專利名稱：控制耗電設備的接口電路以及控制電機的電路系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及控制耗電設備的接口電路，尤其是控制變極三相異步電機的接口電路，該接口電路具有設置在傳遞交流電壓信號的信號線上的第一接觸元件，該第一接觸元件用于產生至少兩種不同的控制信號。本發明還涉及用于控制電機，尤其用于控制變極三相異步電機的電路系統，該電路系統包括一個具有前述接口電路的控制開關元件，該控制開關元件通過信號線與電機控制裝置相連。
背景技術：
眾所周知，控制開關和電機之間的控制信號是通過信號線來傳遞的。每一根電線對應一個待傳遞的控制信號。該控制信號通過信號線上的電壓的有或無來區別。這兩種信號狀況中的一個信號狀況可以實現如“電機順時針旋轉”的功能。
在控制變極三相異步電機的情況下，各個控制信號相互組合例如可以產生如下的功能，如“慢速向右旋轉，”“慢速向左旋轉”“快速向左旋轉”，“快速向右旋轉”。這樣，通常三個控制信號如“向右”“向左”“快”就由一個控制開關產生。如果控制導線上沒有實現控制信號“快”的電壓，三相異步電機就按照其他的控制信號確定的轉動方向進行慢速旋轉。如果一個裝置的多個軸利用相應的三相電機進行馬達驅動，那么就必須由與軸的數量相一致的控制開關產生其他的控制信號。對于具有三軸的裝置，例如起重機，它的起升結構、起重機小車、起重機橫梁都是通過三相異步電機來驅動的，那么此時就需要九個信號，因此還需要附加于基準電位導線的九根導線。利用該系統，由于信號線的數量多，就產生了較高的成本和較高的布線費用。
在以不同控制信號的形式保存信息量時，用于降低所需信號線數量的通常的方法是將并行信號轉換為串行信號。現有技術中，已經披露了多種串行傳輸方法，從PC技術中的RS232-接口技術直到總線系統技術，都可以使控制信號更快速、安全地傳輸。但是，將并行控制信號轉換為串行控制信號，以及之后為應用于控制過程將串行控制信號轉換回并行控制信號會使費用增加。而且，控制信號的誤差診斷在串行傳輸時比并行傳輸時更為困難。
發明內容
因此，本發明的目的在于，提出一種用于控制電機的接口電路以及電路系統。該接口電路以及電路系統可以相對降低并行傳輸時所需的信號線的數量，同時可以使誤差診斷比較簡單。
該目的通過具有權利要求1所述特征的接口電路和和具有權利要求5所述特征的用于控制電機的電路系統實現。
本發明提出了一種用于控制耗電設備，尤其是控制變極三相異步電機的接口電路，該接口電路具有對應于傳遞交流電壓信號的信號線設置的第一接觸元件，該元件用于產生至少兩種不同的控制信號，這樣可以實現一個尤其簡單的電路，即將一個編碼二極管串聯連接在信號線中的第一接觸元件之前或者之后，并且與該編碼二極管并聯設置一個第二接觸元件，這樣根據第一接觸元件和第二接觸元件的狀態，就可以產生三個不同的控制信號。這樣，控制變極三相異步電機時，只需要一個簡單的二級管和另外一個具有多個接觸元件的開關元件。由此，現在用一根數據導線不僅可以傳遞信息“開”或者“關”，而且可以傳遞三種狀態信息“開”、“半波”或“關”。每一個變極三相異步電機因此可以節省一根信號線，進而節省1/3的材料和配線費用。誤差診斷如在并行傳輸中那樣，可以利用簡單的電壓表進行。
在特別簡單的實施例中，可以這樣提供后續的控制信號，即打開第一接觸元件和打開第二接觸元件，產生一個“關”的控制信號，閉合第一接觸元件和打開第二接觸元件，產生一個“半波”的控制信號，該“半波”信號表現為在信號線上傳輸交流電壓信號的半波，閉合第一接觸元件和閉合第二接觸元件產生一個“開”的控制信號，該“開”信號表現為在信號線上傳輸完整的交流電壓信號。
該接口電路尤其適合用于耗電設備，該耗電設備此處設計為變極三相異步電機。相應于一個編碼二級管設置了具有第一接觸元件的第一按鈕，用于實現向左旋轉功能，以及具有第一接觸元件的第二按鈕，用于實現向右旋轉功能；對應于第一按鈕和第二按鈕設置了一個共用的第二順序開關接觸元件，用于實現快速轉動功能。這樣，可以節省接觸元件。第一接觸元件然后和信號線的第一芯線相連，第二接觸元件和信號線的第二芯線相連。
在該接口電路中，無需額外的布線開銷就可以將一個緊急關閉開關簡單地接在第一和第二接觸元件之前。
