紡織設備的電源系統的製作方法

2023-05-24 00:09:41 2

紡織設備的電源系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種紡織設備的電源系統，包括：依次連接的整流電路、直流/直流轉換電路以及直流/交流轉換電路；整流電路用於輸入交流供電電壓，輸出第一直流電，直流/直流轉換電路的工作頻率大於20kHz，將第一直流電轉換為第二直流電，直流/交流轉換電路將第二直流電轉換為至少兩路交流輸出；至少兩路交流輸出中的至少一路用於為紡織設備的第一電機供電，至少另外一路用於為紡織設備的第二電機供電。本實用新型所公開的技術方案能夠在市電電網波動範圍較寬或發生暫態跌落時，為電機驅動提供穩定的電壓，同時減小整個系統的重量。
【專利說明】紡織設備的電源系統

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及紡織【技術領域】，特別是一種紡織設備的電源系統。

【背景技術】
[0002]紡織設備如針織機等是用於編織布料的設備，其主要包括電源電路、操作盒、主控電路板、機頭、針板、電機以及安裝上述元件的工具機。
[0003]電源電路為操作盒、主控電路板、機頭、針板、電機提供合適的電源。主控電路板包括底板、安裝在底板上的核心板和副主機晶片。機頭包括用於編織的機頭板和執行元件。操作盒包括顯示屏和人機互動電路。操作盒和主控電路板上均設有顯示轉換模塊，主控電路板上還設有顯示數據線的插槽。操作盒上的顯示轉換模塊和主控電路板上的插槽通過傳輸差分信號的顯示數據線連接。操作盒上的顯示轉換模塊還連接顯示屏，主控電路板上的顯示轉換模塊分別連接主控電路板上的插槽和核心板。操作盒上的人機互動電路通過數據線連接至主控電路板上的插槽，再通過插槽連接至核心板。核心板通過接插或焊接方式固定在底板上，一般通過並口方式與底板連接，而副主機晶片則焊接在底板上。
[0004]主控電路板的底板還包括數據接口，用於獨立輸入編織數據等信息到核心板，然後解析編織數據，將解析編織數據後獲得的數據經過副主機晶片發給機頭中的機頭板，機頭板驅動執行元件進行編織操作。同時，主控電路板還控制針板等元件的各種操作，採集各種工況數據後輸出給外部設備比如操作盒上的顯示屏。
[0005]具體地，主控電路板核心板則將各種工況數據等相關信息通過顯示數據線傳輸到操作盒的顯示屏上顯示，而人機互動電路則輸入用戶的指令，並將指令通過數據線傳到核心板進行相應處理。
[0006]電機包括驅動機頭運動的機頭電機，驅動器包括驅動機頭電機的伺服驅動器。機頭通過滑軌設置在工具機上，核心板經由副主機晶片將指令發至伺服驅動器，伺服驅動器則驅動機頭電機運轉，進而驅動機頭在滑軌上平直往返運動。為確保機頭上用來對線料進行編織的執行元件如機針位置準確無誤，紡織設備上一般還包括針零位檢測系統，包括設置於工具機上的機頭行程端的傳感器和設置於機頭上的感應件。機頭上的感應件無需和其他元件進行信號連接，而工具機上的傳感器則需要通過較長的一根信號線連接至副主機晶片。副主機晶片接收到傳感信號後，根據傳感信號將控制信號發送到機頭電機的伺服驅動器。
[0007]至於機頭上機針的操作，則通過機頭上的機頭板來驅動，而由於眾所周知的原因，紡織設備的紡織操作必須可靠穩定、精確、實時，否則極易造成紡織品不良率增加，因此現有技術副主機晶片與機頭板的連接方式是採用控制器區域網路(Controller AreaNetwork, CAN)協議連接。
[0008]在橫機系統中，交流電機是一種基本的執行元件單元。由於控制功能和容量的差異，不同交流電機的輸入電壓也存在差異，如110Vac、42Vac等，因此需要工頻變壓器提供多種交流電壓。但是工廠電網電壓波動範圍較寬，工頻變壓器不能為交流電機提供穩定的交流電壓，對交流電機的性能及控制效果會產生較大的影響。同時，工頻變壓器存在體積重量大的缺點也為使用帶來諸多不便。
