CN113992111A - 伺服驱动器的动态制动电路和伺服驱动器 - Google Patents
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Abstract
一种伺服驱动器的动态制动电路，包括，三相整流桥、常开继电器、常闭继电器、PTC电阻、放电电阻、储能电容和IGBT制动管，其中，三相整流桥与输入电源相连接，将输入的三相电源整流为直流母线，常开继电器与PTC电阻并联连接，PTC电阻的第一端与直流母线相连，第二端与储能电容的第一端和常闭继电器的第一端相连接，储能电容第二端接地，常闭继电器的第二端通过IGBT制动管与放电电阻的第一端相连接，放电电阻的第二端接地。采用本发明的方案降提升了电容元器件的使用寿命，增加了产品的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制领域，更具体地涉及一种伺服驱动器的动态制动电路和伺服驱动器。
背景技术
伺服驱动器，是用来控制伺服电机的一种控制器，在伺服驱动器设计中，大多采用电压型交-直-交的拓扑结构。伺服驱动器先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器将直流变换成可控频率和电压的交流输送给电机，其中处于工频交流电源输入和变频交流输出的中间直流环节采用大电容滤波，称之为直流母线。
当驱动器发生故障或急停时，电机处于动态制动状态，能量经逆变器回馈至直流母线单元。由于整流器通常采用二极管不控整流，回馈至直流母线的能量无法继续流向交流电源侧，从而导致直流母线电压不断升高，若能量无法快速的释放出去，将对驱动器的功率元件和电机造成较大的损害，所以设计一个电机动态制动时的快速放电电路在整个伺服驱动器中是十分必要的。
而在现有技术中，目前常见做法是在伺服驱动器的母线储能电容和电机驱动的回路中并联一个放电电阻，在电机制动停机时，产生的反电动势回流给直流母线的储能电容，在驱动器监测到直流母线电压高于保护设定阈值时，制动电阻回路导通进行放电。但目前采用的电路其放电电阻是位于母线储能电容与电机的驱动电路之间，当母线储能电容电压高于或等于电机制动回馈的电压时，由于压降的存在电机在动态制动时产生的反电动势无法迅速的通过放电电阻释放，导致电机停机缓慢，而且长期频繁的充放电也会降低母线电容的耐压值，减少使用寿命，在电机制动停机后，其母线吸收电容仍储存电压，并且不能很快的降到安全电压以下，存在极大的安全隐患。
因此现有技术需要选择一种快速放电的制动电路来代替传统的制动放电电路。
上述在背景部分公开的信息仅用于对本发明的背景做进一步的理解，因此它可以包含对于本领域普通技术人员已知的不构成现有技术的信息。
发明内容
本发明提供了一种伺服驱动器的动态制动电路和伺服驱动器，能够解决的技术问题为：(1)解决了伺服电机在动态制动时，电容因电机回馈能量过多，产生电压“泵升”，提升了电容元器件的使用寿命，增加了产品的可靠性；(2)解决了原有电路在电机动态制动时可能出现的放电缓慢和放电不完全的问题，提高了放电效率，缩短了伺服电机制动时机械的进给距离，完善了产品的性能指标；(3)解决了伺服电机制动停机后，母线电容储存的电压无法快速的泄放问题，减少了产品的安全隐患。
本发明的第一方面提供了一种伺服驱动器，包括：所述动态制动电路包括，三相整流桥、常开继电器、常闭继电器、PTC电阻、放电电阻、储能电容和IGBT制动管，其中，三相整流桥与输入电源相连接，将输入的三相电源整流为直流母线，常开继电器与PTC电阻并联连接，PTC电阻的第一端与直流母线相连，第二端与储能电容的第一端和常闭继电器的第一端相连接，储能电容第二端接地，常闭继电器的第二端通过IGBT制动管与放电电阻的第一端相连接，放电电阻的第二端接地。
根据本发明的一个实施例，其中，常闭继电器的第二端与放电电阻的第二端与逆变器模块相连接，所述逆变器模块与电机相连接。
根据本发明的一个实施例，其中所述常开继电器与PTC电阻组成软启动电路，防止所述电路上电时电压过冲，损坏所述伺服驱动器中的元器件。
根据本发明的一个实施例，其中，通过控制所述常闭继电器的关断来对所述动态制动电路进行脉冲式放电，通过所述放电电阻来将电机制动产生多余的能量泄放。
根据本发明的一个实施例，当所述伺服驱动器上电时，通过PTC电阻对所述直流母线充电，当检测到直流母线点达到预设的阈值时，所述常开继电器闭合使得PTC电阻被短接，直流母线通过常开继电器继续为储能电容充电。
根据本发明的一个实施例，当伺服驱动发生故障或急停时，电机的旋转能量被所述储能电容吸收，当所述储能电容吸收的能量达到阈值时，常闭继电器短路连接使得IGBT制动管导通，通过放电电阻将电机制动产生多余的能量泄放。
