CN206038778U - 一种三相电源缺相、掉电检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三相电源缺相、掉电检测系统，系统包括三相电源RST、整流电路、继电器电路、IPM电路、两路光耦处理电路、DSP处理器、制动电路、数码管、伺服电机，适用于伺服驱动器的电机控制系统，对三相交流电源缺相或掉电等非正常情况做出判断之后，DSP处理器关闭PWM信号，且通过继电器电路切断母线电源，启动接入制动电路，将伺服电机的三相绕组之间串入制动功率电阻，将三相绕组短接，使定子绕组的剩磁电势在短接回路中产生电流，从而起到电机的快速制动，实现了对电气设备和人员的安全保护作用，容易实现，成本低廉，解决现有电气设备内电机用抱闸模块价格高、体积大、控制布线复杂等问题，具有良好的应用前景。

Description

一种三相电源缺相、掉电检测系统

技术领域

本实用新型涉及工业自动化电机控制领域，具体涉及一种三相电源缺相、掉电检测系统。

背景技术

目前，在很多工业自动化场合需要对输入的三相交流电源进行缺相和掉电检测，防止突然断电后，电气设备内运行的电机，由于惯性不能及时停止，导致电气设备的损坏，甚至操作人员的伤亡事故。另外，电机在处于非正常工作状态或需要紧急停机时，主要采用电机的抱闸模块进行制动，但是，抱闸模块的价格相对较高，使用抱闸模块后，电机的体积将增大，且电机的控制布线更复杂，不利于电气设备向小型化发展。

实用新型内容

本实用新型的三相电源缺相、掉电检测系统，适用于伺服驱动器的电机控制系统，对三相交流电源缺相或掉电等非正常情况做出判断之后，DSP处理器关闭PWM信号，且通过继电器电路切断母线电源，启动接入制动电路，将伺服电机的三相绕组之间串入制动功率电阻，将三相绕组短接，使定子绕组的剩磁电势在短接回路中产生电流，从而起到电机的快速制动，实现了对电气设备和人员的安全保护作用。整个系统电路简单，容易实现，成本低廉，解决现有电气设备内电机用抱闸模块价格高、体积大、控制布线复杂等问题；特别适用于2KW以下的电机或惯量小的电机缺相及掉电制动，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种三相电源缺相、掉电检测系统，其特征在于：包括三相电源RST、整流电路、继电器电路、IPM电路、两路光耦处理电路、DSP处理器、制动电路、数码管、伺服电机，所述整流电路的输入端分别外接三相电源的R、S、T端口，所述整流电路的输出端与继电器电路相连接，所述继电器电路的控制端与DSP处理器相连接，所述继电器电路的输出端通过IPM电路与伺服电机相连接，所述DSP处理器还通过制动电路与伺服电机相连接，所述三相电源的R、S、T通过两路光耦处理电路得到两路方波信号RS和ST与DSP处理器相连接，所述DSP处理器还与IPM电路、制动电路、数码管分别相连接。

前述的一种三相电源缺相、掉电检测系统，其特征在于：所述两路光耦处理电路包括光耦芯片U1和U2、反向器U3、电阻R1～R9、电容C1和C2，所述光耦芯片U1的第1脚通过电阻R1与三相电源R相连接，所述光耦芯片U1的第2脚通过电阻R2与三相电源S相连接，所述光耦芯片U1的第1脚和第2脚之间并联电阻R4，所述光耦芯片U2的第1脚与光耦芯片U1的第2脚相连接，所述光耦芯片U2的第2脚通过电阻R3与三相电源T相相连接，所述光耦芯片U2的第1脚和第2脚之间并联电阻R5，所述光耦芯片U1的第4脚通过电阻R6与电源VCC相连接，所述光耦芯片U1的第4脚通过电阻R8与反向器U3相连接，所述反向器U3的第1脚通过电容C1与地相连接，所述光耦芯片U2的第4脚通过电阻R7与电源VCC相连接，所述光耦芯片U2的第4脚通过电阻R9与反向器U3相连接，所述反向器U3的第3脚通过电容C2与地相连接，所述反向器U3的输出端分别输出方波信号RS和ST，与DSP处理器的IO口相连接。

