专利名称：压敏能耗制动保护电路的制作方法
技术领域：
压敏能耗制动保护电路技术领域[0001 ] 本实用新型涉及自动控制系统主传动电路中的能耗制动保护电路，特别是一种压敏能耗制动保护电路。技术背景[0002]电机是工业生产的动力核心。由于生产工况与生产节奏的加快，轧钢电机在高转速高负载的轧制过程中拍紧急停机或堵转、打滑、电机过载跳闸等情况下，这时轧制系统因承受突加或突减的阶跃负载变化，使某些部分产生了 4 7倍额定力矩的载荷，引起了某些机械部件的损坏。大大超过了电机设计的过载能力，产生了较高的“浪涌”电感电势(反电动势-Ee)对电机的续流，冲击电机的绝缘层，威胁安全运行。对电机的使用寿命产生了较大的影响，非常值得研究与改进。为了求得稳定的运转和较长的使用寿命，应加强技术调控优化保护电路。[0003]如图1所示，直流电机电刷和换向器是电路的组成部分，由于电源谐波的影响，大型直流电机主电路系统中的平波电抗器起到了不可或缺的重要作用，是一项减小脉动改善换向的重要措施。而在部分大中型直流电机的电路中为了降低成本则忽略了平波电抗器， 换向电流始终伴有脉动火花，在轧钢的主传动电机高负载时表现尤为突出，尤其是在紧急停机或堵转时产生的较高的电感电势加剧了对换向器的损伤，即可形成恶性循环。产生了不可估确的影响。[0004]近些年来随着设备的更新和产业升级控制系统实现了全自动全数字控制，但能耗制动是以系统保护元件和硬件检测到程序控制再到执行元器件，中间继电器驱动能耗接触器连接到制动电阻，实现能耗制动。回馈制动可控硅要经系统正向截止再反转触发，这些操作经系统检测再经元器件的转换，一般要几毫秒到十几毫秒时间，这种过程控制无形中加大了电动机电感电势(反电势-Ee)的上升率。[0005]热轧机与冷轧机不同，冷轧机负载较平滑，热轧机的冲击电流较大，经常出现紧急停机堵转跳间等故障，烧伤整流子是不可避免的。现今无论是国产或是国外进口的主传动系统的能耗制动方式都是如图1的这种过程控制。在高转速、高负载紧急停机或堵转时强大的浪涌电感电势(反电动势)最大可达额定的1. 5-3倍。其保护系统都要经过系统保护到程序控制跳间再到中间继电器再转接到能耗制动接触器。这种过程控制，电机产生的最大浪涌电感电势的峰值是随机上升的，转速越高、负载越大、电感电势越强，上升率无法控制，因此在拍紧急停机或堵转跳间时经常在换向器的尖端放电，灼伤或击穿绝缘层，形成恶性循环。[0006]给生产造成了不应有的损失和较高的维修代价。直接影响着生产或造成生产活动的停止和破坏。[0007]处理这种故障相当麻烦，故障严重的需要更换电机要十几个小时到几十个小时， 故障轻的在线处理换向器要2-4个小时，目前较先进的办法是采用进口美国理想公司的专用绝缘软磨石(有色金属磨石)研磨烧伤的换向器。既增加了成本又降低了电机的使用寿命。故障的频发对正常生产和成材率、产品合格率影响很大，因此对其优化控制消除其影响意义极其重大。发明内容[0008]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种压敏能耗制动保护电路，该电路结构包括有连接能耗制动接触器的电路，其中在所述能耗制动接触器的触点两端的连接点上并联加装压敏电阻，并与能耗制动接触器的能耗制动电阻串联，再与连接能耗制动接触器的电路中电机的电枢并联连接成压敏能耗制动保护电路。[0009]本实用新型的效果是将压敏电阻引用于电机的能耗制动电路，主要技术特点是采用RV压敏电阻半导体的压敏性R-C能耗电路实现了量化控制方式，在8-20 μ s纳秒的时间嵌压通流，释放到能耗制动电阻器上与电枢并联形成一瞬时独立闭路循环的压敏能耗制动保护电路。超前于系统控制直接控制了电机浪涌电势的上升率，克服了现有技术上的不足，利用其敏感性，提高了快速性和可靠性，降低了浪涌电感电势对电机绝缘的冲击。本实用新型的电路设计合理、安全可靠、简单适用，成本低作用大，适用于我国当前工业传动电机能耗制动电路的改进和提高。特别是可降低故障率80%，降低设备维护费用，提高运转率，对优化保护电路，改进保护措施延长电机的使用寿命意义重大，在工业生产中能产生可观的经济效益。
