三相電磁減速式永磁低速同步電機快速制動電路的製作方法
2023-07-05 23:12:21 1
三相電磁減速式永磁低速同步電機快速制動電路的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種三相電磁減速式永磁低速同步電機快速制動電路。本發明包括運行控制電路、低速同步電機驅動電路，具體包括穩壓電源模塊U0、鍾振U5、處理器IC1、正反轉模塊U1、上半波固態繼電器U2、下半波固態繼電器U3、交流固態繼電器U4、電感L1、AB相電阻R1、AB相電容C1、BC相電阻R2、BC相電容C2、三相電磁減速式永磁低速同步電機M等。本發明在三相電磁減速式永磁低速同步電機的停車、及正-反轉相互轉換的過渡過程中，三相繞組重組成單迴路結構，並採用半周整流制動控制電路，以縮短停車、制動時間，能大幅提高三相電磁減速式永磁低速同步電機的定位控制性能，該技術方案簡單、可靠、性價比高、通用性好。
【專利說明】三相電磁減速式永磁低速同步電機快速制動電路
【技術領域】
[0001]本發明屬於工業控制領域，涉及一種電路，特別涉及一種三相電磁減速式永磁低速同步電機快速制動電路，適用於以三相電磁減速式永磁低速同步電機為執行器且要求快速停車或正、反轉過渡過程迅速的控制應用場合。
【背景技術】
[0002]相對於一般的三相交流異步電動機、三相永磁同步電動機，三相電磁減速式永磁低速同步電機由於其無需機械減速器而能直接驅動運動機構、及起停時間短的特點，已在無需調速但要求頻繁起、停或正、反轉控制的運動機構中獲得大量應用，目前三相電磁減速式永磁低速同步電機的主要運行方式是:正轉、反轉、停止，不調速。現有方案的主要不足之處在於:目前三相電磁減速式永磁低速同步電機所採用的正轉、反轉、停止等控制方法與三相交流異步電動機的控制方法一樣，如:正轉時按一定相序通電；而要反轉時，先將三相電機的其中兩相相序互換；要停止時，則切斷對電機所有相繞組的供電，使電機處於斷電下的自由停車過程。儘管三相電磁減速式永磁低速同步電機的停車時間比一般的三相交流電機的停車時間要短很多，但將三相電磁減速式永磁低速同步電機用於定位控制時，其制動、停車時間還有待進一步縮短，進而提高定位控制的精度。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是針對現有技術存在的不足，提出一種三相電磁減速式永磁低速同步電機快速制動電路。該電路在三相電磁減速式永磁低速同步電機的停車、及正-反轉相互轉換的過渡過程中，使三相繞組重組成單迴路結構，並採用基於半波固態繼電器的半周整流制動控制電路，以大幅縮短三相電磁減速式永磁低速同步電機的停車、制動時間，提高該電機的定位控制性能。
[0004]本發明包括運行控制電路、低速同步電機驅動電路。
[0005]運行控制電路包括穩壓電源模塊UO、鍾振U5、處理器ICl、濾波電容C3，穩壓電源模塊UO的供電端L端與電網B相電壓端UB端連接，穩壓電源模塊UO的零線端N端與電網C相電壓端UC端連接，穩壓電源模塊UO的輸出電源端+V端與穩壓電源正端VCC端連接，穩壓電源模塊UO的地端GND端接地；鍾振U5的輸出端OUT與處理器ICl的時鐘輸入端XT端連接，鍾振U5的電源端+V端與穩壓電源正端VCC端連接，鍾振U5的地端GND端接地；ICl的電源端+V端與穩壓電源正端VCC端、濾波電容C3的一端連接，ICl的地端GND端接地，濾波電容C3的另一端接地，ICl的第I輸入端