CN109510556B - 一种三相电机的正反转模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机控制技术领域，特别地涉及一种三相电机的正反转模块。本发明公开了一种三相电机的正反转模块，包括正转控制电路和反转控制电路，所述正转控制电路和反转控制电路均包括输入控制电路和开关电路，所述开关电路串接在三相电源的输出端与电机的输入端之间构成正转供电回路或反转供电回路，所述输入控制电路的输入端接正转信号或反转信号，所述输入控制电路的输出端接开关电路的控制输入端，用于驱动开关电路的通断，所述输入控制电路包括光电耦合器和机械触点式的继电器，所述光电耦合器的输出端与继电器的输出端串联后作为输入控制电路的输出端。本发明具有高可靠性能的同时，具有较低的成本。

Description

一种三相电机的正反转模块

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体地涉及一种三相电机的正反转模块。

背景技术

三相异步电动机的工作原理是根据电磁感应原理而工作的，当定子绕组通过三相对称交流电，则在定子与转子间产生旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，在转子回路中产生感应电动势和电流，转子导体的电流在旋转磁场的作用下，受到力的作用而使转子旋转。转子转动的方向与旋转磁场的方向一致。通过改变旋转磁场的方向就能改变电机转动的方向。而要改变旋转磁场的方向，只需调换三相电机三根电源线中的任意两根线。如图1，当K1′、K2′、K3′导通，K4′、K5′关闭时，则电机M正转；当K1′、K4′、K5′导通，K2′、K3′关闭时，则电机M反转。其中K1′为公共相，也可以直接用导线短接，不影响功能。任何情况下，都不允许K2′和K5′以及K3′和K4′同时导通，否则将导致相间短路而损坏。通常可以用电磁继电器、接触器、电机正反转模块等来实现电源线的调换，从而实现电机正反转的功能。电磁继电器和接触器由于动作时间较慢的问题，导致其无法实现反向制动的功能，限制了其应用范围。同时由于其输出端是采用触点来实现开关功能的，导通和关断会产生电火花，且其抗振动性能较差，整体寿命较短，可靠性较低。而电机正反转模块是采用无触点的半导体开关(通常是可控硅)来实现开关功能的，通常由4个或5个固态继电器(每个固态继电器由光耦和可控硅及其它一些辅助电子元器件组成)和其它一些互锁延时等电路组成，如图2所示。因此其具有电寿命高，动作快，抗振动冲击能力强的特点，很适合电机正反转的控制。然而由于三相电机是感性负载，很容易产生较强的电磁干扰。而普通的固态继电器，其抗电磁干扰能力比较弱，当受到外界较强的电磁干扰时，容易发生误导通。如果电机正反转模块采用普通的固态继电器，则容易发生误导通而损坏。因此，高可靠的电机正反转模块往往需要采用抗电磁干扰能力比较强的器件。而抗电磁干扰能力强的器件，其价格往往是常规器件的好多倍，致使高可靠的三相正反转模块的价格居高不下。

发明内容

本发明目的在于提供一种三相电机的正反转模块用以解决上述存在的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种三相电机的正反转模块，包括正转控制电路和反转控制电路，所述正转控制电路和反转控制电路均包括输入控制电路和开关电路，所述开关电路串接在三相电源的输出端与电机的输入端之间构成正转供电回路或反转供电回路，所述输入控制电路的输入端接正转信号输入端或反转信号输入端，所述输入控制电路的输出端接开关电路的控制输入端，用于驱动开关电路的通断，所述输入控制电路包括光电耦合器和机械触点式的继电器，所述光电耦合器的输出端与继电器的输出端串联后作为输入控制电路的输出端。

