專利名稱：一種工業(yè)縫紉機(jī)電動(dòng)控制系統(tǒng)電能回饋裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種能將電能反饋給電網(wǎng)的裝置，尤其是涉及一種工業(yè)縫紉機(jī)電動(dòng)控制系統(tǒng)電能回饋裝置。
背景技術(shù)：
在工業(yè)縫紉機(jī)伺服控制器的使用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)有從高速到低速、從高速到停止的工作過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，負(fù)載拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比伺服控制器輸出頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速還要高，此時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)中所儲(chǔ)存的機(jī)械能經(jīng)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，因而電機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)。目前，通常通過(guò)制動(dòng)電阻單元能耗和直流能耗對(duì)此部分電能進(jìn)行處理。其中，制動(dòng)電阻單元能耗是在電機(jī)從高速到低速運(yùn)動(dòng)或從高速到停止時(shí)，利用設(shè)置在直流回路中的制動(dòng)電阻吸收電機(jī)的再生電能；而直流能耗是利用電機(jī)的轉(zhuǎn)子電路吸收電機(jī)的再生電能，上述兩種方式對(duì)電機(jī)的再生電能造成了很大的浪費(fèi)，而且產(chǎn)生大量熱量，給環(huán)境帶來(lái)很大污染。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種工業(yè)縫紉機(jī)電動(dòng)控制系統(tǒng)電能回饋裝置，其結(jié)構(gòu)合理、安全可靠且使用操作簡(jiǎn)便，能將電動(dòng)控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能及時(shí)回饋電網(wǎng)進(jìn)行再次利用。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種工業(yè)縫紉機(jī)電動(dòng)控制系統(tǒng)電能回饋裝置，包括電網(wǎng)、所述工業(yè)縫紉機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制器以及由控制器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的逆變模塊一和逆變模塊二，所述電網(wǎng)經(jīng)整流濾波電路后與逆變模塊二相接，所述逆變模塊二與電機(jī)相接；所述整流濾波電路和逆變模塊二之間的直流側(cè)母線上并接有母線電容，所述母線電容并接在逆變回饋電能用的逆變模塊一上，所述逆變模塊一接電網(wǎng)，其特征在于所述母線電容和逆變模塊一間串接有電流檢測(cè)電路一，所述逆變模塊二和電機(jī)間串接有電流檢測(cè)電路二，所述電流檢測(cè)電路一和電流檢測(cè)電路二均接控制器；所述電機(jī)上安裝有光電編碼器，所述光電編碼器接控制器。
所述控制器為主控CPU，其分別通過(guò)PWM模塊對(duì)逆變模塊一和逆變模塊二進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；所述逆變模塊一和逆變模塊二均為由三相絕緣柵晶體管IGBT組成的三相逆變模塊。
所述逆變模塊二為IPM模塊，所述IPM模塊和PWM模塊間接有光耦驅(qū)動(dòng)電路。
所述母線電容和逆變模塊一間還串接有正向?qū)ǖ亩O管。
所述逆變模塊一和電網(wǎng)間串接有電抗器。
所述電流檢測(cè)電路一和電流檢測(cè)電路二均為電流傳感器。
所述電流檢測(cè)電路二經(jīng)限幅濾波電路后接控制器。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)，1、結(jié)構(gòu)合理且使用操作簡(jiǎn)便；2、安全可靠，通過(guò)電流檢測(cè)電路一和電流檢測(cè)電路二實(shí)時(shí)對(duì)各自所處回路中的電流進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，二者同時(shí)將所檢測(cè)到的電流信號(hào)傳送至控制器，控制器相應(yīng)對(duì)逆變模塊一和逆變模塊作出控制；3、實(shí)用性強(qiáng)，能將工業(yè)縫紉機(jī)電動(dòng)控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能及時(shí)回饋電網(wǎng)進(jìn)行再次利用，節(jié)能效果好，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步節(jié)能6％～10％?？傊?，本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在電能浪費(fèi)問(wèn)題及環(huán)境污染問(wèn)題，使節(jié)能控制器電網(wǎng)側(cè)變流器成為可逆的，及時(shí)將再生電能就地回收到電網(wǎng)，從而達(dá)到了節(jié)能的效果。另外使用了良好的控制電路設(shè)計(jì)和適當(dāng)?shù)臑V波裝置，保證了回收的電能完全符合國(guó)家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。
