CN111835232A - 一种多伺服驱动器制动电阻的共用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多伺服驱动器制动电阻的共用方法，包括多个伺服驱动器，每个所述伺服驱动器均由制动电阻、制动管、二极管和电容组成，多个所述伺服驱动器之间的母线相互连接，多个所述伺服驱动器的制动管集电极之间连接一个电阻。与现有技术相比，本发明采用多个共用制动电阻分摊消耗，从而降低电阻的发热量，不仅可以适当减小制动电阻功率，节约电柜箱体体积，还可以大大降低电柜温度，提高电气系统的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种伺服驱动器技术领域，尤其涉及一种多伺服驱动器制动电阻的共用方法。
背景技术
伺服驱动器控制伺服电机运行中，当伺服电机减速时，伺服电机会产生反动势，从而抬高了驱动器电源母线电压，母线电压的升高会带来一定的安全风险，如超过了电源母线两端电容的额定工作电压会降低电容使用寿命，严重时会发生爆炸，通常的做法是在母线上设计由大功率电阻和一个可控IGBT组成的制动回路，也称电流泄放回路。泄放回路由制动电阻、制动IGBT以及续流二极管等组成，原理如图1所示；其工作原理为：当P-N间母线电压在正常工作范围内，IGBT关断，制动电阻开路，无电流流过，故不消耗能量；当P-N间的母线电压上升到某一设定值时，控制器发出控制信号打开IGBT，制动电阻被接入回路，有电流流过，制动电阻发热消耗电机释放的能量，从而使母线电压降低，降到安全电压范围再关断IGBT，母线电压恢复正常。其中续流二极管FD是起保护作用，避免IGBT在开关动作时，制动回路上的感性负载产生高尖峰电压击穿IGBT。
制动电阻在工作时会将电能转化为热能，电阻的发热会导致环境温度上升，在高温情况下工作电子元器件的寿命会打折扣，整个系统的可靠性也会降低，因此需要控制制动电阻的发热量。
如某六轴工业机器人，使用六个单轴伺服驱动器，适配六个伺服电机，通常制动电阻的连接方法是每个伺服驱动器独立外接一个制动电阻。其外部接线图如图2所示；通常，机器人在运行时，不会所有的运动轴都处于减速状态，当机器人某个轴急速下降时，对应的制动电阻发热严重，而其他几个轴的外部制动电阻不发热或者发热量很小，导致局部发热严重。因此，制动电阻的这种连接方法存在诸多弊端，可能会出现某个轴制动频繁，其制动电阻发热大，某些轴制动频率低，或者基本不制动，导致各制动电阻发热不均。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种多伺服驱动器制动电阻的共用方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明包括多个伺服驱动器，每个所述伺服驱动器均由制动电阻、制动管、二极管和电容组成，所述制动电阻的第一端和所述电容的第一端均与母线连接，所述制动电阻的第二段同时与所述制动管的集电极和二极管的负极连接，所述制动管的发射极同时与二极管的正极、电容的第二端和接地端连接，多个所述伺服驱动器之间的母线相互连接，多个所述伺服驱动器的制动管集电极之间连接一个电阻。
本发明的有益效果在于：
本发明是一种多伺服驱动器制动电阻的共用方法，与现有技术相比，本发明采用多个共用制动电阻分摊消耗，从而降低电阻的发热量，不仅可以适当减小制动电阻功率，节约电柜箱体体积，还可以大大降低电柜温度，提高电气系统的寿命。
附图说明
图1是现有技术中制动回路原理
图2是现有技术中某六轴工业机器人伺服驱动器制动电阻连接图；
图3是两台伺服驱动器制动电阻共用连接图；
图4是制动时泄放电流路径；