进一步的，所述开关电路采用可控硅开关构成，所述光电耦合器的输出端与继电器的输出端串联后再与可控硅开关的控制极串联。

进一步的，所述继电器为电磁继电器。

更进一步的，所述继电器为双刀单掷的电磁继电器。

进一步的，所述正转控制电路和反转控制电路还均包括双延时电路，所述双延时电路的输入端接正转信号输入端或反转信号输入端，所述双延时电路的第一延时输出端接电磁继电器的输入端，所述双延时电路的第二延时输出端接光电耦合器的输入端，所述第一延时输出端的延时时间小于第二延时输出端的延时时间。

更进一步的，双延时电路包括电容、第一三端稳压器、二极管和第二三端稳压器，所述电容的第一端接正转信号输入端或反转信号输入端，所述电容的第二端接地，所述电容的第一端接第一三端稳压器的输入端，所述第一三端稳压器依次与电磁继电器的输入端、正转信号输入端或反转信号输入端串联构成回路，所述电容的第一端正向串联二极管接第二三端稳压器的输入端，所述第二三端稳压器依次与光电耦合器的输入端、正转信号输入端或反转信号输入端串联构成回路。

更进一步的，所述第一三端稳压器和第二三端稳压器为同型号三端稳压器。

进一步的，所述双延时电路还包括稳压二极管，所述稳压二极管的负端串联电阻接电容的第一端，所述稳压二极管的正端接地。

进一步的，还包括互锁电路，所述互锁电路接在正转信号输入端和反转信号输入端之间。

更进一步的，所述互锁电路包括NPN三极管Q1和Q2，所述NPN三极管Q1和Q2的基极分别接正转信号输入端和反转信号输入端，所述NPN三极管Q1和Q2的发射极均接地，所述NPN三极管Q1和Q2的集电极分别接反转信号输入端和正转信号输入端。

本发明的有益技术效果：

本发明采用继电器与光电耦合器的输出端串联，可以采用普通光电耦合器，在实现高可靠性(抗高电磁干扰、抗振动冲击)的同时，也大大的降低了产品的成本。

本发明设有双延时电路，在电磁继电器的导通瞬间，回路没有电流，不会产生电火花，不会对触点有任何的电烧蚀，大大延长了电磁继电器的寿命。

本发明设有互锁电路，避免产品发生相间短路而损坏，安全性和可靠性高。

附图说明

图1为现有的三相电机正反转控制示意图；

图2为现有的正反转模块电路原理图；

图3为本发明实施例一的电路原理图；

图4为本发明实施例二的电路原理图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例一

如图3所示，一种三相电机的正反转模块，包括正转控制电路和反转控制电路，所述正转控制电路和反转控制电路均包括输入控制电路和开关电路，所述开关电路串接在三相电源的输出端与电机的输入端之间构成正转供电回路或反转供电回路，本具体实施例中，正转控制电路的开关电路串接在三相电源的输出端L1和L2与电机的输入端U和V之间构成正转供电回路，反转控制电路的开关电路串接在三相电源的输出端L1和L2与电机的输入端V和U之间构成反转供电回路，开关电路优选采用单向可控硅开关构成，具体电路详见图3，不再细说，当然，在其它实施例中，开关电路也可以采用双向可控硅开关或其它半导体开关来实现，此是本领域技术人员可以轻易实现的。

所述输入控制电路的输入端接正转信号输入端F+或反转信号输入端R+，即正转控制电路的输入控制电路的输入端接正转信号输入端F+,反转控制电路的输入控制电路的输入端接反转信号输入端R+，所述输入控制电路的输出端接其对应的开关电路的控制输入端(本具体实施中为单向可控硅开关的控制极)，用于驱动开关电路的通断，所述输入控制电路包括光电耦合器和机械触点式的继电器，所述光电耦合器的输出端与继电器的输出端串联后作为输入控制电路的输出端与单向可控硅开关的控制极串联，所述光电耦合器的输入端与继电器的输入端接正转信号输入端F+或反转信号输入端R+。

