特殊繼電器在舵機電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)用分析

孫艷秋

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125000）

0 引言

船舶航行依靠主機的動力推進，依靠舵保持和改變航向，舵機就是操縱舵葉偏轉(zhuǎn)從而能使航向改變的機械設(shè)備，舵機系統(tǒng)的工作必須絕對可靠。

電動液壓舵機是用電動機驅(qū)動拖動雙向變量油泵，提供雙向的高壓油驅(qū)動液壓油缸。當(dāng)一油缸注入高壓油而另一油缸排出低壓油時，推動撞桿（活塞）移動，從而帶動舵柄、舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)[1]。電動機的電氣控制主要是液壓泵的運行控制。

1 舵機電氣控制系統(tǒng)技術(shù)要求

為保證舵機中電動液壓操舵裝置可靠工作，對液壓泵電動機控制系統(tǒng)控制要求主要有下述幾個方面[2]：

保證供電電源可靠。采用主電源和應(yīng)急電源雙路供電，且設(shè)置電機過載保護、電源缺相保護、電源反相保護與報警。

設(shè)置2套可以單獨作用也可以共同作用的油泵電動機組，各機組單獨運行時一為主機另一為備用，當(dāng)主泵機組故障時，能自動切換為備用泵機組工作。

當(dāng)主泵或備用泵機組工作時，控制線路要具有掉電保持功能，即恢復(fù)供電后，自動保持掉電前的工作狀態(tài)。

電動機過載時，聲光報警，但不切斷電源，也不停機。

至少可以在駕駛室的操舵臺和舵機艙兩地控制舵機電動機工作，并有轉(zhuǎn)換裝置，以防同時操縱。

操舵裝置一般應(yīng)有自動、隨動、手動三種操舵方式[3]。

2 特殊繼電器在舵機電氣控制中的應(yīng)用

為達到舵機電氣系統(tǒng)掉電記憶、電機保護等特殊控制要求，在舵機電動機起動控制器中，常會應(yīng)用馬達繼電器、磁保持繼電器、帶門控積算型時間繼電器等幾種特殊繼電器，本文以日本TAIYO為某大型油輪制造的舵機起動器為例，分析上述幾種特殊繼電器工作原理及其在舵機電氣控制系統(tǒng)中的控制功能。

2.1 SH-4/V型磁保持繼電器及其應(yīng)用

SH-4/V是富士公司生產(chǎn)的微型磁保持繼電器，和普通繼電器的不同點在于：第一，它有兩個工作線圈：一個是置位線圈，當(dāng)它得電時，繼電器的觸點動作且保持，即使掉電；另一個是復(fù)位線圈，當(dāng)它得電時，繼電器觸點脫扣，即恢復(fù)原狀態(tài)；第二，置位端和復(fù)位端采用脈沖觸發(fā)方式，而不需普通繼電器的連續(xù)通電方式；第三，具有保持功能，一旦置位或復(fù)位，即使線圈斷電，繼電器仍保持原狀態(tài)。SH-4/V磁保持繼電器結(jié)構(gòu)如圖1（a）所示，圖中CC為保持線圈，TC為復(fù)位線圈。

圖1 （a） SH-4/V磁保持繼電器結(jié)構(gòu)圖

圖1 （b） 磁保持繼電器在舵機起動器中的應(yīng)用

磁保持繼電器在舵機起動器中應(yīng)用電路如圖1（b）所示，它能實現(xiàn)運行機組的“掉電記憶”功能，分析如下：

（1）圖中，保持線圈CC由駕駛室啟動按鈕（START）、舵機艙啟動按鈕（3C）、應(yīng)急操舵啟動按鈕（EG）三者并聯(lián)驅(qū)動，并且用它自己的保持觸點（CC）實現(xiàn)自鎖，這樣即使斷電后，保持繼電器的觸點仍為原狀態(tài)，等恢復(fù)供電時自動延時（10T為時間繼電器的觸點）啟動電動機，實現(xiàn)掉電保持功能。

（2）復(fù)位線圈TC由電動機的停止信號和備用機組的獨立工作信號并聯(lián)驅(qū)動，STOP和3－0兩個手動停止按鈕分別安裝在駕駛室和舵機艙。一旦按下停止按鈕或備用機組獨立投入運行，本機組的保持繼電器觸點復(fù)位，同時保持線圈 CC斷電，為重新啟動做好準(zhǔn)備。

