专利名称：电梯直流门机调速控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直流电机调速控制器，更准确地说是涉及一种用于电梯110v直流门机调速的晶体管电路调速控制器。
目前在电梯开门机控制系统中，基本有两种调速方法，一种是直流脉宽调节，即PWM直流控制系统，另一种是交流变频调速，即VVVF交流控制系统。这两种系统的结构都比较复杂，需要的工作电源电压高，还需微机或PLC的支持，安装测速反馈装置较困难。在不使用测速装置时，则用于获取控制信号的电器开关较多，如缓速信号开关和限位信号开关等。在缓速和限位过程中，这些开关需要保持，而这正是老式传统门机存在的弊端，易引发故障。无论是直流脉宽调节还是交流变频调速，他们与电梯主控系统的连接导线都较多，安装和维修难度较大，成本也高。
本发明的目的是为了提供一种电梯110v直流门机调速控制器，它与现有技术相比，电源线与控制信号线共用，使门机控制系统与电梯主控系统相连接的导线减少到两根，缓速信号部件采用磁感应元件，取消缓速和限位电器开关，实现无级调速，无触点控制。
为达到上述目的，本发明的直流门机调速控制器包含一个整流器，一个可控硅调压电路，一个转速补偿电路，一个起动延时器，一个自动限位电路，一个有源滤波器和两套完全相同，分别控制开门和关门过程的缓速、低速电路。所说开门或关门缓速、低速电路包括一个缓速控制电路，一个缓速时间电路，一个缓速、低速区记忆电路，一个低速设定电位器和一个磁感应缓速信号元件。开门和关门缓速时间电路，还包含一个开、关门共用的缓速时间电容，以及为其充电的电路。
上述发明的电梯直流门机调速控制器，其工作原理如下电梯主控系统输出两根可改变极性的信号电源线，即开门时第一根导线为正，第二根导线为负；在关门时第二根导线为正，第一根导线为负。这两根导线连接于本控制器整流器输入端，电机励磁端直接与信号电源线连接。当信号电源线两端的极性改变时，励磁电流方向改变，电机转向改变。为了使电机在起动和快速换向时都能保持平稳，由起动延时器适当推迟可控硅延时导通，使励磁先通电，电枢后通电。可控硅调压电路包括一个可控硅稳压电路，和一个可通过电位器调节其电流值的稳流电路。稳流电路的稳定电流，流过串连取样电阻电路与可控硅阴极连接端的第一个电阻，这个电流大大地大于流过取样回路的取样电流，而且这个电阻承担大部分取样电压，这等效为在取样回路中串联了一个稳压值很大的稳压管，使得取样效率大大地提高，使输出电压在大范围内调节时，都能获得很高的稳定度。将稳流电路的电流值调大时，输出电压升高，反之则输出电压下降。由于电机励磁与输入端直接连接，所以受电网电压升高或下降的影响，电机励磁电流会加大或减小，同时因电枢电压稳定，所以电机转速会下降或上升，转速补偿电路的作用是在励磁电流变化时，通过适当调节电枢的电压，来保证在电网电压变化时电机转速不变。转速补偿电路的补偿信号取自开、关门信号电源电压，其输出端与稳流电路的调压电位器抽头相连接。当电网电压升高时，补偿电路输出端电位升高，调压电位器抽头端电位升高，稳流值加大，输出电压升高，反之则输出电压下降，实现在电网电压变化时转速不变。开门和关门缓速、低速电路分别由各自的控制电路控制，当其中一个工作时，另一个就关闭。在输入开门信号时，开门缓速控制电路的不对称双稳态触发器输出高电平，受其控制的开门缓速开关三极管截止，为开门缓速做好了准备。这时，电机平稳起动，门向开门方向快速运行，当门运行至开门缓速点时，安装在开门缓速点的与触发器触发端相连接的磁感应元件，受到固定在门上随门运行的永磁体磁场的感应，使开门缓速控制电路的不对称双稳态触发器翻转，输出低电平，开门缓速开关三级管导通，其集电极电流通过开门缓速时间电路和开门低速设定电位器，使取样放大三极管的基极电位升高，可控硅输出电压下降。