CN202756496U - 电磁制动器控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电磁制动器控制装置，该控制装置被配置成：在启动电磁控制器时，向所述电磁控制器的晶闸管发送第一控制信号，使得该晶闸管以大导通角导通，从而使大电流流过该电磁控制器的线圈；以及预定时间段后，向所述晶闸管发送第二控制信号，使得该晶闸管以小导通角导通，从而使小电流流过该电磁控制器的线圈。通过上述技术方案，可以很好地解决电磁制动器在启动时需要大电流，而启动后需要小电流来维持。

Description

电磁制动器控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种电磁制动器控制装置。

背景技术

制动器在工业生产中广泛应用于起重机械、矿山机械、港口设备、建筑机械及各种自动化设备中。根据结构和驱动方式的不同大致分为电磁制动器（交流、直流）、电力液压制动器和圆盘式制动器。目前，国内外的电磁制动器处于新老交替的时代。老式制动电磁铁存在起动及维持电流较大、功率因数低、体积大、故障率高、高能耗、高噪声等缺点；而液压制动器漏油是个致命的缺点，轻则污染设备及环境，造成润滑油的浪费，重则容易引起液压设备缺油拉缸，造成设备损坏。随着电子器件的飞速发展和成熟应用，电磁式制动器日益取代了液压式制动器，并应用于各种设备中。

电磁制动器是一种新型制动器。它主要通过控制器发出的制动信号以电流的形式通过电磁体，通过改变通入电磁体的电流来改变制动器的制动力。电磁制动器具有结构简单，控制、安装方便等优点。

鉴于目前电磁制动器的广泛应用，因此需要与电磁制动器操作相适应的控制装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够较为理想控制电磁制动器操作的控制装置。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种电磁制动器控制装置，该控制装置包括：开关电路，该开关电路包括第一三极管、第二三级管和第一电容，第一三极管的基极连接到第二三极管的集电极，第一电容串接在第二三极管的集电极和发射极之间，第一三极管的发射极与所述晶闸管的控制端连接；触发电路，该触发电路包括第二电容、第三电容、第一稳压二极管和第一电阻，第二电容的两端分别与所述第二三极管的基极和第一电阻的一端连接，第三电容的两端分别与第一电阻的一端与公共端连接，第一稳压二极管跨接在第三电容的两端；以及延时触发电路，该延时触发电路包括第四电容、第二稳压二极管、用于给第四电容充电的第一充电电路和第二充电电路，第二稳压二极管的阴极连接到第二充电电路与第四电容之间的节点，第二稳压二极管的阳极与第二三极管的基极连接。

通过上述技术方案，可以很好地解决电磁制动器在启动时需要大电流，而启动后需要小电流来维持。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是根据本实用新型的一个实施方式的电磁制动器控制装置的电路结构图；以及

图2示出了在正半周期中第一稳压二极管D6和第二稳压二极管D4上的电压示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在下文中提到的“公共端”可以是为了便于描述而虚拟化的端点，或者可以是零电位参考点、接地端等。

在介绍本实用新型的概念之前，先简单介绍电磁制动器的工作过程。在电磁制动器没有通电（通常是交流电）之前，制动器处于抱紧状态，制动夹片卡住例如推车机的电机，使其不能转动。当制动器上电后，制动器的电磁线圈产生磁场，磁化中轴中的软磁铁芯，在电磁力的作用下降软磁铁芯拉到电磁线圈中心，与软磁铁芯连在一起的铁板也就被拉了下来，通过固定轴，使制动夹片张开，电磁制动器解除制动。

由此可以看出，在刚开始上电时，需要较大的电流将软磁铁芯拉到电磁线圈中，当软磁铁芯被拉到电磁线圈中后，电磁线圈的磁力增大，因此这时仅需要较小电流就能维持软磁铁芯不被拉回。控制通过电磁线圈的电流的大小是通过调节电磁线圈回路中的晶闸管（可控硅）来实现的。

根据本实用新型的总的构思，提供了一种电磁制动器控制装置，其中，该控制装置被配置成：

在启动电磁控制器时，向所述电磁控制器的晶闸管发送第一控制信号，使得该晶闸管以大导通角导通，从而使大电流流过该电磁控制器的线圈；以及

预定时间段后，向所述晶闸管发送第二控制信号，使得该晶闸管以小导通角导通，从而使小电流流过该电磁控制器的线圈。

控制装置实现的方式有很多种，例如通过硬件、软件或硬件与软件的结合。

在本实用新型的一个实施方式中，控制装置可以是以下中的至少一者：

单片机、PLC控制器、DSP控制器以及FPGA电路。

也就是说通过对上述器件进行编程，就能够实现上述的操作。这样，所述第一控制信号和/或第二控制信号可以是脉宽调制信号。

采用单片机等可编程器件可以实现对电磁制动器的控制，但本实用新型还提出了另一种的解决方案，即采用电路结构来实现控制装置。

如图1中的虚线框所示，根据本实用新型的一个实施方式，控制装置可以包括：

开关电路，该开关电路可以包括第一三极管BG1、第二三级管BG2和第一电容C1，第一三极管BG1的基极连接到第二三极BG2的集电极，第一电容C1串接在第二三极管BG2的集电极和发射极之间，第一三极管BG1的发射极与所述晶闸管的控制端连接；

