船舶电力系统的配电装置和保护；同步发电机电压及无功功率的自动调整；船舶电力系统频率及有功功率的自动调整；船舶同步发电机的并联运行；船舶中压电力系统；船舶电站自动化；船舶照明系统管理；船舶电气安全和安全管理；船舶电气管理人员的安全职责。

《船舶电力系统及其自动控制》语言简练，通俗易懂，可作为高等院校本科电气工程及其自动化、船舶电子电气、自动化、轮机工程等相关专业的教学用书和研究生的教学参考书，也适合从事船舶电气控制的工程技术人员使用。

第1章 船舶电力系统概述 （1）

1.1 船舶电力系统的组成 （2）

1.2 船舶电力系统的特点 （3）

1.3 船舶电力系统应遵循的规范和标准 （4）

1.4 船舶电力系统的基本参数 （4）

1.5 船舶电力负荷的计算 （8）

1.5.1 船舶电力负荷的特点 （8）

1.5.2 船舶电力负荷的计算方法 （9）

1.6 船舶电力系统容量和发电机组台数的选择 （12）

1.6.1 确定船舶电力系统容量和发电机组台数的基本原则 （12）

1.6.2 电站容量的确定与发电机组台数的选择 （12）

1.6.3 应急发电机容量的确定 （13）

第2章 船舶电源 （14）

2.1 船舶电源的分类 （14）

2.2 船舶同步发电机 （14）

2.2.1 同步电机的结构 （14）

2.2.2 同步电机的基本原理 （16）

2.2.3 同步发电机的运行特性 （18）

2.2.4 同步发电机的负载运行及电枢反应 （23）

2.3 船舶轴带发电机 （25）

2.3.1 船舶轴带发电机的主要类型 （26）

2.3.2 调距桨轴带发电机（CPP S/G） （27）

2.3.3 定距桨（FPP）轴带发电机（FPP S/G） （28）

2.3.4 轴带发电机的运行操作 （30）

2.4 船舶蓄电池 （31）

2.4.1 蓄电池在船舶上的应用 （31）

2.4.2 船舶蓄电池的类别 （31）

2.4.3 蓄电池的主要性能 （31）

2.4.4 蓄电池的结构及工作原理 （33）

2.4.5 船舶蓄电池的充、放电方式 （34）

2.4.6 船舶蓄电池的维护保养 （36）

第3章 船舶电网及其电能质量 （37）

3.1 船舶电网的分类 （37）

3.2 船舶电网的配电方式 （39）

3.3 船舶电缆 （41）

3.4 船舶电网的电能质量 （43）

3.4.1 通用电网的电能质量指标 （45）

3.4.2 船舶电网的电能质量指标 （50）

3.4.3 船舶电网电能质量下降的影响 （53）

3.4.4 船舶电网电能质量的改善方法 （58）

第4章 船舶电力系统的配电装置和保护 （67）

4.1 船舶电力系统的配电装置 （67）

4.1.1 主配电板的构成及功能 （67）

4.1.2 分配电板 （68）

4.1.3 应急配电板 （68）

4.1.4 充、放电板 （69）

4.1.5 岸电箱 （69）

4.2 船舶电力系统中的保护电器 （71）

4.2.1 万能式自动空气断路器 （71）

4.2.2 装置式自动空气开关 （74）

4.2.3 逆功率继电器 （75）

4.2.4 负序继电器 （78）

4.2.5 熔断器 （81）

4.3 船舶电力系统中的测量仪表 （82）

4.3.1 互感器 （82）

4.3.2 电网绝缘监视仪 （88）

4.3.3 频率表 （89）

4.3.4 电压表及电流表 （91）

4.3.5 功率表 （93）

4.3.6 功率因数表 （95）

4.4 船舶电力系统的保护 （96）

4.4.1 船舶电网的保护 （97）

4.4.2 船舶同步发电机的保护 （98）

4.4.3 船舶变压器的保护 （100）

4.4.4 船舶负载的保护 （101）

第5章 同步发电机电压及无功功率的自动调整 （102）

5.1 自动电压调整的基础知识 （102）

5.1.1 同步发电机的电压波动 （102）

5.1.2 自励恒压装置的作用 （104）

5.1.3 自励恒压装置的基本要求 （105）

5.2 同步发电机的自励起压和相复励原理 （107）

5.2.1 同步发电机的自励起压 （107）

5.2.2 相复励恒压原理 （109）

5.2.3 相复励的基本形式 （109）