所述低速设定电位器可调节缓速后的低速电压。缓速时间电路包括开、关门共用的一个缓速时间电容和为其充电的电路，在输入开门或关门信号的同时，充电电路为缓速时间电容充入与可控硅输出电压相等的电压，在缓速开关三级管导通时，充电电路将缓速电容负极与地断开，同时缓速时间电容通过开门缓速时间电路进行恒流放电。开门缓速时间电路还包括一个开门缓速时间电位器，调节这个电位器可改变其放电的恒流值。由于缓速时间电容放电电流和到达取样电路的缓速电流都流过开门缓速时间电路，所以可控硅输出电压的下降速度，受缓速时间电容上电压下降速度的影响，又由于缓速时间电容恒流放电，且放电电流大大地大于缓速电流，所以缓速电容上电压匀均下降，使得可控硅输出电压平滑下降。调节开门缓速时间电位器可改变开门缓速过程中从高速降到低速的缓速时间。输入关门信号时上述电路关闭(共用电路除外)，关门缓速、低速电路工作。关门缓速、低速电路的结构和工作原理与所述开门缓速、低速电路完全相同。缓速、低速电路还包括一个缓速、低速区记忆电路，其作用是如果在门进入缓速、低速区后中途断电，当得电向同一方向再起动时，保证只输出低速电压。缓速、低速记忆电路的输出端与触发器触发端相连接，在缓速开关三极管导通时为记忆电容充入电压，这个电压可使开门缓速触发器在开始工作时输出低电平，使可控硅输出低速电压。如果向相反方向起动，记忆电容上电压快速泄放，缓速、低速区记忆消除。开门缓速、低速区记忆电路和关门缓速、低速区记忆电路结构完全相同，在电路接法上相互对承、工作相反。自动限位电路是用一个基准电位和输出电压进行比较后，控制一个开关电路。门经过缓速到达限位点时，由于机械阻力加大而输出电流加大，如果有源滤波器的滤波电容容量配置合适，加大输出的电流会使滤波电容上电压波形变成波浪形，其波浪形低谷电压将低于限位电路的基准电位，使开关电路动作导通，导通的开关电路将可控硅触发电路关闭，达到无触点限位的目的。为了防止在起动时因起动电流大而产生限位误动作，通过一个延时器使基准电位延时建立，以保证起动不受影响。滤波器的电容容量配置得大小，影响低速力矩的大小，通过调节其容量值，即可调节低速力矩，容量调大，力矩加大，反之则减小。滤波电容容量配置的合适，在电机高速运行堵转或输出短路时，同样会使可控硅关断，得到过电流保护。
本发明的110v直流电机调速控制器用于电梯开门机控制系统时，可显示出很大的优越性，具有结构简单，控制特性优良，速度稳定，缓速平滑，调试方便，节能高效，实现无触点控制，减少了门机系统中的故障源。低速力矩可以调节，自动限位功能非常符合实际用运的要求，而且每次限位力度都相等，使每层厅门都能根据自身的情况选择限位点。极少的外部导线连接，使安装非常地简单，节省原材料，容易维护，成本低，易于推广。
本发明随后将通过其具体实施例和附图加以说明。
图1表示本发明所述用于电梯直流门机控制的调速控制器方框图；图2表示本发明所述用于电梯直流门机的调速控制器的实施例电路原理图；参照图1和图2用于电梯的直流门机调速控制器，可控硅调压电路4，由可控硅稳压电路和一个稳流电路163构成。三极管35，稳压二极管63，电容93，电阻122-127，触发电路22构成可控硅21的取样、放大、同步触发稳压电路。三极管34，稳压二极管61-62，二极管78，电容92，电位器25，电阻119-121构成稳流电路163。两级二极管稳压源为调压电位器25提供一个稳压源，二极管78为三极管34的发射结温度补偿元件。调节三极管34基极在电位器25抽头上的位置，可得到一组不同的、稳定的集电极电流，其电流流过取样电阻122，电阻122上还流过很小的取样电流，电阻122上的电压主要由三极管34集电极电流的大小而定。