触发电路，该触发电路包括第二电容C2、第三电容C3、第一稳压二极管D6和第一电阻R8，第二电容C2的两端分别与所述第二三极管BG2的基极和第一电阻R8的一端连接，第三电容C3的两端分别与第一电阻R8的一端与公共端连接，第一稳压二极管D6跨接在第三电容C3的两端；以及

延时触发电路，该延时触发电路可以包括第四电容C4、第二稳压二极管D4、用于给第四电容C4充电的第一充电电路和第二充电电路，第二稳压二极管D4的阴极可以连接到第二充电电路与第四电容C4之间的节点，第二稳压二极管D4的阳极可以与第二三极管BG2的基极连接。

在本实用新型的一个具体的实施方式中，该第二充电电路可以包括依次串接的第二电阻R2、第五电容C5和第一二极管D5，该第一二极管D5的阴极与第四电容C4的一端连接，第四电容C4的另一端与公共端连接，第二稳压二极管D4的阴极和阳极分别与第一二极管D5的阳极和第二三极管BG2的基极连接。

第二电阻R2可以与第一电阻R8串接。第一充电电路可以包括第三电阻R3、第四电阻R10和第五电阻R11，第三电阻R3分别通过第四电阻R10和第五电阻R11连接到第四电容C4，其中第四电阻R10还可以通过所述第一二极管D5连接到第四电容C4。为了突出本实用新型的重点，图1中本领域技术人员公知的一些起着基本作用的组件没有详细描述，例如位于第二三极管BG2的基极与发射极之间的电阻R7以及跨接在电阻R7两端的稳压二极管D3，串接在第二三极管BG2的集电极处的电阻R6、串接在第一三极管BG1的集电极和发射极的电阻R5和R6，还有例如电阻R9等。图1中还示出了电阻R4连接在第一三极管BG1的发射极与公共端之间，而公共端与晶闸管的阴极（K）连接。

图1中还示出了电磁制动器的主回路，可以包括整流二极管D2、续流二极管D1、晶闸管V1、电磁线圈L等。这里要提到的是提供给控制装置的交流电是先通过整流二极管D2整流后再输送给控制装置的，这样，只有交流电的正半周期分量提供给控制装置。如果主回路中没有该整流二极管D2，则控制装置还可以包括整流二极管，例如设置在电阻R2与电源之间的电路上，用于防止将反向电流提供给所述触发电路或延时触发电路。

下面分析以这种电路形式的控制装置如何控制电磁制动器“以大电流启动，小电流维持”的操作过程。

例如，给控制装置提供的可以是220v、50Hz的市电，经过整流二极管D2的整流后，只有正半周期的交流电被提供给控制装置。在每个正半周期，电流流过C2，流经电阻R7，电阻R7两端的电压VR7会很快到达三极管BG2的导通电压（例如0.7V），使三级管BG2导通，这时，三极管BG1的基极与发射极之间的电压几乎为0（三极管BG2导通时，其集电极与发射极之间的电压很小），三极管BG1截止。同时，电流流过电阻R8（和电阻R2）给电容C3充电，当电容C3的电压达到稳压二极管D6的击穿电压（例如bV）时，稳压二极管被击穿，此后电容C3两端维持一恒定电压bV。这时，电容C2电流消失（由于电容的“隔直通交”的特性），电阻R7的电压VR7为0，三极管BG2截止。这时，bV电压通过例如电阻R6对电容C1充电，当电容C1的电压达到三极管BG1的导通电压（例如，0.7V）时，三极管BG1导通，给晶闸管输出电压，使晶闸管导通。

从以上的描述可以看出，在每个正半周期中，晶闸管的导通时间（即，导通角）是由电容C3充电到稳压二极管D6的击穿电压所需的时间来决定的，也就是说，在交流电的每个正半周期中，所述晶闸管的大导通角与所述第三电容C3从0电压充电到所述第一稳压二极管D6的击穿电压的充电时间相关联。该充电时间与例如电阻R8（和R2）、电容C3以及稳压二极管的击穿电压有关，因此，只要合适选择电阻、电容以及稳压二极管的参数（例如，电阻值、电压值等），就可以确定晶闸管的导通时间，即导通角。由于在启动时需要大电流，因此将导通角设定得较大，即大导通角。

预定时间段是通过延迟触发电路来实现的。具体来说，预定时间段与所述第四电容C4从0V充电到接近所述第二稳压二极管D4的击穿电压的充电时间相关联。

当控制装置上电后，在每个正半周期，通过第一充电电路和第二充电电路给电容C4充电。第一充电电路的充电时间常数τ1＝(R3+R11//R10)×C4（注：//表示电阻R11和R10并联后的电阻值）。通过参数（例如，电阻值、电容值）的选择，使第二充电电路的电流比第一充电电路的电流大。而电容C4放电时，由于二极管D5阻断反向电流，放电电路只有R3、R11，其放电时间常数τ2＝(R3+R11)×C4。由充放电对比可以知，对电容C4是充电快，放电慢，在交流电的每个周期中，给所述第四电容C4充的电比该第四电容C4放的电要多。所以电容C4的电压在每个周期都上升。

