壓敏能耗制動保護電路的製作方法

2023-05-25 08:11:16 1

專利名稱：壓敏能耗制動保護電路的製作方法
技術領域：
壓敏能耗制動保護電路技術領域[0001 ] 本實用新型涉及自動控制系統主傳動電路中的能耗制動保護電路，特別是一種壓敏能耗制動保護電路。技術背景[0002]電機是工業生產的動力核心。由於生產工況與生產節奏的加快，軋鋼電機在高轉速高負載的軋制過程中拍緊急停機或堵轉、打滑、電機過載跳閘等情況下，這時軋制系統因承受突加或突減的階躍負載變化，使某些部分產生了 4 7倍額定力矩的載荷，引起了某些機械部件的損壞。大大超過了電機設計的過載能力，產生了較高的「浪湧」電感電勢(反電動勢-Ee)對電機的續流，衝擊電機的絕緣層，威脅安全運行。對電機的使用壽命產生了較大的影響，非常值得研究與改進。為了求得穩定的運轉和較長的使用壽命，應加強技術調控優化保護電路。[0003]如圖1所示，直流電機電刷和換向器是電路的組成部分，由於電源諧波的影響，大型直流電機主電路系統中的平波電抗器起到了不可或缺的重要作用，是一項減小脈動改善換向的重要措施。而在部分大中型直流電機的電路中為了降低成本則忽略了平波電抗器， 換向電流始終伴有脈動火花，在軋鋼的主傳動電機高負載時表現尤為突出，尤其是在緊急停機或堵轉時產生的較高的電感電勢加劇了對換向器的損傷，即可形成惡性循環。產生了不可估確的影響。[0004]近些年來隨著設備的更新和產業升級控制系統實現了全自動全數字控制，但能耗制動是以系統保護元件和硬體檢測到程序控制再到執行元器件，中間繼電器驅動能耗接觸器連接到制動電阻，實現能耗制動。回饋制動可控矽要經系統正向截止再反轉觸發，這些操作經系統檢測再經元器件的轉換，一般要幾毫秒到十幾毫秒時間，這種過程控制無形中加大了電動機電感電勢(反電勢-Ee)的上升率。[0005]熱軋機與冷軋機不同，冷軋機負載較平滑，熱軋機的衝擊電流較大，經常出現緊急停機堵轉跳間等故障，燒傷整流子是不可避免的。現今無論是國產或是國外進口的主傳動系統的能耗制動方式都是如圖1的這種過程控制。在高轉速、高負載緊急停機或堵轉時強大的浪湧電感電勢(反電動勢)最大可達額定的1. 5-3倍。其保護系統都要經過系統保護到程序控制跳間再到中間繼電器再轉接到能耗制動接觸器。這種過程控制，電機產生的最大浪湧電感電勢的峰值是隨機上升的，轉速越高、負載越大、電感電勢越強，上升率無法控制，因此在拍緊急停機或堵轉跳間時經常在換向器的尖端放電，灼傷或擊穿絕緣層，形成惡性循環。[0006]給生產造成了不應有的損失和較高的維修代價。直接影響著生產或造成生產活動的停止和破壞。[0007]處理這種故障相當麻煩，故障嚴重的需要更換電機要十幾個小時到幾十個小時， 故障輕的在線處理換向器要2-4個小時，目前較先進的辦法是採用進口美國理想公司的專用絕緣軟磨石(有色金屬磨石)研磨燒傷的換向器。既增加了成本又降低了電機的使用壽命。故障的頻發對正常生產和成材率、產品合格率影響很大，因此對其優化控制消除其影響意義極其重大。發明內容[0008]為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案是提供一種壓敏能耗制動保護電路，該電路結構包括有連接能耗制動接觸器的電路，其中在所述能耗制動接觸器的觸點兩端的連接點上並聯加裝壓敏電阻，並與能耗制動接觸器的能耗制動電阻串聯，再與連接能耗制動接觸器的電路中電機的電樞並聯連接成壓敏能耗制動保護電路。[0009]本實用新型的效果是將壓敏電阻引用於電機的能耗制動電路，主要技術特點是採用RV壓敏電阻半導體的壓敏性R-C能耗電路實現了量化控制方式，在8-20 μ s納秒的時間嵌壓通流，釋放到能耗制動電阻器上與電樞並聯形成一瞬時獨立閉路循環的壓敏能耗制動保護電路。超前於系統控制直接控制了電機浪湧電勢的上升率，克服了現有技術上的不足，利用其敏感性，提高了快速性和可靠性，降低了浪湧電感電勢對電機絕緣的衝擊。本實用新型的電路設計合理、安全可靠、簡單適用，成本低作用大，適用於我國當前工業傳動電機能耗制動電路的改進和提高。特別是可降低故障率80%，降低設備維護費用，提高運轉率，對優化保護電路，改進保護措施延長電機的使用壽命意義重大，在工業生產中能產生可觀的經濟效益。