由于其集电极电流相对稳定，且大大地大于流过电阻122的取样电流，所以取样电路上的电压变化对电阻122上的电压影响很小。而电阻122又承担取样总电压的大部分电压，这就使得取样电路的电压变化量大部分体现在阻值较大的电阻124上，这个变化量通过取样放大三极管35的放大，使取样效率大大地提高，可控硅21输出电压的稳定度也大大地提高。调节电位器25的抽头位置，可在大范围内均匀地调节输出电压。电容93与电阻125串联后连接于可控硅21的阴极与三极管35的基极之间。其作用是使输出电压在开始时有一个缓冲过程。在电路接通时，电容93与电阻125串连支路上流过一个由大到小的电流、通过取样放大，使输出电压形成一个由低到高的变化过程，最终使电机起动转速由慢到快平稳起动。三极管33，电阻115-118构成转速补偿电路3。由于电机的励磁绕组直接与输入端连接，当电网电压变化时，其励磁电流会随着变化。励磁电流变大，转速会下降，反之则升高。转速补偿电路的作用是，在电网电压变化使励磁电流加大或减小而转速变化时，适当调整电枢电压来抵消由于励磁电流加大或减小而变化的转速，达到在电网电压变化时使电机转速不变。所述补偿电路的三极管33发射极，通过电阻115与整流器1正极相连接，集电极通过电阻117接地，基极通过电阻116与集电极和电阻117的公共点相连接，集电极再通过电阻118与调压电位器25的抽头相连接。当电网电压升高时，三级管33集电极电压按其一定比例也升高，调压电位器25抽头电位也得到一定的升高，最终使输出电压得到一定的提升，电网电压下降时其工作过程相反。起动延时器2由开门延时和关门延时两部分电路以及由三极管36和电阻128-129组成的开关电路所构成。开门延时电路由三极管37，稳压管64，电容94，电阻131-132构成。关门延时电路由三极管38，稳压管65，电容95，电阻133-134构成。三极管37集电极通过电阻131与开关三级管36基极相连接，三极管38集电极通过电阻133与开关三级管36基极相连接，开关三极管36串联于同步触发电路22的电源回路中，三极管37基极通过电阻132与输入端18相连接，三级管38基极通过电阻134与输入端17相连接。当输入开门信号时，输入端18为正，17为负。正电压端18通过电阻132为电容94充电，当电容94上电压超过稳压管64加三极管37发射结的导通电压时，三级管37导通，三级管36导通，触发电路22得电工作。当输入关门信号时，输入端17为正，18为负，输入端17启动关门延时电路，经其延时后使开关三极管36导通。开关门分别延时，是为了在开、关门快速转换时，都能获得同样的延时时间，而延时是为了满足直流电机励磁先通电，电枢后通电的工作要求。开门缓速控制电路11由不对称双稳态触发器23，三极管39-41，稳压二极管66-67，电容96-97，电阻触发器135-137构成。关门缓速控制电路12由不对称双稳态24，三极管47-49，稳压二极管70-71，电容99-100，电阻145-147构成。三极管39的导通或截止，控制着开门缓速控制电路11的工作或关闭。三极管47的导通或截止控制着关门缓速控制电路12的工作或关闭。三极管39基极通过电阻135与输入端18相连接。三极管47基极通过电阻145与输入端17相连接。开门缓速控制开关三极管40的发射极与可控硅21阴极相连接，基极通过电阻137与触发器23输出端相连接。在输入开门信号时，关门缓速控制三极管47发射结电压反偏，关门缓速控制电路关闭。输入端18通过电阻135使开门缓速控制三极管39导通，稳压管67得电，其上电压经电容97滤波，成为不对称触发器23的工作电源，触发器得电输出高电平，开门缓速开关三极管40截止，为开门缓速做好了准备。