[0009]現有的紡織設備的電源採用集中供電方式，包括依次連接的變壓器/整流器、UPS、電源總成以及各種類型的輸電線。所述變壓器是個較大、較重的繞組，比如4.2公斤，工作頻率在50Hz。其接220v的交流輸入，輸出110v、42v兩路交流輸出。其中IlOv交流輸出為一些步進電機供電，42v交流輸出則經UPS輸出至電源總成。電源總成經過AC/DC轉換，輸出四路直流電，分別是24v、12v、3.3v以及5v。此四路直流電分別給各個部件供電，每個部件可能需要兩種或以上的電壓輸入，則需要非常多、複雜的輸電線從電源總成連接至各個部件。
[0010]而且由於變壓器/整流器的50Hz的低頻工作頻率和電路設計的原因，其輸出電壓隨市電的波動而波動，在市電波動較大或發生暫態跌落的情況下導致負載不能工作或影響負載壽命。
實用新型內容
[0011]本實用新型的目的在於提供了一種紡織設備的電源系統，能夠在市電電網波動範圍較寬或發生暫態跌落時，為電機驅動提供穩定的電壓，同時減小整個系統的重量。
[0012]本實用新型提供一種紡織設備的電源系統，包括:依次連接的整流電路、直流/直流轉換電路以及直流/交流轉換電路；整流電路用於輸入交流供電電壓，輸出第一直流電，直流/直流轉換電路的工作頻率大於20kHz，將第一直流電轉換為第二直流電，直流/交流轉換電路將第二直流電轉換為至少兩路交流輸出；至少兩路交流輸出中的至少一路用於為紡織設備的第一電機供電，至少另外一路用於為紡織設備的第二電機供電。
[0013]其中，直流/交流轉換電路包括第一直流/交流轉換電路和第二直流/交流轉換電路，第一直流/交流轉換電路輸出IlOv交流電為第一電機供電，第二直流/交流轉換電路輸出42V交流電為第二電機供電。
[0014]其中，整流電路輸入的交流供電電壓範圍是150?300v，輸出212?424v的第一直流電，直流/直流轉換電路的工作頻率大於20kHz，將212?424v的第一直流電轉換為190v、75v的兩路第二直流電，190v第二直流電輸入第一直流/交流轉換電路，75v第二直流電輸入第二直流/交流轉換電路。
[0015]其中，該系統還包括第一控制電路和第二控制電路，第一控制電路連接直流/直流轉換電路、第二控制電路以及第一直流/交流轉換電路，第二控制電路連接第二直流/交流轉換電路，第一控制電路將第一直流/交流轉換電路輸出交流電壓的過零信號發給第二控制電路，第二控制電路通過調節第二直流/交流轉換電路輸出交流電壓的相位，使第一直流/交流轉換電路和第二直流/交流轉換電路的輸出交流電壓保持預定相位差關係。
[0016]其中，預定相位差關係是90度相位差關係。
[0017]其中，該系統包括第一電容和第二電容，第一電容一端接於整流電路、直流/直流轉換電路之間，另一端接地，第二電容一端接於直流/直流轉換電路、直流/交流轉換電路之間，另一端也接地。
[0018]其中，直流/直流轉換電路還將212?424v的第一直流電轉換為另外一路24v的第二直流電，以分別輸出至紡織設備的各個用電部件中，用電部件設有相應的直流/直流轉換電路，以將24v的第二直流電轉變為相應電壓的直流電為用電部件供電。
[0019]其中，該系統還包括:用於設置於紡織設備的動作元件或其動作對象行程至少一端的感應元件，感應元件由經直流/直流轉換電路轉變第二直流電而得到的5v或3.3v直流電供電；感應單元在動作元件或其動作對象超出行程之前，由動作元件或其動作對象所觸發而產生至少一路信號輸出，至少一路信號輸出中的其中一路信號輸出經過或不經過紡織設備的第三控制電路而作用於紡織設備的電機的驅動電路的使能端，使驅動電路關閉。
