CN109194245A - 一种具有输入缺相检测功能的伺服驱动器及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力电子技术领域，尤其是一种具有输入缺相检测功能的伺服驱动器及其检测方法，包括输入整流电路、功率电路、制动电路、数字控制电路和开关电源；所述输入整流电路、制动电路和功率电路依次电连接，处理模块和控制模块通讯连接；其中，处理模块采集输入整流电路的母线电压和功率电路的电压，并传输至控制模块，控制模块采集功率电路的输出电流并实时通过母线电压对三相交流输入电压进行缺相检测；其缺相检测方法是根据母线电压最大值Umax和母线电压Um判断三相交流输入电压是否缺相。本发明利用伺服驱动器的拓扑结构实现缺相检测，无需引入额外的检测电路器件和信号就能精准判断输入是否缺相，减少伺服驱动器体积，降低生产成本。

Description

一种具有输入缺相检测功能的伺服驱动器及其检测方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其是一种具有输入缺相检测功能的伺服驱动器及其检测方法。
背景技术
在现有三相交流输入的伺服驱动器和变频器，如果出现输入缺相，导致供电能力不足，当伺服驱动器和变频器外接较大的负载时，会导致欠压，严重时会因为整流桥的其中一相电流过大而损坏，因此在三相220V和三相380V输入的应用场合，需要对伺服驱动器进行输入缺相检测。现有交流电机伺服驱动器和变频器需要单独设置检测电路来进行输入缺相检测，不但增加了成本而且占用PCB布局空间，还需要单独的缺相检测信号。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有输入缺相检测功能的伺服驱动器，并利用伺服驱动器自身的拓扑结构进行输入缺相检测，克服目前伺服驱动器需要单独设置检测电路的缺陷。
本发明的技术方案为：
一种具有输入缺相检测功能的伺服驱动器，包括：
用于将三相交流输入电压转换为直流电压的输入整流电路，包括三相整流桥和母线，所述母线上设有储能电容；带有逆变转换功能的功率电路；用于吸收电机再生电能、防止再生电能抬高母线电压而损坏储能电容及功率电路的制动电路，所述制动电路包括内置制动电阻的制动开关管；用于维持功率电路稳定输出以及检测输入相位的数字控制电路，包括根据脉冲输入信号进行控制运算的处理模块以及根据处理模块运算结果对功率电路发出PWM信号的控制模块；用于为控制电路提供适配直流电压的开关电源。
所述输入整流电路、制动电路和功率电路依次电连接，输入整流电路和开关电源分别外接交流电压，处理模块和控制模块通讯连接；其中，处理模块采集母线和功率电路的电压，并传输至控制模块，控制模块采集功率电路的输出电流并实时通过母线电压对三相交流输入电压进行缺相检测。
作为优选，功率电路为内置绝缘栅双极型晶体管的智能功率模块，所述绝缘栅双极型晶体管分别通讯连接处理模块和控制模块。
作为优选，处理模块和控制模块通过并行接口通讯，并行接口还接有用于与上位机EtherCAT通讯的从站控制芯片。
进一步的，处理模块为ARM处理器，ARM处理器电连接用于显示伺服驱动器工作情况的数码管。
进一步的，控制模块为FPGA芯片，FPGA芯片接有绝对值编码器。
作为优选，三相整流桥的任意两个输入端均跨接有防止输入电压过大的压敏电阻，所述压敏电阻通过一个电容接地。
作为优选，三相整流桥的输出端设有软启动电路，软启动电路包括热敏电阻以及与热敏电阻并联的继电器。
上述的一种具有输入缺相检测功能的伺服驱动器，其检测输入缺相方法为：
输入整流电路接三相交流输入电压Ui，导通制动电路；
处理模块采集母线电压Um，并得到母线电压最大值Umax，控制模块根据所得的母线电压最大值Umax判断三相交流输入电压是否缺相，判别依据为：
若且母线电压Um稳定、没有任何波动，则制动电路有故障；
若且母线电压Um在至的范围内，则输入电压没有缺相；
若且母线电压Um的最小值低于则输入电压缺相。
本发明的有益效果：利用伺服驱动器的拓扑结构实现缺相检测，无需引入额外的检测电路器件和信号就能精准判断输入是否缺相，减少伺服驱动器体积，降低生产成本。
附图说明
图1：本发明实施例提供的一种具有输入缺相检测功能的伺服驱动器拓扑结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合附图和实施例，对本发明作进一步的描述。
实施例
一种具有输入缺相检测功能的伺服驱动器，如图1所示，包括：输入整流电路、功率电路、制动电路、数字控制电路和开关电源。其中，输入整流电路设有三相整流桥Z1和带有储能电容C1的母线，用于将三相交流输入电压转换为直流电压；功率电路内置绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，具有逆变转换器功能；制动电路包括内置制动电阻的制动开关管Q1和与母线电压方向相反的二极管D1，制动电路设置在输入整流电路和功率电路之间，用于吸收电机再生电能，防止再生电能抬高母线电压而损坏储能电容C1及功率电路。