下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為逆變模塊二、電機(jī)以及母線電容的電路原理圖。
圖3為逆變模塊一及其外圍電路的電路原理圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明 1-控制器； 2-I/O接口；3-PWM模塊； 4-控制鍵盤； 5-顯示器； 6-逆變模塊一； 7-逆變模塊二； 8-電機(jī)； 9-光電編碼器； 11-母線電容； 12-電網(wǎng)； 13-整流濾波電路； 14-光耦驅(qū)動(dòng)電路； 15-限幅濾波電路； 16-二極管； 17-電抗器；18-A/D轉(zhuǎn)換模塊。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型包括電網(wǎng)12、工業(yè)縫紉機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8、控制器1以及由控制器1進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的逆變模塊一6和逆變模塊二7。其中，電網(wǎng)12經(jīng)整流濾波電路13后與逆變模塊二7相接，并且整流濾波電路13和逆變模塊二7之間的直流側(cè)母線上并接有母線電容11即電容C，所述母線電容11并接逆變回饋電能用的逆變模塊一6上，而逆變模塊一6接電網(wǎng)12。另外，逆變模塊二7與工業(yè)縫紉機(jī)的電機(jī)8相接，電機(jī)8上安裝有光電編碼器9，并且所述光電編碼器9接控制器1。同時(shí)，所述母線電容11和逆變模塊一6間還串接有正向?qū)ǖ亩O管16，且逆變模塊一6和電網(wǎng)12間串接有電抗器17。
結(jié)合圖2、圖3，所述控制器1為主控CPU，其分別通過(guò)PWM模塊3對(duì)逆變模塊一6和逆變模塊二7進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所述逆變模塊一6和逆變模塊二7均為由三相絕緣柵晶體管I GBT組成的三相逆變模塊，即逆變模塊一6由T1-T6六個(gè)絕緣柵晶體管IGBT連接組成，逆變模塊二7由D1-D6六個(gè)絕緣柵晶體管IGBT連接組成。上述絕緣柵晶體管IGBT均由由一個(gè)功率開關(guān)器件和一個(gè)續(xù)流二極管組成，在工業(yè)縫紉機(jī)電動(dòng)控制系統(tǒng)的回饋制動(dòng)期間，上述六個(gè)絕緣柵晶體管均采用兩兩導(dǎo)通方式，每一時(shí)間段都有2個(gè)功率管導(dǎo)通，并且每1/6個(gè)周期換相一次，且作為脈寬調(diào)制PWM進(jìn)行運(yùn)行。在一個(gè)PWM周期內(nèi)，當(dāng)工業(yè)縫紉機(jī)由高速到低速，或者是由高速到停止時(shí)，電機(jī)8的定子繞阻電感放電，從而進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，并且所述電機(jī)8利用升壓斬波的原理進(jìn)行發(fā)電反饋。
并且，逆變模塊7為IPM模塊，IPM模塊和PWM模塊3間還接有光耦驅(qū)動(dòng)電路14，也就是說(shuō)，控制器1通過(guò)PWM模塊3和光耦驅(qū)動(dòng)電路14對(duì)逆變模塊二7進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。其中一個(gè)PWM模塊3為主控CPU內(nèi)部集成的模塊，另一個(gè)PWM模塊3另外連接的一個(gè)外置的模塊；本具體實(shí)施方式
中，對(duì)逆變模塊二7進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的PWM模塊3為主控CPU的內(nèi)部集成模塊，而對(duì)逆變模塊一6進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的PWM模塊3為主控CPU的外置模塊。而控制器1外還設(shè)置有控制鍵盤4和顯示器5，其控制鍵盤4和顯示器5均與控制器1的I/O接口2相接。
圖3中，逆變模塊一6的輸入端通過(guò)兩個(gè)二極管D1和D2接直流側(cè)Z、L端，以保證在回饋制動(dòng)期間，回饋的電能在逆變模塊二7-＞逆變模塊一6-＞電網(wǎng)12方向上的單向流動(dòng)。而C3、C4為濾波電解電容，R4、R5分別為C3、C4的均壓電阻；R5為電容C充電的限流電阻，其通過(guò)繼電器JP1來(lái)進(jìn)行切除。而在逆變模塊一6和電網(wǎng)12間串接的電抗器17即三個(gè)電抗器L1-L3的作用是平衡電壓差，限流及濾波。
