專利名稱：用于印刷機的安全的電制動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理承印物的機器用的電制動裝置，該機器具有待 制動的電驅(qū)動裝置，所述電驅(qū)動裝置在電機式運行時通過變流器饋 給并且在制動時將電能反饋給變流器。
背景技術(shù)：
印刷機裝備有一個或多個電動機用于驅(qū)動可旋轉(zhuǎn)運動的部件如 印刷滾筒和傳輸滾筒。由于滾筒的質(zhì)量大，當電驅(qū)動裝置失靈或關(guān) 閉時，轉(zhuǎn)動部件具有高的慣性運行時間。因為這些可旋轉(zhuǎn)運動的部 件可對印刷機操作者造成危害，所以當危險區(qū)可被接近時必須將滾 筒的慣性運行時間減至最小。在印刷機運行過程中，滾筒大多借助 具有傳感器的蓋板防護，該傳感器識別蓋板的打開并觸發(fā)印刷機緊 急停機，從而把操作者的受傷危險降至最低。在這樣停機時，印刷 機必須在短的預(yù)定時間內(nèi)進入靜止狀態(tài)，其中，該時間段只允許幾 秒鐘。此外要確保，即使在電源故障時印刷機也不出現(xiàn)失控運行狀 態(tài)，并且印刷機被正常地制動至靜止狀態(tài)。
EP 0 726 643 Bl公開了用于單張紙印刷機的此種緊急制動裝 置。當借助緊急關(guān)斷或傳感器觸發(fā)印刷機制動時，首先進行純電氣 制動，在此，經(jīng)過短暫的預(yù)定時間間隔后，主驅(qū)動裝置力矩被關(guān)斷 并同時進行機械制動。其中，機械制動這樣設(shè)計即使主電驅(qū)動裝 置失靈時電氣主驅(qū)動裝置也能使印刷機及時進入靜止狀態(tài)。在無干
擾運行時，印刷機的制動在極大程度上是電制動。由于在緊急情況
下要實施機械制動直至靜止，EP 0 726 643 Bl中的機械式制動器必 須有龐大的尺寸，才能確保機械制動在短的最大允許時間內(nèi)達到靜 止。近幾年來開發(fā)出了由于規(guī)格較大而相應(yīng)地具有較大旋轉(zhuǎn)運動質(zhì) 量的單張紙印刷機，從而除了必須相應(yīng)地增大驅(qū)動電機的尺寸外， 還必須相應(yīng)地增大機械式制動器的尺寸。
發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的目的是，提供一種特別是用于單張紙印刷機的 電制動裝置，它具有相對較小的機械式制動器。
根據(jù)本發(fā)明，提出一種用于處理承印物的機器的電制動裝置， 該機器具有待制動的電驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置在電動機運行方式中 通過變流器饋電并且在制動時將電能反饋給變流器，其中，在逆變 器和電機之間可接入至少一個另外的吸收電能的制動裝置。
根據(jù)本發(fā)明，提出一種用于對處理承印物的機器中的電驅(qū)動裝 置電制動的方法，其中，所述電驅(qū)動裝置通過電功率部分連接到直 流電壓中間電路上，其中，在驅(qū)動裝置和功率部分之間可接入一個 另外的電制動裝置，在電網(wǎng)故障時通過計算機控制通過該功率部分 開始發(fā)電機式制動過程，在電功率部分故障時將該另外的電制動裝 置接通。
本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計方式能由從屬權(quán)利要求獲得。 本發(fā)明特別適合用在大型單張紙印刷機上。單張紙印刷機具有 至少一個主電驅(qū)動裝置用于驅(qū)動印刷滾筒和傳輸滾筒，該主電驅(qū)動 裝置大多通過機械的齒輪系驅(qū)動滾筒。該主電驅(qū)動裝置通常通過逆 變器被供給電能，以便能夠調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。該電力逆
