CN210167993U - 一种具有故障监测功能的无触点起重机电机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有故障监测功能的无触点起重机电机控制器，包括降压电路、光电隔离电路、与门芯片、互锁触发电路和无触点换向电路，降压电路与光电隔离电路电信号连接，光电隔离电路与与门芯片电信号连接，与门芯片与互锁触发电路电信号连接，互锁触发电路与无触点换向电路电信号连接；其中无触点换向电路是由五个双向晶闸管构成，每一个双向晶闸管的信号反馈端分别与一个光耦反馈电路的输入端电信号连接，每一个光耦反馈电路的输出端分别与一个低通滤波器电信号连接，每一个低通滤波器的输出端均与与门芯片的一路输入端电信号连接。本实用新型实现了对无触点换向电路的故障监测，具有无拉弧、寿命长、维护成本低及可靠性高等优点。

Description

一种具有故障监测功能的无触点起重机电机控制器

技术领域

本实用新型是涉及一种具有故障监测功能的无触点起重机电机控制器，属于起重机电机控制技术领域。

背景技术

在起重机电控***中，目前电机换向有两种控制方式，一种是用电磁式接触器直接控制，另一种是用无触点接触器控制。而在采用电磁式接触器控制方式中，电磁式接触器是通过换向控制或者转子电阻控制，在给电机施加反向电压时，由于电源方向突变，瞬间电流远大于额定电流，此时电磁式接触器的动作常带有严重的拉弧，致使电磁式接触器的触点很容易因为拉弧而烧蚀，最终导致电磁式接触器寿命缩短。

专利申请号为20006200180657.7的实用新型专利公开了一种三相电机无触点换向控制器，它由可控硅模块电路、单稳态延时电路、控制信号互锁电路、控制电源电路、输入端过压保护电路、可控硅模块过压保护电路、控制电路线路板、控制电源电路线路板、M₁、M₂、M₃、M₄、M₅可控硅模块等构成，M₂、M₄可控硅模块或者M₃、M₅可控硅模块反向并联构成交流开关，M₁、M₂、M₃可控硅模块导通时，三相电机正转，M₁、M₄、M₅可控硅模块导通时，三相电机反转；虽然该专利通过可控硅作为无触点交流开关对电机的启动、停止进行控制，通过对三相电源中的两相的无触点切换实现了电机的正、反转控制，改善了传统电磁式接触器控制方式的缺点，并实现了电机的正、反转控制，但该专利所述控制器不能实现故障监测，一旦出现故障，就需要进行全面检修排查，不仅增加了维修难度和维护成本，而且在晶闸管由于某种原因没有导通，却已经给出了输出信号时，会导致后级电路误判造成安全隐患。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的是提供一种具有故障监测功能的无触点起重机电机控制器，以提高起重机安全性和降低起重机维护成本和维修难度。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种具有故障监测功能的无触点起重机电机控制器，包括降压电路、光电隔离电路、与门芯片、互锁触发电路和无触点换向电路，所述降压电路的输出端与光电隔离电路的输入端电信号连接，所述光电隔离电路的输出端与与门芯片的一路输入端电信号连接，所述与门芯片的输出端与互锁触发电路的输入端电信号连接，所述互锁触发电路的输出端与无触点换向电路的输入端电信号连接；所述无触点换向电路是由五个双向晶闸管构成，每一个双向晶闸管的信号反馈端分别与一个光耦反馈电路的输入端电信号连接，每一个光耦反馈电路的输出端分别与一个低通滤波器电信号连接，每一个低通滤波器的输出端均与与门芯片的一路输入端电信号连接。

一种优选方案，还包括同步输出电路，所述同步输出电路的输入端并联在与门芯片的输出端。

一种实施方案，所述同步输出电路的输出端与下游转子电阻控制接触器电信号连接。

进一步实施方案，所述同步输出电路包括一个正向导通继电器和一个反向导通继电器，正向导通继电器的开关与下游正向转子电阻控制接触器相串联，反向导通继电器的开关与下游反向转子电阻控制接触器相串联。

一种实施方案，所述降压电路的输入端与起重机司机室内的正、反向手动换向开关电信号连接。

一种实施方案，所述互锁触发电路是由互锁电路和五个导通继电器构成，所述互锁电路是由正向驱动电路和反向驱动电路组成，所述正向驱动电路和反向驱动电路均由二极管和三级管构成，其中：构成正向驱动电路的二极管的阳极与构成反向驱动电路的三极管的基极并联在与门芯片的输出端，构成反向驱动电路的二极管的阳极与构成正向驱动电路的三极管的基极并联在与门芯片的输出端，两个三极管的发射极均接地，且构成正向驱动电路的三极管的集电极与其中的正向导通继电器的线圈电信号连接，构成反向驱动电路的三极管的集电极与其中的反向导通继电器的线圈电信号连接，每个导通继电器的开关分别与一个双向晶闸管的门极电信号连接，所有导通继电器的线圈均由24V直流电源供电。

