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交流变频调速技术在船舶航行控制系统中的应用 摘要：本文介绍了利用交流变调速技术在舰船航行控制系统的应用。介绍了以 Inte18751单片机为核心，辅相应的外转硬件电路，实现对交流电机变频器的输 出频率和三相输出相序实时控制，从而最终实现对船舶航行姿态的监控，这种控 制方式结构简单，控制方便，性能良好，是一种非常适应于中、小型船舶的电力 拖动推进系统。 关键词：交流变调速技术 单片机 航行控制台 1 引言 船舶航行动力推进主要有两大类。 机械传输推进系统和电力拖动推进系统。 其中采用电力拖动推进系统的船舶，因其噪音低、污染小、机动灵活，操作 方便，易于维修，故多用于供游人参观游览航行在江面或湖面的游艇、游船。 由于受电力电子技术发展的约束，时期的电力推进系统的动力源均采用直流 电源，随着电子控制技术发展与大功率晶体管的诞生，采用交流电力的船用推进 系统已经成为现实。 采用分立元件组成的模拟控制电力推进系统，存在诸如设计周期长、连接线 路多，焊点多，安装调试复杂以及不宜维修等一系列问题，并且控制精度不高， 响应时间慢。引入单片机数字控制的交流变频调速电力推进系统，不但克服了模 拟控制系统所存在的诸多问题，并且控制性能优于模拟控制系统。 2 系统简介 2.1 系统的设计思路 本系统采用船舶自身的柴油发电机组输出的50HZ、AC380V交流电作动力源， 由Inte18751单片机为核心，辅以相应的控制程序，来遥控2台交流变频调速器 的输出频率和相序，分别驱动船舶的左右异步电动机带动各自的螺旋桨旋转，通 过左、右螺旋桨之转向和转速的不同组合，实现船舶作不同速度的前进、后退和 转向等各种航行动作，并对船舶在航行过程中的主要参数进行实时监控，对螺旋 桨转速同时采用指针仪表和LED数码管动态跟踪显示。对电力推进系统运行中所 出现的异常情况及时进行声光报警，以提醒船舶操作人员注意，必要时可以实现 自动关机、以确保船舶的航行安全。 如果控制系统出现故障时，可以通过操作控制台的工况选择开关、应急操纵 旋钮以及备用舵来操作船舶航行。 2.2 交流变频器的工作原理 一般交流变频器均采用 AC-DC-AC 的工作原理，即工频交流电压经不可控整 流和滤波后变成直流电，利用脉宽调制技术（SPWM），以便函获得不同频率的输 出电压波形，来驱动不同场合的负载，满足不同的技术条件。 2.3 单片机控制的船舶用交流电力推进系统的组成 单片机控制的船用交流电力推进系统框图如图1所示 船舶自备柴油发电机组为整个船舶提供电力和船舶航行的动力。航行控制台 根据船舶航行操作指令遥控 1#变频器、2#变频器的输出频率和输出相序，再由 变频器分别控制左、右交流异步电动机的转速和转向，交流异步电动机通过连轴 器同步带动左、右辊旋桨旋转。船舶和各种航行状态就是靠左、右螺旋桨的旋转 状态的不同组合来实现的。 船舶的航行状态是由航行控制台实时控制，其具体的控制过程是由船舶航行 操作人员通过航行控制台的操作键盘来实现的，为了进一步明确船舶航行状态实 现方式，现将航行控制台操作按键与左、右螺旋桨旋转状态以及船舶航行状态的 对应关系列入表1中。 表1 航行控制台操作按键与左、右螺旋转状态以及船舶航行状态的对应关系 按键名 左桨旋转状态 右桨旋转状态 船舶航向 前进 顺时针旋转 逆时针旋转 前进航行 后退 逆时针针旋转 顺时针旋转 后退航行 左转 逆时针针旋转 顺时针旋转 左转弯航行 右转 顺时针旋转 逆时针旋转 右转弯航行 加速 加速旋转 加速旋转 加速航行 减速 减速旋转 减速旋转 减速航行 停止 停止旋转