Il端與正轉指令端UF端連接，處理器ICl的第2輸入端12端與反轉指令端UR端連接，處理器ICl的第3輸入端13端與工作/停止使能端W/S端連接，處理器ICl的第I輸出端01端與正反轉模塊Ul的正轉控制端F端連接，處理器ICl的第2輸出端02端與正反轉模塊Ul的反轉控制端R端連接，處理器ICl的第3輸出端03端與交流固態繼電器U4的負輸入端-1N端連接，處理器ICl的第4輸出端04端與上半波固態繼電器U2的負輸入端-1N端連接,處理器ICl的第5輸出端05端與下半波固態繼電器U3的負輸入端-1N端連接。
[0006]低速同步電機驅動電路包括正反轉模塊U1、上半波固態繼電器U2、下半波固態繼電器U3、交流固態繼電器U4、電感L1、AB相電阻R1、AB相電容C1、BC相電阻R2、BC相電容C2、三相電磁減速式永磁低速同步電機M,正反轉模塊Ul的A相電源輸入端A端與電網A相電壓端UA端連接，正反轉模塊Ul的B相電源輸入端B端與電網A相電壓端UB端連接，正反轉模塊Ul的C相電源輸入端C端與電網C相電壓端UC端連接，正反轉模塊Ul的共陽端+V端與穩壓電源正端VCC端連接，正反轉模塊Ul的A相輸出端U端與三相電磁減速式永磁低速同步電機M的A相繞組端a端、上半波固態繼電器U2的陰極K端、AB相電阻Rl的一端連接，正反轉模塊Ul的B相輸出端V端與三相電磁減速式永磁低速同步電機M的B相繞組端b端、下半波固態繼電器U3的陽極A端、BC相電阻R2的一端、AB相電容Cl的一端、電感LI的一端連接，正反轉模塊Ul的C相輸出端W端與三相電磁減速式永磁低速同步電機M的C相繞組端c端、交流固態繼電器U4的第2交流端AC2端、BC相電容C2的一端連接，交流固態繼電器U4的第I交流端ACl端與電感LI的另一端連接，AB相電阻Rl的另一端與AB相電容Cl的另一端連接，BC相電阻R2的另一端與BC相電容C2的另一端連接，上半波固態繼電器U2的正輸入端+IN端、下半波固態繼電器U3的正輸入端+IN端、交流固態繼電器U4的正輸入端+IN端均與穩壓電源正端VCC端連接，上半波固態繼電器U2的陽極A端與電網A相電壓端UA端連接，下半波固態繼電器U3的陰極K端與電網B相電壓端UB端連接。
[0007]本發明的有益效果如下:
本發明在三相電磁減速式永磁低速同步電機的停車、及正-反轉相互轉換的過渡過程中，使正反轉控制模塊處於禁止工作狀態，利用交流固態繼電器使三相繞組重組成單迴路結構，並採用基於半波固態繼電器的半周整流制動控制電路，可大幅度地縮短三相電磁減速式永磁低速同步電機的停車、制動時間，能大幅提高三相電磁減速式永磁低速同步電機的定位控制性能，該技術方案簡單、可靠、性價比高、通用性好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明的電路圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[0010]如圖1所示，三相電磁減速式永磁低速同步電機快速制動電路，包括運行控制電路、低速同步電機驅動電路。