前述的一种三相电源缺相、掉电检测系统，其特征在于：制动电路包括光耦芯片U4、制动继电器RELAY、续流二极管D1、电阻R10、制动电阻R11和R12，所述光耦芯片U4输入端的正极通过R10与电源VCC相连接，所述光耦芯片U4输入端的负极与DSP制动信号相连接，所述光耦芯片U4输出端的第4脚与电源VDD相连接，所述光耦芯片U4输出端的第3脚与制动继电器RELAY的线圈一端相连接，所述制动继电器RELAY的线圈另一端与地相连接，所述制动继电器RELAY的线圈两端并联续流二极管D1，所述续流二极管D1的正端与制动继电器RELAY的第1脚相连接，所述续流二极管D1的负端与制动继电器RELAY的第8脚相连接，所述制动继电器RELAY的动触点第3脚、第6脚通过第一制动电阻R11与电机U相绕组相连接，所述制动继电器RELAY的静触点第4脚与电机的V相绕组相连接，所述制动继电器RELAY静触点的第5脚通过第二制动电阻R12与电机的W相绕组相连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的三相电源缺相、掉电检测系统，适用于伺服驱动器的电机控制系统，对三相交流电源缺相或掉电等非正常情况做出判断之后，DSP处理器关闭PWM信号，且通过继电器电路切断母线电源，启动接入制动电路，将伺服电机的三相绕组之间串入制动功率电阻，将三相绕组短接，使定子绕组的剩磁电势在短接回路中产生电流，从而起到电机的快速制动，实现了对电气设备和人员的安全保护作用。整个系统电路简单，容易实现，成本低廉，解决现有电气设备内电机用抱闸模块价格高、体积大、控制布线复杂等问题；特别适用于2KW以下的电机或惯量小的电机缺相及掉电制动，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型的三相电源缺相、掉电检测及制动系统的系统框图。

图2是本实用新型的两路光耦处理电路的电路图。

图3是本实用新型的制动继电器的电路图。

图4是本实用新型的S相缺相时RS和ST信号时序图。

图5是本实用新型的三相电源正常时RS和ST信号时序图。

图6是本实用新型的三相电源缺相、掉电检测系统及制动的流程图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型的三相电源缺相、掉电检测系统，包括三相电源RST、整流电路、继电器电路、IPM电路、两路光耦处理电路、DSP处理器、制动电路、数码管、伺服电机，所述整流电路的输入端分别外接三相电源的R、S、T端口，通过整理电路给电机提供母线电源，所述整流电路的输出端与继电器电路相连接，所述继电器电路的控制端与DSP处理器相连接，所述继电器电路的输出端通过IPM电路与伺服电机相连接，所述DSP处理器还通过制动电路与伺服电机相连接，所述三相电源的R、S、T通过两路光耦处理电路得到两路方波信号RS和ST与DSP处理器相连接，所述DSP处理器还与IPM电路、制动电路、数码管分别相连接。

本实用新型包括数码管，所述数码管与DSP处理器相连接，当DSP处理器处理接收到的采样信号RS和ST，得到缺相或者掉电等不正常情况，用于显示故障信息，包括显示所缺相的名称和掉电信息。

如图2所示，所述两路光耦处理电路包括光耦芯片U1和U2、反向器U3、电阻R1～R9、电容C1和C2，所述光耦芯片U1的第1脚通过电阻R1与三相电源R相连接，所述光耦芯片U1的第2脚通过电阻R2与三相电源S相连接，所述光耦芯片U1的第1脚和第2脚之间并联电阻R4，所述光耦芯片U2的第1脚与光耦芯片U1的第2脚相连接，所述光耦芯片U2的第2脚通过电阻R3与三相电源T相相连接，所述光耦芯片U2的第1脚和第2脚之间并联电阻R5，所述光耦芯片U1的第4脚通过电阻R6与电源VCC相连接，所述光耦芯片U1的第4脚通过电阻R8与反向器U3相连接，所述反向器U3的第1脚通过电容C1与地相连接，所述光耦芯片U2的第4脚通过电阻R7与电源VCC相连接，所述光耦芯片U2的第4脚通过电阻R9与反向器U3相连接，所述反向器U3的第3脚通过电容C2与地相连接，所述反向器U3的输出端分别输出方波信号RS和ST，与DSP处理器的IO口相连接，所述光耦芯片U1和U2为交流光耦，能够接受交流电源输入，其输入端包括正反两路发光管；所述光耦芯片U1和U2的作用是将交流信号转化为直流信号，所述反向器U3的作用是将直流信号进行整形和滤波，使DSP处理器更容易进行判断。

如图3所示，制动电路包括光耦芯片U4、制动继电器RELAY、续流二极管D1、电阻R10、制动电阻R11和R12，所述光耦芯片U4输入端的正极通过R10与电源VCC相连接，所述光耦芯片U4输入端的负极与DSP制动信号相连接，所述光耦芯片U4输出端的第4脚与电源VDD相连接，所述光耦芯片U4输出端的第3脚与制动继电器RELAY的线圈一端相连接，所述制动继电器RELAY的线圈另一端与地相连接，所述制动继电器RELAY的线圈两端并联续流二极管D1，所述续流二极管D1的正端与制动继电器RELAY的第1脚相连接，所述续流二极管D1的负端与制动继电器RELAY的第8脚相连接，所述制动继电器RELAY的动触点第3脚、第6脚通过第一制动电阻R11与电机U相绕组相连接，所述制动继电器RELAY的静触点第4脚与电机的V相绕组相连接，所述制动继电器RELAY静触点的第5脚通过第二制动电阻R12与电机的W相绕组相连接。

如图4-图6所示，基于上述的三相电源缺相、掉电检测系统的制动方法，包括以下步骤，

步骤（1），对三相交流电R、S、T进行检测，通过两路光耦处理电路将两相之间的相间电压差转换成直流信号，并通过反向器转换成方波信号，形成R和S相间采样信号RS、S和T相间采样信号ST，分别输入到DSP处理器的IO端口；