这时电机起动，门以高速向开门方向运行，同时缓速时间电容102通过充电电路164为其充入与可控硅21的输出电压相等的电压。电容102和充电电路164为开、关门缓速时间电路9和10的共用电路，其充电电路164由三极管55-56，稳压二极管74，电阻155-157构成。当门运行至开门缓速点时，安装于开门缓速点的磁感应信号部件15受固定在门上的永磁体磁场感应而接通，因为感应信号部件15与触发器23的触发端相连接，(关门缓速信号部件16安装在关门缓速点，与关门缓速触发器24触发端相连接)所以触发器-23翻转，输出低电平，开门缓速开关三极管40导通，其集电极电流通过隔离二极管82和电阻157使三级管56导通饱和，三极管55失去基极偏压而截止，电容102的充电回路被断开。同时电容102通过三极管40和开门缓速时间电路9进行放电。所述开门缓速时间电路9包含两条放电支路。第一条支路由三极管45，发射极电阻142，发射结偏置稳压二极管69，基极上偏流电阻143所组成的恒流电路与稳压二极管68串联后通过隔离二极管81与电容102负极相连接。第二条支路由三级管46，发射极电阻144，开门缓速时间电位器26构成恒流电路。电位器26并联于稳压管68两端，其抽头与三极管46基极相连接，发射极电阻144通过二极管81与电容102负极相连接。上述电容102的两条放电回路，第二条支路三极管46流过的电流大大地大于第一条支路流过的电流，所以电容102放电时间的长短主要由三极管46流过的电流大小而定。又由于三极管46流过的是一个恒定值的电流，所以电容102上电压下降平缓，线性较好。调节电位器26的抽头位置可改变电容102的放电时间，即开门缓速时间。另外，开门低速调节电位器7的一端与稳压二极管68和稳压二极管69的公共点相连接，抽头通过隔离二极管80与取样放大三极管35基极相连接，构成其开门缓速电流通道。开门缓速开关三极管40导通后，电容102通过缓速时间电路进行放电，其下降的电压变化体现在电阻143上，同时由可控硅21阴极到取样放大电路的缓速电流也经过电阻143，电阻143上的电压下降速度受电容102上电压下降速度的控制，而电阻143的电压下降速度又影响着通过电阻143的开门缓速电流，电阻143上的电压下降越快，流入取样电路的缓速电流越大，可控硅21输出电压也下降越快，使得可控硅21输出电压随着电容102上的电压下降速度而下降。调节电位器7的抽头位置可调节缓速后的开门低速电压。关门缓速时间电路10由三级管53-54，稳压二极管72-73，电阻152-154，电位器27所构成。其工作过程与开门缓速时间电路相同。关门低速设定电位器8在关门缓速、低速电路中的连接，与开门缓速、低速电路中的开门低速设定电位器7的连接方法相同，调节电位器8可调节关门缓速后的关门低速电压。二极管79-86为隔离二极管，开门缓速、低速区记忆电路13由三极管42-44，电容98，电阻138-141所构成。关门缓速、低速记忆电路14由三极管50-52，电容101，电阻148-151所构成。在开门缓速开关三极管40导通时，其集电极通过隔离二极管79为记忆电容98充入电压，其电压通过一个阻值很大的电阻139为复合三极管42、43提供基极电流，其集电极通过电阻138与触发器23的触发输入端相连接。集电极电流成为触发器23的触发信号。如果在开门缓速过程中断电，再向开门方向起动时，其记忆电路可使触发器23输出低电平，三极管40导通，门以低速运行至限位点，达到了低速区记忆的目的。在输入关门信号时，三极管44导通，电容98上电压泄放，开门缓速、低速区记忆消除。