CN205791473U - 一种木工车床电压保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种木工车床电机电压保护系统，包括微控制器，电机以及IGBT驱动电路，所述微控制器通过IGBT驱动电路控制电机动作；还包括与微控制器相连分别采集母线电压和电机电压的母线电压采样模块和电机电压采样模块；本实用新型通过设置多个电压保护点并存储到微控制器，对电机实现全面电压保护，并且通过电机电压采样模块和母线电压采样模块分别对电机电压与母线电压检测，与设置的保护点进行比较，通过微控制器做出相应的控制，实现对电机和系统的全面保护，保障系统操作与人身安全，降低成本，木工车床工作稳定。

Description

一种木工车床电压保护系统

技术领域

本实用新型涉及木工车床控制领域，尤其涉及一种木工车床电压保护系统。

背景技术

台式木工车床是一种结构简单，操作方便的家用和工业实用车床。车床主轴由电机带动皮带传动驱动，该电机分为直流电机、交流异步电机以及伺服电机。木工车床的工作原理为: 由电机通过皮带传动机构,带动车床主轴旋转,主轴又通过顶尖或者卡盘带动被加工零件旋转，然后用刀具对工件进行切削,从而加工出不同形状的回转体。由于需要的切削力和加工表面的质量不同，木工机床在加工工作中需要机床主轴提供不同的输出扭矩和转速。

但是,目前大多数使用交流异步电机控制器的木工车床，控制器的整体体积较大，成本高、价格昂贵，低速扭矩小，很多只有单一的电压保护点；有的只考虑到电机保护而忽略控制器的保护，如果电压过高而没有保护措施则会损坏控制器，不利于木工车床的使用和安全操作；使用直流电机控制器的木工车床，电压保护点也比较单一，电机如果长时间过压运行一则损坏电机，二则电机转速过高，危及人身安全，不利于木工车床的安全操作。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述电压保护点单一、保护形势简单，不利于木工车床的使用和安全操作等技术问题，提出的一种木工车床电压保护系统，实现电压的全面保护，保障木工车床的切削效率与安全操作。

为了达到上述目的，本实用新型采用下列技术方案：一种木工车床电压保护系统，包括微控制器，电机以及IGBT驱动电路，所述微控制器通过IGBT驱动电路控制电机动作；还包括与微控制器相连分别采集母线电压和电机电压的母线电压采样模块和电机电压采样模块。

进一步的，所述微控制器还包括电压保护点设置模块，所述电压保护点包括母线过压保护点、母线欠压保护点和电机电压保护点，通过对电机电压与母线电压的检测，对电机电压保护更加全面，保障系统和人身安全。

优选的，所述电机两端连接有续流二极管。

进一步的，所述电压保护系统还包括与电机相连的电流采样模块，所述电流采样模块通过电流滤波，然后经电压比较器和运算放大器与微控制器相连。

优选的，所述电流采样模块采用电流采样电阻进行电流采样。

优选的，所述电流采样模块还可以采用电流传感器和电流互感器。

进一步的，所述微控制器还包括电流保护点设置模块，所述电流保护点包括硬件保护点、软件保护点和堵转保护点，根据电机特性，设置不同的保护点，对电机过流保护更全面，保证电机正常安全运转。

进一步的，还包括与微控制器相连的电位器检测模块，微控制器检测电位器电压大小，从而调整电机驱动信号（PWM信号的脉冲宽度）来调整电机电压，实现电机无极调速，方便用户切削不同的材料。

进一步的，所述电压保护系统还包括与微控制器相连的数码管，通过数字显示提示操作人员，方便操作。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型通过设置多个电压保护点，如母线欠压保护点、母线过压保护点，电机电压保护点等并存储到微控制器，对电机实现全面电压保护，并且通过电机电压采样模块和母线电压采样模块分别对电机电压与母线电压检测，与设好的保护点进行比较，通过微控制器做出相应的控制，实现对电机和系统的全面保护，保障系统操作与人身安全，降低成本，工作稳定。

2、本实用新型还通过电位器检测模块，通过微控制器调整驱动信号脉宽，改变电机电压，实现电机无极调速，保证电机转速平滑连续变化，而且可以在整个转速的调节范围内的任意一点稳定运行，保障木工车床的安全稳定运作，提高切削效率与切削精度。

附图说明

图1为本实用新型实施例一电压保护系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例一电压保护原理框图；

图3为本实用新型实施例二电流保护原理框图。

具体实施方式

为了能够更清楚的理解本实用新型的上述目的和优点，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细地描述：

实施例一、如图1所示，本实施例提供一种木工车床电压保护系统，包括微控制器，电机以及IGBT驱动电路，所述微控制器通过IGBT驱动电路控制电机动作，所述电机两端连接有续流二极管；还包括与微控制器相连，分别采集母线电压和电机电压的母线电压采样模块和电机电压采样模块，本实施例中微控制器采用STM8S系列单片机，通过单片机控制对电机实现全面的电压保护。

所述微控制器还包括电压保护点设置模块，所述电压保护点包括母线过压保护点、母线欠压保护点和电机电压保护点，通过对电机电压与母线电压的检测，对电机电压保护更加全面，保障系统和人身安全。

为了方便操作人员操作，所述单片机还连接有数码管（图中未示意），通过数字显示提示操作人员，方便操作。

实施例中，为了进一步说明电压保护的原理，下面结合图2做进一步的说明：电机运行，通过电机电压采样模块和母线电压采样模块分别对电机电压与母线电压的检测，实时获取电压值并传输到微控制器，与电压保护点设置模块的母线欠压保护点B、母线过压保护点A和电机电压保护点C相比较，所述母线欠压和过压保护点是根据该木工车床使用地方的电力情况和该系统的承受能力来设定的，母线过压保护是对控制器本身的一种保护，如果电压过高而没有保护措施则会损坏控制器；所述电机电压保护点C是根据电机的额定电压来设定的，电机如果长时间过压运行一则损坏电机，二则电机转速过高，危及人身安全，所以该保护也可以理解为一个超速保护。

