CN105035960A - 具有逆变保护功能的缆索起重机起升机构控制电路系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种具有逆变保护功能的缆索起重机起升机构控制电路系统，包括可控硅直流调速装置和电源电压检测装置；可控硅直流调速装置连接于供电电源和缆索起重机起升机构直流电机间，电源电压检测装置连接于供电电源和可控硅直流调速装置间，用于实时检测供电电源的电压跌落值，当检测到供电电源的电压跌落值大于等于标准跌落值时，向可控硅直流调速装置输出急停控制信号，可控硅直流调速装置在缆索起重机处于下降状态时中止将运转的起升机构的直流电机发出的直流电逆变成交流电回馈到供电电源。本发明通过创新引入电源电压检测装置对电网电压进行实时监测，阻止了直流调速装置逆变失败和短路电流的产生，保护了可控硅和直流电机等电气设备。

Description

具有逆变保护功能的缆索起重机起升机构控制电路系统

技术领域

本发明涉及缆索起重机的控制电路技术，尤其是涉及缆索起重机起升机构的控制电路系统，特别是一种具有逆变保护功能的基于可控硅直流调速装置的缆索起重机起升机构控制电路系统。

背景技术

目前，采用可控硅直流调速装置的缆索起重机起升机构控制电路系统，没有专门的电源电压异常跌落保护装置，仅采用快速熔断器进行过流保护，如附图1所示的，供电电源向可控硅直流调速装置供电，在速度给定和点火脉冲的触发下可控硅直流调速装置控制电机M正常工作，当缆索起重机起升机构在高速下降时，电机把能量通过可控硅直流调速装置回馈给电网A、B、C，如果此时遇到电网电压异常跌落的较厉害，比如电压跌落值达到电网额定电压的-12%以上（即跌落后电压值为额定电压的88%以下）时，可控硅在电网A、B、C连接端的交流侧电压将变得过低，致使可控硅出现无法关断的情况，这样可控硅直流调速装置将不能中止把直流电机M发出的直流电逆变成三相交流电回馈到电网A、B、C，直流调速装置出现逆变失败，产生短路电流，尽管有快速熔断器进行保护，一般情况下还会引起可控硅的损坏和直流电机整流面的烧损。而在缆索起重机应用的一些特殊场合这种电网电压的异常跌落较为常见，因此现有的基于可控硅直流调速装置的缆索起重机起升机构控制电路系统经常会因直流调速装置逆变失败而烧损可控硅和直流电机，不但提高了设备故障率，而且无法保证电控安全。

发明内容

本发明基于上述现有技术问题，创新的提出一种具有逆变保护功能的缆索起重机起升机构控制电路系统，通过创新引入电源电压检测装置对电网电压进行实时监测，当电网电压发生异常跌落（如当跌落值达到额定电压的-8%即跌落后电压值为额定电压的92%）时，迅速封锁可控硅直流调速装置的点火脉冲，有效阻止了直流调速装置逆变失败和短路电流的产生，从而保护可控硅和直流电机等电气设备，降低了缆索起重机的使用故障率。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种具有逆变保护功能的缆索起重机起升机构控制电路系统，包括可控硅直流调速装置和电源电压检测装置；所述的可控硅直流调速装置连接于供电电源和缆索起重机起升机构的直流电机之间，用于在起升机构上升时，将供电电源的交流电整流成直流电驱动直流电机运转，在起升机构下降时，将运转的直流电机发出的直流电逆变成交流电回馈到供电电源；所述的电源电压检测装置连接于供电电源和可控硅直流调速装置之间，用于实时检测供电电源的电压跌落值，当检测到供电电源的电压跌落值大于等于标准跌落值时，所述电源电压检测装置向可控硅直流调速装置输出急停控制信号；所述可控硅直流调速装置收到电源电压检测装置提供的急停控制信号后，判定缆索起重机起升机构是否处于下降状态，若是则立即中止将运转直流电机发出的直流电逆变成交流电回馈到供电电源。

进一步的根据本发明所述的缆索起重机起升机构控制电路系统，其中所述的电源电压检测装置包括可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器由模拟量输入模块、内部处理器和数字量输出模块组成，所述模拟量输入模块对供电电源的电压信号进行连续实时检测，转换成数字量信号后传送给内部处理器，所述内部处理器根据检测的电压跌落值与标准跌落值间的关系来评判供电电源的电压波动趋势，当模拟量输入模块检测到的电压跌落值小于标准跌落值时，内部处理器不发出任何信号，当模拟量输入模块检测到的电压跌落值大于等于标准跌落值时，内部处理器向数字量输出模块发出停机保护信号，数字量输出模块接收到停机保护信号后，向可控硅直流调速装置的急停输入端子输出急停控制信号。