本具体实施例中，所述继电器优选为电磁继电器，体积小，成本低，更优选的，所述继电器为双刀单掷的电磁继电器，减小电磁继电器的数量，进一步降低成本，当然，在其它实施例中，继电器也可以是单刀单掷、双刀双掷等形式继电器，光电耦合器选用现有的普通的光电耦合器，成本低，所述光电耦合器的输出端与电磁继电器的输出端串联后再与可控硅开关的控制极串联形成控制回路，具体电路详见图3，此不再细说。当然，在其它实施例中，继电器也可以是干簧管继电器等其它机械触点式的继电器，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再细说。

采用继电器的输出与普通光电耦合器的输出串联的控制方式，虽然电磁继电器抗振动冲击能力较差，在高振动冲击的场合，容易发生误动作。但是，由于其输出端与光电耦合器串联，而光电耦合器具有极强的抗振动冲击能力。因此，即使由于过高振动冲击导致电磁误动作，但由于光电耦合器仍然处于关断状态，整个回路不会有电流流过，可控硅不会因此发生误导通；虽然普通的光电耦合器抗电磁干扰能力较差，在高电磁干扰的场合，容易发生误动作。但是，由于其输出端与继电器串联，而继电器具有极强的抗电磁干扰能力。因此，即使由于过高的电磁干扰导致光电耦合器误动作，但由于继电器仍然处于关断状态，整个回路不会有电流流过，可控硅不会因此发生误导通。在实现高可靠性(抗高电磁干扰、抗振动冲击)的同时，也大大的降低了产品的成本。

进一步的，本具体实施例中，所述正转控制电路和反转控制电路还均包括双延时电路，所述双延时电路的输入端接正转信号输入端F+或反转信号输入端R+，即正转控制电路的双延时电路的输入端接正转信号输入端F+，反转控制电路的双延时电路的输入端接反转信号输入端R+，所述双延时电路的第一延时输出端接其对应的电磁继电器的输入端，所述双延时电路的第二延时输出端接其对应的光电耦合器的输入端，所述第一延时输出端的延时时间小于第二延时输出端的延时时间。

当有正转信号或反转信号输入时，先双延时电路延时一段时间，然后导通相应的电磁继电器，然后再经过一段时间，导通相应的光电耦合器，从而触发相应的单向可控硅开关导通，实现电机正转或反转，由于电磁继电器先导通，光电耦合器后导通，在电磁继电器的导通瞬间，回路没有电流，不会产生电火花，不会对触点有任何的电烧蚀，大大延长了电磁继电器的寿命。

由于单向可控硅开关导通后，不再有电流通过控制极，因此与可控硅控制极串联的光电耦合器和电磁继电器在单向可控硅开关导通后不再有电流流过，因此当控制信号去掉时，在电磁继电器关断过程中，也没有任何电流通过电磁继电器，不会产生电火花不会对触点有任何的电烧蚀，大大延长了电磁继电器的寿命。

本具体实施例中，正转控制电路的双延时电路包括电容C3、三端稳压器IC2(第一三端稳压)、二极管D7、电阻R7和三端稳压器IC1(第二三端稳压器)，所述电容C3的第一端接正转信号输入端F+，所述电容C3的第二端接地，所述电容C3的第一端接三端稳压器IC2的输入端，所述三端稳压器IC2依次与电磁继电器K1的输入端、正转信号输入端F+串联构成回路，所述电容C3的第一端正向串联二极管D7接三端稳压器IC1的输入端，所述三端稳压器IC1依次与光电耦合器PO2的输入端、光电耦合器PO1的输入端以及正转信号输入端F+串联构成回路，电阻R7接在三端稳压器IC1的输入端与地之间，更详细的电路详见图3，此不再细说。

