特殊繼電器在舵機(jī)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(jī)的動(dòng)力推進(jìn)，依靠舵保持和改變航向，舵機(jī)就是操縱舵葉偏轉(zhuǎn)從而能使航向改變的機(jī)械設(shè)備，舵機(jī)系統(tǒng)的工作必須絕對(duì)可靠。

電動(dòng)液壓舵機(jī)是用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)拖動(dòng)雙向變量油泵，提供雙向的高壓油驅(qū)動(dòng)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(shí)，推動(dòng)撞桿（活塞）移動(dòng)，從而帶動(dòng)舵柄、舵柱和舵葉偏轉(zhuǎn)[1]。電動(dòng)機(jī)的電氣控制主要是液壓泵的運(yùn)行控制。

1 舵機(jī)電氣控制系統(tǒng)技術(shù)要求

為保證舵機(jī)中電動(dòng)液壓操舵裝置可靠工作，對(duì)液壓泵電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)控制要求主要有下述幾個(gè)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(jī)過載保護(hù)、電源缺相保護(hù)、電源反相保護(hù)與報(bào)警。

設(shè)置2套可以單獨(dú)作用也可以共同作用的油泵電動(dòng)機(jī)組，各機(jī)組單獨(dú)運(yùn)行時(shí)一為主機(jī)另一為備用，當(dāng)主泵機(jī)組故障時(shí)，能自動(dòng)切換為備用泵機(jī)組工作。

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

電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，聲光報(bào)警，但不切斷電源，也不停機(jī)。

至少可以在駕駛室的操舵臺(tái)和舵機(jī)艙兩地控制舵機(jī)電動(dòng)機(jī)工作，并有轉(zhuǎn)換裝置，以防同時(shí)操縱。

操舵裝置一般應(yīng)有自動(dòng)、隨動(dòng)、手動(dòng)三種操舵方式[3]。

2 特殊繼電器在舵機(jī)電氣控制中的應(yīng)用

為達(dá)到舵機(jī)電氣系統(tǒng)掉電記憶、電機(jī)保護(hù)等特殊控制要求，在舵機(jī)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制器中，常會(huì)應(yīng)用馬達(dá)繼電器、磁保持繼電器、帶門控積算型時(shí)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(jī)起動(dòng)器為例，分析上述幾種特殊繼電器工作原理及其在舵機(jī)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(diǎn)在于：第一，它有兩個(gè)工作線圈：一個(gè)是置位線圈，當(dāng)它得電時(shí)，繼電器的觸點(diǎn)動(dòng)作且保持，即使掉電；另一個(gè)是復(fù)位線圈，當(dāng)它得電時(shí)，繼電器觸點(diǎn)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(jī)起動(dòng)器中的應(yīng)用

磁保持繼電器在舵機(jī)起動(dòng)器中應(yīng)用電路如圖1（b）所示，它能實(shí)現(xiàn)運(yùn)行機(jī)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(dòng)按鈕（START）、舵機(jī)艙啟動(dòng)按鈕（3C）、應(yīng)急操舵啟動(dòng)按鈕（EG）三者并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，并且用它自己的保持觸點(diǎn)（CC）實(shí)現(xiàn)自鎖，這樣即使斷電后，保持繼電器的觸點(diǎn)仍為原狀態(tài)，等恢復(fù)供電時(shí)自動(dòng)延時(shí)（10T為時(shí)間繼電器的觸點(diǎn)）啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)掉電保持功能。

（2）復(fù)位線圈TC由電動(dòng)機(jī)的停止信號(hào)和備用機(jī)組的獨(dú)立工作信號(hào)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，STOP和3－0兩個(gè)手動(dòng)停止按鈕分別安裝在駕駛室和舵機(jī)艙。一旦按下停止按鈕或備用機(jī)組獨(dú)立投入運(yùn)行，本機(jī)組的保持繼電器觸點(diǎn)復(fù)位，同時(shí)保持線圈 CC斷電，為重新啟動(dòng)做好準(zhǔn)備。