5.3 不可控相复励恒压装置 （110）

5.3.1 电流叠加型相复励自励恒压装置 （110）

5.3.2 电磁叠加型相复励自励恒压装置 （111）

5.3.3 电磁叠加型带电压曲折绕组的相复励自励恒压装置 （112）

5.4 可控相复励自励恒压励磁装置 （113）

5.4.1 可控相复励变压器式可控相复励装置 （113）

5.4.2 可控移相电抗器式调压器 （114）

5.4.3 可控电抗器分流的调压器 （114）

5.4.4 交流侧晶闸管分流的调压器 （115）

5.4.5 直流侧晶闸管分流的调压器 （115）

5.5 无刷发电机励磁系统 （116）

5.5.1 无刷发电机的组成 （116）

5.5.2 无刷励磁方式 （116）

5.6 并联运行发电机组间无功功率的分配 （120）

第6章 船舶电力系统频率及有功功率的自动调整 （125）

6.1 船舶电力系统频率波动的原因 （125）

6.2 船舶电力系统的负荷调节效应 （126）

6.3 调速器及其调速特性 （127）

6.3.1 调速器的结构和动作原理 （127）

6.3.2 调速器的特性 （128）

6.3.3 单机运行时频率的调整——调速特性的平移 （130）

6.4 并联运行发电机之间有功功率的分配 （131）

6.4.1 不同调速特性并联运行发电机之间有功功率的分配 （131）

6.4.2 有功功率的转移操作 （132）

6.4.3 调差系数与功率分配间的关系 （133）

6.5 自动调频调载装置 （134）

6.5.1 自动调频调载装置的基本环节 （134）

6.5.2 自动调频调载方法 （141）

6.5.3 自动分级卸载 （143）

第7章 船舶同步发电机的并联运行 （145）

7.1 同步发电机的并联运行原理 （145）

7.1.1 同步发电机并联运行的条件 （146）

7.1.2 同步发电机并联运行的分析 （146）

7.2 同步发电机的手动准同步并车 （149）

7.2.1 同步指示灯法 （150）

7.2.2 同步表法 （152）

7.2.3 手动并车程序及注意事项 （154）

7.3 船舶同步发电机组的自动并联运行 （157）

7.3.1 自动并车装置的基本原理 （157）

7.3.2 自动并车装置 （161）

第8章 船舶中压电力系统 （164）

8.1 中压电力系统的结构 （164）

8.2 “泰安口”半潜式电力推进特种运输船电力系统的运行模式 （167）

8.3 中压电力系统的隔离开关和接地开关 （168）

8.4 船舶中压保护 （168）

8.5 船舶电力推进系统中的中压系统 （170）

第9章 船舶电站自动化 （174）

9.1 船舶电站自动化的组成 （174）

9.1.1 有关规范 （174）

9.1.2 基本功能 （175）

9.1.3 船舶自动化电站的结构类型 （176）

9.1.4 船舶自动化电站的组成 （176）

9.2 船舶电站自动控制系统的功能及相应控制流程 （178）

9.2.1 副机启动前的准备工作 （178）

9.2.2 副机自动启动控制 （179）

9.2.3 自动并车 （180）

9.2.4 并联运行中的功率分配与频率的调整 （182）

9.2.5 运行机组台数的管理 （183）

9.2.6 大功率负荷投入管理（重载询问） （186）

9.2.7 发电机组机电故障的自动处理与报警及负载自动分级重合闸 （188）

9.2.8 发电机组自动、故障状态下的解列、停机控制 （189）

9.2.9 发电机的保护 （190）

9.2.10 运行状态显示及故障监视 （191）

9.3 SIMOS PMA 71型电力自动管理系统 （191）

9.3.1 SIMOS PMA 71型电力自动管理系统的系统组成 （191）

9.3.2 GENOP 71型发电机保护/并车单元 （193）

9.3.3 OP 7型液晶显示操作单元和PLC单元 （197）

9.3.4 对柴油发电机组的控制 （198）

9.3.5 船舶电网的监视和发电机的保护功能 （202）

9.3.6 PMA 71系统的功率自动管理功能 （206）

9.4 基于M340和PPU模块实现的电力自动管理系统 （208）

