CN100424990C - 控制耗电设备的接口电路以及控制电机的电路系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制耗电设备，尤其是控制变极三相异步电机的接口电路，包括对应于传递交流电压信号的信号线的第一接触元件，用于产生至少两个不同的控制信号。本发明还涉及一种用于控制电机尤其是控制变极三相异步电机的电路系统，包括具有前述接口电路的控制开关元件，它通过信号线与电机的电机控制装置相连。为了降低并行传输时所需信号线的数量，同时可以使误差诊断比较简单，建议将编码二极管(10)串联连接在信号线中的第一接触元件(6a，7a)之前或之后，并与编码二极管(2)并联设置一个第二接触元件(6b，7b)，以根据第一接触元件(6a，7a)和第二接触元件(6b，7b)的状态产生三个不同的控制信号(19a，19b，19c)。

Description

控制耗电设备的接口电路以及控制电机的电路系统

技术领域

本发明涉及控制耗电设备的接口电路，尤其是控制变极三相异步电机的接口电路，该接口电路具有设置在传递交流电压信号的信号线上的第一接触元件，该第一接触元件用于产生至少两种不同的控制信号。本发明还涉及用于控制电机，尤其用于控制变极三相异步电机的电路系统，该电路系统包括一个具有前述接口电路的控制开关元件，该控制开关元件通过信号线与电机控制装置相连。

背景技术

众所周知，控制开关和电机之间的控制信号是通过信号线来传递的。每一根电线对应一个待传递的控制信号。该控制信号通过信号线上的电压的有或无来区别。这两种信号状况中的一个信号状况可以实现如“电机顺时针旋转”的功能。

在控制变极三相异步电机的情况下，各个控制信号相互组合例如可以产生如下的功能，如“慢速向右旋转”，“慢速向左旋转”，“快速向左旋转”，“快速向右旋转”。这样，通常三个控制信号如“向右”“向左”“快”就由一个控制开关产生。如果控制导线上没有实现控制信号“快”的电压，三相异步电机就按照其他的控制信号确定的转动方向进行慢速旋转。如果一个装置的多个轴利用相应的三相电机进行马达驱动，那么就必须由与轴的数量相一致的控制开关产生其他的控制信号。对于具有三轴的装置，例如起重机，它的起升结构、起重机小车、起重机横梁都是通过三相异步电机来驱动的，那么此时就需要九个信号，因此还需要附加于基准电位导线的九根导线。利用该系统，由于信号线的数量多，就产生了较高的成本和较高的布线费用。

在以不同控制信号的形式保存信息量时，用于降低所需信号线数量的通常的方法是将并行信号转换为串行信号。现有技术中，已经披露了多种串行传输方法，从PC技术中的RS232-接口技术直到总线系统技术，都可以使控制信号更快速、安全地传输。但是，将并行控制信号转换为串行控制信号，以及之后为应用于控制过程将串行控制信号转换回并行控制信号会使费用增加。而且，控制信号的误差诊断在串行传输时比并行传输时更为困难。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提出一种用于控制电机的接口电路以及电路系统。该接口电路以及电路系统可以相对降低并行传输时所需的信号线的数量，同时可以使误差诊断比较简单。

该目的通过本发明所述的接口电路和用于控制电机的电路系统来实现。

本发明提出了一种用于控制耗电设备，尤其是控制变极三相异步电机的接口电路，该接口电路具有对应于传递交流电压信号的信号线设置的第一接触元件，该元件用于产生至少两种不同的控制信号，这样可以实现一个尤其简单的电路，即将一个编码二极管串联连接在信号线中的第一接触元件之前或者之后，并且与该编码二极管并联设置一个第二接触元件，这样根据第一接触元件和第二接触元件的状态，就可以产生三个不同的控制信号。这样，控制变极三相异步电机时，只需要一个简单的二极管和另外一个具有多个接触元件的开关元件。由此，现在用一根数据导线不仅可以传递信息“开”或者“关”，而且可以传递三种状态信息“开”、“半波”或“关”。每一个变极三相异步电机因此可以节省一根信号线，进而节省1/3的材料和配线费用。误差诊断如在并行传输中那样，可以利用简单的电压表进行。

在特别简单的实施例中，可以这样提供后续的控制信号，即打开第一接触元件和打开第二接触元件，产生一个“关”的控制信号，闭合第一接触元件和打开第二接触元件，产生一个“半波”的控制信号，该“半波”信号表现为在信号线上传输交流电压信号的半波，闭合第一接触元件和闭合第二接触元件产生一个“开”的控制信号，该“开”信号表现为在信号线上传输完整的交流电压信号。

