CN109756158B - 一种可实现快速抱闸的电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可实现快速抱闸的电路，包括直流电源、制动器抱闸线圈、开关元件、二极管、气体放电管以及用于电路关断后消耗所述制动器抱闸线圈内储存磁能的电阻，所述开关元件、制动器抱闸线圈和直流电源依次串联，所述电阻、气体放电管和二极管依次串联后并联在制动器抱闸线圈的两端，形成续流回路。本发明提供的可实现快速抱闸的电路，作为开关的MOS管反应更为及时，制动器抱闸线圈中的磁能通过气体放电管和电阻被快速消耗，提高制动器抱闸速度。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子电路领域，尤其涉及一种可实现快速抱闸的电路。
背景技术
制动器抱闸控制电路在电机制动场合有着广泛的应用。主要电路原理是外部直流电源中的直流电压与制动器抱闸线圈YB1以及一个机械式开关串联，同时制动器抱闸线圈YB1两端并联一个二极管D1和电阻R1的串联。
如图1所示，当机械式开关闭合S1时，制动器抱闸线圈YB1得电，通电后的制动器抱闸线圈YB1与铁芯作用产生磁场使铁芯对衔铁产生吸力，衔铁在吸力的作用下克服弹簧的拉力，使制动器的制动闸瓦与闸轮分开，电动机正常运转。当机械式开关S1断开，制动器抱闸线圈YB1失电，制动器抱闸线圈YB1产生的反向电动势经过二极管D1后施加在电阻R1两端，电阻R1通过将电能转化为热能的方式消耗制动器抱闸线圈YB1中存储的磁能，在电阻R1将制动器抱闸线圈YB1内存储的磁能消耗完毕后，磁场消失，衔铁在弹簧拉力作用下与铁芯分开，并使制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮，电动机被制动。
但是，这样的抱闸控制电路存在一个很大的缺陷，从控制信号给到机械式开关S1到机械式开关S1的触点动作需要几毫秒甚至几十毫秒的时间，即机械式开关S1反应较慢，需要制动器转换为制动状态时，机械式开关S1不能迅速断开，待S1断开后，电阻R1消耗制动器抱闸线圈YB1中的磁能的速度较慢，将会导致制动器抱闸线圈YB1产生的磁场维持较长一段时间，衔铁延时还原，抱闸制动不及时。
为加快电阻R1消耗制动器抱闸线圈YB1中的磁能的速度，目前存在一些手段，例如通过加大续流回路中电阻R1的阻值实现加快消耗制动器抱闸线圈YB1中储存的磁能的速度，因为电感对电阻R1放电的时间常数计算公式为：
τ＝L/R
其中L为制动器抱闸线圈YB1的电感量，R为制动器抱闸线圈YB1内阻与并联在制动器抱闸线圈YB1两端电阻R1阻值之和，通常制动器抱闸线圈YB1内阻极小，可忽略不计。所以电阻R1阻值越大，电感对电阻R1的放电时间常数越小，即电感能量释放的越快，但是由于电感电流具有不能突变的特点，机械式开关S1断开瞬间，流过电阻R1的电流等于S1导通时制动器抱闸线圈YB1内流过的电流，所以制动器抱闸线圈YB1会在机械式开关S1触点处产生极高的反向电动势，机械式开关S1断开瞬间制动器抱闸线圈YB1在机械式开关S1触点处产生反向电动势幅值的计算公式如下：
Ue＝I*R
其中I为机械式开关S1断开瞬间，制动器抱闸线圈YB1内流过的电流，R为续流电阻R1的阻值。由公式可知电阻R1的阻值越大，制动器抱闸线圈YB1所产生的反向电动势越高，机械式开关S1的触点容易损坏，造成触点粘连以致于难以分开，或者造成触点磨损，在导通时接触不良。
电阻R1消耗功率计算公式如下：
P＝I2*R
