CN2204471Y - 大功率永磁无刷伺服电机的电子控制装置 - Google Patents
大功率永磁无刷伺服电机的电子控制装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供一种大功率永磁无刷伺服电动
机的电子控制装置，其特征是：采用光电编码器做为
电机磁极位置检测和电机转速检测；采用专门设计的
电流解析器，将速度调节器输出的电流给定信号，通
过模拟开关的开合切换得到电机中U、W两相导通
电流信号；采用大功率三极管(GTR)做为控制元件，
将电动制动产生的能量回馈电网。节约能源。整个
系统调速范围宽，可用在大型数控机床，连轧快速活
套，小型轧机压下等。
Description
本实用新型提供一种驱动永磁无刷伺服电机的电子控制装置。
目前一般的伺服控制器普遍采用测速发电机做为速度反馈单元，为了与数控系统组成位置闭环，又要安装光电编码器，这样使系统投资增加，另外，为防止电机制动时产生的高压，往往采用制动电阻将制动产生的能量泄放，在伺服电机功率较小时是简便合理的，但当伺服电机功率较大时，制动产生的大量的热量，不仅浪费电能，而且对设备散热提出很高要求，有时很难应用。
本实用新型的目的提供一种适用于大功率、频繁启制动、精度高的永磁无刷伺服电机的电子控制装置。
图1为光电编码器结构示意图
图2光电编码器输出信号图
图3电流解析器电路图
图4导通电流信号波形图
图5电机控制单元框图
图6速度反馈框图
图7逆变控制单元电路
图8逆变侧基极驱动信号与电网电压关系图
图9系统主回路图，摘要附图
本实用新型是通过以下方案实现的，本装置的速度信号取自与电机同轴联接的光电编码器，该特制光电编码器可输出A、B两组相差90°的增量式脉冲信号，每转脉冲数由调速精度决定，一般采用每转2500个脉冲，当电机逆时针转动时（从电机轴端看，以下同）A脉冲超前B脉冲90°，电机顺时针转动时，B超前A90°，根据A、B的相位关系即可判定电机转向，根据A、B脉冲频率就可实现对电机转速的测定。另外光电编码器还输出三组与电机转子磁极位置相对应的相位检测信号φ1、φ2、φ3，图1为光电编码器结构示意图，其中：1为增量式光栅，2为光电转换器，3为磁极位置检测光栅。图2为编码器输出信号（逆时针转动时），φ1、φ2、φ3为磁极位置检测信号，A、B为增量式信号。光电编码器输出的与电极磁极位置相对应的φ1、φ2、φ3信号在控制器内经过图3所示的电流解析器电路，将速度调节器输出的电流信号＋Ig、－Ig通过模拟开关的开合切换，得到U、W两相的导通电流信号Igu、Igw，（Igu、Igw信号波形见图4）而第三相V相电流则在V相电流调节器中由U、W两相相加得到，这样就保证了三相电流平衡，使电机中无直流分量存在，保证系统的运行特性，电流信号经电流调节器和PWM调制单元形成PWM调制信号，通过基极驱动器驱动大功率三极管工作，带动电机。电机控制单元框图见图5所示。由光电编码器输出的A、B脉冲信号经过可编程逻辑阵列PAL16R4（IC1）做方向鉴别并做四倍频后，分两路输出脉冲，分别对应电机正、反向，正向有信号脉冲时反向无信号，反向有信号脉冲时正向无信号。脉冲频率与A、B频率成线性关系，两路脉冲信号分别经过F／V变换后形成与转速成正比的反馈电压，这两路电压各自采用独立的运算放大器IC5、IC6放大（见图6），采用两独立运算放大器可使正反向反馈强度可分别调节，对系统元件一致性要求降低，输出一致性好，可很好提高系统工作特性。
在整个系统中，与传统伺服驱动器最大的区别在于制动能量处理上，系统使用了逆变单元将电机制动产生的能量反馈电网。由于本装置驱动电机功率大，达到13KW，制动时产生的能量大，采用传统的电阻制动已很不现实，因此采用了图7所示的逆变控制单元电路，这样系统的主回路就成为图9所示形式，左半部分TR11～TR16和电流检测单元HL1、电压检测单元、C1构成逆变单元，右半部TR21～TR26及电流检测单元HLU、HLW、C2构成电机控制单元，电阻R为上电时限流电阻，正常工作时接触器C闭合，将R短接。当系统正常工作时，逆变单元三极管封锁，只有六只二极管做三相整流，为电机驱动单元提供高压工作电源，带动电机运行。当电机制动时，直流母线上电压升高，电压检测单元检测到这一变化，经状态检测电路打开封锁2，此时HL1中无电流，封锁1开放，驱动信号形成电路工作，产生基极驱动信号，经基极驱动电路驱动TR11～TR16将直流母线上能量回馈电网，使母线电压不致于升高，保证大功率三极管和电容等不致因过压损坏，确保系统安全运行。基极驱动信号与电网电压关系见图8所示，电流检测单元HL1检测逆变电流，当电流超过三极管TR11～TR16所允许的安全工作电流时，封锁1动作，暂时封锁GTR基极驱动信号，经0.5ms延时后去除封锁1，此时如仍有过压信号（封锁2仍然打开），系统恢复放电，这样系统以最大允许电流将制动能量回馈电网。电路中保护、信号联锁用以保证系统安全可靠地工作。
本实用新型的优点在于采用光电编码器信号，用大功率三极管做为控制元件，将电机制动能量回馈电网，节约能源。整个系统具有功率大（13KW），调速精度高（△n＜5rpm），调速范围宽（调速度＞1：2000），响应快（＜40ms）的特点，适用于要求频繁启制动，精度要求高的场合，如：大型数控机床、连轧快速电动活套、连锻拉坯、小轧机压下等。
Claims (1)
- 一种大功率永磁无刷伺服电机的电子控制装置，其特征在于：(1)采用光电编码器做为电机磁极位置检测和电机转速检测；(2)采用电流解析器电路，将速度调节器输出的电流信号通过模拟开关的开合切换，得到U、W两相导通信号；(3)正机正反向速度反馈采用独立电路；(4)采用大功率晶体管(GTR)做控制元件，将电机制动能量回馈电网。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN94218389U CN2204471Y (zh) | 1994-08-15 | 1994-08-15 | 大功率永磁无刷伺服电机的电子控制装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN94218389U CN2204471Y (zh) | 1994-08-15 | 1994-08-15 | 大功率永磁无刷伺服电机的电子控制装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN2204471Y true CN2204471Y (zh) | 1995-08-02 |
Family
ID=33833569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN94218389U Expired - Fee Related CN2204471Y (zh) | 1994-08-15 | 1994-08-15 | 大功率永磁无刷伺服电机的电子控制装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN2204471Y (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1052834C (zh) * | 1995-09-11 | 2000-05-24 | 东芝株式会社 | 永磁同步电动机的控制系统 |
| CN101738978B (zh) * | 2008-11-11 | 2011-10-12 | 深圳航天科技创新研究院 | 多轴伺服电机控制系统 |
-
1994
- 1994-08-15 CN CN94218389U patent/CN2204471Y/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1052834C (zh) * | 1995-09-11 | 2000-05-24 | 东芝株式会社 | 永磁同步电动机的控制系统 |
| CN101738978B (zh) * | 2008-11-11 | 2011-10-12 | 深圳航天科技创新研究院 | 多轴伺服电机控制系统 |
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