CN104852356B - 电动机的控制保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电动机的控制保护装置，包括变频器、第一转换器、温度检测装置和第二转换器，所述第一转换器用于根据输入信号生成第一控制信号，控制所述变频器工作，所述温度检测装置用于检测所述电动机的温度并获取温度信号，所述第二转换器用于根据所检测到的所述温度信号生成第二控制信号，并将所述第二控制信号提供给所述变频器，所述变频器用于根据所述第一控制信号和所述第二控制信号控制所述电动机的工作。本发明的电动机的控制保护装置成本低且安全可靠性高。

Description

电动机的控制保护装置
技术领域
本发明涉及电动机领域，具体涉及电动机的控制保护装置。
背景技术
电动机已经应用到工业和农业等各个领域。在实际应用场合中，电动机由于过载、绕组故障或电源电压不正常等经常会导致电动机过热，从而使得电动机损坏或烧毁，因此需要对电动机进行过热保护。另外当电动机处于其他非正常工作状态时，也需要使得电动机安全停止，即需要人为施加一个STO（safe torque off）(转矩安全撤销）使得电动机停止工作。
为了实现当电动机的温度过热或接收转矩安全撤销信号时使得电动机停止工作，目前的控制保护装置通常包括一个控制单元，该控制单元包括热敏电阻、或门电路和安全电路，或门电路的两个输入端分别接收热敏电阻检测电动机的温度信号和转矩安全撤销信号（或安全停止信号），当电动机的温度过高或/和接收到人为施加的转矩安全撤销信号时，安全电路使得逆变器中的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）停止工作，从而使得电动机停止工作。在上述控制保护装置中，或门电路和安全电路需要进行防爆指令认证（ATEX认证），一方面增加了产品的成本；另一方面或门电路出现故障时，则导致施加的转矩安全撤销信号和/或电动机过热时都不能使得电动机停止，这对或门电路的性能提出了很高的要求。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种电动机的控制保护装置，包括：变频器、第一转换器、温度检测装置和第二转换器，所述第一转换器用于根据输入信号生成第一控制信号，控制所述变频器工作，所述温度检测装置用于检测所述电动机的温度并获取温度信号，所述第二转换器用于根据所检测到的所述温度信号生成第二控制信号，并将所述第二控制信号提供给所述变频器，所述变频器用于根据所述第一控制信号和所述第二控制信号控制所述电动机的工作。
优选的，所述变频器包括开关管驱动器和逆变器，所述开关管驱动器用于给所述逆变器提供脉宽调制信号。
优选的，所述第一转换器用于当接收转矩安全撤销信号时，生成使得所述开关管驱动器停止工作的第一停止信号，以及当没有接收到转矩安全撤销信号时，给所述开关管驱动器提供使其工作的第一工作信号。
优选的，所述第二转换器用于当所述电动机的温度大于阈值时将所述电动机的温度信号转换为使得所述开关管驱动器停止工作的第二停止信号，以及当所述电动机的温度不大于阈值时将所述电动机的温度信号转换为使所述开关管驱动器工作的第二工作信号。
优选的，所述第一停止信号为输入至所述开关管驱动器的脉宽调制不使能信号，所述第一工作信号为输入至所述开关管驱动器的脉宽调制使能信号。
优选的，所述第二工作信号为输入至所述开关管驱动器中的脉宽调制输入信号，所述第二停止信号为使得所述开关管驱动器停止工作的电压信号。
优选的，所述变频器还包括开关电源，所述开关电源用于给所述开关管驱动器提供所需的直流电。
优选的，所述第一停止信号为输入至所述开关管驱动器的脉宽调制不使能信号，所述第一工作信号为输入至所述开关管驱动器的脉宽调制使能信号；所述第二停止信号为使得所述开关电源停止工作的开关电源不使能信号或开关电源输入断开信号，所述第二工作信号为使得所述开关电源工作的开关电源使能信号或开关电源输入导通信号。