该接口电路尤其适合用于耗电设备，该耗电设备此处设计为变极三相异步电机。相应于一个编码二极管设置了具有第一接触元件的第一按钮，用于实现向左旋转功能，以及具有第一接触元件的第二按钮，用于实现向右旋转功能；对应于第一按钮和第二按钮设置了一个共用的第二顺序开关接触元件，用于实现快速转动功能。这样，可以节省接触元件。第一接触元件然后和信号线的第一芯线相连，第二接触元件和信号线的第二芯线相连。

在该接口电路中，无需额外的布线开销就可以将一个紧急关闭开关简单地接在第一和第二接触元件之前。

接口电路也可以应用在一个用于控制电机，尤其是控制变极三相异步电机的电路系统中。接口电路集成到控制开关元件中，该开关元件通过信号线和电机的电机控制装置相连。电机控制装置分为电机开关和信号解码器两部分。电机开关和电机相连，用于控制电机，信号解码器处理来自接口电路、通过信号线传输的信号，以继续转发到电机开关。

附图说明

以下结合附图示出的两个实施例对本发明所述的接口电路和控制电路进行详细说明。如图所示：

图1示出了根据本发明的接口电路的应用例的示意图；

图2示出了根据本发明的接口电路的电路图；

图3示出了根据本发明的接口电路产生的三个不同的控制信号；

图4示出了根据本发明的接口电路的第一实施例的电路图；

图5示出了根据本发明的接口电路的第二实施例的电路图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的接口电路20的应用的例子，该接口电路用于控制起重机的起升结构的电机3。图中主要示出了控制开关元件1，电机控制装置2和设计为变极三相异步电机的电机3，该电机可以在两个相反的转动方向上(提升和下降)并用两个速度驱动图中未示出的起升结构。电机控制装置2包括用于控制电机3的电机开关2a和用于分析控制开关元件1的控制信号19a，19b，19c的信号解码器2b(参见图3)。控制开关元件1通过信号线4和电机控制装置2相连，该控制装置2的一侧通过电机导线5和电机3相连，尤其与图中未示出的三相异步电机3的绕阻圈相连。

控制开关元件1具有多个手动操作的开关元件，所述开关元件设计为带有刻槽的开关8，用于“紧急关闭”功能，双级的第一自动复位按钮6，用于“向左旋转”的旋转方向，以及同类型的第二个按钮7，用于“向右旋转”的旋转方向。利用按钮6，7，操作人员可以有选择地控制电机3的旋转方向为“向左旋转”或者“向右旋转”，利用各按钮6，7的第二级可以控制加快电机3的速度。

图2中示出了根据本发明的按钮6或者7的接口电路20的电路图，该电路基本由编码二极管10和按钮6或者7的两个可切换的接触元件6a，7a，和6b，7b组成。编码二极管10设置在信号线4上，该信号线引至电机3的电动控制装置2。在信号线4上有一个交流电压信号21，该信号可以由接口电路20转换为三个不同的控制信号19a，19b，19c。然后这些控制信号19a，19b和19c使电机3产生了所希望的功能“向左旋转”，“向右旋转”，“慢速”和/或“快速”。为了分析控制信号19a，19b，19c，在电机3的范围内设置了信号解码器2b。

为了产生控制信号19a，19b，19c，第一接触元件6a或者7a串联于编码二极管10之后。第二接触元件6b或者7b与编码二极管10并联。这两个接触元件6a，7a，和6b，7b例如可以集成到设计为多级开关的按钮6，7中，接触元件6b，7b相应地设计为顺序开关接触元件。

根据本发明的接口电路20所产生的控制信号19a，19b，19c如图3所示。当打开第一接触元件6a，7a和第二接触元件6b，7b时，产生第一个控制信号19a“关”，这样，在信号线4上交流电压不会沿电机控制装置2的方向传递。当打开第二接触元件6b，7b并且合上第一接触元件6a，7a时，产生第二个控制信号19b “半波”。交流电压信号21因此通过编码二极管10传送，它的下半波将被滤去。如果这时也合上第二接触元件6b，7b，交流电压信号21将绕过编码二极管10。交流电压信号21可以作为控制信号19c“开”完整地到达电机控制装置2。

