專利名稱：一種電動機制動裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電力電子技術領域的快速制動技術，具體地，涉及一種電動機制
動裝置。
背景技術：
快速制動技術是工業應用技術的重要組成部分。隨著某些工業領域的迅猛發展，如單相交流電源供電的工業縫紉機(500W)、數控機床(5.0kff以下)等需要快速定位的電力電子變換器，對于使得電動機快速準確停車的快速制動技術的要求越來越高。因此，散熱快，能耗小，控制策略簡單的快速制動電路符合快速制動技術的發展要求，具有良好的應用前景。快速制動方案有很多種，目前比較常用的為能耗制動方案，在變頻器的直流回路設置功率電阻與功率開關串聯，在制動時通過控制功率開關的占空比，使得功率電阻耗能，轉移電動機制動時回饋的能量，實施制動。這種制動方式是耗能方式，制動的快速效果尚有不足。經過對現有適合快速制動技術的檢索發現，文章《一種無刷直流電動機快速制動準確定位控制方案的設計》(《工礦自動化》，2010第9期)中描述的在電動機剎車制動時，使電動機電源短接，使電動機內產生一個與慣性旋轉方向相反的旋轉磁場，使電動機快速制動。該方法控制復雜、成本較高，制動能量消耗在電動機內部，不適合頻繁制動的應用場合。原有的其它能耗制動方式中，制動時直流回路電壓不能低于電網電壓的峰值，否則制動回路需要釋放電動機的回饋能量同時，還要釋放來自電源的能量，造成制動深度不夠的情況。為此需要采用新的快速制動技術，以便于簡化結構、簡化控制、降低成本和提高性倉泛。
發明內容
有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種電動機制動裝置，能夠實現快速能耗制動，具有結構簡單、控制簡便、成本低廉等優點。為實現上述目的，本發明提供了一種電動機制動裝置，包括儲能裝置，能耗電路以及逆變裝置；其中儲能裝置分別與直流電源的輸出端和能耗電路的輸入端相連，能耗電路的輸出端與逆變裝置的輸入端相連；所述能耗電路為電阻能耗電路，包括兩個MOSFET、第一交流電容、第二電解電容、三個電阻、三個二極管、一個高頻變壓器、一個穩壓二極管和一個直流散熱風扇，其中，第
一MOSFET的漏極與直流電源的輸入正極相連，其源極與所述的第二節點相連；所述的第一電阻與第一二級管并聯，兩端分別連接第二節點與第三節點；所述高頻變壓器原邊兩端分別連接第三節點與第七節點；所述第一交流電容與第二電阻并聯，兩端連接第三節點與第四節點；所述第二二極管與第二電阻串聯，陰極連接第四節點，陽極連接第七節點；所述高頻變壓器副邊異名端與所述的第三二極管串聯，陰極連接第五節點；所述的第二電解電容、第三電阻、穩壓二極管與直流散熱風扇并聯，兩端分別連接第五節點與第六節點;第二MOSFET的漏極與第七節點相連，源極與第八節點相連；其中，第一節點為所述直流電源的輸入正極，所述第二節點為所述第一 MOSFET的源極與所述第一電阻的連接點，所述第三節點為所述第一電阻與所述高頻變壓器原邊同名端的連接點，所述第四節點為所述第二電阻與所述第二二極管陰極的連接點，所述第五節點為所述第三二極管陰極與所述第二電解電容的連接點，所述第六節點為所述高頻變壓器副邊同名端，所述第七節點為所述第二二極管與所述第二 MOSFET的連接點，所述第八節點為所述直流電源的輸入負極；所述逆變裝置為相應功率等級的電壓源逆變器。本發明中，兩個MOSFET的門極接受PWM脈沖控制信號，第一 MOSFET通態時，第二MOSFET關斷，逆變裝置正常運行，帶動電動機工作；當需要制動時，第一 MOSFET斷態時，第
