CN210898984U - 一种软启动与制动电路、伺服电机驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了软启动与制动电路、及伺服电机驱动器；其中，软启动与制动电路包括：继电器、第一二极管、制动管、母线电容，及至少包含一外接制动电阻的外接制动电路，其中：继电器的开关的第一端与直流正母线(+)电连接；继电器的开关的第二端通过母线电容与直流负母线(‑)连接；且继电器的开关的第二端还与第一二极管的负极电连接，第一二极管的正极通过制动管与直流负母线(‑)电连接；第一二极管的正极与继电器的开关的第一端之间设有外接制动电路。本实用新型的方案组装简单，节约成本；制动过程中大电流直接进入制动电阻，减小对继电器的冲击，提高使用寿命，制动电阻外接可避免因过流导致驱动器内部器件烧毁，安全可靠，操作方便。

Description

一种软启动与制动电路、伺服电机驱动器

技术领域

本实用新型涉及工业控制与自动化领域；尤其涉及一种软启动与制动电路、伺服电机驱动器。

背景技术

目前喷水织机的主轴驱动器都是带载启动，初始上电时，由于母线电容的存在，若不做软启动处理，在上电瞬间会有很大的充电电流，远超额定负载工作电流，很容易对驱动器内部电路和元件造成伤害。在织机运行过程中，一旦出现故障，就需要主轴电机立刻制动，防止因制动不及时电机继续运行造成纱布浪费。所以可靠的软启动方案和有效制动方案在纺织伺服驱动器上得到广泛应用。

传统纺织伺服驱动器的软启动方案和制动方案，则是在继电器的开关两端之间并联一软启动电阻，具体的，如图1所示。

设备上电，继电器的开关处于断开状态，整流后获得的DC直流通过软启动电阻，再缓慢对母线电容C1充电，以免造成较大电流损伤驱动器内部其它元器件。母线电容充电至预设电压值后，会再通过相关控制电路控制驱动固态继电器K1吸合，至此驱动器启动完成。

当进行刹车制动时，外接负载(电机)会回馈大量能量使母线电压产生很高的压降，此时控制电路发出指令，驱动制动管Q7打开，电能通过制动电阻R进行快速消耗，降低母线电压到正常范围，从而起到制动效果。

此电路用于喷水织机的启动与制动。然而软启动电阻需满足承载伺服驱动器未开管前所有控制电路启动的电流，一般需要较大的水泥电阻，甚至需要外接大型铝壳电阻，成本较高。若控制回路未控制固态继电器K1吸合，这时启动电机，将会造成软启动电阻电流烧毁，若发现不及时可烧毁整个驱动器设备，引发火灾，十分危险。在制动过程中，若大电流频繁制动，会对固态继电器K1进行冲击，降低其寿命，甚至损坏。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种软启动与制动电路、及伺服电机驱动器，具体的，本实用新型的技术方案如下：

一方面，本实用新型公开了一种软启动与制动电路，包括：继电器、第一二极管、制动管、母线电容，及至少包含一外接制动电阻的外接制动电路，其中：所述继电器的开关的第一端与直流正母线(+)电连接；所述继电器的开关的第二端通过所述母线电容与直流负母线(-)连接；且所述继电器的开关的第二端还与所述第一二极管的负极电连接，所述第一二极管的正极通过所述制动管与所述直流负母线(-)电连接；所述第一二极管的正极与所述继电器的开关的第一端之间设有所述外接制动电路。

优选地，所述外接制动电路还包括一制动接线端子；所述外接制动电阻通过所述制动接线端子接入所述软启动与制动电路。

优选地，所述外接制动电路还包括第二二极管；其中：所述第二二极管的正极与所述继电器的开关的第一端电连接；所述第二二极管的负极与所述制动接线端子的DC+端电连接。

优选地，所述外接制动电路还包括第三二极管；其中：所述第三二极管的正极与所述制动接线端子的PB端电连接，所述第三二极管的负极与所述第一二极管的正极电连接。

优选地，所述制动管为MOS管、IGBT管中的任一个。

另一方面，本实用新型还公开了一种伺服电机驱动器，该伺服电机驱动器包括上述任一项所述的软启动与制动电路、此外伺服电机驱动器还包括三相输入端子、整流电路、逆变电路、控制电路及辅助电源、三相输出端子；其中：三相交流电通过所述三相输入端子流入所述整流电路；所述整流电路的输出端与所述软启动与制动电路的输入端电连接；所述软启动与制动电路的输出端分别与所述逆变电路及所述辅助电源的输入端电连接；所述辅助电源的输出端与所述控制电路的输入端电连接；所述逆变电路的输出端通过所述三相输出端子输出给伺服电机；所述控制电路还分别与所述软启动与制动电路、所述逆变电路电连接。

