CN1249076A - 电机换向电路 - Google Patents

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Abstract

提供了使直流电机双向工作的继电器电路,它包括具有第一和第二继电器的H－电桥继电器电路。第一继电器能够有效地在第一时间周期内与第一接点连接,以提供电机与电源的第一连接,并以第一模式使电机工作。第二继电器能够有效地在第二时间周期内与第二接点连接,以提供电机与电源的第二连接,并以第二模式使电机工作。继电器电路还包括一个开关,该开关至少有一个接点分别有效地连接第一或第二继电器,以实现第一或第二连接。第三继电器有效地与所述开关连接,当至少一个接点与第一或第二继电器有效地连接时,提供电机与电源的第三连接。在至少一个接点与第一或第二继电器断开时,在第一或第二连接脱开之前脱开第三连接。

Description

电机换向电路
背景
1.技术领域
本发明一般涉及电机换向电路。具体说，本发明涉及工作电压大于12伏的直流系统的电机换向电路。
2.相关技术背景
H-电桥电机反向继电器装置常用于需要双向直流电机工作的系统。例如，H-电桥电路被用于有双向电机的汽车系统的电动门锁、电动座椅、电动窗等的工作。在典型情况下，双向性由H-电桥电路通过使用两个单极、双掷(SPDT)继电器来实现，继电器由正向与反向单极、双掷、中央断开(center off)开关来控制，改变输入到电机的电压的极性以进行正反向工作。
每一个SPDT继电器在正常的开启(N.O.)与正常的闭合(N.C.)位置之间工作，给电机供电与断开电源。负载定位于每一个SPDT继电器的可动接点之间，其电压源负极性在两N.C.的静态接点上，正极性在两N.O.的静态接点上。并使N.C.接点接地，这样，电桥电路中继电器不工作时，电机线圈的两端均接地。
当H-电桥电路的其中一个继电器通电，它即通过其中一个SPDT开关(继电器接点)给电机的一端加正电压，而另一端则通过另一个SPDT开关的N.C.静态接点(继电器接点)保持接地。这就使得电机以特定方向旋转。如果继电器停电，电机停止工作，电机线圈又接地。如果另一个继电器通电，通过另一个SPDT开关给电机的另一端加正电压，并使得电机以相反方向旋转。
以上所述的常规的H-电桥电路在12伏直流系统中工作得很好。然而，在高压系统中，譬如24伏直流系统，一般必须在高达32伏直流电压下工作，当开关开启时，H-电桥继电器电路就会在开关的可动接点与N.O.静态接点之间产生电弧。电弧的产生是因为在可动接点与N.O.静态接点之间存在较高的电流及高电位差。再说，由于N.O.静态接点具有正的电池电压，N.C.静态接点又处于接地电位，所以通过电弧产生短路，使得流过电弧的电流增加，这只能由电路阻抗来限制。电弧会一直继续到它熔化掉足够多的接点材料以形成足够大的间隙来消除电弧为止。
因此，需要有这样一种电机换向电路，该电路能在较高电压下使双向电机工作，而不产生电弧，并能提供负载的双向工作。
发明概要
根据本发明，提供了一种能避免上述问题的电机换向电路。所公开的电路工作的方式对于其余电气控制电路是显而易见的。即，它用与标准H-电桥相同的电路连接来工作。
具体说，使双向电机工作的电机换向电路包括标准的H-电桥继电器电路，它包括第一和第二继电器。第一继电器能够有效地在第一时间周期内连接第一接点，以提供电机与电源的第一连接，并以第一模式使电机工作。第二继电器能够有效地在第二时间周期内连接第二接点，以提供电机与电源的第二连接，并以第二模式使电机工作。电机换向电路还包括一个开关，该开关至少有一个接点分别有效地连接第一或第二继电器，实现第一或第二连接。第三继电器有效地与该开关连接，当至少一个接点与第一或第二继电器有效地连接时对电机至电源提供第三连接。也提供了当至少一个接点与第一或第二继电器脱开时使第三连接脱开的装置，该第三连接在第一或第二连接脱开前脱开，这样防止产生电弧。
本发明还提供了一种以第一和第二模式使装置工作的继电器电路。该继电器电路包括H-电桥继电器电路，该电路为了以第一或第二模式使装置工作，具有能使装置与电源的第一端有效地连接的第一和第二继电器；还具有与该装置和第一端连接的第三继电器，在第一或第二继电器与第一端脱开时、且在第一或第二继电器与该装置脱开之前，使电源与该装置断开。
