專利名稱：驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一個主電動機和至少一個執(zhí)行電動機，一直流中間電路，其通過電源整流器連接一交流電系統(tǒng)，其使中間電路可以在電動機操作期間向該至少一個執(zhí)行電動機和該至少一個主電動機提供電源，一控制單元，它適用于檢測和控制系統(tǒng)的工作，以及用于在電源出現(xiàn)故障的情況下啟動和執(zhí)行緊急操作，以及，一控制電源，它適用于從交流電源電壓中產(chǎn)生用于控制單元的正常直流電壓，該控制單元在緊急操作時通過附加電源從中間電路獲得其操作電壓。
在典型的驅(qū)動系統(tǒng)中，至少一個主電動機能以較大質(zhì)量運行，或者，該主電動機本身具有高度慣性矩。這類系統(tǒng)的其中一個例子是車床，在該車床中，主電動機轉(zhuǎn)動工作件，而執(zhí)行電動機提供切削刀具的移動。其它實例包括電動織布機、運輸機、升降機、軋機機組，等等。
本發(fā)明的這類系統(tǒng)的初始問題是難料的電源故障之后的操作。如果沒有使用特別的措施，則主電動機在電源故障情況下所操作的時間會比執(zhí)行電動機長，所以不太可能做到例如使切削刀具脫離工作件，而導致結(jié)構(gòu)損壞。同樣地，電動織布機會存在著斷線或者普遍會出現(xiàn)的安全問題。為了能夠安全地關(guān)閉系統(tǒng)，就必須一方面保持執(zhí)行電動機的電源電壓持續(xù)足夠的時間，另一方面須保證用于控制單元的正常直流電壓可維持足夠長的時間以有序方式終止緊急操作，例如，持續(xù)至執(zhí)行電動機完成了它們操作。
為了能夠關(guān)閉系統(tǒng)，提供了由控制單元所管理的緊急程序，在電源出現(xiàn)故障的情況下，它能啟動有序關(guān)閉流程，該流程通常將系統(tǒng)調(diào)校到一已設(shè)定、無損壞的原始狀態(tài)以重新啟動。根據(jù)系統(tǒng)和程序，該周期必須持續(xù)幾秒至約1分鐘的時間，即使在電源故障下亦必須在該周期中提供電源。
在已知的系統(tǒng)中，一旦檢測到電源故障，主電動機會由發(fā)電機制止并將所產(chǎn)生的能量饋入直流中間電路，在正常操作時該能量是通過功率整流器由一交流電系統(tǒng)提供的。執(zhí)行電動機可隨后在緊急操作期間從該電路獲取它們的電力。如有需要，制止電阻器可以連接著系統(tǒng)以便于相應的快速止動。
一般來說，控制單元是由控制電源來提供電源，該控制電源同時連接著交流電系統(tǒng)。為令控制單元的操作在電源故障情況下不受影響，應用24伏可充電電池作為備用電源；然而，該解決方案還是存在著缺陷，因為可充電電池的使用壽命有限。此外，備用操作之后要以避免局部放電和損壞結(jié)構(gòu)的方式切換斷開可充電電池是困難的。
在德國專利198 21 251 A1中所討論的這類驅(qū)動系統(tǒng)，已知該系統(tǒng)在出現(xiàn)干擾的情況下，即如果三相供電出現(xiàn)電力故障，控制單元由直流/直流電變壓器來提供電源，該變壓器的輸入施加到中間電路，并且其輸出施加到控制單元的獨立輸入。但是，有關(guān)控制單元電源的詳細討論，特別是有關(guān)電壓供應之間的切換并不能從該文件中推導出來。
采用類似的方式，可以從德國專利36 33 627 A1中了解到，可使用“耦合單元”在供電電壓出現(xiàn)故障或中斷的情況下由中間電路提供控制電壓電源。該文件并沒有包括有關(guān)控制電壓電源或者耦合單元的其它描述。
本發(fā)明的一個目的是提供一種通過執(zhí)行關(guān)閉系統(tǒng)的緊急程序，可用最簡單的方式來保證絕對安全的緊急操作的驅(qū)動系統(tǒng)。
這一目的可以采用開始時提及的那種驅(qū)動系統(tǒng)來獲得，在該系統(tǒng)中，根據(jù)本發(fā)明，用于產(chǎn)生緊急操作電壓的緊急電源連接中間電路，緊急操作電壓的電平處于控制單元額定的操作電流之下，控制電源和緊急電源的輸出一起施加在控制單元的電源電壓輸入，并且把該緊急電源的輸出電壓控制調(diào)節(jié)成緊急操作的電壓。
依靠本發(fā)明，在正常的操作中，系統(tǒng)的安全啟動也是有可能的，此外，它在電源故障的情況下可自動切換至由中間電路供電的控制單元的緊急電源上。
就特別經(jīng)濟的設(shè)計而言，如果緊急電源的熱量設(shè)計是為短時間操作而設(shè)，這是有利的。從這個意義上說，如果緊急電源的熱量設(shè)計是為短時間操作而設(shè)，而緊急操作的持續(xù)時間僅僅超過緊急操作的循環(huán)周期，就可將其額外地改進。
