CN111478627A - 一种伺服电机动态制动电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种伺服电机动态制动电路及其控制方法。伺服电机动态制动电路，包括：逆变电路，逆变电路的输入端连接母线，三相输出端分别连接伺服电机的三相端子，半波整流电路，连接在逆变电路和制动切换电路之间，包括三个二极管，三个二极管的阳极分别连接至逆变电路的三相输出端，三个二极管的阴极同时与制动切换电路连接，制动切换电路，一端与三个二极管的阴极连接，另一端连接母线负极，制动切换电路包括耗能电阻和控制开关，耗能电阻设置有多个，控制开关连接至多个耗能电阻与半波整流电路之间，用于切换接入电路的耗能电阻。本发明提高了制动电路的可靠性，保证了伺服电机能够正常制动，提高了安全性。

Description

一种伺服电机动态制动电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及电机制动技术领域，尤其涉及一种伺服电机动态制动电路及其控制方法。

背景技术

通常伺服电机的动态制动由动态制动电阻构成，在设备故障、急停、电源断电等各种需要制动的工况下，通过制动电阻能耗实现电机制动，缩短伺服电机的机械进给。

目前大多数的伺服驱动器中，当电机制动时，电机所产生的能量通过制动电路消耗在制动电阻上，如果制动系统损坏，导致能量不能及时释放，将会导致工作设备异常。如果电机转速较快，转矩较大，会导致制动电阻温度过高，影响电阻使用寿命。

在现有的技术中，大多数制动电路的故障检测方法都在伺服驱动器开始运行时进行预充电进行检测，如有故障则报警进行处理；也有部分是在运行过程中检测故障并报警，然后停机处理。前者只是在运行前进行检测，如在运行中发生故障，就无法及时处理；后者在故障后让其停机处理，但是在故障后的停机过程中，制动电路无法起到作用，有可能造成设备损坏。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种伺服电机动态制动电路及其控制方法，至少用于解决现有技术中，制动电路可靠性不够的技术问题，具体地：

本发明提供一种伺服电机动态制动电路，包括：

逆变电路，所述逆变电路的输入端连接母线，三相输出端分别连接伺服电机的三相端子，

半波整流电路，连接在所述逆变电路和制动切换电路之间，包括三个二极管，三个所述二极管的阳极分别连接至所述逆变电路的三相输出端，三个所述二极管的阴极同时与制动切换电路连接，

制动切换电路，一端与三个所述二极管的阴极连接，另一端连接母线负极，

所述制动切换电路包括耗能电阻和控制开关，所述耗能电阻设置有多个，多个所述耗能电阻的一端与母线连接，另一端与控制开关连接，多个所述耗能电阻的一部分接入电路，

所述控制开关连接至多个所述耗能电阻与所述半波整流电路之间，用于切换接入电路的所述耗能电阻。

进一步可选地，所述控制开关包括多个，每个所述耗能电阻对应设置一个所述控制开关。

进一步可选地，所述耗能电阻包括第一电阻和第二电阻，

所述控制开关，包括第一开关和第二开关，所述第一开关与所述第一电阻串联，所述第二开关与所述第二电阻串联。

进一步可选地，还包括故障检测电路，所述故障检测电路接入制动电路，并检测制动电路的运行参数，并当检测到的参数存在异常时所述制动切换电路启动，切换接入电路的耗能电阻。

进一步可选地，所述故障检测电路包括电流检测电路，所述电流检测电路连接至母线，用于检测母线电流值，当电流值减小速度小于阈值时，所述制动切换电路启动。

进一步可选地，所述故障检测电路包括温度传感器，所述温度传感器与多个所述耗能电阻相连，用于检测接入电路的所述耗能电阻的温度。

进一步可选地，所述故障检测电路与AD转换器和放大器相连，所述AD转换器将所述故障检测电路检测的模拟量转换为数字量，再由所述放大器进行放大处理。

进一步可选地，所述逆变电路包括六个晶体管，

其中，上桥臂的三个所述晶体管的集电极连接母线正极，发射极与下桥臂的三个所述晶体管集电极连接，下桥臂的三个所述晶体管的发射极连接母线负极。

第二方面，提供一种伺服电机动态制动电路的控制方法，用于控制上述伺服电机动态制动电路。

进一步可选地，所述伺服电机动态制动电路在伺服电机开始制动时启动，

所述制动切换电路中的一个所述耗能电阻接入电路。

进一步可选地，当所述故障检测电路检测到的参数存在异常时，所述控制开关动作，切换接入电路中的所述耗能电阻。

本发明通过设置制动切换电路使制动电路能够在发生制动故障的时候切换接入电路的耗能电阻，从而可保证耗能电阻可以正常发挥耗能做作用，以保证制动电路能够控制伺服电机进行制动，提高了制动电路的可靠性、安全性，并且，电路结构简单、易于控制。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明一个实施例中伺服电机动态制动电路示意图；

图2示出本发明一个实施例中电流检测电路示意图；

图3示出本发明一个实施例中伺服电机动态制动电路控制流程示意图。

图中：

10-逆变电路；20-半波整流电路；30-制动切换电路。

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楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