所公开的电机换向电路旨在用于经常使用工作电压高于12伏的直流系统的越野设备与重型卡车。然而，该被公开的电路将用于客车和轻型卡车，这是因为这些车辆在趋向使用高电压电源系统。
附图简述
图1给出按照本发明的电机换向电路的示意图；
图2给出实现负载正向工作的图1的电机换向电路的示意图；
图3给出实现从负载去掉电源的图1的电机换向电路的示意图；以及
图4给出实现负载换向工作的图1的电机换向电路的示意图。
优选实施例详述
以下参考图1-4详细描述本发明的电机换向电路的优选实施例。尽管本发明的电机换向电路为汽车应用而设计的，例如自动门锁、自动座椅及自动窗的工作，但是本发明的电机换向电路可用于任何采用双向直流电机以正向和反向使负载(未示出)工作的应用领域。
电机换向电路10包括电机12，H-电桥结构14，及通/断继电器16。H-电桥结构14包括正向继电器18，它带有第一组第一单极、双掷(SPDT)接点22；反向继电器20，它带有第二组单极、双掷(SPDT)接点24；以及工作开关26。
电机12与SPDT继电器接点22、24耦合，以便在工作开关26转向连接正向接点28或反向接点30时提供正向与反向的负载工作，以下作进一步描述。工作开关26包括可动接点32，它可从正向位置34移到中心位置36，再移到反向位置38。在正向位置34上，可动接点32连接正向接点28。在反向位置38上，可动接点32连接反向接点30。在中心位置36上，可动接点32既不连接正向接点28，也不连接反向接点30。
每一个SPDT继电器接点装置22、24包括可动接点40，当工作开关26从正向位置34移动到中心位置36再移到反向位置38时，它由正常的闭合(N.C.)静态接点42转动到正常的开启(N.O.)静态接点44。
通/断继电器16控制继电器接点装置46，它包括可动接点48和静态接点50。可动接点48从非接触位置52转动到接触位置54，以连接静态接点50，以便在负载与电机换向电路10之间提供电连接。On/off继电器16的线圈并联于两H-电桥继电器线圈，这样，无论H-电桥继电器18、20中任一个通电，它即通电。
现在参考图2-4详细描述电机换向电路10的工作情况。图2示出负载的正向工作。负载的正向工作是通过将工作开关26从中心位置36移动至正向位置34来实施的，如箭头“A”所示，这样，可动接点32连接正向接点28。当可动接点32连接正向接点28时，电流同时由电源(未示出)供给正向继电器18和通/断继电器16。电源供给的电流使得能在正向继电器18和通/断继电器16中产生电磁力。
正向继电器18产生的电磁力将第一SPDT开关22的可动接点从N.C.位置56拉至N.O.位置58，与N.O.静态接点44连接，如箭头“B”所示，给电机12的一端加正电压。电机12的另一端通过第二SPDT开关24的N.C.位置56仍保持接地。
继续参考图2，通/断继电器16产生的电磁力将开关46的可动接点48从非接触位置52拉至接触位置54，如箭头“C”所示，通过第一SPDT开关22的可动接点40给电机12提供负载电流。只要可动接点32与正向接点28连接，正向继电器18和通/断继电器16的线圈就保持通电状态。
正向继电器18和通/断继电器16的线圈的断电是这样实现的：即将可动接点32从正向位置34移动至中心位置36，如图3的示意图所示。当可动接点32移动至中心位置36时，由电源供给正向继电器18和通/断继电器16的电流就因电路断开而截止，如箭头“D”所示。
当供给电机换向电路10的电流截止时，正向继电器18就断电。在断电状态下，与正向继电器18并联的第一抑制二极管60使电流能通过继电器线圈再循环。第一抑制二极管60实际上给正向继电器18提供了二极管抑制。这样就减缓了磁场的消失，反过来又减缓了第一SPDT开关22的可动接点40从N.O.位置58移至N.C.位置56，如箭头“E”所示。