一种实施方案，所述无触点换向电路是由双向晶闸管U、V、A、B、W构成，其中：双向晶闸管U的交流输入端与双向晶闸管A的交流输入端并联构成U相交流输入端U_i，双向晶闸管V的交流输入端与双向晶闸管B的交流输入端并联构成V相交流输入端V_i，双向晶闸管U的交流输出端与双向晶闸管B的交流输出端并联构成U相交流输出端U₀，双向晶闸管V的交流输出端与双向晶闸管A的交流输出端并联构成V相交流输出端V₀，双向晶闸管W的交流输入端为W相交流输入端W_i，双向晶闸管W的交流输出端为W相交流输出端W₀，且双向晶闸管U/V/A/B/W均是由两个反向并联的单向晶闸管构成，以及双向晶闸管U/V/A/B/W的门极均与互锁触发电路的输出端电信号连接。

一种优选方案，在无触点换向电路的交流输入端U_i、V_i、W_i与动力电源之间分别串接有断路器。

一种实施方案，每个光耦反馈电路均包括：一光耦，与所述光耦中发光二极管反向并联的限幅二极管，上拉电阻和5V直流电源，并且，所述光耦中三极管的集电极与对应光耦反馈电路的输出端电信号连接，所述光耦中三极管的发射极接地，且上拉电阻串接在5V直流电源与对应光耦反馈电路的输出端之间。

一种优选方案，每个光耦反馈电路还包括限流电阻，所述限流电阻串接在与对应光耦反馈电路相对应的双向晶闸管的信号反馈端和限幅二极管的阴极端之间。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益技术效果：

本实用新型不仅实现了起重机电机的无触点控制，而且实现了对无触点换向电路的故障监测，具有无拉弧、寿命长、维护成本低及可靠性高等优点；尤其是，当同时设有同步输出电路时，还可避免因晶闸管击穿等故障导致下级元件工作异常的缺陷；因此，本实用新型相对于现有技术，具有明显实用价值和进步性。

附图说明

图1是实施例提供的一种具有故障监测功能的无触点起重机电机控制器的电路原理框图；

图2是实施例所述无触点起重机电机控制器与起重机司机室内的正、反向手动换向开关之间的连接结构示意图；

图3是实施例提供的降压电路和光电隔离电路的结构示意图及其之间的连接结构示意图；

图4是实施例提供的互锁电路的结构示意图及其与导通继电器线圈之间的连接结构示意图；

图5是实施例提供的导通继电器的结构示意图及其与双向晶闸管之间的连接结构示意图；

图6是实施例提供的无触点换向电路和光耦反馈电路的结构示意图及其之间的连接结构示意图；

图7是实施例所述无触点起重机电机控制器与动力电源和绕线电机之间的连接结构示意图；

图8是实施例提供的低通滤波器的电路结构示意图；

图9是实施例提供的同步输出电路的结构示意图；

图10是本实用新型所述的无触点起重机电机控制器实现正向故障监测和下游设备工作控制的工作原理图；

图11是本实用新型所述的无触点起重机电机控制器实现反向故障监测和下游设备工作控制的工作原理图。

图中标号示意如下：01、降压电路；02、光电隔离电路；03、与门芯片；04、互锁触发电路；041、互锁电路；041A、正向驱动电路；0411A、构成正向驱动电路的二极管；0412A、构成正向驱动电路的三极管；041B、反向驱动电路；0411B、构成反向驱动电路的二极管；0412B、构成反向驱动电路的三极管；042、导通继电器；0421、导通继电器的线圈；0422、导通继电器的开关；05、无触点换向电路；051、双向晶闸管的信号反馈端；052、双向晶闸管的门极；053、双向晶闸管的阴极；06、光耦反馈电路；061、光耦；0611、光耦中发光二极管；0612、光耦中三极管；062、限幅二极管；063、上拉电阻；064、光耦反馈电路的输出端；065、限流电阻；07、低通滤波器；08、同步输出电路；08a、正向导通继电器；081a、正向导通继电器的开关；08b、反向导通继电器；081b、反向导通继电器的开关；09、转子电阻控制接触器；09a、正向转子电阻控制接触器；09b、反向转子电阻控制接触器；10a、正向手动换向开关；10b、反向手动换向开关；11、动力电源；S2、正向主令信号；S2、反向主令信号；KZF、本申请所述的具有故障监测功能的无触点起重机电机控制器；U_i/V_i/W_i、交流输入端；U₀/V₀/W₀、交流输出端；Q1/Q2/Q3、断路器；M、绕线电机。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步详细描述。