在电容C4的电压没有升到稳压二极管D4的击穿电压（例如aV）之前，如上所述，产生大导通角。经过若干周期后，电容C4的电压升到了aV左右。在下一个正半周期，电容C4的电压很快升到aV，保持不变，这时，稳压二极管D4被击穿，使稳压二极管D4稳压到aV，电阻R10和电容C6中的电流流过稳压二极管D4、电阻R7，使电阻R7的电压迅速达到三极管BG2的导通电压例如0.7V，三级管BG2导通，此时三极管BG2的集电极与发射极之间的电压很低，三极管BG1不能导通。通过合适参数（例如，电阻、电容、击穿电压等）选择，使稳压二极管D4在该正半周期中（在后续的正半周期中也是如此）比稳压二极管D6先被击穿，且击穿后比稳压二极管D6先截止。当稳压二极管D4截止后，电阻R7的电压变为0，三极管BG2截止，此时由于稳压二极管D6被击穿，电容C1的电压迅速达到三极管BG1的导通电压（例如0.7V），三极管BG1导通，输出电压到晶闸管的控制端，晶闸管导通。

图2示出了在正半周期中第一稳压二极管D6和第二稳压二极管D4上的电压示意图。图2中虚线1表示假设稳压二极管D4不稳压时的电压波形，虚线2为假设稳压二极管D6不稳压时的电压波形。在t0-t1时段，电容C2中的电流流过三极管BG2。在t1时刻，电容C2中无电流，而稳压二极管D4中的电流维持三极管BG2导通。稳压二极管D4比稳压二极管D6先被击穿，后面稳压二极管D4比稳压二极管D6先截止，先从稳压状态转变到截止状态。在t2时刻，稳压二极管D4电压不能稳到aV，截止，电流消失，三极管BG2截止。这时，稳压二极管D6保持稳压，通过电阻R6给电容C1充电，当电容C1电压等于三极管BG1的导通电压时（例如0.7V），三极管BG1导通。三极管BG1的发射极电流为晶闸管控制极（G）提供足够大电流使晶闸管触发导通。导通时间在每个正半周期稍大于t2处（由于给电容C1充电需要点时间）。在负半周期，晶闸管承受反压截止。

虽然上述是以三极管作为示例来描述的，但本领域技术人员可以理解，可以有其他的替换方式，例如场效应管等。另外，为了确保能将电磁铁芯拉入线圈中，以大导通角导通的时间要足够长，但也不能太长，因为时间太长，电磁线圈中会一直有很大电流，会损坏额定电流小的一些器件。根据实验及经验，导通时间可以为市电的8-12个周期，一个周期为20ms，也就是160-240ms。因此，上述预定时间段的范围可以为160-240ms。

本实用新型提供的方式可以很好地解决电磁制动器在启动时需要大电流，而启动后需要小电流来维持，并且能够减少电流，降低储存的磁场能，断电后能快速脱开制动，节约电能和降低励磁线圈温升，同时能够降低生产成本。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种电磁制动器控制装置，其特征在于，该控制装置包括：

开关电路，该开关电路包括第一三极管（BG1）、第二三级管（BG2）和第一电容（C1），第一三极管（BG1）的基极连接到第二三极管（BG2）的集电极，第一电容（C1）串接在第二三极管（BG2）的集电极和发射极之间，第一三极管（BG1）的发射极与所述晶闸管的控制端连接；

触发电路，该触发电路包括第二电容（C2）、第三电容（C3）、第一稳压二极管（D6）和第一电阻（R8），第二电容（C2）的两端分别与所述第二三极管（BG2）的基极和第一电阻（R8）的一端连接，第三电容（C3）的两端分别与第一电阻（R8）的一端与公共端连接，第一稳压二极管（D6）跨接在第三电容（C3）的两端；以及

延时触发电路，该延时触发电路包括第四电容（C4）、第二稳压二极管（D4）、用于给第四电容（C4）充电的第一充电电路和第二充电电路，第二稳压二极管（D4）的阴极连接到第二充电电路与第四电容（C4）之间的节点，第二稳压二极管（D4）的阳极与第二三极管（BG2）的基极连接。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述第二充电电路包括串接的第二电阻（R2）、第五电容（C5）和第一二极管（D5），该第一二极管（D5）的阴极与第四电容（C4）的一端连接，第四电容（C4）的另一端与公共端连接，第二稳压二极管（D4）的阴极和阳极分别与第一二极管（D5）的阳极和第二三极管（BG2）的基极连接；

所述第一充电电路包括第三电阻（R3）、第四电阻（R10）和第五电阻（R11），第三电阻（R3）分别通过第四电阻（R10）和第五电阻（R11）连接到第四电容（C4），其中第四电阻（R10）还通过所述第一二极管（D5）连接到第四电容（C4）；

所述第二充电电路的电流大于所述第一充电电路的电流。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，该控制装置还包括用于防止将反向电流提供给所述触发电路或延时触发电路的第二二极管（D2）。

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