[0010]圖1是原始的軋鋼主傳動控制系統主電路圖；[0011]圖2是本實用新型的保護電路主傳動控制系統主電路圖；[0012]圖3是軋鋼主傳動作業系統全自動控制簡圖。[0013]圖中[0014]Μ、直流電機SpdM、系統控制板KOI. ISpdM、系統控制板內部繼電器S10. 1、緊急停機按鈕K04. 1、中間繼電器Q02. 1、快速開關斷路器K45. 1、能耗制動接觸器R1、 能耗制動電阻器RV、壓敏電阻器Q10. 1、聯絡開關850V DC、主傳動可控矽整流供電電源 V. Transd,電壓變換板具體實施方式
[0015]
以下結合附圖對本實用新型壓敏能耗制動保護電路作詳細說明。[0016]本實用新型的壓敏能耗制動保護電路設計思想是在原有的系統能耗制動如圖1 電路的基礎上進行優化，將壓敏電阻器裝置並聯連接在能耗制動接觸器觸點的兩端，如圖2 再與能耗制動電阻串聯連接於直流電機。採用串聯能耗制動電阻再與直流電機並聯的方式，形成R-C的嵌壓吸收與釋放到能耗制動電阻的制動保護電路，實現量化能耗制動，是一項高性能量子能耗電感電勢能量的一種壓敏能耗制動保護電路。[0017]本實用新型的壓敏能耗制動保護電路，該電路結構包括有連接能耗制動接觸器的電路，在所述能耗制動接觸器的觸點兩端的連接點上並聯加裝壓敏電阻，並與能耗制動接觸器的能耗制動電阻串聯，再與連接能耗制動接觸器的電路中電機的電樞並聯連接成壓敏能耗制動保護電路。即組成R-C的壓敏能耗制動保護電路。[0018]所述壓敏電阻是一對或多對並聯連接的壓敏電阻，所述壓敏電阻RV為市售的浪湧抑制型壓敏電阻器，是半導體的電氣元件。[0019]所說的壓敏能耗制動保護電路中RV壓敏電阻器是根據所保護的直流電機的額定電壓，額定功率為主要參數經嚴格精細計算而得到的標稱壓敏電壓Vs和通流容量 (8-20 μ s/KA)並按其要求在專業製造廠特殊製造的浪湧抑制型RV壓敏電阻器。[0020]所說的壓敏能耗制動保護電路，所選定好的壓敏電阻器是最少一對或多對並聯安裝在有合格絕緣的盒內，兩端聯接有高壓絕緣的橡膠絕緣軟電纜再與能耗制動接觸器兩端觸點的連接點上並聯連接與能耗制動電阻串聯再與電機的電樞並聯成為壓敏能耗制動保護電路。[0021]所說的採用浪湧抑制型壓敏電阻，是以電壓敏感電阻器所定值標稱的壓敏電壓Vs 瞬態吸收浪湧電感能量的特性。以8-20μ S納秒級的通流導通時間超越系統的過程控制 8-12毫秒時間，具有超線程響應速度，嵌壓特性好吸收速度快，形成R-C耦合吸收能量釋放到能耗制動電阻上的電路，及時有效的控制電機制動狀態因系統過程控制時長所上升的浪湧電感電勢，即反電動勢-Ee。以「一把鑰匙開一把鎖」的功效實現量化控制浪湧電感電勢的上升率，避免對電動機換向器和繞組絕緣的衝擊放電擊穿短路放炮等續流事故的發生和損害。[0022]所說的浪湧抑制型壓敏電阻器，是指用於抑制雷電過電壓和操作過電壓等瞬態過電壓的壓敏電阻器，這種瞬態過電壓的出現是隨機的、非周期的，電流電壓的峰值可能很大。即擊穿電壓或閾值電壓。指在規定電流下的電壓值，大多數情況下用ImA直流電流通入壓敏電阻器時測得的電壓值，其產品的壓敏電壓範圍可以從10-9000V不等。可根據具體需要正確選用。[0023]如圖2所示的壓敏能耗制動保護電路是在圖1中的Κ45二 1能耗制動接觸器觸點兩端的連接點上並聯加裝壓敏電阻器，根據本系統電機的額定電壓、額定功率參數所選擇的浪湧抑制型RV壓敏電阻器而構成，成為壓敏能耗制動保護電路。[0024]當電機在高轉速高負載緊急停機或堵轉的工況下，即產生很高的瞬態浪湧電感電勢(反電動勢-Ee)，當電感電勢隨機瞬間達到壓敏電阻器的標稱壓敏電壓Vs時， 8-20 μ s/2-50KA通流量/0. 