[0020]其中，該系統還包括用於連接於第三控制電路和驅動電路使能端之間的電平轉換電路；其中，電平轉換電路包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，電平轉換電路的第一輸入端用於連接控制電路，感應單元連接電平轉換電路的第二輸入端；電平轉換電路將控制電路在正常工作中輸出的第一電平信號傳輸至驅動電路使能端時，驅動電路使能端的電壓滿足驅動電路使能端的使能電壓要求；電平轉換電路將控制電路在判斷需要停機時輸出的第二電平信號傳輸至驅動電路使能端時、或感應元件由動作元件或其動作對象所觸發而產生一路信號在經過電平轉換電路傳輸至驅動電路使能端時，均使得驅動電路使能端的電壓不能滿足驅動電路使能端的使能電壓要求。
[0021]本實用新型的有益效果是:區別於現有技術的情況，本實用新型設置整流電路，將輸入的交流供電電壓轉換為第一直流電壓，並將直流/直流轉換電路的工作頻率設置為大於20kHz，直流/交流轉換電路將第二直流電轉換為至少兩路交流輸出，可以在市電電網波動範圍較寬或發生暫態跌落時，為電機驅動提供穩定的電壓，並且由於無需使用質量較大的繞組進行變壓，可同時減小整個系統的重量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是根據本實用新型實施例的紡織設備的電源系統的系統結構示意圖；
[0023]圖2是根據本實用新型實施例的紡織設備的電源系統的電路結構示意圖；
[0024]圖3是在第一狀態下第一直流/交流轉換電路、第二直流/交流轉換電路以及直流/直流轉換電路輸出的瞬時功率波形圖；
[0025]圖4是在第二狀態下第一直流/交流轉換電路、第二直流/交流轉換電路以及直流/直流轉換電路輸出的瞬時功率波形圖；
[0026]圖5是根據本實用新型實施例的紡織設備的電源系統的另一系統結構示意圖；
[0027]圖6是根據本實用新型實施例的紡織設備的電源系統中的部分電路示意圖。

【具體實施方式】
[0028]首先請參見圖1，圖1是根據本實用新型實施例的紡織設備的電源系統的系統結構示意圖，如圖1所示，本實用新型提供一種紡織設備的電源系統，包括:依次連接的整流電路101、直流/直流轉換電路102以及直流/交流轉換電路103，整流電路101用於輸入交流供電電壓，輸出第一直流電，其中直流/直流轉換電路102的工作頻率設置為大於20kHz，直流/直流轉換電路102將第一直流電轉換為第二直流電，直流/交流轉換電路103將第二直流電轉換為至少兩路交流輸出，該至少兩路交流輸出中的至少一路用於為紡織設備的第一電機供電，至少另外一路用於為紡織設備的第二電機供電。
[0029]在本實用新型中，直流/直流轉換電路102的工作頻率設置為大於20kHz，由於採用高頻變壓器可使得其具有隔離作用，可防止觸電或輸出之間短路而燒壞電路。
[0030]如圖1所示，直流/交流轉換電路103具體包括第一直流/交流轉換電路1031和第二直流/交流轉換電路1032，第一直流/交流轉換電路1031輸出例如為IlOv的第一交流電為第一電機供電，第二直流/交流轉換電路1032輸出例如為42v的第二交流電為第二電機供電。
[0031]整流電路101輸入的交流供電電壓範圍是150?300v，輸出212?424v的第一直流電，直流/直流轉換電路102的工作頻率大於20kHz，將212?424v的第一直流電轉換為190v、75v的兩路第二直流電，190v第二直流電輸入第一直流/交流轉換電路1031，75v第二直流電輸入第二直流/交流轉換電路1032。
[0032]並請進一步參見圖1，該供電系統還包括第一控制電路104和第二控制電路105，第一控制電路104連接直流/直流轉換電路102、第二控制電路105以及第一直流/交流轉換電路1031，第二控制電路105連接第二直流/交流轉換電路1032，第一控制電路104將第一直流/交流轉換電路1031輸出交流電壓的過零信號發給第二控制電路105，第二控制電路105通過調節第二直流/交流轉換電路1032輸出交流電壓的相位，使第一直流/交流轉換電路1031和第二直流/交流轉換電路1032的輸出交流電壓保持預定相位差關係。