9.4.1 电力自动管理系统的组成 （208）

9.4.2 PPU对调速器和AVR的控制 （220）

9.4.3 系统控制与保护 （223）

9.4.4 系统编程环境 （228）

第10章 船舶照明系统的管理 （233）

10.1 船舶照明系统的分类 （233）

10.1.1 主照明系统 （233）

10.1.2 应急照明系统（大应急照明） （233）

10.1.3 临时应急照明（小应急照明） （234）

10.1.4 航行灯信号灯照明 （234）

10.2 船舶常用灯具与控制线路 （234）

10.2.1 船舶常用灯具的基本类型 （234）

10.2.2 船舶照明电光源 （235）

10.2.3 船舶照明系统的控制线路 （239）

10.3 船舶照明系统的维护保养 （242）

10.3.1 船舶照明系统的维护周期和要求 （242）

10.3.2 船舶照明系统维护保养的注意事项 （242）

10.4 船舶照明系统的常见故障检查 （243）

10.4.1 短路故障 （243）

10.4.2 接地故障 （243）

10.4.3 断路故障 （244）

10.4.4 日光灯的常见故障、原因及排除方法 （244）

第11章 船舶电气安全和安全管理 （245）

11.1 船用电气设备的基本要求 （245）

11.2 船舶电机的常见故障及其维护 （246）

11.2.1 直流电机的常见故障及其维护 （246）

11.2.2 三相交流异步电动机的常见故障及其维护 （248）

11.2.3 船舶发电机的常见故障及其维护 （249）

11.3 船舶安全用电 （251）

11.3.1 人体安全保护 （251）

11.3.2 船舶电气设备的接地与保护措施 （254）

11.4 电气火灾的预防 （256）

11.5 油轮电气系统的安全管理 （257）

11.5.1 油轮的舱室区域划分与电气装置要求 （257）

11.5.2 油轮静电起火的预防 （258）

11.5.3 油轮电气设备的管理要求 （259）

第12章 船舶电气管理人员的安全职责 （261）

12.1 船舶修理及建造时的职责 （261）

12.2 船舶航行期间的职责 （263）

12.3 船员交接班时的职责 （264）

参考文献 （265）

起重机及其吊载自动控制系统专利目的

《起重机及其吊载自动控制系统》的目的是提供一种起重机的吊载自动控制系统，可以显著提高起重机吊载作业的安全性。《起重机及其吊载自动控制系统》的另一目的是提供一种包括上述吊载自动控制系统的起重机。

起重机及其吊载自动控制系统技术方案

《起重机及其吊载自动控制系统》提供一种起重机的吊载自动控制系统，用于对卷扬以及驱动所述卷扬的液压马达进行控制，包括卷扬制动装置，用于制动所述卷扬；第一压力检测装置，用于在重物起升过程中检测并发送所述液压马达的起升侧的压力信号；控制装置，接收来自所述第一压力检测装置的压力信号，并根据该压力信号以及预定策略得出安全控制压力；在二次起升重物时，所述控制装置比较所述液压马达起升侧的当前压力与所述安全控制压力；当所述液压马达起升侧的当前压力大于或者等于所述安全控制压力时，所述控制装置向所述卷扬制动装置发出指令以释放所述卷扬；否则所述卷扬制动装置继续制动所述卷扬。

优选地，所述控制装置根据如下策略得出所述安全控制压力：计算所述第一压力检测装置所得到的压力的平均值，然后将该平均值乘以控制系数，即得到所述安全控制压力。

优选地，所述控制系数的范围为90％至95％。

优选地，所述液压马达的下降侧连接补油管路，以便在重物下降过程中维持所述下降侧的压力大于或者等于预定压力。

优选地，所述起重机的吊载自动控制系统进一步包括第二压力检测装置，在重物下降过程中所述第二压力检测装置实时检测所述液压马达的下降侧的压力，并将其测得的压力信号发送至所述控制装置；当所述下降侧的压力小于所述预定压力时，所述控制装置增大主油路上换向阀的开口度，进而增大所述下降侧的进油量。

优选地，所述起重机的吊载自动控制系统进一步包括用于检测换向阀开口度的阀口位置检测装置；当所述换向阀的开口度达到最大而所述下降侧的压力仍小于所述预定压力时，所述控制装置向所述换向阀发出换向信号，以向所述液压马达的上升侧供油。

