CN104038117A - 三相电磁减速式永磁低速同步电机快速制动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相电磁减速式永磁低速同步电机快速制动电路。本发明包括运行控制电路、低速同步电机驱动电路，具体包括稳压电源模块U0、钟振U5、处理器IC1、正反转模块U1、上半波固态继电器U2、下半波固态继电器U3、交流固态继电器U4、电感L1、AB相电阻R1、AB相电容C1、BC相电阻R2、BC相电容C2、三相电磁减速式永磁低速同步电机M等。本发明在三相电磁减速式永磁低速同步电机的停车、及正-反转相互转换的过渡过程中，三相绕组重组成单回路结构，并采用半周整流制动控制电路，以缩短停车、制动时间，能大幅提高三相电磁减速式永磁低速同步电机的定位控制性能，该技术方案简单、可靠、性价比高、通用性好。

Description

三相电磁减速式永磁低速同步电机快速制动电路

技术领域

本发明属于工业控制领域，涉及一种电路，特别涉及一种三相电磁减速式永磁低速同步电机快速制动电路，适用于以三相电磁减速式永磁低速同步电机为执行器且要求快速停车或正、反转过渡过程迅速的控制应用场合。

背景技术

相对于一般的三相交流异步电动机、三相永磁同步电动机，三相电磁减速式永磁低速同步电机由于其无需机械减速器而能直接驱动运动机构、及起停时间短的特点，已在无需调速但要求频繁起、停或正、反转控制的运动机构中获得大量应用，目前三相电磁减速式永磁低速同步电机的主要运行方式是：正转、反转、停止，不调速。现有方案的主要不足之处在于：目前三相电磁减速式永磁低速同步电机所采用的正转、反转、停止等控制方法与三相交流异步电动机的控制方法一样，如：正转时按一定相序通电；而要反转时，先将三相电机的其中两相相序互换；要停止时，则切断对电机所有相绕组的供电，使电机处于断电下的自由停车过程。尽管三相电磁减速式永磁低速同步电机的停车时间比一般的三相交流电机的停车时间要短很多，但将三相电磁减速式永磁低速同步电机用于定位控制时，其制动、停车时间还有待进一步缩短，进而提高定位控制的精度。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种三相电磁减速式永磁低速同步电机快速制动电路。该电路在三相电磁减速式永磁低速同步电机的停车、及正-反转相互转换的过渡过程中，使三相绕组重组成单回路结构，并采用基于半波固态继电器的半周整流制动控制电路，以大幅缩短三相电磁减速式永磁低速同步电机的停车、制动时间，提高该电机的定位控制性能。

本发明包括运行控制电路、低速同步电机驱动电路。

运行控制电路包括稳压电源模块U0、钟振U5、处理器IC1、滤波电容C3，稳压电源模块U0的供电端L端与电网B相电压端UB端连接，稳压电源模块U0的零线端N端与电网C相电压端UC端连接，稳压电源模块U0的输出电源端+V端与稳压电源正端VCC端连接，稳压电源模块U0的地端GND端接地;钟振U5的输出端OUT与处理器IC1的时钟输入端XT端连接，钟振U5的电源端+V端与稳压电源正端VCC端连接，钟振U5的地端GND端接地;IC1的电源端+V端与稳压电源正端VCC端、滤波电容C3的一端连接，IC1的地端GND端接地，滤波电容C3的另一端接地，IC1的第1输入端I1端与正转指令端UF端连接，处理器IC1的第2输入端I2端与反转指令端UR端连接，处理器IC1的第3输入端I3端与工作/停止使能端W/S端连接，处理器IC1的第1输出端O1端与正反转模块U1的正转控制端F端连接，处理器IC1的第2输出端O2端与正反转模块U1的反转控制端R端连接，处理器IC1的第3输出端O3端与交流固态继电器U4的负输入端-IN端连接，处理器IC1的第4输出端O4端与上半波固态继电器U2的负输入端-IN端连接，处理器IC1的第5输出端O5端与下半波固态继电器U3的负输入端-IN端连接。