[0010]图1是原始的轧钢主传动控制系统主电路图；[0011]图2是本实用新型的保护电路主传动控制系统主电路图；[0012]图3是轧钢主传动操作系统全自动控制简图。[0013]图中[0014]Μ、直流电机SpdM、系统控制板KOI. ISpdM、系统控制板内部继电器S10. 1、紧急停机按钮K04. 1、中间继电器Q02. 1、快速开关断路器K45. 1、能耗制动接触器R1、 能耗制动电阻器RV、压敏电阻器Q10. 1、联络开关850V DC、主传动可控硅整流供电电源 V. Transd,电压变换板具体实施方式
[0015]
以下结合附图对本实用新型压敏能耗制动保护电路作详细说明。[0016]本实用新型的压敏能耗制动保护电路设计思想是在原有的系统能耗制动如图1 电路的基础上进行优化，将压敏电阻器装置并联连接在能耗制动接触器触点的两端，如图2 再与能耗制动电阻串联连接于直流电机。采用串联能耗制动电阻再与直流电机并联的方式，形成R-C的嵌压吸收与释放到能耗制动电阻的制动保护电路，实现量化能耗制动，是一项高性能量子能耗电感电势能量的一种压敏能耗制动保护电路。[0017]本实用新型的压敏能耗制动保护电路，该电路结构包括有连接能耗制动接触器的电路，在所述能耗制动接触器的触点两端的连接点上并联加装压敏电阻，并与能耗制动接触器的能耗制动电阻串联，再与连接能耗制动接触器的电路中电机的电枢并联连接成压敏能耗制动保护电路。即组成R-C的压敏能耗制动保护电路。[0018]所述压敏电阻是一对或多对并联连接的压敏电阻，所述压敏电阻RV为市售的浪涌抑制型压敏电阻器，是半导体的电气元件。[0019]所说的压敏能耗制动保护电路中RV压敏电阻器是根据所保护的直流电机的额定电压，额定功率为主要参数经严格精细计算而得到的标称压敏电压Vs和通流容量 (8-20 μ s/KA)并按其要求在专业制造厂特殊制造的浪涌抑制型RV压敏电阻器。[0020]所说的压敏能耗制动保护电路，所选定好的压敏电阻器是最少一对或多对并联安装在有合格绝缘的盒内，两端联接有高压绝缘的橡胶绝缘软电缆再与能耗制动接触器两端触点的连接点上并联连接与能耗制动电阻串联再与电机的电枢并联成为压敏能耗制动保护电路。[0021]所说的采用浪涌抑制型压敏电阻，是以电压敏感电阻器所定值标称的压敏电压Vs 瞬态吸收浪涌电感能量的特性。以8-20μ S纳秒级的通流导通时间超越系统的过程控制 8-12毫秒时间，具有超线程响应速度，嵌压特性好吸收速度快，形成R-C耦合吸收能量释放到能耗制动电阻上的电路，及时有效的控制电机制动状态因系统过程控制时长所上升的浪涌电感电势，即反电动势-Ee。以“一把钥匙开一把锁”的功效实现量化控制浪涌电感电势的上升率，避免对电动机换向器和绕组绝缘的冲击放电击穿短路放炮等续流事故的发生和损害。[0022]所说的浪涌抑制型压敏电阻器，是指用于抑制雷电过电压和操作过电压等瞬态过电压的压敏电阻器，这种瞬态过电压的出现是随机的、非周期的，电流电压的峰值可能很大。即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值，大多数情况下用ImA直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值，其产品的压敏电压范围可以从10-9000V不等。可根据具体需要正确选用。[0023]如图2所示的压敏能耗制动保护电路是在图1中的Κ45二 1能耗制动接触器触点两端的连接点上并联加装压敏电阻器，根据本系统电机的额定电压、额定功率参数所选择的浪涌抑制型RV压敏电阻器而构成，成为压敏能耗制动保护电路。