CN201222711Y - 一种工业缝纫机电动控制系统电能回馈装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工业缝纫机电动控制系统电能回馈装置，包括电网、工业缝纫机的驱动电机、控制器及由控制器进行驱动的逆变模块一和逆变模块二，电网经整流滤波电路后与逆变模块二相接，逆变模块二与电机相接，整流滤波电路和逆变模块二间的直流侧母线上并接有母线电容，母线电容接逆变模块一，逆变模块一接电网；母线电容和逆变模块一间串接有电流检测电路一，逆变模块二和电机间串接有电流检测电路二，电流检测电路一和电流检测电路二均接控制器；电机上安装有光电编码器，光电编码器接控制器。本实用新型结构合理、安全可靠且使用操作简便，能将电动控制系统所产生的电能及时回馈电网进行再次利用，且所回收电能完全符合国家电网标准。

Description

一种工业缝纫机电动控制系统电能回馈装置

技术领域

本实用新型涉及一种能将电能反馈给电网的装置，尤其是涉及一种工业缝纫机电动控制系统电能回馈装置。

背景技术

在工业缝纫机伺服控制器的使用过程中，经常会有从高速到低速、从高速到停止的工作过程，在这个过程中，负载拖动电动机的转速比伺服控制器输出频率所对应的转速还要高，此时传动系统中所储存的机械能经异步电动机转换成电能，因而电机处于再生发电状态。目前，通常通过制动电阻单元能耗和直流能耗对此部分电能进行处理。其中，制动电阻单元能耗是在电机从高速到低速运动或从高速到停止时，利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能；而直流能耗是利用电机的转子电路吸收电机的再生电能，上述两种方式对电机的再生电能造成了很大的浪费，而且产生大量热量，给环境带来很大污染。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种工业缝纫机电动控制系统电能回馈装置，其结构合理、安全可靠且使用操作简便，能将电动控制系统所产生的电能及时回馈电网进行再次利用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种工业缝纫机电动控制系统电能回馈装置，包括电网、所述工业缝纫机的驱动电机、控制器以及由控制器进行驱动的逆变模块一和逆变模块二，所述电网经整流滤波电路后与逆变模块二相接，所述逆变模块二与电机相接；所述整流滤波电路和逆变模块二之间的直流侧母线上并接有母线电容，所述母线电容并接在逆变回馈电能用的逆变模块一上，所述逆变模块一接电网，其特征在于：所述母线电容和逆变模块一间串接有电流检测电路一，所述逆变模块二和电机间串接有电流检测电路二，所述电流检测电路一和电流检测电路二均接控制器；所述电机上安装有光电编码器，所述光电编码器接控制器。

所述控制器为主控CPU，其分别通过PWM模块对逆变模块一和逆变模块二进行驱动；所述逆变模块一和逆变模块二均为由三相绝缘栅晶体管IGBT组成的三相逆变模块。

所述逆变模块二为IPM模块，所述IPM模块和PWM模块间接有光耦驱动电路。

所述母线电容和逆变模块一间还串接有正向导通的二极管。

所述逆变模块一和电网间串接有电抗器。

所述电流检测电路一和电流检测电路二均为电流传感器。

所述电流检测电路二经限幅滤波电路后接控制器。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点，1、结构合理且使用操作简便；2、安全可靠，通过电流检测电路一和电流检测电路二实时对各自所处回路中的电流进行准确检测，二者同时将所检测到的电流信号传送至控制器，控制器相应对逆变模块一和逆变模块作出控制；3、实用性强，能将工业缝纫机电动控制系统所产生的电能及时回馈电网进行再次利用，节能效果好，在原有基础上进一步节能6％～10％。总之，本实用新型解决了现有技术中存在电能浪费问题及环境污染问题，使节能控制器电网侧变流器成为可逆的，及时将再生电能就地回收到电网，从而达到了节能的效果。另外使用了良好的控制电路设计和适当的滤波装置，保证了回收的电能完全符合国家电网标准。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为逆变模块二、电机以及母线电容的电路原理图。