在正向继电器18断电期间，通/断继电器16也受到并联于通/断继电器16、其阻抗大于第一抑制二极管60的电阻器62或其他电涌抑制器的抑制。这就使得通/断继电器16在断电时脱开比正向继电器18快得多，如箭头“F”所示。开关46在开关22打开至N.O.位置58之前开启。这样，通/断继电器16在第一SPDT开关22开始转换到N.C.静态接点42之前就截止或阻断负载电流。这就防止了通过H-电桥继电器中的可动接点40和N.O.静态接点44之间的间隙产生电弧。
参考图4，其中示出了电机换向电路10的换向工作情况。负载的换向工作通过将工作开关26从中心位置36移动至反向位置38来实施，如箭头“G”所示，这样，可动接点32就与反向接点30相接。当可动接点32连接反向接点30时，电流同时由电源提供给反向继电器20和通/断继电器16。由电源供给的电流再次产生电磁力。然而，这次电磁力是在反向继电器20和通/断继电器16产生的。
反向继电器20产生的电磁力将第二SPDT开关24的可动接点40从N.C.位置56拉至N.O.位置58，与静态接点44连接，如箭头“H”所示，加正电压于电机12的一端。电机12的另一端仍通过第一SPDT开关22的N.C.位置56保持接地。
继续参考图4，在通/断继电器16中产生的电磁力将开关46的可动接点48从非接触位置52拉至接触位置54，如箭头“I”所示，通过第二SPDT开关24的可动接点40给电机12提供负载电流。只要可动接点32与反向接点30相接，反向继电器20和通/断继电器16的线圈就保持通电状态。
通过将可动接点32从反向位置38移动至中心位置36，就可对反向继电器20和通/断继电器16的线圈实施断电。当可动接点32被移动至中心位置36时，由电源加在反向继电器20和通/断继电器16的电流因电路断开而截止。
同样，与正向继电器18的工作情况一样，当供给电机换向电路10的电流截止时，反向继电器20就断电。在断电中，并联于反向继电器20的第二抑制二极管使电流通过继电器线圈再循环。第二抑制二极管64抑制反向继电器20而减缓了磁场的消失，反过来减缓了第二SPDT开关24的可动接点40从N.O.位置58移至N.C.位置56。
在反向继电器20断电期间内，通/断继电器16也受到并联于通/断继电器16、其阻抗大于第二抑制二极管64的电阻器62的抑制。这就使得通/断继电器16断电时脱开比反向继电器20快得多。这样，在第二SPDT开关24开启前，通/断继电器16就断开负载电流。再次防止了H-电桥继电器中产生电弧。
正向和反向继电器18、20被一对阻流二极管66相互隔开。在电机换向电路10中提供一附加的二极管68，通过第一抑制二极管60或第二抑制二极管64，以消除从地到通/断继电器16、通过第一抑制二极管60或第二抑制二极管64再回到通/断继电器16的正的一端的通路。
打算使用一种具有在通/断继电器功能中称作磁性熄弧(blow-out)特性的VKP或其他形式“A”继电器，这样可使得电机换向电路10在更高的系统电压工作，包括但不限于48伏直流系统。正如本领域技术人员所知道的，当电流流过电弧或其他导体的离化气体时，导体周围会产生磁场。在磁性熄弧系统中，使永磁铁与电流流动方向垂直地放置，该永磁铁具有适当磁极，使其与电流在电弧中流动产生的磁场方向相反。磁铁对导体(离化气体)施加一种力，迫使其离开磁铁。通过迫使电弧的通路越来越长，直至电弧不能维持的长度，人为地增加接点的间隙。
然而，磁性熄弧部件不能结合到常规H-电桥电路的继电器中，因为该效应不是即刻的，而且电弧跨过H-电桥继电器的间隙发生。之所以如此，是因为在一个静态接点上有正电源电压，在另一静态接点上有负电源电压。因此，电弧中的电流会很快升高到几百安培。在高电流情况下，即使用磁性熄弧系统也不能使电弧熄灭。因为流过开关46的电弧的电流被限于负载电流，故磁性熄弧部件适用于本发明的电机换向电路10的通/断继电器16。这是因为在反向静态接点上不存在正负电源电压(由于无N.C.静态接点)，所以通过电弧不会产生电路短路。磁性熄弧部件使得电机能在电压为20-350伏的电压范围工作。
可以理解，根据本发明的实施例可作各种改进，而且以上描述也不应理解为限制，而仅是作为优选实施例的范例。本领域技术人员可以根据本发明所附权利要求的范围和精神导出其他改进方案。

Claims (20)

1.一种使双向直流电机工作的继电器电路，其特征在于，所述继电器电路包括：
