CN108075689B - 一种直流电机的噪声检测制动系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流电机的噪声检测制动系统及其使用方法，该系统包括电动机、励磁绕组、放电负载、继电器、噪声检测单元和制动控制单元，所述噪声检测单元检测电动机运行的噪声并连接继电器的控制线圈，所述制动控制单元包括起动按钮、停止按钮、第一接触器、第二接触器、第三接触器和制动电阻，第一接触器、第二接触器与第三接触器配合由噪声检测单元控制器的继电器，实现电动机的起动过程、反接制动准备过程和反接制动过程。与现有技术相比，本发明解决了速度控制原则存在运行和安装困难的不可避免弊端，同时克服了目前时间控制原则的控制不准确缺陷，既省电，又节约了设备成本。

Description

一种直流电机的噪声检测制动系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及工程电气设备领域，尤其是涉及一种直流电机的噪声检测制动系统及其使用方法。

背景技术

反接制动是电机的一种制动方式，它通过反接相序，使电机产生起阻滞作用的反转矩以便制动电机。在生产过程中，经常需要采取一些措施使电动机尽快停转，或者从某高速降到某低速运转，或者限制位能性负载在某一转速下稳定运转，这就是电动机的制动问题。实现制动有两种方法，机械制动和电磁制动。电磁制动是使电机在制动时产生与其旋转方向相反的电磁转矩，其特点是制动转矩大，操作控制方便。

目前工程电气旋转设备（如直流电机）传统的电气制动中的反接制动，经常采用速度传感器的原理（速度原则）控制、或是时间继电器（时间原则）控制等。

采用速度传感器的原理（速度原则）控制：需要同轴安装速度传感器，安装精度和要求较高，设备价格昂贵。

时间继电器（时间原则）控制：不同设备系统要求的合理制动时间不同，导致不能实现准确制动。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种直流电机的噪声检测制动系统及其使用方法，解决了背景技术中速度控制原则存在运行和安装困难的不可避免弊端，同时克服了目前时间控制原则的控制不准确缺陷，既省电，又节约了设备成本。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种直流电机的噪声检测制动系统，包括电动机、励磁绕组、放电负载、继电器、噪声检测单元和制动控制单元，所述噪声检测单元检测电动机运行的噪声并连接继电器的控制线圈，若噪声超过整定值，输出控制继电器工作的控制信号，所述制动控制单元包括起动按钮、停止按钮、第一接触器、第二接触器、第三接触器和制动电阻，所述第三接触器的常闭触点一端分别连接输入电源的正极、制动电阻的一端、励磁绕组的一端、放电负载的一端、停止按钮的常闭点一端、停止按钮的常开点一端和继电器的常闭触点一端，第三接触器的常闭触点另一端分别连接制动电阻的另一端、第二接触器的第一常开触点一端和第一接触器的第一常开触点一端，所述第二接触器的第一常开触点另一端分别连接电动机的一端和第一接触器的第二常开触点一端，所述电动机的另一端分别连接第一接触器的第一常开触点另一端和第二接触器的第二常开触点一端，所述第一接触器的第二常开触点另一端分别连接输入电源的负极、地端、第二接触器的第二常开触点另一端、励磁绕组的另一端、放电负载的另一端、第一接触器的控制线圈一端、第二接触器的控制线圈一端和第三接触器的控制线圈一端，所述第一接触器的控制线圈另一端连接第二接触器的常闭触点一端，所述第二接触器的常闭触点另一端连接起动按钮的常开点一端，所述起动按钮的常开点另一端分别连接停止按钮的常闭点另一端和起动按钮的常闭点一端，所述起动按钮的常闭点另一端分别连接第三接触器的第一常开触点一端和第一接触器的第一常闭触点一端，所述第三接触器的第一常开触点另一端连接停止按钮的常开点另一端，所述第一接触器的第一常闭触点另一端连接第二接触器的控制线圈另一端，所述第三接触器的控制线圈另一端连接第一接触器的第二常闭触点一端，所述第一接触器的第二常闭触点另一端连接继电器的常闭触点另一端。

所述噪声检测单元包括噪声传感器、单元工作电源、上拉电阻、稳压管、电压比较器和开关管，所述噪声传感器贴近安装在电动机上，所述单元工作电源的正极分别连接上拉电阻的一端和继电器的控制线圈一端，所述上拉电阻的另一端分别连接稳压管的负极和电压比较器的正输入端，所述电压比较器的负输入端连接噪声传感器的输出端，电压比较器的输出端连接开关管的控制端，所述开关管的第一端连接继电器的控制线圈另一端，开关管的第二端分别连接稳压管的正极、单元工作电源的负极和地端。

