CN210351044U - 一种新型的塔式涡流制动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型的塔式涡流制动电路，包括在市电和三相涡流电机之间依次连接的变压器T1、单相整流二极管D1、平波电容C1、整流电压DC+检测电路、RC充电回路、开通时间比较电路、MOSFET驱动及保护电路、主MOSFET管Q3和线圈电压反向吸收二极管D2，开通时间比较电路连接模拟运放U2A。本实用新型提供了一种利用MOSFET对交流半波电压进行斩波的方式来实现塔机涡流回转模块的涡流线圈电压的控制，控制涡流制动的目的。在工频变压器输出电压的正半周使主MOSFET导通，再根据力矩模拟信号AI1在合适的时刻关断MOSFET，使涡流线圈的制动电压达到所需要的数值，达到线性调节涡流制动力矩的目的。
Description
技术领域
本实用新型属于电子技术领域，具体涉及一种新型的塔式涡流制动电路。
背景技术
在塔式起重机中，为了达到电机转速的平稳，一般会采用三相涡流制动绕线式转子相异步电动机。该异步电机由电动机及涡流制动器组成，涡流制动器的电枢与电机同轴旋转。当励磁绕组通入直流电时，涡流制动器产生与电动力矩相反的制动力矩，从而达到调节电机转速的目的。目前塔机回转涡流模块大多数为固态继电器及外围电路构成，见图1所示。外部电气图如图2所示：供电输入为三相380VAC经变压器变换为48VAC，辅助电源输入为12-28VAC(辅助电压为三相380VAC经变压器变换为27VAC)，PLC输出控制电压为0-10VDC，输出到三相涡流电机的涡流线圈电压为20VDC-0VDC。外部电路复杂，再加上塔机涡流回转模块本身价格比较贵，给整个系统增加了成本。
发明内容：
本实用新型的目的是提供一种新型的塔式涡流制动电路，能够利用MOSFET对交流半波电压进行斩波的方式来实现塔机涡流回转模块的涡流线圈电压，简单可靠，实用性高，可以克服背景技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：
一种新型的塔式涡流制动电路，包括在市电和三相涡流电机之间依次连接的变压器T1、单相整流二极管D1、平波电容C1、整流电压DC+检测电路、RC充电回路、开通时间比较电路、MOSFET驱动及保护电路、主MOSFET管Q3和线圈电压反向吸收二极管D2，开通时间比较电路连接模拟运放U2A。
较佳地，变压器T1将输入市电380Vac变换为48Vac。
较佳地，变压器T1的一端5脚与单相整流二极管D1正极相连，单相整流二极管D1负极与电容C1的一端相连，变压器T1的一端8脚与电容C1的另外一端相连。
较佳地，整流电压DC+检测电路包括电阻R3、电阻R6、三极管Q1、电阻R1、三极管Q4；RC充电回路包括电阻R10和电容C2；
分压电阻R3连接供电电路的整流电压DC+输入端，电阻R6连接GND，R3与R6的连接点于三极管Q1的基极相连，三极管Q1的发射极与GND连接，三极管Q1的集电极通过上拉电阻R1连接供电电路的VCC输出端，三极管Q1的集电极同时连接到三极管Q4的基极；
电阻R10的一端连接供电电路的VCC输出端，电容C2的一端连接GND，电阻R10的另一端与电容C2的另一端连接，电阻R10与电容C2连接处于三极管Q4的集电极连接。
较佳地，开通时间比较器电路包括电阻R11、电阻R9、比较器U1A、电阻R12、三极管Q2；
电阻R11一端连接三极管Q4的集电极，电阻R11的另外一端连接到比较器U1A的正输入3脚，比较器U1A的3脚与1脚通过电阻R9连接，比较器U1A的负输入连接模拟运放U2A的输出1脚，比较器U1A的输出1脚通过上拉电阻R12连接供电电路的VCC输出端，比较器U1A的输出1脚同时连接到三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接GND，三极管Q2的集电极与主MOSFET管Q3的栅极连接。
较佳地，MOSFET驱动及保护电路包括稳压二极管ZD1和电阻R2；
主MOSFET Q3的栅极通过电阻R2连接供电电路的DC+输入端，主MOSFET Q3的栅极与源极之间连接稳压二极管ZD1，主MOSFETQ3的源极与GND连接，主MOSFET Q3的漏极连接三相涡流电机涡流线圈的一端VO-，主MOSFET Q3的漏极同时连接到涡流线圈反并联二极管D2的正极，涡流线圈的另一端VO+与反并联二极管D2的负极相连，涡流线圈的另一端VO+同时连接整流二极管D1的负极和供电电路的DC+输入端。
较佳地，模拟运放U2A的正输入端连接基准电压10V，模拟运放U2A的负输入端连接模拟信号AI1。