图3为逆变模块一及其外围电路的电路原理图。

附图标记说明：

1-控制器；         2-I/O接口；        3-PWM模块；

4-控制键盘；       5-显示器；         6-逆变模块一；

7-逆变模块二；     8-电机；           9-光电编码器；

11-母线电容；      12-电网；          13-整流滤波电路；

14-光耦驱动电路；  15-限幅滤波电路；  16-二极管；

17-电抗器；        18-A/D转换模块。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括电网12、工业缝纫机的驱动电机8、控制器1以及由控制器1进行驱动的逆变模块一6和逆变模块二7。其中，电网12经整流滤波电路13后与逆变模块二7相接，并且整流滤波电路13和逆变模块二7之间的直流侧母线上并接有母线电容11即电容C，所述母线电容11并接逆变回馈电能用的逆变模块一6上，而逆变模块一6接电网12。另外，逆变模块二7与工业缝纫机的电机8相接，电机8上安装有光电编码器9，并且所述光电编码器9接控制器1。同时，所述母线电容11和逆变模块一6间还串接有正向导通的二极管16，且逆变模块一6和电网12间串接有电抗器17。

结合图2、图3，所述控制器1为主控CPU，其分别通过PWM模块3对逆变模块一6和逆变模块二7进行驱动，所述逆变模块一6和逆变模块二7均为由三相绝缘栅晶体管I GBT组成的三相逆变模块，即逆变模块一6由T1-T6六个绝缘栅晶体管IGBT连接组成，逆变模块二7由D1-D6六个绝缘栅晶体管IGBT连接组成。上述绝缘栅晶体管IGBT均由由一个功率开关器件和一个续流二极管组成，在工业缝纫机电动控制系统的回馈制动期间，上述六个绝缘栅晶体管均采用两两导通方式，每一时间段都有2个功率管导通，并且每1/6个周期换相一次，且作为脉宽调制PWM进行运行。在一个PWM周期内，当工业缝纫机由高速到低速，或者是由高速到停止时，电机8的定子绕阻电感放电，从而进入发电状态，并且所述电机8利用升压斩波的原理进行发电反馈。

并且，逆变模块7为IPM模块，IPM模块和PWM模块3间还接有光耦驱动电路14，也就是说，控制器1通过PWM模块3和光耦驱动电路14对逆变模块二7进行驱动。其中一个PWM模块3为主控CPU内部集成的模块，另一个PWM模块3另外连接的一个外置的模块；本具体实施方式中，对逆变模块二7进行驱动的PWM模块3为主控CPU的内部集成模块，而对逆变模块一6进行驱动的PWM模块3为主控CPU的外置模块。而控制器1外还设置有控制键盘4和显示器5，其控制键盘4和显示器5均与控制器1的I/O接口2相接。

图3中，逆变模块一6的输入端通过两个二极管D1和D2接直流侧Z、L端，以保证在回馈制动期间，回馈的电能在逆变模块二7-＞逆变模块一6-＞电网12方向上的单向流动。而C3、C4为滤波电解电容，R4、R5分别为C3、C4的均压电阻；R5为电容C充电的限流电阻，其通过继电器JP1来进行切除。而在逆变模块一6和电网12间串接的电抗器17即三个电抗器L1-L3的作用是平衡电压差，限流及滤波。

另外，母线电容11和逆变模块一6还间串接有电流检测电路一，而逆变模块二7和电机8间同样串接有电流检测电路二，电流检测电路一和电流检测电路二均接控制器1，并且电流检测电路一和电流检测电路二均为电流传感器10。其中，电流检测电路一所检测的电流信号输至控制器1的A/D转换模块18，其电流传感器10用以检测回馈电流，为实现回馈电流控制提供准确的信号；同时，在回馈制动中，合理控制回馈电流大小也至关重要，回馈电流的大小必须满足能量回馈功率的要求，如果系统回馈功率小于电机8在发电状态时的输出功率，那么直流母线电压就会继续升高，而由于电网12的电压是一定的，那么系统回馈功率的大小是由回馈电流的大小决定的；另外，回馈电流的大小也必须控制在所使用的绝缘栅晶体管IGBT的额定范围内。而电流检测电路二经限幅滤波电路15后接控制器1，即电流检测电路二所检测的电流信号经限幅滤波电路15后，输至控制器1的A/D转换模块18，电流检测电路二实时对电机8上的电流进行检测。