优选地，所述整流电路为三相桥式整流电路。

优选地，所述逆变电路为三相桥式逆变电路。

优选地，所述伺服电机驱动器还包括：与所述整流电路的输入端电连接的EMI滤波模块；其中：三相交流电通过所述三相输入端子流入所述EMI滤波模块进行滤波；滤波后的三相交流电再输入给所述整流电路进行整流。

优选地，所述软启动与制动电路中的母线电容两端还并联一滤波电容。

本实用新型中的软启动与制动电路中，去掉了传统的软启动电阻，而采用外接制动电阻，该外接制动电阻既充当软启动电阻角色，又充当制动电阻角色，组装简单，节约成本；制动过程中大电流直接进入制动电阻，减小对固态继电器的冲击，提高使用寿命，制动电阻外接还可避免因过电流导致驱动器内部器件烧毁。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统的软启动与制动电路技术方案；

图2为本实用新型的软启动与制动电路的一实施例电路图；

图3为本实用新型的软启动与制动电路的另一实施例的电路图；

图4a为传统的采用水泥电阻作为软启动电阻的电路连接示意图；

图4b为传统的采用外接水泥电阻作为软启动电阻的电路连接示意图；

图4c为本实用新型采用外接制动电阻作为软启动和制动电阻的接入示意图；

图5为本实用新型的软启动与制动电路的另一实施例的电路图；

图6为本实用新型的伺服电机驱动器的一实施例的结构框图；

图7为本实用新型的伺服电机驱动器的另一实施例的结构框图；

图8为本实用新型的伺服电机驱动器的另一实施例的电路图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘出了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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，并获得其他的实施方式。

本实用新型公开了一种软启动与制动电路，具体的实施例如图2所示，包括：继电器K1、第一二极管D7、制动管Q7、母线电容C1，及至少包含一外接制动电阻R6(图2中未示出)的外接制动电路11，其中：

所述继电器K1的开关的第一端与直流正母线(+)电连接；所述继电器K1的开关的第二端通过所述母线电容C1与直流负母线(-)连接；且所述继电器K1的开关的第二端还与所述第一二极管D7的负极电连接，所述第一二极管D7的正极通过所述制动管Q7与所述直流负母线(-)电连接；所述第一二极管D7的正极与所述继电器K1的开关的第一端之间设有所述外接制动电路11。

本实施例的软启动实现过程如下：

在上电启动的第一阶段，前级的整流电路将三相交流电整流后获得的直流输出给本实施例的软启动与制动电路，继电器K1不闭合，直流电通过外接制动电路11(含外接制动电阻R6)给直流母线上的母线电容C1充电，直流母线电压上升，当直流母线电压达到设定的阈值时，第一阶段结束；在第二阶段，继电器K1闭合，直流电通过闭合的继电器K1给母线电容C1充电，直到直流母线电压达到前级整流电路所能输出的最大电压。在整个充电过程中，第一阶段由于外接制动电路11被串接在充电回路中，因此不会出现较大的冲击电流，第二阶段由于前级整流电路输出电压与直流母线电压压差较小，大的充电电流也不会出现，从而实现了软启动功能。

本实施例的制动功能实现过程如下：

在继电器K1处于闭合状态下，当进行刹车制动时，外接负载(电机)回馈大量能量使母线电压产生很高的压降并超过设定阈值时，控制制动管Q7导通，母线电容通过外接制动电路11中的外接制动电阻R6快速消耗，降低母线电压到正常范围，从而起到制动效果。

传统软启动方案和制动方案需要软启动电阻和制动电阻同时接入，组装繁琐，成本较高。在启动开始时，固态继电器吸合不完全或者外部输出接线短路时，大电流会流过内部软启动电阻，造成电阻烧毁风险。制动过程中会产生瞬间大电流，频繁的大电流流过固态继电器会降低其使用寿命，直至损坏。