變器通常連接在一個直流電壓中間電路上，該耦合電路通過變流器 或逆變器與公共三相電網(wǎng)連接。如果此時印刷機上出現(xiàn)出于安全原 因而要求馬上制動印刷機的運行狀態(tài)，則借助逆變器使能量流反向， 使得驅(qū)動電機不再以電動機方式而是以發(fā)電機方式工作，從而使印 刷機在短時間內(nèi)制動至靜止。在此所產(chǎn)生的電能通過逆變器反饋至 直流電壓中間電路，從那里或者繼續(xù)導(dǎo)入公共電網(wǎng)，或者在所謂的 斬波電阻中轉(zhuǎn)化為熱能。該斷路電阻也被稱為主制動電阻。如果逆 變器由于故障而失靈，則印刷機不再能通過電制動裝置安全地制動 至靜止。因此現(xiàn)有技術(shù)公開了使用相應(yīng)大尺寸的機械式制動器，它 在電制動裝置失靈時承擔制動過程。但按照本發(fā)明通過設(shè)置另一吸 收電能的制動裝置可放棄這種大尺寸的機械制動裝置。該吸收電能 的制動裝置的電路上可連接在逆變器和驅(qū)動電機之間。此外該另一 制動裝置具有監(jiān)視常規(guī)電制動裝置的制動過程的傳感器。如果探測 到常規(guī)電制動裝置失靈，則該另一制動裝置自動接通并負責使印刷 機以此方式可靠地制動至靜止。由于該另外的電制動裝置，可以放 棄費事的、尺寸龐大的機械式制動器。
在本發(fā)明的第一設(shè)計方案中規(guī)定，設(shè)置用于監(jiān)視電驅(qū)動裝置的 電機電流的監(jiān)視裝置。借助該監(jiān)視裝置能夠探測到逆變器的失靈， 因為在這種情況下在驅(qū)動器和逆變器之間不再有正常的電機電流流 過。如果在發(fā)電機式制動時得知一個這樣的電機電流，則該另外的 電制動裝置自動接通并確保電驅(qū)動裝置制動至靜止。
在本發(fā)明的另一種設(shè)計方案中規(guī)定，該另外的電制動裝置具有 制動電阻。當探測到常規(guī)電制動裝置失靈時，該另一吸收電能的制 動裝置自動接通并在電制動裝置中借助制動電阻制動印刷機。在此 制動電阻這樣確定大小，使得能夠及時制動。此外該另外的電制動
裝置有利地具有變流器，該變流器將電機電壓轉(zhuǎn)換為適合于制動電 阻的直流電壓。除制動電阻外在該另外的電制動裝置中也可設(shè)置一 個向電網(wǎng)反饋的反饋裝置，其中可首先向直流電壓層或直接向公共 電網(wǎng)反饋。但如果公共電網(wǎng)中存在電流故障，無法實現(xiàn)此種反饋。 出于安全原因針對這種情況設(shè)置一個制動電阻。也可以在該另一制 動裝置中設(shè)置多個制動電阻，它們允許電驅(qū)動裝置逐級制動。
在本發(fā)明的另一設(shè)計方案中規(guī)定，當電網(wǎng)發(fā)生故障時，通過計 算機控制，通過功率部分開始發(fā)電機式制動過程，當電功率部分故 障時，該另一制動裝置被接通。在這種分級做法中，當電網(wǎng)故障時， 首先總是開始發(fā)電機式制動過程，其中，通過驅(qū)動裝置的逆變器或 者附加逆變器將發(fā)電機式產(chǎn)生的電能饋送給電源級，用于為機器控 制裝置供電。多余的能量在主制動電阻中轉(zhuǎn)化為熱。但如果在發(fā)電 機式制動過程開始時檢測到電功率部分故障，也就是兩個變流器之 一、唯一的變流器或者所述變流器的電控制裝置故障，則該另一冗 余制動裝置自動接通并且承擔安全制動的任務(wù)。
有利地規(guī)定，在獲知功率部分故障時計算機檢查是否可以借 助功率部分進行發(fā)電機式制動。在這種情況下，首先將功率部分中 出現(xiàn)的故障與存儲的檢驗表比較并將其歸入關(guān)鍵的或非關(guān)鍵的類 別。如果存在非關(guān)鍵類別，則開始常規(guī)的發(fā)電機式制動過程，因為 所出現(xiàn)的故障顯然不會影響發(fā)電機式制動。但如果獲知功率部分中 的關(guān)鍵故障，則不再確保能夠通過功率部分發(fā)電機式制動，取而代 之，將另一冗余制動裝置接通。
本發(fā)明的特殊優(yōu)點在于，在制動過程中，在預(yù)給定的最大轉(zhuǎn)速 以上，驅(qū)動電機的機械式制動器是打開的。在此情況下該機械式制 動器僅用于防止被制動的電機扭轉(zhuǎn)。當電機僅還以預(yù)給定的最大轉(zhuǎn)
