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CN104660112B - 电机制动能量实时供给直流负载的控制电路 - Google Patents

电机制动能量实时供给直流负载的控制电路 Download PDF

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CN104660112B CN201410707463.1A CN201410707463A CN104660112B CN 104660112 B CN104660112 B CN 104660112B CN 201410707463 A CN201410707463 A CN 201410707463A CN 104660112 B CN104660112 B CN 104660112B
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Abstract

本发明涉及一种电机制动能量实时供给直流负载的控制电路，包括电机主控电路、制动能量DC/DC调度电路，具体包括整流模块PR1、功率模块PM1、AC/DC模块PW1、DC/DC模块PW2、续流二极管D1、上选通二极管D2、下选通二极管D3、电机控制器CU1、直流负载DL1、电机M1、编码器PG1、制动管VT1、整流电感L1、缓冲电感L2、整流电容C1、检测电容C2、缓冲电容C3、输出电容C4、上分压电阻R1、下分压电阻R2等。本发明自动将电机制动能量经DC/DC变换后直接转化给这类直流用电负载供电，本发明的电机制动能量转换利用效率高、节能效果好、成本低、应用便捷、可靠性高。

Description

电机制动能量实时供给直流负载的控制电路
技术领域
本发明属于工业控制领域，涉及一种电路，特别涉及一种将电机制动能量实时供给直流负载的控制电路，适用于含有直流用电负载的机电装备中，可将电机制动能量实时地供给直流用电负载以实现节能控制的场合。
背景技术
在以电机为动力驱动的生产机电装备中，要使生产机械实现迅速降速或停车控制，则需将电机制动能量迅速地从轴上转移开。在基于电力电子调速装置的电机驱动控制系统中，目前常用的制动能量处理方案有：一是能耗法，通过实时监测调速装置中的直流母线电压并与系统运行指令相结合，当判断出电机处于制动时，即在调速装置的直流母线处自动接入大功率制动电阻，使制动能量都消耗在该制动电阻上；二是回馈法，在调速装置的直流母线侧反并联一套电力电子有源逆变装置，当系统判断出电机处于制动时，即启动该逆变装置将电机制动能量回馈到电网中，实现节能控制；三是超级电容存储法，利用超级电容组的充电电路，将电机制动能量存储到超级电容组中。现有方案的不足之处在于：一、能耗法虽是目前中小型电机系统最常用的方法，但将制动能量全部消耗在制动电阻的发热损失上；二、回馈法虽能将大部分电机制动能量回馈到电网中以实现节能，但附加的有源逆变装置体积大、投资高，在中小容量电机系统中，投入回收慢；三、超级电容存储法因单只超级电容的额定电压不高，而直流母线侧电压一般都较高，则通过串联、并联组合后的超级电容组装置体积大，成本高，且蓄能有限。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种将电机制动能量实时供给直流负载的控制电路。因在大多数机电装备中，除了电机外，还有很多别的直流用电负载，该发明电路能在电机制动时，自动将电机制动能量直接转化给这类直流用电负载供电，而在电机的电动运行时，自动关闭该转化电路，是一种高效节能、低成本的电机制动能量自动实时调度利用的节能控制电路。
本发明包括电机主控电路、制动能量DC/DC调度电路。
电机主控电路包括整流模块PR1、功率模块PM1、AC/DC模块PW1、电机控制器CU1、直流负载DL1、电机M1、编码器PG1、制动管VT1、整流电感L1、整流电容C1、检测电容C2、上分压电阻R1、下分压电阻R2，整流模块PR1的A相输入端A端与电源A相端U端、AC/DC模块PW1的火线端L端连接，整流模块PR1的B相输入端B端与电源B相端V端连接，整流模块PR1的C相输入端C端与电源C相端W端连接，整流模块PR1的零线端N端与电源零线端N端、AC/DC模块PW1的零线端N端连接，整流模块PR1的正输出端OUT+端与整流电感L1的一端连接，整流模块PR1的负输出端OUT-端与整流电容C1的负端、检测电容C2的一端、下分压电阻R2的一端、制动管VT1的源极e端、功率模块PM1的负输入端IN-端连接，整流电容C1的正端与整流电感L1的另一端、上分压电阻R1的一端、功率模块PM1的正输入端IN+端、缓冲电感L2的一端、续流二极管D1的阴极连接，上分压电阻R1的另一端与下分压电阻R2的另一端、检测电容C2的另一端、电机控制器CU1的电压输入端AD1端连接，电机控制器CU1的制动控制端ZO1端与制动管VT1的栅极g端连接，电机控制器CU1的驱动控制口DO1口与功率模块PM1的驱动输入口GC口连接，功率模块PM1的输出端OUT端与电机M1的定子端连接，电机M1与编码器PG1同轴安装，编码器PG1的输出信号端与电机控制器CU1的反馈端PI1端连接，AC/DC模块PW1的正输出端+V端与下选通二极管D3的阳极连接。