如果在緊急電源中提供至少一個溫度超標的感應器來關(guān)閉電源，則就為緊急電源提供了額外的保護，它被設(shè)定為低范圍以作持續(xù)輸出。
另一種可取方式是緊急電源具有一個附加的輸入電壓范圍，這是十分有效的，因為中間電路的電壓可被降下很多，特別是在系統(tǒng)減速時。
以下將結(jié)合附圖
所顯示的典型實施例更加詳細地解釋本發(fā)明及其其它優(yōu)點。這張示意圖以十分簡潔說明的方式表示了根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)。
在附圖中，驅(qū)動系統(tǒng)是以本發(fā)明的示范性實施例來加以說明的，該實施例包括以車床DRM作為機械核心工件。車床DRM具有一個主驅(qū)動電動機HMO，它通常是采用一個齒輪組來移動待加工的旋轉(zhuǎn)的工件WST。為了能夠一方面執(zhí)行切削刀具DME對準車床DRM的移動；以及另一方面的進給移動，配置了一般為伺服電動機的第一執(zhí)行電動機SM1和第二執(zhí)行電動機SM2。
如以下所討論的方式，電動機的電壓是由交流電或者三相系統(tǒng)DSN提供。在來自三相電流的情況下，整流器GLR產(chǎn)生中間電路的直流電壓，例如適用于中間電路ZWK的600V。另一選擇是可將一個升壓截波器在負荷的一方連接整流器，或者，可提供晶閘管整流器，該晶閘管整流器可具有能量恢復功能以取代整流器。變壓器WA1可以用來自中間電路ZWK的直流電壓來產(chǎn)生例如用于主電動機HMO為三相電流機械設(shè)備的三相交流電壓，或用于主電動機為直流電壓機械設(shè)備的相應的直流電壓。
采用類似的方式，執(zhí)行電動機SM1和SM2可以由中間電路ZWK通過變壓器WA2和WA3供電，其中變壓器可以是直流/直流或者直流/交流電變壓器。
可以使用控制單元STE來檢測和控制該系統(tǒng)。此控制器STE可，例如，包含著一個或多個微處理器，通過輸入設(shè)備ENG，例如，接口、線路、按鍵等等，來接收有關(guān)系統(tǒng)的當前實際狀態(tài)的信息，例如，有關(guān)電流、電壓、速度、空間坐標、溫度、等等。適當?shù)某绦蚩梢酝ㄟ^諸如變壓器WA1、WA2和WA3來控制系統(tǒng)的操作，例如，生產(chǎn)的序列以及在電源出現(xiàn)故障期間關(guān)閉系統(tǒng)的背景下的緊急操作的執(zhí)行。
在正常的操作過程中，控制單元STE是由控制電源SBN的電壓來提供電壓，該電源DSN[sic]，例如，3×400或者1×230V，可以產(chǎn)生穩(wěn)壓或穩(wěn)定的24V輸出電壓UB。
然而，也為控制單元提供了另一緊急電源NNT，該電源采用直流/直流電變換器的方式來形成，且它的輸入向中間電路ZWK施加電壓，在這例中為600伏直流電壓。緊急電源NNT的輸出也被調(diào)節(jié)，但僅至指定的緊急操作電壓UB’，而這是十分重要，即低于控制器STE的額定電壓UB至例如23V。
在正常的操作過程中，中間電路可以由電源DSN通過整流器GLR來供電，在電源故障和緊急操作啟動的情況下，由于其質(zhì)量而在發(fā)電機止動模式下持續(xù)運行的主電動機HMO會向中間電路ZWK供電，那時變壓器WA1會以相反的方向工作。在這種背景下，包括例如多個高負載電阻器的制動電阻器HLR可以通過由控制器STE所驅(qū)動的保護STZ來中斷中間電路ZWK，以便于保證主電動機HMO能夠足夠快的止動。當然，系統(tǒng)的多個電動機在止動操作過程中都可以將其能量饋入至中間電路ZWK，作為發(fā)電機電源。
只要中間電路有足夠高的電壓，緊急電源NNT可以提供控制單元STE所需的操作電壓，隨后用作23V的緊急電壓UB，且能毫無問題地進行持續(xù)如30秒的緊急操作即關(guān)閉系統(tǒng)。
因為緊急操作僅持續(xù)一個短時間，所以可將緊急電源NNT的熱力設(shè)計為用于短時間操作，操作的時間只需要超過緊急操作的時間。因此，緊急電源NNT可以設(shè)計為非常經(jīng)濟；例如，冷卻元件或繞組材料的成本都可以明顯減少。
本發(fā)明的另一優(yōu)點是緊急電源NNT可以較容易地構(gòu)造成可附加輸入電壓范圍。因為緊急電源NNT只需要短暫的操作時間，它的效率程度不是十分重要，根據(jù)這原理，所提供的電源盡管具有較大的電源損耗，但是仍可使用較寬的輸入電壓范圍以滿足上述目的。特別是在低電壓時，這種較寬的輸入電壓范圍是十分重要的，因為在系統(tǒng)減速的過程中中間電路電壓會下降很多。因此，在這背景下，也可能使用一獨立的變壓器，它并不適合持續(xù)操作，因為在持續(xù)工作中，變壓器，次級整流和次級電解電容器的紋波電流負載都會引起熱量問題。
