用于操控机电保持制动器的电路和方法、变频器和系统与流程

1.本发明涉及用于操控机电保持制动器（elektromechanischen haltebremse）的电路和方法、变频器和电驱动系统。


技术实现要素：

2.本发明所基于的任务是提供用于操控机电保持制动器的电路和方法、变频器和电驱动系统，其可以尽可能灵活地使用。
3.根据本发明的电路用于操控如典型地被用于固定电动机的输出轴的机电保持制动器或弹簧制动器。就这方面来说，也应参考相关的专业文献。
4.该电路具有至少一个尤其不受控制的半波整流器，所述半波整流器从电网交流电压或电网交流电压的相电压产生脉冲直流电压。也被称为单支电路的半波整流器只对电网交流电压的一个半波进行整流，另一半波不被使用，使得产生脉冲直流电压。就这方面来说，也应参考相关的专业文献。
5.该电路此外具有相位截断电路（phasenabschnitt-schaltung），该相位截断电路构成用于借助相位截断从脉冲直流电压产生用于机电保持制动器或其操控线圈的例如操控电压和/或操控电流形式的操控信号。关于用于相位截断控制的基本功能和电路，同样应参考相关的专业文献。
6.根据一种实施方式，该电路此外具有带有第一端子极和第二端子极的保持制动器端子和环入（eingeschleift）在第一端子极和第二端子极之间的电容器。机电保持制动器的操控线圈按规定可以连接到该保持制动器端子上，其中只有在对操控线圈充分通电时机电保持制动器才脱离并能够实现旋转。
7.根据一种实施方式，该电路此外具有第一开关装置和第二开关装置，其中第一开关装置、电容器和第二开关装置串联地环入在至少一个半波整流器的输出端和负的中间电路电位之间。
8.根据一种实施方式，该电路此外具有在截止方向上环入在第一端子极和负的中间电路电位之间的第一二极管，以及在导通方向上环入在第二端子极和正的中间电路电位之间的第二二极管。
9.根据一种实施方式，该电路此外具有控制单元，该控制单元构成用于操控第一开关装置和第二开关装置，使得用于机电保持制动器的操控信号与电网交流电压的幅值或有效值无关地对应于为机电保持制动器所设置的操控信号、例如保持制动器的电压额定值。
10.根据一种实施方式，该操控信号是操控电压，其中该控制单元构成用于操控第一开关装置和第二开关装置，使得用于机电保持制动器的操控电压与电网交流电压的幅值无关地在时间平均上具有预先给定的电平，所述电平例如对应于机电保持制动器的额定电压。该电平或该额定电压例如可以为180v。
11.根据一种实施方式，该控制单元构成用于一旦脉冲直流电压低于预先给定的阈值电平，就闭合第一开关装置。
12.根据一种实施方式，该控制单元构成用于一旦脉冲直流电压具有其最小值，就闭合第一开关装置。
13.根据本发明的变频器用于操控电动机和机电保持制动器，该机电保持制动器常规地用于固定电动机的输出轴。
14.该变频器具有上面所描述的电路。
15.该变频器此外具有常规的（直流电压）中间电路。该中间电路常规地具有第一中间电路导体和第二中间电路导体，在该第一中间电路导体上存在正的中间电路电位，在该第二中间电路导体上存在负的中间电路电位。正的中间电路电位和负的中间电路电位之间的差对应于中间电路电压。中间电路导体可以与变频器的中间电路端子连接，所述中间电路端子用于将该变频器连接到中间电路复合体上。附加地或替代地，中间电路导体可以与变频器的单相或多相整流器连接，该单相或多相整流器从电网交流电压通过整流产生中间电路电压。就这方面来说，也应参考相关的专业文献。该变频器的电网交流电压可以对应于用于操控机电保持制动器的电路的电网交流电压。
16.该变频器此外具有逆变器，该逆变器构成用于从正的中间电路电位和负的中间电路电位之间的差、即中间电路电压产生用于电动机的操控电压。就这方面来说，同样应参考相关的专业文献。
17.该电驱动系统具有上面所描述的变频器、机电保持制动器和电动机。
18.根据本发明的方法用于操控机电保持制动器并且具有以下步骤：通过电网交流电压的半波整流产生脉冲直流电压，并借助脉冲直流电压的相位截断控制产生用于机电保持制动器的操控信号。
19.根据一种实施方式，在预先给定的接通持续时间之后改变或减小尤其操控电压形式的操控信号，使得进入到机电保持制动器中的电流减少。
附图说明
20.在下文中参照附图对本发明进行详细描述。在此情况下：图1示出根据本发明的用于操控机电保持制动器的电路，图2示出在图1中所示出的电路的关于时间的信号变化过程，以及图3示出具有根据本发明的变频器、电动机和机电保持制动器的电驱动系统。
具体实施方式
21.图1示出用于操控常规的机电保持制动器2的电路1000。
22.该电路1000具有整流二极管3形式的半波整流器，其中半波整流器或整流二极管3从电网交流电压或相关的电网相ul1产生脉冲直流电压ub。可选地，该电路可以包括另一整流二极管形式的另一半波整流器4，其中该半波整流器或整流二极管4从另一电网交流电压或相关的电网相ul2与整流二极管3结合地产生脉冲直流电压ub。
23.该电路1000此外具有相位截断电路100，该相位截断电路构成用于从脉冲直流电压ub借助相位截断（参见图2）产生用于机电保持制动器2或其操控线圈2a的操控电压ubr或操控电流ibr形式的操控信号。
24.该电路1000具有带有第一端子极5a和第二端子极5b的保持制动器端子5，机电保
持制动器2或其操控线圈2a的对应的端子极5b可以连接到所述保持制动器端子上或是连接到所述保持制动器端子上的。
