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一种使电动机快速准确停车的制动装置

阅读：1025发布：2020-06-29

专利汇可以提供一种使电动机快速准确停车的制动装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种使电动机快速准确停车的制动装置，包括储能装置、能耗电路和逆变装置。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。能耗电路包括二个MOSFET、一个电解电容、两个电阻、一个齐纳二极管和一个散热风扇。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、数控机床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。，下面是一种使电动机快速准确停车的制动装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种使电动机快速准确停车的制动装置，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，包括二个MOSFET、第二电解电容、两个电阻、一个齐纳二极管和一个散热风扇，其中，第一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；第一电阻两端分别连接第二节点与第三节点；所述的第二电解电容、第二电阻、齐纳二极管与散热风扇并联，两端分别连接第三节点与第四节点；第二MOSFET的漏极与第四节点相连，源极与第五节点相连；
其中，所述第二节点为所述第一MOSFET的源极与所述第一电阻的连接点，所述第三节点为所述第一电阻与所述第二电解电容的连接点，所述第四节点为所述第二电解电容与所述第二MOSFET的连接点，所述第五节点为所述直流电源的输入负极；
所述第一MOSFET与第二MOSFET的门极接受PWM脉冲控制信号，第一MOSFET通态时，第二MOSFET关断，逆变装置正常运行，带动电动机工作；第一MOSFET断态时，第二MOSFET采用一定占空比的PWM进行斩波，通过第一电阻给第二电解电容充电，实现能耗制动，同时第二电解电容向第二电阻放电，同时，直流风扇得电运行，为发热器件散热，这种散热为间歇散热，只发生在能耗制动期间；齐纳二极管起到限压作用，防止直流风扇过压烧毁；当第二MOSFET支路制动效果不足时，与第一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。
2.根据权利要求1所述的使电动机快速准确停车的制动装置，其特征在于，所述第一电解电容的电容值为680μF，耐压为400V，第二电解电容的电容值为470μF，耐压为50V。
3.根据权利要求2所述的使电动机快速准确停车的制动装置，其特征在于，所述第一电阻、第二电阻的电阻值均为47Ω，功率均为50W。
4.根据权利要求2所述的使电动机快速准确停车的制动装置，其特征在于，所述第二MOSFET和第一MOSFET的参数为耐流25A/100℃，耐压为500V。
5.根据权利要求2所述的使电动机快速准确停车的制动装置，其特征在于，所述齐纳二极管为稳压24V，功率为5W。
6.根据权利要求1所述的使电动机快速准确停车的制动装置，其特征在于，所述逆变装置为相应功率等级的电压源逆变装置。

说明书全文

一种使电动机快速准确停车的制动装置

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，涉及一种使电动机快速准确停车的制动装置。

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、降低成本和提高控制性能。

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使电动机快速准确停车的制动装置，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，本发明提供了一种使电动机快速准确停车的制动装置，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。

[0008] 所述能耗电路为电阻电容能耗电路，包括二个MOSFET、一个电解电容、两个电阻、一个齐纳二极管和一个散热风扇，其中，所述第一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；所述的第一电阻两端分别连接第二节点与第三节点；所述的第二电解电容、第二电阻、第一齐纳二极管与散热风扇并联，两端分别连接第三节点与第四节点；第二MOSFET的漏极与第四节点相连，源极与第五节点相连；

[0009] 其中，所述第二节点为所述第一MOSFET的源极与所述第一电阻的连接点，所述第三节点为所述第一电阻与所述第二电解电容的连接点，所述第四节点为所述第二电解电容与所述第二MOSFET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器。

[0011] 本发明中，所述第一MOSFET与第二MOSFET的门极接受PWM脉冲控制信号，第一MOSFET通态时，第二MOSFET关断，逆变装置正常运行，带动电动机工作；第一MOSFET断态时，第二MOSFET采用一定占空比PWM进行斩波，通过第一电阻给第二电解电容充电，实现能耗制动，同时第二电解电容向第二电阻放电，同时，直流风扇得电运行，为功率器件、两个电阻或电路中的其他发热器件散热，这种散热为间歇散热，只发生在能耗制动期间；齐纳二极管起到限压作用，防止直流风扇过压烧毁；当第二MOSFET支路制动效果不足时，与第一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。鉴于电解电容的取值较大，只要第二MOSFET的占空比较大，就可以短时间将电动机的制动能量转移到电解电容，供第二电阻散热和散热风扇耗能和散热，由此通过调节第二电解电容的容值和第二MOSFET的占空比，就可以实现快速制动和可调制动。

[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，实现电动机的快速制动，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为本发明的使电动机快速准确停车的制动装置原理图。

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，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0017] 如图1所示，一种使电动机快速准确停车的制动装置，包括一个储能装置，一个能耗电路和一个逆变装置，其中，储能装置与能耗电路并联，电路的输入端与直流电源的输出端相连，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，吸收能量并通过电阻放电，实现快速能耗制动。

[0018] 下面详述其具体电路结构。

[0019] 储能装置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，包括第一MOSFET S1、一个电解电容E2、两个电阻R1与R2、第二MOSFET S2、一个齐纳二极管ZD1和一个散热风扇F1，其中，所述第一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；所述的第一电阻R1两端分别连接第二节点O2与第三节点O3；所述的第二电解电容E2、第二电阻R2、第一齐纳二极管ZD1与散热风扇F1并联，两端分别连接第三节点O3与第四节点O4；第二MOSFETS2的漏极与第四节点O4相连，源极与第五节点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为所述第一MOSFET的源极与所述第一电阻R1的连接点，所述第三节点O3为所述第一电阻R1与所述第二电解电容E2的连接点，所述第四节点O4为所述第二电解电容E2与所述第二MOSFET 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] 储能装置为包含多个接入端口的蓄电池或大电容。

[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470μF，耐压为50V。

[0026] 第一电阻的电阻值为47Ω，功率为50W。第二电阻的电阻值为47Ω，功率为50W。

[0027] 第二MOSFET S2为功率MOSFET，耐流25A/100°C，耐压500V；第一MOSFET S1，耐流25A/100°C，耐压500V。

[0028] 齐纳二极管ZD1为稳压24V，功率为5W。

[0029] 在具体使用中，所述第一MOSFET S1与第二MOSFET S2的门极接受PWM脉冲控制信号，第一MOSFET S1通态时，第二MOSFET S2关断，逆变装置正常运行，带动电动机工作；第一MOSFET S1断态时，第二MOSFET S2采用一定占空比PWM进行斩波，通过第一电阻R1给第二电解电容E2充电，同时第二电解电容E2向第二电阻R2放电实现常规能耗制动，同时，直流风扇F1得电运行，为功率器件，两个电阻或电路中的其他发热器件散热，这种散热为间歇散热，只发生在能耗制动期间，只要第二电解电容存储能量，第二电阻R2和直流风扇F1就能耗能，在不制动期间，起到复位作用；齐纳二极管ZD1起到限压作用，防止直流风扇F1过压烧毁；当第二MOSFET S2支路制动效果不足时，与第一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。

[0030] 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。

[0031] 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。

[0032] 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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