[0024]当电机在高转速高负载紧急停机或堵转的工况下，即产生很高的瞬态浪涌电感电势(反电动势-Ee)，当电感电势随机瞬间达到压敏电阻器的标称压敏电压Vs时， 8-20 μ s/2-50KA通流量/0. 01-9KV压敏电压，压敏电阻的阻值迅速下降为零，嵌压导通尖峰电流吸收浪涌电感电势能量将其释放到能耗制动电阻器(负载)上，转变为热量消耗殆尽。[0025]所述的浪涌抑制型压敏电阻在额定工作电压时，标称压敏电压Vs以下时为无穷大，视为开路状态，不影响图1的正常操作系统，可正常操作正常生产。正常操作停机时较低的电感电势消耗到能耗制动电阻上，压敏电阻为无穷大不导通。当拍急停紧急制动或堵转时，随机产生的强大的浪涌电感电势，即反电动势-Ee达到压敏电压Vs值时，压敏电阻的阻值即刻下降为零嵌压通流，即起闸阀作用，泄露导通，电感能量在8-20μ s纳秒的时间即刻消耗在能耗制动电阻器上与电枢形成一瞬时独立闭路循环的压敏能耗制动保护电路。直接解决了随机上升的电感电势对电机续流的损害。[0026]如图3所示，在额定电压没有紧急停机或堵转突变的工况，仍是图1不变的正常能耗制动的操作方式。[0027]从图3中可分析系统操作过程控制能耗制动电路与本实用新型的压敏能耗制动保护电路比较和偶合的操作关系。判定比较其操作时间与量化控制浪涌电感电势的优越性能。[0028]1、电机受电运行[0029]当高压受电，主传动可控硅整流电源为额定电压850V，操作电源为220V，选择hsb 合闸快开，快速开关断路器Q02. 1合闸，即SpdM系统控制板内部继电器K01. 1受电，SpdM 系统控制板内部继电器K01. 1辅助点闭合，通过紧急停机按钮S10. 1的常闭点到中间继电器K04. 1受电，中间继电器K04. 1辅助点动合，为快速开关断路器Q02. 1的保持线圈受电， 快开合闸。同时快速开关断路器Q02. 1的辅助常闭点动断，促使能耗制动接触器K45. 1断电动断，快开合间准备好。准备选择手动或自动，手动点动或给自动给定起动运转。[0030]当直流电机M以额定电压正常运转时，电压低于压敏电阻的Vs压敏电压值，此时压敏电阻的阻值极高，近乎于开路，因此不会影响原系统电路的正常工作和原能耗制动电路的正常操作。[0031]当直流电机M出现异常紧急停机或堵转时有浪涌和瞬变的状态，即浪涌电感电势 (反电动势-Ee)达到压敏电阻的压敏电压Vs嵌压通流值，标称浪涌电流Ipm/浪涌电压 Vpm,即以8-20 μ s纳秒级的时间超越系统保护时间，吸收尖峰电流电感电势释放到能耗制动电阻器上。同时SpdM系统控制板内部继电器Κ01. 1失压断电辅助点动断，促使中间继电器Κ04. 1断电辅助点动断，促使快速开关断路器Q02. 1快开的保持线圈失压断电跳闸，同时快速开关断路器Q02. 1的辅助常闭点动合，能耗制动接触器Κ45. 1受电动合，再实现能耗制动。如图1所示。[0032]2、正常停机[0033]当按(auto)正常停机按钮，通过PLC指令SpdM系统，即SpdM系统控制板内部继电器K01. 1失压辅助点动断，中间继电器K04. 1失压辅助点动断，促使快速开关断路器Q02. 1 的保持线圈快开失压动断跳闸，同时快速开关断路器Q02. 1的辅助常闭点动合促使能耗制动接触器K45. 1受电动合，通过能耗制动电阻器R1，实现能耗制动。如图1所示。[0034]3、过电压[0035]当电源电压高于850V DC的120%时，通过电压变换板VJransd由系统控制板 SpdM检测到，即SpdM系统内部继电器K01. 1失压辅助点动断，中间继电器K04. 1失压辅助点动断，促使快速开关断路器Q02. 1的保持线圈快开，失压动断跳闸，同时快速开关断路器 Q02. 1的辅助常闭点动合，能耗制动接触器K45. 1受电动合通过能耗制动电阻器R1，实现能耗制动。如图1所示。[0036]4、拍紧急停机按钮S10. 1停机[0037]当拍紧急停机按钮S10. 1，中间继电器K04. 1失压辅助点动断，促使快速开关断路器Q02. 1的保持线圈快开失压动断跳闸。