專利名稱：制動模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于異步電機(jī)尤其是用于在圓形鋸中驅(qū)動鋸條的異步電機(jī)的制動模塊。此外本發(fā)明還涉及用于制動異步電機(jī)的一種相應(yīng)的方法。
為了制動一個圓形鋸的鋸條，已知有不同的可能性。在一個所謂的彈簧壓力-單片制動器中，為了制動，將一個摩擦盤對著電機(jī)法蘭盤壓住，使得鋸條通過機(jī)械摩擦被制動。
另外，已知有對于在圓形鋸中一般用來驅(qū)動鋸條的異步電機(jī)進(jìn)行電制動的不同方法，特別地如所謂的直流制動器和反向電流制動器。在直流制動器中，經(jīng)常也被稱為定子繞組(Staenderwickung)的異步電機(jī)的定子繞組(Statorwicklung)與通常具有三相線的工作電壓供電是隔開的，并在兩個定子繞組上施加一個直流電壓。通過在定子繞組中流過的直流電，在轉(zhuǎn)子(Rotor)內(nèi)部產(chǎn)生一個直流磁場，通過該磁場，由于通常也被稱為轉(zhuǎn)子(Laeufer)的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)子繞組中感生出一個電壓。這時自調(diào)整的轉(zhuǎn)子電流通過直流磁場形成用于異步電機(jī)制動的制動力矩。
在反向電流制動器中，電機(jī)從三相電流網(wǎng)斷開，并在兩個定子繞組的導(dǎo)線極性變換后重新閉合。由此旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)，而首先保持轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向。其中由于異步電機(jī)與旋轉(zhuǎn)磁場相反地被驅(qū)動，流過一個很大的轉(zhuǎn)子電流，并且轉(zhuǎn)子試圖改變其旋轉(zhuǎn)方向，以跟隨旋轉(zhuǎn)磁場。因此轉(zhuǎn)子在制動之后，只要在達(dá)到零轉(zhuǎn)數(shù)時沒有斷開，就會改變旋轉(zhuǎn)方向。
因?yàn)樵趫A形鋸中出現(xiàn)了由不同的轉(zhuǎn)數(shù)(3000至6000轉(zhuǎn)/秒)和不同的鋸條直徑(250至450毫米)而產(chǎn)生的非常不同的慣性矩，所以對制動模塊的要求很高。盡管有不同的慣性矩，制動過程必須平穩(wěn)而無噪聲，并且不允許是斷斷續(xù)續(xù)的。現(xiàn)有的制動模塊不能滿足這些要求。機(jī)械制動器噪聲大、難于控制，并容易磨損。按照直流制動方法來制動的電制動器使用一個固定調(diào)節(jié)的制動電流，使得與要制動的慣性矩有關(guān)的制動過快或過慢。按照反向電流制動器方法工作的制動模塊，同樣與慣性矩有關(guān)而無法控制，并且制動非常不連貫。
因此本發(fā)明的目的在于，提供一種用于異步電機(jī)，特別用于一種以異步電機(jī)來驅(qū)動鋸條的圓形鋸的制動模塊，它能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)而無噪聲的制動。本發(fā)明的目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的一種制動模塊來解決。
本發(fā)明出于這樣一種思路借助于在至少一個定子繞組處測得的剩磁電壓，流過施加了直流電壓的定子繞組的制動電流可以這樣來控制，使得平穩(wěn)的制動可以實(shí)現(xiàn)。對于剩磁電壓，可以理解為一個施加到定子繞組上的電壓，該電壓由在定子的磁場中旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子在定子繞組內(nèi)感應(yīng)生成。它通常也被稱為反EMK(電動勢)。剩磁電壓可以在制動過程中被一次或多次地測量，與這一剩磁電壓相關(guān)地，可以這樣來調(diào)節(jié)或控制制動電流，使得異步電機(jī)在一個預(yù)定的時間內(nèi)被制動，而與由異步電機(jī)所驅(qū)動的部件的慣性矩的大小無關(guān)。根據(jù)EN1870-1規(guī)定對圓形鋸的要求，制動時間必須小于10秒。這一要求可以利用本發(fā)明所述的模塊，在具有不同的直徑和/或質(zhì)量和/或轉(zhuǎn)數(shù)的不同的鋸條下中得以滿足。在實(shí)際的實(shí)現(xiàn)中，制動時間達(dá)到3至9秒之間。
