直流电动机可控硅可逆调速装置的制作方法

专利名称：直流电动机可控硅可逆调速装置的制作方法
专利说明 本发明的技术领域是直流电动机可控硅可逆调速装置。
目前的SCR-D系统(如国内常见的KBK系统)，其技术应用以及系统原理都比较复杂，KBK系统采用三相电源作输入电源，每台装置元器件多达上千只，结构复杂，并且抗干扰与过流保护差必须采用快速熔断器，可控硅和快速熔断器很容易烧，加上原有装置无能耗制动及紧急停车时能耗吸收的装置，稳定性差，所控制的龙门创经常跳车。
本发明的直流电动机可控硅可逆调速装置，结构简单，只需50只元器件，采用380伏作输入电源，使用经特殊设计地具有一定漏感和分布电容的电源变压器，有急停车的能耗制动装置及主要元器件故障监视装置，本装置具有抗干扰与过流保护的功能，无论电源开关的突然重合闸，或邻近负荷的瞬间冲击，均对本装置无损害，控制龙门创时，龙门创不会跳车，由于有故障监视装置，维修方便。
以下，参照附图详细说明本发明。


图1为本发明的直流电动机可控硅可逆调速电路图，其中，虚线框Ⅰ为可控硅主控整流电路，虚线框Ⅱ为主要元器件故障监视电路，虚线框Ⅲ为触发脉冲电路，图2为控制电路。
图3为电源变压器B1的结构图。
图4为电源变压器B1的等效电路。
图3中，1为副级，2为屏蔽铜板，3为原极，4为铁心。
图1及图2中， B1、B2为电源变压器， DW为稳压管， B3为脉冲变压器， BG1、BG2为三极管， K为空气断路器， BG3为双基极二极管， C为B1的次级中心抽头， L为平波电抗器， T1～T7为可控硅， AN1～AN7为按钮开关， g1～g7为可控硅控制极， J0～J8为继电器， LH1～LH6为电流互感器或 R6、R8、R10、R12、R14及 敏感元件。 R16为电位器， A为电流表， R1、R2、R3、R4、R5、R7为电阻 V为电压表， R9、R11、R13、R15、R17为电阻 D为直流电动机， R18～R25为电阻， DL为直流电动机励磁绕组， C1、C2、C3为电容器， F为测速发电机， FL为测速发电机的磁场绕组， D1～D11为二极管 DL1～DL7为发光二极管， Z1、Z2、Z3为整流器， 本发明的直流电动机可控硅可逆调速装置，是由抗干扰与过流保护的电源装置，主要元器件故障监视电路、可控硅主控整流电路以及触发脉冲与控制电路四部分组成。
抗干扰与过流保护的电源装置 见图3所示，该装置实际上是一种具有一定漏感和分布电容的并设有电屏蔽的电源变压器(见图1中B1和B2)。
图3中变压器的原副级置于铁芯中柱的同柱线上，其位置可互相颠倒，其间矩可调节以改变漏感和分布电容。原副级之间设有一厚度为1mm左右的铜板与铁芯相连后接地，作电屏蔽，其等效电路见图4所示。变压器原级接工频380伏线压线。
图中C′2为变压器原副级之间，以及原副级对铁芯之间而同时接地后的分布电容，L′25为变压器的总漏感，L1为变压器原级励磁电感，这就不难看出，当电源端有雷击或操作等瞬间过电压侵入时，就会因C′2与L′25的滤波作用，而被大大削弱或消除，以保证副级元器件免遭损害。如果负载有种种原因而形成过流或短路电流侵入时，又会因漏感L′25的限流以及漏抗的降压作用而被消除。这就实现了抗干扰与过流保护的目的。
可控硅主控整流电路 见图1中虚线框Ⅰ所示(注其中J0～J8为微型电磁继电器，HK1～HK3分别为前减、前换后以及前进限位开关，QK1～QK3分 别为后减、后换前以及后退限位开关。符号

为常开触点，

为常闭触点)。
