一种宽电压供电的节能型电磁制动控制器 |
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| 申请号 | CN201811012522.8 | 申请日 | 2018-08-31 | 公开(公告)号 | CN108964542A | 公开(公告)日 | 2018-12-07 |
| 申请人 | 东南大学; | 发明人 | 时斌; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种宽 电压 供电的节能型电磁 制动 控制器 ，包括交流电源，交流电源通过整流滤波 电路 输出平滑直流电压，平滑直流电压通过 开关 电路传输至制动线圈的一端，平滑直流电压还直接连接至制动线圈的另一端；还包括扰动 信号 前馈控制的 锯齿波 电路， 扰动信号 前馈控制的锯齿波电路从整流滤波电路获取平滑直流电压，将平滑直流电压通过信号前馈的方式与扰动信号前馈控制的锯齿波电路中的RC电路生成锯齿波信号，并将锯齿波信号与RC延时电路分时提供的参考电压比较形成PWM脉冲信号，PWM脉冲信号经过PWM驱动电路后传输至开关电路。本发明在供电电压 波动 情况下均能使制动线圈获得稳定的励磁 电流 ，并产生恒定的电磁制动 力 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种宽电压供电的节能型电磁制动控制器，其特征在于：包括交流电源(1)，交流电源(1)通过整流滤波电路(2)输出平滑直流电压，平滑直流电压通过开关电路(3)传输至制动线圈(4)的一端，平滑直流电压还直接连接至制动线圈(4)的另一端；还包括扰动信号前馈控制的锯齿波电路(6)，扰动信号前馈控制的锯齿波电路(6)从整流滤波电路(2)获取平滑直流电压，将平滑直流电压通过信号前馈的方式与扰动信号前馈控制的锯齿波电路(6)中的RC电路生成锯齿波信号，并将锯齿波信号与RC延时电路(5)分时提供的参考电压比较形成PWM脉冲信号，PWM脉冲信号经过PWM驱动电路(7)后传输至开关电路(3)。 |
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| 说明书全文 | 一种宽电压供电的节能型电磁制动控制器技术领域[0001] 本发明涉及电磁制动控制器，特别是涉及一种宽电压供电的节能型电磁制动控制器。 背景技术[0003] 电磁制动器具有结构简单，控制、安装方便等优点。作为电磁能量转换的一种应用方式，它是根据电磁感应原理，利用电磁制动器线圈通过额定励磁电流后产生相应电磁力，进而驱动制动器闸瓦动作的一种制动设备。 [0004] 电磁制动器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,利用改变电磁线圈的电压来调节制动器的制动力。制动器控制器的工作过程分为两个阶段：启动阶段和维持阶段。为了确保电磁制动器快速动作,启动阶段需要为制动器线圈提供较大的启动电压并持续一定时间，确保制动器可靠动作；在维持阶段,制动器线圈通过维持较小的保持电压使制动器衔铁能提供足够的电磁力维持闸瓦的开合状态(制动器非制动状态)。制动器在非制动状态下制动器闸瓦长期处于开合状态，需要制动器线圈长时间保持恒定的电压，因此制动器线圈电压将决定制动器的工作能耗。在实际工况下，由于电网电压宽幅波动而导致的制动器直流侧电压波动会导致线圈励磁电流不稳定，从而影响制动器电磁力的稳定，这将威胁到制动器闸瓦能否可靠地处于开合状态。 发明内容[0005] 发明目的：本发明的目的是提供一种宽电压供电的节能型电磁制动控制器，在供电电压波动情况下均能提供恒定的线圈电压，从而使得线圈获得稳定的励磁电流，保持制动器输出恒定的电磁力。 [0006] 技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案： [0007] 本发明所述的宽电压供电的节能型电磁制动控制器，包括交流电源，交流电源通过整流滤波电路输出平滑直流电压，平滑直流电压通过开关电路传输至制动线圈的一端，平滑直流电压还直接连接至制动线圈的另一端；还包括扰动信号前馈控制的锯齿波电路，扰动信号前馈控制的锯齿波电路从整流滤波电路获取平滑直流电压，将平滑直流电压通过信号前馈的方式与扰动信号前馈控制的锯齿波电路中的RC电路生成锯齿波信号，并将锯齿波信号与RC延时电路分时提供的参考电压比较形成PWM脉冲信号，PWM脉冲信号经过PWM驱动电路后传输至开关电路。 [0008] 进一步，还包括辅助电源，辅助电源分别为RC延时电路、扰动信号前馈控制的锯齿波电路和PWM驱动电路提供直流电源。 [0009] 进一步，所述扰动信号前馈控制的锯齿波电路包括电阻R3，电阻R3的一端输入宽脉冲信号，电阻R3的另一端分别连接三极管T1的基极和三极管T2的基极，三极管T1的集电极和三极管T2的集电极均接地，三极管T1的发射极分别连接电阻R1的一端、电容C6的一端、电阻R8的一端和比较器U22的反相输入端，电阻R1的另一端、电容C6的另一端和比较器U22的接地端均接地，电容C6的一端还输入从整流滤波电路获取的平滑直流电压，电阻R8的另一端输入直流电压，比较器U22的同相输入端输入RC延时电路分时提供的两个不同的参考电压，比较器U22的电源端连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端分别连接比较器U22的输出端和三极管T2的发射极。 [0010] 进一步，所述PWM驱动电路包括三极管T3、三极管T4和电阻R11，PWM脉冲信号分别输入三极管T3的基极和三极管T4的基极，三极管T3和三极管T4的发射极均连接电阻R11的一端，三极管T3的集电极连接12V直流电源，三极管T4的集电极接地，电阻R11的另一端连接开关电路。 [0011] 进一步，所述开关电路包括开关管T1，开关管T1的栅极连接PWM驱动电路，开关管T1的源极接地，开关管T1的漏极连接制动线圈的一端。 [0013] 进一步，所述RC延时电路包括比较器U21，比较器U21的同相输入端分别连接电容C5的一端和电阻R6的一端，比较器U21的反相输入端分别连接电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R4的另一端和电阻R6的另一端均连接电源，电阻R5的另一端和电容C5的另一端均接地，比较器U21的电源端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端分别连接比较器U21的输出端和模拟多路开关U3的控制端，比较器U21输出的信号作为分时控制开关逻辑信号，将模拟多路开关U3的一个输入端的启动参考电压和另一个输入端的保持参考电压通过模拟多路开关U3的输出端送入电压前馈锯齿波电路。 [0014] 有益效果：本发明公开了一种宽电压供电的节能型电磁制动控制器，与现有技术相比，具有如下的有益效果： [0015] 1)制动器励磁电压分时控制，启动阶段高电压，维持阶段低电压，有效降低制动器线圈功耗，实现节能； [0016] 2)在供电电压波动情况下仍能提供恒定的制动线圈电压，使制动器输出恒定电磁力，确保制动器稳定可靠工作； [0018] 图1为本发明具体实施方式中节能型电磁制动控制器的框图； [0019] 图2为本发明具体实施方式中PWM驱动与开关主回路电路图； [0020] 图3为本发明具体实施方式中锯齿波与PWM脉冲形成电路图； [0021] 图4为本发明具体实施方式中RC延时与多路开关电路的电路图； [0022] 图5为本发明具体实施方式中锯齿波斜率(电容充放电速率)与PWM脉冲宽度关系示意图。 具体实施方式[0023] 下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。 [0024] 本具体实施方式公开了一种宽电压供电的节能型电磁制动控制器，如图1所示，包括线圈供电模块9、脉冲宽度调制模块10和制动线圈4。其中，线圈供电模块9包括交流电源1、整流滤波电路2和开关电路3，脉冲宽度调制模块10包括辅助电源8、RC延时电路5、扰动信号前馈控制的锯齿波电路6和PWM驱动电路7。其中，扰动信号为供电电压扰动。 [0025] 如图1、2和3所示，交流电源1通过整流滤波电路2将交流电压转换成平滑直流电压，平滑直流电压直接传输至制动线圈4的另一端，制动线圈4的一端连接开关管T1的漏极，再由开关管T1源极接地，从而将平滑直流电压转换成脉冲直流电压提供给制动线圈4；此外，由整流滤波电路2转换而成的平滑直流电压通过限流电阻R8以信号前馈的方式来控制锯齿波电路6中的锯齿波信号的上升斜率，并将锯齿波信号与RC延时电路5分时提供的两个不同参考电平通过比较器U22比较形成两个不同脉冲宽度的PWM脉冲信号，PWM脉冲信号经过PWM驱动电路7驱动开关电路3；辅助电源8则为RC延时电路5、供电电压扰动前馈控制的锯齿波电路6和PWM驱动电路7提供辅助直流电源。图5为锯齿波信号斜率与PWM脉冲信号宽度的关系示意图。 [0026] 如图2所示，扰动信号前馈控制的锯齿波电路6包括电阻R3，电阻R3的一端输入宽脉冲信号，电阻R3的另一端分别连接三极管T1的基极和三极管T2的基极，三极管T1的集电极和三极管T2的集电极均接地，三极管T1的发射极分别连接电阻R1的一端、电容C6的一端、电阻R8的一端和比较器U22的反相输入端，电阻R1的另一端、电容C6的另一端和比较器U22的接地端均接地，电容C6的一端还输入从整流滤波电路2获取的平滑直流电压，电阻R8的另一端输入直流电压，比较器U22的同相输入端输入RC延时电路5提供的分时参考电压，比较器U22的电源端连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端分别连接比较器U22的输出端和三极管T2的发射极。宽脉冲信号通过555时基电路提供。 [0027] 如图3所示，PWM驱动电路7包括三极管T3、三极管T4和电阻R11，PWM脉冲信号分别输入三极管T3的基极和三极管T4的基极，三极管T3和三极管T4的发射极均连接电阻R11的一端，三极管T3的集电极输入直流电压，三极管T4的集电极接地，电阻R11的另一端连接开关电路3。 [0028] 如图3所示，开关电路3包括开关管T1，开关管T1的栅极连接PWM驱动电路7，开关管T1的源极接地，开关管T1的漏极连接制动线圈4的一端。 [0029] 如图3所示，制动线圈4包括线圈，线圈的一端分别连接开关电路3、二极管D1的阳极和电容C7的一端，二极管D1的阴极和线圈的另一端均输入整流滤波电路2产生的平滑直流电压，电容C7的另一端接地。 [0030] 如图4所示，RC延时电路5包括比较器U21，比较器U21的同相输入端分别连接电容C5的一端和电阻R6的一端，比较器U21的反相输入端分别连接电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R4的另一端和电阻R6的另一端均连接电源，电阻R5的另一端和电容C5的另一端均接地，比较器U21的电源端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端分别连接比较器U21的输出端和模拟多路开关U3的控制端，比较器U21输出的信号作为分时控制开关逻辑信号，将模拟多路开关U3的一个输入端的启动参考电压和另一个输入端的保持参考电压通过模拟多路开关U3的输出端送入扰动信号前馈控制的锯齿波电路6中的比较器U22的同相输入端。 [0031] 下面分析本发明的控制器如何利用供电电压扰动前馈技术控制电磁制动器线圈平均电压保持恒定以及如何实现分时控制制动器的启动和维持状态。 [0032] 控制器上电后电路开始工作，由555时基电路将输出一个90％占空比的宽脉冲信号，该宽脉冲信号通过图2中的三极管T1控制由电阻R1、电阻R8和电容C6构成的RC充放电电路(宽脉冲高电平时C6充电，低电平时C6放电)，形成锯齿波信号，当控制器外部交流供电电压波动时，整流滤波电路输出的直流电压随之波动，而这个波动将线性改变锯齿波信号的上升斜率，即锯齿波波形的斜率线性地反映供电电压的变化；该锯齿波信号则与图4中模拟多路开关U3分时提供的参考电压通过比较器U22比较后形成不同工况下不同脉冲宽度的PWM脉冲信号，并以此驱动开关电路为制动器电磁线圈提供脉冲直流励磁电流。本发明创新点即在于利用供电电压扰动前馈技术线性控制锯齿波斜率，当整流电路直流侧电压随交流电压上升而上升时，电容C6的充电速率上升，使得制动线圈两端的脉冲电压幅值上升，电容C6上的充电电压波形的斜率随之上升，与固定电平的参考电压比较后电平翻转时间提前，使其形成的PWM脉冲占空比缩小(即线圈两端通电时间缩短)；反之，则制动线圈两端的脉冲电压幅值下降，PWM脉冲占空比增大，如图5所示，从而无论直流电压如何上下波动都能使作用于制动线圈两端的脉冲电压的平均值保持恒定，保证制动器闸瓦始终处于稳定可靠的开合状态。 [0033] 由于制动器需要启动与保持两种工况的切换，本发明利用RC延时电路控制多路模拟开关分时向比较器U22提供不同的参考电平，从而与锯齿波信号比较后分别产生出不同脉冲宽度的PWM脉冲信号，再通过开关电路作用于制动器线圈，从而在制动器启动时为制动器线圈提供能满足制动器闸瓦快速可靠开启所需要的励磁电流，而在维持工况下，在保证制动器闸瓦处于安全可靠开合的情况下，减小PWM脉冲信号占空比，进而减小制动器线圈的励磁电流，达到降低能耗，实现制动器的节能运行。 |
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