进一步的根据本发明所述的缆索起重机起升机构控制电路系统，其中所述供电电源为三相交流电源，所述电源电压检测装置还包括电压变送器，所述电压变送器连接于供电电源和模拟量输入模块之间，所述电源电压检测装置对供电电源的各相电压信号分别进行实时检测，各相电压信号分别通过电压变送器处理后输出给模拟量输入模块。

进一步的根据本发明所述的缆索起重机起升机构控制电路系统，其中所述电源电压检测装置还包括中间继电器，所述中间继电器连接于数字量输出模块和可控硅直流调速装置的急停输入端子之间，数字量输出模块接收到内部处理器输出的停机保护信号后，向中间继电器的控制线圈输出电流控制信号,控制中间继电器的接点动作，中间继电器的接点动作将向可控硅直流调速装置的急停输入端子产生急停控制信号。

进一步的根据本发明所述的缆索起重机起升机构控制电路系统，其中所述的可控硅直流调速装置包括内部控制单元，当急停输入端子接收到急停控制信号时，内部控制单元判定此时缆索起重机起升机构是否处于下降状态，若否不作处理，若是则立即启动内部控制逻辑，顺序实现如下控制：屏蔽速度给定、电流给定设为零、封锁可控硅点火脉冲、中止逆变运行、抱闸停机。

进一步的根据本发明所述的缆索起重机起升机构控制电路系统，其中所述供电电源为三相交流电源，所述可控硅直流调速装置还包括六个可控硅反向并联单元，每个可控硅反向并联单元包括两个反向并联连接的可控硅，每两个可控硅反向并联单元串联为一组，供电电源的第一相电源连接于第一组的两个可控硅反向并联单元之间，供电电源的第二相电源连接于第二组的两个可控硅反向并联单元之间，供电电源的第三相电源连接于第三组的两个可控硅反向并联单元之间，三组可控硅反向并联单元均与缆索起重机起升机构的直流电机并联连接，各可控硅的控制极均连接于所述内部控制单元。

进一步的根据本发明所述的缆索起重机起升机构控制电路系统，其中所述的标准跌落值为供电电源额定电压的8%。

通过本发明的技术方案至少能够达到以下技术效果：

本发明首创的在基于可控硅直流调速装置的缆索起重机起升机构控制电路系统中引入电源电压检测装置，通过电源电压检测装置对电网电压进行实时监测，使得当缆索起重机高速下降时如遇电网电压异常跌落（如跌落值达到额定电压的-8%以下），能快速封锁可控硅直流调速装置的点火脉冲，阻止逆变失败的产生，也阻止短路电流的产生，从而有效保护了可控硅和直流电机，解决了现有采用可控硅直流调速装置的缆索起重机控制电路系统的逆变失败技术问题，提高了缆索起重机的供电适应能力和应用范围。

附图说明

附图1为现有技术中的缆索起重机起升机构控制电路系统；

附图2为本发明提出的具有逆变保护功能的缆索起重机起升机构控制电路系统；

附图3为可控硅直流调速装置的逆变保护控制逻辑图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚点的理解本发明的方案，并不因此限制本发明的保护范围。

如附图2所示的，本发明所述的具有逆变保护功能的缆索起重机起升机构控制电路系统包括可控硅直流调速装置和电源电压检测装置，现有的缆索起重机起升机构控制电路系统多数基于可控硅直流调速装置进行工作，下面简要给出这种可控硅直流调速装置的基本结构和运行原理（详细结构同本领域熟知的可控硅直流调速装置），如附图2所示的，可控硅直流调速装置包括六个可控硅（晶闸管）反向并联单元和内部控制单元，其中进线电源的A相连接于两个可控硅反向并联单元之间，进线电源的B相连接于两个可控硅反向并联单元之间，进线电源的C相连接于两个可控硅反向并联单元之间，对应于A、B、C各相电压的两个可控硅反向并联单元组均与起升机构的直流电机M并联，内部控制单元通过向各可控硅的控制极按照设定的控制逻辑提供点火脉冲，控制整个可控硅直流调速装置正常运行，即在起升机构上升时，根据速度给定，内部控制单元控制点火脉冲把A、B、C三相交流电整流成直流电驱动直流电机M运转，在起升机构下降时，根据速度给定，内部控制单元控制点火脉冲把运转的直流电机M发出的直流电逆变成三相交流电回馈到电网A、B、C。