速工作時，將機械式制動器閉合。該最大轉(zhuǎn)速這樣低，使得以小的 機械制動裝置就可安全止動驅(qū)動電機。此外，在低于預(yù)給定的最大 轉(zhuǎn)速時機械式制動器才能接通，由此確保，該較小的機械式制動器 不會過載或損壞。
在本發(fā)明的另一種設(shè)計方案中規(guī)定，在通過另一制動裝置制動 時，功率部分與直流電壓中間電路斷開。當在功率部分中出現(xiàn)故障 時，發(fā)電機式制動通過另一冗余制動裝置進行。為了排除通過有故 障的功率部分從驅(qū)動電機或另外的電制動裝置向直流電壓中間電路 中的反饋作用，在故障情況下進行功率部分從直流電壓中間電路的 斷開。
為了滿足現(xiàn)今的安全性要求，必須將驅(qū)動電機在不大于10秒的
時間內(nèi)制動到靜止。因此，另外的電制動裝置或者說正常情況下的 發(fā)電機式制動運行被這樣設(shè)計，使得不超出預(yù)給定的時間段。
下面借助多幅附圖對本發(fā)明進行說明和闡述。附圖示出
圖1 印刷機中的根據(jù)本發(fā)明的電制動電路；
圖2a 帶有制動電阻的冗余制動裝置；
圖2b 帶有可兩級轉(zhuǎn)換的制動電阻的冗余制動裝置；
圖2c 帶有可三級轉(zhuǎn)換的制動電阻的冗余制動裝置。
具體實施例方式
從圖1看到印刷機1,它具有至少一個驅(qū)動電機13。該驅(qū)動電 機13可構(gòu)造為主驅(qū)動裝置并通過齒輪系驅(qū)動印刷機1中的所有滾 筒。在大型印刷機中驅(qū)動電機13可具有大于100KW的功率，因為
在這里由于滾筒大而決定了必須能使巨大的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)動。驅(qū)動電機13U、 V、 W三相式連接在電機功率部分3上。該電機功率部分3 具有驅(qū)動計算機4和安全性計算機5，在此，兩個計算機4、 5原則 上可相同地構(gòu)成。在正常運行時，驅(qū)動計算機4控制電機功率部分 3及包含在其中的逆變器，以便按照印刷機1的當時運行狀態(tài)來調(diào) 節(jié)驅(qū)動電機13。電機功率部分3通過饋給單元10被饋給540伏的 直流電壓。饋給單元IO具有變流器，該變流器將400伏的電網(wǎng)電壓 轉(zhuǎn)換為直流電壓供電級中的540伏直流電壓。此外，饋給單元10還 包含制動電阻控制裝置12，借助該制動電阻控制裝置能夠控制主制 動電阻ll。此外，還設(shè)有一機器計算機8，它通過兩條分開的CAN 總線6、 7例如控制電機功率部分3。其中， 一條CAN總線設(shè)計為 安全線路6，而另一條CAN總線7為運行線路。因而，不僅驅(qū)動計 算機4、 5被冗余設(shè)計，而且至機器計算機8的傳輸線路6、 7也冗 余設(shè)計，因為兩者始終并行處理相同的數(shù)據(jù)。機器計算機8為印刷 機1的中央控制裝置并且計算當時運行狀態(tài)所需的用于各個驅(qū)動部 件的額定值給定值。此外，為了交換對于安全性重要的信號，設(shè)有 安全輸入輸出接口 9，通過該接口例如可以交換信號，這些信號告 知部件例如饋給單元10的修正運行狀態(tài)。通過這種方式例如將由主 饋給單元10告知的電網(wǎng)故障傳送給計算機4、 5。為此在主饋給單 元10中持久監(jiān)視輸入電壓。如果該輸入電壓下降到低于臨界值，則 認為存在電網(wǎng)故障并通過安全輸入輸出接口 9將相應(yīng)的信號發(fā)送到 計算機4、 5中。由此當電網(wǎng)電壓故障t 〉5ms時，自動將印刷機制 動。在這種情況下，計算機4、 5將驅(qū)動電機13從電動機式運行轉(zhuǎn) 換至發(fā)電機式運行，從而對印刷機1的旋轉(zhuǎn)滾筒制動。此處所產(chǎn)生 的電能通過驅(qū)動裝置的逆變器或者附加的逆變器饋送給用于為機器
控制裝置供電的電源級。多余能量在主制動電阻中轉(zhuǎn)換成熱量。當
驅(qū)動電機13幾乎被制動到靜止狀態(tài)時，機械式鎖止制動器14才插 入，從而防止驅(qū)動電機B扭轉(zhuǎn)。
