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实现电机快速能耗 制动的电路

阅读：53发布：2020-05-17

专利汇可以提供实现电机快速能耗制动的电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开一种实现电机快速能耗制动的电路，包括储能装置、能耗电路和逆变装置。所述储能装置两端与直流电源正负极相连的相连，能耗电路输入端与所述储能装置相连，能耗电路输出端与所述逆变装置输入端相连。所述能耗电路为由电阻电容构成的能耗电路，包括一个MOSFET、第二电解电容、两个电阻和一个IGBT。本发明采用能耗制动方式使电动机快速停车，其电路结构简单、控制简便、散热快、损耗小，适用于采用变频器供电的工业缝纫机（500W）、数控机床（5.0kW）等需要快速定位的应用场合，且具有设计结构新颖、通用性强、成本低廉等优点。，下面是实现电机快速能耗制动的电路专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种实现电机快速能耗制动的电路，其特征在于，包括储能装置，能耗电路以及逆变装置，其中储能装置分别与直流电源的输出端和能耗电路的输入端相连，能耗电路的输出端与逆变装置的输入端相连；
所述储能装置为大电容储能，包括第一电解电容，所述第一电解电容正极与直流电源的输入正极相连，其负极与直流电源的输入负极相连；
所述能耗电路为电阻电容能耗电路，包括一个MOSFET、第二电解电容、两个电阻和一个IGBT，其中，所述MOSFET的漏极与直流电源的输入正极相连，其源极与第二节点相连；所述第二电解电容与第一电阻并联，两端分别连接第二节点与第三节点；串联第二电阻两端分别连接第三节点与第四节点；所述IGBT的集电极与第四节点相连，发射极与第五节点相连；
其中，所述第二节点为所述MOSFET的源极与所述第二电解电容的连接点，所述第三节点为所述第二电解电容与所述第二电阻的连接点，所述第四节点为所述第二电阻与所述IGBT的连接点，所述第五节点为所述直流电源的输入负极；
所述MOSFET与IGBT的门极接受PWM脉冲控制信号，MOSFET导通时，IGBT关断，逆变装置正常运行，带动电机工作；MOSFET断态时，IGBT采用一定占空比的PWM进行斩波，通过第二电阻给第二电解电容充电，同时第二电解电容向第一电阻放电，当驱动IGBT的PWM脉冲的占空比小时，实现常规能耗制动，当驱动IGBT的PWM脉冲的占空比大时，实现快速能耗制动，当第二节点的电压大于第一电解电容正极的电压时，与MOSFET反并联的二极管导通，将多余能量转移到第一电解电容，限制直流电压升高，起到制动作用，同时防止储能装置的能量流向能耗电路，影响制动快速性；此外，在IGBT关断时间，第二电解电容通过第一电阻放电，储能复位，不影响下一次制动过程。
2.根据权利要求1所述的实现电机快速能耗制动的电路，其特征在于，所述第一电解电容的电容值为680μF，耐压为400V。
3.根据权利要求2所述的实现电机快速能耗制动的电路，其特征在于，所述第一电阻的电阻值为68Ω，功率为50W；第二电阻的电阻值为33Ω，功率为50W。
4.根据权利要求2所述的实现电机快速能耗制动的电路，其特征在于，所述IGBT的参数为耐流25A/100℃，耐压为600V；MOSFET的参数为耐流20A/100℃，耐压为500V。
5.根据权利要求2所述的实现电机快速能耗制动的电路，其特征在于，所述第二电解电容的电容值为470μF，耐压为100V。
6.根据权利要求1所述的实现电机快速能耗制动的电路，其特征在于，所述逆变装置为相应功率等级的电压源逆变器。

说明书全文

实现电机快速能耗 制动的电路

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电力电子技术领域的快速制动技术，具体地，涉及一种实现电机快速能耗制动的电路。

背景技术

[0002] 快速制动技术是工业应用技术的重要组成部分。随着某些工业领域的迅猛发展，如单相交流电源供电的工业缝纫机（500W）、数控机床（5.0kW以下）等需要快速定位的电力电子变换器，对于使得电动机快速准确停车的快速制动技术的要求越来越高。因此，散热快，能耗小，控制策略简单的快速制动电路符合快速制动技术的发展要求，具有良好的应用前景。

[0003] 快速制动方案有很多种，目前比较常用的为能耗制动方案，在变频器的直流回路设置功率电阻与功率开关串联，在制动时通过控制功率开关的占空比，使得功率电阻耗能，转移电动机制动时回馈的能量，实施制动。这种制动方式，是耗能方式，制动的快速效果尚有不足。

[0004] 经过对现有适合快速制动技术的检索发现，文章《一种无刷直流电动机快速制动准确定位控制方案的设计》（《工矿自动化》，2010第9期）中描述的在电动机刹车制动时，使电动机电源短接，使电动机内产生一个与惯性旋转方向相反的旋转磁场，使电动机快速制动。该方法控制复杂、成本较高，制动能量消耗在电动机内部，不适合频繁制动的应用场合。原有的其它能耗制动方式中，制动时直流回路电压不能低于电网电压的峰值，否则制动回路需要释放电动机的回馈能量同时，还要释放来自电源的能量，造成制动深度不够的情况。

[0005] 为此需要采用新的快速制动技术，以便于简化结构、简化控制、降低成本和提高制动性能。

发明内容

[0006] 有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种实现电机快速能耗制动的电路，能够实现快速能耗制动，具有结构简单、控制简便、成本低廉等优点。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供了一种实现电机快速能耗制动的电路，包括储能装置，能耗电路与逆变装置。所述储能装置两端与直流电源正负极相连的相连，能耗电路输入端与所述储能装置相连，能耗电路输出端与所述逆变装置输入端相连。