同时快速开关断路器Q02. 1的辅助常闭点动合， 能耗制动接触器K45. 1受电动合通过能耗制动电阻器R1，实现能耗制动，要5-10毫秒。如图1所示。[0038]5、堵转停机[0039]当直流电机M在高转速、高负载堵转时，连接主轴的测速发电机即脉冲发生器速降为0，负反馈为0，即系统中比较电压、给定等控制进入保护状态，即内部SpdM系统内部继电器K01. 1失压辅助点动断，中间继电器K04. 1失压辅助点动断，促使快速开关断路器Q02. 1的保持线圈快开，失压动断跳闸，同时快速开关断路器Q02. 1的辅助常闭点动合，能耗制动接触器K45. 1受电动合通过能耗制动电阻器R1，实现能耗制动，需要8-12毫秒。[0040]同时系统的参数瞬变，转速、反馈为0，可控硅正向触发截止，反转触发，再实现回馈。如图1所示。[0041]本实用新型的压敏能耗制动保护电路不影响如图1原电路的一切操作性能。无论是正常运转、正常停机、紧急停机或堵转时系统仍正常操作。[0042]所说的本实用新型压敏能耗制动保护电路是R-C耦合电路。是根据压敏电阻的压敏电压Vs嵌压通流峰值电流吸收浪涌电感电势将其释放到能耗制动电阻Rl上的工作性能。[0043]以电压敏感电阻器所定值的标称压敏电压Vs瞬态吸收浪涌电感能量的特性。以 8-20 μ S纳秒级的通流导通时间超越系统的过程控制6-12毫秒时间，具有超线程响应速度，嵌压特性好吸收速度快，形成R-C耦合吸收能量释放到能耗制动电阻上的电路，及时有效的控制电机制动状态因系统过程控制随负载所上升的浪涌电感电势(反电动势-Ee)的上升率，产生高压。以“一把钥匙开一把锁”的功效实现量化控制浪涌电感电势的上升率。 避免对电机换向器和绕组绝缘层的冲击放电击穿短路放炮等事故的发生。[0044]在高转速高负载的工况下紧急停机或堵转时随机产生的强大的浪涌电感电势 (反电动势-Ee)达到压敏电阻的压敏电压Vs时，压敏电阻的阻值即刻下降为零，起闸阀作用。在8-20 μ s纳秒的时间嵌压导通尖峰电流吸收浪涌电感电势能量将其释放到能耗制动电阻器Rl的负载上，与电枢形成一瞬时独立闭路循环的压敏能耗制动保护电路。与系统的其他操作程序不产生任何的偶合操作关系，直接解决了随机上升的浪涌电感电势对电机续流的损害，使其能耗制动的安全性和稳定性达到100%。
权利要求1.一种压敏能耗制动保护电路，该电路结构包括有连接能耗制动接触器的电路，其特征是在所述能耗制动接触器的触点两端的连接点上并联加装压敏电阻，并与能耗制动接触器的能耗制动电阻串联，再与连接能耗制动接触器的电路中电机的电枢并联连接成压敏能耗制动保护电路。
2.根据权利要求1所述的压敏能耗制动保护电路，其特征是所述压敏电阻为浪涌抑制型压敏电阻器。
3.按照权利要求1所说的压敏能耗制动保护电路，其特征是所述压敏电阻是一对或多对并联连接的压敏电阻。
专利摘要本实用新型提供一种压敏能耗制动保护电路，在能耗制动接触器的触点两端的连接点上并联加装压敏电阻，并与能耗制动接触器的能耗制动电阻串联，再与连接能耗制动接触器的电路中电机的电枢并联连接成压敏能耗制动保护电路。本实用新型有益效果是该电路根据所保护电机的额定电压及额定电流参数所选择的浪涌抑制型压敏电阻器而构成8-20μs纳秒一瞬时独立闭路循环的压敏能耗制动保护电路。与系统的其他操作程序不产生任何的偶合操作关系，直接解决了轧钢轧卡堵转时随机上升的电感电势对电机续流的损害，使其能耗制动的安全性和稳定性达到100％。安全可靠、设计合理成本低作用大，可降低设备故障率80％，降低设备维护费用，提高运转率，有利于优化保护措施延长电机的使用寿命。
文档编号H02H9/04GK202309058SQ201120372029
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者丁建军, 吴联合, 王贵辉, 郭嘉宏, 高严松, 黎宏 申请人:天津钢管集团股份有限公司