另外，母線電容11和逆變模塊一6還間串接有電流檢測(cè)電路一，而逆變模塊二7和電機(jī)8間同樣串接有電流檢測(cè)電路二，電流檢測(cè)電路一和電流檢測(cè)電路二均接控制器1，并且電流檢測(cè)電路一和電流檢測(cè)電路二均為電流傳感器10。其中，電流檢測(cè)電路一所檢測(cè)的電流信號(hào)輸至控制器1的A/D轉(zhuǎn)換模塊18，其電流傳感器10用以檢測(cè)回饋電流，為實(shí)現(xiàn)回饋電流控制提供準(zhǔn)確的信號(hào)；同時(shí)，在回饋制動(dòng)中，合理控制回饋電流大小也至關(guān)重要，回饋電流的大小必須滿足能量回饋功率的要求，如果系統(tǒng)回饋功率小于電機(jī)8在發(fā)電狀態(tài)時(shí)的輸出功率，那么直流母線電壓就會(huì)繼續(xù)升高，而由于電網(wǎng)12的電壓是一定的，那么系統(tǒng)回饋功率的大小是由回饋電流的大小決定的；另外，回饋電流的大小也必須控制在所使用的絕緣柵晶體管IGBT的額定范圍內(nèi)。而電流檢測(cè)電路二經(jīng)限幅濾波電路15后接控制器1，即電流檢測(cè)電路二所檢測(cè)的電流信號(hào)經(jīng)限幅濾波電路15后，輸至控制器1的A/D轉(zhuǎn)換模塊18，電流檢測(cè)電路二實(shí)時(shí)對(duì)電機(jī)8上的電流進(jìn)行檢測(cè)。
本實(shí)用新型的工作過(guò)程是在工業(yè)縫紉機(jī)電動(dòng)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程中，由電流檢測(cè)電路一和電流檢測(cè)電路二實(shí)時(shí)對(duì)各自所處回路中的電流進(jìn)行檢測(cè)，并將所檢測(cè)的電流信號(hào)均傳送至控制器1。同時(shí)，由控制器1對(duì)逆變模塊一6和逆變模塊二7進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，當(dāng)電機(jī)8工作在電動(dòng)狀態(tài)下時(shí)，逆變模塊一6處于關(guān)斷狀態(tài)，逆變模塊二7即IPM模塊作為電機(jī)8的驅(qū)動(dòng)單元，對(duì)電機(jī)8進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；而當(dāng)電機(jī)8處于再生發(fā)電狀態(tài)時(shí)，逆變模塊二7則用以逆變回饋，通過(guò)IPM模塊中的絕緣柵晶體管IGBT中反并聯(lián)的續(xù)流進(jìn)行二極管整流，將電機(jī)8所產(chǎn)生的電能由電機(jī)側(cè)回饋到直流側(cè)即Z、L側(cè)，之后將整流電壓加在母線電容11上，如果發(fā)電功率較大時(shí)，母線電容11兩端的母線電壓就會(huì)上升，當(dāng)直流母線電壓繼續(xù)升高并超過(guò)啟動(dòng)逆變模塊一6的工作電壓時(shí)，控制器1驅(qū)動(dòng)逆變模塊一6開始工作，將電能從直流側(cè)回饋到電網(wǎng)12，當(dāng)直流母線電壓下降到關(guān)閉逆變模塊一6的工作電壓時(shí)，逆變模塊一6又回復(fù)到關(guān)閉狀態(tài)；其中，電流檢測(cè)電路一所檢測(cè)的回饋電流信號(hào)，能相應(yīng)反應(yīng)出母線電容11兩端的母線電壓。在進(jìn)入回饋制動(dòng)期間后，電機(jī)8所產(chǎn)生的電能沿逆變模塊二7-＞逆變模塊一6-＞電網(wǎng)12的單向方向回饋。同時(shí)，光電編碼器9實(shí)時(shí)反映電機(jī)8的速度，而電流檢測(cè)電路二實(shí)時(shí)對(duì)電機(jī)8上的電流進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)顯示器5實(shí)時(shí)對(duì)電流檢測(cè)電路一和電流檢測(cè)電路二所檢測(cè)的電流值進(jìn)行顯示。
總之，當(dāng)直流母線電壓逐漸升高時(shí)，此時(shí)根據(jù)電流檢測(cè)電路一所檢測(cè)到的電流信號(hào)，則相應(yīng)啟動(dòng)逆變模塊一6將多余的能量經(jīng)過(guò)電抗器17回饋到電網(wǎng)12。而電抗器17將承受直流母線電壓和電網(wǎng)12的電壓間的差值，同時(shí)電抗器17將緩沖諧波的無(wú)功功率。具體是當(dāng)直流母線電壓超過(guò)電網(wǎng)電壓的峰值時(shí)，整流橋由于承受反壓而關(guān)斷，當(dāng)直流母線電壓繼續(xù)升高并超過(guò)啟動(dòng)逆變模塊一6的工作電壓時(shí)，逆變模塊一6開始工作，將電能從直流側(cè)回饋到電網(wǎng)12，當(dāng)直流母線電壓下降到關(guān)閉逆變模塊一6的工作電壓時(shí)，逆變模塊一6又關(guān)閉。
在實(shí)踐中，考慮到電網(wǎng)12的波動(dòng)，根據(jù)變頻器的中間環(huán)節(jié)所能承受的直流電壓值，再利用回饋制動(dòng)時(shí)電網(wǎng)電壓值允許向上波動(dòng)+20％，則一般當(dāng)母線電壓即直流電壓等于