本发明通过设置制动切换电路使制动电路能够在发生制动故障的时候切换接入电路的耗能电阻，从而可保证耗能电阻可以正常发挥耗能做作用，以保证制动电路能够控制伺服电机进行制动，提高了制动电路的可靠性、安全性，并且，电路结构简单、易于控制。以下结合具体实施例对本发明进行介绍。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，提供一种伺服电机动态制动电路，用于对伺服电机进行制动控制，包括：逆变电路10，逆变电路10的输入端连接母线正极，三相输出端分别连接伺服电机的三相端子；半波整流电路20，连接在逆变电路10和制动切换电路30之间，包括三个二极管，三个二极管的阳极分别连接至逆变电路10的三相输出端，三个二极管的阴极同时与制动切换电路30连接；制动切换电路30，一端与三个二极管的阴极连接，另一端与母线负极连接，制动切换电路30包括相互独立设置的多个耗能电阻和控制开关，控制开关连接至多个耗能电阻与半波整流电路20之间，使部分耗能电阻接入电路。

优选地，逆变电路10包括六个晶体管，其中，上桥臂的三个晶体管的集电极连接母线正极，发射极与下桥臂的三个晶体管集电极连接，下桥臂的三个晶体管的发射极连接母线负极，逆变电路10通过控制各晶体管的通断实现逆变功能。具体如图1所示，六个晶体管分别为：上桥臂的第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3，和下桥臂的第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和第六晶体管Q6，优选地，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和第六晶体管Q6为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3的集电极连接母线正极；第一晶体管Q1的发射极连接第四晶体管Q4的集电极，第二晶体管Q2的发射极连接第五晶体管Q5的集电极，第三晶体管Q3的发射极连接第六晶体管Q6的集电极；第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和第六晶体管Q6的发射极连接母线负极，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和第六晶体管Q6的基极为控制极，连接控制信号。

第一晶体管Q1、第二晶体管Q2和第三晶体管Q3的发射极构成逆变电路10的三相输出端，伺服电机的三相端子分别连接至逆变电路10的三相输出端。

优选地，晶体管还可以为MOS(metal oxide semiconductor，金属-氧化物-半导体)管，并当晶体管为MOS管时，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3的漏极与母线正极连接；第一晶体管Q1的源极连接第四晶体管Q4的漏极，第二晶体管Q2的源极连接第五晶体管Q5的漏极，第三晶体管Q3的源极连接第六晶体管Q6的漏极；第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和第六晶体管Q6的源极连接母线负极，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和第六晶体管Q6的栅极为控制极，连接控制信号。

半波整流电路20，第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3，第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3的阳极分别连接至逆变电路10的三相输出端，第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3的阴极同时与制动切换电路30连接。

制动切换电路30，一端与半波整流电路20连接，另一端连接母线负极。制动切换电路30包括耗能电阻和控制开关，耗能电阻相互多里地设置多个，多个耗能电阻均可以保证单独完成制动耗能，优选地多个耗能电阻的阻值相同。通过控制开关的动作可以实现其中一个耗能电阻接入电路，其他的耗能电阻与电路断开连接，并且，控制开关可以控制接入电路的耗能电阻进行切换，通过切换控制使得当接入电路的耗能电阻不能正常工作时，可以切换至其他耗能电阻接入电路，从而不会影响制动电路的工作，也即可以保证伺服电机的正常制动，避免发生故障或危险。

优选地，控制开关包括多个，每个耗能电阻对应设置一个控制开关。例如，耗能电阻包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第一端同时与母线负极连接。控制开关包括第一开关K1和第二开关K2，第一开关K1的第一端与第一电阻R1的第二端连接，第一开关K1的第二端与半波整流电路20连接，第二开关K2的第一端与第二电阻R2的第二端连接，第二开关K2的第二端与半波整流电路20连接。当第一开关K1闭合时，第二开关K2断开，第一电阻R1接入电路，第二电阻R2未接入电路；当第二开关K2闭合，第一开关K1断开时，第二电阻R2接入电路，第一电阻R1未接入电路。

优选地，第一开关K1和第二开关K2为继电器或者，当功率较大的时候，也可用选用晶闸管。

优选地，耗能电阻还可以设置更多个，例如设置三个、四个、六个等，以此来进一步提高制动电路的可靠性。

伺服电机动态制动电路还包括故障检测电路，故障检测电路和制动切换电路30与控制器连接，控制器根据故障电路检测到的数据控制制动切换电路30的动作。当故障检测电路检测到制动电路存在异常时，制动切换电路30启动，控制切换接入电路的耗能电阻。

优选地，故障检测电路包括电流检测电路，如图2所示，电流检测电路连接至母线，用于检测母线电流值，当伺服电机进行制动时，电流会减小，当电流减小速度过慢时表示制动出现故障。