25.该电路1000具有电容器6，该电容器环入在第一端子极5a和第二端子极5b之间。
26.该电路1000此外具有用于电流测量的分流电阻12。
27.该电路1000此外具有分别例如开关晶体管形式的第一开关装置7和第二开关装置8，其中第一开关装置7、电容器6、第二开关装置8和分流电阻12串联地环入在半波整流器3、4的输出端3a和负的中间电路电位uzk-之间。
28.该电路1000此外具有第一二极管9和第二二极管10。第一二极管9的阳极与负的中间电路电位uzk-连接并且第一二极管9的阴极与第一端子极5a连接。第二二极管10的阳极与第二端子极5b连接并且第二二极管10的阴极与正的中间电路电位uzk 连接。
29.该电路1000此外具有例如微控制器形式的控制单元11，该控制单元构成用于操控第一开关装置7和第二开关装置8，使得用于机电保持制动器2的控制信号ubr或ibr与电网交流电压ul1和/或ul2的幅值或有效值无关地对应于为机电保持制动器2设置的操控信号。尤其该控制单元11构成用于操控第一开关装置7和第二开关装置8，使得操控电压ubr的电平与电网交流电压ul1和/或ul2的幅值或有效值无关地对应于用于机电保持制动器2的额定电压、例如180v。
30.图3示出具有变频器2000、带有输出轴17的电动机300和机电保持制动器2的电驱动系统。保持制动器2常规地用于固定电动机300的输出轴17。
31.该变频器2000用于操控电动机300和机电保持制动器2。
32.该变频器2000具有图1中的电路1000。
33.该变频器2000此外具有中间电路14，该中间电路具有第一中间电路导体15和第二中间电路导体16，在该第一中间电路导体上存在正的中间电路电位uzk ，在该第二中间电路导体上存在负的中间电路电位uzk-。中间电路电压uzk对应于正的中间电路电位uzk 和负的中间电路电位uzk-之间的差。
34.该变频器2000此外具有常规的逆变器13，该逆变器构成用于从中间电路电压uzk产生用于电动机300的操控电压u、v、w。
35.该变频器2000此外具有三相整流器18，该三相整流器从电网电压或电网相ul1、ul2和ul3产生中间电路电压uzk。
36.图2示出在图1中所示出的电路的关于时间的信号变化过程。在此情况下，ub是（相对于负的中间电路电位的）脉冲直流电压，ubr是端子极5a和5b之间的电压，ibr是进入到机电保持制动器2的操控线圈2a中的电流，sc1是用于第一开关装置7的操控信号，并且sc2是用于第二开关装置8的操控信号。
37.控制单元11加载有直流电压ub，因此知道该直流电压的电平，并且加载有降落在分流电阻12上的电压，该电压在确定的开关周期中对应于电流ibr。基于这些电压，控制单元11产生操控信号sc1和sc2。
38.在例如持续300ms的时间段a）中，两个开关装置7和8被闭合或被置于导通状态中，以便提高操控电流ibr，使得机电保持制动器2最后通风并释放电动机300的旋转或输出轴17的旋转。该起动例如可以借助信号br_on的合适状态的选择来引入，该信号借助变频器2000来产生。
39.在时间段b）中，出现相位截断，在该相位截断期间，操控电流ibr被降低到并且紧接着被保持如下值，该值引起借助操控线圈2a所产生的磁场，该磁场对于机电保持制动器2的可靠通风而言还足够。
40.在时间段c）中，两个开关装置7和8被断开，以便引起机电保持制动器2的快速关断，即机电保持制动器2以最小的延迟停息并且然后阻止电动机轴17的旋转。
41.根据本发明，可以在一定的界限之内与电网电压ul1或ul2（或ul3）的幅值或有效值无关地调节制动电压ubr。
42.该电路1000常规地由一个或两个电网电压或电网相ul1和ul2馈电。该电路的参考电位是uzk-。
43.第一开关装置7用于借助相位截断调节用于机电保持制动器2的操控电压。第二开关装置8能够实现机电保持制动器2经由两个二极管9和10的快速关断或去磁。所存储的能量在此被反馈到中间电路14中。
44.电容器6引起所截断的正弦电压没有陡峭的开关边沿。一旦开关装置7关断，电容器6就接管电流。在这种情况下，电容器6被放电直到大约-0.7v。
45.一旦电压ub已达到最低点（大约0v），开关装置7就再次接通并再次提高制动电压ubr。可以在分流电阻12处测量制动电流ibr，这主要可以用于诊断电缆断裂、制动短路、有缺陷的制动器等。
46.由于根据本发明的电路1000，安装在电动机中的机电保持制动器2不再依赖于电网电压ul1或ul2。例如可以将180v标准制动器用于230v/ac至480v/ac电网。常规地，这里需要三个不同的实施方案。
47.此外，通过电流下降的损耗功率降低是可能的，其方式是例如在预先给定的接通持续时间（例如300ms）之后降低操控电压ubr的电平。这能够实现更高的能量效率并防止在低转速时制动器的烧毁（不良的电动机冷却）。
48.此外，制动器端子5a、5b彼此间以及相对于参考电位（例如地电位）的短路强度（kurzschlussfestigkeit）是可能的，因为所述两个开关装置7和8在短路情况下不能变换极性。因此，如果制动器具有接地故障（erdschluss），则变频器不再被损坏。
49.由于边沿减速电容器（flankenverlangsamungskondensator）6，现在可以剪切正弦半波并且因此可以生成任意的制动电压ubr。