時(shí)，啟動(dòng)逆變模塊一6進(jìn)入回饋制動(dòng)狀態(tài)，其中，Ue為電網(wǎng)電壓的有效值。
以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種工業(yè)縫紉機(jī)電動(dòng)控制系統(tǒng)電能回饋裝置，包括電網(wǎng)(12)、所述工業(yè)縫紉機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(8)、控制器(1)以及由控制器(1)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的逆變模塊一(6)和逆變模塊二(7)，所述電網(wǎng)(12)經(jīng)整流濾波電路(13)后與逆變模塊二(7)相接，所述逆變模塊二(7)與電機(jī)(8)相接；所述整流濾波電路(13)和逆變模塊二(7)之間的直流側(cè)母線上并接有母線電容(11)，所述母線電容(11)并接在逆變回饋電能用的逆變模塊一(6)上，所述逆變模塊一(6)接電網(wǎng)(12)，其特征在于所述母線電容(11)和逆變模塊一(6)間串接有電流檢測(cè)電路一，所述逆變模塊二(7)和電機(jī)(8)間串接有電流檢測(cè)電路二，所述電流檢測(cè)電路一和電流檢測(cè)電路二均接控制器(1)；所述電機(jī)(8)上安裝有光電編碼器(9)，所述光電編碼器(9)接控制器(1)。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)縫紉機(jī)電動(dòng)控制系統(tǒng)電能回饋裝置，其特征在于所述控制器(1)為主控CPU，其分別通過(guò)PWM模塊(3)對(duì)逆變模塊一(6)和逆變模塊二(7)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；所述逆變模塊一(6)和逆變模塊二(7)均為由三相絕緣柵晶體管IGBT組成的三相逆變模塊。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種工業(yè)縫紉機(jī)電動(dòng)控制系統(tǒng)電能回饋裝置，其特征在于所述逆變模塊二(7)為IPM模塊，所述IPM模塊和PWM模塊(3)間接有光耦驅(qū)動(dòng)電路(14)。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的一種工業(yè)縫紉機(jī)電動(dòng)控制系統(tǒng)電能回饋裝置，其特征在于所述母線電容(11)和逆變模塊一(6)間還串接有正向?qū)ǖ亩O管(16)。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的一種工業(yè)縫紉機(jī)電動(dòng)控制系統(tǒng)電能回饋裝置，其特征在于所述逆變模塊一(6)和電網(wǎng)(12)間串接有電抗器(17)。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的一種工業(yè)縫紉機(jī)電動(dòng)控制系統(tǒng)電能回饋裝置，其特征在于所述電流檢測(cè)電路一和電流檢測(cè)電路二均為電流傳感器(10)。
7.按照權(quán)利要求6所述的一種工業(yè)縫紉機(jī)電動(dòng)控制系統(tǒng)電能回饋裝置，其特征在于所述電流檢測(cè)電路二經(jīng)限幅濾波電路(15)后接控制器(1)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種工業(yè)縫紉機(jī)電動(dòng)控制系統(tǒng)電能回饋裝置，包括電網(wǎng)、工業(yè)縫紉機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制器及由控制器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的逆變模塊一和逆變模塊二，電網(wǎng)經(jīng)整流濾波電路后與逆變模塊二相接，逆變模塊二與電機(jī)相接，整流濾波電路和逆變模塊二間的直流側(cè)母線上并接有母線電容，母線電容接逆變模塊一，逆變模塊一接電網(wǎng)；母線電容和逆變模塊一間串接有電流檢測(cè)電路一，逆變模塊二和電機(jī)間串接有電流檢測(cè)電路二，電流檢測(cè)電路一和電流檢測(cè)電路二均接控制器；電機(jī)上安裝有光電編碼器，光電編碼器接控制器。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理、安全可靠且使用操作簡(jiǎn)便，能將電動(dòng)控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能及時(shí)回饋電網(wǎng)進(jìn)行再次利用，且所回收電能完全符合國(guó)家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號(hào)H02P3/18GK201222711SQ20082002929
公開日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者李建國(guó), 苗寶剛, 郭忠鋒, 朱宏偉 申請(qǐng)人:西安西京智能裝備技術(shù)有限責(zé)任公司