本具体实施例中，三端稳压器IC2和三端稳压器IC1优选为同型号的三端稳压器，便于制造和管理，但不限于此。

本具体实施例中，反转控制电路的双延时电路包括电容C4、三端稳压器IC4(第一三端稳压)、二极管D8、电阻R8和三端稳压器IC3(第二三端稳压器)，所述电容C4的第一端接反转信号输入端R+，所述电容C4的第二端接地，所述电容C4的第一端接三端稳压器IC4的输入端，所述三端稳压器IC4依次与电磁继电器K2的输入端、反转信号输入端R+串联构成回路，所述电容C4的第一端正向串联二极管D8接三端稳压器IC3的输入端，所述三端稳压器IC3依次与光电耦合器PO4的输入端、光电耦合器PO3的输入端以及反转信号输入端R+串联构成回路，电阻R8接在三端稳压器IC3的输入端与地之间，更详细的电路详见图3，此不再细说。

本具体实施例中，三端稳压器IC4和三端稳压器IC3优选为同型号的三端稳压器，便于制造和管理，但不限于此。

进一步的，所述双延时电路还包括稳压二极管，本具体实施例为稳压二极管D5和D6，所述稳压二极管D5的负端串联电阻接电容C3的第一端，所述稳压二极管D5的正端接地，所述稳压二极管D6的负端串联电阻接电容C4的第一端，所述稳压二极管D6的正端接地，提高电压稳定性。

进一步的，还包括互锁电路，所述互锁电路接在正转信号输入端F+和反转信号输入端R+之间。当正转信号输入端F+和反转信号输入端R+同时施加控制信号时，产品关闭输出，避免产品发生相间短路而损坏。

本具体实施例中，所述互锁电路包括NPN三极管Q1和Q2，所述NPN三极管Q1和Q2的基极分别接正转信号输入端F+和反转信号输入端R+，所述NPN三极管Q1和Q2的发射极均接地，所述NPN三极管Q1和Q2的集电极分别接反转信号输入端R+和正转信号输入端F+，更具体的电路详见图3，此不再细说。

当然，在其它实施例中，互锁电路也可以采用现有的其它互锁电路，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再细说。

本具体实施例中，正转信号输入端F+和反转信号输入端R+还分别正向串接有二极管D1和D2，避免串扰。

本具体实施例的工作过程如下：

当正转信号输入端F+与公共地端GND有施加规定的正转信号时，通过电容C3先延时一段时间，三端稳压器IC2导通同时导通相应的电磁继电器K1，然后再延时一段时间使三端稳压器IC1导通同时导通相应的光耦PO1和PO2，此时与单向可控硅开关T1-T4的控制极串联的开关都已经导通，从而触发单向可控硅开关T1-T4导通，电机开始正转。

当反转信号输入端R+与公共地端GND有施加规定的反转信号时，通过电容C4先延时一段时间，三端稳压器IC4导通同时导通相应的电磁继电器K2，然后再延时一段时间使三端稳压器IC3导通同时导通相应的光耦PO3和PO4，此时与单向可控硅开关T5-T8的控制极串联的开关都已经导通，从而触发单向可控硅开关T5-T8导通，电机开始反转。

当正转信号输入端F+和反转信号输入端R+同时施加控制信号时，NPN三极管Q1和Q2会同时导通，将正反控制信号的电流拉地实现正反信号同时关闭输出。

实施例二

如图4所示，本实施例与实施一的区别在于双延时电路的电路结构不同，具体的，本实施例中，正转控制电路的双延时电路包括电容C3、三端稳压器IC2′(第一三端稳压)、电阻R7′和三端稳压器IC1′(第二三端稳压器)，三端稳压器IC2′为1.25V的三端稳压器，三端稳压器IC1′为2.5V的三端稳压器，所述电容C3的第一端接正转信号输入端F+，所述电容C3的第二端接地，所述电容C3的第一端接三端稳压器IC2′的输入端，所述三端稳压器IC2′依次与电磁继电器K1的输入端、正转信号输入端F+串联构成回路，所述电容C3的第一端电阻R7′接三端稳压器IC1′的输入端，所述三端稳压器IC1′依次与光电耦合器PO2的输入端、光电耦合器PO1的输入端以及正转信号输入端F+串联构成回路，更详细的电路详见图4，此不再细说。