但由于功率部分3中的技術(shù)故障會出現(xiàn)功率部分3中的逆變 器無法正常起作用，從而不能通過主制動電阻11實現(xiàn)正常的發(fā)電機 式制動過程。在這種情況下，印刷機1不再能借助主制動電阻11制 動。如果計算機4、 5確定了功率部分3中的這種故障，那么首先檢 查所確定的故障是否影響通過主制動電阻11的發(fā)電機式制動。如 果不能，則進行常規(guī)的發(fā)電機式制動過程。但如果所獲知的故障能 導(dǎo)致借助主制動電阻11發(fā)電機式制動時出現(xiàn)問題，則激活冗余制動 控制裝置17，該冗余制動控制裝置包括另外的電制動裝置。冗余制 動控制裝置17具有制動器保護電路15和制動整流器18。制動器保 護電路15首先負責使機械式制動器14保持打開，從而保護該機械 式制動器不會過載。冗余制動控制裝置17又將來自發(fā)電機式工作的 驅(qū)動電機13的電能通過制動整流器18輸送給冗余制動電阻19。出 于安全原因，該冗余制動電阻19應(yīng)至少與主制動電阻11尺寸近似。 在通過該另外的電制動裝置進行緊急制動之前，首先由計算機4、 5 將功率部分3與電源斷開并阻斷其輸出晶體管。然后借助制動整流 器18和冗余制動電阻19實施緊急制動。一旦制動器保護電路15確 定了驅(qū)動電機13的非臨界轉(zhuǎn)速，則機械式制動器14閉合，以便可 靠止動驅(qū)動電機13。機械式鎖止制動器閉合時的轉(zhuǎn)速在此確定得這 樣小，以致還要消除的剩余制動能量不會過分要求機械式制動器14 的功率能力。
圖2a、 2b、 2c中示出了冗余電制動裝置17的各種不同實施例。 此外，在每個電路旁邊示出了與驅(qū)動電機13轉(zhuǎn)速相關(guān)的制動力矩。
可以看出，在所有三種情況下，驅(qū)動電機B被制動至靜止狀態(tài)。在 圖2a中所述另外的電制動裝置17僅具有一個也用R^w標記的制 動電阻19。該冗余制動控制裝置17能夠借助晶閘管或IGBT接通制 動電阻19。在接通制動電阻19后，電制動一直進行到靜止狀態(tài)。
在如圖2b所示的實施方式中，設(shè)有兩個標記為Rbremsl和RbKms2 的冗余制動電阻19。在這種情況下能實現(xiàn)兩級的級聯(lián)制動。為此兩 個制動電阻Rbwms,和Rb^^可借助冗余制動控制裝置17的兩個晶閘 管或IGBTs來控制。首先利用制動電阻Rbremsl來達到期望的制動作
用。當?shù)陀陬A(yù)給定的轉(zhuǎn)速后，與第二制動電阻Rbrems2并聯(lián)的晶閘管
或IGBT接合并從而接通第二制動電阻Rbrems2。由此在該轉(zhuǎn)速以下 通過兩個制動電阻19發(fā)電機式制動，制動力矩再次提高并且驅(qū)動電 機13被制動至靜止狀態(tài)。
按照如圖2c所示的實施方式，通過兩個可并聯(lián)的標記為Rbremsl
和Rbrems2的制動電阻19進行對驅(qū)動電機13的三級制動。兩個制動
電阻Rbra sl和Rbwn^可通過冗余制動控制裝置17的兩個IGBT或晶 閘管接通或關(guān)斷。在兩個制動電阻19情況下首先接通從屬的IGBTs 或晶閘管，從而實現(xiàn)驅(qū)動電機13的制動。在低于第一預(yù)給定轉(zhuǎn)速后，
將較大的制動電阻R^n^切斷而較小的第二制動電阻Rbrems2保持接 通。因而在第二階段對驅(qū)動電機13進行更強烈的制動。在達到第二 預(yù)給定轉(zhuǎn)速后，將兩者中較大的制動電阻19Rbrems2接通，Rbrem^通
過冗余制動器控制器17的從屬的晶閘管或IGBT斷開，從而通過增
加制動力矩進行更強烈制動直到靜止。
附圖標記
1 印刷機
2直流電壓供電級
3電機功率部分
4驅(qū)動計算機
安全計算機
6CAN總線安全線路
7CAN總線運行線路
8機器計算機
9安全輸入輸出接口
10饋給單元
11主制動電阻
12制動電阻控制裝置
13驅(qū)動電機
14機械式制動器
15制動器保護電路
16電動機電流監(jiān)視裝置
