直流电动机补偿式能耗制动系统技术方案

本发明专利技术涉及一种直流电动机补偿式能耗制动系统，包括三相交流电源、可控硅三相全控桥、二极管、电阻、开关、直流电动机及控制单元。控制单元的输出端接入可控硅三相全控桥的触发控制端，三相交流电源经可控硅三相全控桥向直流电动机电枢供电。当直流电动机能耗制动状态运行时，三相交流电源在控制单元的控制下经可控硅三相全控桥向直流电动机电枢提供大小可控，方向与电枢电势相同的电压。本发明专利技术解决了现有技术中直流电动机能耗制动过程中制动转矩和负载运动速度无法控制的问题，能够控制制动过程中负载下放速度，以适用不同工程需求，同时还可以节省设备、降低成本。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
直流电动机补偿式能耗制动系统
本专利技术涉及一种直流电动机能耗制动系统，特别是一种直流电动机补偿式能耗制动系统。
技术介绍
近年来，直流电动机的能耗制动受到广泛关注。一般意义上的能耗制动，特别是应用于位能型负载场合下的直流电动机能耗制动，是在提升负载过程中，直流电动机断电后，其电枢仍以一定速度做惯性运转，电机电枢接入电阻使其与电机电枢形成回路，同时维持励磁不变，使直流电动机进入发电状态，即能耗制动状态。此时电机电枢产生与其转速方向相反的转矩，使负载上升速度下降至零。其后负载受重力作用以自由落体方式下降并拖动电机电枢反转，电机仍处于发电状态，电机电枢产生制动转矩，以阻止负载下降，当该制动转矩与其电机电枢所受负载重力转矩平衡时，电枢以一定速度匀速转动，负载以一定速度匀速下降。这种能耗制动系统可使电动机断电后负载的上升过程停下来，但却不能阻止此后负载在重力作用下的下降。实践中需利用基于机械摩擦或电磁原理的辅助刹车来控制，使负载以某一速度向下运动或停止运动，这就大大增加了系统成本。针对以上一般性直流电机能耗制动的缺点，近年来对位能性负载的下降速度控制方面做了不少工作，与本专利最相关的专利是1992年2月23日申请的对卷扬机速度进行控制的美国专利第5875281号，其主接线图如图1所示。该美国专利通过控制系统的控制，经断路器、极限开关、接触器触点的适当开合，构成卷扬机携带重物上升、低速下降、高速下降和自给电源制动四个工-->况，其上升和下降工作状态的转换通过开合相应断路器、极限开关、接触器改变电源电流流入电动机的方向，从而改变电机运转方向来实现，其下降速度通过绝缘栅双极型晶体管IGBT1和IGBT2调节电机磁场电流和电机电枢电压控制。该已有技术与本专利技术的指导思想和实施方式均不同。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种直流电动机补偿式能耗制动系统，使直流电动机既作为传统的拖动设备，又以补偿式能耗制动方式作为新型的动态制动和刹车装备，即电动机电枢在能耗制动状态下，以匀速旋转(动态制动)或零速旋转(刹车)，而所带位能性负载则以匀速或零速旋转。本专利技术所依据的原理如下，其原理电路图是如图2所示。E＝KeΦnMB=KmΦI=KmΦU+ERa+R]]>=KmφURa+R+KmKeφ2nRa+R---(1)]]>其中：E：下放时电枢的电势MB：下放时电枢转矩n：下放时电枢转速I：电机电枢电流Ra：电枢电阻R：电枢回路外接电阻U：向电机电枢施加的直流电压，下放时与E同方向Φ：磁极磁通Km：转矩系数Ke：电势系数-->在能耗制动状态下，当制动转矩与负载转矩Mg平衡时：MB=Mg=KmφURa+R+KmKeφ2ngRa+R]]>ng=(Ra+R)Mg-KmφUKmKeφ2---(2)]]>ng为MB与Mg平衡(U，Φ一定)时电枢的转速基于上述原理，本专利技术提供一种直流电动机补偿式能耗制动