本实施例中，去掉软启动电阻，组装简单，节约成本；制动过程中大电流直接进入外接制动电路11中的外接制动电阻R6，减小对继电器K1的冲击，提高使用寿命，制动电阻R6外接可避免因过电流导致驱动器内部器件烧毁。

本发明的另一实施例，在上述实施例的基础上，如图3所示，所述外接制动电路11还包括一制动接线端子T1；所述外接制动电阻R6通过所述制动接线端子T1接入所述软启动与制动电路11。

我们将传统软启动方案与本实施例方案进行下对比：

传统软启动方案：小功率可采用水泥电阻直接焊接在PCB上，如图4a所示；大功率采用外接水泥电阻器件，装配在驱动器内部，如图4b所示。该方案存在组装繁琐，成本较高，产品性能低且有一定的安全隐患。

而本实施例实施方案如图3所示，无需在内部接入软启动电阻或者水泥电阻，可直接在驱动器接线端子T1上接入制动电阻R6即可其实现其控制方案，具体的外接制动电阻R6接入制动接线端子如图4c所示。

此实施例用外接制动电阻R6代替软启动电阻进行安装，实现软启动和制动控制，缩减成本，安全可靠，操作方便。

本实用新型的软启动与制动方案的另一实施例，如图5所示，优选地，所述外接制动电路11还包括第二二极管D8；其中：

所述第二二极管D8的正极与所述继电器K1的开关的第一端电连接；所述第二二极管D8的负极与所述制动接线端子T1的DC+端电连接；

进一步地，所述外接制动电路11还包括第三二极管D9；其中：

所述第三二极管D9的正极与所述制动接线端子T1的PB端电连接，所述第三二极管D9的负极与所述第一二极管D7的正极电连接。

此外，所述制动管Q7为MOS管、IGBT管中的任一个。

基于相同的技术构思，本实用新型还公开了一种伺服电机驱动器，该伺服电机驱动器采用上述任一实施例中的软启动与制动电路(具体的软启动与制动电路可参照前面的任一实施例，为减少重复，此处不再赘述)，实现了软启动与制动的控制，降低了成本，安全可靠，操作方便。具体的，本发明的伺服电机驱动器如图6所示，包括三相输入端子R\S\T，整流电路20，软启动与制动电路10，逆变电路30，控制电路40及辅助电源50、三相输出端子U\V\W；其中：

三相交流电通过所述三相输入端子R\S\T流入所述整流电路20；所述整流电路20的输出端与所述软启动与制动电路10的输入端电连接；所述软启动与制动电路10的输出端分别与所述逆变电路30及所述辅助电源50的输入端电连接；所述辅助电源50的输出端与所述控制电路40的输入端电连接；所述逆变电路30的输出端通过所述三相输出端子U\V\W输出给伺服电机；

所述控制电路40还分别与所述软启动与制动电路10、所述逆变电路30、电连接。

本实施例中，整流电路20用来对输入的三相交流电进行整流，输出直流电；逆变电路30，则是对输入的直流电进行逆变处理，输出三相交流电；辅助电源在母线电压达到预设的启动电压后开始正常启动，并给其它电路提供所需的正常工作电压，比如，给控制电路40提供工作电压，启动控制电路40工作。控制电路40通过采样母线电压等信号后，控制软启动与制动电路10实现软启动或制动功能；具体的，控制软启动与制动电路中的继电器的开关的吸合、及控制制动管Q7的导通。

具体的，本实施例中，当需要实现软启动时，即设备上电启动时，三相电源100交流电通过输入端子R、S、T流入整流电路20，通过整流电路20进行整流输出直流电给到软启动与制动电路10，在软启动与制动电路10中，直流电通过外接制动电路中的外接制动电阻R6、及第一二极管D7后缓慢给母线电容C1充电，母线电压经过辅助电源50转换后启动控制电路40并输出相应+24V电压，驱动固态继电器K1吸合，至此驱动器启动完成。

当进行刹车制动操作时，外接负载(伺服电机300)通过三相输出端子---U、V、W相回馈大量能量使母线电压DC+产生很高的电压，此时控制电路40发出指令，驱动制动管Q7打开(导通)，电能直接通过外接制动电阻R6进行快速消耗，降低母线电压到正常范围，从而起到制动效果。

