電機制動控制電路的製作方法

2023-06-03 03:23:16 1

本發明涉及電機控制技術領域，特別是涉及一種電機制動控制電路。

背景技術：

實際應用中多數電機制動採用彈簧加壓制動器，制動器的控制器不是通用設備，比較難購買。直接給制動器線圈加直流電釋放，維持制動器釋放電流降不下來，線圈熱、能耗高。用可控矽調導通角控制初始釋放/維持釋放電流，由於控制是電感負載，電流是脈動直流，可控矽不截止機率加大。更重要是很難實現從制動信號給出到彈簧壓緊時間小於50mS，不能滿足精密工具機，機器人等行業電機控制要求。因此有必要研製易實現、價格低廉、節能、動作時間短、安全可靠的電機制動控制器。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提出了一種電機制動控制電路，以簡單的電路設計實現了大電流啟動釋放，小電流維持制動器釋放，節省了能源，並且實現了電機的快速制動。

本發明提出的一種電機制動控制電路，包括電源輸入端子CN1、彈簧加壓制動器的制動器線圈接口端子CN3、控制信號接口端子CN2，還包括整流限流電路、控制電源電路、初始通電啟動電路、隔離光耦PC2、定壓開關電路、開關管Q2；

控制電源電路用於為開關管Q2提供控制電壓；

整流限流電路對交流電進行整流限流，然後分為兩路；一路通過制動器線圈接口CN3接入制動器線圈，用於開關管Q2接通時維持彈簧加壓制動器釋放所需電流；另一路接入控制電源電路降壓、穩壓後，經隔離光耦PC2接入開關管Q2的控制端；開關管Q2通過制動器線圈接口CN3連接制動器線圈，用於控制制動器線圈的通斷電；定壓開關電路通過制動器線圈接口CN3與制動器線圈並聯；隔離光耦PC2的控制端連接在控制信號接口端子CN2；

初始通電啟動電路與整流限流電路並聯設置，用於提供彈簧加壓制動器釋放初期工作電能，並延時後斷開；

定壓開關電路用於在開關管Q2斷開瞬間，制動器線圈產生反峰電壓大於定壓開關電路的導通電壓時，定壓開關電路導通；

控制信號接口端子CN2接入控制信號後，隔離光耦PC2瞬時導通，控制開關管Q2導通，由初始通電啟動電路提供彈簧加壓制動器動作初期釋放電流，保證制動器釋放初期對電能需求，經過延時後初始通電啟動電路的輸出斷開，由整流限流電路繼續維持彈簧加壓制動器釋放所需電能，制動器維持非制動狀態；

控制信號接口端子CN2的接入信號斷開時，隔離光耦PC2輸出端瞬時斷開，開關管Q2隨即瞬時斷開，開關管Q2斷開瞬間制動器線圈產生反峰電壓，當所述反峰電壓達到定壓開關電路的導通電壓時定壓開關電路導通，此時制動器線圈兩端電壓高、線圈電流小，電磁吸力遠小於彈簧彈力，制動器對電機快速制動。

優選的，所述的定壓開關電路為串聯設置且陽極互相連接的穩壓二極體ZD3和二極體D3，其中二極體D3的陰極連接整流限流電路輸出端，穩壓二極體ZD3的陰極連接開關管Q2。

優選的，所述的整流限流電路包括二極體D1、二極體D2、限流電阻R1；二極體D1與二極體D2的陽極分別與交流電相連接，其陰極相互連接後與限流電阻R1串聯。

優選的，所述的初始通電啟動電路包括整流電路和延時控制電路；

延時控制電路由隔離光耦PC1、電容C2、穩壓二極體ZD1、二極體D4、電阻R6、電阻R7構成；其中電阻R7兩端分別連接控制信號接口端子CN2兩個埠，電阻R7的一端通過二極體D4和電阻R6的並聯電路連接隔離光耦PC1控制端的輸入口，電阻R7的另一端通過穩壓二極體ZD1連接隔離光耦PC1控制端的輸出口，二極體D4的陰極和穩壓二極體ZD1的陽極分別連接電阻R7的兩端，二極體D4的陽極和穩壓二極體ZD1的陽極分別連接電容C2的正極和負極；

整流電路包括可控矽Q1、電容C1、電阻R2、電阻R3、電阻R4；其中可控矽Q1的陽極和陰極分別連接交流電和隔離光耦PC1執行端的輸出口，電容C1和電阻R4構成的串聯阻容電路的兩端分別連接可控矽Q1的陽極和隔離光耦PC1執行端的輸入口，電阻R3的兩端分別連接可控矽Q1的控制極和可控矽Q1的陰極，電阻R2的兩端分別連接可控矽Q1的控制極和隔離光耦PC1執行端的輸出口。