系统，包括三相交流电源、可控硅三相全控桥、二极管、电阻、开关及直流电动机，其中二极管与可控硅三相全控桥的输出反向并联，直流电动机的电枢与开关和电阻形成的并联电路串联后，再与所述可控硅三相全控桥并联，所述三相交流电源经可控硅三相全控桥向直流电动机电枢供电，该直流电动机作电动机工况提升重物工作时开关闭合，该直流电动机制动工况时开关断开，其特征在于所述补偿式能耗制动系统还包括输出端接入所述可控硅三相全控桥触发控制端的控制单元，当直流电动机能耗制动状态运行时，三相交流电源在控制单元的控制下经可控硅三相全控桥向直流电动机电枢提供大小可控，方向与电枢电势相同的电压。所述控制单元包括给定装置、第一电流调节器及触发器，其中触发器的输出端接入所述可控硅三相全控桥的触发控制端，所述直流电动机的电枢电流通过负反馈与给定装置的输出综合后一起接入第一电流调节器的输入端，第一电流调节器的输出端接入触发器的输入端。所述第一电流调节器与所述触发器之间串接第二电流调节器，三相交流电源的电流信号经整流桥负反馈，并与第一电流调节器的输出信号综合后接入第二电流调节器的输入端，第二电流调节器的输出端通过触发器接入可控硅三相全控桥的触发控制端。所述第一电流调节器的调节速度低于第二电流调节器的调节速度。所述第一电流调节器和第二电流调节器为带限幅的PI调节器。-->作为另一种实施方式，所述控制单元包括给定装置、速度调节器、电流调节器及触发器，所述直流电动机的电枢转速经测速装置与给定装置的输出端综合后接入该速度调节器的输入端，所述三相交流电源的电流信号经整流器负反馈，并与速度调节器的输出信号综合后接入电流调节器的输入端，该电流调节器的输出端通过触发器接入可控硅三相全控桥的触发控制端。所述速度调节器和电流调节器为带限幅的PI调节器。所述给定装置为电位器。所述直流电动机是他励直流电动机，外接三相交流电源经外接可控硅三相全控桥向他励直流电动机提供可控励磁电流。作为另一种实施方式，所述直流电动机是串励直流电动机，第一开关和第二开关分别串接于可控硅三相全控桥与串励直流电动机的励磁线圈及电枢之间，当串励直流电动机作电动机工况提升重物工作时，第一开关闭合，第二开关断开，外接三相交流电源不供电，制动工况时，第一开关断开，第二开关闭合，外接三相交流电源经外接可控硅三相全控桥向串励直流电动机的励磁线圈提供可控电流。根据(1)式控制U和Φ的大小，就可以控制电枢r电流I(转矩)。根据(2)式控制U和Φ的大小，也可以控制重物下降的转速。本专利技术对现有直流电动机能耗制动系统进行改进，使直流电动机制动时，无需借助辅助刹车就可使直流电动机所带位能型负载停止运动，这就大大降低了系统成本。同时本专利技术还可控制位能型负载的下降速度，使其按所需速度匀速运动，以满足不同工程需求。以下结合附图与实施例对本专利技术作进一步的说明。附图说明图1为已有技术的主接线原理图。图2为本专利技术所依据的原理电路图。-->图3为本专利技术第一主接线原理电路框图。图4为本专利技术第二主接线原理电路框图。图5为本专利技术第一实施例的电路框图。图6为本专利技术第二实施例的电路框图。图7为本专利技术第三实施例的电路框图。图8为本专利技术实用主接线图。具体实施方式本专利技术第一主接线原理电路框图如图3所示，是他励直流电动机的补偿式能耗制动系统主接线电路图。该补偿式能耗制动系统包括三相交流电源V、可控硅三相全控桥10、二极管D、电阻R、开关K及他励直流电动机11。二极管D与可控硅三相全控桥10并联，以保护可控硅三相全控桥10并为该补偿式能耗制动系统提供续流。电阻R与开关K的并联电路与他励直流电动机11的电枢串联后并联于可控硅三相全控桥10的输出端。三相交流电源V经可控硅三相全控桥10向他励直流电动机11的电枢供电。