根据本发明的一个实施例，当伺服驱动器的电机完成停机时，常闭继电器处于闭合状态，放电电阻对储能电容进行放电，当直流母线的电压低于安全电压时，IGBT制动管关断，放电电阻停止放电。
本发明的第二方面提供一种伺服驱动器，包括上述的动态制动电路。
本发明采用的快速放电的制动电路来代替传统的制动放电电路，能够提升了电容元器件的使用寿命，增加了产品的可靠性；能够提高了放电效率，缩短了伺服电机制动时机械的进给距离，完善了产品的性能指标；并且减少了产品的安全隐患。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图进行简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，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是根据本发明的一个示例性的实施例的带有可控开关的动态制动电路方案框图。
图2是根据本发明的一个示例性实施例的本发明的热泵水机的防冻保护方法流程图。
图3是是根据本发明的一个示例性实施例的电机停机后放电示意图。
具体实施例
如在本文中所使用的，词语“第一”、“第二”等可以用于描述本发明的示例性实施例中的元件。这些词语只用于区分一个元件与另一元件，并且对应元件的固有特征或顺序等不受该词语的限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术或科学术语)具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的含意相同的含意。如在常用词典中定义的那些术语被解释为具有与相关技术领域中的上下文含意相同的含意，而不被解释为具有理想或过于正式的含意，除非在本发明中被明确定义为具有这样的含意。
本领域的技术人员将理解的是，本文中描述的且在附图中说明的本发明的装置和方法是非限制性的示例性实施例，并且本发明的范围仅由权利要求书限定。结合一个示例性实施例所说明或描述的特征可与其他实施例的特征组合。这种修改和变化包括在本发明的范围内。
下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。在附图中，省略相关已知功能或配置的详细描述，以避免不必要地遮蔽本发明的技术要点。另外，通篇描述中，相同的附图标记始终指代相同的电路、模块或单元，并且为了简洁，省略对相同电路、模块或单元的重复描述。
本发明的方案提出了一种新的驱动器快速放电的动态制动电路，包括电路框图，解决了采用传统的制动电路放电时产生的诸多问题，如电机制动时放电不完全、放电缓慢以及制动时母线储能电容不断地充放电导致使用寿命减小等。
本发明的方案提供了一种电路方案，通过在储能电容与制动电阻之间放入一个可控的开关，当检测到电机伺服系统满足动态制动功能(故障、急停)启动条件时，储能电容与制动电阻之间的开关断开，使放电电阻直接与电机相连，将电机制动时的能量快速泄放掉；当电机停机后，母线储能电容与制动电阻之间的可控开关会闭合，放电电阻继续为储能电容放电，直到驱动器检测到母线电压符合安全阈值范围，放电电阻开关断开，停止放电。
图1是根据本发明的一个示例性的实施例的带有可控开关的动态制动电路方案框图。
在图1中，各个符号的含义为：1)U1为三相整流桥；2)RLY1为常开继电器；3)RLY2为常闭继电器；4)R1为PTC电阻；5)R2为放电电阻；6)K1为IGBT制动管；7)C1储能电容。
如图1所示，动态制动电路包括，三相整流桥、常开继电器、常闭继电器、PTC电阻、放电电阻、储能电容和IGBT制动管，其中，三相整流桥与输入电源相连接，将输入的三相电源整流为直流母线，常开继电器与PTC电阻并联连接，PTC电阻的第一端与直流母线相连，第二端与储能电容的第一端和常闭继电器的第一端相连接，储能电容第二端接地，并且常闭继电器的第二端通过IGBT制动管与放电电阻的第一端相连接，放电电阻的第二端接地，常闭继电器的第二端与放电电阻的第二端与逆变器模块相连接，所述逆变器模块与电机相连接，所述逆变器模块连接至电机。
如图1所示，，本发明的方案的驱动器动态制动时的快速放电电路，中U1三相整流桥与输入电源相连接，将输入的三相电源整流为直流母线进行输出，常开继电器RLY1与PTC电阻R1组成软启动电路，防止上电时电压过冲，损坏元器件，C1为母线储能电容，K1为IGBT制动管，通过控制K1的关断可对电路实现脉冲式放电，R2为放电电阻，可将电机制动产生的多余能量泄放掉。
