CN104038118A - 单相电磁减速式永磁低速同步电机快速制动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单相电磁减速式永磁低速同步电机快速制动电路。本发明包括控制电路、快速制动式驱动电路，具体包括稳压电源模块U0、钟振U5、处理器IC1、左固态继电器U1、中固态继电器U2、右固态继电器U3、二极管D1、电阻R1、分相电容C1、滤波电容C2、单相电磁减速式永磁低速同步电机M等。本发明在单相电磁减速式永磁低速同步电机的停车、及正-反转的相互转换过渡过程中，利用二极管、交流固态继电器对两个相绕组同时施加半波整流电压，以缩短停车、制动时间，能大幅提高单相电磁减速式永磁低速同步电机的定位控制性能，本发明简单、可靠、性价比高，尤其适于小功率运动机构的定位控制与往复控制。

Description

单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，特别涉及一种单相电磁减速式永磁低速同步电机快速制动电路，适用于以单相电磁减速式永磁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小功率运动机构控制场合。

背景技术

相对于一般的单相交流异步电动机、两相交流伺服电动机，单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、反转控制的小功率运动机构中获得大量应用，目前单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：目前单相电磁减速式永磁低速同步电机所采用的正转、反转、停止等控制方法与单相交流异步电动机的控制方法一样，电机内部有两个绕组，要正转时，使正转绕组通电，同时经分相电容与电阻连接到反转绕组；而反转时，使反转绕组通电，同时经分相电容与电阻连接到正转绕组；要停止时，则切断对电机正反、转绕组的供电，使电机处于断电下的自由停车过程。尽管单相电磁减速式永磁低速同步电机的停车时间比一般的单相交流异步电机或两相交流伺服电动机的停车时间要短很多，但将单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。此外，单相电磁减速式永磁低速同步电机的快速制动方法与三相电磁减速式永磁低速同步电机的完全不同。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种单相电磁减速式永磁低速同步电机快速制动电路。该电路在单相电磁减速式永磁低速同步电机的停车、及正-反转互相转换的过渡过程中，使正、反转绕组短时同时通以单相半波电源，该半波电源由二极管单向整流电路产生，以大幅缩短单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。

本发明包括控制电路、快速制动式驱动电路。

控制电路包括稳压电源模块U0、钟振U4、处理器IC1、滤波电容C2，稳压电源模块U0的供电端L端与电网相线端L端连接，稳压电源模块U0的零线端N端与电网零线端N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U4的输出端OUT与处理器IC1的时钟输入端XT端连接，钟振U4的电源端+V端与稳压电源正端VCC端连接，钟振U4的地端GND端接地；处理器IC1的电源端+V端与稳压电源正端VCC端、滤波电容C2的一端连接，处理器IC1的地端GND端接地，滤波电容C2的另一端接地，处理器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端与右固态继电器U3的负输入端-IN端连接，处理器IC1的第2输出端O2端与中固态继电器U2的负输入端-IN端连接，处理器IC1的第3输出端O3端与左固态继电器U1的负输入端-IN端连接。

快速制动式驱动电路包括左固态继电器U1、中固态继电器U2、右固态继电器U3、二极管D1、电阻R1、分相电容C1、单相电磁减速式永磁低速同步电机M，左固态继电器U1的正输入端+IN端、中固态继电器U2的正输入端+IN端、右固态继电器U3的正输入端+IN端均与稳压电源正端VCC端连接，左固态继电器U1的第1交流端AC1端与电网相线端L端、二极管D1的阳极连接，左固态继电器U1的第2交流端AC2端与二极管D1的阴极、中固态继电器U2的第1交流端AC1端、右固态继电器U3的第1交流端AC1端连接，中固态继电器U2的第2交流端AC2端与单相电磁减速式永磁低速同步电机M的第1绕组端A1端、电阻R1的一端连接，右固态继电器U3的第2交流端AC2端与M的第2绕组端A2端、分相电容C1的一端连接， 电阻R1的另一端与分相电容C1的另一端连接，M的绕组公共端O端与电网零线端N端连接。

本发明的有益效果如下：

本发明在单相电磁减速式永磁低速同步电机的停车、及正-反转相互转换过渡过程中，利用3只交流固态继电器和1只二极管的作用，使正反转绕组短时同时通以单相半波整流电源，产生附加制动转矩以大幅缩短单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。该技术方案简单、可靠、性价比高、通用性好，尤其适于频繁起、停的小功率运动机构的定位控制场合。

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，单相电磁减速式永磁低速同步电机快速制动电路，包括控制电路、快速制动式驱动电路。

控制电路包括稳压电源模块U0、钟振U4、处理器IC1、滤波电容C2，稳压电源模块U0的供电端L端与电网相线端L端连接，稳压电源模块U0的零线端N端与电网零线端N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U4的输出端OUT与处理器IC1的时钟输入端XT端连接，钟振U4的电源端+V端与稳压电源正端VCC端连接，钟振U4的地端GND端接地；处理器IC1的电源端+V端与稳压电源正端VCC端、滤波电容C2的一端连接，处理器IC1的地端GND端接地，滤波电容C2的另一端接地，处理器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端与右固态继电器U3的负输入端-IN端连接，处理器IC1的第2输出端O2端与中固态继电器U2的负输入端-IN端连接，处理器IC1的第3输出端O3端与左固态继电器U1的负输入端-IN端连接。