外接三相交流电源V1经外接可控硅三相全控桥13向他励直流电动机11提供可控励磁电流以产生可控磁场。当该他励直流电动机11作电动机运转时，开关K闭合，三相交流电源V经可控硅三相全控桥10向他励直流电动机11电枢供电。制动时，开关K断开，由于负载受重力作用下放，他励直流电动机11的电枢反转，在磁场的作用下反转的电枢内产生电枢电势，他励直流电动机11作发电机运行。此时电源V通过可控硅三相全控桥10向该他励直流电动机11电枢输出与其电枢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流电动机补偿式能耗制动系统，包括三相交流电源Ｖ、可控硅三相全控桥（１０）、二极管Ｄ、电阻Ｒ、开关Ｋ及直流电动机（１１，１２），其中二极管Ｄ与可控硅三相全控桥（１０）的输出反向并联，直流电动机（１１，１２）的电枢与开关Ｋ和电阻Ｒ形成的并联电路串联后，再与所述可控硅三相全控桥（１０）并联，所述三相交流电源Ｖ经可控硅三相全控桥（１０）向直流电动机（１１，１２）电枢供电，该直流电动机（１１、１２）作电动机工况提升重物工作时开关Ｋ闭合，该直流电动机（１１、１２）制动工况时开关Ｋ断开，其特征在于所述补偿式能耗制动系统还包括输出端接入所述可控硅三相全控桥（１０）触发控制端的控制单元（２），当直流电动机（１１，１２）能耗制动状态运行时，三相交流电源Ｖ在控制单元（２）的控制下经可控硅三相全控桥（１０）向直流电动机（１１，１２）电枢提供大小可控，方向与电枢电势相同的电压。

【技术特征摘要】
1、一种直流电动机补偿式能耗制动系统，包括三相交流电源V、可控硅三相全控桥(10)、二极管D、电阻R、开关K及直流电动机(11，12)，其中二极管D与可控硅三相全控桥(10)的输出反向并联，直流电动机(11，12)的电枢与开关K和电阻R形成的并联电路串联后，再与所述可控硅三相全控桥(10)并联，所述三相交流电源V经可控硅三相全控桥(10)向直流电动机(11，12)电枢供电，该直流电动机(11、12)作电动机工况提升重物工作时开关K闭合，该直流电动机(11、12)制动工况时开关K断开，其特征在于所述补偿式能耗制动系统还包括输出端接入所述可控硅三相全控桥(10)触发控制端的控制单元(2)，当直流电动机(11，12)能耗制动状态运行时，三相交流电源V在控制单元(2)的控制下经可控硅三相全控桥(10)向直流电动机(11，12)电枢提供大小可控，方向与电枢电势相同的电压。2、根据权利要求1所述的直流电动机补偿式能耗制动系统，其特征在于所述控制单元(2)包括给定装置(20)、第一电流调节器(21)及触发器(22)，其中触发器(22)的输出端接入所述可控硅三相全控桥(10)的触发控制端，所述直流电动机(11，12)的电枢电流通过负反馈与给定装置(20)的输出综合后一起接入第一电流调节器(22)的输入端，第一电流调节器(22)的输出端接入触发器(22)的输入端。3、根据权利要求2所述的直流电动机补偿式能耗制动系统，其特征在于所述第一电流调节器(21)与所述触发器(22)之间串接一个第二电流调节器(23)，三相交流电源V的电流信号经整流桥(24)负反馈，并与第一电流调节器(21)的输出信号综合后接入第二电流调节器(23)的输入端，第二电流调节器(23)的输出端通过触发器(22)接入可控硅三相全控桥(10)的触发控制端。4.根据权利要求3所述的直流电动机补偿式能耗制动系统，其特征在于所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘育生，高波，
申请(专利权)人：上海三高石油设备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]