優選的，所述的初始通電啟動電路由二極體和電容的串聯電路構成，初始通電啟動電路的輸入端與輸出端分別與整流限流電路的輸入端和輸出端相連接。

優選的，所述的初始通電啟動電路包括與限流電阻R1並聯的電容，該電容與二極體D1共同實現初始通電啟動電路的延時斷開功能。

優選的，所述的控制電源電路包括電容C3、穩壓二極體ZD2、電阻R8、電阻R9；其中電容C3和電阻R8串聯電路與二極體D1並聯，電容C3負極連接二極體D1的陽極，穩壓二極體ZD2與電容C3並聯，穩壓二極體ZD2的陽極連接電容C3的負極，穩壓二極體ZD2的陰極通過電阻R9連接隔離光耦PC2的執行端。

優選的，所述穩壓二極體ZD3的穩定電壓為150V～240V。

優選的，所述限流電阻R1的電阻值為1KΩ。

優選的，穩壓二極體ZD2的穩定電壓為15V，穩壓二極體ZD1的穩定電壓為3.6V。

本發明的技術效果包括以下幾個方面：

(1)一個可控矽和周圍控制器件組成延時斷開電路，提供彈簧加壓制動器釋放初期對電能的需求。

(2)制動器線圈維持釋放有電阻限流，電能消耗不到直通時20％，同時降低制動器線圈運行時兩端電壓，不到直通時的1/4。這樣低的運行電壓使得線圈快速斷電時產生反峰電壓也同倍率降低，斷電更安全。

(3)控制信號經過光耦隔離後控制開關管，既安全可靠又縮短延遲時間。

(4)開關管截止瞬間，制動器線圈產生反峰電壓，高於定壓開關電路穩壓管穩壓值時，穩壓管導通續流，由於電壓高電流小，制動器線圈不能維持釋放靠彈簧力動作，斷電動作時間短，實測從斷開控制信號到制動器彈簧壓緊時間小於22Sm。

附圖說明

圖1為實施例一電機制動控制電路的示意圖；

圖2為實施例二電機制動控制電路的示意圖。

具體實施方式

下面參照附圖來描述本發明的優選實施方式。本領域技術人員應當理解的是，這些實施方式僅僅用於解釋本發明的技術原理，並非旨在限制本發明的保護範圍。

實施例一

如圖1所示，本實施例提出的一種電機制動控制電路包括電源輸入端子CN1、彈簧加壓制動器的制動器線圈接口端子CN3、控制信號接口端子CN2，其特徵在於，包括整流限流電路、控制電源電路、初始通電啟動電路、隔離光耦PC2、定壓開關電路、開關管Q2。

整流限流電路用於將交流電轉換為直流電並通過限流電阻實現電流的限流；整流限流電路包括二極體D1、二極體D2、限流電阻R1；二極體D1與二極體D2的陽極分別與交流電相連接，其陰極相互連接後與限流電阻R1串聯。

整流限流電路對交流電進行整流限流，然後分為兩路；一路通過制動器線圈接口CN3接入制動器線圈，用於開關管Q2接通時維持彈簧加壓制動器釋放所需電流；另一路接入控制電源電路降壓、穩壓後，經隔離光耦PC2接入開關管Q2的控制端；開關管Q2通過制動器線圈接口CN3連接制動器線圈，用於控制制動器線圈的通斷電；定壓開關電路通過制動器線圈接口CN3與制動器線圈並聯；隔離光耦PC2的控制端連接在控制信號接口端子CN2。

控制電源電路用於為開關管Q2提供控制電壓；控制電源電路包括電容C3、穩壓二極體ZD2、電阻R8、電阻R9；其中電容C3和電阻R8串聯電路與二極體D1並聯，電容C3負極連接二極體D1的陽極，穩壓二極體ZD2與電容C3並聯，穩壓二極體ZD2的陽極連接電容C3的負極，穩壓二極體ZD2的陰極通過電阻R9連接隔離光耦PC2的執行端。

初始通電啟動電路與整流限流電路並聯設置，用於提供彈簧加壓制動器釋放初期工作電能，並延時後斷開；初始通電啟動電路包括整流電路和延時控制電路。

延時控制電路由隔離光耦PC1、電容C2、穩壓二極體ZD1、二極體D4、電阻R6、電阻R7構成；其中電阻R7兩端分別連接控制信號接口端子CN2兩個埠，電阻R7的一端通過二極體D4和電阻R6的並聯電路連接隔離光耦PC1控制端的輸入口，電阻R7的另一端通過穩壓二極體ZD1連接隔離光耦PC1控制端的輸出口，二極體D4的陰極和穩壓二極體ZD1的陽極分別連接電阻R7的兩端，二極體D4的陽極和穩壓二極體ZD1的陽極分別連接電容C2的正極和負極。