实施例

请参阅图1所示：本实施例提供的一种具有故障监测功能的无触点起重机电机控制器，包括降压电路01、光电隔离电路02、与门芯片03、互锁触发电路04、无触点换向电路05、光耦反馈电路06和低通滤波器07，所述无触点换向电路05是由双向晶闸管U、V、A、B、W构成；所述降压电路01的输出端与光电隔离电路02的输入端电信号连接，所述光电隔离电路02的输出端与与门芯片03的一路输入端电信号连接，所述与门芯片03的输出端与互锁触发电路04的输入端电信号连接，所述互锁触发电路04的输出端与双向晶闸管U/V/A/B/W均电信号连接，且双向晶闸管U/V/A/B/W的信号反馈端分别与其相应的光耦反馈电路06的输入端电信号连接，每一个光耦反馈电路06的输出端分别与一个低通滤波器07电信号连接，每一个低通滤波器07的输出端均与与门芯片03的一路输入端电信号连接。

作为优选方案，所述的具有故障监测功能的无触点起重机电机控制器，还包括同步输出电路08，所述同步输出电路08的输入端并联在与门芯片03的输出端；所述同步输出电路08的输出端可与下游转子电阻控制接触器09电信号连接，以实现将采集到的无触点换向电路05的故障信息同步输出给下游元件，避免因无触点换向电路05出现晶闸管击穿等故障导致下级元件工作异常，起到对下游设备或/和元器件的保护作用。

请参阅图2所示：起重机司机室内的正向手动换向开关10a产生正向主令信号S1，起重机司机室内的反向手动换向开关10b产生反向主令信号S2，正向手动换向开关10a和反向手动换向开关10b并联在动力电源11与本申请所述的具有故障监测功能的无触点起重机电机控制器(简记为KZF)中的降压电路01之间的电路上。通过切换起重机司机室内的正向手动换向开关10a(或反向手动换向开关10b)的闭合，就可产生正向主令信号S1(或反向主令信号S2)输入给KZF中的降压电路01。

所述降压电路01和光电隔离电路02均为常规电路，例如：图3所示电路结构。

请再结合图4和图5所示：本实施例所述的互锁触发电路04是由互锁电路041和五个导通继电器042构成，所述互锁电路041是由正向驱动电路041A和反向驱动电路041B组成，所述正向驱动电路041A和反向驱动电路041B均由二极管和三级管构成，其中：构成正向驱动电路的二极管0411A的阳极与构成反向驱动电路的三极管0412B的基极并联在与门芯片03的输出端，构成反向驱动电路的二极管0411B的阳极与构成正向驱动电路的三极管0412A的基极并联在与门芯片03的输出端，且三极管0412A和三极管0412B的发射极均接地，正向导通继电器(本实施例中是指与双向晶闸管U、V分别连接的导通继电器042U和042V)的线圈0421U和0421V并联在三极管0412A的集电极，反向导通继电器(本实施例中是指与双向晶闸管A、B分别连接的导通继电器042A和042B)的线圈0421A和0421B并联在三极管0412B的集电极，每个导通继电器的开关0422分别与一个双向晶闸管的门极052和阴极053电信号连接，所有导通继电器的线圈0421均由24V直流电源(图中用Vcc表示)供电。本实施例中，导通继电器042U、042V和042W构成正向控制电路，导通继电器042A、042B和042W构成反向控制电路。

请再参阅图6所示：本实施例所述无触点换向电路05是由双向晶闸管U、V、A、B、W构成，其中：双向晶闸管U的交流输入端与双向晶闸管A的交流输入端并联构成U相交流输入端U_i，双向晶闸管V的交流输入端与双向晶闸管B的交流输入端并联构成V相交流输入端V_i，双向晶闸管U的交流输出端与双向晶闸管B的交流输出端并联构成U相交流输出端U₀，双向晶闸管V的交流输出端与双向晶闸管A的交流输出端并联构成V相交流输出端V₀，双向晶闸管W的交流输入端为W相交流输入端W_i，双向晶闸管W的交流输出端为W相交流输出端W₀，且双向晶闸管U、V、A、B、W均是由两个反向并联的单向晶闸管构成。

