特殊繼電器在舵機電氣控制系統中應用分析

孫艷秋

（渤海船舶職業學院，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從而能使航向改變的機械設備，舵機系統的工作必須絕對可靠。

電動液壓舵機是用電動機驅動拖動雙向變量油泵，提供雙向的高壓油驅動液壓油缸。當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[1]。電動機的電氣控制主要是液壓泵的運行控制。

1 舵機電氣控制系統技術要求

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。采用主電源和應急電源雙路供電，且設置電機過載保護、電源缺相保護、電源反相保護與報警。

設置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，當主泵機組故障時，能自動切換為備用泵機組工作。

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

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，并有轉換裝置，以防同時操縱。

操舵裝置一般應有自動、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用

為達到舵機電氣系統掉電記憶、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中的控制功能。

2.1 SH-4/V型磁保持繼電器及其應用

SH-4/V是富士公司生產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，當它得電時，繼電器的觸點動作且保持，即使掉電；另一個是復位線圈，當它得電時，繼電器觸點脫扣，即恢復原狀態；第二，置位端和復位端采用脈沖觸發方式，而不需普通繼電器的連續通電方式；第三，具有保持功能，一旦置位或復位，即使線圈斷電，繼電器仍保持原狀態。SH-4/V磁保持繼電器結構如圖1（a）所示，圖中CC為保持線圈，TC為復位線圈。

圖1 （a） SH-4/V磁保持繼電器結構圖

圖1 （b） 磁保持繼電器在舵機起動器中的應用

磁保持繼電器在舵機起動器中應用電路如圖1（b）所示，它能實現運行機組的“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）、應急操舵啟動按鈕（EG）三者并聯驅動，并且用它自己的保持觸點（CC）實現自鎖，這樣即使斷電后，保持繼電器的觸點仍為原狀態，等恢復供電時自動延時（10T為時間繼電器的觸點）啟動電動機，實現掉電保持功能。

（2）復位線圈TC由電動機的停止信號和備用機組的獨立工作信號并聯驅動，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位，同時保持線圈 CC斷電，為重新啟動做好準備。

2.2 SE-KP2N型馬達繼電器及其應用

馬達繼電器是一種能實現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而言，發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，只發出聲光報警，不停車。

SE-KP2N是歐姆龍公司生產的一種低壓馬達繼電器，它在TAIYO舵機起動器中的應用電路，如圖3所示。SE-KP2N能實現控制系統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，內部過載保護用觸點延時動作，動作時間可預先設定；缺相和反相保護用觸點瞬時動作，一旦動作后，需手動復位，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]。當舵機發生過載、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出聲光報警。

2.3 帶門控積算型時間繼電器及其應用

普通的時間繼電器不能實現門控阻斷和延時時間的累計，也不能實現定時復位，而一種帶門控積算型的固態時間繼電器卻可以實現這些功能。

圖3 電機繼電器在舵機起動器中的應用

H3CR-A是歐姆龍公司生產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，可以實現門控積算、定時復位、通電延時動作或斷電延時動作功能。繼電器端子結構如圖 4（a）所示，在TAIYO舵機起動器中的部分應用電路如圖4（b）所示，主要實現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，直到門控端變為低電平后，才繼續延時，實現延時積算與阻斷。

3） RESET端：復位信號輸入端，接收到正脈沖后，所有觸點復位。

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接觸器電源，延時閉合常開點接通全壓接觸器電源，實現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） 機組已經開始正常運行時，繼電器 3-0X常開觸點閉合，H3CR-A的復位端接收到正脈沖，定時器全部觸點復位，處于備機狀態，實現普通時間繼電器所不具備的定時復位功能。

圖4 （a） H3CR-A端子結構圖

圖4 （b） H3CR-A時間繼電器應用

3 結束語

在電動液壓舵機電氣控制系統中應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，而且還使系統運行可靠性、安全性大大提高，特殊繼電器的應用也因此而越來越廣泛。本文分析特殊繼電器的控制功能，旨在為相關船舶技術人員從事舵機電控系統調試、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奠定基礎。

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

[2] 中國船級社. 鋼質海船建造與入級檢驗規范, 2009.

[3] 趙殿禮主編. 船舶電氣設備與系統. 大連: 大連海事大學出版社[M], 2009.

[4] OMRON低壓電器技術說明書, 2010.