Bài giảng Máy điện hàng hải biên soạn có nội dung trình bày các kiến thức cơ bản về máy đo sâu hàng hải, tốc độ kế, la bàn con quay, máy lái tự động. Tham khảo nội dung bài giảng để hiểu rõ hơn về các nội dung trên. Hi vọng tài liệu sẽ cung cấp kiến thức cho các bạn
Trang 1MÁY ĐO TỐC ĐỘ
Máy đo tốc độ là dụng cụ để đo tốc độ Vc của tàu và khỏang đường tàu chạy qua S.Người ta chia lọai máy đo tốc độ tương đối và tuyệt đối.Lọai đo tốc độ tuyệt đối:tốc độ Vc của con tàu đối với một điểm cố định ở đáy biển Còn lọai tương đối thì đo tốc độ tàu nơi dòng nước chuyển động.Trên các tàu biển người ta dùng các lọai máy đo tốc độ tương đối thủy lực , cảm ứng và chân vịt
quay.Cũng như máy đo tốc độ tuyệt đối thủy âm và địa từ Dưới đây ta hãy khảo sát nguyên lý của các lọai máy đo tốc độ hay nhất cho tàu biển
CHƯƠNG I:LÝ THUYẾT VỀ MÁY ĐO TỐC
I.Nguyên lý đo tốc độ bằng hiệu ứng Doppler
1.Nguyên lý họat động:
Họat động của máy đo tốc độ thủy âm dựa trên hiệu ứng Doppler về sự thay đổi tần số.Sóng khi máy thu hoặc máy phát đặt trên đối tượng chuyển động.Điều đó cho phép ta xây dựng lý thuyết về tốc độ kế thủy âm
Gỉa sử ở đáy tàu có một màng dao động A họat động như một máy phát và máy thu sóng siêu âm.Lúc đầu màng này phát một chùm sóng siêu âm xuống đáy biển với tần số fo về phía mũi tàu hợp với phương chuyển động một góc ∞ gặp đáy biển tại D sóng phản về độ dịch chuyển tần số khi máy thu và phát tiến lại gần nhau thì tần số thu được:fr = fo(c+vr)/(c-vs)
Vr:vận tốc máy thu
Vs:vận tốc máy phát Ở đây tốc độ máy phát và thu như nhau và bằng V.cos∞
Do đó:fr = fo(1+v/ccos∞)/(1-v/ccos∞)
Khai triển chuỗi taylo và bỏ vô cùng bé bậc cao ta có:
fr = fo
Từ công thức này ta thấy nếu xác định được độ lệch giữa tần số sóng thu và phát sẽ xác định được vận tốc chuyển động của máy thu(phát)
Trên đây ta xét một tia về phía mũi bây giờ ta xét hai tia một tia về phái mũi một tia về phía lái
fa =fo
fr – fa=
V=
Nhìn vào công thức trên ta thấy nếu xác định được tần số fr , fa sẽ xác định được tốc độ tàu và có
độ chính xác hơn phương pháp phát một tia
Trên thực tế không phải hai tia mà có thể ở đằng mũi đặt 4 tia , ở đằng lái đặt 2 tia.Với sơ đồ này không chỉ cho phép ta xác định tốc độ của tàu trên đường tàu chạy mà còn cho phép ta xác định tốc
độ theo chiều ngang ở mũi và đằng lái khi điều động tàu trong tình huống phức tạp
2.Độ chính xác của tốc độ kế:
Ảnh hưởng của tàu lắc:Khi tàu lắc thì không thể xác định góc ∞ một cách chính xác.Để khắc phục thiếu sót đó có hai cách :thứ nhất có thể dừng con quay để cân bằng màng dao động phát một cách trực tiếp , thứ hai là có thể nhờ máy cảm biến góc chuyển động của tàu để điều chỉnh gián tiếp nghĩa là đưa số hiệu chính do tàu lắc , vào kết quả đo được Rõ ràng là chọn cách này hay cách khác
là tùy thuộc vào độ chính xác đòi hỏi phải có
Khi =1o thì số
Ngòai ra độ chính xác của máy đo sâu còn phụ thuộc vào độ sâu nó chỉ cho độ chính xác cao nếu độ sâu không lớn lắm Vì vậy độ chính xác đầy đủ khi đo đạt hiện nay chỉ có thể đạt được ở độ sâu không lớn hơn 300m
Cũng còn có nhiều nguyên nhân khác gây nên sai số nhưng nếu ta tính đến tất cả những sai số đó thì
độ chính xác đo đạc trong độ sâu nói trên vẫn còn cao.Ví dụ độ chính xác của máy đo tốc độ MQR