改变电阻R1阻值只能线性提高电阻R1消耗能量的功率，并且因为Ue不能过高，所以限制了电阻R1消耗能量功率的提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种可实现快速抱闸的电路，以使开关元件的反应速度更快，同时，通过在续流回路中增设气体放电管，使得制动器抱闸线圈中的磁能通过气体放电管和电阻被快速消耗，提高制动器抱闸速度。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种可实现快速抱闸的电路，包括直流电源、制动器抱闸线圈、开关元件、二极管、气体放电管以及用于电路关断后消耗所述制动器抱闸线圈内储存磁能的电阻，所述开关元件、制动器抱闸线圈和直流电源依次串联，所述电阻、气体放电管和二极管依次串联后并联在制动器抱闸线圈的两端，形成续流回路。
作为优选，所述开关元件为MOS管，所述MOS管栅极用于接收控制信号，所述MOS管栅极在接收到导通控制信号后快速导通，使所述直流电源中的直流电压施加在所述制动器抱闸线圈两端；当所述MOS管栅极接收到关断控制信号后快速关断，断开所述直流电源供电回路。
作为优选，所述MOS管漏极与源极之间能承受的压差高于所述气体放电管直流放电电压与所述直流电源电压之和。
作为优选，所述MOS管被关断时，所述MOS管漏极处的电压幅值与所述直流电源电压的幅值差值超过所述气体放电管的直流放电电压,所述气体放电管内的惰性气体被击穿，使所述气体放电管两端短路，继而使高压直接施加在所述电阻两端，忽略二极管两端降压，此时施加在所述电阻两端的电压值Ur为：
Ur＝UD-V1＝UFD
其中，UD为MOS管漏极处的电压，V1为直流电源电压，UFD为气体放电管的直流放电电压。
作为优选，在保持所述电阻的阻值不变的情况下，提高Ur即UFD，即可提高所述电阻消耗能量的功率，实现快速消耗所述制动器抱闸线圈内的磁能，改变Ur即UFD的幅值可以通过气体放电管的选型控制。
作为优选，所述制动器抱闸线圈一端连接所述直流电源正极，另一端连接所述MOS管漏极，所述MOS管源极连接所述直流电源负极，所述MOS管漏极同时还连接所述二极管D1正极，所述二极管D1负极连接所述气体放电管一端，所述气体放电管另一端连接所述电阻一端，所述电阻另一端连接所述直流电源正极。
作为优选，所述气体放电管的直流放电电压高于所述直流电源电压幅值。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的可实现快速抱闸的电路，作为开关的MOS管反应更为及时，制动器抱闸线圈中的磁能通过气体放电管和电阻被快速消耗，提高制动器抱闸速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为传统的抱闸电路；
图2为本发明实施例提供的可实现快速抱闸的电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2，本发明实施例提供一种可实现快速抱闸的电路，包括直流电源、制动器抱闸线圈、开关元件、二极管、气体放电管以及用于电路关断后消耗所述制动器抱闸线圈内储存磁能的电阻，所述开关元件、制动器抱闸线圈和直流电源依次串联，所述电阻、气体放电管和二极管依次串联后并联在制动器抱闸线圈的两端，形成续流回路。作为优选，所述开关元件为MOS管，所述MOS管栅极用于接收控制信号，所述MOS管栅极在接收到导通控制信号后可快速导通，使所述直流电源中的直流电压施加在所述制动器抱闸线圈两端；当所述MOS管栅极接收到关断控制信号后可快速关断，断开所述直流电源供电回路。本发明将传统的抱闸电路中的机械式开关更换为一个可快速导通和关断的MOS管Q1，提高控制信号到开关的反应速度，MOS管Q1从接收到关断控制信号到漏极与源极之间完全关断只需要几十纳秒到几微秒的时间，相对于机械式开关S1的动作速度提高了几百倍。
