專利名稱：電子伺服變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種伺服變壓器，尤其是一種匹配伺服控制器、伺服電機(jī)的電子伺服變壓器。

背景技術(shù)：
電子型伺服電源變壓器，在機(jī)床電器中是一個(gè)專用獨(dú)立組件，配用他國或地區(qū)進(jìn)口伺服單元在我國家電網(wǎng)下使用的電源變換裝置。在日本，此類產(chǎn)品稱為噪音濾波器，其功能定位于濾除電源進(jìn)線中的諧波干擾脈沖分量，如電焊機(jī)點(diǎn)火裝置、放電加工、高頻熱合機(jī)等產(chǎn)生的干擾及防雷電過壓保護(hù)、無需對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行變換。伺服單元主電源供給采用交流三相AC200V/60Hz或直流200V DC輸入均可，并由它的軟件版本中設(shè)定。進(jìn)口伺服電機(jī)、伺服控制器使用單相AC 100V/60Hz，或三相AC 200V/60Hz電網(wǎng)電源，為了匹配我國電網(wǎng)三相AC 380V/50Hz三相四線制工頻國情，需要專用伺服電源變壓器。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種電子伺服變壓器，在我國家電網(wǎng)使用下，為進(jìn)口伺服控制器、伺服電機(jī)提供所需的主副適配電源。
按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述電子伺服變壓器包括防雷過壓保護(hù)和高諧波抑制電路，三相輸入R、S、T端子通過所述防雷過壓保護(hù)和高諧波抑制電路接地；三相輸入R、S、T端子和零線N端子通過AC/DC電壓變換電路和電源濾波電路連接輸出端子；零線N端子通過防感應(yīng)電壓泄放電路接地；零線N端子還通過抑制零線上的高諧波竄擾的抑噪接地電路接地。
所述AC/DC電壓變換電路和電源濾波電路包括R端子通過第一整流橋堆連接第二輸出端子，S端子通過并聯(lián)的兩個(gè)整流橋堆連接第一輸出端子，T端子通過并聯(lián)的兩個(gè)整流橋堆連接第一輸出端子；在第一輸出端子和第三輸出端子之間連接第六濾波電容，第二輸出端子和第三輸出端子之間連接第七濾波電容；零線N端子與第三輸出端子相連。
所述防感應(yīng)電壓泄放電路包括串聯(lián)的第四電容、第四陶瓷氣體放電二極管。所述抑噪接地電路包括串聯(lián)的第五電容、第五陶瓷氣體放電二極管。
所述防雷過壓保護(hù)和高諧波抑制電路包括R端子通過串聯(lián)的第一電容和第一陶瓷氣體放電二極管接地；S端子通過串聯(lián)的第二電容和第二陶瓷氣體放電二極管接地；T端子通過串聯(lián)的第三電容和第三陶瓷氣體放電二極管接地。
所有接地回路采用一點(diǎn)接地法，接金屬散熱外殼，再用3mm2以上粗線引入大地接地極板。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是可提供系列產(chǎn)品為各種伺服電機(jī)功率規(guī)格配套；雙重防雷保護(hù)，過載能力強(qiáng)；在電源進(jìn)線端和電壓輸出端，均有高諧波抑制網(wǎng)絡(luò)，抗干擾特性好；節(jié)能發(fā)熱量低；雙重絕緣，確保安全。

圖1是本實(shí)用新型內(nèi)部電路框圖。
圖2是本實(shí)用新型電路原理圖。
圖3是本實(shí)用新型為基本伺服系統(tǒng)的構(gòu)成方框圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
如圖1所示本電子伺服變壓器包括防雷過壓保護(hù)和高諧波抑制電路，三相輸入R、S、T端子通過所述防雷過壓保護(hù)和高諧波抑制電路接地；三相輸入R、S、T端子和零線N端子通過AC/DC電壓變換電路和電源濾波電路連接輸出端子L1、L2、L3；零線N端子通過防感應(yīng)電壓泄放電路接地；零線N端子還通過抑制零線上的高諧波竄擾的抑噪接地電路接地。