当检测到母线电压达到母线过压保护点A时，直接停机，单片机控制输入过压保护，数码管显示07状态；当检测到母线电压不到保护点B时，此时微控制器控制电压保护，电机不能运行，数码管显示03状态；当检测到电机电压达到电机保护点C时，直接停机，输出过压保护，数码管显示08状态。通过操作人员观察数码管显示，方便直接，操作安全。

同时，为了实现电机无极调速，方便用户切削不同的材料，本实施例还包括与微控制器相连的电位器检测模块,微控制器检测电位器电压大小，从而控制调整电机驱动信号（PWM信号的脉冲宽度）来调整电机电压，并且在电机低速运行时通过微控制器对电机电流进行控制，使电机输出较大的扭矩，其效果明显优于简单控制的异步电机和变频器。

实施例二、本实施例在实施例一的基础上加入电流保护，通过设置电流采样模块采集电机电流，并传输到单片机，使对电机的电压电流保护更全面，参考图1，所述电流采样模块通过电流滤波，然后经电压比较器和运算放大器与单片机相连，本实施例中，电流采样模块采用电流采样电阻进行电流采样，当然还可以采用电流传感器和电流互感器等其他可替代方式完成电流采样，在此不做详述。

对电机过流实现全面保护，保证电机正常安全运转，根据电机特性，本实施例根据木工车床的使用情况和该系统的承受能力，并通过大量的切削试验数据，设置不同的保护点，如硬件保护点A’、软件保护点B’，以及堵转保护点等，存储到单片机的电流保护点设置模块，与电流采样电阻采集的电机电流相比较，通过单片机控制做出相应的停机等操作，有效保护电机和控制器的安全。

本实施例中，为了进一步说明电机电流全面保护的原理，参考图3：这里分别设置硬件保护点和软件保护点是考虑到软件保护较硬件保护慢，所以为了防止软件保护没有起到作用而增加了硬件保护，提高木工车床的使用、操作安全。

电机启动后，电流增大，通过电流采样电阻实时采集电机电流值，并通过滤波模块滤除噪声，由于此时的电流值较小，通过运算放大器和电压比较器放大处理后传输到单片机，与设置好的电流保护点进行比较。

若检测到的电流达到硬件保护点A’，则通过单片机控制IGBT驱动电路，使电机直接停机，起到保护作用，并通过数码管显示01状态；若没有达到硬件保护点A’，电机继续运转，采样电阻实时采集电机电流，当检测到达到软件保护点B’时，通过单片机控制，使电机直接停机，起到保护作用，并通过数码管显示02状态；若没有达到软件保护点B’，电机继续运转；在木工车床的使用过程中，由于是手动进刀所以难免会出现堵转情况，堵转的同时会出现较大电流，如果长时间堵转则会损坏电机和控制器，所以当检测到堵转后，达到堵转保护点C’时，先计时维持一段时间（如6S），若堵转消除，则电机可以正常继续运转，通过采样电阻实时比较并做出控制；若果堵转还没有撤销就要降低电流运行，通过单片机控制IGBT驱动电路减小IGBT驱动信号（PWM脉冲宽度），使电机电压减小，从而减小电机电流，使此时电机在额定保护点E’（电机的额定工作电流）以下运行，电机正常运转。

本实施例通过电流采样电阻实时检测电机电流并与设定的保护点比较，通过微控制器控制设置多个电流保护点，如硬件保护点、软件保护点堵转保护点等，然后由单片机控制，对木工车床的电机实现全面过流保护，防止持续堵转一直运行大电流烧毁电机和控制器，保证人员操作安全，提高木工车床切削效率与工作稳定性。

综上所述，本实用新型通过单片机对电路系统各部分进行控制，在木工车床领域设计新思路，达到安全、有效驱动电机，使木工车床可靠工作的目的。电压电流保护更全面，有效降低了控制器的故障率，并且结合车床实际使用特点，对流程进行优化，方便木工车床的切削操作，提高工作效率与精度，具有广泛的推广意义。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种木工车床电压保护系统，其特征在于，包括微控制器，母线电压采样模块,电机电压采样模块,电机以及IGBT驱动电路，所述微控制器接收母线电压采样模块和电机电压采样模块采集的母线电压和电机电压，微控制器通过IGBT驱动电路控制电机动作。

2.根据权利要求1所述的木工车床电压保护系统，其特征在于，所述微控制器还包括电压保护点设置模块，所述电压保护点包括母线过压保护点、母线欠压保护点和电机电压保护点。

3.根据权利要求1所述的木工车床电压保护系统，其特征在于，还包括与电机相连的电流采样模块，所述电流采样模块通过电流滤波，然后经电压比较器和运算放大器与微控制器相连。

4.根据权利要求3所述的木工车床电压保护系统，其特征在于，所述电流采样模块采用电流传感器和电流互感器。

5.根据权利要求3所述的木工车床电压保护系统，其特征在于，所述电流采样模块采用电流采样电阻。

6.根据权利要求4或5所述的木工车床电压保护系统，其特征在于，所述微控制器还包括电流保护点设置模块，所述电流保护点包括硬件保护点、软件保护点和堵转保护点。

7.根据权利要求2或3所述的木工车床电压保护系统，其特征在于，还包括与微控制器相连的电位器检测模块。

8.根据权利要求7所述的木工车床电压保护系统，其特征在于，还包括与微控制器相连的数码管。

9.根据权利要求8所述的木工车床电压保护系统，其特征在于，所述电机两端连接有续流二极管。