về đo khỏang cách tàu đi qua là khỏang 0,2% về tốc độ-gần 2% còn góc đạt gần 0,2%
II.Nguyên lý đo tốc độ bằng điện từ trường
1.Nguyên lý họat động:
Trang 2Tốc độ kế điện tử dựa trên nguyên lý của định luật Faraday-maxwell.Hình vẽ minh họa nguyên lý của tốc độ kế này , dòng điện chạy trong cuộn dây sẽ sinh ra từ trường 4 đọan dây dẫn (ab , bc, cd, da) được đặt trong mặt phẳng quanh cuộn dây.Nếu các dây dẫn không chuyển động một cách tương đối so với cuộn dây thì chúng không cắt các đường sức từ và không có điện áp nào được cảm ứng lên chúng.Gỉa sử các dây dẫn trong mặt phẳng chuyển động theo mũi tên với vận tốc là v(Gỉa thiết
là khỏang cách giữa các đọan dây và cuộn từ đủ lớn vì vậy khung dây có thể di chuyển với vận tốc này mà không cần phải di chuyển cuộn dây , cũng vậy cường độ của từ trường là như nhau trong vùng của 4 dây dẫn và đường sức từ vuông góc với chúng).Do chuyển động của dây dẫn nên trogn đọan ab và cd dây xuất hiên một suất điện động
E = B.l.V
Với B là cảm ứng từ , l là độ dài của đọan ab và cd
Ứng dụng vào họat động của tốc độ kế này dựa trên sơ đồ sau đây:bộ phận nhạy cảm của tốc độ kế
là một hình trụ đáy elip bằng đồng thau , nhô ra dưới đáy tàu.Phía trong của hình trụ 1 có gắn một thanh xolenoit 3 xung quanh có quấn hai quận dây:cuộn chính và cuôn cân bằng.Dòng điện xoay chiều đi qua cuôn :nhờ vậy mà xung quanh thanh xolenoit hình thành một điện từ trường mạnh Vì rằng bộ phận nhạy cảm tiếp xúc với nước ngòai mạn tàu là chất dẫn điện nên giữa các cực điện 2 ở mặt ngòai của ống hình trụ sẽ hình thành vòng dẫn địen 4.Nếu như cuộn dây có điện thì theo định luật cảm ứng Faraday trì trong vòng dẫn điện có sức điện động
Bây giờ ta giả thiết rằng xoleit cũng chuyển động với tàu chuyển động với tốc độ Vc:Lúc đó trong vòng sẽ sinh ra sức điện động phụ thêm:
B.L.V
Trong đó L:chiều dài của vòng
Như vậy trong trường hợp chung thì sức điện động trong vòng được xác định bởi biểu thức:
Thành phần không phụ thuộc vào Vc và có thể xem như nhiễu lọan số không.Thường thì được bù trừ bằng cách dựa vào cuộn một điện áp xoay chiều và phải tương ứng.Nếu như việc bù trừ được thực hiện thì từ biểu thức ta thấy phương trình của tốc độ kế sẽ có dạng:
Vc=K
Hãy khảo sát một sơ đồ đơn giản mà không phải làm giảm mất mọi tính năng của tốc độ kế.Hãy giả thuyết rằng cấu trúc này không phải có một cặp cực mà có hai cặp cực 1;3 và 2;4 cũng giả thuyết rằng tàu có độ đạt là Với điều kiện có thành phần của Vc không chỉ có Vy mà còn có thành phần nằm ngang Vx
Vì vậy điện áp U1U2 trên các cực tương ứng sẽ là kết quả tác dụng tổng hợp của tốc độ Vy và Vx
có thể biểu thị bởi những biểu thức sau đây:
Nếu như lấy bình phương lên sau đó cộng lại thì ta được môđun của Vc đối với tốc độ tàu , còn tỉ lệ giữa chúng sẽ xác định độ đạt gió dưới Ki.Kết quả sau khi biến đổi ta sẽ có:
Như vậy tốc độ kế cảm ứng có thể đo được tốc độ tòan phần Vc của tàu đối với nước cũng như góc đạt
Sai số của tốc độ kế
Ảnh hưởng của tàu lắc:Tốc độ kế cảm ứng có độ nhạy rất cao ,vì vậy kim chỉ tốc độ lúc tàu lắc có thể dao động với biên độ từ 0,1 đến một hải lý.Như vậy ta không thể đọc được trị số tốc độ một cách chính xác.Có thể khử sai số bằng cách lắp thêm bộ phận làm thay từ trường đồng bộ với tàu lắc