[0033]其中，預定相位差關係優選為90度相位差關係。
[0034]值得注意的是，若採用模擬電路的實現方式，第一控制電路104和第二控制電路105可以彼此分開的兩個獨立電路實現,若採用dsp (digital signal processor,數位訊號處理器)晶片的實現方式，第一控制電路104和第二控制電路105的功能可採用一個dsp晶片實現。
[0035]可選地，該系統包括第一電容和第二電容，第一電容一端接於整流電路101、直流/直流轉換電路102之間，另一端接地，第二電容一端接於直流/直流轉換電路102、直流/交流轉換電路103之間，另一端也接地,第一電容和第二電容於此作為濾波電容使用。
[0036]其中，直流/直流轉換電路102還將212?424v的第一直流電轉換為另外一路24v的第二直流電，以分別輸出至紡織設備的各個用電部件中，用電部件設有相應的直流/直流轉換電路102，以將24v的第二直流電轉變為相應電壓的直流電為用電部件供電。
[0037]為了作出進一步清楚說明，請參見圖2，其中圖2是根據本實用新型實施例的紡織設備的電源系統的電路結構示意圖。圖2示出圖1中除第一控制電路104和第二控制電路105外該電源系統的具體電路結構。
[0038]如圖2所示，整流電路101由整流橋BRDl和電容Cll構成，該電路將輸入的150Vac?300Vac交流供電電壓變成212V?424V的第一直流電。
[0039]直流/直流轉換電路102包括:半橋形開關變換器，由開關管Q21和Q22構成；LLC諧振變換器，由電容C21、電感L21和變壓器T2原邊繞組的激磁電感L22構成；高頻變壓器，由一個原邊繞組和兩個副邊繞組構成；整流濾波電路1，由整流橋BRD21和電容C22構成；整流濾波電路2，由整流橋BRD22和電容C23構成。
[0040]直流/直流轉換電路102將輸入的第一直流電壓變換成兩路隔離輸出的直流電壓DCl 和 DC2。
[0041]第一直流/交流轉換電路1031為全橋逆變電路，其由開關管Q31?Q34、電感L31和電容C31構成，第二直流/交流轉換電路1032亦為全橋逆變電路，其由開關管Q41?Q44、電感L41和電容C41構成(DC2/AC2)。
[0042]第一直流/交流轉換電路1031和第二直流/交流轉換電路1032分別將輸入的第二直流電壓分別變換成具體值可例如為IlOVac的交流電壓和具體值可例如為42Vac的交流電壓。
[0043]第一控制電路104將第一直流/交流轉換電路1031輸出的交流電壓的過零信號發給第二控制電路105，第二控制電路105根據該過零信號調節第二直流/交流轉換電路1032輸出交流電壓的相位，使第一直流/交流轉換電路1031和第二直流/交流轉換電路1032 二者所輸出的交流電壓保持一定相位差關係。
[0044]具體而言，對於第一直流/交流轉換電路1031和第二直流/交流轉換電路1032二者所輸出的交流電壓的相位關係，如果它們之間的相位差為0°或180°，則直流/直流轉換電路102的總輸出功率的瞬時值的波動範圍會比較寬，如圖3所示:Pacl為第一直流/交流轉換電路1031輸出的瞬時功率波形，功率有效值為150W，Pac2為第二直流/交流轉換電路1032輸出的瞬時功率波形，功率有效值為150W，Pdc為直流/直流轉換電路102輸出的瞬時總功率波形。
[0045]從圖3中可以看出當IlOVac和42Vac兩路輸出交流電壓之間的相位差為0°或180°時，直流/直流轉換電路102輸出的瞬時總功率會從OW波動到600W，如此寬範圍的功率波動，使得直流/直流轉換電路102的設計容量要超過600W。
[0046]並請參見圖4，其為對於第一直流/交流轉換電路1031和第二直流/交流轉換電路1032 二者所輸出的交流電壓的相位差為90°或-90°時的情況，從圖中看出直流/直流轉換電路102輸出的瞬時總功率保持不變。因此，使第一直流/交流轉換電路1031和第二直流/交流轉換電路1032的輸出交流電壓保持90度相位差關係，可大大降低電路的設計容量，從而在降低電路中開關器件電壓、電流應力的同時，減小電路中無源器件(電容C21、電感L21、高頻變壓器T2)的體積。