[0008] 所述能耗电路为电阻电容能耗电路，包括一个MOSFET、一个电解电容、两个电阻和一个IGBT，其中，所述MOSFET的漏极与直流电源的输入正极相连，其源极与所述的第二节点相连；所述的电解电容与第一电阻并联，两端分别连接第二节点与第三节点；串联第二电阻两端分别连接第三节点与第四节点；所述IGBT的集电极与第四节点相连，发射极与第五节点相连；

[0009] 其中，所述第二节点为所述MOSFET的源极与所述电解电容的连接点，所述第三节点为所述电解电容与所述第二电阻的连接点，所述第四节点为所述第二电阻与所述IGBT的连接点，所述第五节点为所述直流电源的输入负极；

[0010] 所述逆变装置为相应功率等级的电压源逆变装置。

[0011] 本发明中，所述MOSFET与IGBT的门极接受PWM脉冲控制信号，MOSFET导通时，IGBT关断，逆变装置正常运行，带动电机工作；MOSFET断态时，IGBT采用一定占空比PWM进行斩波，通过第二电阻给第二电解电容充电，第二电解电容充电的容值足够大，同时第二电解电容向第一电阻放电，当IGBT的占空比较小时，实现常规能耗制动，当IGBT的占空比较大时，实现快速能耗制，当制动能量相当高时，与MOSFET反并联的二极管导通，将多余能量转移到第一电解电容，限制直流电压升高，起到制动作用，同时防止储能装置的能量流向耗能电路，影响制动快速性。此外，在IGBT关断时间，第二电解电容通过第一电阻放电，储能复位，不影响下一次制动过程。

[0012] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

[0013] 本发明利用电阻与电容充放电的能耗制动原理，实现电机的快速制动，其电路结构简单、控制简便、安全性好，符合快速制动要求，且具有设计结构新颖、通用性强、成本低廉等优点。附图说明

[0014] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0015] 图1为本发明的实现电机快速能耗制动的电路原理图。

具体实施方式

[0016] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变型和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0017] 如图1所示，一种实现电机快速能耗制动的电路，包括一个储能电路，一个能耗电路和一个逆变装置，其中，储能电路与能耗电路并联，能耗电路的输入端与直流电源的输出端相连，能耗电路的输出端与逆变装置的输入端相连。逆变装置带动电动机工作，需要紧急停机时，由能耗电路快速消耗转移电动机的储能或外加位势能。能耗电路中对电容进行充电，吸收能量通过电阻放电，实现能耗制动。

[0018] 下面详述其具体电路结构。

[0019] 储能电路1为大电容储能，包括第一电解电容E1，所述第一电解电容正极与直流电源的输入正极P1相连，其负极与直流电源的输入负极N1相连；

[0020] 能耗电路2为电阻电容能耗电路，包括一个MOSFET S1、第二电解电容E2、两个电阻R1、R2和一个IGBT S2，其中，所述MOSFET S1的漏极与直流电源的输入正极P1相连，其源极与所述的第二节点O2相连；所述的第二电解电容E2与第一电阻R1并联，两端分别连接第二节点O2与第三节点O3；串联第二电阻R2两端分别连接第三节点O3与第四节点O4；IGBT S2的集电极与第四节点O4相连，其发射极与第五节点O5相连；

[0021] 其中，第一节点O1为所述直流电源的输入正极P1，所述第二节点O2为所述MOSFET S1的漏极与所述第一电解电容E1的连接点，所述第三节点O3为所述第二电解电容E2与所述第二电阻R2的连接点，所述第四节点O4为所述第二电阻R2与所述IGBT S2的连接点，所述第五节点O5为所述直流电源的输入负极N1；

[0022] 所述逆变装置为相应功率等级的电压源逆变器。

[0023] 所述储能装置为包含大电容，也可以为蓄电池组。

[0024] 具体地，在本发明中，所采用的各个器件的参数如下：

[0025] 第一电解电容E1的电容值为680μF，耐压为400V。第二电解电容E2的电容值为68μF，耐压为400V。

[0026] 第一电阻的电阻值为68Ω，功率为50W。第二电阻的电阻值为33Ω，功率为50W。

[0027] IGBT的参数为耐流25A/100°C，耐压为600V。MOSFET的参数为耐流20A/100°C，耐压为500V。

[0028] 在具体使用中，MOSFET和IGBT门极接收PWM脉冲控制信号，并按如下方式工作：电动机正常运行时，MOSFET S1处于导通，MOSFET S1断态时，IGBT S2采用一定占空比PWM进行斩波，通过第二电阻给第二电解电容充电，第二电解电容E2充电的容值足够大，同时第二电解电容E2向第一电阻R1放电，当IGBT S2的占空比较小时，实现常规能耗制动，当IGBT S2的占空比较大时，实现快速能耗制，当制动能量相当高时，与MOSFET S1反并联的二极管导通，将多余能量转移到第一电解电容E1，限制直流电压升高，起到制动作用，同时防止储能装置1的能量流向耗能电路2，影响制动快速性。此外，在IGBT S2关断时间，第二电解电容E2通过第一电阻R1放电，储能复位，不影响下一次制动过程。

[0029] 通过上述方式，本发明有正常工作、常规制动、快速制动三种工作方式，通过调节电解电容E2的容值也可以调节制动的速度。

[0030] 本发明采用能耗制动方式使电动机快速停车，其电路结构简单、控制简便、散热快、损耗小，适用于工业缝纫机（500W）、数控机床（5.0kW以下）等需要快速定位的电路电子变换器应用，且具有设计结构新颖、通用性强、成本低廉等优点。

[0031] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

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