在断电的情况下，记忆电容98上的记忆电压可保持3-4小时，时间再长就会失去记忆电压，缓速、低速区记忆便会丢失，得电后假如操作失误，向限位点再起动时会造成冲击，如果在限位点设置磁场，将磁感应信号保持在接通状态，就能保证任何时候都输出低速电压，防止发生冲击。关门缓速、低速区记忆电路14的工作过程与开门缓速、低速区记忆电路13的工作过程相同。由三极管28-32，稳压二极管59-60，二极管75-77，电容89-91，电阻108-114构成自动限位电路5。电容89正极通过电阻109与三极管36集电极和电阻130的公共点相接，其负极接地。电容91正极与电容89正极相连接，负极通过电阻110接地。复合三极管29基极与电容91和电阻110的公共点相接，复合三极管30发射极通过稳压二极管59与电容91正极相连接，复合三极管29、30的集电极通过稳压二极管60接地。三极管31-32，组成两级直流放大器。第一级三极管31基极与复合管29、30集电极和稳压二极管60的公共点相接，其发射极通过电阻113和二极管77与可控硅21阴级相连接。第二级三极管32发射极与整流器1正端相连接，集电极通过电阻114与触发电路22负电源端和电阻128的公共点相接。将触发电路22内部同步触发电源的电压调整三极管基极(图中未示出)与三极管32集电极相连接。在三级管36导通后，其集电极通过电阻109为电容89充入电压。同时电容91通过电阻110进行充电，当电容91上电压超过稳压二极管59加复合管29、30发射结的导通电压时，其复合管延时电路导通。稳压二极管60上产生压降。如果稳压二极管60上的电压不延时建立，受起动大电流和缓冲电路的影响，输出滤波电容在开始充电的短时间内，电压低于稳压二极管60上电压，使三极管31导通，三极管32导通饱和，又由于同步触发电路22的电压调整管基极与三极管32集电极相连接，所以，同步触发电源电压降到三极管32的饱和压降加电压调整管的发射结电压，使触发电路失去电压停止工作。因此，这会影响正常的起动。所以稳压二极管60上电压需适当延时至电机起动后才能建立。缓速后，电机在低压状态下低速运行至限位点，这时如果滤波电容容量配置合适，由于机械阻力加大而输出电流增大，使滤波电容上的电压波形变成波浪形，其波浪形低谷电压将低于稳压二极管60上电压，使三极管31-32导通，导致可控硅失去触发信号而关断，达到自动限位的目的。三极管28是电容89、91的放电回路，在电路工作时，三极管36集电极电位高于三极管28基极电位，三极管28截止，断电后，三极管28基极通过电阻108导通，将电容89和91上电压快速泄放。三极管57-58，二极管87，电容103-107，电阻158-159，开关160-162构成输出滤波器。滤波电路是将有源滤波器的滤波电容改装成电容组，通过开关可调节其接入电容容量，其配置方法是根据配置数据设定电容容量，而后再根据门的实际运行情况进行调节，加大电容容量，可提高低速力矩，如果在开、关门高速运行将电机堵转时，限位电路不能自动关闭输出，说明电容容量配置偏大，应将其适当调小到能在高速堵转时自动关闭输出。输出电压由电容107两端19和20引出。电容88并联于输入端，吸收电路中可能出现的瞬时高电压，以免引起干扰。
权利要求
1.用于电梯110v直流门机的调速控制器，含有整流器(1)、可控硅调压电路(4)、有源滤波器(6)与低速设定电位器(7)和(8)，其特征在于所说电梯直流门机调速控制器还包括使可控硅延时导通的起动延时器(2)、转速补偿电路(3)、自动限位电路(5)、缓速时间电路(9)和(10)、缓速、低速记忆电路(13)和(14)、开门缓速控制电路(11)及与其连接的磁感应开门缓速信号部件(15)、关门缓速控制电路(12)及与其连接的磁感应关门缓速信号部件(16)，所说可控硅调压电路(4)还包含可调稳流电路(163)，包含在稳流电路(163)中的