进一步地，如图7所示，所述伺服电机驱动器还包括：与所述整流电路20的输入端电连接的EMI滤波模块60；其中：三相交流电通过所述三相输入端子流入所述EMI滤波模块60进行滤波；滤波后的三相交流电再输入给所述整流电路20进行整流。

本实用新型的伺服电机驱动器的另一实施例，如图8所示，在上一实施例的基础上，所采用的整流电路为三相桥式整流电路；所采用的逆变电路为三相桥式逆变电路；此外，软启动与制动电路10中的母线电容C1两端还并联一滤波电容C2。

本实施例的伺服电机驱动器的电路原理如下：

三相电压(AC380V)经过三相输入端子---R、S、T端子接入驱动器，经过整流电路20整流后进入外接制动电阻R6，在流过二极管D7后对母线电容C1充电，并输出母线电压，母线电压经过辅助电源50转换后启动控制电路40并输出相应+24V电压，驱动固态继电器K1吸合，至此驱动器启动完成。

当进行刹车制动操作时，外接负载(电机300)通过三相输出端子---U、V、W相回馈大量能量使母线电压DC+产生很高的电压，此时控制电路发出指令，驱动制动管Q7导通，电能直接通过外接制动电阻R6进行快速消耗，降低母线电压到正常范围，从而起到制动效果。

此实施例中，采用外接制动电阻代替软启动电阻进行安装，实现软启动和制动控制，缩减成本，安全可靠，操作方便。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种软启动与制动电路，其特征在于，包括：

继电器、第一二极管、制动管、母线电容，及至少包含一外接制动电阻的外接制动电路，其中：

所述继电器的开关的第一端与直流正母线(+)电连接；所述继电器的开关的第二端通过所述母线电容与直流负母线(-)连接；且所述继电器的开关的第二端还与所述第一二极管的负极电连接，所述第一二极管的正极通过所述制动管与所述直流负母线(-)电连接；所述第一二极管的正极与所述继电器的开关的第一端之间设有所述外接制动电路。

2.根据权利要求1所述的一种软启动与制动电路，其特征在于，所述外接制动电路还包括一制动接线端子；所述外接制动电阻通过所述制动接线端子接入所述软启动与制动电路。

3.根据权利要求2所述的一种软启动与制动电路，其特征在于，所述外接制动电路还包括第二二极管；其中：

所述第二二极管的正极与所述继电器的开关的第一端电连接；所述第二二极管的负极与所述制动接线端子的DC+端电连接。

4.根据权利要求2或3所述的一种软启动与制动电路，其特征在于，所述外接制动电路还包括第三二极管；其中：

所述第三二极管的正极与所述制动接线端子的PB端电连接，所述第三二极管的负极与所述第一二极管的正极电连接。

5.根据权利要求1所述的一种软启动与制动电路，其特征在于，所述制动管为MOS管、IGBT管中的任一个。

6.一种伺服电机驱动器，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的软启动与制动电路；所述伺服电机驱动器还包括：三相输入端子、整流电路、逆变电路、控制电路及辅助电源、三相输出端子；其中：

三相交流电通过所述三相输入端子流入所述整流电路；所述整流电路的输出端与所述软启动与制动电路的输入端电连接；所述软启动与制动电路的输出端分别与所述逆变电路及所述辅助电源的输入端电连接；所述辅助电源的输出端与所述控制电路的输入端电连接；所述逆变电路的输出端通过所述三相输出端子输出给伺服电机；

所述控制电路还分别与所述软启动与制动电路、所述逆变电路电连接。

7.根据权利要求6所述的一种伺服电机驱动器，其特征在于，所述整流电路为三相桥式整流电路。

8.根据权利要求6所述的一种伺服电机驱动器，其特征在于，所述逆变电路为三相桥式逆变电路。

9.根据权利要求6所述的一种伺服电机驱动器，其特征在于，还包括：与所述整流电路的输入端电连接的EMI滤波模块；其中：

三相交流电通过所述三相输入端子流入所述EMI滤波模块进行滤波；滤波后的三相交流电再输入给所述整流电路进行整流。

10.根据权利要求6-9任一项所述的一种伺服电机驱动器，其特征在于，所述软启动与制动电路中的母线电容两端还并联一滤波电容。

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