优选的，所述第一停止信号为使得所述开关电源停止工作的开关电源不使能信号或开关电源输入断开信号，所述第一工作信号为使得所述开关电源工作的开关电源使能信号或开关电源输入导通信号；所述第二停止信号为输入至所述开关管驱动器的脉宽调制不使能信号，所述第二工作信号为输入至所述开关管驱动器的脉宽调制使能信号。
优选的，所述第一停止信号为使得所述开关电源停止工作的开关电源不使能信号和开关电源输入断开信号其中的一个，所述第二停止信号为开关电源不使能信号和开关电源输入断开信号其中的另一个。
优选的，所述开关管驱动器为IGBT驱动器。
本发明的电动机的控制保护装置不必进行ATEX认证，减小了制备成本，同时采用两个独立的控制信号分别控制开关管驱动器的工作状态，从而提高了安全可靠性。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1是本发明第一个实施例的电动机的控制保护装置的电路结构图。
图2是本发明第二个实施例的电动机的控制保护装置的电路结构图。
图3是本发明第三个实施例的电动机的控制保护装置的电路结构图。
图4是本发明第四个实施例的电动机的控制保护装置的电路结构图。
主要装置符号说明
1 第一转换器
2 第二转换器
3 变频器
4 电动机
5 IGBT驱动器
6 逆变器
7 热敏电阻
8 开关电源
9 开关
10 电源
22 第二转换器
31 第一转换器
32 第二转换器
41 第一转换器
42 第二转换器
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。
图1是本发明第一个实施例的电动机的控制保护装置的电路结构图。如图1所示，包括第一转换器1、第二转换器2、变频器3和位于电动机内部的热敏电阻7，其中变频器3包括开关电源8、开关9、电源10、IGBT驱动器5和逆变器6，电源10通过开关9与开关电源8的输入端连接，开关电源8的输出端连接在IGBT驱动器5的驱动电源端，用于给IGBT驱动器5提供所需的直流电。第一转换器1的输入端用于接收转矩安全撤销信号STO，且输出端连接在IGBT驱动器5的使能端上。热敏电阻7用于测量电动4的温度并获得温度信号Ut。第二转换器2的输入端接收温度信号Ut，且其输出端连接在IGBT驱动器5的脉宽调制输入端。IGBT驱动器5的输出端用于给逆变器6中的IGBT（图中未示出）提供脉宽调制信号或停止工作信号，逆变器6的输出端连接至电动机4。
第一转换器1的输入端用于接收输入信号，该输入信号可以是转矩安全撤销信号STO或一个预定范围内的电压，在这里该预定范围内的电压即表示第一转换器1没有接到转矩安全撤销信号。当第一转换器1接收转矩安全撤销信号STO时，经过处理之后得到输出一个脉宽调制不使能信号，然后将该脉宽调制不使能信号输入至IGBT驱动器5的使能端上，从而使得IGBT驱动器5停止工作（或不工作），进而导致逆变器6停止工作，最终实现电动机4停止工作。在本实施例中，在没有接到转矩安全撤销信号时，第一转换器1输出脉宽调制使能信号，该脉宽调制使能信号使得IGBT驱动器5处于工作状态。脉宽调制使能信号可以是0V的低电平电压，还可以是5V或3.3V的高电平电压，在不同的实施例中，可以根据IGBT驱动器5的规格要求来定义脉宽调制使能信号的电压，其中当脉宽调制使能信号是高电平时，脉宽调制不使能信号是低电平，或反之亦然。