根據(jù)本發(fā)明的制動模塊的具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中給出。
在根據(jù)權(quán)利要求3的特別具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例中，首先對于具有不同電動機(jī)功率和/或工作電壓的不同異步電機(jī)，并且/或者對于不同的要驅(qū)動的部件，例如對于不同的鋸條，測量在緊鄰制動之前或制動期間出現(xiàn)的剩磁電壓并得出適合的制動程序。在這樣的制動程序中，確定了一個指定的電動機(jī)或一個指定的要驅(qū)動的部件必須如何被制動，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的制動，即必須以什么樣的制動電流來制動。該制動程序存儲在一個存儲器中，并可以在工作期間被調(diào)用。其中制動程序的選擇取決于所使用的電動機(jī)，這作為制動模塊中的調(diào)整可以被預(yù)調(diào)，并且/或者取決于在緊鄰制動之前或制動期間測得的剩磁電壓。
在根據(jù)權(quán)利要求4的具有優(yōu)點(diǎn)的改進(jìn)中，不與所用的電動機(jī)和/或與測得的剩磁電壓有關(guān)地選擇一種完全的制動程序，它包含在整個制動時間內(nèi)對制動電流的控制，而只與當(dāng)時的被測剩磁電壓有關(guān)地從存儲器中選擇與之相適應(yīng)的制動電流。因?yàn)榭梢源_定的時間間隔對剩磁電壓進(jìn)行多次測量，所以可在每次測量后重新對制動電流進(jìn)行個別的理想的調(diào)整。
根據(jù)權(quán)利要求6的可選實(shí)施例，制動電流的調(diào)整也可以適應(yīng)性地實(shí)現(xiàn)與起作用的被測剩磁電壓的相關(guān)。這意味著，不要求在運(yùn)行前測出不同的電動機(jī)和/或不同的慣性矩，以確定適合的制動程序或需要的制動電流并將其以表格方式存儲在存儲器中。而是在制動過程期間對剩磁電壓進(jìn)行多次適應(yīng)性的測量，由此，并在給定情況下通過調(diào)整過的電動機(jī)數(shù)據(jù)來確定制動電流必須有多大，以實(shí)現(xiàn)希望的制動動作。為此，根據(jù)本發(fā)明具有一個適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)環(huán)路。
在根據(jù)權(quán)利要求7的具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例中，為制動而施加到至少兩個定子繞組上的直流電壓，由工作電壓，即通常由一個交流電壓經(jīng)過整流而產(chǎn)生。根據(jù)這一實(shí)施例，在執(zhí)行制動過程之前，測量在一個定子繞組處的剩磁電壓，并檢驗(yàn)剩磁電壓的幅度是否在一個預(yù)定的閾值之下，以及向著自振蕩二極管的剩磁電壓的極性是否正確。如果上述條件滿足，則通過施加直流電壓來執(zhí)行制動。
本發(fā)明還涉及一種圓形鋸，特別是一種標(biāo)準(zhǔn)圓形鋸，它具有本發(fā)明所述的制動模塊。此外本發(fā)明還涉及一種用來制動異步電機(jī)的方法，如權(quán)利要求13中所給出的。該圓形鋸和該方法可以根據(jù)本發(fā)明，并通過如制動模塊的相應(yīng)方法來進(jìn)一步改進(jìn)。
下面根據(jù)附圖
中所示的用于圓形鋸的如本發(fā)明所述的制動模塊的電路框圖來詳細(xì)說明本發(fā)明。
一個圓形鋸?fù)ǔ＞哂幸粋€異步電機(jī)，在電路框圖中表示了它的三個定子繞組U、V、W。它們在工作狀態(tài)下由一個三相電流網(wǎng)通過三根三相導(dǎo)線L1、L2、L3來供電，為此，開關(guān)S1、S2、S3位于以點(diǎn)來表示的位置上。為了能夠以星形連接和三角形連接來驅(qū)動異步電機(jī)，設(shè)置有開關(guān)裝置3，它們由一個中央控制單元12通過一個星形接觸器和一個三角形接觸器(輸出端A2、A3)以(沒有表示出來的)開關(guān)裝置來控制。為了制動電動機(jī)，使繞組U、V、W與導(dǎo)線L1、L2、L3相分離，借助于一個受控制單元12控制的繼電器1將開關(guān)S1、S2、S3設(shè)置在所示的位置。