具有第一和第二继电器的一个H-电桥继电器电路，所述第一继电器能够有效地在第一时间周期内与第一接点连接，以提供所述电机与电源的第一连接，并以第一模式使所述电机工作，所述第二继电器能够有效地在第二时间周期内与第二接点连接，以提供所述电机与电源的第二连接，并以第二模式使电机工作；
一个开关，至少有一个接点分别连接所述第一或第二继电器，实现所述的第一或第二连接；
第三继电器，它有效地与所述开关连接，当所述至少一个接点有效地连接所述第一或第二继电器时提供所述电机至所述电源的第三连接；以及
用于在所述至少一个接点与所述第一或第二继电器在所述第一或第二连接脱开之前使所述第三连接脱开的脱开装置。
2.按照权利要求1所述的继电器电路，其特征在于：所述脱开装置包括与所述第一继电器并联的第一抑制二极管和与所述第二继电器并联的第二抑制二极管。
3.按照权利要求1所述的继电器电路，其特征在于：所述脱开装置包括一与所述第三继电器并联的电阻器。
4.按照权利要求1所述的继电器电路，其特征在于：还包括在第一与第三继电器之间串联的第一阻流二极管和在第二与第三继电器之间串联的第二阻流二极管。
5.按照权利要求1所述的继电器电路，其特征在于：所述脱开装置包括以导电方式与所述第一继电器及接地端连接和与所述第二继电器及所述接地端连接的二极管。
6.按照权利要求1所述的继电器电路，其特征在于：还包括一个靠近第三继电器的磁铁，其中当将所述第三连接脱开时，所述磁铁的磁极与流过所述第三连接的电流所产生的磁场相反。
7.按照权利要求3所述的继电器电路，其特征在于：所述电阻器的阻抗大于分别并联于所述第一和第二继电器的第一和第二二极管的阻抗。
8.一种有选择地连接电源以使装置以第一和第二模式工作的继电器电路，其特征在于，所述继电器电路包括：
H-电桥继电器电路，具有第一和第二继电器，该第一和第二继电器有效地连接所述装置与被连接到电源的第一端，以使所述装置以所述第一或所述第二模式工作；
以所述第一模式、所述第二模式及关断模式有选择地使所述装置工作的选择装置；以及
与所述装置和所述第一端有效地连接的第三继电器，当所述选择装置在所述第一或所述第二继电器与所述装置脱开之前从所述第一或第二模式到所述关断模式进行选择时，使所述第一端与所述装置脱开。
9.按照权利要求8所述的继电器电路，其特征在于：所述第一和第二继电器分别受到并联于所述第一和第二继电器的第一和第二二极管的抑制。
10.按照权利要求8所述的继电器电路，其特征在于：所述第三继电器受到并联于所述第三继电器的抑制器的抑制，该抑制器的阻抗大于分别并联于所述第一和第二继电器的第一和第二二极管的阻抗。
11.按照权利要求10所述的继电器电路，其特征在于：所述抑制器为电阻器。
12.按照权利要求8所述的继电器电路，其特征在于：所述装置为双向直流电机。
13.按照权利要求8所述的继电器电路，其特征在于：还包括一靠近所述第三继电器的永磁铁。
14.一种使具有H-电桥继电器类型的双向电机工作的继电器电路，H-电桥继电器电路包括第一和第二继电器，能以不同时间间隔以导电方式连接所述电机，以便在两个双向模式之一下使所述电机工作，其特征在于，其改进型包括：
第三继电器，具有在所述第一或第二继电器与所述电机断开之前使所述电机与电源断开的装置。
15.按照权利要求14所述的继电器电路，其特征在于：所述装置包括平行于所述第三继电器的抑制器。
16.按照权利要求15所述的继电器电路，其特征在于：所述抑制器的阻抗大于分别并联于所述第一和第二继电器的第一和第二抑制器的阻抗。
17.按照权利要求15所述的继电器电路，其特征在于：所述抑制器是一电阻器。
18.按照权利要求16所述的继电器电路，其特征在于：所述第一和第二抑制器是二极管。
19.按照权利要求14所述的继电器电路，其特征在于：所述第三继电器还包括与流到所述电机的电流垂直地放置的永磁铁，它迫使在所述第三继电器的静态接点与可动接点之间的电弧通路的长度增加，使得所述接点之间的电弧在所述电机的电源断开时消失。
20.按照权利要求19所述的继电器电路，其特征在于：所述电机在20-350伏的电压范围内工作。
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