电位器(25)可调节其输出的高速电压，所说缓速时间电路(9)和(10)还包括共用电路(164)和电容(102)；电机励磁端与整流器(1)输入端(17)和(18)并联，输入端(17)和(18)与电梯主控系统通过两根导线相连接，开门时(18)为正，(17)为负，关门时(17)为正，(18)为负，其信号电源经整流器(1)进入可控硅调压电路(4)，通过调压和转速补偿电路(3)的补偿后由滤波器(6)输出；所说延时电路(2)的控制信号端与输入端(17)和(18)相连接，其输出控制三极管(36)串联于同步触发电路(22)的负电源端，在起动时使可控硅延时导通；所说转速补偿电路(3)的输入信号取自整流器(1)输出的正负端，其输出端与调压电位器(25)的抽头相连接，因电网电压变化使励磁电流加大或减小，造成转速下降或上升时，补偿电路(3)可将电枢电压适当升高或降低以保持转速不变；所说缓速、低速电路由开门和关门两部分完全相同的电路构成，其中的开门和关门缓速控制电路(11)和(12)的控制信号端，分别与输入端(18)和(17)相连接，缓速控制电路(11)和(12)的输出开关三极管(40)和(48)的发射极相互连接后，再与可控硅阴极连接，其集电极输出端分别通过开门和关门缓速时间电路(9)和(10)与各自的低速设定电位器(7)和(8)的一端相连接，其电位器(7)和(8)两抽头通过隔离二极管(80)和(84)连接后，与可控硅稳压电路的取样放大电路相连接，缓速时间电容(102)正极与可控硅(21)的阴级相连接，负极通过隔离二极管(81)和(85)分别与开门和关门缓速时间电路(9)和(10)相连接，电容(102)的负极还通过充电三极管(55)和发射极电阻(155)接地，输入开门信号时缓速控制电路(11)工作(12)关闭，输入关门信号时(11)关闭(12)工作；开、关门缓速信号部件(15)和(16)，分别与包含在开、关门缓速控制电路的开、关门不对称触发器(23)和(24)的触发端相连接，所说开门和关门缓速、低速区记忆电路(13)和(14)的记忆电容(98)和(101)，分别与开、关门缓速控制电路(11)和(12)的输出端相连接，其记忆电路(13)和(14)的输出端，分别与触发器(23)和(24)的触发端相连接，记忆电路(13)的记忆消除信号端与输入端(17)相连接，记忆电路(14)的记忆消除信号端与输入端(18)相连接，在开门缓速时，记忆电容(98)充入开门低速记忆电压，输入关门信号时，电容(98)上电压快速泄放，记忆消除，关门低速记忆电路的工作过程与开门低速记忆电路完全相同；所说自动限位电路(5)的限位信号端与可控硅(21)的阴极相连接，其限位输出端与同步触发电路(22)的电源控制端相连接，调节滤波电容容量大小，可调节低速力矩的大小，滤波电容容量配置合适时，在限位点通过机械阻力的作用将可控硅关断。
2.如权利要求1所述触发器(23)和(24)设计成不对称形式。
3.如权利要求1所述缓速信号部件(15)和(16)采用磁感应元件。
全文摘要
用于电梯的110v直流门机调速控制器,包含可控硅调压、转速补偿、缓速、自动限位等电路。其电源、信号线共用两根导线与电梯主控系统连接。电机励磁端并联于电源输入端,输入电压反向时,转向改变。输入电压经可控硅调压和转速补偿电路调整后由滤波器输出。开、关门高、低速电压和开、关门缓速时间分别用电位器进行设定。缓速信号由磁感应部件产生。控制器获得缓速信号,按设定参数自动完成缓速过程,到达限位点,在机械阻力的作用下自动停止输出。
文档编号B66B13/14GK1350976SQ0012981
公开日2002年5月29日 申请日期2000年10月26日 优先权日2000年10月26日
发明者朱瑞智 申请人:朱瑞智