本发明在续流回路中增加一个气体放电管FD1，气体放电管FD1内的惰性气体在未被击穿时，气体放电管FD1两端阻抗极大，且MOS管Q1在关断时漏极与源极之间的阻抗也极大，所以在MOS管Q1从导通到关断瞬间，制动器抱闸线圈YB1在MOS管Q1漏极处产生的反向电动势急剧升高，当在MOS管Q1漏极处的电压幅值与外部直流电源DC1电压的幅值差值超过气体放电管FD1的直流放电电压时，即施加在气体放电管FD1两端的电压超过气体放电管FD1的直流放电电压时，气体放电管FD1内的惰性气体被击穿使气体放电管FD1两端短路，继而使高压直接施加在电阻R1两端，忽略二极管两端降压，此时施加在电阻R1两端的电压值为：
Ur＝UD-V1＝UFD
其中UD为MOS管Q1漏极处的电压，V1为外部直流电源DC1电压，UFD为气体放电管FD1的直流放电电压。
其利用气体放电管FD1在未被击穿时时阻抗极大且被击穿时可使气体放电管FD1两端短路特性，刻意提高气体放电管FD1短路时施加在电阻R1两端的电压，又因为P＝Ur2/R，即在Ur不变的情况下，只需要减小电阻R1的阻值，即可提高电阻R1消耗制动器抱闸线圈YB1内储存磁能的速度，电阻R1同时用于限制续流回路中的电流，防止气体放电管FD1短路时线路中的电流过大损坏电路；在保持R不变的情况下，提高Ur即UFD，即可提高电阻R1消耗能量的功率，实现快速消耗制动器抱闸线圈YB1内的磁能，改变Ur即UFD的幅值可以通过气体放电管FD1的选型控制。
按照本发明，一种可实现快速抱闸的电路，其具有一个可快速导通和关断的MOS管Q1，一个在被击穿时可短路的气体放电管FD1，以及用于消耗电能的电阻R1，制动器抱闸线圈YB1在所述MOS管Q1快速关断时断开外部直流电源DC1供电回路，然后制动器抱闸线圈YB1中存储的磁能在包含所述气体放电管FD1和所述电阻R1的续流回路中进行快速能量消耗。
作为本发明的改进，所述的一种可实现快速抱闸的电路，其中，该抱闸电路由可快导通和关断的MOS管Q1、二极管D1、气体放电管FD1、电阻R1、制动器抱闸线圈YB1、外部直流电源DC1组成，其中MOS管Q1、制动器抱闸线圈YB1、外部直流电源DC1三者在其串联电路中的位置可相互调换，二极管D1、气体放电管FD1、电阻R1三者在其串联电路中的位置也可相互调换。
作为本发明的改进，所述的一种可实现快速抱闸的电路，其中，所述制动器抱闸线圈YB1一端连接在外部直流电源DC1正极，另一端连接MOS管漏极，MOS管Q1源极连接外部直流电源DC1负极，所述MOS管Q1漏极同时还连接所述二极管D1正极，二极管D1负极连接所述气体放电管FD1一端，所述气体放电管FD1另一端连接所述电阻R1一端，所述电阻R1另一端连接所述外部直流电源DC1正极。
作为本发明的改进，所述的一种可实现快速抱闸的电路，其中，所述MOS管Q1栅极在接收到导通控制信号后可快速导通，使外部直流电源DC1中的直流电压施加在制动器抱闸线圈YB1两端；当MOS管Q1栅极接收到关断控制信号后可快速关断，断开外部直流电源DC1回路。
作为本发明的改进，所述的一种可实现快速抱闸的电路，其中，所述MOS管Q1漏极与源极能承受的压差高于制动器抱闸线圈YB1所产生的反向电动势与外部直流电源DC1电压之和。
作为本发明的改进，所述的一种可实现快速抱闸的电路，其中，所述MOS管Q1栅极接收到关断控制信号后快速关断，断开外部直流电源DC1回路，制动器抱闸线圈YB1所产生的反向电动势经过二极管D1施加在气体放电管FD1两端，气体放电管FD1两端的电压幅值超过其直流放电电压后，气体放电管FD1内的惰性气体被击穿，将电能转换为光能消耗能量的同时，气体放电管FD1两端短路，电流流过电阻R1并转换为热能消耗能量。
作为本发明的改进，所述的一种可实现快速抱闸的电路，其中，所述气体放电管FD1的直流放电电压高于外部直流电源DC1电压幅值。