如圖2所示所述AC/DC電壓變換電路和電源濾波電路包括R端子通過第一整流橋堆VD1連接第二輸出端子L2，S端子通過并聯(lián)的兩個(gè)整流橋堆VD2、VD3連接第一輸出端子L1，T端子通過并聯(lián)的兩個(gè)整流橋堆VD4、VD5連接第一輸出端子L1；在第一輸出端子L1和第三輸出端子L3之間連接第六濾波電容C6，第二輸出端子L2和第三輸出端子L3之間連接第七濾波電容C7；零線N端子與第三輸出端子L3相連。
所述防感應(yīng)電壓泄放電路包括串聯(lián)的第四電容C4、第四陶瓷氣體放電二極管2R4。
所述抑噪接地電路包括串聯(lián)的第五電容C5、第五陶瓷氣體放電二極管2R5。
所述防雷過壓保護(hù)和高諧波抑制電路包括R端子通過串聯(lián)的第一電容C1和第一陶瓷氣體放電二極管2R1接地；S端子通過串聯(lián)的第二電容C2和第二陶瓷氣體放電二極管2R2接地；T端子通過串聯(lián)的第三電容C3和第三陶瓷氣體放電二極管2R3接地。
以下詳細(xì)說明其工作過程、工作原理 一、電網(wǎng)電壓變換本實(shí)用新型所述的伺服電源用于我國電網(wǎng)三相四線制AC 380V、50Hz，適配進(jìn)口伺服電機(jī)(伺服單元)的電能供給裝置，如圖2、3所示，其工作過程是三相進(jìn)線及N零線經(jīng)配線斷路器分別接入本產(chǎn)品的R、S、T、N輸入端子。U相“R相電壓”經(jīng)VD1半波整流C6濾波在輸出端子L2上得到約100V左右的脈動(dòng)直流電壓、正弦交流電，電壓解析式

半波整流電壓公式UL＝0.45U2輸出電壓平均值的結(jié)果。V、W相“S、T相電壓”分別經(jīng)電力整流橋堆VD2、VD3、VD4、VD5整流半波合成，濾波電容C7在輸出端子L1上得到約200V左右的脈動(dòng)直流電壓。三個(gè)相序互為120°，則電壓解析式U2+U3＝UmSin(ωt±120°)V，二個(gè)正半周導(dǎo)通半波合成輸出電壓平均值為UL＝0.9U2的結(jié)果，須指出輸出端子L3是上述兩組電壓的公共端，實(shí)際上就是N零線，固屬相電壓半波整流。這兩組直流電壓作伺服控制器、伺服電機(jī)主副電源使用，其中輸出端子L1、L3輸出的DC 200V組電壓是伺服控制器的主電路電源，又是有時(shí)序要求的預(yù)置電壓，需滿足微處理器CPU前端取樣、A/D模數(shù)變換編碼、I/O接口等電路的預(yù)置要求。所以L1、L3端電壓應(yīng)比L2、L3端電壓超前5秒加到伺服控制器電源進(jìn)線端子上。在機(jī)床電路上，用斷路器和電磁繼電器來保證；否則二組電壓同時(shí)加到伺服單元上，“上電即工作”會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電流而報(bào)警。
二、防雷過壓保護(hù)及消噪濾波在本產(chǎn)品的三相輸入R、S、T端子上分別接入高壓瓷介電容器C1、C2、C3與陶瓷氣體放電二極管2R1、2R2、2R3構(gòu)成的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，一旦遭受過電壓侵襲，瞬時(shí)高諧波脈沖使放電管產(chǎn)生電離而導(dǎo)通，把浪涌電流旁路入地，限制在安全范圍內(nèi)。過電壓消失后，放電管自動(dòng)恢復(fù)開路，使產(chǎn)品及設(shè)備得到保護(hù)。
以第一電容C1、第一陶瓷氣體放電二極管2R1串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為例其工作原理是，放電管是一個(gè)以擊穿電壓特性標(biāo)志的瞬時(shí)變阻器件，其靜態(tài)電阻為R≥1010Ω，電離擊穿時(shí)約為0Ω。電容器C可看成是一個(gè)交流等效電阻，其特性容抗為Xc＝1/ωc＝1/2πfcΩ，從式中可知，諧波頻率越高，則等效電阻越趨于零。在本電路中，電容量的取值是作為一個(gè)高頻旁路電容器使用。把電源進(jìn)線中的高諧波干擾分量旁路，起到了消噪濾波的作用。據(jù)析雷電、電焊機(jī)、放電加工、高頻熱合機(jī)等干擾源的頻譜分布范圍很廣，但主要集中在高頻段的特點(diǎn)，所以對(duì)本產(chǎn)品輸入電壓與放電管擊穿特性曲線，選取臨界值下限，提高瞬態(tài)響應(yīng)速度。電容量范圍的設(shè)定及選取損耗角正切值tgδ≤50×10-4介質(zhì)損耗小來優(yōu)化旁路特性，使在動(dòng)態(tài)時(shí)更具有出色的表現(xiàn)，從而達(dá)到過壓保護(hù)與噪波抑制的雙重目的。