二MOSFET采用一定占空比PWM進行斬波，導通時，通過功率第一電阻、高頻變壓器原邊建立電流，高頻變壓器儲存磁能，第一電阻耗能實現快速制動，占空比越大，制動越快。第二MOSFET關斷時，高頻變壓器副邊感應電壓，通過第三二極管為第二電解電容充電，同時為直流風扇供電，直流風扇運行和耗能，為功率器件等發熱元件散熱。第三電阻為假負載電阻。穩壓二極管起到限壓作用，防止直流風扇過壓燒毀。第二電阻、第一交流電容與第二二極管起動限制高頻變壓器原邊感應電壓過高的鉗位作用和磁路復位作用。與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:本發明裝置利用功率電阻直接耗能、高頻變壓器轉儲能量、直流風扇散熱耗能的手段可以:(1)實現大占空比下功率電阻耗能，可以實現在第二 MOSFET關斷期間繼續通過高頻變壓器轉儲能量、直流風扇散熱耗能，因此可以獲得大占空比快速耗能和更快速制動，部分制動能量還可以用來輔助散熱；(2)功率電阻的阻值可以減少或者取消使用功率電阻，完全由直流風扇散熱；(3)當制動時，第一 MOSFET保持關斷狀態，儲能裝置的能量不能補充給耗能電路。如果儲能裝置的能量過高，反過來，耗能電路還能夠將能量回饋儲能裝置。能耗電路的端電壓可以低于儲能裝置，能耗電路可以實現深度放電和更快速放電。本發明電路結構簡單、控制簡便、安全性好，符合快速制動要求，且具有設計結構新穎、通用性強、成本低廉等優點。
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:圖1為本發明的一種電動機制動裝置原理圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變型和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。如圖1所示，一種快速能耗制動電路，包括儲能裝置，能耗電路和逆變裝置，其中，儲能裝置與能耗電路并聯，電路的輸入端與直流電源的輸出端相連，輸出端與逆變裝置的輸入端相連。逆變裝置帶動電動機工作，需要緊急停機時，由能耗電路快速消耗轉移電動機的儲能或外加位勢能。能耗電路中，電阻直接耗電，高頻變壓器儲存磁能，直流風扇消耗能量，制動時儲能電路不影響耗能電路，實現快速能耗制動。下面詳述其各部分具體電路結構。本實施例中，儲能裝置I為大電容儲能，包括第一電解電容El，所述第一電解電容正極與直流電源的輸入正極Pl相連，其負極與直流電源的輸入負極NI相連；本實施例中，能耗電路2為電阻能耗、直流風扇耗能電路，包括兩個MOSFET SI和S2、兩個電容Cl和E2、三個電阻Rl R3、三個二極管Dl D3、一個高頻變壓器Tl、一個穩壓二極管ZDl和一個直流散熱風扇Fl，其中，所述第一MOSFET SI的漏極與直流電源的輸入正極Pl相連，其源極與所述的第二節點02相連；所述的第一電阻Rl與第一二級管Dl并聯，兩端分別連接第二節點02與第三節點03 ;所述高頻變壓器Tl原邊兩端分別連接第三節點03與第七節點07 ;所述第一交流電容Cl與第二電阻R2并聯，兩端連接第三節點03與第四節點04 ;所述第二二極管D2與第二電阻R2串聯，第二二極管D2陰極連接第四節點04，陽極連接第七節點07 ;所述高頻變壓器Tl副邊異名端與所述的第三二極管D3串聯，陰極連接第五節點05 ;所述的第二電解電容E2、第三電阻R3、穩壓二極管ZDl與直流散熱風扇Fl并聯，兩端分別連接第五節點05與第六節點06 ;第二 MOSFET