每一个光耦反馈电路06均包括：一光耦061，与所述光耦中发光二极管0611反向并联的限幅二极管062，上拉电阻063和5V直流电源(图中用Vcc1表示)，并且，所述光耦中三极管0612的集电极与对应光耦反馈电路的输出端064电信号连接，所述光耦中三极管0612的发射极接地，且上拉电阻063串接在5V直流电源与对应光耦反馈电路的输出端064之间。从双向晶闸管反馈过来的是正弦交流(AC 0420V)电信号，在正弦交流电信号处于正半周期时，限幅二极管062处于反向截止状态，光耦061导通，正向电流通过光耦061流出；在正弦交流电信号处于负半周期时，限幅二极管062处于正向导通状态，而光耦中发光二极管0611处于截止状态，因而光耦061是处于截止状态，因此，反向电流只能从限幅二极管062流过；在没有正弦交流电信号时，光耦061则一直处于截止状态。

作为优选方案，每一个光耦反馈电路06还包括限流电阻065，所述限流电阻065串接在与对应光耦反馈电路相对应的双向晶闸管的信号反馈端051和限幅二极管062的阴极端之间，通过设置限流电阻065，可保护光耦061和限幅二极管062以避免被过电流击穿。

请参阅图7所示：在无触点换向电路05的交流输入端U_i、V_i、W_i与动力电源11之间分别串接有断路器Q1、Q2、Q3，无触点换向电路05的交流输出端U₀、V₀、W₀分别与绕线电机M的三相电源端电信号连接。

另外，所述低通滤波器07为常规元器件，具体电路结构可采用图8所示。

所述同步输出电路08可采用图9所示电路结构，即：包括一个正向导通继电器08a和一个反向导通继电器08b，正向导通继电器的开关081a与正向转子电阻控制接触器09a相串联，反向导通继电器的开关081b与下游反向转子电阻控制接触器09b相串联。

请参阅图10所示，本实用新型所述的无触点起重机电机控制器实现正向故障监测和下游设备工作控制的工作原理如下：

在本实施例中，由于双向晶闸管U、V、W是实现正向控制电路，且双向晶闸管U、V、W的反馈信号会实时传输给与其相对应的光耦反馈电路U、V、W，光耦反馈电路U、V、W会将其监测到的电信号实时传输给与其对应的低通滤波器U、V、W，低通滤波器U、V、W会分别将其处理后的电平信号传输给与门芯片03；由于外界输入(例如：当司机手工切换到起重机司机室内的正向手动换向开关10a闭合时)产生的正向主令信号S1，经过降压电路01的降压处理和光电隔离电路02的隔离和电平转换后也会输入给与门芯片03，在与门芯片03的4个输入端均为高电平信号时，表示电路正常，与门电路会将高电平信号同步输出给正向导通继电器08a，通过正向导通继电器的开关081a闭合以控制下游设备的正向转子电阻控制接触器09a的正常工作；只要与门芯片03的4个输入端不同时为高电平信号，就表示电路异常，此时与门电路就会输出低电平信号给同步输出电路中的正向导通继电器08a，从而使正向导通继电器的开关081a处于断开状态，从而避免下游设备因前端故障出现损坏影响。

请参阅图11所示，本实用新型所述的无触点起重机电机控制器实现反向故障监测和下游设备工作控制的工作原理如下：

在本实施例中，由于双向晶闸管A、B、W是实现反向控制电路，且双向晶闸管A、B、W的反馈信号会实时传输给与其相对应的光耦反馈电路A、B、W，光耦反馈电路A、B、W会将其监测到的电信号实时传输给与其对应的低通滤波器A、B、W，低通滤波器A、B、W会分别将其处理后的电平信号传输给与门芯片03；由于外界输入(例如：当司机手工切换到起重机司机室内的反向手动换向开关10b闭合时)产生的反向主令信号S2，经过降压电路01的降压处理和光电隔离电路02的隔离和电平转换后也会输入给与门芯片03，在与门芯片03的4个输入端均为高电平信号时，表示电路正常，与门电路会将高电平信号同步输出给反向导通继电器08b，通过反向导通继电器的开关081b闭合以控制下游设备的反向转子电阻控制接触器09b的正常工作；只要与门芯片03的4个输入端不同时为高电平信号，就表示电路异常，此时与门电路就会输出低电平信号给同步输出电路中的反向导通继电器08b，从而使反向导通继电器的开关081b处于断开状态，从而避免下游设备因前端故障出现损坏影响。