本实用新型的工作过程是：在工业缝纫机电动控制系统的工作过程中，由电流检测电路一和电流检测电路二实时对各自所处回路中的电流进行检测，并将所检测的电流信号均传送至控制器1。同时，由控制器1对逆变模块一6和逆变模块二7进行驱动，当电机8工作在电动状态下时，逆变模块一6处于关断状态，逆变模块二7即IPM模块作为电机8的驱动单元，对电机8进行驱动；而当电机8处于再生发电状态时，逆变模块二7则用以逆变回馈，通过IPM模块中的绝缘栅晶体管IGBT中反并联的续流进行二极管整流，将电机8所产生的电能由电机侧回馈到直流侧即Z、L侧，之后将整流电压加在母线电容11上，如果发电功率较大时，母线电容11两端的母线电压就会上升，当直流母线电压继续升高并超过启动逆变模块一6的工作电压时，控制器1驱动逆变模块一6开始工作，将电能从直流侧回馈到电网12，当直流母线电压下降到关闭逆变模块一6的工作电压时，逆变模块一6又回复到关闭状态；其中，电流检测电路一所检测的回馈电流信号，能相应反应出母线电容11两端的母线电压。在进入回馈制动期间后，电机8所产生的电能沿逆变模块二7-＞逆变模块一6-＞电网12的单向方向回馈。同时，光电编码器9实时反映电机8的速度，而电流检测电路二实时对电机8上的电流进行检测，并通过显示器5实时对电流检测电路一和电流检测电路二所检测的电流值进行显示。

总之，当直流母线电压逐渐升高时，此时根据电流检测电路一所检测到的电流信号，则相应启动逆变模块一6将多余的能量经过电抗器17回馈到电网12。而电抗器17将承受直流母线电压和电网12的电压间的差值，同时电抗器17将缓冲谐波的无功功率。具体是：当直流母线电压超过电网电压的峰值时，整流桥由于承受反压而关断，当直流母线电压继续升高并超过启动逆变模块一6的工作电压时，逆变模块一6开始工作，将电能从直流侧回馈到电网12，当直流母线电压下降到关闭逆变模块一6的工作电压时，逆变模块一6又关闭。

在实践中，考虑到电网12的波动，根据变频器的中间环节所能承受的直流电压值，再利用回馈制动时电网电压值允许向上波动+20％，则一般当母线电压即直流电压等于

时，启动逆变模块一6进入回馈制动状态，其中，U_e为电网电压的有效值。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种工业缝纫机电动控制系统电能回馈装置，包括电网(12)、所述工业缝纫机的驱动电机(8)、控制器(1)以及由控制器(1)进行驱动的逆变模块一(6)和逆变模块二(7)，所述电网(12)经整流滤波电路(13)后与逆变模块二(7)相接，所述逆变模块二(7)与电机(8)相接；所述整流滤波电路(13)和逆变模块二(7)之间的直流侧母线上并接有母线电容(11)，所述母线电容(11)并接在逆变回馈电能用的逆变模块一(6)上，所述逆变模块一(6)接电网(12)，其特征在于：所述母线电容(11)和逆变模块一(6)间串接有电流检测电路一，所述逆变模块二(7)和电机(8)间串接有电流检测电路二，所述电流检测电路一和电流检测电路二均接控制器(1)；所述电机(8)上安装有光电编码器(9)，所述光电编码器(9)接控制器(1)。

2.按照权利要求1所述的一种工业缝纫机电动控制系统电能回馈装置，其特征在于：所述控制器(1)为主控CPU，其分别通过PWM模块(3)对逆变模块一(6)和逆变模块二(7)进行驱动；所述逆变模块一(6)和逆变模块二(7)均为由三相绝缘栅晶体管IGBT组成的三相逆变模块。

3.按照权利要求2所述的一种工业缝纫机电动控制系统电能回馈装置，其特征在于：所述逆变模块二(7)为IPM模块，所述IPM模块和PWM模块(3)间接有光耦驱动电路(14)。

4.按照权利要求1或2所述的一种工业缝纫机电动控制系统电能回馈装置，其特征在于：所述母线电容(11)和逆变模块一(6)间还串接有正向导通的二极管(16)。

5.按照权利要求1或2所述的一种工业缝纫机电动控制系统电能回馈装置，其特征在于：所述逆变模块一(6)和电网(12)间串接有电抗器(17)。

6.按照权利要求1或2所述的一种工业缝纫机电动控制系统电能回馈装置，其特征在于：所述电流检测电路一和电流检测电路二均为电流传感器(10)。

7.按照权利要求6所述的一种工业缝纫机电动控制系统电能回馈装置，其特征在于：所述电流检测电路二经限幅滤波电路(15)后接控制器(1)。

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