2.2 SE-KP2N型馬達(dá)繼電器及其應(yīng)用

馬達(dá)繼電器是一種能實(shí)現(xiàn)電機(jī)保護(hù)作用的低壓電器。它具備三種功能：第一，電機(jī)過載保護(hù)。如果過電流的時(shí)間超過啟動(dòng)時(shí)間，則馬達(dá)繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作；第二，電源缺相保護(hù)，缺相狀態(tài)下繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作；第三，電源反相保護(hù)，檢測(cè)到電源的相序?yàn)槟鏁r(shí)繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作。對(duì)一般電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)而言，發(fā)生上述三種情況要利用馬達(dá)繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作切斷電機(jī)電源，但對(duì)舵機(jī)電動(dòng)機(jī)控制，只發(fā)出聲光報(bào)警，不停車。

SE-KP2N是歐姆龍公司生產(chǎn)的一種低壓馬達(dá)繼電器，它在TAIYO舵機(jī)起動(dòng)器中的應(yīng)用電路，如圖3所示。SE-KP2N能實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的舵機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)與電源保護(hù)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(hù)用觸點(diǎn)延時(shí)動(dòng)作，動(dòng)作時(shí)間可預(yù)先設(shè)定；缺相和反相保護(hù)用觸點(diǎn)瞬時(shí)動(dòng)作，一旦動(dòng)作后，需手動(dòng)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(jī)發(fā)生過載、電源缺相或反相時(shí)，SE-KP2N常開觸點(diǎn)（在端子⑤⑤之間）閉合，報(bào)警繼電器得電動(dòng)作，分布在駕駛室和舵機(jī)艙的操舵儀面板發(fā)出聲光報(bào)警。

2.3 帶門控積算型時(shí)間繼電器及其應(yīng)用

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

圖3 電機(jī)繼電器在舵機(jī)起動(dòng)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(shí)間繼電器，它的特點(diǎn)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(shí)和瞬動(dòng)觸點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)門控積算、定時(shí)復(fù)位、通電延時(shí)動(dòng)作或斷電延時(shí)動(dòng)作功能。繼電器端子結(jié)構(gòu)如圖 4（a）所示，在TAIYO舵機(jī)起動(dòng)器中的部分應(yīng)用電路如圖4（b）所示，主要實(shí)現(xiàn)舵機(jī)電動(dòng)機(jī)自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)延時(shí)、他機(jī)故障時(shí)自動(dòng)切換、定時(shí)復(fù)位控制功能，具體分析如下：

1） START端：?jiǎn)?dòng)信號(hào)輸入端，接收到正脈沖后，開始延時(shí)，延時(shí)時(shí)間到觸點(diǎn)動(dòng)作。

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

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

4） 在舵機(jī)起動(dòng)器中使用H3CR-A，有機(jī)組起動(dòng)或他機(jī)故障信號(hào)時(shí)，H3CR-A的START端接收到正脈沖，開始自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)延時(shí)，延時(shí)6 s時(shí)間到，繼電器延時(shí)斷開常閉點(diǎn)切斷低壓側(cè)接觸器電源，延時(shí)閉合常開點(diǎn)接通全壓接觸器電源，實(shí)現(xiàn)舵機(jī)電動(dòng)機(jī)自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)和他機(jī)故障時(shí)自動(dòng)切換控制功能。

5） 機(jī)組已經(jīng)開始正常運(yùn)行時(shí)，繼電器 3-0X常開觸點(diǎn)閉合，H3CR-A的復(fù)位端接收到正脈沖，定時(shí)器全部觸點(diǎn)復(fù)位，處于備機(jī)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)普通時(shí)間繼電器所不具備的定時(shí)復(fù)位功能。

圖4 （a） H3CR-A端子結(jié)構(gòu)圖

圖4 （b） H3CR-A時(shí)間繼電器應(yīng)用

3 結(jié)束語

在電動(dòng)液壓舵機(jī)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(jī)掉電記憶、電機(jī)保護(hù)等特殊控制要求，而且還使系統(tǒng)運(yùn)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(jī)電控系統(tǒng)調(diào)試、運(yùn)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(dòng). 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué)出版社[M], 2006.

[2] 中國(guó)船級(jí)社. 鋼質(zhì)海船建造與入級(jí)檢驗(yàn)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.