所述开关管为NPN三极管。

所述电压比较器的输出端经限流电阻连接开关管的控制端。

所述继电器的控制线圈两端并联有一个反接的二极管。

所述起动按钮的常开点的两端并联有第一接触器的第三常开触点，所述停止按钮的常开点的两端并联有第二接触器的第三常开触点，所述第一接触器的第二常闭触点的两端并联有第三接触器的第二常开触点。

所述放电负载为放电电阻。

所述输入电源的正极和负极处导线上均分别串接有一电源开关和一保险丝。

一种上述直流电机的噪声检测制动系统的使用方法包括以下步骤：

1）起动过程：接通输入电源，励磁绕组获电开始励磁，按下起动按钮，第一接触器的控制线圈获电，且第二接触器的控制线圈所在线路断开，第一接触器的第一常开触点和第二常开触点闭合，电动机起动运行，同时第一接触器的第一常闭触点和第二常闭触点断开，噪声传感器实时检测噪声；

2）反接制动准备过程：电动机刚获电起动时，电动机运行的噪声小，噪声传感器的输出端处电压小于电压比较器的正输入端处电压，则电压比较器的输出端输出高电平，使开关管导通，则继电器的控制线圈得电，使得继电器的常闭触点断开，此时不宜制动也无法制动，当随着电动机的转速进一步提高，噪声达到整定值时，继电器的常闭触点复位闭合，为电动机的反接制动做好准备；

3）反接制动过程：按下停止按钮时，第一接触器断电释放，第一接触器的第一常闭触点和第二常闭触点复位闭合，第三接触器的控制线圈因此获电，第三接触器的第一常开触点闭合，第三接触器的常闭触点断开，则在停止按钮按下时的第二接触器的控制线圈也获电动作，第二接触器的第一常开触点和第二常开触点闭合，使电动机的电枢电流反向且电动机的电枢串联反接制动电阻，从而实现反接制动而迅速停车；

在制动开始时，电动机运行的噪声大，继电器的常闭触点继续保持闭合；当电动机逐渐停止运行，噪声下降到整定值时，继电器的常闭触点打开，第二接触器和第三接触器断电释放，为下次起动做好准备。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用简易式安置非接触式噪声传感器及搭建噪声检测辅助控制对应的制动控制单元，制动控制单元中设置第一接触器、第二接触器与第三接触器，并配合由噪声检测单元控制器的继电器，实现电动机的起动过程、反接制动准备过程和反接制动过程，解决了背景技术中速度控制原则存在运行和安装困难的不可避免弊端，同时克服了目前时间控制原则的控制不准确缺陷。既省电，又节约了设备成本。

2、起动过程中，第一接触器的第一常闭触点和第二常闭触点断开，防止第二接触器的控制线圈所在线路和第三接触器的控制线圈所在线路接通，保证电路的高可靠性。

3、反接制动准备过程中由噪声检测单元控制器的继电器实现在起动初期电流还很大时，令电动机不宜制动也无法制动，对电机起保护作用，以及在当随着电动机的转速进一步提高，噪声达到设定的整定值时，继电器的常闭触点复位闭合，为实现电动机的反接制动做好了准备。

4、反接制动过程中，通过停止按钮、第三接触器、第二接触器与第一接触器的联动，并配合由噪声检测单元控制器的继电器，实现反接制动而迅速停车，第二接触器的常闭触点在第一接触器的控制线圈所在线路上断开实现互锁，防止制动过程中的二次起动误操作，同时，第三接触器的常闭触点断开，使得电枢串联反接制动电阻，防止电枢电流过大而损害电动机。

5、还设置了第一接触器的第三常开触点、第二接触器的第三常开触点和第三接触器的第二常开触点，反接制动过程中，第二接触器的第三常开触点在第二接触器的控制线圈所在线路上闭合实现自保，第三接触器的第二常开触点在第三接触器的控制线圈所在线路上闭合实现自保，起动过程中，第一接触器的第三常开触点在第一接触器的控制线圈所在线路上闭合实现自保，从而进一步提高电路的可靠性。