2.2 SE-KP2N型馬達繼電器及其應(yīng)用

馬達繼電器是一種能實現(xiàn)電機保護作用的低壓電器。它具備三種功能：第一，電機過載保護。如果過電流的時間超過啟動時間，則馬達繼電器觸點動作；第二，電源缺相保護，缺相狀態(tài)下繼電器觸點動作；第三，電源反相保護，檢測到電源的相序為逆時繼電器觸點動作。對一般電動機控制系統(tǒng)而言，發(fā)生上述三種情況要利用馬達繼電器觸點動作切斷電機電源，但對舵機電動機控制，只發(fā)出聲光報警，不停車。

SE-KP2N是歐姆龍公司生產(chǎn)的一種低壓馬達繼電器，它在TAIYO舵機起動器中的應(yīng)用電路，如圖3所示。SE-KP2N能實現(xiàn)控制系統(tǒng)的舵機電動機保護與電源保護功能，分析如下：

SE-KP2N的控制電源電壓為220 V/240 V，內(nèi)部過載保護用觸點延時動作，動作時間可預(yù)先設(shè)定；缺相和反相保護用觸點瞬時動作，一旦動作后，需手動復(fù)位，屬于電流控制型。它的配套器件采用SE-3B型電流變送器，適用電流范圍為64～160 A[4]。當(dāng)舵機發(fā)生過載、電源缺相或反相時，SE-KP2N常開觸點（在端子⑤⑤之間）閉合，報警繼電器得電動作，分布在駕駛室和舵機艙的操舵儀面板發(fā)出聲光報警。

2.3 帶門控積算型時間繼電器及其應(yīng)用

普通的時間繼電器不能實現(xiàn)門控阻斷和延時時間的累計，也不能實現(xiàn)定時復(fù)位，而一種帶門控積算型的固態(tài)時間繼電器卻可以實現(xiàn)這些功能。

圖3 電機繼電器在舵機起動器中的應(yīng)用

H3CR-A是歐姆龍公司生產(chǎn)的一種帶門控積算型時間繼電器，它的特點是滿足 AC100～240 V/DC100～125 V兩種電源，最多有6種工作模式，具有延時和瞬動觸點，可以實現(xiàn)門控積算、定時復(fù)位、通電延時動作或斷電延時動作功能。繼電器端子結(jié)構(gòu)如圖 4（a）所示，在TAIYO舵機起動器中的部分應(yīng)用電路如圖4（b）所示，主要實現(xiàn)舵機電動機自耦變壓器降壓啟動延時、他機故障時自動切換、定時復(fù)位控制功能，具體分析如下：

1） START端：啟動信號輸入端，接收到正脈沖后，開始延時，延時時間到觸點動作。

2） GATE端：門控信號輸入端，接收到高電平，若此時延時時間還沒到，則阻斷延時，直到門控端變?yōu)榈碗娖胶螅爬^續(xù)延時，實現(xiàn)延時積算與阻斷。

3） RESET端：復(fù)位信號輸入端，接收到正脈沖后，所有觸點復(fù)位。

4） 在舵機起動器中使用H3CR-A，有機組起動或他機故障信號時，H3CR-A的START端接收到正脈沖，開始自耦變壓器降壓啟動延時，延時6 s時間到，繼電器延時斷開常閉點切斷低壓側(cè)接觸器電源，延時閉合常開點接通全壓接觸器電源，實現(xiàn)舵機電動機自耦變壓器降壓啟動和他機故障時自動切換控制功能。

5） 機組已經(jīng)開始正常運行時，繼電器 3-0X常開觸點閉合，H3CR-A的復(fù)位端接收到正脈沖，定時器全部觸點復(fù)位，處于備機狀態(tài)，實現(xiàn)普通時間繼電器所不具備的定時復(fù)位功能。

圖4 （a） H3CR-A端子結(jié)構(gòu)圖

圖4 （b） H3CR-A時間繼電器應(yīng)用

3 結(jié)束語

在電動液壓舵機電氣控制系統(tǒng)中應(yīng)用磁保持繼電器等特殊繼電器，不僅滿足舵機掉電記憶、電機保護等特殊控制要求，而且還使系統(tǒng)運行可靠性、安全性大大提高，特殊繼電器的應(yīng)用也因此而越來越廣泛。本文分析特殊繼電器的控制功能，旨在為相關(guān)船舶技術(shù)人員從事舵機電控系統(tǒng)調(diào)試、運行檢查和故障分析等工作，提供一些參考與借鑒，為分析船舶其他電控系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

[1] 林華峰主編. 船舶電站及電力拖動. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué)出版社[M], 2006.

[2] 中國船級社. 鋼質(zhì)海船建造與入級檢驗規(guī)范, 2009.

[3] 趙殿禮主編. 船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng). 大連: 大連海事大學(xué)出版社[M], 2009.

[4] OMRON低壓電器技術(shù)說明書, 2010.