接口電路也可以應用在一個用于控制電機，尤其是控制變極三相異步電機的電路系統中。接口電路集成到控制開關元件中，該開關元件通過信號線和電機的電機控制裝置相連。電機控制裝置分為電機開關和信號解碼器兩部分。電機開關和電機相連，用于控制電機，信號解碼器處理來自接口電路、通過信號線傳輸的信號，以繼續轉發到電機開關。
以下結合附圖示出的兩個實施例對本發明所述的接口電路和控制電路進行詳細說明。如圖所示
圖1示出了根據本發明的接口電路的應用例的示意圖；圖2示出了根據本發明的接口電路的電路圖；圖3示出了根據本發明的接口電路產生的三個不同的控制信號；圖4示出了根據本發明的接口電路的第一實施例的電路圖；圖5示出了根據本發明的接口電路的第二實施例的電路圖。
具體實施例方式
圖1示出了根據本發明的接口電路20的應用的例子，該接口電路用于控制起重機的起升結構的電機3。圖中主要示出了控制開關元件1，電機控制裝置2和設計為變極三相異步電機的電機3，該電機可以在兩個相反的轉動方向上(提升和下降)并用兩個速度驅動圖中未示出的起升結構。電機控制裝置2包括用于控制電機3的電機開關2a和用于分析控制開關元件1的控制信號19a，19b，19c的信號解碼器2b(參見圖3)。控制開關元件1通過信號線4和電機控制裝置2相相連，該控制裝置2的一側通過電機導線5和電機3相連，尤其與圖中未示出的三相異步電機3的繞阻圈相連。
控制開關元件1具有多個手動操作的開關元件，所述開關元件設計為帶有刻槽的開關8，用于“緊急關閉”功能，雙級的第一自動復位按鈕6，用于“向左旋轉”的旋轉方向，以及同類型的第二個按鈕7，用于“向右旋轉”的旋轉方向。利用按鈕6，7，操作人員可以有選擇地控制電機3的旋轉方向為“向左旋轉”或者“向右旋轉”，利用各按鈕6，7的第二級可以控制加快電機3的速度。
圖2中示出了根據本發明的按鈕6或者7的接口電路20的電路圖，該電路基本由編碼二級管10和按鈕6或者7的兩個可切換的接觸元件6a，7a，和6b，7b組成。編碼二級管10設置在信號線4上，該信號線引至電機3的電動控制裝置2。在信號線4上有一個交流電壓信號21，該信號可以由接口電路20轉換為三個不同的控制信號19a，19b，19c。然后這些控制信號19a，19b和19c使電機3產生了所希望的功能“向左旋轉”，“向右旋轉”，“慢速”和/或“快速”。為了分析控制信號19a，19b，19c，在電機3的范圍內設置了信號解碼器2b。
為了產生控制信號19a，19b，19c，第一接觸元件6a或者7a串聯于解碼二級管10之后。第二接觸元件6b或者7b與解碼二級管10并聯。這兩個接觸元件6a，7a，和6b，7b例如可以集成到設計為多級開關的按鈕6，7中，接觸元件6b，7b相應地設計為順序開關接觸元件。
根據本發明的接口電路20所產生的控制信號19a，19b，19c如圖3所示。當打開第一接觸元件6a，7a和第二接觸元件6b，7b時，產生第一個控制信號19a“關”，這樣，在信號線4上交流電壓6不會沿電機控制裝置2的方向傳遞。當打開第二接觸元件6b，7b并且合上第一接觸元件6a，7a時，產生第二個控制信號19b“半波”。交流電壓信號21因此通過解碼二級管10傳送，它的下半波將被濾去。如果這時也合上第二接觸元件6b，7b，交流電壓信號21將繞過解碼二級管10。交流電壓信號21可以作為控制信號19c“開”完整地到達電機控制裝置2。
圖4示出了根據本發明在應用于圖1中的接口電路的第一實施例電路圖。用附圖標記6到10表示的元件用于實現控制開關元件1的功能；用附圖標記11和12表示的元件用于實現信號解碼的功能，用附圖標記13到15表示的元件用于實現電機控制開關2的功能。
控制開關元件1將信號電壓例如24V交流電壓21(見圖2)傳輸到連接點9。通過“緊急關閉”開關8的常閉觸點8a，，操作者可以在緊急情況下中斷控制開關元件1的電壓，以避免信號輸出。
結合圖2，進一步對于根據本發明的接口信號從原理上進行詳細闡述，該信號利用編碼二級管10，通過用于“向右旋轉”的接觸元件6a和用于“向右旋轉”的接觸元件7a以及共用的順序開關器6/7b的共同作用而實現，其中，該順序開關器可以由按鈕元件6和7來控制。