在零線N端子上接入第四電容C4、第四陶瓷氣體放電二極管2R4構(gòu)成的防感應(yīng)電壓泄放通路。在雷電時(shí)，零線上同樣有較高的感應(yīng)電壓，這些集聚電荷如不及時(shí)就地泄放掉，將影響設(shè)備的正常工作，特別是對(duì)數(shù)字電路危害干擾，所以選取電容器C4的容量值和2R4放電管擊穿電壓值來保持N線的瞬時(shí)零電位。
在零線N出線端子上，并接由第五電容C5、第五陶瓷氣體放電二極管2R5構(gòu)成的抑噪接地網(wǎng)絡(luò)。選取C5、2R5的參數(shù)值來抑制零線上的高諧波竄擾。因本產(chǎn)品的負(fù)載是伺服控制器，伺服控制器是電容輸入型在相位上電流超前電壓90°，它的斷路特性“開與關(guān)”會(huì)產(chǎn)生約20ms時(shí)間的浪涌沖擊電流和反向殘存電壓，所以采用雙重組合的并聯(lián)特性網(wǎng)絡(luò)來提高它的匹配性能和電磁兼用性。
在輸出主副電壓端子L1，L2和L3之間分別接入濾波電容器C6、C7，旁路在整流后，直流電壓中諧波分量及伺服控制器主電路高速開關(guān)元件IGBT產(chǎn)生的開關(guān)噪音。
輸出端子L1，L2和L3通過電磁接觸器觸點(diǎn)分別連接伺服控制器的L1，L2、L3輸入，同時(shí)輸出端子L1連接伺服控制器的L1C端，輸出端子L2連接伺服控制器的L2C端。所述L1C端和L2C端是進(jìn)口伺服控制器的電源電壓預(yù)置輸入電壓端口。所述伺服控制器輸出三相電U、V、W和編碼流給伺服電機(jī)。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)如下 1本產(chǎn)品設(shè)計(jì)我國家電網(wǎng)使用下，為進(jìn)口伺服控制器，伺服電機(jī)提供所需的主副適配電源。本系列為各種伺服電機(jī)功率規(guī)格配套。
2雙重防雷保護(hù)，過載能力強(qiáng)，有效保護(hù)系統(tǒng)的工作安全。
3抗干擾特性好在電源進(jìn)線端和電壓輸出端，均有高諧波抑制網(wǎng)絡(luò)，防止來自外、內(nèi)部的噪聲干擾和較好的電磁兼容性，維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。
4節(jié)能發(fā)熱量低詳細(xì)描述見以下優(yōu)點(diǎn)部分。
5雙重絕緣，確保安全在電路中的接線端子，整流模塊，元器件及引線、連結(jié)導(dǎo)線等均用絕緣套子。導(dǎo)熱硅膠熱塑管套封，澆注環(huán)氧樹脂固封后，使各元器件之間、整個(gè)電路與散熱外殼間具有雙重絕緣，為產(chǎn)品、設(shè)備、人身安全可靠保障。
6本產(chǎn)品電路所有接地回路采用一點(diǎn)接地法，接金屬散熱外殼，外殼接地標(biāo)志

用3mm2以上粗線(最好編織銅線)引入大地接地極板，接地電阻值應(yīng)小于100Ω，確?？垢蓴_的有效性能。
本產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)如下 1組件結(jié)構(gòu)特征、采用全鋁合金外殼(整流散熱器)、全封閉結(jié)構(gòu)接線端子輸入、輸出(見實(shí)物)、核心模塊、及電子元器件采用日本進(jìn)口和國產(chǎn)優(yōu)級(jí)品，環(huán)氧固化封裝、終身免維護(hù)一次性產(chǎn)品。
2自冷散熱結(jié)構(gòu) 2.1散熱外殼與空氣面以熱輻射為主，在一定外形尺寸下，盡可能加大與空氣的表面積，并進(jìn)行表面打毛、粗糙氧化工藝處理。