制动能量DC/DC调度电路包括DC/DC模块PW2、续流二极管D1、上选通二极管D2、下选通二极管D3、缓冲电感L2 、缓冲电容C3、输出电容C4，DC/DC模块PW2的正输入端IN+端与缓冲电感L2的另一端、缓冲电容C3的正端连接，DC/DC模块PW2的负输入端IN-端与缓冲电容C3的负端、续流二极管D1的阳极、制动管VT1的漏极c端连接，DC/DC模块PW2的输出端+V端与上选通二极管D2的阳极连接，上选通二极管D2的阴极与下选通二极管D3的阴极、输出电容C4的正端、直流负载DL1的正电源端+V端连接，DC/DC模块PW2的地端GND端与AC/DC模块PW1的地端GND端、输出电容C4的负端、直流负载DL1的负电源端-V端连接。
本发明的有益效果如下：
本发明针对大多数机电装备中，除了电机外，还有很多别的直流用电负载，本发明能自动地将电机制动能量经DC/DC变换后直接转化给这类直流用电负载供电，本发明的电机制动能量转换利用效率高、节能效果好、成本低、应用便捷、可靠性高。
附图说明
图1为本发明的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，电机制动能量实时供给直流负载的控制电路，包括电机主控电路、制动能量DC/DC调度电路。
电机主控电路包括整流模块PR1、功率模块PM1、AC/DC模块PW1、电机控制器CU1、直流负载DL1、电机M1、编码器PG1、制动管VT1、整流电感L1、整流电容C1、检测电容C2、上分压电阻R1、下分压电阻R2，整流模块PR1的A相输入端A端与电源A相端U端、AC/DC模块PW1的火线端L端连接，整流模块PR1的B相输入端B端与电源B相端V端连接，整流模块PR1的C相输入端C端与电源C相端W端连接，整流模块PR1的零线端N端与电源零线端N端、AC/DC模块PW1的零线端N端连接，整流模块PR1的正输出端OUT+端与整流电感L1的一端连接，整流模块PR1的负输出端OUT-端与整流电容C1的负端、检测电容C2的一端、下分压电阻R2的一端、制动管VT1的源极e端、功率模块PM1的负输入端IN-端连接，整流电容C1的正端与整流电感L1的另一端、上分压电阻R1的一端、功率模块PM1的正输入端IN+端、缓冲电感L2的一端、续流二极管D1的阴极连接，上分压电阻R1的另一端与下分压电阻R2的另一端、检测电容C2的另一端、电机控制器CU1的电压输入端AD1端连接，电机控制器CU1的制动控制端ZO1端与制动管VT1的栅极g端连接，电机控制器CU1的驱动控制口DO1口与功率模块PM1的驱动输入口GC口连接，功率模块PM1的输出端OUT端与电机M1的定子端连接，电机M1与编码器PG1同轴安装，编码器PG1的输出信号端与电机控制器CU1的反馈端PI1端连接，AC/DC模块PW1的正输出端+V端与下选通二极管D3的阳极连接。
制动能量DC/DC调度电路包括DC/DC模块PW2、续流二极管D1、上选通二极管D2、下选通二极管D3、缓冲电感L2 、缓冲电容C3、输出电容C4，DC/DC模块PW2的正输入端IN+端与缓冲电感L2的另一端、缓冲电容C3的正端连接，DC/DC模块PW2的负输入端IN-端与缓冲电容C3的负端、续流二极管D1的阳极、制动管VT1的漏极c端连接，DC/DC模块PW2的输出端+V端与上选通二极管D2的阳极连接，上选通二极管D2的阴极与下选通二极管D3的阴极、输出电容C4的正端、直流负载DL1的正电源端+V端连接，DC/DC模块PW2的地端GND端与AC/DC模块PW1的地端GND端、输出电容C4的负端、直流负载DL1的负电源端-V端连接。
本发明所使用的包括整流模块PR1、功率模块PM1、AC/DC模块PW1、DC/DC模块PW2、制动管VT1、续流二极管D1、上选通二极管D2、下选通二极管D3等在内的所有器件均采用现有的成熟产品，可以通过市场取得。例如：整流模块采用MDS系列产品，功率模块采用BSM系列IGBT模块产品，AC/DC模块采用SYU系列产品，DC/DC模块采用DWW-KG系列产品，制动管采用TGAN系列单管IGBT产品，二极管采用LUF系列产品等。此外，电机控制器CU1可由高性能的信号处理器DSP为核心组成。
本发明中的主要电路参数配合关系如下：
图1中的上分压电阻R1、下分压电阻R2的配合关系如式（1）所示，其中的、分别是整流电容C1两端的最高电压（单位：V）、电机控制器CU1的直流母线电压信号模数转换输入通道Z01的参考电压（单位：V）。
（1）
本发明工作过程如下：
（1）当电机M1处于电动运行状态时，将电能转换成机械能，整流电容C1两端的直流电压由交流电网电压经整流模块PR1、整流电感L1 及整流电容C1构成的整流滤波后得到，此时，电机控制器CU1的制动驱动口Z01口输出低电平，制动管VT1关断，DC/DC模块PW2的输出电压（+V）为零，上选通二极管D2关断，下选通二极管D3导通。生产设备中直流负载DL1的供电来自交流电网电压经AC/DC模块PW1转换成的直流电源；
（2）当电机M1处于制动运行状态时，将轴上的机械能转换成直流电能，使得整流电容C1两端的直流电压高于由交流电网电压经整流模块PR1、整流电感L1 及整流电容C1构成的整流滤波后产生的电压，此时，电机控制器CU1根据由模数转换输入通道AD1输入的直流母线电压信号，经判断确认电机M1已处于制动运行状态时，使制动驱动口Z01口输出高电平驱动信号，制动管VT1导通，则主电路直流母线电压L2、C3滤波及DC/DC模块PW2变换后，使DC/DC模块PW2的输出电压（+V）略高于AC/DC模块PW1的输出电压（+V），所以下选通二极管D3关断，上选通二极管D2导通，进而将电机制动能量直接供给生产机械中的直流负载DL1，实现节能控制。其中的输出电容C4在AC/DC模块PW1与DC/DC模块PW2的切换过程中起到输出电压的缓冲稳定作用。