如图2所示，本发明公开了一种可实现快速抱闸的电路的拓扑结构，电路组成包括直流电源DC1、MOS管Q1，制动器抱闸线圈YB1、二极管D1、气体放电管FD1、电阻R1。
当MOS管Q1栅极接收到导通控制信号将MOS管Q1导通后，外部直流电源DC1的电压施加在制动器抱闸线圈YB1两端，通电后的线圈YB1与铁芯产生磁场对衔铁产生吸力，在吸力作用下衔铁克服弹簧拉力，松开制动闸瓦，从而使闸轮可自由运转；当MOS管Q1栅极接收到关断控制信号将MOS管Q1迅速关断后，外部直流电源DC1的供电回路断开，制动器抱闸线圈YB1失电，因为电感电流存在不能突变的特点，且MOS管Q1漏极相对于外部直流电源DC1负极的阻抗极高，所以制动器抱闸线圈YB1会在MOS管Q1漏极处产生极高的反向电动势，当反向电动势超过气体放电管FD1的直流放电电压后，电流通过二极管D1击穿续流回路气体放电管FD1使其发光消耗制动器抱闸线圈YB1中存储的磁能，同时使气体放电管FD1两端短路，MOS管Q1漏极处的反向电动势施加在电阻R1两端，电阻R1将电能转换为热能消耗制动器抱闸线圈YB1中存储的磁能，待制动器抱闸线圈YB1中存储的磁能被消耗完毕后，磁场消失，衔铁在弹簧拉力作用下与铁芯分开，并使制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮，电动机被制动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种可实现快速抱闸的电路，其特征在于：包括直流电源、制动器抱闸线圈、开关元件、二极管、气体放电管以及用于电路关断后消耗所述制动器抱闸线圈内储存磁能的电阻，所述开关元件、制动器抱闸线圈和直流电源依次串联，所述电阻、气体放电管和二极管依次串联后并联在制动器抱闸线圈的两端，形成续流回路。
2.如权利要求1所述的可实现快速抱闸的电路，其特征在于：所述开关元件为MOS管，所述MOS管栅极用于接收控制信号，所述MOS管栅极在接收到导通控制信号后快速导通，使所述直流电源中的直流电压施加在所述制动器抱闸线圈两端；当所述MOS管栅极接收到关断控制信号后快速关断，断开所述直流电源供电回路。
3.如权利要求2所述的可实现快速抱闸的电路，其特征在于：所述MOS管漏极与源极之间能承受的压差高于所述气体放电管直流放电电压与所述直流电源电压之和。
4.如权利要求2所述的可实现快速抱闸的电路，其特征在于：所述MOS管被关断时，所述MOS管漏极处的电压幅值与所述直流电源电压的幅值差值超过所述气体放电管的直流放电电压,所述气体放电管内的惰性气体被击穿，使所述气体放电管两端短路，继而使高压直接施加在所述电阻两端，忽略二极管两端降压，此时施加在所述电阻两端的电压值Ur为：
Ur＝UD-V1＝UFD
其中，UD为MOS管漏极处的电压，V1为直流电源电压，UFD为气体放电管的直流放电电压。
5.如权利要求4所述的可实现快速抱闸的电路，其特征在于：在保持所述电阻的阻值不变的情况下，提高Ur即UFD，即可提高所述电阻消耗能量的功率，实现快速消耗所述制动器抱闸线圈内的磁能，改变Ur即UFD的幅值可以通过气体放电管的选型控制。
6.如权利要求2所述的可实现快速抱闸的电路，其特征在于：所述制动器抱闸线圈一端连接所述直流电源正极，另一端连接所述MOS管漏极，所述MOS管源极连接所述直流电源负极，所述MOS管漏极同时还连接所述二极管D1正极，所述二极管D1负极连接所述气体放电管一端，所述气体放电管另一端连接所述电阻一端，所述电阻另一端连接所述直流电源正极。
7.如权利要求1所述的可实现快速抱闸的电路，其特征在于：所述气体放电管的直流放电电压高于所述直流电源电压幅值。
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