本具体实施例中，反转控制电路的双延时电路包括电容C4、三端稳压器IC4′(第一三端稳压)、电阻R8′和三端稳压器IC3′(第二三端稳压器)，三端稳压器IC4′为1.25V的三端稳压器，三端稳压器IC3′为2.5V的三端稳压器，所述电容C4的第一端接反转信号输入端R+，所述电容C4的第二端接地，所述电容C4的第一端接三端稳压器IC4′的输入端，所述三端稳压器IC4′依次与电磁继电器K2的输入端、反转信号输入端R+串联构成回路，所述电容C4的第一端串联电阻R8′接三端稳压器IC3′的输入端，所述三端稳压器IC3′依次与光电耦合器PO4的输入端、光电耦合器PO3的输入端以及反转信号输入端R+串联构成回路，更详细的电路详见图4，此不再细说。

上述实施例给出了两种双延时电路的电路结构，当然，在其它实施例中，双延时电路还可以采用现有的其它双延时电路，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再细说。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种三相电机的正反转模块，包括正转控制电路和反转控制电路，其特征在于：所述正转控制电路和反转控制电路均包括输入控制电路和开关电路，所述开关电路串接在三相电源的输出端与电机的输入端之间构成正转供电回路或反转供电回路，所述输入控制电路的输入端接正转信号输入端或反转信号输入端，所述输入控制电路的输出端接开关电路的控制输入端，用于驱动开关电路的通断，所述输入控制电路包括光电耦合器和机械触点式的继电器，所述光电耦合器的输出端与继电器的输出端串联后作为输入控制电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的三相电机的正反转模块，其特征在于：所述开关电路采用可控硅开关构成，所述光电耦合器的输出端与继电器的输出端串联后再与可控硅开关的控制极串联。

3.根据权利要求1或2所述的三相电机的正反转模块，其特征在于：所述继电器为电磁继电器。

4.根据权利要求3所述的三相电机的正反转模块，其特征在于：所述继电器为双刀单掷的电磁继电器。

5.根据权利要求3所述的三相电机的正反转模块，其特征在于：所述正转控制电路和反转控制电路还均包括双延时电路，所述双延时电路的输入端接正转信号输入端或反转信号输入端，所述双延时电路的第一延时输出端接电磁继电器的输入端，所述双延时电路的第二延时输出端接光电耦合器的输入端，所述第一延时输出端的延时时间小于第二延时输出端的延时时间。

6.根据权利要求5所述的三相电机的正反转模块，其特征在于：双延时电路包括电容、第一三端稳压器、二极管和第二三端稳压器，所述电容的第一端接正转信号输入端或反转信号输入端，所述电容的第二端接地，所述电容的第一端接第一三端稳压器的输入端，所述第一三端稳压器依次与电磁继电器的输入端、正转信号输入端或反转信号输入端串联构成回路，所述电容的第一端正向串联二极管接第二三端稳压器的输入端，所述第二三端稳压器依次与光电耦合器的输入端、正转信号输入端或反转信号输入端串联构成回路。

7.根据权利要求6所述的三相电机的正反转模块，其特征在于：所述第一三端稳压器和第二三端稳压器为同型号三端稳压器。

8.根据权利要求6所述的三相电机的正反转模块，其特征在于：所述双延时电路还包括稳压二极管，所述稳压二极管的负端串联电阻接电容的第一端，所述稳压二极管的正端接地。

9.根据权利要求6所述的三相电机的正反转模块，其特征在于：还包括互锁电路，所述互锁电路接在正转信号输入端和反转信号输入端之间。

10.根据权利要求9所述的三相电机的正反转模块，其特征在于：所述互锁电路包括NPN三极管Q1和Q2，所述NPN三极管Q1和Q2的基极分别接正转信号输入端和反转信号输入端，所述NPN三极管Q1和Q2的发射极均接地，所述NPN三极管Q1和Q2的集电极分别接反转信号输入端和正转信号输入端。