优选地，所述换向阀完成换向后再经过适当的反应时间，若所述下降侧的压力仍小于所述预定压力，所述控制装置向所述卷扬制动装置发出指令以将所述卷扬制动。

优选地，所述预定压力的范围为5巴至20巴。

《起重机及其吊载自动控制系统》还提供一种起重机，包括上述任一项所述的起重机的吊载自动控制系统。

优选地，所述起重机具体为流动式起重机。

起重机及其吊载自动控制系统改善效果

《起重机及其吊载自动控制系统》所提供的起重机的吊载自动控制系统，其第一压力检测装置可以在重物起升过程中实时检测液压马达起升侧的压力，并将其检测得到的压力信号传递至控制器，所述控制器根据该压力信号以及预定策略得出安全控制压力；在二次起升重物时，所述控制装置将所述液压马达起升侧的当前压力与所述安全控制压力进行比较，当前压力大于或者等于所述安全控制压力时，所述控制装置向卷扬制动装置发出指令，从而释放所述卷扬；否则继续制动所述卷扬。因此，在所述液压马达起升侧的实际压力达到所述安全控制压力之前，所述卷扬可以保持被制动的安全状态，即使液压马达建立的起升力矩小于重物产生的阻力矩，重物也不会出现二次下滑的现象，起重机吊载作业的安全性得到显著提高。

《起重机及其吊载自动控制系统》的核心是提供一种起重机的吊载自动控制系统，可以显著提高起重机吊载作业的安全性。《起重机及其吊载自动控制系统》的另一核心是提供一种包括上述吊载自动控制系统的起重机。

为了使该技术领域的人员更好地理解《起重机及其吊载自动控制系统》方案，下面结合附图和具体实施方式对《起重机及其吊载自动控制系统》作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为《起重机及其吊载自动控制系统》一种具体实施方式所提供起重机的吊载自动控制系统的结构示意图。

在一种具体实施方式中，《起重机及其吊载自动控制系统》所提供的起重机的吊载自动控制系统包括第一压力检测装置1，第一压力检测装置1具体可以是压力传感器，用于在重物起升过程中实时检测液压马达的起升侧的压力，并将其检测到的压力信号传递给控制装置2。起重机的卷扬由上述液压马达驱动。

控制装置2接收来自第一压力检测装置1的压力信号，并根据该压力信号以及预定的策略获得安全控制压力。在所述安全控制压力下，所述液压马达所建立的起升力矩可以略大于重物所产生的阻力矩；即，在液压马达起升侧的压力达到所述安全控制压力的情况下，取消对卷扬的制动是安全的。

具体地，所述安全控制压力可以通过以下预定策略得到：首先过滤压力冲击所形成的压力峰值信号，从而获得相对平稳的压力曲线，剩余的压力信号均为有效压力信号；取所述有效压力信号的平均值，然后将该平均值乘以控制系数，这样就可以得到所述安全控制压力。按照这种策略所得到的安全控制压力较为可靠、合理。

上述控制系数的范围可以是90％至95％；此范围下所得到的安全控制压力具有较高的安全性。

当然，所述安全控制压力也可以通过其他策略得出。无论具体采用何种策略，都应保证在所得到的安全控制压力下取消对卷扬的制动不会导致重物出现二次下滑现象。

所述起重机的吊载自动控制系统还包括卷扬制动装置3，卷扬制动装置3具体可以是液控卷扬制动器，可以根据相应的指令将卷扬制动或者释放。

请同时参考图2，图2为图1所示起重机的吊载自动控制系统的重物提升流程图。

为了便于理解，现提供图1所示起重机的吊载自动控制系统的一种典型的重物起升工作流程，该流程大体包括如下步骤：

步骤S11：开始提升重物。为了与二次提升相区别，可以将该步骤称为初次提升重物。

步骤S12：通过第一压力检测装置1检测重物提升过程中所述液压马达起升侧的压力，同时，将其检测得到的压力信号传递给控制装置2。

步骤S13：控制装置2根据重物提升过程中液压马达起升侧的压力以及预定的策略得出安全控制压力。得到所述安全控制压力的具体方法前文已有描述。

步骤S14：通过卷扬制动装置3将卷扬制动，从而暂停重物的提升。

步骤S15：发出二次提升重物的命令。

步骤S16：通过第一压力检测装置1检测液压马达起升侧的当前压力，并将该当前压力信号传递给控制装置2。

步骤S17：控制装置2将液压马达起升侧的当前压力与所述安全控制压力进行比较。当所述当前压力小于所述安全控制压力时返回执行步骤S16；否则，执行步骤S18。

步骤S18：通过控制装置2向卷扬制动装置3发出信号，以解除卷扬制动装置3对卷扬的制动，从而完成二次起升。

显然，在所述液压马达起升侧的实际压力达到所述安全控制压力之前，所述卷扬可以保持被制动的安全状态，因此即使液压马达建立的起升力矩小于重物产生的阻力矩，重物也不会出现二次下滑的现象，起重机吊载作业的安全性得到显著提高。