快速制动式驱动电路包括左固态继电器U1、中固态继电器U2、右固态继电器U3、二极管D1、电阻R1、分相电容C1、单相电磁减速式永磁低速同步电机M，左固态继电器U1的正输入端+IN端、中固态继电器U2的正输入端+IN端、右固态继电器U3的正输入端+IN端均与稳压电源正端VCC端连接，左固态继电器U1的第1交流端AC1端与电网相线端L端、二极管D1的阳极连接，左固态继电器U1的第2交流端AC2端与二极管D1的阴极、中固态继电器U2的第1交流端AC1端、右固态继电器U3的第1交流端AC1端连接，中固态继电器U2的第2交流端AC2端与单相电磁减速式永磁低速同步电机M的第1绕组端A1端、电阻R1的一端连接，右固态继电器U3的第2交流端AC2端与M的第2绕组端A2端、分相电容C1的一端连接， 电阻R1的另一端与分相电容C1的另一端连接，M的绕组公共端O端与电网零线端N端连接。

本发明所使用的包括稳压电源模块U0、左固态继电器U2、中波固态继电器U3、右固态继电器U4、处理器IC1、二极管D1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，交流固态继电器采用SSR-H380D型产品，处理器采用Atmega328，二极管采用GP16A07整流二极管等。

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3个输出端O1端、O2端、O3端均输出高电平，则左固态继电器U1、中固态继电器U2、右固态继电器U3均处于关断状态，单相电磁减速式永磁低速同步电机M因其正、反转绕组均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3个输出端O1端、O2端、O3端均输出高电平，则左固态继电器U1、中固态继电器U2、右固态继电器U3均处于关断状态，单相电磁减速式永磁低速同步电机M因其正、反转绕组均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3输出端O3端和第2输出端O2端均输出低电平，IC1的第1输出端O1端输出高电平，则左固态继电器U1和中固态继电器U2均导通，右固态继电器U3关断，单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3输出端O3端和第1输出端O1端均输出低电平，IC1的第2输出端O2端输出高电平，则左固态继电器U1和右固态继电器U3均导通，中固态继电器U2关断，单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，即：要求从正转到停车；（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，即：要求从反转到停车。则处理器IC1的第1输出端O1端、第2输出端O1端均输出低电平，IC1的第3输出端O3端输出高电平，即：中固态继电器U2和右固态继电器U3均导通，左固态继电器U1关断，此时，本发明附图1中的单相电磁减速式永磁低速同步电机M的正转绕组A1端与反转绕组A2端实际上处于联通状态，而电网相线端L端经二极管D1、中固态继电器U2、右固态继电器U3，给单相电磁减速式永磁低速同步电机M的两个并联绕组通以单相半波整流电源，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再使其3个输出端O1端、O2端、O3端均输出高电平，即：左固态继电器U1、中固态继电器U2和右固态继电器U3均关断，制动过程结束。这种制动控制方式在小功率运动机构的定位控制场合，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. 单相电磁减速式永磁低速同步电机快速制动电路，包括控制电路、快速制动式驱动电路，其特征在于：

控制电路包括稳压电源模块U0、钟振U4、处理器IC1、滤波电容C2，稳压电源模块U0的供电端L端与电网相线端L端连接，稳压电源模块U0的零线端N端与电网零线端N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U4的输出端OUT与处理器IC1的时钟输入端XT端连接，钟振U4的电源端+V端与稳压电源正端VCC端连接，钟振U4的地端GND端接地；处理器IC1的电源端+V端与稳压电源正端VCC端、滤波电容C2的一端连接，处理器IC1的地端GND端接地，滤波电容C2的另一端接地，处理器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端与右固态继电器U3的负输入端-IN端连接，处理器IC1的第2输出端O2端与中固态继电器U2的负输入端-IN端连接，处理器IC1的第3输出端O3端与左固态继电器U1的负输入端-IN端连接；

快速制动式驱动电路包括左固态继电器U1、中固态继电器U2、右固态继电器U3、二极管D1、电阻R1、分相电容C1、单相电磁减速式永磁低速同步电机M，左固态继电器U1的正输入端+IN端、中固态继电器U2的正输入端+IN端、右固态继电器U3的正输入端+IN端均与稳压电源正端VCC端连接，左固态继电器U1的第1交流端AC1端与电网相线端L端、二极管D1的阳极连接，左固态继电器U1的第2交流端AC2端与二极管D1的阴极、中固态继电器U2的第1交流端AC1端、右固态继电器U3的第1交流端AC1端连接，中固态继电器U2的第2交流端AC2端与单相电磁减速式永磁低速同步电机M的第1绕组端A1端、电阻R1的一端连接，右固态继电器U3的第2交流端AC2端与M的第2绕组端A2端、分相电容C1的一端连接， 电阻R1的另一端与分相电容C1的另一端连接，M的绕组公共端O端与电网零线端N端连接。

2.如权利要求1所述的单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、左固态继电器U2、中波固态继电器U3、右固态继电器U4、处理器IC1、二极管D1均采用现有的成熟产品，能够通过市场取得；稳压电源模块采用WAN2.5-5，交流固态继电器采用SSR-H380D型产品，处理器采用Atmega328，二极管采用GP16A07整流二极管。