低速同步电机驱动电路包括正反转模块U1、上半波固态继电器U2、下半波固态继电器U3、交流固态继电器U4、电感L1、AB相电阻R1、AB相电容C1、BC相电阻R2、BC相电容C2、三相电磁减速式永磁低速同步电机M，正反转模块U1的A相电源输入端A端与电网A相电压端UA端连接，正反转模块U1的B相电源输入端B端与电网A相电压端UB端连接，正反转模块U1的C相电源输入端C端与电网C相电压端UC端连接，正反转模块U1的共阳端+V端与稳压电源正端VCC端连接，正反转模块U1的A相输出端U端与三相电磁减速式永磁低速同步电机M的A相绕组端a端、上半波固态继电器U2的阴极K端、AB相电阻R1的一端连接，正反转模块U1的B相输出端V端与三相电磁减速式永磁低速同步电机M的B相绕组端b端、下半波固态继电器U3的阳极A端、BC相电阻R2的一端、AB相电容C1的一端、电感L1的一端连接，正反转模块U1的C相输出端W端与三相电磁减速式永磁低速同步电机M的C相绕组端c端、交流固态继电器U4的第2交流端AC2端、BC相电容C2的一端连接，交流固态继电器U4的第1交流端AC1端与电感L1的另一端连接，AB相电阻R1的另一端与AB相电容C1的另一端连接，BC相电阻R2的另一端与BC相电容C2的另一端连接，上半波固态继电器U2的正输入端+IN端、下半波固态继电器U3的正输入端+IN端、交流固态继电器U4的正输入端+IN端均与稳压电源正端VCC端连接，上半波固态继电器U2的阳极A端与电网A相电压端UA端连接，下半波固态继电器U3的阴极K端与电网B相电压端UB端连接。

本发明的有益效果如下：

本发明在三相电磁减速式永磁低速同步电机的停车、及正-反转相互转换的过渡过程中，使正反转控制模块处于禁止工作状态，利用交流固态继电器使三相绕组重组成单回路结构，并采用基于半波固态继电器的半周整流制动控制电路，可大幅度地缩短三相电磁减速式永磁低速同步电机的停车、制动时间，能大幅提高三相电磁减速式永磁低速同步电机的定位控制性能，该技术方案简单、可靠、性价比高、通用性好。

附图说明

图1为本发明的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，三相电磁减速式永磁低速同步电机快速制动电路，包括运行控制电路、低速同步电机驱动电路。

运行控制电路包括稳压电源模块U0、钟振U5、处理器IC1、滤波电容C3，稳压电源模块U0的供电端L端与电网B相电压端UB端连接，稳压电源模块U0的零线端N端与电网C相电压端UC端连接，稳压电源模块U0的输出电源端+V端与稳压电源正端VCC端连接，稳压电源模块U0的地端GND端接地;钟振U5的输出端OUT与处理器IC1的时钟输入端XT端连接，钟振U5的电源端+V端与稳压电源正端VCC端连接，钟振U5的地端GND端接地;IC1的电源端+V端与稳压电源正端VCC端、滤波电容C3的一端连接，IC1的地端GND端接地，滤波电容C3的另一端接地，IC1的第1输入端I1端与正转指令端UF端连接，处理器IC1的第2输入端I2端与反转指令端UR端连接，处理器IC1的第3输入端I3端与工作/停止使能端W/S端连接，处理器IC1的第1输出端O1端与正反转模块U1的正转控制端F端连接，处理器IC1的第2输出端O2端与正反转模块U1的反转控制端R端连接，处理器IC1的第3输出端O3端与交流固态继电器U4的负输入端-IN端连接，处理器IC1的第4输出端O4端与上半波固态继电器U2的负输入端-IN端连接，处理器IC1的第5输出端O5端与下半波固态继电器U3的负输入端-IN端连接。

低速同步电机驱动电路包括正反转模块U1、上半波固态继电器U2、下半波固态继电器U3、交流固态继电器U4、电感L1、AB相电阻R1、AB相电容C1、BC相电阻R2、BC相电容C2、三相电磁减速式永磁低速同步电机M，正反转模块U1的A相电源输入端A端与电网A相电压端UA端连接，正反转模块U1的B相电源输入端B端与电网A相电压端UB端连接，正反转模块U1的C相电源输入端C端与电网C相电压端UC端连接，正反转模块U1的共阳端+V端与稳压电源正端VCC端连接，正反转模块U1的A相输出端U端与三相电磁减速式永磁低速同步电机M的A相绕组端a端、上半波固态继电器U2的阴极K端、AB相电阻R1的一端连接，正反转模块U1的B相输出端V端与三相电磁减速式永磁低速同步电机M的B相绕组端b端、下半波固态继电器U3的阳极A端、BC相电阻R2的一端、AB相电容C1的一端、电感L1的一端连接，正反转模块U1的C相输出端W端与三相电磁减速式永磁低速同步电机M的C相绕组端c端、交流固态继电器U4的第2交流端AC2端、BC相电容C2的一端连接，交流固态继电器U4的第1交流端AC1端与电感L1的另一端连接，AB相电阻R1的另一端与AB相电容C1的另一端连接，BC相电阻R2的另一端与BC相电容C2的另一端连接，上半波固态继电器U2的正输入端+IN端、下半波固态继电器U3的正输入端+IN端、交流固态继电器U4的正输入端+IN端均与稳压电源正端VCC端连接，上半波固态继电器U2的阳极A端与电网A相电压端UA端连接，下半波固态继电器U3的阴极K端与电网B相电压端UB端连接。