2.2在散熱殼件內(nèi)部以熱傳導(dǎo)為主，在整流模塊外殼與散熱殼體保證接觸面光潔度和涂有導(dǎo)熱硅膠固化的緊密接觸(不用螺栓緊固)。所以在殼體內(nèi)設(shè)有環(huán)氧導(dǎo)流束縛糟(凹凸糟)。利用環(huán)氧固化后的收縮性把整流模塊緊緊鎖住和殼內(nèi)元器件連結(jié)線等的位移，提高組件工作環(huán)境抗震能力。消除模塊在長(zhǎng)期使用中因熱脹冷縮而影響緊密接觸，熱阻變大的不良后果。凹凸糟設(shè)置(模具設(shè)定)的另一個(gè)作用是優(yōu)化熱傳導(dǎo)性能，增加內(nèi)部有效導(dǎo)熱接觸面積，提高熱傳導(dǎo)率。實(shí)踐證明，盡可能加大傳導(dǎo)介質(zhì)與散熱殼內(nèi)體的接觸表面積和改善填隙介質(zhì)本身的導(dǎo)熱特性。所以在環(huán)氧固化配方中、加入導(dǎo)熱添加劑、使熱源與散熱體單面接觸變?yōu)槿轿唤佑|，使發(fā)熱體與散熱體間的導(dǎo)熱溫度分布更勻稱，進(jìn)一步減小接觸熱阻Rcs、在低成本下造就優(yōu)良的穩(wěn)態(tài)散熱效果。
3在整流電路上，運(yùn)用二極管的串并聯(lián)方法串聯(lián)，提高它的反向耐壓；并聯(lián)，增加輸出電流容量。每個(gè)整流單元用橋堆改接而成。并聯(lián)n個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)輸出電流“I”一定時(shí)、則流過每個(gè)二極管的分流電流約為1/n A(正向電壓降值的不一致性)。單個(gè)模塊的發(fā)熱量明顯減小，由集中變?yōu)榉稚⑸?。分散的同時(shí)、模塊與散熱體的有效接觸面積增加n倍，這樣做既解決了模塊在長(zhǎng)時(shí)間工作中產(chǎn)生的過熱現(xiàn)象，又提高了熱傳導(dǎo)效率。
本產(chǎn)品是一個(gè)電力功率型組件，在整流過程中一部份電能轉(zhuǎn)換成熱能而損失掉，而產(chǎn)生熱損耗的要素是整流二極管的最大正向電壓降“VF”(非線性PN結(jié)電阻)。一般在1V左右、VF值越小、則熱損越小，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的科技進(jìn)展，選用近似“肖特基”特征低管壓降約0.5V左右的優(yōu)質(zhì)進(jìn)口整流模塊，從根本上降低熱耗散功率，提高能效比，使產(chǎn)品具有節(jié)能，同散熱模型下溫升低的良好實(shí)效。
4過電壓及抗干擾電路的改進(jìn) 對(duì)電路中各點(diǎn)電位，根據(jù)在靜態(tài)與動(dòng)態(tài)之間電位變化特征來選擇不同規(guī)格的放電管。放電管的電壓擊穿特性曲線所對(duì)應(yīng)的阻值變化是非線性的。惰性氣體產(chǎn)生電離時(shí)，其阻值從1010Ω趨于零值的變化，在這變化過程中，取決于它的一、快速啟動(dòng)性能，響應(yīng)時(shí)間為μs級(jí)。二是要加速放電區(qū)域的電離。所以放電管的實(shí)際工作點(diǎn)是選在它擊穿特性曲線的拐點(diǎn)附近，使它處于一個(gè)較理想的臨界值，這樣能在脈沖電壓幅度較小時(shí)也能產(chǎn)生電離而可靠導(dǎo)通。
串聯(lián)電容器是針對(duì)中、高頻段的干擾特征來選取不同電容量值，且選用介質(zhì)損耗低、高頻特性參數(shù)好，“損耗角正切值tgδ≤50×10-4”來提高動(dòng)態(tài)時(shí)的高頻旁路性能，使串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等效電阻近似為容抗值；網(wǎng)絡(luò)特性與電路中的動(dòng)態(tài)電位匹配在高諧波干擾抑制上取得積極效果。