本发明创新的在进线电源和可控硅直流调速装置之间引入电源电压检测装置，如附图2所示的，所述的电源电压检测装置包括电压变送器、可编程逻辑控制器（简称PLC）和中间继电器，其中可编程逻辑控制器由模拟量输入模块、内部处理器（简称CPU）和数字量输出模块组成，电源电压检测、内部分析处理和信号输出控制均以可编程逻辑控制方式实现。电源电压检测装置对缆索起重机供电的电网电源电压进行实时监测，具体的对供电电源的AB相、BC相和AC相分别进行检测，如附图1所示的，三路电压信号分别经过电压变送器后，输入到PLC的模拟量输入模块中，即AB相交流电压信号通过电压变速器处理后输出给模拟量输入模块，BC相交流电压信号通过电压变送器处理后输出给模拟量输入模块，AC相交流电压信号通过电压变送器处理后输出给模拟量输入模块。模拟量输入模块对三路电源电压信号进行连续实时检测后，转换成数字量传给内部处理器CPU。内部处理器CPU根据缆机进线电压的额定电压值（接收并预存有额定进线电压）来评判模拟量输入模块检测的电源电压的波动趋势，这种内部处理器具有比较判定功能，能够将输入值与预设值进行比较，并基于比较结果输出控制信号，这样当模拟量输入模块检测到的电源电压值处于正常范围内时（通过若干次试验确定正常范围大于额定电压的92%），内部处理器CPU不发出任何信号，可控硅直流调速装置正常运行。当模拟量输入模块检测到的电源电压值发生正常范围以外的跌落时，经过若干次的试验，当检测到电源电压值的跌落值达到额定电压的-8%以上（即跌落后电压值为额定电压的92%以下）时，CPU判定此时电源电压的波动趋势将会导致可控硅直流调速装置的逆变失败，CPU随即向数字量输出模块发出停机保护信号，数字量输出模块接收到停机保护信号后，向连接于数字量输出模块的中间继电器K1的控制线圈输出电流控制信号,控制中间继电器K1的接点动作，中间继电器K1的接点动作将向可控硅直流调速装置的急停输入端子（ESTOP）产生控制信号。当可控硅直流调速装置的急停输入端子接收到此控制信号后，可控硅直流调速装置的内部控制单元首先判定此时起升机构是否同时处于下降状态（通过内部控制单元在将直流电逆变成三相交流电的点火脉冲信号获知），若否则不作处理，若此时起升机构正处于下降状态，则可控硅直流调速装置的内部控制单元立即启动内部控制逻辑，如附图3所示，此时不管当时的速度给定是多少都予以屏蔽，电流给定设为零，并立即封锁各可控硅的点火脉冲，控制各可控硅不再处于导通状态，从而中止把起升机构运转的直流电机M发出的直流电逆变成三相交流电回馈到电网A、B、C，最后抱闸停机。通过这种急停控制有效阻止了直流调速装置在电网电压异常跌落时逆变失败的产生，也阻止短路电流的产生，从而保护直流调速装置的可控硅和直流电机等电气设备，大大提高了缆索起重机起升机构控制电路系统的安全使用性能。

以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不局限于此，本发明的创新在于对可控硅直流调速装置的进线电源电压实施实时检测，这种检测装置优选采用本发明上述的基于可编程逻辑控制器的电源电压检测装置实现，亦可采用本领域的其他电压检测装置，只要这种电压检测装置能够将检测到的电压值与预设的标准值进行比较，当检测的电压值处于标准值的范围之外时能够输出控制信号即可；另外通过中间继电器向可控硅直流调速装置的急停输入端子产生控制信号也属于一种优选的方式，亦可通过可编程逻辑控制器的数字量输出模块直接向可控硅直流调速装置的急停输入端子输出控制信号；此外关于CPU判定处理的标准电压跌落值，本领域技术人员根据实际设备的差异可灵活选择设定，本发明基于常见缆索起重机的逆变失败经验，选择CPU预存的标准判定范围为：（额定电压92%——额定电压]，当检测到的进线电压小于等于额定电压92%（即跌落值在额定电压的8%以上）时，产生中止逆变的控制信号，这能够适用于大多数缆索起重机的下降逆变保护，但并不因此数值限制本发明的保护范围。