當按下按鈕6的時候，首先開關元件6a閉合，這樣連接端9處的交流電壓21就通過編碼二級管10和閉合的觸點6a，接著傳輸到信號線4的第一芯線4a，然后傳輸到第四個解碼二級管12b，最后到達用于速度級別的繼電器線圈15，同時通過第一個解碼二級管11a傳送到用于向左旋轉的繼電器線圈13。由于編碼二級管10的極和第四個解碼二級管12b的極性方向相反，繼電器線圈15不會吸合，這是因為不可能有電流。編碼二級管10和第一個解碼二級管11a具有相同的極性，這樣，用于向左旋轉的繼電器線圈13在信號電壓21為正的電壓半波期間會產生電流。通過這種方式，用于向左旋轉的繼電器線圈13吸合，相應的三極觸點組13a閉合，這樣電機3就通過用于速度級“快”或者“慢”的其他繼電器線圈15的靜態觸點15a與三相電源16連接。靜態觸點15a最了使用于低速的電機繞組與三相電源相連接。在這種連接狀況下，編碼二級管10將濾掉信號電壓的負半波，但是，從放電的并聯連接的電容22向繼電器線圈13提供電流，這樣，觸點13a將保持閉合。觸點組13a的相序這樣連接，即使得可以調節三相異步電機3進行“向左旋轉”。
當繼續按下第一個按鈕6時，第二個開關級將使順序開關接觸元件6/7b閉合，這樣編碼二級管10就被跨接。通過這種方式，信號交流電壓21的兩個半波通過第一個按鈕6接入，這樣，不但用于向左旋轉的繼電器線圈13而且用于速度級別的繼電器線圈15都被供給電流，其中繼電器線圈15在信號交流電壓21處于負半波的期間被供電。這意味著，三極觸點組13a仍然處于閉合狀態，三極觸點組15a切換到工作位置，這樣用于使三相異步電機3快速旋轉的繞組被激勵。這樣使得電機3在“向左旋轉”和“快速”狀態下工作。
為了控制電機3在“向右旋轉”的狀態，與前述的用于按鈕6的相同操作方法操作按鈕7。這樣，在第一個開關級之中，接觸元件7a通過后接的信號線4的第二芯線4b、第二個解碼二級管11b控制帶有三極觸點組14a的用于向右旋轉的觸發器14，其中的三極觸點組14a接通用于“向左旋轉”的相序。當繼續按下按鈕7時，順序開關器6/7b閉合，這樣，用于速度級的繼電器線圈15又通過第三個解碼二極管12a將觸點組15切換到用于快速的位置。
因此，如圖4所示，例如具有兩個轉動方向“向左旋轉”，“向右旋轉”和兩個速度等級“快”和“慢”的三相異步電機3可以通過根據本發明的信號接口20來進行控制，其中節省了信號線，信號線4僅具有兩個信號芯線4a和4b，以及另外一根用于在控制開關元件1和電機控制裝置2之間饋入電壓信號的芯線(圖中未示出)，其中，許多應用中所需的“緊急關閉”功能無需使用其他附加的導線就可以集成到其中。
圖5中示出了如圖4所描述的接口電路20的另外一個可選實施例。用于速度等級的觸發器線圈15在順序接觸元件6/7b閉合期間，通過整流橋18整流的交流電壓來激勵，使觸點組15a從靜止位置切換到工作位置，即速度從“減速”切換到了“加速”。信號線的第一芯線4a和第二芯線4b中的電阻17a，17b引起的壓降避免了在接通狀態下僅接通信號交流電壓21的半波，也就是說，在接觸位置，在“慢”速度時，可以達到繼電器線圈15的吸合電壓。同時，利用電阻17a，17b的壓降，可以避免繼電器13和14之間的反饋。例如，當接觸元件6a閉合并且向用于向左旋轉的繼電器線圈13饋電時，電阻17b和17a的壓降防止了同時通過17b，17a，11b給繼電器線圈14提供足夠的吸合電壓。
根據本發明的應用的另外一個實施例，以已知的方式通過機械的固定或者附加接觸元件可以避免同時操作按鈕6和7使接觸元件13a和14a同時閉合，從而導致二個電源相的短路。
通過應用根據本發明的接口電路20，在如圖所示的情況下，對于信號線4，僅需要兩個芯線4a，4b用于信號傳輸，以及另一根圖中未示出的芯線用于提供信號電壓。
根據本發明的實施例也可以這樣設計，電機控制裝置2中的信號解碼器2b不是通過相應接入的二極管實現，如圖4和圖5所示，而是通過在微處理器中分析4a和4b傳輸的信號實現的。在這種情況下，微處理器的輸出端利用半導體開關以所希望的方式給繼電器線圈13，14，15提供電流，這樣，如上所述，繼電器線圈13a，14a，15a可以將三相電源和電機相連。