本电路是由T1、T2的阳极相连，T3、T4的阴极相连后接于图中22点。T1、T3的阴阳极相连，T2、T4的阴阳极相连后分别接于变压器副级的ab两端;变压器B1副级中心抽头C→电流表A→直流电动机D→平波电抗器L相串后接于图中22点;电压表V并于D的两端。
能耗制动用的可控硅T5、T6的阴阳极相连，并与能耗电阻R27相串后，并接于D的两端;由J4-6→J6-8与J0-3及QK3和AN1相并后接于T5的控制极g5及阳极之间;由J5-6→J7-8与J0-4及HK3和AN1相并后接于T6控制极g6与阳极之间;其中AN1、HK3、QK3作紧急停车之用，J4-6→J6-8以及J5-6→J7-8作转换时低速切换之用，以减小换向电流与机械冲击。
由电动机D的磁场绕组DL→电流表AC→失磁保护继电器J8→整流器Z1;由测速发电机F的磁场绕组FL接于整流器Z2的输出端Q、H;测速发电机F的输出，接至触发脉冲与控制电路中所需的负反馈输入端12及13;由提供主要元器件故障监视用的电流互感器或敏感元件LH1～LH6，分别接至T1～T6的阴极，这样，经上述电与线的连接后，即组成可控硅主控整流电路。
电动机D能获得可逆调速的原理是这样的，设电动机D需要正转时，只需利用脉冲输出控制，将已形成的相位可调的脉冲输出信号加于T1、T2的触发极g1、g2，电动机D即可获得正转调速。当电动机D需要反转调速时，只需利用脉冲输出控制，将已形成的相位可调的脉冲输出信号加于T3、T4的触发极g3、g4，则电动机D又可获得反转调速。
主要元器件故障监视电路 见图1中虚线框Ⅱ，它是电阻R28→二极管D1→发光二极管DL1→0;电阻R29→二极管D2→发光二极管DL2→0;电阻R30→二极管D3→发光二极管DL3→0;电阻R31→二极管D4→发光二极管DL4→0;电阻R32→二极管D5→发光二极管DL5→0;电阻R33→二极管D6→发光二极管DL6→0;分别接至电流互感器LH1～LH6与0之间，作主要元器件故障监视部分;电阻R34→二极管D7→发光二极管DL7→0;接至直流电源4、5两端，作电源指示之用;这样经上述电与线的连接后即构成主要元器件的故障监视电路。因此，只要将T1～T6处于工作状态，就会由电流互感器LH1～LH6将电信号分别提供给发光二极管DL1～DL6转换成光信号反应出来，从而达到对主要元器件T1～T6的故障监视作用。
触发脉冲与控制电路 它是由整流器Z1(由四只2CZ14F接成桥式整流)供DL的磁场电源;整流器Z2(由四只2CZ12B接成桥式整流)供测速发电机FL的磁场电源;整流器Z3(由四只2CZ12B接成桥式整流)，经电阻R1及稳压管DW限幅后的2、5两点供触发脉冲的电源;经电阻R2后的3、5两点、供脉冲功放的电源;经电阻R3后的4、5两点，供控制部分的电源;由点2→R4→6→J2-3→7→J1-5→J4-2→J7-5→R5→电位器R6→11、作前进给定输入;由点7→J3-5→J5-2→J6-5→R7→电位器R8→11、作后退给定输入;由点7→J4-3→J6-6→R9→电位器R10→11、作前减给定输入;由点7→J5-3→J7-6→R11→电位器R12→11、作后减给定输入;由点6→J2-4→8→J1-6→R13→电位器R14→11、作步进给定输入;由点8→J3-6→R15→电位器R16→11、作步退给定输入;由J7-7和J6-7分别接于6-9和6→10之间，作低速切换以减小换向电流和机械撞击之用;由点12→R17→电位器R18→J1-9→11、作前进负反馈输入;由点13→R20→电位器R19→J3-9→11、作后退负反馈输入;上述两种输入在11点综合叠加后、作触发脉冲的输入，电容C1接于11与5之间与上述输入构成延时之用