本发明所使用的包括稳压电源模块U0、正反转模块U1、上半波固态继电器U2、上半波固态继电器U3、交流固态继电器U4、处理器IC1等在内的所有器件均采用现有的成熟产品，可以通过市场取得。例如:稳压电源模块采用WAN2.5-5，半波固态继电器采用SSR-380D10XP型产品，交流固态继电器采用SSR-H380D型产品，处理器采用Atmega328等。

本发明工作过程如下：

本发明电路有如下四种工作状态：

1、 停止状态：

（1）正常停止状态：当来自上级系统的工作/停止使能端W/S端的信号为低电平时（W/S=0，逻辑信号），处理器IC1的5个输出端O1、O2、O3、O4、O5端均输出高电平，则正反转模块U1、上半波固态继电器U2、下半波固态继电器U3、交流固态继电器U4均处于关断状态，三相电磁减速式永磁低速同步电机M因其三相绕组不通电而处于停止状态。

（2）对异常指令的保护性停止状态：当来自上级系统的工作/停止使能端W/S端信号、正转指令端信号UF、反转指令端信号UR均为高电平时，为错误指令，则处理器IC1的5个输出端O1、O2、O3、O4、O5端均输出高电平，则正反转模块U1、上半波固态继电器U2、下半波固态继电器U3、交流固态继电器U4均处于关断状态，三相电磁减速式永磁低速同步电机M因其三相绕组不通电而处于停止状态，进行安全保护。

2、 正转状态：

当来自上级系统的工作/停止使能端W/S端信号为高电平、正转指令端信号UF为高电平、反转指令端信号UR为低电平时，处理器IC1的第1输出端O1为低电平，其余的输出端O2、O3、O4、O5端均输出高电平，则上半波固态继电器U2、下半波固态继电器U3、交流固态继电器U4均处于关断状态，而正反转模块U1的A相输出端U端与A相输入端A端导通、U1的B相输出端V端与B相输入端B端导通、U1的C相输出端W端与C相输入端C端导通，三相电磁减速式永磁低速同步电机M处于正转状态。

3、 反正状态：

当来自上级系统的工作/停止使能端W/S端信号为高电平、正转指令端信号UF为低电平、反转指令端信号UR为高电平时，处理器IC1的第2输出端O2为低电平，其余的输出端O1、O3、O4、O5端均输出高电平，则上半波固态继电器U2、下半波固态继电器U3、交流固态继电器U4均处于关断状态，而正反转模块U1的A相输出端U端与A相输入端A端导通、U1的B相输出端V端与C相输入端C端导通、U1的C相输出端W端与B相输入端B端导通，三相电磁减速式永磁低速同步电机M处于反转状态。

4、 停车制动状态：

在来自上级系统的工作/停止使能端W/S端信号为高电平期间，当出现如下情况：（1）电机M先处于正转运行状态，然后出现正转指令端信号UF由高电平变为低电平；（2）电机M先处于反转运行状态，然后出现反转指令端信号UR为高电平变为低电平。则处理器IC1对应的第1输出端O1端或第2输出端O2端先从低电平变为高电平，正反转模块U1处于关断状态，此后，处理器IC1延时1个电网周期后使其输出端O3端、O4端、O5端均输出低电平，使得上半波固态继电器U2、下半波固态继电器U3、交流固态继电器U4均处于导通状态，这样，经交流固态继电器U4与电感L1使三相电磁减速式永磁低速同步电机M的b相绕组与c相绕组并联、而电网A相供电端UA端与B相供电端UB端间的电压经上半波固态继电器U2与下半波固态继电器U3给三相电磁减速式永磁低速同步电机M的a相绕组与b相绕组供电，且因上半波固态继电器U2与下半波固态继电器U3的输出级均为逆阻型晶闸管，只能单向导电，这使得三相电磁减速式永磁低速同步电机M的三相绕组被重构成了单回路，且供电电压只是交流电网A、B相间线电压的半周波，故可使三相电磁减速式永磁低速同步电机M产生附加制动转矩，使之快速制动、停车，这种制动控制状态持续几个电网周期后，处理器IC1即使其5个输出端O1端、O2端、O3端、O4端、O5端均输出高电平，则正反转模块U1、上半波固态继电器U2、下半波固态继电器U3、交流固态继电器U4均处于关断状态，制动结束。这在定位控制场合，可大幅提高定位精度，也适于恒速往复运动的控制应用场合。