在制動情況下，一個直流電壓被施加在定子繞組U、V上，為此，開關(guān)S4、S5借助于一個受控制單元12控制的制動繼電器而被閉合。為此可以使用由一個已知直流電源供給的直流電壓，其中流過定子繞組U、V的制動電流必須是可控的?？蛇x地，如在所示情況下也可以使用一個交流電壓，例如通過三相電流網(wǎng)的導(dǎo)線L1和L2來供電，交流電壓連接到接線G1、G2上，并轉(zhuǎn)化為已整流的電壓。為此，在上述情況下設(shè)置有一個電容C，兩個壓敏電阻4、7，以及一個通過一個電阻61可以由控制單元12控制的可控硅整流器6(或者可選地還具有一個自振蕩二極管)。它們也導(dǎo)致電壓峰值的截?cái)唷?br> 為了控制制動電流，在接線G2和定子繞組V之間的連接導(dǎo)線中還具有另外一個可控硅整流器5，它通過一個電阻8可以由控制單元12來控制。由此，流過這段導(dǎo)線的制動電流，特別是其電流強(qiáng)度和持續(xù)時間，可以被控制，這對制動電流的強(qiáng)度和持續(xù)時間有著影響。
此外，在輸入端E1處連接有一個合閘/斷路開關(guān)，它通過一個電位隔離P1與控制單元12相連接。在輸入端E2處連接有一個電動機(jī)接觸器，它同樣通過一個電位隔離P2與控制單元12相連接。在輸入端E3處連接有一個交流電壓供電，例如24V AC，由該交流電壓通過一個變壓器T和一個整流器G對控制單元12和其它元件以直流電壓來供電。在輸入端E4處連接有一個用于獲取電動機(jī)繞組溫度的元件，例如一個PTC，它用于保護(hù)電動機(jī)使之免于過熱。該輸入端E4這樣來設(shè)置，使得也可以耦合一個第二電動機(jī)。
此外還具有串行接口E5、E6，作為用于與機(jī)器控制進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換的通信接口。由此也可以實(shí)現(xiàn)制動模塊的出錯顯示，以完全避免在出錯情況下電動機(jī)的起動，這對于鋸電機(jī)特別有意義。另外，在接口E5、E6上通過與機(jī)器控制的數(shù)據(jù)交換可以實(shí)現(xiàn)制動參數(shù)對各自的工具直徑的自動匹配，這樣就總是保證了平穩(wěn)的制動。
輸出端A1至A4處分別通過一個(沒有表示出來的)開關(guān)元件，例如通過一個繼電器和/和一個熔斷器，并且分別通過一個電位隔離13和16與控制單元12相連接，在輸出端A1至A4處具有不同的保護(hù)裝置，如一個電動機(jī)接觸器閉塞裝置(輸出端A1)，一個星形接觸器(A2)，一個三角形接觸器(A3)，以及一個溫度繼電器(A4)。為了選擇星形或三角形接觸器，并為了合適地起動，設(shè)置有一個相應(yīng)的星形-三角形-起動模塊18。此外借助于一個與控制單元12相耦合的橋式場-電動機(jī)選擇塊19，可以對于確定的功率做出一個粗略的參數(shù)預(yù)選。
為了獲得剩磁電壓，設(shè)置有一個與控制單元12相連的測量單元9。由該測量單元9可以通過電阻10測得定子繞組U處的剩磁電壓，通過電阻11測得定子繞組W處的剩磁電壓。
下面更詳細(xì)地說明本發(fā)明所述制動模塊的制動過程。電動機(jī)功率及電動機(jī)的工作電壓在控制單元12中以適當(dāng)?shù)姆椒▉碚{(diào)節(jié)或存儲。當(dāng)通過操縱鋸的斷路開關(guān)來進(jìn)行制動過程時，(沒有表示出來的)電網(wǎng)接觸器首先進(jìn)入靜止位置。其中通過開關(guān)S1、S2、S3的切換來使定子繞組U、V、W與三相電流網(wǎng)L1、L2、L3相隔離。一旦得知電網(wǎng)接觸器的靜止位置，就由測量裝置9通過電阻10對定子繞組U處的剩磁電壓進(jìn)行測量。其中剩磁電壓的相位和幅度在控制單元12中進(jìn)行分析。如果剩磁電壓的幅度在一個預(yù)定的閾值之下(例如小于70V)，并且剩磁電壓的相位與可控硅整流器6的極性一致，則開始制動過程，為此開關(guān)S4、S5被閉合。此外，其中星形級起作用，即定子繞組U、V、W以星形連接工作。