;晶体管BG1的基极b接11、集电集C和发射极e分别经电阻R21接R22接至2、5之间，晶体管BG2的基极b接BG1的集电极C、它的发射极e和集电极C、分别经电阻R23与电容C2接于2、5之间，单结晶体管BG3的发射极e接BG2的集电极、它的第一基极b1和第二基极b2分别经电阻R24和R25接于2、5之间，作触发脉冲输入与脉冲形成部分;由点2→R24→脉冲变压器B3→可控硅T7作脉冲功放部分;经上述电与线的连接后即组成触发脉冲部分;由点4→HK3→QK3→AN1→AN2与J0-1的并联后→J8-1→J0→5点组成启动控制;由点4→AN7→J0-2→J8→18→ →

→15→AN5→HK1→HK2→J3-2→J4-1→J6-3→J1→5点;由点14→

→16→AN4→QK1→QK2→J1-2→J5-1→J7-3→J3→5;由点18→AN3与AN6、J2-2并联后→J2→5;由点4→HK1→J1-3→J3-3→J6-4→J4→5;由点4→QK1→J1-4→J3-4→J7-4→J5→5;由点4→HK2→J7-2→J6→5;由点4→QK2→J6-2→J7→5;经上述电与线的连接后即成触发脉冲与控制电路。
这样即可根据可逆调速的需要，由控制电路去控制给定输入与速度负反馈输入综合叠加后作脉冲输入。然后经脉冲形成放大后，再由控制电路按可逆调速的规律(其速度调节可改变图中R6、R8、R10、R12、R14、R16的阻值来实现)、分别将放大后的脉冲信号送入T1～T4的触发极，同时准确无误地控制T5～T6的触发极输入，从而实现本装置准确的、稳定可靠的可逆调速功能。
本发明的直流电动机可控硅可逆调速装置，在工作母机以及其他许多加工机械的调速系统中，可实现步进、步退以及前进→前减→前换后→后减→后换前的往复运动功能，而且稳定可靠不受干扰。见图1 步进 当合上自动空气断路器K，系统有电，矢磁保护电流继电器J8工作，它的常开触点J8与J8-1均闭合，按下系统启动按钮AN2，启动继电器J0经点4→HK3→QK3→AN1→AN2→J8-1得电而工作，使系统处于准备工作状态，松开AN2后由J0的自锁触点J0-1使系统继续处于准备工作状态，此时按下步进按钮AN4、J1经点4→AN7→J0-2→18→AN4→AN5→HK1→HK2→J3-2→J4-1→J6-3得电而工作，它的所有常开触点闭合、常闭触点断开;触发脉冲输入由点2→R4→J2-4→J1-6→R13→电位器R14→11、与步进负反馈输入的点12→R17→电位器R18→J1-9→11、综合叠加后作步进触发脉冲输入，经脉冲形成与脉冲功放后由脉冲变压器B3输出。再由J1-7→D8及J1-8→D9分别供给T1、T2控制极g1、g2的触发脉冲而使T1、T2处于整流工作状态，直流电动机D经C点→电流表A→平波电抗器L、可控硅T1、T2而得电正转步进。松开步进按钮AN4、J1而失电而停止工作，T1、T2的控制极g1、g2也失去触发脉冲而停止工作。D的运转也就停止。如果时而按合、时而松开AN4，则D的运转也会时而启动时而停止，这就实现了步进的目的。
步退 按下步退按钮AN5、J3由点4→AN7→J0-2→J8→AN5→AN4→QK1→QK2→J1-2→J5-1→J7-3→5得电而工作。它的所有常开触点闭合，常闭触点断开。步退输入由2→R4→J2-4→J3-6→R15→电位器R16→11与步退负反馈输入的点13→R20→电位器R19→11综合叠加后、作触发脉冲的输入，经脉冲形成及脉冲功放后，由脉冲变压器B3输出，再由J3-7→D10及J3-8→D11，分别供给T3、T4控制极g3、g4的触发脉冲，使T3、T4处于整流工作状态，电动机D经平波电抗器L→电流表A→C得电而反向运转步退，松开步退按钮AN5，即切断T3、T4的触发控制回路，而使D停止工作，如果时而按合时而断开AN5，则电动机D也就时而运转时而停止，这就实现了步退的目的。