S2的漏極與第七節點07相連，源極與第八節點08相連；第一節點01為所述直流電源的輸入正極Pl，所述第二節點02為所述第一 MOSFETSI的源極與所述第一電阻Rl的連接點，所述第三節點03為所述第一電阻Rl與所述高頻變壓器Tl原邊同名端的連接點，所述第四節點04為所述第二電阻R2與所述第二二極管D2陰極的連接點，所述第五節點05為所述第三二極管D3陰極與所述第二電解電容E2的連接點，所述第六節點06為所述高頻變壓器Tl副邊同名端，所述第七節點07為所述第二二極管D2與所述第二 MOSFET S2的連接點，所述第八節點08為所述直流電源的輸入負極NI ；本實施例中，所述逆變裝置為相應功率等級的電壓源逆變器。本實施例中，儲能裝置為包含多個接入端口的蓄電池或大電容。具體地，在本實施例中，所采用的各個器件的參數如下:第一交流電容的電容值為2 μ F，耐壓為600V，第一電解電容的電容值為680 μ F，耐壓為400V，第二電解電容的電容值為470 μ F，耐壓為100V。第一電阻的電阻值為33 Ω，功率為IOW ;第二電阻的電阻值為15 0，功率為2胃；第三電阻的電阻值為IOk Ω，功率為1.0W。兩個MOSFET的參數為耐流25A/100。C，耐壓為500V。三個二極管的型號為1N4148。高頻變壓器變比為100:10，功率為20W。穩壓二極管為穩壓24V，功率為21在具體使用中，所述兩個MOSFET S1、S2的門極接受PWM脈沖控制信號，第一MOSFET SI通態時，第二MOSFET S2關斷，逆變裝置正常運行，帶動電動機工作；第一MOSFETSI斷態時，第二MOSFET S2采用一定占空比PWM進行斬波，導通時，通過功率第一電阻R1、高頻變壓器Tl原邊建立電流，高頻變壓器Tl儲存磁能，第一電阻Rl耗能實現快速制動。第二MOSFET S2關斷時，高頻變壓器T2副邊感應電壓，通過第三二極管D3為第二電解電容E2充電，同時為直流風扇Fl供電，直流風扇Fl運行和耗能，為功率器件等發熱元件散熱。第三電阻R3為假負載電阻。穩壓二極管ZDl起到限壓作用，防止直流風扇Fl過壓燒毀。第二電阻R2、第一交流電容Cl與第二二極管D2起動限制高頻變壓器Tl原邊感應電壓過高的鉗位作用和磁路復位作用。通過上述方式，本發明有正常工作、快速制動兩種工作方式。本發明采用能耗制動方式使電動機快速停車，其電路結構簡單、控制簡便、散熱快、損耗小，適用于工業縫紉機(500W)、數控機床(5.0kff)等需要快速定位的變頻器應用場合，且具有設計結構新穎、通用性強、成本低廉等優點。以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。
權利要求
1.一種電動機制動裝置，其特征在于，包括儲能裝置，能耗電路以及逆變裝置；其中儲能裝置分別與直流電源的輸出端和能耗電路的輸入端相連，能耗電路的輸出端與逆變裝置的輸入端相連； 所述儲能裝置為大電容儲能，包括第一電解電容，所述第一電解電容正極與直流電源的輸入正極相連，其負極與直流電源的輸入負極相連； 所述能耗電路為電阻電容能耗電路，包括兩個MOSFET、第一交流電容、第二電解電容、三個電阻、三個二極管、一個高頻變壓器、一個穩壓二極管和一個直流散熱風扇，其中 第一MOSFET的漏極與直流電源的輸入正極相連，其源極與第二節點相連；所述的第一電阻與第一二級管并聯，兩端分別連接第二節點與第三節點；所述高頻變壓器原邊兩端分別連接第三節點與第七節點；所述第一交流電容與第二電阻并聯，兩端連接第三節點與第四節點；所述第二二極管與所述第二電阻串聯，第二二極管陰極連接第四節點，陽極連接第七節點；所述高頻變壓器副邊異名端與所述的第三二極管串聯，陰極連接第五節點；所述的第二電解電容、第三電阻、穩壓二極管與直流散熱風扇并聯，兩端分別連接第五節點與第六節點；第二 