数字控制电路的作用是维持功率电路稳定输出以及检测输入相位，包括处理模块和控制模块；其中，处理模块和控制模块通讯连接，本实施例采用STM32F407系列的ARM处理器作为处理模块，处理模采集功率电路的电压信号并在内部进行位置环、速度环、电流环等电机控制算法，同时采集母线电压，并将运算结果和母线电压传送至控制模块；采用FPGA作为本实施例的控制模块，控制模块的作用在于通过发出PWM信号至绝缘栅双极型晶体管，控制功率电路的功率输出，同时，控制模块会采集功率电路的输出电流作为反馈参考。处理模块和控制模块的工作电压由开关电源提供。
作为优选，在上述实施例的基础上，处理模块和控制模块通过并行接口通讯，并行接口还接有用于与上位机EtherCAT通讯的从站控制芯片。进一步的，控制模块为FPGA芯片，FPGA芯片接有绝对值编码器，用于显示电机的转速。
为了清晰地显示伺服驱动器的工作情况和输入电压是否缺相，ARM处理器电连接有数码管。
作为优选，为了保护驱动器拓扑，在上述实施例中加入过压保护电路和软启动电路，其中，三相整流桥Z1的任意两个输入端均跨接有防止输入电压过大的压敏电阻(RV1、RV2、RV3)，所述压敏电阻通过一个电容接地，防止任一输入线的电压过大而损坏三相整流桥Z1；而软启动电路包括热敏电阻R1以及与热敏电阻R1并联的继电器Relay，随着输入电压导通，热敏电阻R1阻值减低，继电器Relay闭合，有效防止导通瞬间出现过高的尖峰电流损坏伺服启动器拓扑。
上述实施例提供的伺服驱动器可以根据其本身的拓扑结构进行输入缺相检测，其检测输入缺相方法为：
输入三相交流输入电压Ui后，导通制动电路和功率电路，处理模块进行采样运算和控制模块开始控制调节。
处理模块采集母线电压Um，并得到母线电压最大值Umax，控制模块根据所得的母线电压最大值Umax判断三相交流输入电压是否缺相，判别依据为：
若且母线电压Um稳定、没有任何波动，则制动电路有故障；
若且母线电压Um在至的范围内，则输入电压没有缺相；
若且母线电压Um的最小值低于则输入电压缺相。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有输入缺相检测功能的伺服驱动器，其特征在于，包括：
用于将三相交流输入电压转换为直流电压的输入整流电路，包括三相整流桥和母线，所述母线上设有储能电容；
带有逆变转换功能的功率电路；
用于吸收电机再生电能、防止再生电能抬高母线电压而损坏储能电容及功率电路的制动电路，所述制动电路包括内置制动电阻的制动开关管；
用于维持功率电路稳定输出以及检测输入相位的数字控制电路，包括根据脉冲输入信号进行控制运算的处理模块以及根据处理模块运算结果对功率电路发出PWM信号的控制模块；
用于为控制电路提供适配直流电压的开关电源；
所述输入整流电路、制动电路和功率电路依次电连接，输入整流电路和开关电源分别外接交流电压，处理模块和控制模块通讯连接；其中，处理模块采集母线和功率电路的电压，并传输至控制模块，控制模块采集功率电路的输出电流并实时通过母线电压对三相交流输入电压进行缺相检测。
2.根据权利要求1所述的一种具有输入缺相检测功能的伺服驱动器，其特征在于：所述功率电路为内置绝缘栅双极型晶体管的智能功率模块，所述绝缘栅双极型晶体管分别通讯连接处理模块和控制模块。
3.根据权利要求1所述的一种具有输入缺相检测功能的伺服驱动器，其特征在于：所述处理模块和控制模块通过并行接口通讯，并行接口还接有用于与上位机EtherCAT通讯的从站控制芯片。
4.根据权利要求3所述的一种具有输入缺相检测功能的伺服驱动器，其特征在于：所述处理模块为ARM处理器，ARM处理器电连接用于显示伺服驱动器工作情况的数码管。
5.根据权利要求3所述的一种具有输入缺相检测功能的伺服驱动器，其特征在于：所述控制模块为FPGA芯片，FPGA芯片接有绝对值编码器。
6.根据权利要求1所述的一种具有输入缺相检测功能的伺服驱动器，其特征在于：所述三相整流桥的任意两个输入端均跨接有防止输入电压过大的压敏电阻，所述压敏电阻通过一个电容接地。
7.根据权利要求1所述的一种具有输入缺相检测功能的伺服驱动器，其特征在于：所述三相整流桥的输出端设有软启动电路，软启动电路包括热敏电阻以及与热敏电阻并联的继电器。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种具有输入缺相检测功能的伺服驱动器，其特征在于，所述伺服驱动器的输入缺相检测方法如下：
输入整流电路接三相交流输入电压Ui，导通制动电路；
处理模块采集母线电压Um，并得到母线电压最大值Umax，控制模块根据所得的母线电压最大值Umax和母线电压Um判断三相交流输入电压是否缺相，判别依据为：
若且母线电压Um稳定、没有任何波动，则制动电路有故障；
若且母线电压Um在至的范围内，则输入电压没有缺相；
若且母线电压Um的最小值低于则输入电压缺相。
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