热敏电阻7用于测量电动机4的温度，并将获得的温度信号Ut输出至第二转换器2中，其中获取的该温度信号Ut是一个模拟信号值（例如电压模拟量）。当电动机4的温度大于阈值（例如电动机4能承受的最大工作温度）时，第二转换器2产生一个关断电压，例如一个固定的低电压，IGBT驱动器5根据该关断电压使得逆变器6中的IGBT处于关断状态（即使得逆变器6停止工作），阻止逆变器6向电动机4供电，从而使得电动机4停止工作。当电动机4的温度在所能承受的最大工作温度范围内时，在第二转换器2的输出端得到脉宽调制输入信号，并将该脉宽调制输入信号提供至IGBT驱动器5的脉宽调制输入端，使得逆变器6给电动机4提供电压幅值和/或频率可变的交流电。在本发明的其他实施例中，第二转换器2可以以单片机的形式实现。在本发明的实施例中，转矩安全撤销信号STO和电动机4的温度信号Ut(电动机4的温度大于阈值时)分别独立地通过第一转换器1和第二转换器2给IGBT驱动器5提供使其停止向逆变器6提供脉宽调制信号的控制信号，提高了安全可靠性，另外避免了采用或门电路和安全电路所需要的ATEX认证，减小了产品的成本。
图2是本发明第二个实施例的电动机的控制保护装置的电路结构图。其与图1基本相同，区别在于，第二转换器22的输出端的输出信号用于控制开关9的导通或截止，IGBT驱动器5的脉宽调制输入端接收脉宽调制输入信号PWM。热敏电阻7测量电动机4的温度并获得温度信号Ut，当电动机4的温度大于所能承受的最大工作温度时（即电动机4过热时），第二转换器22的输出端得到输出开关电源输入断开信号，该开关电源输入断开信号控制开关9处于断开状态，从而使得开关电源8不再给IGBT驱动器5提供所需的直流电。从而使得IGBT驱动器5、逆变器6和电动机4停止工作。在其他另外的一个实施例中，第二转换器22的输出端连接至开关电源8的使能端（图中未示出），同样当电动机4过热时，第二转换器22的输出端得到一个开关电源不使能信号，该开关电源不使能信号用于使得开关电源8中的开关管（图中未示出）停止工作，同样使得开关电源8不再给IGBT驱动器5提供所需的直流电。在本实施例中开关电源不使能信号电压可以根据开关电源8中的具体电路结构进行选择。
图3是本发明第三个实施例的电动机的控制保护装置的电路结构图。其与图1基本相同，区别在于，第一转换器31的输出端连接至开关电源8的使能端，第二转换器32的输出端连接至IGBT驱动器5的使能端，IGBT驱动器5的脉宽调制输入端接收脉宽调制输入信号PWM。第一转换器31用于将转矩安全撤销信号STO转换为开关电源不使能信号，该开关电源不使能信号用于使得开关电源8中的开关管（图中未示出）停止工作，使得开关电源8不再给IGBT驱动器5提供所需的直流电。当电动机4的温度大于其所能承受的最大工作温度时，第二转换器32的输出端输出脉宽调制不使能信号，该脉宽调制不使能信号使得IGBT驱动器5停止工作，从而使得逆变器6和电动机4停止工作。相反，当电动机4的温度不超过阈值时，第二转换器32的输出端输出使IGBT驱动器5工作的脉宽调制使能信号。在本实施例中，当电动机4的温度过高或人为施加转矩安全撤销信号STO时，都可以分别使得IGBT驱动器5停止工作，从而使得电动机4停止运转。在本发明的其他实施例中，第一转换器31的输出端的输出信号还可以用于控制开关9的导通或截止，其中，第一转换器31用于将转矩安全撤销信号STO转换为开关电源输入断开信号，该开关电源输入断开信号控制开关9处于断开状态，从而使得开关电源8不再给IGBT驱动器5提供所需的直流电。
图4是本发明第四个实施例的电动机的控制保护装置的电路结构图。其与图1基本相同，区别在于，第二转换器42的输出端连接至开关电源8的使能端，第一转换器41的输出端的输出信号用于控制开关9的导通或截止，IGBT驱动器5的脉宽调制输入端接收脉宽调制输入信号PWM。第一转换器41根据转矩安全撤销信号STO生成开关电源输入断开信号。当电动机4的温度大于所能承受的最大工作温度时，第二转换器42的输出端输出开关电源不使能信号，反之第二转换器42的输出端输出开关电源使能信号。在本发明的其他实施例中，第一转换器41的输出端连接至开关电源的使能端，并将电动机4过热时的温度信号转换为开关电源不使能信号，同时第二转换器42的输出端的输出信号用于控制开关9的导通或截止。在本实施例中，转矩安全撤销信号STO和温度信号Ut分别通过第一转换器41和第二转换器42转换为使得开关电源8停止工作的控制信号，进一步使得IGBT驱动器5停止工作。