前进 按下前进按钮AN3、J2经点4→AN7→J0-2→J8→AN3得电工作。它的常开触点J2-1、J2-2闭合，J1经点4→AN7→J0-2→J8→AN3→AN5→HK1→HK2→J3-2→J4-1→J6-3得电而工作，前进输入由点2→R4→J2-3→J1-5→J4-2→J7-5→R5→电位器R6→11，与前进负反馈输入的点12→R17→电位器R18→J1-9→11综合叠加后作触发脉冲的输入，经脉冲形成与脉冲功放后，由脉冲变压器输出，再由J1-7→D8和J1-8→D9分别供给T1、T2控制极g1、g2的触发脉冲，使T1、T2处于整流工作状态，电机D就由C点→电流表A→电机D→平波电抗器L得电而正转工作。当松开AN3后，T1、T2也由本身的自锁触点J1-1与J2-1得电而继续工作，D也就继续运转前进。当运转前进到转换之前，必须撞开前减开关HK1、此时J1断电，它的所有常开触点断开，常闭触点重新闭合，J4经点4→HK1→J1-3→J3-3→J6-4得电而工作，它的所有常开触点闭合，常闭触点J4-4、J4-5断开，从而断开T1、T2控制极触发回路，使g1、g2失去触发脉冲而停止工作，同时利用D的储能，经J4-6→J6-8供给T5控制极的触发脉冲，而被T5与R27构成的能耗制动将电机D的储能吸收，以达到快速制动的目的，同时，由点7→J4-3→J6-6→R9→电位器R10→11供给前进输入，经脉冲形成及脉冲功放后，由脉冲变压器B3输出，再由J4-4→D8和J4-5→D9，分别供给T1、T2控制极g1、g2的触发脉冲，使T1、T2再次处于整流状态工作，电机处于低速前进，当低速前进到撞开前换后开关HK2时，将J1继续断开，它的常开触点也继续断开、常闭触点闭合。J6由点4→HK2→J7-2得电而工作，它的所有常开触点闭合，常闭触点断开，因此，由T5与R27组成的能耗制动回路，被J6-8→J4-6断开，使T5停止工作。此时J3由点4→AN7→J0-2→J8→J2-1→J6-1→AN4→QK1→QK2→J1-2→J5-1→J7-3得电而工作，它的所有常开触点闭合，常闭触点断开。因此，这一瞬间的后退输入不是由J3-5→J5-2→J6-5→R7→R8提供，而是步退输入的点2→R4→J6-7→R15→R16提供，与后退负反馈输入的点13→R20→R19→J3-9→11综合叠加后作后退脉冲的输入，经脉冲形成与脉冲功放后，由脉冲变压器B3输出，再经J3-7→D10和J3-8→D11，分别供给T3、T4控制极g3、g4的触发脉冲，使T3、T4处于小信号整流工作状态，电机D经平波电抗器L→电流表A→C得电而低速后退，当退回到撞回前换后开关HK2而切断J6的得电回路，使T6停止工作。同时也切断步退输入，而接入实际所需的后退输入，即由点2→R4→J2-3→J3-5→J5-2→J6-5→R7→R8提供，而其他后退条件不变，则D即按后退所需的速度而继续后退。当后退到撞回前减开关HK1时，可使T1完全处于前进工作准备状态。