较佳地，供电电路包括：DC+输入端连接防反二极管D3的正极端，防反二极管D3的负极端通过电容C5连接GND，防反二极管D3的负极端同时连接三极管Q5的集电极，三极管Q5的基极连接三端稳压源U3的CATHODE引脚，三极管Q5的基极和集电极之间连接电阻R14，三极管Q5的发射极连接电容C3、电容C4和电容C10的一端，电容C3、电容C4和电容C10的另一端连接GND，三极管Q5的发射极通过串联的电阻R8和电阻R13连接GND，电阻R8和电阻R13的连接点与三端稳压源U3的REF引脚连接。
本实用新型的有益效果在于：通用的涡流制动模块通常采用固态继电器模块，外围配备偏置变压器、供电变压器等外围设备，价格高，电路复杂，本实用新型提出了一种利用MOSFET管对交流半波电压进行斩波来实现塔机涡流回转模块的涡流线圈电压的控制，该塔式涡流制动模块电路完全满足涡流制动线圈电压的要求，成本和外围电路大幅度简化。本实用新型针对塔机实际应用中涡流制动模块成本高，外围电路结构复杂的缺点，提出的一种成本低，电路结构简单，安全可靠的，具有实际应用价值的解决方案。
本实用新型的有益效果在于：提供了一种利用MOSFET对交流半波电压进行斩波的方式来实现塔机涡流回转模块的涡流线圈电压的控制，从而达到控制涡流制动的目的。在工频变压器输出电压的正半周，使主MOSFET导通，再根据力矩模拟信号AI1，在合适的时刻关断MOSFET，从而使涡流线圈的制动电压达到所需要的数值，从而达到线性调节涡流制动力矩的目的。
附图说明
图1：通用涡流制动模块，
图2：通用涡流制动模块外部电气连接图，
图3：本实用新型实施例的新型的涡流制动模块电路图，
图4：本实用新型实施例的新型的涡流制动模块电路外部电气连接图，
图5：本实用新型实施例的AI1输入0V时涡流线圈电压波形，
图6：本实用新型实施例的AI1输入10V时涡流线圈电压波形。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。
一种新型的涡流制动模块如附图3所示，包括依次连接的输入市电变压器T1、单相整流二极管D1、平波电容C1，整流电压DC+检测电路R3、R6、Q1、R1、Q4，RC充电回路R10、C2，输入模拟量转换电路U2A，开通时间比较器电路R11、R9、U1A、R12、Q2，主MOSFET Q3，MOSFET驱动及保护电路R2、ZD1，线圈电压反向吸收二极管D2。其特征在于：主回路中包含了电压检测电路R3、R6、Q1、Q4、R10，RC充电回路R10、C2，在DC+在R3和R6的分压大于三极管Q1的基极开通电压时，VCC通过R10对C2进行充电，当C2上的电压超过设定的电压VREF，关断MOSFET Q3，达到控制VO+与VO-之间的涡流制动线圈电压有效值。
本新型的涡流制动模块电路图见图3。在主电上电后，首先通过变压器T1将380VAC三相线电压变换为有效值为48VAC的正弦波，再经过半波整流D1、C1滤波后输出正半周正弦波波形。DC+经过R2，ZD1稳压后将导通主MOSFET Q3，三相涡流电机的涡流制动线圈得电。同时DC+的电压经R3、R6分压后接到Q1的基极和发射极，当R6上的电压大于Q1的VBE开通电压时，Q1导通，Q4截至，VCC开始通过R10给C2充电，当C2上的电压超过设定的电压VREF时，比较器U1A输出高阻状态，VCC通过R12使得Q2导通，主MOSFETQ3栅源极的电压变为0V，Q3截至，涡流制动线圈电压回到0V。设定的电压VREF通过差分运放U2A将输入控制模拟量信号AI1与基准10VDC进行减法所得，所以通过控制AI1的输入值及R10、C2的充电常数，完全可以对涡流制动线圈的电压进行调节。图5为AI1输入0V时涡流线圈电压波形，可以看出，涡流线圈的电压有效值为20VDC。图6为AI1输入0V时涡流线圈电压波形，可以看出，涡流线圈的电压有效值为0VDC。
主回路中包含了变压器T1，半波整流二极管D1，滤波电容C1，在工频的正半周将输入380VAC电压整流为幅度为48*1.414＝67.8V的正弦波正半周波形，见图3。
主回路中包含了电压检测电路R3、R6、Q1、Q4、R10，RC充电回路R10、C2，在DC+在R3和R6的分压大于三极管Q1的基极开通电压时，VCC通过R10对C2进行充电，当C2上的电压超过设定的电压VREF，关断MOSFET Q3，达到控制VO+与VO-之间的涡流制动线圈电压有效值。
比较器U1A负极输入的基准电压VREF，由差分运放U2A的输入相减所得，即VREF＝VREF_10V-AI1，当AI1＝10V时，VREF＝0V。
整个装置的供电VCC通过VDC+经过防反二极管D3及RC滤波网络R7、C5后初步整成直流，再经过R4、Q5后经C4、C10滤波，当C4上的电压经R8、R13分压后达到U3的导通电压，Q5基极电流被U3拉到地，Q5截止，VCC输出电压稳定到2.5V*(R8+R13)/R13。
综上所述，此专利通过调整主MOSFET的开通时间控制，实现了PLC对涡流制动线圈电压的调整功能，降低了系统成本及电气电路的设计。