图4示出了根据本发明在应用于图1中的接口电路的第一实施例电路图。用附图标记6到10表示的元件用于实现控制开关元件1的功能；用附图标记11和12表示的元件用于实现信号解码的功能，用附图标记13到15表示的元件用于实现电机控制开关2的功能。

控制开关元件1将信号电压例如24V交流电压21(见图2)传输到连接点9。通过“紧急关闭”开关8的常闭触点8a，操作者可以在紧急情况下中断控制开关元件1的电压，以避免信号输出。

结合图2，进一步对于根据本发明的接口信号从原理上进行详细阐述，该信号利用编码二极管10，通过用于“向右旋转”的接触元件6a和用于“向右旋转”的接触元件7a以及共用的顺序开关器6/7b的共同作用而实现，其中，该顺序开关器可以由按钮元件6和7来控制。

当按下按钮6的时候，首先开关元件6a闭合，这样连接端9处的交流电压21就通过编码二极管10和闭合的触点6a，接着传输到信号线4的第一芯线4a，然后传输到第四个解码二极管12b，最后到达用于速度级别的继电器线圈15，同时通过第一个解码二极管11a传送到用于向左旋转的继电器线圈13。由于编码二极管10的极和第四个解码二极管12b的极性方向相反，继电器线圈15不会吸合，这是因为不可能有电流。编码二极管10和第一个解码二极管11a具有相同的极性，这样，用于向左旋转的继电器线圈13在信号电压21为正的电压半波期间会产生电流。通过这种方式，用于向左旋转的继电器线圈13吸合，相应的三极触点组13a闭合，这样电机3就通过用于速度级“快”或者“慢”的其他继电器线圈15的静态触点15a与三相电源16连接。静态触点15a最好使用于低速的电机绕组与三相电源相连接。在这种连接状况下，编码二极管10将滤掉信号电压的负半波，但是，从放电的并联连接的电容22向继电器线圈13提供电流，这样，触点13a将保持闭合。触点组13a的相序这样连接，即使得可以调节三相异步电机3进行“向左旋转”。

当继续按下第一个按钮6时，第二个开关级将使顺序开关接触元件6/7b闭合，这样编码二极管10就被跨接。通过这种方式，信号交流电压21的两个半波通过第一个按钮6接入，这样，不但用于向左旋转的继电器线圈13而且用于速度级别的继电器线圈15都被供给电流，其中继电器线圈15在信号交流电压21处于负半波的期间被供电。这意味着，三极触点组13a仍然处于闭合状态，三极触点组15a切换到工作位置，这样用于使三相异步电机3快速旋转的绕组被激励。这样使得电机3在“向左旋转”和“快速”状态下工作。

为了控制电机3在“向右旋转”的状态，与前述的用于按钮6的相同操作方法操作按钮7。这样，在第一个开关级之中，接触元件7a通过后接的信号线4的第二芯线4b、第二个解码二极管11b控制带有三极触点组14a的用于向右旋转的触发器14，其中的三极触点组14a接通用于“向左旋转”的相序。当继续按下按钮7时，顺序开关器6/7b闭合，这样，用于速度级的继电器线圈15又通过第三个解码二极管12a将触点组15切换到用于快速的位置。

因此，如图4所示，例如具有两个转动方向“向左旋转”，“向右旋转”和两个速度等级“快”和“慢”的三相异步电机3可以通过根据本发明的信号接口20来进行控制，其中节省了信号线，信号线4仅具有两个信号芯线4a和4b，以及另外一根用于在控制开关元件1和电机控制装置2之间馈入电压信号的芯线(图中未示出)，其中，许多应用中所需的“紧急关闭”功能无需使用其他附加的导线就可以集成到其中。

图5中示出了如图4所描述的接口电路20的另外一个可选实施例。用于速度等级的触发器线圈15在顺序接触元件6/7b闭合期间，通过整流桥18整流的交流电压来激励，使触点组15a从静止位置切换到工作位置，即速度从“减速”切换到了“加速”。信号线的第一芯线4a和第二芯线4b中的电阻17a，17b引起的压降避免了在接通状态下仅接通信号交流电压21的半波，也就是说，在接触位置，在“慢”速度时，可以达到继电器线圈15的吸合电压。同时，利用电阻17a，17b的压降，可以避免继电器13和14之间的反馈。例如，当接触元件6a闭合并且向用于向左旋转的继电器线圈13馈电时，电阻17b和17a的压降防止了同时通过17b，17a，11b给继电器线圈14提供足够的吸合电压。