17冗余制動控制裝置
18制動整流器
19冗余制動電阻
U， V，W 三相電機電壓
權(quán)利要求
1.用于處理承印物的機器(1)的電制動裝置，該機器具有待制動的電驅(qū)動裝置(13)，該驅(qū)動裝置(13)在電動機運行方式中通過變流器(3)饋電并且在制動時將電能反饋給變流器(3)，其特征在于，在逆變器(3)和電機(13)之間可接入至少一個另外的吸收電能的制動裝置(15)。
2. 如權(quán)利要求l所述的電制動裝置，其特征在于，設(shè)有用于監(jiān) 視電驅(qū)動裝置(13)的電機電流的監(jiān)視裝置(16)。
3. 如上述權(quán)利要求之一所述的電制動裝置，其特征在于，該另 外的電制動裝置(15)具有制動電阻(15)。
4. 如上述權(quán)利要求之一所述的電制動裝置，其特征在于，電驅(qū) 動裝置(13)可借助機械式鎖止制動器(14)止動。
5. 如上述權(quán)利要求之一所述的電制動裝置，其特征在于，該另 外的制動裝置(15)具有整流器(18)。
6. 如權(quán)利要求5所述的電制動裝置，其特征在于，該另外的制 動裝置(15)具有多個制動電阻(19)。
7. 用于對處理承印物的機器(1)中的電驅(qū)動裝置(13)電制 動的方法，其中，所述電驅(qū)動裝置(13)通過電功率部分(3)連接 到直流電壓中間電路上，其特征在于，在驅(qū)動裝置(13)和功率部 分(3)之間可接入一個另外的電制動裝置(15)，在電網(wǎng)故障時通 過計算機(4、 5)控制通過該功率部分(3)開始發(fā)電機式制動過程， 在電功率部分(3)故障時將該另外的電制動裝置(15)接通。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在得知功率部分(3) 中故障時計算機(4、 5)檢査是否可借助功率部分(3)進行發(fā)電機式制動。
9. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在制動過程 期間，在預(yù)給定的最大轉(zhuǎn)速以上，驅(qū)動電機(13)的機械式制動器 (14)是打開的。
10. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在通過該 另一制動裝置(15)制動時，將功率部分(3)與直流電壓中間電路 (2)斷開。
11. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，將驅(qū)動電 機(13)在小于IO秒的時間制動至靜止狀態(tài)。
12. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在借助功 率部分(3)發(fā)電機式制動時，將制動能量在斬波電阻(11)中轉(zhuǎn)化 為熱量。
13. 如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在借助功 率部分(3)發(fā)電機式制動時，將電制動能量反饋給直流電壓級(2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于對處理承印物的機器(1)中的電驅(qū)動裝置(13)電制動的裝置和方法，其中，所述電制動裝置(13)通過電功率部分(3)連接到直流電壓中間電路上。本發(fā)明的特征在于，在驅(qū)動裝置(13)和功率部分(3)之間可接入一個另外的電制動裝置(15)，在電網(wǎng)故障時通過計算機(4、5)控制通過功率部分(3)開始發(fā)電機式制動過程，在電功率部分(3)故障時該另外的電制動裝置(15)接通。
文檔編號H02P3/18GK101207349SQ20071030554
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者A·亞歷山大, H·邁爾, J·貝希特勒, K·哈特曼, K-D·克萊鮑姆許特, W·迪爾 申請人:海德堡印刷機械股份公司