本实用新型利用通用的涡流制动模块通常采用固态继电器模块，外围配备偏置变压器、供电变压器等外围设备，价格高，电路复杂，本实用新型提出了一种利用MOSFET管对交流半波电压进行斩波来实现塔机涡流回转模块的涡流线圈电压的控制，该塔式涡流制动模块电路完全满足涡流制动线圈电压的要求，成本和外围电路大幅度简化。本实用新型针对塔机实际应用中涡流制动模块成本高，外围电路结构复杂的缺点，提出的一种成本低，电路结构简单，安全可靠的，具有实际应用价值的解决方案。
提供了一种利用MOSFET对交流半波电压进行斩波的方式来实现塔机涡流回转模块的涡流线圈电压的控制，从而达到控制涡流制动的目的。在工频变压器输出电压的正半周，使主MOSFET导通，再根据力矩模拟信号AI1，在合适的时刻关断MOSFET，从而使涡流线圈的制动电压达到所需要的数值，从而达到线性调节涡流制动力矩的目的。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。本说明书中未作详细描述的部分属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (8)
1.一种新型的塔式涡流制动电路，其特征在于：包括在市电和三相涡流电机之间依次连接的变压器T1、单相整流二极管D1、平波电容C1、整流电压DC+检测电路、RC充电回路、开通时间比较电路、MOSFET驱动及保护电路、主MOSFET管Q3和线圈电压反向吸收二极管D2，所述开通时间比较电路连接模拟运放U2A。
2.根据权利要求1所述的一种新型的塔式涡流制动电路，其特征在于：所述变压器T1将输入市电380Vac变换为48Vac。
3.根据权利要求2所述的一种新型的塔式涡流制动电路，其特征在于：所述变压器T1的一端5脚与所述单相整流二极管D1正极相连，所述单相整流二极管D1负极与电容C1的一端相连，所述变压器T1的一端8脚与电容C1的另外一端相连。
4.根据权利要求3所述的一种新型的塔式涡流制动电路，其特征在于：所述整流电压DC+检测电路包括电阻R3、电阻R6、三极管Q1、电阻R1、三极管Q4；所述RC充电回路包括电阻R10和电容C2；
分压电阻R3连接供电电路的整流电压DC+输入端，电阻R6连接GND，R3与R6的连接点于三极管Q1的基极相连，三极管Q1的发射极与GND连接，三极管Q1的集电极通过上拉电阻R1连接供电电路的VCC输出端，三极管Q1的集电极同时连接到三极管Q4的基极；
电阻R10的一端连接所述供电电路的VCC输出端，电容C2的一端连接GND，电阻R10的另一端与所述电容C2的另一端连接，所述电阻R10与所述电容C2连接处于所述三极管Q4的集电极连接。
5.根据权利要求4所述的一种新型的塔式涡流制动电路，其特征在于：所述开通时间比较器电路包括电阻R11、电阻R9、比较器U1A、电阻R12、三极管Q2；
电阻R11一端连接三极管Q4的集电极，电阻R11的另外一端连接到比较器U1A的正输入3脚，比较器U1A的3脚与1脚通过电阻R9连接，比较器U1A的负输入连接模拟运放U2A的输出1脚，比较器U1A的输出1脚通过上拉电阻R12连接供电电路的VCC输出端，比较器U1A的输出1脚同时连接到三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接GND，三极管Q2的集电极与主MOSFET管Q3的栅极连接。
6.根据权利要求5所述的一种新型的塔式涡流制动电路，其特征在于：所述MOSFET驱动及保护电路包括稳压二极管ZD1和电阻R2；
主MOSFET Q3的栅极通过电阻R2连接供电电路的DC+输入端，主MOSFET Q3的栅极与源极之间连接稳压二极管ZD1，主MOSFET Q3的源极与GND连接，主MOSFET Q3的漏极连接三相涡流电机涡流线圈的一端VO-，主MOSFET Q3的漏极同时连接到涡流线圈反并联二极管D2的正极，涡流线圈的另一端VO+与反并联二极管D2的负极相连，涡流线圈的另一端VO+同时连接整流二极管D1的负极和供电电路的DC+输入端。
7.根据权利要求6所述的一种新型的塔式涡流制动电路，其特征在于：模拟运放U2A的正输入端连接基准电压10V，模拟运放U2A的负输入端连接模拟信号AI1。
8.根据权利要求7所述的一种新型的塔式涡流制动电路，其特征在于，所述供电电路包括：
DC+输入端连接防反二极管D3的正极端，所述防反二极管D3的负极端通过电容C5连接GND，所述防反二极管D3的负极端同时连接三极管Q5的集电极，所述三极管Q5的基极连接三端稳压源U3的CATHODE引脚，所述三极管Q5的基极和集电极之间连接电阻R14，所述三极管Q5的发射极连接电容C3、电容C4和电容C10的一端，电容C3、电容C4和电容C10的另一端连接GND，所述三极管Q5的发射极通过串联的电阻R8和电阻R13连接GND，电阻R8和电阻R13的连接点与三端稳压源U3的REF引脚连接。
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