附图说明

图1为直流电机的噪声检测制动系统的电路连接图。

图中，QS、电源开关，FU、保险丝，M、电动机，LE、励磁绕组，R1、上拉电阻，R2、限流电阻，R3、制动电阻，R4、放电电阻，NS、噪声传感器，NS-OUT、噪声传感器的输出端，E、单元工作电源，VD1、稳压管，VD2、二极管，U1、电压比较器，VT、NPN三极管，KAxq、继电器的控制线圈，KAcb、继电器的常闭触点，KM1xq、第一接触器的控制线圈，KM1ck1、第一接触器的第一常开触点，KM1ck2、第一接触器的第二常开触点，KM1ck3、第一接触器的第三常开触点，KM1cb1、第一接触器的第一常闭触点，KM1cb2、第一接触器的第二常闭触点，KM2xq、第二接触器的控制线圈，KM2ck1、第二接触器的第一常开触点，KM2ck2、第二接触器的第二常开触点，KM2ck3、第二接触器的第三常开触点，KM2cb、第二接触器的常闭触点，KM3xq、第三接触器的控制线圈，KM3ck1、第三接触器的第一常开触点，KM3ck2、第三接触器的第二常开触点，KM3cb、第三接触器的常闭触点，SB1ck、起动按钮的常开点，SB1cb、起动按钮的常闭点，SB2ck、停止按钮的常开点，SB2cb、停止按钮的常闭点。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种直流电机的噪声检测制动系统，包括电动机M、励磁绕组LE、放电负载、继电器、噪声检测单元和制动控制单元，噪声检测单元检测电动机M运行的噪声并连接继电器的控制线圈KAxq，若噪声超过整定值，输出控制继电器工作的控制信号，制动控制单元包括起动按钮、停止按钮、第一接触器、第二接触器、第三接触器和制动电阻R3，第三接触器的常闭触点KM3cb一端分别连接输入电源的正极、制动电阻R3的一端、励磁绕组LE的一端、放电负载的一端、停止按钮的常闭点SB2cb一端、停止按钮的常开点SB2ck一端、第二接触器的第三常开触点KM2ck3一端和继电器的常闭触点KAcb一端，第三接触器的常闭触点KM3cb另一端分别连接制动电阻R3的另一端、第二接触器的第一常开触点KM2ck1一端和第一接触器的第一常开触点KM1ck1一端，第二接触器的第一常开触点KM2ck1另一端分别连接电动机M的一端和第一接触器的第二常开触点KM1ck2一端，电动机M的另一端分别连接第一接触器的第一常开触点KM1ck1另一端和第二接触器的第二常开触点KM2ck2一端，第一接触器的第二常开触点KM1ck2另一端分别连接输入电源的负极、地端、第二接触器的第二常开触点KM2ck2另一端、励磁绕组LE的另一端、放电负载的另一端、第一接触器的控制线圈KM1xq一端、第二接触器的控制线圈KM2xq一端和第三接触器的控制线圈KM3xq一端，第一接触器的控制线圈KM1xq另一端连接第二接触器的常闭触点KM2cb一端，第二接触器的常闭触点KM2cb另一端分别连接起动按钮的常开点SB1ck一端和第一接触器的第三常开触点KM1ck3的一端，起动按钮的常开点SB1ck另一端分别连接停止按钮的常闭点SB2cb另一端、第一接触器的第三常开触点KM1ck3的另一端和起动按钮的常闭点SB1cb一端，起动按钮的常闭点SB1cb另一端分别连接第三接触器的第一常开触点KM3ck1一端和第一接触器的第一常闭触点KM1cb1一端，第三接触器的第一常开触点KM3ck1另一端分别连接停止按钮的常开点SB2ck另一端和第二接触器的第三常开触点KM2ck3另一端，第一接触器的第一常闭触点KM1cb1另一端连接第二接触器的控制线圈KM2xq另一端，第三接触器的控制线圈KM3xq另一端分别连接第一接触器的第二常闭触点KM1cb2一端和第三接触器的第二常开触点KM3ck2一端，第一接触器的第二常闭触点KM1cb2另一端分别连接继电器的常闭触点KAcb另一端和第三接触器的第二常开触点KM3ck2另一端。

噪声检测单元包括噪声传感器NS、单元工作电源E、上拉电阻R1、稳压管VD1、电压比较器U1和开关管，噪声传感器NS贴近安装在电动机M上，用以检测实时噪声，单元工作电源E的正极分别连接上拉电阻R1的一端和继电器的控制线圈KAxq一端，上拉电阻R1的另一端分别连接稳压管VD1的负极和电压比较器U1的正输入端，电压比较器U1的负输入端连接噪声传感器NS的输出端NS-OUT，电压比较器U1的输出端连接开关管的控制端，开关管的第一端连接继电器的控制线圈KAxq另一端，开关管的第二端分别连接稳压管VD1的正极、单元工作电源E的负极和地端。

本实施例中，继电器的控制线圈KAxq两端并联有一个反接的二极管VD2；开关管为NPN三极管VT，NPN三极管VT的基极作为开关管的控制端，经限流电阻R2连接电压比较器U1的输出端，NPN三极管VT的集电极作为开关管的第一端，分别连接二极管VD2的正极和继电器的控制线圈KAxq，NPN三极管VT的发射极作为开关管的第二端。