图5是三台伺服驱动器制动电阻共用连接图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图3所示：本发明包括多个伺服驱动器，每个所述伺服驱动器均由制动电阻、制动管、二极管和电容组成，所述制动电阻的第一端和所述电容的第一端均与母线连接，所述制动电阻的第二段同时与所述制动管的集电极和二极管的负极连接，所述制动管的发射极同时与二极管的正极、电容的第二端和接地端连接，多个所述伺服驱动器之间的母线相互连接，多个所述伺服驱动器的制动管集电极之间连接一个电阻。
实施例1：如图3所示，两台伺服驱动器独立接各自的制动电阻，然后将两台伺服驱动器的母线P1通过导线连在一起，两台伺服驱动器的制动管IGBT1和IGBT2的集电极通过一个电阻R12连接。对于通用伺服驱动器来说上述连接的点均是通过伺服驱动器已有的接头引出，连线方便，无需飞线。
工作原理为：当伺服1母线电压升高且超过IGBT1的开通阈值时，IGBT1打开，在整个回路中伺服1的母线电流会流经以下三条路径，如图4所示；
路径①：伺服1母线P1-制动电阻R1-IGBT1-伺服1母线N1；
路径②：伺服1母线P1-制动电阻R2-R12-IGBT1-伺服1母线N1；
路径③：伺服1母线P1-伺服2母线电容-FD2-R12-IGBT1-伺服1母线N1。
另外，电阻R12还有防止当IGBT1打开时，路径③上电流过大而损坏IGBT1管的作用。
从这三条电流路径可以得出，伺服1制动打开时，伺服2的制动电阻R2会有电流流过，消耗能量，同时伺服2的母线电容会被充电存储部分能量，因此原本加在制动电阻R1上的能量被制动电阻2和伺服2母线电容三者分摊，减小了制动电阻1的能量消耗，降低了发热量。
实施例2：参照上述方法，还可设计3台或更多台，图5所示是3台伺服驱动器制动电阻共用方案。在实际应用中可根据具体使用情况，合理选取制动电阻的共用方案。总的来说对于多轴伺服在一个运动周期中，所产生总的制动能量，可以被多个共用制动电阻分摊消耗，从而降低电阻的发热量。
这样不仅可以适当减小制动电阻功率，节约电柜箱体体积，还可以大大降低电柜温度，提高电气系统的寿命。
多伺服驱动器制动电阻的测试效果：
测试地点：广东东莞某机器人公司
测试对象：负载6Kg的六轴机器人，其内部六个单轴伺服驱动器配六个伺服电机，1-6轴各电机功率分别为1.0KW、0.75KW、0.75KW、0.1KW、0.1KW、0.1KW，其中每个伺服驱动器独立外接一个制动电阻。外部接线图如图2所示。
1)测试1：电阻不并联
测试结果：在某个动作下循环时，1轴对应的外部制动电阻R1发热严重，30分钟时，电阻壳温达到100以上，而其他几个轴的外部制动电阻不发热或者发热量很小。
2)测试2：制动电阻共用方案如图3所示。1轴和2轴伺服驱动器的制动IGBT管IGBT1和IGBT2集电极之间通过一个10欧50瓦电阻连接
测试结果：与测试1同一个动作循环下，经30分钟运行，R1温度79℃，R2温度83℃。
3)测试3：制动电阻共用方案如图5所示。1轴和2轴、2轴和3轴伺服驱动器的制动管集电极之间各通过一个10欧50瓦电阻连接，如图5所示。
测试结果：与测试1同一个动作循环下，经30分钟运行，R1温度65℃、R2温度62℃、R3温度60℃。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (1)
1.一种多伺服驱动器制动电阻的共用方法，包括多个伺服驱动器，每个所述伺服驱动器均由制动电阻、制动管、二极管和电容组成，所述制动电阻的第一端和所述电容的第一端均与母线连接，所述制动电阻的第二段同时与所述制动管的集电极和二极管的负极连接，所述制动管的发射极同时与二极管的正极、电容的第二端和接地端连接，其特征在于：多个所述伺服驱动器之间的母线相互连接，多个所述伺服驱动器的制动管集电极之间连接一个电阻。
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2020
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