附圖標記清單1 控制開關元件2 電機控制裝置2a 電機開關2b 信號解碼器3 電機4 信號線4a 信號線4的第一芯線4b 信號線4的第二芯線5 電機導線6 用于向左旋轉的第一按鈕6a 第一按鈕6的接觸元件6b 第一按鈕6的順序接觸元件7 用于向右旋轉的第二按鈕7a 第二按鈕7的接觸元件7b 第二按鈕7的順序接觸元件8 “緊急關閉”開關8a 開關8的常閉接點9 連接端10 編碼二級管11a 第一解碼二極管11b 第二解碼二級管12a 第三解碼二級管12b 第四解碼二級管13 用于向左旋轉的繼電器線圈13a 三極觸點組14 用于向右旋轉的繼電器線圈15 用于速度等級的繼電器線圈15a 三極觸點組
16 電源17a 第一電阻17b 第二電阻19a 控制信號“關”19b 控制信號“半波”19c 控制信號“開”20 接口電路21 交流電壓信號22 電容
權利要求
1.一種用于控制耗電設備，尤其是控制變極三相異步電機的接口電路，包括與傳遞交流電壓信號的信號線相對應的第一接觸元件，所述第一接觸元件用于產生至少兩個不同的控制信號，其特征在于，在所述信號線(4)上的所述第一接觸元件(6a，7a)之前或之后串聯連接一個編碼二極管(10)，并且與編碼二極管(2)并聯設置另外一個第二接觸元件(6b，7b)，以根據第一接觸元件(6a，7a)和第二接觸元件(6b，7b)的狀態可產生三個不同的控制信號(19a，19b，19c)。
2.根據權利要求1所述的接口電路，其特征在于，打開所述第一接觸元件(6a，7a)并且打開所述第二接觸元件(6b，7b)，產生一個“關”控制信號(19a)，閉合所述第一接觸元件(6a，7a)并且打開所述第二接觸元件(6b，7b)，產生一個“半波”控制信號(19a)，所述“半波”信號表現為在所述信號線(4)上傳輸交流電壓信號(21)的半波，閉合所述第一接觸元件(6a，7a)并且閉合所述第二接觸元件(6b，7b)，產生一個“開”控制信號(19a)，所述“開”信號表現為在信號線(4)上傳輸交流電壓信號(21)的整波。
3.根據權利要求1或2所述的接口電路，其特征在于，所述耗電設備設計為變極異步三相電機(3)，對應于一個編碼二級管(10)設置了具有所述第一接觸元件(6a)的第一按鈕(6)，用于實現向左旋轉功能，以及具有所述第一接觸元件(7a)的第二按鈕(7)，用于實現向右旋轉功能；對應于所述第一按鈕(6)和第二按鈕設置了共用的順序開關接觸元件(6/7b)，用于實現快速轉動功能，對應于所述信號線(4)的第一芯線(4a)設置了所述第一接觸元件(6a)，對應于所述信號線(4)的第二芯線(4a)設置了所述第二接觸元件(6a)。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的接口電路，其特征在于，一個緊急關閉開關(8)連接在所述第一和第二接觸元件(6a，7a，6b，7b)之前。
5.一種用于控制電機，尤其是控制變極三相異步電機的電路系統，包括具有權利要求1至4中任一項所述的接口電路的控制開關元件，所述控制開關元件通過信號線與電機的電機控制裝置相連，其特征在于，所述電機控制裝置(2)分為電機開關(2b)和信號解碼器(2b)，所述電機開關(2b)與所述電機(3)相連用于控制所述電機，所述信號解碼器(2b)處理來自接口電路(20)通過信號線(4)傳輸的信號(19a，19b和19c)，以繼續傳輸到所述電機開關(2a)上。
全文摘要
本發明涉及一種控制耗電設備，尤其是控制變極三相異步電機的接口電路，包括對應于傳遞交流電壓信號的信號線的第一接觸元件，用于產生至少兩個不同的控制信號。本發明還涉及一種用于控制電機尤其是控制變極三相異步電機的電路系統，包括具有前述接口電路的控制開關元件，它通過信號線與電機的電機控制裝置相連。為了降低并行傳輸時所需信號線的數量，同時可以使誤差診斷比較簡單，建議將編碼二極管(10)串聯連接在信號線中的第一接觸元件(6a，7a)之前或之后，并與編碼二極管(2)并聯設置一個第二接觸元件(6b，7b)，以根據第一接觸元件(6a，7a)和第二接觸元件(6b，7b)的狀態產生三個不同的控制信號(19a，19b，19c)。
文檔編號B66C13/26GK1574599SQ20041004766
公開日2005年2月2日 申請日期2004年5月28日 優先權日2003年5月30日
發明者霍爾格·弗里泰格, 安東·姆澤布洛克, 博克哈德·哈森納克, 朱利亞諾·波斯克, 埃里克·阿佩爾 申請人:德馬格起重機及部件有限公司