本发明首创的在基于可控硅直流调速装置的缆索起重机起升机构控制电路系统中引入电源电压检测装置，通过电源电压检测装置对电网电压进行实时监测，使得当缆索起重机高速下降时如遇电网电压异常跌落，能快速封锁可控硅直流调速装置的点火脉冲，阻止逆变失败和短路电流的产生，从而有效保护了可控硅和直流电机。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴，本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。

Claims (7)

1.一种具有逆变保护功能的缆索起重机起升机构控制电路系统，其特征在于，包括可控硅直流调速装置和电源电压检测装置；所述的可控硅直流调速装置连接于供电电源和缆索起重机起升机构的直流电机之间，用于在起升机构上升时，将供电电源的交流电整流成直流电驱动直流电机运转，在起升机构下降时，将运转的直流电机发出的直流电逆变成交流电回馈到供电电源；所述的电源电压检测装置连接于供电电源和可控硅直流调速装置之间，用于实时检测供电电源的电压跌落值，当检测到供电电源的电压跌落值大于等于标准跌落值时，所述电源电压检测装置向可控硅直流调速装置输出急停控制信号；所述可控硅直流调速装置收到电源电压检测装置提供的急停控制信号后，判定缆索起重机起升机构是否处于下降状态，若是则立即中止将运转直流电机发出的直流电逆变成交流电回馈到供电电源。

2.根据权利要求1所述的缆索起重机起升机构控制电路系统，其特征在于，所述的电源电压检测装置包括可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器由模拟量输入模块、内部处理器和数字量输出模块组成，所述模拟量输入模块对供电电源的电压信号进行连续实时检测，转换成数字量信号后传送给内部处理器，所述内部处理器根据检测的电压跌落值与标准跌落值间的关系来评判供电电源的电压波动趋势，当模拟量输入模块检测到的电压跌落值小于标准跌落值时，内部处理器不发出任何信号，当模拟量输入模块检测到的电压跌落值大于等于标准跌落值时，内部处理器向数字量输出模块发出停机保护信号，数字量输出模块接收到停机保护信号后，向可控硅直流调速装置的急停输入端子输出急停控制信号。

3.根据权利要求2所述的缆索起重机起升机构控制电路系统，其特征在于，所述供电电源为三相交流电源，所述电源电压检测装置还包括电压变送器，所述电压变送器连接于供电电源和模拟量输入模块之间，所述电源电压检测装置对供电电源的各相电压信号分别进行实时检测，各相电压信号分别通过电压变送器处理后输出给模拟量输入模块。

4.根据权利要求2或3所述的缆索起重机起升机构控制电路系统，其特征在于，所述电源电压检测装置还包括中间继电器，所述中间继电器连接于数字量输出模块和可控硅直流调速装置的急停输入端子之间，数字量输出模块接收到内部处理器输出的停机保护信号后，向中间继电器的控制线圈输出电流控制信号,控制中间继电器的接点动作，中间继电器的接点动作将向可控硅直流调速装置的急停输入端子产生急停控制信号。

5.根据权利要求2-4任一项所述的缆索起重机起升机构控制电路系统，其特征在于，所述的可控硅直流调速装置包括内部控制单元，当急停输入端子接收到急停控制信号时，内部控制单元判定此时缆索起重机起升机构是否处于下降状态，若否不作处理，若是则立即启动内部控制逻辑，顺序实现如下控制：屏蔽速度给定、电流给定设为零、封锁可控硅点火脉冲、中止逆变运行、抱闸停机。

6.根据权利要求5所述的缆索起重机起升机构控制电路系统，其特征在于，所述供电电源为三相交流电源，所述可控硅直流调速装置还包括六个可控硅反向并联单元，每个可控硅反向并联单元包括两个反向并联连接的可控硅，每两个可控硅反向并联单元串联为一组，供电电源的第一相电源连接于第一组的两个可控硅反向并联单元之间，供电电源的第二相电源连接于第二组的两个可控硅反向并联单元之间，供电电源的第三相电源连接于第三组的两个可控硅反向并联单元之间，三组可控硅反向并联单元均与缆索起重机起升机构的直流电机并联连接，各可控硅的控制极均连接于所述内部控制单元。

7.根据权利要求1-6任一项所述的缆索起重机起升机构控制电路系统，其特征在于，所述的标准跌落值为供电电源额定电压的8%。