[0047]可選地，請參見圖5，本實用新型的供電系統還包括:用於設置於紡織設備的動作元件130或其動作對象150行程至少一端的感應元件140,感應元件140由經直流/直流轉換電路102轉變第二直流電而得到的5v或3.3v直流電供電；感應元件140在動作元件130或其動作對象150超出行程之前，由動作元件130或其動作對象150所觸發而產生至少一路信號輸出，至少一路信號輸出中的其中一路信號輸出經過或不經過紡織設備的第三控制電路110而作用於紡織設備的電機的驅動電路120的使能端121，使驅動電路120關閉。
[0048]請進一步參見圖6,該供電系統還包括用於連接於感應元件140和驅動電路120使能端之間的電平轉換電路160 ;其中，電平轉換電路160包括第一輸入端165、第二輸入端166以及輸出端167，電平轉換電路160的第一輸入端165用於連接第三控制電路110，感應元件140連接電平轉換電路160的第二輸入端166 ;電平轉換電路160將第三控制電路110在正常工作中輸出的第一電平信號傳輸至驅動電路120的使能端121時,驅動電路110的使能端121的電壓滿足驅動電路110的使能端121的使能電壓要求；電平轉換電路160將第三控制電路110在判斷需要停機時輸出的第二電平信號傳輸至驅動電路110的使能端121時、或感應元件140由動作元件130或其動作對象150所觸發而產生一路信號在經過電平轉換電路160傳輸至驅動電路110的使能端121時，均使得驅動電路110的使能端121的電壓不能滿足驅動電路120的使能端121的使能電壓要求。從而使得驅動電路120停止工作，從而令動作元件130或其動作對象150停止工作，因此達到了限位保護之功能。
[0049]可選地，在本實用新型中，在整流濾波電路101中可以加入功率因數校正(PFC)電路，以減少對電網的諧波影響。
[0050]並且，直流/直流轉換電路102可以採用除實用新型實施例(LLC諧振變換器)之外的，反激、正激、半橋、全橋、推挽等多種PWM電路拓撲。
[0051]另外，直流/交流轉換電路1031以及直流/交流轉換電路1032可以採用除實用新型實施例(全橋逆變電路)之外的半橋逆變電路。
[0052]本實用新型通過採用電子電路和高頻變壓器代替現有的工頻變壓器，採用錯相控制方式實現直流/直流轉換電路輸出瞬時功率的穩定，因此可使該級電路元器件的體積減小。
[0053]因此，本實用新型通過設置整流電路，將輸入的交流供電電壓轉換為第一直流電壓，並將直流/直流轉換電路的工作頻率設置為大於20kHz，直流/交流轉換電路將第二直流電轉換為至少兩路交流輸出，可以在市電電網波動範圍較寬或發生暫態跌落時，為電機驅動提供穩定的電壓，並且由於無需使用質量較大的繞組進行變壓，可同時減小整個系統的重量。
[0054]綜上，本實用新型所揭示的電源系統需具備寬範圍交流市電輸入、多路交流隔離輸出、輸出電壓靜態精度高、動態響應快、重量小等優良的性能指標。
[0055]以上所述僅為本實用新型的實施方式，並非因此限制本實用新型的專利範圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。
【權利要求】
1.一種紡織設備的電源系統，其特徵在於，包括: 依次連接的整流電路、直流/直流轉換電路以及直流/交流轉換電路； 所述整流電路用於輸入交流供電電壓，輸出第一直流電，所述直流/直流轉換電路的工作頻率大於20kHz，將所述第一直流電轉換為第二直流電，所述直流/交流轉換電路將所述第二直流電轉換為至少兩路交流輸出； 所述至少兩路交流輸出中的至少一路用於為所述紡織設備的第一電機供電，至少另外一路用於為所述紡織設備的第二電機供電。