可以在图1所示具体实施方式的基础上进行改进。例如，可以在所述液压马达的下降侧连接补油管路。在下放重物的过程中，如出现重物快速下降等非正常状况，所述液压马达下降侧的压力将非正常减小。此时可以通过所述补油管路向该下降侧补油，从而避免下降侧的压力小于预定压力。维持该下降的压力可以避免液压马达因吸空而受到损坏，并有利于重物下放作业的安全。

所述预定压力的范围可以是5巴至20巴，例如，可以具体将其设为10巴。

请参考图3，图3为《起重机及其吊载自动控制系统》第二种具体实施方式所提供起重机的吊载自动控制系统的结构示意图。

在第二种具体实施方式中，《起重机及其吊载自动控制系统》所提供的起重机的吊载自动控制系统进一步包括第二压力检测装置4，在下放重物的过程中第二压力检测装置4实时检测所述液压马达的下降侧的压力，并将其获得的压力信号发送至控制装置2。

尽管存在所述补油管路，在某些意外情况下所述液压马达的下降侧的压力仍可能小于所述预定压力。当所述液压马达的下降侧的当前压力小于预定压力时，控制装置2增大主油路上换向阀5的开口度，进而增大所述液压马达下降侧的进油量；这样显然将有利于所述液压马达下降侧压力的恢复，从而避免液压马达受损，提高吊载作业的安全性。

相对于上述第二种具体实施方式，《起重机及其吊载自动控制系统》第三种具体实施方式所提供的起重机的吊载自动控制系统进一步包括阀口位置检测装置，所述阀口位置检测装置用于检测换向阀5的阀口开度。

当换向阀5的阀口开度已经达到最大，而所述液压马达下降侧的压力仍小于所述预定压力时，控制装置2向换向阀5发出换向信号，以向所述液压马达的上升侧供油。这样可以产生背压，使液压马达产生反向扭矩，从而与重物产生的扭矩相匹配阻止重物快速下降，进一步提高了作业安全性。

《起重机及其吊载自动控制系统》第四种具体实施方式是在上述第三种具体实施方式的基础上所作的改进。在第四种具体实施方式中，换向阀5完成换向后，经过适当的反应时间，若所述液压马达下降侧的压力仍小于所述预定压力，控制装置2将向卷扬制动装置3发出指令，以将所述卷扬制动。这样，虽然将会造成设备的损坏，但却能够有效避免重物继续快速下降，从而确保了吊载作业的安全进行。

请同时参考图4，图4为《起重机及其吊载自动控制系统》第四种具体实施方式所提供起重机的吊载自动控制系统的重物下放流程图。

为了便于理解《起重机及其吊载自动控制系统》第四种具体实施方式所提供起重机的吊载自动控制系统的下放作业过程，现提供一种典型的工作流程，大体包括如下步骤：

步骤S21：开始下放重物。

步骤S22：通过第二压力检测装置4检测液压马达下降侧的当前压力。

步骤S23：控制装置2将上述当前压力与预定压力进行比较；当上述当前压力小于所述预定压力时，执行步骤S24，否则，返回执行步骤S22。

步骤S24：控制装置2增大换向阀3的阀口开度，从而增大所述液压马达下降侧的进油量。

步骤S25：通过第二压力检测装置4检测液压马达下降侧的当前压力。

步骤S26：控制装置2将上述当前压力与预定压力进行比较；当上述当前压力小于所述预定压力时，执行步骤S27，否则，返回执行步骤S25。

步骤S27：控制装置2向换向阀3发出换向信号，从而向所述液压马达的上升侧供油。

步骤S28：经过适当的反应时间后，再次通过第二压力检测装置4检测液压马达下降侧的当前压力。

步骤S29：控制装置2将上述当前压力与预定压力进行比较；当上述当前压力小于所述预定压力时，执行步骤S20，否则，返回执行步骤S28。

步骤S20：控制装置2向卷扬制动装置3发出指令，以使后者将卷扬制动。

《起重机及其吊载自动控制系统》还提供一种起重机，包括上述任一项所述的起重机的吊载自动控制系统，该起重机其他各部分的结构请参考现有技术，该文不再赘述。所述起重机具体可以是流动式起重机。