根据本发明的应用的另外一个实施例，以已知的方式通过机械的固定或者附加接触元件可以避免同时操作按钮6和7使接触元件13a和14a同时闭合，从而导致二个电源相的短路。

通过应用根据本发明的接口电路20，在如图所示的情况下，对于信号线4，仅需要两个芯线4a，4b用于信号传输，以及另一根图中未示出的芯线用于提供信号电压。

根据本发明的实施例也可以这样设计，电机控制装置2中的信号解码器2b不是通过相应接入的二极管实现，如图4和图5所示，而是通过在微处理器中分析4a和4b传输的信号实现的。在这种情况下，微处理器的输出端利用半导体开关以所希望的方式给继电器线圈13，14，15提供电流，这样，如上所述，继电器线圈13a，14a，15a可以将三相电源和电机相连。

附图标记清单

1   控制开关元件

2   电机控制装置

2a  电机开关

2b  信号解码器

3   电机

4   信号线

4a  信号线4的第一芯线

4b  信号线4的第二芯线

5   电机导线

6   用于向左旋转的第一按钮

6a  第一按钮6的接触元件

6b  第一按钮6的顺序接触元件

7   用于向右旋转的第二按钮

7a  第二按钮7的接触元件

7b  第二按钮7的顺序接触元件

8  “紧急关闭”开关

8a  开关8的常闭接点

9   连接端

10  编码二极管

11a 第一解码二极管

11b 第二解码二极管

12a 第三解码二极管

12b 第四解码二极管

13  用于向左旋转的继电器线圈

13a 三极触点组

14  用于向右旋转的继电器线圈

15  用于速度等级的继电器线圈

15a 三极触点组

16  电源

17a 第一电阻

17b 第二电阻

19a 控制信号“关”

19b 控制信号“半波”

19c 控制信号“开”

20  接口电路

21  交流电压信号

22  电容

Claims (4)

1. 一种用于控制耗电设备的接口电路，包括与传递交流电压信号的信号线相对应的第一接触元件，所述第一接触元件用于产生至少两个不同的控制信号，其特征在于，在所述信号线(4)上的所述第一接触元件(6a，7a)之前或之后串联连接一个编码二极管(10)，并且与该编码二极管并联设置另外一个第二接触元件(6b，7b)，以根据第一接触元件(6a，7a)和第二接触元件(6b，7b)的状态产生三个不同的控制信号(19a，19b，19c)，

其中打开所述第一接触元件(6a，7a)并且打开所述第二接触元件(6b，7b)，产生一个“关”控制信号(19a)，闭合所述第一接触元件(6a，7a)并且打开所述第二接触元件(6b，7b)，产生一个“半波”控制信号(19b)，所述“半波”信号表现为在所述信号线(4)上传输交流电压信号(21)的半波，闭合所述第一接触元件(6a，7a)并且闭合所述第二接触元件(6b，7b)，产生一个“开”控制信号(19c)，所述“开”信号表现为在信号线(4)上传输交流电压信号(21)的整波。

2. 根据权利要求1所述的接口电路，其特征在于，所述耗电设备设计为变极异步三相电机(3)，对应于一个编码二极管(10)设置了具有第一个第一接触元件(6a)的第一按钮(6)，用于实现向左旋转功能，以及具有第二个第一接触元件(7a)的第二按钮(7)，用于实现向右旋转功能；对应于所述第一按钮(6)和第二按钮设置了共用的顺序开关接触元件，用于实现快速转动功能，对应于所述信号线(4)的第一芯线(4a)设置了所述第一个第一接触元件(6a)，对应于所述信号线(4)的第二芯线(4b)设置了所述第二个第一接触元件(7a)。

3. 根据权利要求1所述的接口电路，其特征在于，一个紧急关闭开关(8)连接在所述第一和第二接触元件(6a，7a，6b，7b)之前。

4. 一种用于控制电机的电路系统，包括具有权利要求1至3中任一项所述的接口电路的控制开关元件，所述控制开关元件通过信号线与电机的电机控制装置相连，其特征在于，所述电机控制装置(2)分为电机开关(2a)和信号解码器(2b)，所述电机开关(2a)与所述电机(3)相连用于控制所述电机，所述信号解码器(2b)处理来自接口电路(20)通过信号线(4)传输的信号(19a，19b和19c)，以继续传输到所述电机开关(2a)上。

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