Claims (2)

1. 三相电磁减速式永磁低速同步电机快速制动电路，包括运行控制电路、低速同步电机驱动电路，其特征在于：

运行控制电路包括稳压电源模块U0、钟振U5、处理器IC1、滤波电容C3，稳压电源模块U0的供电端L端与电网B相电压端UB端连接，稳压电源模块U0的零线端N端与电网C相电压端UC端连接，稳压电源模块U0的输出电源端+V端与稳压电源正端VCC端连接，稳压电源模块U0的地端GND端接地;钟振U5的输出端OUT与处理器IC1的时钟输入端XT端连接，钟振U5的电源端+V端与稳压电源正端VCC端连接，钟振U5的地端GND端接地;IC1的电源端+V端与稳压电源正端VCC端、滤波电容C3的一端连接，IC1的地端GND端接地，滤波电容C3的另一端接地，IC1的第1输入端I1端与正转指令端UF端连接，处理器IC1的第2输入端I2端与反转指令端UR端连接，处理器IC1的第3输入端I3端与工作/停止使能端W/S端连接，处理器IC1的第1输出端O1端与正反转模块U1的正转控制端F端连接，处理器IC1的第2输出端O2端与正反转模块U1的反转控制端R端连接，处理器IC1的第3输出端O3端与交流固态继电器U4的负输入端-IN端连接，处理器IC1的第4输出端O4端与上半波固态继电器U2的负输入端-IN端连接，处理器IC1的第5输出端O5端与下半波固态继电器U3的负输入端-IN端连接；

低速同步电机驱动电路包括正反转模块U1、上半波固态继电器U2、下半波固态继电器U3、交流固态继电器U4、电感L1、AB相电阻R1、AB相电容C1、BC相电阻R2、BC相电容C2、三相电磁减速式永磁低速同步电机M，正反转模块U1的A相电源输入端A端与电网A相电压端UA端连接，正反转模块U1的B相电源输入端B端与电网A相电压端UB端连接，正反转模块U1的C相电源输入端C端与电网C相电压端UC端连接，正反转模块U1的共阳端+V端与稳压电源正端VCC端连接，正反转模块U1的A相输出端U端与三相电磁减速式永磁低速同步电机M的A相绕组端a端、上半波固态继电器U2的阴极K端、AB相电阻R1的一端连接，正反转模块U1的B相输出端V端与三相电磁减速式永磁低速同步电机M的B相绕组端b端、下半波固态继电器U3的阳极A端、BC相电阻R2的一端、AB相电容C1的一端、电感L1的一端连接，正反转模块U1的C相输出端W端与三相电磁减速式永磁低速同步电机M的C相绕组端c端、交流固态继电器U4的第2交流端AC2端、BC相电容C2的一端连接，交流固态继电器U4的第1交流端AC1端与电感L1的另一端连接，AB相电阻R1的另一端与AB相电容C1的另一端连接，BC相电阻R2的另一端与BC相电容C2的另一端连接，上半波固态继电器U2的正输入端+IN端、下半波固态继电器U3的正输入端+IN端、交流固态继电器U4的正输入端+IN端均与稳压电源正端VCC端连接，上半波固态继电器U2的阳极A端与电网A相电压端UA端连接，下半波固态继电器U3的阴极K端与电网B相电压端UB端连接。

2.如权利要求1所述的三相电磁减速式永磁低速同步电机快速制动电路，其特征在于：

所述的稳压电源模块U0、正反转模块U1、上半波固态继电器U2、上半波固态继电器U3、交流固态继电器U4、处理器IC1均采用现有的成熟产品，能够通过市场取得；所述的稳压电源模块采用WAN2.5-5，半波固态继电器采用SSR-380D10XP型产品，交流固态继电器采用SSR-H380D型产品，处理器采用Atmega328。