步骤（2），DSP处理器对采样的方波信号RS、ST进行判断，若采样信号RS、ST均存在输出且有相位差时，RS和ST的时序图如图5所示，RS和ST的相位差t1为3.5ms，则三相交流电供电正常，DSP不做任何处理，伺服驱动器正常工作；若采样信号RS、ST均存在输出且信号同步时，RS和ST的时序图如图4所示，则S相缺相，并执行步骤（3）；若采样信号RS无信号而采样信号ST存在输出时，则三相交流电的R相缺相，并执行步骤（3）；若采样信号RS存在输出而采样信号ST无信号时，则三相交流电的T相缺相，并执行步骤（3）；若采样信号RS、ST均无信号时，则三相交流电的R和T两相缺相或者三相全部掉电，并执行步骤（3）；

步骤（3），DSP处理器立刻关闭PWM信号，立即释放母线继电器切断母线电源，接入制动电路，对伺服电机进行紧急制动，并在数码管上显示故障信息；

步骤（4），接入制动电路后，伺服电机的三相绕组之间串入制动功率电阻，将三相绕组短接，使伺服电机的定子绕组剩磁电势在短接回路中产生电流，从而起到伺服电机的制动作用，实现伺服电机的快速制动和停止。

综上所述，本实用新型的三相电源缺相、掉电检测系统，适用于伺服驱动器的电机控制系统，对三相交流电源缺相或掉电等非正常情况做出判断之后，DSP处理器关闭PWM信号，且通过继电器电路切断母线电源，启动接入制动电路，将伺服电机的三相绕组之间串入制动功率电阻，将三相绕组短接，使定子绕组的剩磁电势在短接回路中产生电流，从而起到电机的快速制动，实现了对电气设备和人员的安全保护作用。整个系统电路简单，容易实现，成本低廉，解决现有电气设备内电机用抱闸模块价格高、体积大、控制布线复杂等问题；特别适用于2KW以下的电机或惯量小的电机缺相及掉电制动，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种三相电源缺相、掉电检测系统，其特征在于：包括三相电源RST、整流电路、继电器电路、IPM电路、两路光耦处理电路、DSP处理器、制动电路、数码管、伺服电机，所述整流电路的输入端分别外接三相电源的R、S、T端口，所述整流电路的输出端与继电器电路相连接，所述继电器电路的控制端与DSP处理器相连接，所述继电器电路的输出端通过IPM电路与伺服电机相连接，所述DSP处理器还通过制动电路与伺服电机相连接，所述三相电源的R、S、T通过两路光耦处理电路得到两路方波信号RS和ST与DSP处理器相连接，所述DSP处理器还与IPM电路、制动电路、数码管分别相连接。

2.根据权利要求1所述的一种三相电源缺相、掉电检测系统，其特征在于：所述两路光耦处理电路包括光耦芯片U1和U2、反向器U3、电阻R1～R9、电容C1和C2，所述光耦芯片U1的第1脚通过电阻R1与三相电源R相连接，所述光耦芯片U1的第2脚通过电阻R2与三相电源S相连接，所述光耦芯片U1的第1脚和第2脚之间并联电阻R4，所述光耦芯片U2的第1脚与光耦芯片U1的第2脚相连接，所述光耦芯片U2的第2脚通过电阻R3与三相电源T相相连接，所述光耦芯片U2的第1脚和第2脚之间并联电阻R5，所述光耦芯片U1的第4脚通过电阻R6与电源VCC相连接，所述光耦芯片U1的第4脚通过电阻R8与反向器U3相连接，所述反向器U3的第1脚通过电容C1与地相连接，所述光耦芯片U2的第4脚通过电阻R7与电源VCC相连接，所述光耦芯片U2的第4脚通过电阻R9与反向器U3相连接，所述反向器U3的第3脚通过电容C2与地相连接，所述反向器U3的输出端分别输出方波信号RS和ST，与DSP处理器的IO口相连接。

3.根据权利要求1所述的一种三相电源缺相、掉电检测系统，其特征在于：制动电路包括光耦芯片U4、制动继电器RELAY、续流二极管D1、电阻R10、制动电阻R11和R12，所述光耦芯片U4输入端的正极通过R10与电源VCC相连接，所述光耦芯片U4输入端的负极与DSP制动信号相连接，所述光耦芯片U4输出端的第4脚与电源VDD相连接，所述光耦芯片U4输出端的第3脚与制动继电器RELAY的线圈一端相连接，所述制动继电器RELAY的线圈另一端与地相连接，所述制动继电器RELAY的线圈两端并联续流二极管D1，所述续流二极管D1的正端与制动继电器RELAY的第1脚相连接，所述续流二极管D1的负端与制动继电器RELAY的第8脚相连接，所述制动继电器RELAY的动触点第3脚、第6脚通过第一制动电阻R11与电机U相绕组相连接，所述制动继电器RELAY的静触点第4脚与电机的V相绕组相连接，所述制动继电器RELAY静触点的第5脚通过第二制动电阻R12与电机的W相绕组相连接。