在本发明的实施例中，当没有转矩安全撤销信号STO或电动机4的温度不大于阈值时，IGBT驱动器5给逆变器6提供脉宽调制信号，用于控制逆变器6中的IGBT导通或截止，从而给电动机4提供所需要的交流电。
在本发明的上述实施例中，IGBT驱动器5还可以替换为其他的半导体开关管驱动器，相应地，逆变器6中的IGBT也替换为对应的半导体开关管。在其他的实施例中，还可以采用其他的温度测量装置代替上述实施例中的热敏电阻7。本领域的技术人员可知，上述实施例中的转换器可以采用现有技术中已有的电子元器件来实现上述转换器的相应的功能。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (11)

1.一种电动机的控制保护装置，其特征在于，包括：变频器、第一转换器、温度检测装置和第二转换器，所述第一转换器用于根据输入信号生成第一控制信号，并将所述第一控制信号提供给所述变频器以控制所述变频器的工作状态，所述温度检测装置用于检测所述电动机的温度并获取温度信号，所述第二转换器用于根据所检测到的所述温度信号生成第二控制信号，并将所述第二控制信号提供给所述变频器，所述变频器用于根据所述第一控制信号和所述第二控制信号控制所述电动机的工作状态。
2.根据权利要求1所述的电动机的控制保护装置，其特征在于，所述变频器包括开关管驱动器和逆变器，所述开关管驱动器用于给所述逆变器提供脉宽调制信号。
3.根据权利要求2所述的电动机的控制保护装置，其特征在于，
所述第一转换器用于当接收转矩安全撤销信号时，生成使得所述开关管驱动器停止工作的第一停止信号，以及当没有接收到转矩安全撤销信号时，给所述开关管驱动器提供使其工作的第一工作信号。
4.根据权利要求3所述的电动机的控制保护装置，其特征在于，所述第二转换器用于当所述电动机的温度大于阈值时将所述电动机的温度信号转换为使得所述开关管驱动器停止工作的第二停止信号，以及当所述电动机的温度不大于阈值时将所述电动机的温度信号转换为使所述开关管驱动器工作的第二工作信号。
5.根据权利要求4所述的电动机的控制保护装置，其特征在于，
所述第一停止信号为输入至所述开关管驱动器的脉宽调制不使能信号，所述第一工作信号为输入至所述开关管驱动器的脉宽调制使能信号。
6.根据权利要求5所述的电动机的控制保护装置，其特征在于，所述第二工作信号为输入至所述开关管驱动器中的脉宽调制输入信号，所述第二停止信号为使得所述开关管驱动器停止工作的电压信号。
7.根据权利要求4所述的电动机的控制保护装置，其特征在于，所述变频器还包括开关电源，所述开关电源用于给所述开关管驱动器提供所需的直流电。
8.根据权利要求7所述的电动机的控制保护装置，其特征在于，
所述第一停止信号为输入至所述开关管驱动器的脉宽调制不使能信号，所述第一工作信号为输入至所述开关管驱动器的脉宽调制使能信号；
所述第二停止信号为使得所述开关电源停止工作的开关电源不使能信号或开关电源输入断开信号，所述第二工作信号为使得所述开关电源工作的开关电源使能信号或开关电源输入导通信号。
9.根据权利要求7所述的电动机的控制保护装置，其特征在于，
所述第一停止信号为使得所述开关电源停止工作的开关电源不使能信号或开关电源输入断开信号，所述第一工作信号为使得所述开关电源工作的开关电源使能信号或开关电源输入导通信号；
所述第二停止信号为输入至所述开关管驱动器的脉宽调制不使能信号，所述第二工作信号为输入至所述开关管驱动器的脉宽调制使能信号。
10.根据权利要求7所述的电动机的控制保护装置，其特征在于，所述第一停止信号为使得所述开关电源停止工作的开关电源不使能信号和开关电源输入断开信号其中的一个，所述第二停止信号为开关电源不使能信号和开关电源输入断开信号其中的另一个。
11.根据权利要求2至10任一项所述的电动机的控制保护装置，其特征在于，所述开关管驱动器为IGBT驱动器。
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