應(yīng)該執(zhí)行的制動程序與預(yù)調(diào)的電動機(jī)功率和工作電壓有關(guān)地從一個存放在控制單元12的存儲器17中的表中選擇。其中不同的制動程序?qū)τ诓煌碾妱訖C(jī)以表格的形式來存放。其中制動電流首先傾斜地上升到一個第一預(yù)定高度。該制動電流持續(xù)上升直到剩磁電壓達(dá)到一個第一閾值。在沒有供給直流電壓的定子繞組W處，在該處測量剩磁電壓并由測量裝置9通過電阻11來監(jiān)控該閾值是否達(dá)到。當(dāng)達(dá)到剩磁電壓的第一閾值時，制動電流下降到一個第二預(yù)定電流值，直到達(dá)到在定子繞組W處的剩磁電壓的一個第二閾值。這種采用分級方式的制動電流下降與剩磁電壓的閾值有關(guān)，并常?？梢愿鶕?jù)希望的分級高度和分級數(shù)目任意地實(shí)現(xiàn)，直到一個沒有表示出來的停止監(jiān)控裝置報(bào)告電動機(jī)的停止。
利用本發(fā)明所述的制動模塊可以在一段預(yù)定的制動時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)與直接被驅(qū)動部件的慣性矩?zé)o關(guān)的平穩(wěn)而無噪聲的制動。
本發(fā)明所述的制動模塊也可以這樣來實(shí)施，在存儲器17中不存放確定的制動程序，而只存放與測得剩磁電壓有關(guān)的制動電流。在制動操作期間，在確定的時間間隔內(nèi)分別測量剩磁電壓，并從存放在存儲器中的表中分別讀取合適的制動電流，該制動電流通過電阻8在可控硅整流器5處被調(diào)節(jié)。
此外還可以具有一種適應(yīng)性的規(guī)定，其中存儲器17以及用于不同電動機(jī)和/或剩磁電壓的制動電流和/或制動程序的確定可以取消。其中由測得的剩磁電壓根據(jù)一種適當(dāng)?shù)乃惴ǖ贸鲂枰闹苿与娏?，該制動電流可以通過可控硅整流器來進(jìn)行調(diào)節(jié)。在該算法中也可以隨之引入電動機(jī)功率和希望的制動時間。
在所示實(shí)施例中另外具有兩個用于附加的電壓和相位監(jiān)測的電阻20、21。電阻20、21被連接到接線G1和相U之間，或者接線G2和相V之間的連接導(dǎo)線上，并且接入控制單元12。在一方面這樣做可以檢查當(dāng)前電壓有多高，從而由測得的電壓高度中得到制動曲線校正。由此可以對根據(jù)測得的剩磁電壓而調(diào)節(jié)的制動曲線產(chǎn)生附加的影響。
附加地，借助于電阻20、21也可以在所述的連接導(dǎo)線中實(shí)現(xiàn)相位檢測。因此在電壓位于錯誤的相位位置或相位完全缺失時，可以徹底避免例如電動機(jī)的加速。
本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制。關(guān)于具體的實(shí)施例可以考慮很多的變形。特別地，異步電機(jī)可以具有多于三個的定子繞組，或設(shè)計(jì)為單相的電動機(jī)。直流電壓的產(chǎn)生和為此而應(yīng)用的元件，以及用于調(diào)節(jié)制動電流和測量剩磁電壓的元件也可以改變。
權(quán)利要求
1.用于異步電機(jī)的制動模塊，具有開關(guān)裝置，用來將異步電機(jī)的定子繞組與工作電壓供電相隔離，并且為了制動異步電機(jī)，將一個直流電壓施加到至少兩個定子繞組上，具有一個測量單元，用于在至少一個定子繞組處測量剩磁電壓，并具有一個控制單元，用于與測得剩磁電壓有關(guān)地控制為制動而流過被施加直流電壓的定子繞組的制動電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制動模塊，其特征在于，測量單元被設(shè)置來控制制動電流，用于在有規(guī)律的時間間隔內(nèi)測量剩磁電壓。