01-9KV壓敏電壓，壓敏電阻的阻值迅速下降為零，嵌壓導通尖峰電流吸收浪湧電感電勢能量將其釋放到能耗制動電阻器(負載)上，轉變為熱量消耗殆盡。[0025]所述的浪湧抑制型壓敏電阻在額定工作電壓時，標稱壓敏電壓Vs以下時為無窮大，視為開路狀態，不影響圖1的正常作業系統，可正常操作正常生產。正常操作停機時較低的電感電勢消耗到能耗制動電阻上，壓敏電阻為無窮大不導通。當拍急停緊急制動或堵轉時，隨機產生的強大的浪湧電感電勢，即反電動勢-Ee達到壓敏電壓Vs值時，壓敏電阻的阻值即刻下降為零嵌壓通流，即起閘閥作用，洩露導通，電感能量在8-20μ s納秒的時間即刻消耗在能耗制動電阻器上與電樞形成一瞬時獨立閉路循環的壓敏能耗制動保護電路。直接解決了隨機上升的電感電勢對電機續流的損害。[0026]如圖3所示，在額定電壓沒有緊急停機或堵轉突變的工況，仍是圖1不變的正常能耗制動的操作方式。[0027]從圖3中可分析系統操作過程控制能耗制動電路與本實用新型的壓敏能耗制動保護電路比較和偶合的操作關係。判定比較其操作時間與量化控制浪湧電感電勢的優越性能。[0028]1、電機受電運行[0029]當高壓受電，主傳動可控矽整流電源為額定電壓850V，操作電源為220V，選擇hsb 合閘快開，快速開關斷路器Q02. 1合閘，即SpdM系統控制板內部繼電器K01. 1受電，SpdM 系統控制板內部繼電器K01. 1輔助點閉合，通過緊急停機按鈕S10. 1的常閉點到中間繼電器K04. 1受電，中間繼電器K04. 1輔助點動合，為快速開關斷路器Q02. 1的保持線圈受電， 快開合閘。同時快速開關斷路器Q02. 1的輔助常閉點動斷，促使能耗制動接觸器K45. 1斷電動斷，快開合間準備好。準備選擇手動或自動，手動點動或給自動給定起動運轉。[0030]當直流電機M以額定電壓正常運轉時，電壓低於壓敏電阻的Vs壓敏電壓值，此時壓敏電阻的阻值極高，近乎於開路，因此不會影響原系統電路的正常工作和原能耗制動電路的正常操作。[0031]當直流電機M出現異常緊急停機或堵轉時有浪湧和瞬變的狀態，即浪湧電感電勢 (反電動勢-Ee)達到壓敏電阻的壓敏電壓Vs嵌壓通流值，標稱浪湧電流Ipm/浪湧電壓 Vpm,即以8-20 μ s納秒級的時間超越系統保護時間，吸收尖峰電流電感電勢釋放到能耗制動電阻器上。同時SpdM系統控制板內部繼電器Κ01. 1失壓斷電輔助點動斷，促使中間繼電器Κ04. 1斷電輔助點動斷，促使快速開關斷路器Q02. 1快開的保持線圈失壓斷電跳閘，同時快速開關斷路器Q02. 1的輔助常閉點動合，能耗制動接觸器Κ45. 1受電動合，再實現能耗制動。如圖1所示。[0032]2、正常停機[0033]當按(auto)正常停機按鈕，通過PLC指令SpdM系統，即SpdM系統控制板內部繼電器K01. 1失壓輔助點動斷，中間繼電器K04. 1失壓輔助點動斷，促使快速開關斷路器Q02. 1 的保持線圈快開失壓動斷跳閘，同時快速開關斷路器Q02. 1的輔助常閉點動合促使能耗制動接觸器K45. 1受電動合，通過能耗制動電阻器R1，實現能耗制動。如圖1所示。[0034]3、過電壓[0035]當電源電壓高於850V DC的120%時，通過電壓變換板VJransd由系統控制板 SpdM檢測到，即SpdM系統內部繼電器K01. 1失壓輔助點動斷，中間繼電器K04. 1失壓輔助點動斷，促使快速開關斷路器Q02. 1的保持線圈快開，失壓動斷跳閘，同時快速開關斷路器 Q02. 1的輔助常閉點動合，能耗制動接觸器K45. 1受電動合通過能耗制動電阻器R1，實現能耗制動。如圖1所示。[0036]4、拍緊急停機按鈕S10. 1停機[0037]當拍緊急停機按鈕S10. 1，中間繼電器K04. 1失壓輔助點動斷，促使快速開關斷路器Q02. 1的保持線圈快開失壓動斷跳閘。