2.根據權利要求1所述的電源系統，其特徵在於， 所述直流/交流轉換電路包括第一直流/交流轉換電路和第二直流/交流轉換電路，所述第一直流/交流轉換電路輸出IlOv交流電為所述第一電機供電，所述第二直流/交流轉換電路輸出42v交流電為所述第二電機供電。
3.根據權利要求2所述的電源系統，其特徵在於， 所述整流電路輸入的交流供電電壓範圍是150?300v，輸出212?424v的所述第一直流電，所述直流/直流轉換電路的工作頻率大於20kHz，將所述212?424v的所述第一直流電轉換為190v、75v的兩路所述第二直流電，所述190v第二直流電輸入所述第一直流/交流轉換電路，所述75v第二直流電輸入所述第二直流/交流轉換電路。
4.根據權利要求2或3所述的電源系統，其特徵在於， 包括第一控制電路和第二控制電路，所述第一控制電路連接所述直流/直流轉換電路、所述第二控制電路以及所述第一直流/交流轉換電路，所述第二控制電路連接所述第二直流/交流轉換電路，所述第一控制電路將所述第一直流/交流轉換電路輸出交流電壓的過零信號發給所述第二控制電路，所述第二控制電路通過調節所述第二直流/交流轉換電路輸出交流電壓的相位，使所述第一直流/交流轉換電路和第二直流/交流轉換電路的輸出交流電壓保持預定相位差關係。
5.根據權利要求4所述的電源系統，其特徵在於， 所述預定相位差關係是90度相位差關係。
6.根據權利要求1至3任一項所述的電源系統，其特徵在於， 包括第一電容和第二電容，所述第一電容一端接於所述整流電路、直流/直流轉換電路之間，另一端接地，所述第二電容一端接於所述直流/直流轉換電路、直流/交流轉換電路之間，另一端也接地。
7.根據權利要求3所述的電源系統，其特徵在於， 所述直流/直流轉換電路還將所述212?424v的所述第一直流電轉換為另外一路24v的所述第二直流電，以分別輸出至所述紡織設備的各個用電部件中，所述用電部件設有相應的直流/直流轉換電路，以將所述24v的所述第二直流電轉變為相應電壓的直流電為所述用電部件供電。
8.根據權利要求7所述的電源系統，其特徵在於，包括: 用於設置於所述紡織設備的動作元件或其動作對象行程至少一端的感應元件，所述感應元件由經所述直流/直流轉換電路轉變所述第二直流電而得到的5v或3.3v直流電供電； 所述感應單元在所述動作元件或其動作對象超出所述行程之前，由所述動作元件或其動作對象所觸發而產生至少一路信號輸出，所述至少一路信號輸出中的其中一路信號輸出經過或不經過所述紡織設備的第三控制電路而作用於所述紡織設備的電機的驅動電路的使能端，使所述驅動電路關閉。
9.根據權利要求8所述的電源系統，其特徵在於， 包括用於連接於所述第三控制電路和驅動電路使能端之間的電平轉換電路； 其中，所述電平轉換電路包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，所述電平轉換電路的第一輸入端用於連接所述第三控制電路，所述感應單元連接所述電平轉換電路的第二輸入端; 所述電平轉換電路將所述第三控制電路在正常工作中輸出的第一電平信號傳輸至所述驅動電路使能端時，所述驅動電路使能端的電壓滿足所述驅動電路使能端的使能電壓要求； 所述電平轉換電路將所述第三控制電路在判斷需要停機時輸出的第二電平信號傳輸至所述驅動電路使能端時、或所述感應元件由所述動作元件或其動作對象所觸發而產生所述一路信號在經過所述電平轉換電路傳輸至所述驅動電路使能端時，均使得所述驅動電路使能端的電壓不能滿足所述驅動電路使能端的使能電壓要求。
【文檔編號】H02M7/5387GK203933409SQ201420320157
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月16日 優先權日:2014年6月16日
【發明者】陳雲輝, 徐志望 申請人:福建睿能科技股份有限公司