MOSFET的漏極與第七節點相連，源極與第八節點相連； 其中，所述第二節 點為所述第一 MOSFET的源極與所述第一電阻的連接點，所述第三節點為所述第一電阻與所述高頻變壓器原邊同名端的連接點，所述第四節點為所述第二電阻與所述第二二極管陰極的連接點，所述第五節點為所述第三二極管陰極與所述第二電解電容陽極的連接點，所述第六節點為所述高頻變壓器副邊同名端，所述第七節點為所述第二二極管與所述第二 MOSFET的連接點，所述第八節點為所述直流電源的輸入負極。
2.根據權利要求1所述的一種電動機制動裝置，其特征在于，所述兩個MOSFET的門極接受PWM脈沖控制信號，第一 MOSFET通態時，第二 MOSFET關斷，逆變裝置正常運行，帶動電動機工作；當需要制動時，第一 MOSFET斷態時，第二 MOSFET采用一定占空比PWM進行斬波，導通時，通過功率第一電阻、高頻變壓器原邊建立電流，高頻變壓器儲存磁能，第一電阻耗能實現快速制動，占空比越大，制動越快；第二 MOSFET關斷時，高頻變壓器副邊感應電壓，通過第三二極管為第二電解電容充電，同時為直流風扇供電，直流風扇運行和耗能，為功率器件等發熱元件散熱；第三電阻為假負載電阻，穩壓二極管起到限壓作用，防止直流風扇過壓燒毀；第二電阻、第一交流電容與第二二極管起動限制高頻變壓器原邊感應電壓過高的鉗位作用和磁路復位作用。
3.根據權利要求1或2所述的一種電動機制動裝置，其特征在于，所述第一交流電容的電容值為2 μ F，耐壓為600V，第一電解電容的電容值為680 μ F，耐壓為400V，第二電解電容的電容值為470 μ F，耐壓為100V。
4.根據權利要求3所述的一種電動機制動裝置，其特征在于，所述第一電阻的電阻值為33Ω，功率為IOW ;第二電阻的電阻值為15Ω，功率為2W;第三電阻的電阻值為IOkQJjj率為1.0ff0
5.根據權利要求4所述的一種電動機制動裝置，其特征在于，所述兩個MOSFET的參數為耐流25A/100。C，耐壓為500V。
6.根據權利要求4所述的一種電動機制動裝置，其特征在于，所述三個二極管的型號為 1N4148。
7.根據權利要求4所述的一種電動機制動裝置，其特征在于，所述高頻變壓器變比為100:10，功率為 20ffo
8.根據權利要求4所述的一種電動機制動裝置，其特征在于，所述穩壓二極管為穩壓24V,功率為2W。
9.根據權利要求1所述的一種電動機制動裝置，其特征在于，所述逆變裝置為相應功率等級的電壓源 逆變器。
全文摘要
本發明提供了一種電動機制動裝置，包括一個儲能裝置、一個能耗電路和一個逆變裝置。所述儲能裝置兩端與直流電源正負極相連，能耗電路輸入端與所述儲能裝置相連，輸出端與所述逆變裝置輸入端相連。所述能耗電路為電阻和風扇能耗電路，包括兩個MOSFET、第一交流電容、第二電解電容、三個電阻、三個二極管、一個高頻變壓器、一個穩壓二極管和一個直流散熱風扇。本發明使電動機更加快速和頻繁停車，電路結構簡單、控制簡便、散熱快、損耗小，適用于變頻器供電的工業縫紉機、數控機床等需要快速定位的應用場合，且具有設計結構新穎、通用性強、成本低廉等優點。
文檔編號H02P3/08GK103199770SQ20131009098
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月20日 優先權日2013年3月20日
發明者王男, 陸飛, 楊喜軍 申請人:上海交通大學