同時快速開關斷路器Q02. 1的輔助常閉點動合， 能耗制動接觸器K45. 1受電動合通過能耗制動電阻器R1，實現能耗制動，要5-10毫秒。如圖1所示。[0038]5、堵轉停機[0039]當直流電機M在高轉速、高負載堵轉時，連接主軸的測速發電機即脈衝發生器速降為0，負反饋為0，即系統中比較電壓、給定等控制進入保護狀態，即內部SpdM系統內部繼電器K01. 1失壓輔助點動斷，中間繼電器K04. 1失壓輔助點動斷，促使快速開關斷路器Q02. 1的保持線圈快開，失壓動斷跳閘，同時快速開關斷路器Q02. 1的輔助常閉點動合，能耗制動接觸器K45. 1受電動合通過能耗制動電阻器R1，實現能耗制動，需要8-12毫秒。[0040]同時系統的參數瞬變，轉速、反饋為0，可控矽正向觸發截止，反轉觸發，再實現回饋。如圖1所示。[0041]本實用新型的壓敏能耗制動保護電路不影響如圖1原電路的一切操作性能。無論是正常運轉、正常停機、緊急停機或堵轉時系統仍正常操作。[0042]所說的本實用新型壓敏能耗制動保護電路是R-C耦合電路。是根據壓敏電阻的壓敏電壓Vs嵌壓通流峰值電流吸收浪湧電感電勢將其釋放到能耗制動電阻Rl上的工作性能。[0043]以電壓敏感電阻器所定值的標稱壓敏電壓Vs瞬態吸收浪湧電感能量的特性。以 8-20 μ S納秒級的通流導通時間超越系統的過程控制6-12毫秒時間，具有超線程響應速度，嵌壓特性好吸收速度快，形成R-C耦合吸收能量釋放到能耗制動電阻上的電路，及時有效的控制電機制動狀態因系統過程控制隨負載所上升的浪湧電感電勢(反電動勢-Ee)的上升率，產生高壓。以「一把鑰匙開一把鎖」的功效實現量化控制浪湧電感電勢的上升率。 避免對電機換向器和繞組絕緣層的衝擊放電擊穿短路放炮等事故的發生。[0044]在高轉速高負載的工況下緊急停機或堵轉時隨機產生的強大的浪湧電感電勢 (反電動勢-Ee)達到壓敏電阻的壓敏電壓Vs時，壓敏電阻的阻值即刻下降為零，起閘閥作用。在8-20 μ s納秒的時間嵌壓導通尖峰電流吸收浪湧電感電勢能量將其釋放到能耗制動電阻器Rl的負載上，與電樞形成一瞬時獨立閉路循環的壓敏能耗制動保護電路。與系統的其他操作程序不產生任何的偶合操作關係，直接解決了隨機上升的浪湧電感電勢對電機續流的損害，使其能耗制動的安全性和穩定性達到100%。
權利要求1.一種壓敏能耗制動保護電路，該電路結構包括有連接能耗制動接觸器的電路，其特徵是在所述能耗制動接觸器的觸點兩端的連接點上並聯加裝壓敏電阻，並與能耗制動接觸器的能耗制動電阻串聯，再與連接能耗制動接觸器的電路中電機的電樞並聯連接成壓敏能耗制動保護電路。
2.根據權利要求1所述的壓敏能耗制動保護電路，其特徵是所述壓敏電阻為浪湧抑制型壓敏電阻器。
3.按照權利要求1所說的壓敏能耗制動保護電路，其特徵是所述壓敏電阻是一對或多對並聯連接的壓敏電阻。
專利摘要本實用新型提供一種壓敏能耗制動保護電路，在能耗制動接觸器的觸點兩端的連接點上並聯加裝壓敏電阻，並與能耗制動接觸器的能耗制動電阻串聯，再與連接能耗制動接觸器的電路中電機的電樞並聯連接成壓敏能耗制動保護電路。本實用新型有益效果是該電路根據所保護電機的額定電壓及額定電流參數所選擇的浪湧抑制型壓敏電阻器而構成8-20μs納秒一瞬時獨立閉路循環的壓敏能耗制動保護電路。與系統的其他操作程序不產生任何的偶合操作關係，直接解決了軋鋼軋卡堵轉時隨機上升的電感電勢對電機續流的損害，使其能耗制動的安全性和穩定性達到100％。安全可靠、設計合理成本低作用大，可降低設備故障率80％，降低設備維護費用，提高運轉率，有利於優化保護措施延長電機的使用壽命。
文檔編號H02H9/04GK202309058SQ201120372029
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者丁建軍, 吳聯合, 王貴輝, 郭嘉宏, 高嚴松, 黎宏 申請人:天津鋼管集團股份有限公司