如果再后退到撞开后减开关QK1时，又断开J3的得电回路而使J3停止工作，J3、J4也就暂时停止，D也暂时停止运转后退，此时J5由点4→QK1→J1-4→J3-4→J7-4而得电工作，它的所有常开触点闭合、常闭触点断开，利用D的储能由J5-6→J7-8供给T6控制极g6的触发信号，而使T6与R27组成的能耗制动将D的能量吸收，使之很快减速，同时接入点7→J5-3→J6-6→R9→R10→11的后减输入，经脉冲形成与脉冲功放后，由脉冲变压器输出，再由J5-4→D10和J5-5→D11分别供给T3、T4控制极g3、g4的触发脉冲，使T3、T4处于小信号整流工作状态，又使D能继续处于低速后退，当后退到撞动后换前开关QK2时，断开T3、T4的控制极触发回路，使T3、T4停止工作，D的反转后退也就停止。此时，J7由点4→QK2→J6-2得电而工作，它的所有常开触点闭合，常闭触点断开，此时前进输入不是按实际所需的点7→J1-5→J4-2→J7-5→R5→R6→11提供，而是由点6→J7-7→R13→R14的步进输入提供，经脉冲形成与脉冲功放后，由脉冲变压器输出，再由J1-7→D8和J1-8→D9，分别供给T1、T2控制极g1、g2的触发脉冲，使T1、T2处于小信号整流工作状态，D也就处于低速正转前进，当前进到撞回后换前开关QK2，切断步进输入，而接入实际所需的前进输入，由点7→J1-5→J4-2→J7-5→R5→R6→11提供，D即可按实际所需的速度正转前进。如此往复下去，D即可实现前进→前减→前换后→后减→后换前的往复运动。如果按下停止按钮AN1或AN7，D即可急停下来，如果再按后退按钮AN6，则D的运动规律同上。(上述调速只需改变R6、R8、R10、R12、R14、R16的阻值，即可实现) 目前根据本发明所提出的新的技术方案而设计的直流电动机可控硅可逆调速系统，在1.5米×4米龙门创床的应用中，与同容量同类型的系统(如国内常见的KBK系统)相比，不仅体积可减小二倍以上，所用元器件可减少10倍以上，而且具有系统原理极简，易于被人认识接受，抗干扰能力强、稳定性可靠性高、机械特性较好、使用维护极便、投资与维护费用很低的特点。更可喜的是，经常烧可控硅、烧快速熔断器的现象没有了，创台经常跳车的现象也消除了。确属技术经济指标极佳的直流电动机可控硅可逆调速系统。
权利要求
1、直流电动机可控硅可逆调速装置，包括输入电源，电源变压器、可控硅主控整流电路以及触发脉冲与控制电路；其中，可控硅主控整流电路由可控硅管T1、T2的阳极相连，可控硅T3、T4的阴极相连后接于图1中22点，T1、T3的阴阳极相连、T2、T4的阴阳极相连后分别接于变压器B1副极的a、b两端，变压器副极中心抽头C→电流表A→直流电动机D→平波电抗器L相串联后接于图1中22点，电压表V并于电机D的两端，变压器B初级接380伏电源；设电动机需要正转时，只需利用脉冲输出控制，将已形成的相位可调的脉冲输出信号加于T1、T2的触发极g1、g2，则电动机D即可获得正转调速，当电动机D需要反转调速时，只需利用脉冲输出控制，将已形成的相位可调的脉冲输出信号加于T3、T4的触发极g3、g4，则电动机D又获得反转调速；其特征为
a、电源变压器B原副极置于铁芯中柱的同柱线上，其原副线圈可以互相颠倒，其间矩可以调节，以达到改变漏感和分布电容，原副极之间设有一厚度为1mm左右的铜板与铁芯相连后接地，作电屏蔽，变压器原极接工频380伏线压作输入电源；当电源端有雷击或操作等瞬间过电压侵入时，就会由分布电容和漏电感的滤波作用，而被大大削弱或消除，以保证副极元器件免遭损害，当负载有过流或短路电流侵入时，又会因漏感的限流及漏抗的降压作用而被消除，起抗干扰与过流保护的作用；