[0011]運行控制電路包括穩壓電源模塊U0、鍾振U5、處理器IC1、濾波電容C3，穩壓電源模塊UO的供電端L端與電網B相電壓端UB端連接，穩壓電源模塊UO的零線端N端與電網C相電壓端UC端連接，穩壓電源模塊UO的輸出電源端+V端與穩壓電源正端VCC端連接，穩壓電源模塊UO的地端GND端接地；鍾振U5的輸出端OUT與處理器ICl的時鐘輸入端XT端連接，鍾振U5的電源端+V端與穩壓電源正端VCC端連接，鍾振U5的地端GND端接地；ICl的電源端+V端與穩壓電源正端VCC端、濾波電容C3的一端連接，ICl的地端GND端接地，濾波電容C3的另一端接地，ICl的第I輸入端Il端與正轉指令端UF端連接，處理器ICl的第2輸入端12端與反轉指令端UR端連接，處理器ICl的第3輸入端13端與工作/停止使能端W/S端連接，處理器ICl的第I輸出端Ol端與正反轉模塊Ul的正轉控制端F端連接，處理器ICl的第2輸出端02端與正反轉模塊Ul的反轉控制端R端連接，處理器ICl的第3輸出端03端與交流固態繼電器U4的負輸入端-1N端連接，處理器ICl的第4輸出端04端與上半波固態繼電器U2的負輸入端-1N端連接,處理器ICl的第5輸出端05端與下半波固態繼電器U3的負輸入端-1N端連接。
[0012]低速同步電機驅動電路包括正反轉模塊U1、上半波固態繼電器U2、下半波固態繼電器U3、交流固態繼電器U4、電感L1、AB相電阻R1、AB相電容C1、BC相電阻R2、BC相電容C2、三相電磁減速式永磁低速同步電機M,正反轉模塊Ul的A相電源輸入端A端與電網A相電壓端UA端連接，正反轉模塊Ul的B相電源輸入端B端與電網A相電壓端UB端連接，正反轉模塊Ul的C相電源輸入端C端與電網C相電壓端UC端連接，正反轉模塊Ul的共陽端+V端與穩壓電源正端VCC端連接，正反轉模塊Ul的A相輸出端U端與三相電磁減速式永磁低速同步電機M的A相繞組端a端、上半波固態繼電器U2的陰極K端、AB相電阻Rl的一端連接，正反轉模塊Ul的B相輸出端V端與三相電磁減速式永磁低速同步電機M的B相繞組端b端、下半波固態繼電器U3的陽極A端、BC相電阻R2的一端、AB相電容Cl的一端、電感LI的一端連接，正反轉模塊Ul的C相輸出端W端與三相電磁減速式永磁低速同步電機M的C相繞組端c端、交流固態繼電器U4的第2交流端AC2端、BC相電容C2的一端連接，交流固態繼電器U4的第I交流端ACl端與電感LI的另一端連接，AB相電阻Rl的另一端與AB相電容Cl的另一端連接，BC相電阻R2的另一端與BC相電容C2的另一端連接，上半波固態繼電器U2的正輸入端+IN端、下半波固態繼電器U3的正輸入端+IN端、交流固態繼電器U4的正輸入端+IN端均與穩壓電源正端VCC端連接，上半波固態繼電器U2的陽極A端與電網A相電壓端UA端連接，下半波固態繼電器U3的陰極K端與電網B相電壓端UB端連接。
[0013]本發明所使用的包括穩壓電源模塊U0、正反轉模塊U1、上半波固態繼電器U2、上半波固態繼電器U3、交流固態繼電器U4、處理器ICl等在內的所有器件均採用現有的成熟產品，可以通過市場取得。例如:穩壓電源模塊採用WAN2.5-5，半波固態繼電器採用SSR-380D10XP型產品，交流固態繼電器採用SSR-H380D型產品，處理器採用Atmega328等。
[0014]本發明工作過程如下:
本發明電路有如下四種工作狀態:
1、停止狀態:
(I)正常停止狀態:當來自上級系統的工作/停止使能端W/S端的信號為低電平時(W/S=O，邏輯信號)，處理器ICl的5個輸出端01、02、03、04、05端均輸出高電平，則正反轉模塊Ul、上半波固態繼電器U2、下半波固態繼電器U3、交流固態繼電器U4均處於關斷狀態，三相電磁減速式永磁低速同步電機M因其三相繞組不通電而處於停止狀態。