本伺服變壓器是針對(duì)我國電網(wǎng)三相四線制AC 380V、50Hz，專業(yè)匹配日本、韓國、臺(tái)灣等進(jìn)口伺服控制器、伺服電機(jī)。主電路為單相AC 100V/200V；主電路為三相AC 200V規(guī)格。數(shù)控變頻調(diào)速系統(tǒng)為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的適配、靜噪優(yōu)質(zhì)電源。在抗干擾、噪音濾波、防雷過壓、電磁兼容性、節(jié)能等方面具有優(yōu)良性能。適用于如安川、松下、日立、三洋、三菱、富士、歐姆龍、東元、臺(tái)達(dá)等伺服單元及國產(chǎn)伺服，在國內(nèi)數(shù)控加工中心、刻鑿、車、鏜、雕銑、彈簧機(jī)、激光及電火花加工機(jī)械設(shè)備、包裝印刷、造紙、紡織機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等領(lǐng)域，替代鐵芯變壓器及進(jìn)口品。
權(quán)利要求1.電子伺服變壓器，包括封裝在外殼內(nèi)的防雷過壓保護(hù)和高諧波抑制電路，其特征是三相輸入R、S、T端子通過所述防雷過壓保護(hù)和高諧波抑制電路接地；三相輸入R、S、T端子和零線N端子通過AC/DC電壓變換電路和電源濾波電路連接輸出端子(L1、L2、L3)；零線N端子通過防感應(yīng)電壓泄放電路接地；零線N端子還通過抑制零線上的高諧波竄擾的抑噪接地電路接地。
2.如權(quán)利要求1所述的電子伺服變壓器，其特征是所述AC/DC電壓變換電路和電源濾波電路包括R端子通過第一整流橋堆(VD1)連接第二輸出端子(L2)，S端子通過并聯(lián)的兩個(gè)整流橋堆(VD2、VD3)連接第一輸出端子(L1)，T端子通過并聯(lián)的兩個(gè)整流橋堆(VD4、VD5)連接第一輸出端子(L1)；在第一輸出端子(L1)和第三輸出端子(L3)之間連接第六濾波電容(C6)，第二輸出端子(L2)和第三輸出端子(L3)之間連接第七濾波電容(C7)；零線N端子與第三輸出端子(L3)相連。
3.如權(quán)利要求1所述的電子伺服變壓器，其特征是所述防感應(yīng)電壓泄放電路包括串聯(lián)的第四電容(C4)、第四陶瓷氣體放電二極管(2R4)。
4.如權(quán)利要求1所述的電子伺服變壓器，其特征是所述抑噪接地電路包括串聯(lián)的第五電容(C5)、第五陶瓷氣體放電二極管(2R5)。
5.如權(quán)利要求1所述的電子伺服變壓器，其特征是所述防雷過壓保護(hù)和高諧波抑制電路包括R端子通過串聯(lián)的第一電容(C1)和第一陶瓷氣體放電二極管(2R1)接地；S端子通過串聯(lián)的第二電容(C2)和第二陶瓷氣體放電二極管(2R2)接地；T端子通過串聯(lián)的第三電容(C3)和第三陶瓷氣體放電二極管(2R3)接地。
6.如權(quán)利要求1所述的電子伺服變壓器，其特征是所有接地回路采用一點(diǎn)接地法，接金屬散熱外殼，再用3mm2以上粗線引入大地接地極板。
7.如權(quán)利要求1所述的電子伺服變壓器，其特征是所述外殼內(nèi)澆注環(huán)氧樹脂固封，所述外殼內(nèi)壁設(shè)有導(dǎo)流槽。
專利摘要本實(shí)用新型提出一種電子伺服變壓器，包括防雷過壓保護(hù)和高諧波抑制電路，三相輸入R、S、T端子通過所述防雷過壓保護(hù)和高諧波抑制電路接地；三相輸入R、S、T端子和零線N端子通過AC/DC電壓變換電路和電源濾波電路連接輸出端子；零線N端子通過防感應(yīng)電壓泄放電路接地；零線N端子還通過抑制零線上的高諧波竄擾的抑噪接地電路接地。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是可提供系列產(chǎn)品為各種伺服電機(jī)功率規(guī)格配套；雙重防雷保護(hù)，過載能力強(qiáng)；在電源進(jìn)線端和電壓輸出端，均有高諧波抑制網(wǎng)絡(luò)，抗干擾特性好；節(jié)能發(fā)熱量低；雙重絕緣，確保安全。
文檔編號(hào)H02M1/12GK201577038SQ200920266520
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者周士良 申請(qǐng)人:無錫新宇機(jī)床電器有限公司, 周士良