b、能耗制动用的可控硅T5、T6的阴阳极相连，并与能耗电阻R27相串后，并接于电动机D的两端；由J4-6→J6-8→J0-3及QM3和AN1相并后接于T5的控制极g5及阳极之间；由J5-6→J7-8与J0-4及HK3和AN1相并联后接于可控硅T6控制极与阳极19之间，其中AN1(AN1为按钮)HK3(HK3为常闭触点)QK3(QK为常开触点)作紧急停车之用，J4-6→J6-8及J5-6→J7-8作转换时低速切换之用，以减小换向电流与机械冲击；
c、触发脉冲与控制电路由整流器Z1(由四只二极管接成桥式整流)供磁场绕组DL的磁场电源；整流器Z2(由四只二极管接成桥式整流)供测速发电机FL的磁场电源；整流器Z3(由四只二极管接成桥式整流)经电阻R1及稳压管DW限幅后的2、5两点供触发脉冲的电源；经电阻R2后的3、5两点，供脉冲功放的电源；经电阻R3后的4、5两点，供控制部分的电源；由点12→R17→电位器R18→J1-9→11串联，作前进负反馈输入；由点13→R20→电位器R19→J3-9→11串联，作后退负反馈输入；上述两种输入至11点综合叠加后，作触发脉冲的输入；电容C1接于11与5之间与上述输入构成延时之用；晶体管BG1的基极b接点11，集电极C和发射极e分别经电阻R21和R22接至2、5之间；晶体管BG2的基极b接晶体管BG1的集电极C，它的发射极e和集电极c，分别接R23与电容C2接于2、5点之间，单接晶体管BG3的发射极e接晶体管BG2的集电极，它的第一基极b1和第二基极b2分别经电阻R24和R25接于2、5点之间，作触发脉冲输入与脉冲形成部分，由点2→R24→脉冲变压器B3→可控硅T7，作脉冲功率放大部分；经上述电与线的连接后即组成触发脉冲控制。上述电路经可逆调速的需要，由控制电路去控制给定输入与速度负反馈输入综合叠加后作脉冲形成、放大后，再由控制电路，按可逆调速的规律(其速度调节可改变图中R6、R8、R10、R12、R14、R16的阻值来实现)，分别将放大后的脉冲信号送入T1～T4的触发极，同时准确无误地控制T5～T6的触发极输入，从而实现本发明准确稳定可靠的可逆调速。
2、根据权利要求1所述的直流电动机可控硅可逆调速装置，其特征为主要元器件故障监视部分为如下电路连接方式电流互感器或敏感元件LH1～LH6分别接至T1～T6的阴极;电阻R28→二极管D1→发光二极管DL1→0点;电阻R29→二极管D2→发光二极管DL2→0点，电阻R30→二极管D3→发光二极管DL3→0点;电阻R31→二极管D4→发光二极管DL4→0点;电阻R32→二极管D5→发光二极管DL5→0点;电阻R33→二极管D6→发光二极管DL6→0点;上述六条串联支路分别接至电流互感器或敏感元件LH1～LH6与0点之间，作主要元器件故障监视部分;电阻R34→二极管D7→发光二极管DL7→0，接至直流电源4、5两端，作电源指示之用，这样经上述电与线的连接后即构成主要元器件的故障监视电路，
因此，只要T1～T6处于工作状态，就会由电流互感器LH1～LH6将电信号分别提供给发光二极管DL1～DL6转换成光信号反应出来，从而达到主要元器件T1～T6的故障监视作用。
全文摘要
直流电动机可控硅可逆调速装置，由电源变压器，可控硅主控整流电路，触发脉冲控制电路和主要元器件故障监视电路组成；其特征为电源变压器B原副极置于铁芯中柱的同柱线上，其原副线圈可以互相颠倒，其间矩可以调节，以达到改变漏感和分布电容，原副极之间设有一厚度为1mm左右的铜板与铁芯相连后接地，作电屏蔽，变压器原极接工频380伏线压作输入电源；可用于工作母机加工机械龙门刨床作可逆调速用。
文档编号H02P7/285GK1039686SQ8810592
公开日1990年2月14日 申请日期1988年7月26日 优先权日1988年7月26日
发明者徐武安 申请人:国营宏明无线电器材厂