3.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的制動模塊，其特征在于，控制單元被設(shè)置來借助于事先存放在存儲器中的對于不同的異步電機(jī)和/或要驅(qū)動的部件進(jìn)行測量的制動程序，對制動電流進(jìn)行控制，其中根據(jù)測得的剩磁電壓和/或已調(diào)節(jié)的電動機(jī)功率來選擇制動程序。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的制動模塊，其特征在于，控制單元被設(shè)置來根據(jù)實(shí)際測得的剩磁電壓，選擇對于不同的剩磁電壓存放在存儲器中的制動電流。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的制動模塊，其特征在于，控制單元被設(shè)置來以分級的方法改變制動電流。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的制動模塊，其特征在于，控制單元被設(shè)置來根據(jù)實(shí)際測得的剩磁電壓，對制動電流進(jìn)行適應(yīng)性的調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的制動模塊，其特征在于，控制單元被設(shè)置來在進(jìn)行制動過程之前，對一個第一定子繞組處的剩磁電壓進(jìn)行測量，并且開關(guān)裝置被設(shè)置來將定子繞組與工作電壓供電隔開，并且在剩磁電壓的相位與用于產(chǎn)生直流電壓的工作電壓一致時，供給由工作電壓產(chǎn)生出的經(jīng)整流的直流電壓。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的制動模塊，其特征在于，用于監(jiān)測靜止?fàn)顟B(tài)的裝置，用于星形-三角形切換的裝置，以及用于監(jiān)測電動機(jī)的繞組溫度的裝置被集成在制動模塊中。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的制動模塊，其特征在于，控制單元被設(shè)置來使電動機(jī)在少于10秒之內(nèi)制動。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的制動模塊，其特征在于，制動模塊和一個均調(diào)起動模塊被集成在一個緊湊的單元中。
11.根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的制動模塊，其特征在于，具有用于制動電流校正和/或用于相位監(jiān)測的裝置。
12.圓形鋸，特別是標(biāo)準(zhǔn)圓形鋸，具有一個根據(jù)以上權(quán)利要求之一所述的制動模塊。
13.用于制動異步電機(jī)的方法，其中為了制動，將異步電機(jī)的定子繞組與工作電壓供電隔開，并將直流電壓施加到至少兩個定子繞組上，其中在至少一個定子繞組處測量剩磁電壓，并且其中根據(jù)測得的剩磁電壓，來控制為了制動而流過供給直流電壓的定子繞組的制動電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于異步電機(jī)的制動模塊，該模塊特別用于圓形鋸。本發(fā)明的目的是獲得盡可能平穩(wěn)而無噪聲的與被驅(qū)動部件的慣性矩?zé)o關(guān)的制動過程。根據(jù)本發(fā)明，提供了用于使異步電機(jī)的定子繞組(U，V，W)與工作電壓供電(L1，L2，L3)隔開，并用于將直流電(G1，G2)施加到至少兩個定子繞組(U，V)上來制動異步電機(jī)的開關(guān)裝置(1，2，3，S1－S5)，一個用于測量至少一個定子繞組處的剩磁電壓的測量單元(9)，和用于根據(jù)測得的剩磁電壓來控制制動電流的控制單元(12)。上述制動電流流過定子繞組來制動，其中直流電施加于上述繞組。在本發(fā)明另外的實(shí)施例中，制動電流的控制通過自適應(yīng)或借助于一個給定的值的表來實(shí)現(xiàn)。
文檔編號H02P3/18GK1419736SQ01807006
公開日2003年5月21日 申請日期2001年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月23日
發(fā)明者維爾夫里德·阿爾騰朵夫, 卡斯藤·巴納, 托馬斯·斯蒂勒, 夫蘭茲·科施 申請人:威爾海姆-阿爾坦道夫兩合公司, 彼得電子兩合公司