由于緊急電源NNT可以調(diào)節(jié)成緊急電源電壓US’＜US，這就保證了在正常操作條件下在緊急電源NNT中不會產(chǎn)生功率損耗。緊急電源NNT的電壓調(diào)節(jié)器，其以直流/直流電變壓器的方式來制成，只有當控制電源SBN不能夠保持它的輸出電壓UB，例如，在上述的實例中下降至低于23V，才會向上調(diào)節(jié)功率傳輸。
在緊急電源NNT中至少使用了一個溫度超標感應器，例如，在諸如電力半導體器件之類的關(guān)鍵部件上，以防止控制電源在其斷電或無意的關(guān)閉的情況下受到損壞。
緊急電源NNT也只需要很少的干擾抑止措施，因為它只在一個短暫的時間操作，并且這并不常發(fā)生。這就進一步節(jié)省了成本。
控制器在正常操作中由電源DSN提供電能，在緊急操作中則由中間電路ZWK提供電能，這確保在所需的緊急操作之外，也確保了當系統(tǒng)接通時，例如整流器GLR的部件能通過控制器STE控制的保護(未顯示)切換至主電源。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一個主電動機(HMO)和至少一個執(zhí)行電動機(SM1，SM2)，一直流中間電路(ZWK)，它通過一個電源整流器(GLR)連接交流電系統(tǒng)(DSN)，其使中間電路可在電動機操作期間向該至少一個執(zhí)行電動機和該至少一個主電動機提供電能，一控制單元(STE)，用于檢測和控制系統(tǒng)的操作，以及用于在電源出現(xiàn)故障的情況下啟動和執(zhí)行緊急操作，以及，一控制電源(SBN)，用于從一個交流供電電壓中產(chǎn)生用于控制單元的正常直流電壓，該控制單元通過附加電源從中間電路獲得它的工作電壓；其特征在于，用于產(chǎn)生一個緊急電源電壓(UB’)的緊急電源(NNT)，連接中間電路(ZWK)，緊急電源的電壓電平低于控制單元(STE)額定的操作電壓(UB)，控制電源(SBN)和緊急電源的輸出一起施加至控制單元的電源電壓輸入，并且緊急電源的輸出電壓調(diào)節(jié)器可調(diào)節(jié)至緊急電源電壓(UB’)。
2.如權(quán)利要求1所述驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述緊急電源(NNT)的熱量被設(shè)計為用于短時間操作。
3.如權(quán)利要求2所述驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述緊急電源(NNT)的熱量被設(shè)計為用于短時間操作，該短操作持續(xù)時間僅超過緊急操作的運行時間。
4.如權(quán)利要求1至3中任一所述驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，在所述緊急電源(NNT)中設(shè)置至少一個溫度超標感應器，以關(guān)閉系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一所述驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述緊急電源(NNT)具有另一輸入電壓范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有至少一個主電動機(HMO)和至少一個執(zhí)行電動機(SM1，SM2)的驅(qū)動系統(tǒng)，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括直流中間電路(ZWK)，在該系統(tǒng)中，主電動機以發(fā)電機模式進行減速操作期間向中間電路供電；控制單元(STE)用于監(jiān)測和控制操作以及在電源故障時啟動和執(zhí)行緊急操作；和控制電源(SBN)。用于產(chǎn)生緊急電源電壓(U
文檔編號H02P3/06GK1636311SQ03804254
公開日2005年7月6日 申請日期2003年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月22日
發(fā)明者H·斯維格特, H·維因枚厄, N·凱色 申請人:奧地利西門子股份有限公司