[0015](2)對異常指令的保護性停止狀態:當來自上級系統的工作/停止使能端W/S端信號、正轉指令端信號UF、反轉指令端信號UR均為高電平時，為錯誤指令，則處理器ICl的5個輸出端01、02、03、04、05端均輸出高電平，則正反轉模塊Ul、上半波固態繼電器U2、下半波固態繼電器U3、交流固態繼電器U4均處於關斷狀態，三相電磁減速式永磁低速同步電機M因其三相繞組不通電而處於停止狀態，進行安全保護。[0016]2、正轉狀態:
當來自上級系統的工作/停止使能端W/S端信號為高電平、正轉指令端信號UF為高電平、反轉指令端信號UR為低電平時，處理器ICl的第I輸出端01為低電平，其餘的輸出端
02、03、04、05端均輸出高電平，則上半波固態繼電器U2、下半波固態繼電器U3、交流固態繼電器U4均處於關斷狀態,而正反轉模塊Ul的A相輸出端U端與A相輸入端A端導通、Ul的B相輸出端V端與B相輸入端B端導通、Ul的C相輸出端W端與C相輸入端C端導通,三相電磁減速式永磁低速同步電機M處於正轉狀態。
[0017]3、反正狀態:
當來自上級系統的工作/停止使能端W/S端信號為高電平、正轉指令端信號UF為低電平、反轉指令端信號UR為高電平時，處理器ICl的第2輸出端02為低電平，其餘的輸出端
01、03、04、05端均輸出高電平，則上半波固態繼電器U2、下半波固態繼電器U3、交流固態繼電器U4均處於關斷狀態,而正反轉模塊Ul的A相輸出端U端與A相輸入端A端導通、Ul的B相輸出端V端與C相輸入端C端導通、Ul的C相輸出端W端與B相輸入端B端導通,三相電磁減速式永磁低速同步電機M處於反轉狀態。
[0018]4、停車制動狀態:
在來自上級系統的工作/停止使能端W/S端信號為高電平期間，當出現如下情況:(I)電機M先處於正轉運行狀態，然後出現正轉指令端信號UF由高電平變為低電平；(2 )電機M先處於反轉運行狀態，然後出現反轉指令端信號UR為高電平變為低電平。則處理器ICl對應的第I輸出端01端或第2輸出端02端先從低電平變為高電平，正反轉模塊Ul處於關斷狀態，此後，處理器ICl延時I個電網周期後使其輸出端03端、04端、05端均輸出低電平，使得上半波固態繼電器U2、下半波固態繼電器U3、交流固態繼電器U4均處於導通狀態，這樣，經交流固態繼電器U4與電感LI使三相電磁減速式永磁低速同步電機M的b相繞組與c相繞組並聯、而電網A相供電端UA端與B相供電端UB端間的電壓經上半波固態繼電器U2與下半波固態繼電器U3給三相電磁減速式永磁低速同步電機M的a相繞組與b相繞組供電，且因上半波固態繼電器U2與下半波固態繼電器U3的輸出級均為逆阻型晶閘管，只能單向導電，這使得三相電磁減速式永磁低速同步電機M的三相繞組被重構成了單迴路，且供電電壓只是交流電網A、B相間線電壓的半周波，故可使三相電磁減速式永磁低速同步電機M產生附加制動轉矩，使之快速制動、停車，這種制動控制狀態持續幾個電網周期後，處理器ICl即使其5個輸出端01端、02端、03端、04端、05端均輸出高電平，則正反轉模塊U1、上半波固態繼電器U2、下半波固態繼電器U3、交流固態繼電器U4均處於關斷狀態，制動結束。這在定位控制場合，可大幅提高定位精度，也適於恆速往復運動的控制應用場合。
【權利要求】