根据本发明的一个或多个实施例，DCP这一路的电压即为直流母线电压，GND为接地。PTC电阻为PTC为正温度系数的热敏电阻，即温度越高，电阻阻值越大，在图1电路中，系统上电时DCP上的电压先经过PTC电阻再给后端电路充电，防止上电时产生大的冲击电流损坏器件，待系统上电完成后，与PTC电阻并联的继电器吸合，将PTC电阻短路，系统通过继电器的开关为后端电路供电。其中，C1为稳压储能电容，整流桥出来的直流电压DCP需通过C1储能稳压后，再提供给后端电路使用，C1是电源电路中是必不可少的。
图2是根据本发明的一个示例性实施例的本发明的热泵水机的防冻保护方法流程图。
如图2所示，在伺服驱动器上电时，首先通过整流模块将输入的交流电源转换为直流输入，再通过PTC电阻R1对直流母线DCP进行充电，当检测到母线电压达到设定阈值时，常开继电器RLY1闭合，与之并联的PTC电阻R1被短接，母线电压通过常开继电器RLY1继续为储能电容充电，直到达到稳态；当伺服驱动器发生故障或急停时，电动机的旋转能量会作为再生的电能回馈到伺服驱动器，被驱动器内部的母线储能电容C1所吸收，当电容C1所吸收的电压达到放电阈值时，常闭继电器RLY2断开连接，IGBT制动管K1导通，放电电阻R2开始放电，由于常闭继电器RLY2的断开，电机与放电电阻R2直接构成一个回路如图2所示，将电机产生的多余能量通过R2迅速消耗掉，使电机达到一个快速停机的效果。
图3是是根据本发明的一个示例性实施例的电机停机后放电示意图。
如图3所示，当驱动器检测到电机完成停机时，常闭继电器RLY2恢复闭合状态，放电电阻开始为母线储能电容放电如图3所示，当驱动器检测到母线电压处于安全电压以下时，IGBT制动管K1关断，停止放电，这也保证了驱动器在断强电后，母线电容中储存的电压可以快速的降低到一个安全范围内，避免触碰到母线电容时产生的安全隐患。
本发明还提供了一种伺服驱动器，其包括了本发明上述的动态制动电路。
作为本发明示例的上文涉及的附图和本发明的详细描述，用于解释本发明，但不限制权利要求中描述的本发明的含义或范围。因此，本领域技术人员可以很容易地从上面的描述中实现修改。此外，本领域技术人员可以删除一些本文描述的组成元件而不使性能劣化，或者可以添加其它的组成元件以提高性能。此外，本领域技术人员可以根据工艺或设备的环境来改变本文描述的方法的步骤的顺序。因此，本发明的范围不应该由上文描述的实施例来确定，而是由权利要求及其等同形式来确定。
尽管本发明结合目前被认为是可实现的实施例已经进行了描述，但是应当理解本发明并不限于所公开的实施例，而相反的，意在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同配置。
Claims (8)
1.一种伺服驱动器的动态制动电路，所述动态制动电路包括：三相整流桥、常开继电器、常闭继电器、PTC电阻、放电电阻、储能电容和IGBT制动管，其中，
三相整流桥与输入电源相连接，将输入的三相电源整流为直流母线，
常开继电器与PTC电阻并联连接，PTC电阻的第一端与直流母线相连，第二端与储能电容的第一端和常闭继电器的第一端相连接，储能电容第二端接地，并且
常闭继电器的第二端通过IGBT制动管与放电电阻的第一端相连接，放电电阻的第二端接地。
2.根据权利要求1所述的动态制动电路，其中，常闭继电器的第二端与放电电阻的第二端与逆变器模块相连接，所述逆变器模块与电机相连接。
3.根据权利要求1所述的动态制动电路，其中所述常开继电器与PTC电阻组成软启动电路，防止所述电路上电时电压过冲，损坏所述伺服驱动器中的元器件。
4.根据权利要求1所述的动态制动电路，其中，通过控制所述常闭继电器的关断来对所述动态制动电路进行脉冲式放电，通过所述放电电阻来将电机制动产生多余的能量泄放。
5.根据权利要求1所述的动态制动电路，当所述伺服驱动器上电时，通过PTC电阻对所述直流母线充电，当检测到直流母线点达到预设的阈值时，所述常开继电器闭合使得PTC电阻被短接，直流母线通过常开继电器继续为储能电容充电。
6.根据权利要求1所述的动态制动电路，当伺服驱动发生故障或急停时，电机的旋转能量被所述储能电容吸收，当所述储能电容吸收的能量达到阈值时，常闭继电器短路连接使得IGBT制动管导通，通过放电电阻将电机制动产生多余的能量泄放。
7.根据权利要求1所述的动态制动电路，当伺服驱动器的电机完成停机时，常闭继电器处于闭合状态，放电电阻对储能电容进行放电，当直流母线的电压低于安全电压时，IGBT制动管关断，放电电阻停止放电。
8.一种伺服驱动器，包括根据权利要求1-7任一项所述的动态制动电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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