Claims (3)

1.电机制动能量实时供给直流负载的控制电路，其特征在于包括电机主控电路、制动能量DC/DC调度电路；
电机主控电路包括整流模块PR1、功率模块PM1、AC/DC模块PW1、电机控制器CU1、直流负载DL1、电机M1、编码器PG1、制动管VT1、整流电感L1、整流电容C1、检测电容C2、上分压电阻R1、下分压电阻R2，整流模块PR1的A相输入端A端与电源A相端U端、AC/DC模块PW1的火线端L端连接，整流模块PR1的B相输入端B端与电源B相端V端连接，整流模块PR1的C相输入端C端与电源C相端W端连接，整流模块PR1的零线端N端与电源零线端N端、AC/DC模块PW1的零线端N端连接，整流模块PR1的正输出端OUT+端与整流电感L1的一端连接，整流模块PR1的负输出端OUT-端与整流电容C1的负端、检测电容C2的一端、下分压电阻R2的一端、制动管VT1的源极e端、功率模块PM1的负输入端IN-端连接，整流电容C1的正端与整流电感L1的另一端、上分压电阻R1的一端、功率模块PM1的正输入端IN+端、缓冲电感L2的一端、续流二极管D1的阴极连接，上分压电阻R1的另一端与下分压电阻R2的另一端、检测电容C2的另一端、电机控制器CU1的电压输入端AD1端连接，电机控制器CU1的制动控制端ZO1端与制动管VT1的栅极g端连接，电机控制器CU1的驱动控制口DO1口与功率模块PM1的驱动输入口GC口连接，功率模块PM1的输出端OUT端与电机M1的定子端连接，电机M1与编码器PG1同轴安装，编码器PG1的输出信号端与电机控制器CU1的反馈端PI1端连接，AC/DC模块PW1的正输出端+V端与下选通二极管D3的阳极连接；
制动能量DC/DC调度电路包括DC/DC模块PW2、续流二极管D1、上选通二极管D2、下选通二极管D3、缓冲电感L2、缓冲电容C3、输出电容C4，DC/DC模块PW2的正输入端IN+端与缓冲电感L2的另一端、缓冲电容C3的正端连接，DC/DC模块PW2的负输入端IN-端与缓冲电容C3的负端、续流二极管D1的阳极、制动管VT1的漏极c端连接，DC/DC模块PW2的输出端+V端与上选通二极管D2的阳极连接，上选通二极管D2的阴极与下选通二极管D3的阴极、输出电容C4的正端、直流负载DL1的正电源端+V端连接，DC/DC模块PW2的地端GND端与AC/DC模块PW1的地端GND端、输出电容C4的负端、直流负载DL1的负电源端-V端连接。
2.如权利要求1所述的电机制动能量实时供给直流负载的控制电路，其特征在所述的整流模块PR1、功率模块PM1、AC/DC模块PW1、DC/DC模块PW2、制动管VT1、续流二极管D1、上选通二极管D2、下选通二极管D3均采用现有的成熟产品；整流模块采用MDS系列产品，功率模块采用BSM系列IGBT模块产品，AC/DC模块采用SYU系列产品，DC/DC模块采用DWW-KG系列产品，制动管采用TGAN系列单管IGBT产品，二极管采用LUF系列产品。
3.如权利要求1所述的电机制动能量实时供给直流负载的控制电路，其特征在所述的上分压电阻R1、下分压电阻R2的配合关系如式(1)所示：
其中的Udm是整流电容C1两端的最高电压,单位：V；Uref是电机控制器CU1的制动控制端Z01的参考电压,单位：V。
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