输入电源的正极和负极处导线上均分别串接有一电源开关QS和一保险丝FU。

上述直流电机的噪声检测制动系统的使用方法包括以下步骤：

1）起动过程：直流电机的噪声检测制动系统的初始状态如图1所示，合上电源开关QS，接通输入电源，保险丝FU起短路保护作用，励磁绕组LE获电开始励磁，放电负载为放电电阻R4，既能达到快速放电的目的，又不至于电流太大损害电动机M，按下单向运转的起动按钮，第一接触器的控制线圈KM1xq获电，且第一接触器的联动令第二接触器的控制线圈KM2xq所在线路断开（即第二接触器不工作），第一接触器的第一常开触点KM1ck1、第二常开触点KM1ck2和第三常开触点KM1ck3动作闭合，电动机M起动运行，同时第一接触器的第一常闭触点KM1cb1和第二常闭触点KM1cb2断开，防止第二接触器的控制线圈KM2xq所在线路和第三接触器的控制线圈KM3xq所在线路接通，噪声传感器NS实时检测噪声。其中，第一接触器的第三常开触点KM1ck3在第一接触器的控制线圈KM1xq所在线路上闭合实现自保。

2）反接制动准备过程：电动机M刚获电起动时，电动机M运行的噪声分贝较小，噪声传感器NS的输出端NS-OUT输出电压较小，则电压比较器U1的负输入端电压小于电压比较器U1的正输入端处电压（电压比较器U1的正输入端处电压为直流的单元工作电源E经上拉电阻R1分压后加在稳压管VD1两端的电压，其大小与设定的稳定值有关），则电压比较器U1的输出端输出高电平，经限流电阻R2限流使NPN三极管VT导通，则继电器的控制线圈KAxq得电，二极管VD2起返流保护作用，使得继电器的常闭触点KAcb断开，此时起动电流还很大，不宜制动也无法制动，对电机起保护作用。当随着电动机M的转速进一步提高，噪声分贝达到设定的整定值时，继电器的常闭触点KAcb复位闭合，为实现电动机M的反接制动做好了准备。

3）反接制动过程：按下停止按钮时，第一接触器断电释放，即第一接触器的控制线圈KM1xq断电，第一接触器的第一常开触点KM1ck1、第二常开触点KM1ck2和第三常开触点KM1ck3复位断开，第一接触器的第一常闭触点KM1cb1和第二常闭触点KM1cb2复位闭合，第三接触器的控制线圈KM3xq因此获电，第三接触器的第一常开触点KM3ck1和第二常开触点KM3ck2闭合，第三接触器的常闭触点KM3cb断开，则在停止按钮按下时的第二接触器的控制线圈KM2xq也获电动作，第二接触器的第一常开触点KM2ck1、第二常开触点KM2ck2和第三常开触点KM2ck3闭合，第二接触器的第一常开触点KM2ck1、第二常开触点KM2ck2的闭合使电动机M的电枢电流反向，从而实现反接制动而迅速停车。其中，第二接触器的第三常开触点KM2ck3在第二接触器的控制线圈KM2xq所在线路上闭合实现自保，第二接触器的常闭触点KM2cb在第一接触器的控制线圈KM1xq所在线路上断开实现互锁，防止制动过程中的二次起动误操作，第三接触器的第二常开触点KM3ck2在第三接触器的控制线圈KM3xq所在线路上闭合实现自保，同时第三接触器的常闭触点KM3cb断开，使得电枢串联反接制动电阻R3，防止电枢电流过大而损害电动机M。

在制动开始时，电动机M运行的噪声分贝较大，继电器的常闭触点KAcb继续保持闭合；当电动机M逐渐停止运行，噪声分贝下降到整定值时，继电器的常闭触点KAcb打开，第二接触器和第三接触器断电释放，为下次起动做好准备。

Claims (7)