1.三相電磁減速式永磁低速同步電機快速制動電路，包括運行控制電路、低速同步電機驅動電路，其特徵在於: 運行控制電路包括穩壓電源模塊U0、鍾振U5、處理器ICl、濾波電容C3，穩壓電源模塊UO的供電端L端與電網B相電壓端UB端連接，穩壓電源模塊UO的零線端N端與電網C相電壓端UC端連接，穩壓電源模塊UO的輸出電源端+V端與穩壓電源正端VCC端連接，穩壓電源模塊UO的地端GND端接地；鍾振U5的輸出端OUT與處理器ICl的時鐘輸入端XT端連接，鍾振U5的電源端+V端與穩壓電源正端VCC端連接，鍾振U5的地端GND端接地；ICl的電源端+V端與穩壓電源正端VCC端、濾波電容C3的一端連接，ICl的地端GND端接地，濾波電容C3的另一端接地，ICl的第I輸入端Il端與正轉指令端UF端連接，處理器ICl的第2輸入端12端與反轉指令端UR端連接，處理器ICl的第3輸入端13端與工作/停止使能端W/S端連接，處理器ICl的第I輸出端01端與正反轉模塊Ul的正轉控制端F端連接，處理器ICl的第2輸出端02端與正反轉模塊Ul的反轉控制端R端連接，處理器ICl的第3輸出端03端與交流固態繼電器U4的負輸入端-1N端連接，處理器ICl的第4輸出端04端與上半波固態繼電器U2的負輸入端-1N端連接,處理器ICl的第5輸出端05端與下半波固態繼電器U3的負輸入端-1N端連接； 低速同步電機驅動電路包括正反轉模塊U1、上半波固態繼電器U2、下半波固態繼電器U3、交流固態繼電器U4、電感L1、AB相電阻Rl、AB相電容Cl、BC相電阻R2、BC相電容C2、三相電磁減速式永磁低速同步電機M,正反轉模塊Ul的A相電源輸入端A端與電網A相電壓端UA端連接，正反轉模塊Ul的B相電源輸入端B端與電網A相電壓端UB端連接，正反轉模塊Ul的C相電源輸入端C端與電網C相電壓端UC端連接，正反轉模塊Ul的共陽端+V端與穩壓電源正端VCC端連接,正反轉模塊Ul的A相輸出端U端與三相電磁減速式永磁低速同步電機M的A相繞組端a端、上半波固態繼電器U2的陰極K端、AB相電阻Rl的一端連接，正反轉模塊Ul的B相輸出端V端與三相電磁減速式永磁低速同步電機M的B相繞組端b端、下半波固態繼電器U3的陽極A端、BC相電阻R2的一端、AB相電容Cl的一端、電感LI的一端連接，正反轉模塊Ul的C相輸出端W端與三相電磁減速式永磁低速同步電機M的C相繞組端c端、交流固態繼電器U4的第2交流端AC2端、BC相電容C2的一端連接，交流固態繼電器U4的第I交流端ACl端與電感LI的另一端連接，AB相電阻Rl的另一端與AB相電容Cl的另一端連接，BC相電阻R2的另一端與BC相電容C2的另一端連接，上半波固態繼電器U2的正輸入端+IN端、下半波固態繼電器U3的正輸入端+IN端、交流固態繼電器U4的正輸入端+IN端均與穩壓電源正端VCC端連接，上半波固態繼電器U2的陽極A端與電網A相電壓端UA端連接，下半波固態繼電器U3的陰極K端與電網B相電壓端UB端連接。
2.如權利要求1所述的三相電磁減速式永磁低速同步電機快速制動電路，其特徵在於: 所述的穩壓電源模塊UO、正反轉模塊Ul、上半波固態繼電器U2、上半波固態繼電器U3、交流固態繼電器U4、處理器ICl均採用現有的成熟產品，能夠通過市場取得；所述的穩壓電源模塊採用WAN2.5-5，半波固態繼電器採用SSR-380D10XP型產品，交流固態繼電器採用SSR-H380D型產品，處理器採用Atmega328。
【文檔編號】H02P6/24GK104038117SQ201410211639
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月19日 優先權日:2014年5月19日
【發明者】陳德傳, 盧玲 申請人:杭州電子科技大學