另外，在此说明的是，本申请中所述的与门芯片03可市购获得，例如：可采购德州仪器(TI)公司生产的型号为CD4082B的4输入与门芯片，因此对其电路不再赘述。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有故障监测功能的无触点起重机电机控制器，其特征在于：包括降压电路、光电隔离电路、与门芯片、互锁触发电路和无触点换向电路，所述降压电路的输出端与光电隔离电路的输入端电信号连接，所述光电隔离电路的输出端与与门芯片的一路输入端电信号连接，所述与门芯片的输出端与互锁触发电路的输入端电信号连接，所述互锁触发电路的输出端与无触点换向电路的输入端电信号连接；所述无触点换向电路是由五个双向晶闸管构成，每一个双向晶闸管的信号反馈端分别与一个光耦反馈电路的输入端电信号连接，每一个光耦反馈电路的输出端分别与一个低通滤波器电信号连接，每一个低通滤波器的输出端均与与门芯片的一路输入端电信号连接。

2.根据权利要求1所述的无触点起重机电机控制器，其特征在于：还包括同步输出电路，所述同步输出电路的输入端并联在与门芯片的输出端。

3.根据权利要求2所述的无触点起重机电机控制器，其特征在于：所述同步输出电路的输出端与下游转子电阻控制接触器电信号连接。

4.根据权利要求3所述的无触点起重机电机控制器，其特征在于：所述同步输出电路包括一个正向导通继电器和一个反向导通继电器，正向导通继电器的开关与下游正向转子电阻控制接触器相串联，反向导通继电器的开关与下游反向转子电阻控制接触器相串联。

5.根据权利要求1所述的无触点起重机电机控制器，其特征在于：所述降压电路的输入端与起重机司机室内的正、反向手动换向开关电信号连接。

6.根据权利要求1所述的无触点起重机电机控制器，其特征在于：所述互锁触发电路是由互锁电路和五个导通继电器构成，所述互锁电路是由正向驱动电路和反向驱动电路组成，所述正向驱动电路和反向驱动电路均由二极管和三级管构成，其中：构成正向驱动电路的二极管的阳极与构成反向驱动电路的三极管的基极并联在与门芯片的输出端，构成反向驱动电路的二极管的阳极与构成正向驱动电路的三极管的基极并联在与门芯片的输出端，两个三极管的发射极均接地，且构成正向驱动电路的三极管的集电极与其中的正向导通继电器的线圈电信号连接，构成反向驱动电路的三极管的集电极与其中的反向导通继电器的线圈电信号连接，每个导通继电器的开关分别与一个双向晶闸管的门极电信号连接，所有导通继电器的线圈均由24V直流电源供电。

7.根据权利要求1所述的无触点起重机电机控制器，其特征在于：所述无触点换向电路是由双向晶闸管U、V、A、B、W构成，其中：双向晶闸管U的交流输入端与双向晶闸管A的交流输入端并联构成U相交流输入端U_i，双向晶闸管V的交流输入端与双向晶闸管B的交流输入端并联构成V相交流输入端V_i，双向晶闸管U的交流输出端与双向晶闸管B的交流输出端并联构成U相交流输出端U₀，双向晶闸管V的交流输出端与双向晶闸管A的交流输出端并联构成V相交流输出端V₀，双向晶闸管W的交流输入端为W相交流输入端W_i，双向晶闸管W的交流输出端为W相交流输出端W₀，且双向晶闸管U/V/A/B/W均是由两个反向并联的单向晶闸管构成，以及双向晶闸管U/V/A/B/W的门极均与互锁触发电路的输出端电信号连接。

8.根据权利要求7所述的无触点起重机电机控制器，其特征在于：在无触点换向电路的交流输入端U_i、V_i、W_i与动力电源之间分别串接有断路器。

9.根据权利要求1所述的无触点起重机电机控制器，其特征在于：每个光耦反馈电路均包括：一光耦，与所述光耦中发光二极管反向并联的限幅二极管，上拉电阻和5V直流电源，所述光耦中三极管的集电极与对应光耦反馈电路的输出端电信号连接，所述光耦中三极管的发射极接地，且上拉电阻串接在5V直流电源与对应光耦反馈电路的输出端之间。

10.根据权利要求9所述的无触点起重机电机控制器，其特征在于：每个光耦反馈电路还包括限流电阻，所述限流电阻串接在与对应光耦反馈电路相对应的双向晶闸管的信号反馈端和限幅二极管的阴极端之间。

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