1.一种直流电机的噪声检测制动系统，其特征在于，包括电动机、励磁绕组、放电负载、继电器、噪声检测单元和制动控制单元，所述噪声检测单元检测电动机运行的噪声并连接继电器的控制线圈，若噪声超过整定值，输出控制继电器工作的控制信号，所述制动控制单元包括起动按钮、停止按钮、第一接触器、第二接触器、第三接触器和制动电阻，所述第三接触器的常闭触点一端分别连接输入电源的正极、制动电阻的一端、励磁绕组的一端、放电负载的一端、停止按钮的常闭点一端、停止按钮的常开点一端和继电器的常闭触点一端，第三接触器的常闭触点另一端分别连接制动电阻的另一端、第二接触器的第一常开触点一端和第一接触器的第一常开触点一端，所述第二接触器的第一常开触点另一端分别连接电动机的一端和第一接触器的第二常开触点一端，所述电动机的另一端分别连接第一接触器的第一常开触点另一端和第二接触器的第二常开触点一端，所述第一接触器的第二常开触点另一端分别连接输入电源的负极、地端、第二接触器的第二常开触点另一端、励磁绕组的另一端、放电负载的另一端、第一接触器的控制线圈一端、第二接触器的控制线圈一端和第三接触器的控制线圈一端，所述第一接触器的控制线圈另一端连接第二接触器的常闭触点一端，所述第二接触器的常闭触点另一端连接起动按钮的常开点一端，所述起动按钮的常开点另一端分别连接停止按钮的常闭点另一端和起动按钮的常闭点一端，所述起动按钮的常闭点另一端分别连接第三接触器的第一常开触点一端和第一接触器的第一常闭触点一端，所述第三接触器的第一常开触点另一端连接停止按钮的常开点另一端，所述第一接触器的第一常闭触点另一端连接第二接触器的控制线圈另一端，所述第三接触器的控制线圈另一端连接第一接触器的第二常闭触点一端，所述第一接触器的第二常闭触点另一端连接继电器的常闭触点另一端；

所述噪声检测单元包括噪声传感器、单元工作电源、上拉电阻、稳压管、电压比较器和开关管，所述噪声传感器贴近安装在电动机上，所述单元工作电源的正极分别连接上拉电阻的一端和继电器的控制线圈一端，所述上拉电阻的另一端分别连接稳压管的负极和电压比较器的正输入端，所述电压比较器的负输入端连接噪声传感器的输出端，电压比较器的输出端连接开关管的控制端，所述开关管的第一端连接继电器的控制线圈另一端，开关管的第二端分别连接稳压管的正极、单元工作电源的负极和地端；

所述起动按钮的常开点的两端并联有第一接触器的第三常开触点，所述停止按钮的常开点的两端并联有第二接触器的第三常开触点，所述第一接触器的第二常闭触点的两端并联有第三接触器的第二常开触点。

2.根据权利要求1所述的一种直流电机的噪声检测制动系统，其特征在于，所述开关管为NPN三极管。

3.根据权利要求1所述的一种直流电机的噪声检测制动系统，其特征在于，所述电压比较器的输出端经限流电阻连接开关管的控制端。

4.根据权利要求1所述的一种直流电机的噪声检测制动系统，其特征在于，所述继电器的控制线圈两端并联有一个反接的二极管。

5.根据权利要求1所述的一种直流电机的噪声检测制动系统，其特征在于，所述放电负载为放电电阻。

6.根据权利要求1所述的一种直流电机的噪声检测制动系统，其特征在于，所述输入电源的正极和负极处导线上均分别串接有一电源开关和一保险丝。

7.一种如权利要求1所述直流电机的噪声检测制动系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）起动过程：接通输入电源，励磁绕组获电开始励磁，按下起动按钮，第一接触器的控制线圈获电，且第二接触器的控制线圈所在线路断开，第一接触器的第一常开触点和第二常开触点闭合，电动机起动运行，同时第一接触器的第一常闭触点和第二常闭触点断开，噪声传感器实时检测噪声；

2）反接制动准备过程：电动机刚获电起动时，电动机运行的噪声小，噪声传感器的输出端处电压小于电压比较器的正输入端处电压，则电压比较器的输出端输出高电平，使开关管导通，则继电器的控制线圈得电，使得继电器的常闭触点断开，此时不宜制动也无法制动，当随着电动机的转速进一步提高，噪声达到整定值时，继电器的常闭触点复位闭合，为电动机的反接制动做好准备；

3）反接制动过程：按下停止按钮时，第一接触器断电释放，第一接触器的第一常闭触点和第二常闭触点复位闭合，第三接触器的控制线圈因此获电，第三接触器的第一常开触点闭合，第三接触器的常闭触点断开，则在停止按钮按下时的第二接触器的控制线圈也获电动作，第二接触器的第一常开触点和第二常开触点闭合，使电动机的电枢电流反向且电动机的电枢串联反接制动电阻，从而实现反接制动而迅速停车；

在制动开始时，电动机运行的噪声大，继电器的常闭触点继续保持闭合；当电动机逐渐停止运行，噪声下降到整定值时，继电器的常闭触点打开，第二接触器和第三接触器断电释放，为下次起动做好准备。

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