具体地，电流检测电路与AD转换器和放大器相连，电流采集通过地电阻将电流值转换成电压值，并通过AD转换器将模拟量转换为数字量，再由放大器进行放大处理后传输给控制器，控制器能够隔相同时间连续取电流数值，再计算出变化速度，再与设定的阈值比较，当小于阈值就说明电流变化过慢，反之变化过快。并且当电流变化过慢时，控制器控制切换电路动作，切换接入电路的耗能电阻。

同时，控制器还发出故障提示，提醒工作人员制动电路发生故障，待停机后需要进行检修。

优选地，故障检测电路还包括温度传感器，温度传感器与多个耗能电阻相连，用于检测接入电路的耗能电阻的温度。

如果电机转速过快，转矩较大，惯量会比较大，减速制动时输出能量过多，会导致耗能电阻的温度过高。由温度传感器检测耗能电阻的温度，并传输至控制器进行比较，如果检测值高于设置阈值，则表示耗能电阻温度过高，电阻有可能损坏，控制器控制制动切换电路30动作，切换接入电路的耗能电阻。

本发明的一个实施例还提供一种伺服电机动态制动电路的控制方法，用于控制上述伺服电机动态制动电路。

具体如图3所示，控制方法包括：

伺服电机开始运行。

是否开始制动：

控制器检测电机是否开始制动，当检测到电机制动时启动制动电路，并；

故障检测电路监测电流和电阻的温度是否超出阈值：

当电流的变化值低于阈值，或者电阻的温度高于阈值时控制器控制制动切换启动，即控制开关动作，使接入电路的电阻进行切换。

例如，开始启动制动时，第一开关K1闭合，第二开关K2断开，第一电阻R1接入电路进行制动耗能，当故障检测电路监测到电流减小速度过慢或者第一电阻R1的温度过高时，第一开关K1断开，第二开关K2闭合，第二电阻R2接入电路进行制动耗能，保证电机制动能够正常进行。

综上，本发明通过设置制动切换电路，使得耗能电阻发生故障或者过载时能够进行切换，使其他电阻接入电路保证制动能够正常进行，避免电机发生故障。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (11)

1.一种伺服电机动态制动电路，其特征在于，包括：

逆变电路，所述逆变电路的输入端连接母线，三相输出端分别连接伺服电机的三相端子，

半波整流电路，连接在所述逆变电路和制动切换电路之间，包括三个二极管，三个所述二极管的阳极分别连接至所述逆变电路的三相输出端，三个所述二极管的阴极同时与制动切换电路连接，

制动切换电路，一端与三个所述二极管的阴极连接，另一端连接母线负极，

所述制动切换电路包括耗能电阻和控制开关，所述耗能电阻设置有多个，多个所述耗能电阻的一端与母线连接，另一端与控制开关连接，多个所述耗能电阻的一部分接入电路，

所述控制开关连接至多个所述耗能电阻与所述半波整流电路之间，用于切换接入电路的所述耗能电阻。

2.根据权利要求1所述的伺服电机动态制动电路，其特征在于，所述控制开关包括多个，每个所述耗能电阻对应设置一个所述控制开关。

3.根据权利要求2所述的伺服电机动态制动电路，其特征在于，所述耗能电阻包括第一电阻和第二电阻，

所述控制开关，包括第一开关和第二开关，所述第一开关与所述第一电阻串联，所述第二开关与所述第二电阻串联。

4.根据权利要求1所述的伺服电机动态制动电路，其特征在于，还包括故障检测电路，所述故障检测电路接入制动电路，并检测制动电路的运行参数，并当检测到的参数存在异常时所述制动切换电路启动，切换接入电路的耗能电阻。

5.根据权利要求4所述的伺服电机动态制动电路，其特征在于，所述故障检测电路包括电流检测电路，所述电流检测电路连接至母线，用于检测母线电流值，当电流值减小速度小于阈值时，所述制动切换电路启动。

6.根据权利要求4所述的伺服电机动态制动电路，其特征在于，所述故障检测电路包括温度传感器，所述温度传感器与多个所述耗能电阻相连，用于检测接入电路的所述耗能电阻的温度。

7.根据权利要求4所述的伺服电机动态制动电路，其特征在于，所述故障检测电路与AD转换器和放大器相连，所述AD转换器将所述故障检测电路检测的模拟量转换为数字量，再由所述放大器进行放大处理。

8.根据权利要求1-7任一项所述的伺服电机动态制动电路，其特征在于，所述逆变电路包括六个晶体管，

其中，上桥臂的三个所述晶体管的集电极连接母线正极，发射极与下桥臂的三个所述晶体管集电极连接，下桥臂的三个所述晶体管的发射极连接母线负极。

9.一种伺服电机动态制动电路的控制方法，其特征在于，用于控制权利要求1-8任一项所述的伺服电机动态制动电路。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述伺服电机动态制动电路在伺服电机开始制动时启动，

所述制动切换电路中的一个所述耗能电阻接入电路。

11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述伺服电机动态制动电路为权利要求4所述的伺服电机动态制动电路，当所述故障检测电路检测到的参数存在异常时，所述控制开关动作，切换接入电路中的所述耗能电阻。

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