整流電路包括可控矽Q1、電容C1、電阻R2、電阻R3、電阻R4；其中可控矽Q1的陽極和陰極分別連接交流電和隔離光耦PC1執行端的輸出口，電容C1和電阻R4構成的串聯阻容電路的兩端分別連接可控矽Q1的陽極和隔離光耦PC1執行端的輸入口，電阻R3的兩端分別連接可控矽Q1的控制極和可控矽Q1的陰極，電阻R2的兩端分別連接可控矽Q1的控制極和隔離光耦PC1執行端的輸入口。

定壓開關電路用於在開關管Q2斷開瞬間，制動器線圈產生反峰電壓大於定壓開關電路的導通電壓時導通；定壓開關電路為串聯設置且陽極互相連接的穩壓二極體ZD3和二極體D3，其中二極體D3的陰極連接整流限流電路輸出端，穩壓二極體ZD3的陰極連接開關管Q2。

隔離光耦PC2的控制端與控制信號接口端子CN2之間設置有電阻R5；開關管Q2的控制端通過電阻R10連接至二極體D1的陽極。

本實施例中的穩壓二極體ZD3的穩定電壓為150V～240V。

本實施例中的限流電阻R1的電阻值為1KΩ。

本實施例中的穩壓二極體ZD2的穩定電壓為15V，穩壓二極體ZD1的穩定電壓為3.6V。

交流電源由端子CN1輸入，經二極體D1和D2構成的整流電路變為直流，經限流電阻R1限流後與可控矽Q1整流輸出相連，整流後的直流電通過制動器線圈接口端子CN3接無勵磁動作(彈簧加壓)型制動器線圈一端，制動器線圈另一端經開關管Q2接直流負端。

控制信號為5-24VDC，由接口端子CN2接入控制信號後，隔離光耦PC2瞬時導通控制開關管Q2導通，初始通電啟動電路提供彈簧加壓制動器動作初期釋放電流，主要流經可控矽Q1、制動器線圈、開關管Q2，電流在0.5A-1.5A之間，保證制動器釋放初期對電能需求。經過約0.5S延時後，延時控制電路導通，致使初始通電啟動電路的可控矽Q1輸出截止，由整流限流電路提供彈簧加壓制動器線圈電流，主要流經二級管D1、限流電阻R1、制動器線圈、開關管Q2，由於限流電阻R1的阻值遠大於制動器線圈阻值，電流降到0.1A左右，繼續維持制動器釋放過程對電能需求。

控制信號接口端子CN2的接入信號斷開時，隔離光耦PC2瞬時斷開，開關管Q2隨即瞬時斷開，制動器線圈斷開維持釋放電流，制動器在內置彈簧頂推力作用下動作。開關管Q2斷開瞬間制動器線圈產生反峰電壓，當所述反峰電壓達到定壓開關電路的導通電壓時，定壓開關電路導通，此時制動器線圈兩端電壓高、線圈電流小，電磁吸力遠小於彈簧彈力，制動器不能維持非制動狀態，從而實現電機的快速制動動作。

實施例二

本實施例與實施例一的不同之處在於初始通電啟動電路的設計，本實施例中初始通電啟動電路包括電容C4，電容C4與限流電阻R1並聯，電容C4與二極體D1共同實現初始通電啟動電路的延時斷開功能；電容C4的參數為100uF/400V。

其工作過程為：由接口端子CN2接入控制信號後，隔離光耦PC2瞬時導通，控制開關管Q2導通，交流電經二極體D1整流與電容C4充電電流提供彈簧加壓制動器動作初期釋放電流，保證制動器釋放初期對電能需求，電容C4充電兩極間電壓逐漸升高，電流逐漸減小接近於0，這時由整流限流電路繼續維持彈簧加壓制動器釋放過程所需電能。

至此，已經結合附圖所示的優選實施方式描述了本發明的技術方案，但是，本領域技術人員容易理解的是，本發明的保護範圍顯然不局限於這些具體實施方式。在不偏離本發明的原理的前提下，本領域技術人員可以對相關技術特徵作出等同的更改或替換，這些更改或替換之後的技術方案都將落入本發明的保護範圍之內。