[發明專利]一種電機動態制動電路及電機動態制動方法

有效

• 申請號: 201911141947.3
• 申請日: 2019-11-20
• 公開（公告）號: CN110838806B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 姚瑱;杜鑫;錢巍
• 申請（專利權）人: 南京埃斯頓自動化股份有限公司
• 主分類號: H02P3/22
• 分類號: H02P3/22;H02H9/04
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 程化銘

本發明公開了一種電機動態制動電路及電機動態制動方法。交流電經過整流橋模塊整流后，經過母線電容濾波，變換成電壓穩定的直流母線P/N，再經過逆變橋模塊將直流電轉化為交流電拖動電機；上電軟啟模塊的一端連接在母線正P上，另一端連接母線電容模塊和再生制動模塊的一端，母線電容模塊和再生制動模塊的另一端連接母線負N，動態制動模塊直接連接在直流母線P/N上。本發明的動態制動電路完全復用逆變橋模塊的體二極管實現整流，無需每軸再增加額外的3個二極管，降低系統成本，縮減PCB面積；無需增加任何額外接線即可支持多軸共母線系統共用動態制動模塊，簡化了系統接線，減少了接線端子、電纜的成本。

技術領域

本發明涉及一種電機動態制動電路及電機動態制動方法。

背景技術

動態制動廣泛應用于電機拖動電力電子變換設備中，在系統發生緊急報警，或系統掉電，或系統需要緊急停車的情況下，動態制動起作用，安全可靠的迅速停止電機，避免造成設備損壞、人員受傷等。動態制動常見的幾種拓撲如下：

日本專利文獻JP3863529B2中公開了一種動態制動拓撲圖，也是最為簡單常見的動態制動拓撲，當接到動態制動需求，系統停止PWM發送，隨后啟動動態制動回路，吸合繼電器，將電機繞組中的能量在電阻回路中消耗，迅速停止電機。在小功率電機拖動場合，動態制動在拓撲上可以進一步簡化，如直接采用1個繼電器觸點短接U、V兩相，不需要任何串聯電阻。

日本專利文獻JP1994315287A公開了一種動態制動拓撲圖，當接到動態制動需求，系統停止PWM發送，隨后啟動動態制動回路，吸合繼電器，將電機繞組中的交流電經過整流后在電阻上消耗，迅速停止電機。該拓撲中相比于日本專利文獻JP3863529B2中的動態制動拓撲功率電阻數目大大減少，設計更為簡潔，但也存在不可回避的問題。通常情況下，可以等待動態制動完成再斷開繼電器，此時電流為零，繼電器斷開沒有問題。但當動態制動回路過載發生，或極端情況，如電機處于反拖發電狀態動態制動使能，這些情況下，繼電器需要具備一定的直流分斷能力，這大大增加了繼電器的體積和成本。考慮到動態制動需要在系統失電情況下動作，因此通常選取常閉觸點的繼電器作為開關元件，當然也有選擇晶閘管的做法，機理相同，但同樣不具備直流分斷能力。

日本專利文獻JP1989209970A公開了一種動態制動拓撲圖，是對日本專利文獻JP1994315287A公開的動態制動拓撲圖的升級改進，具體原理見圖1，復用下3路逆變橋體二極管，外加3個二極管，構成整流回路，將整流后的能量消耗在電阻上。該拓撲的好處是較日本專利文獻JP1994315287A公開的動態制動拓撲節省3個二極管，且對于多軸拖動系統，可以通過日本專利文獻JP1989209970A公開的動態制動拓撲圖所示的連接方法方便的實現多軸共母線系統共用同一動態制動回路，極大的降低了系統總體的體積和成本。如機器人應用場合，每個軸都需要有動態制動回路，以簡單的4軸3kg桌面機器人為例，動態制動回路的成本達到60RMB以上，且占用大量PCB布板面積，使用該拓撲可以降低67%的成本，且大大縮小PCB布板面積。但多軸共母線拖動系統共用動態制動回路，需要每個拖動裝置額外引出一個端子才能實現外部連接，見日本專利文獻JP1989209970A公開的動態制動拓撲圖中的圓框，會增加一定接線成本和復雜度。該拓撲也可以演變成復用上3路體二極管。另，日本專利文獻JP1989209970A公開的動態制動拓撲中的NMOS實際上并不符合動態制動的要求，動態制動要求系統掉電或異常情況下，依然能夠保證動態制動回路的可靠動作，繼電器和晶閘管是較好的選擇，但如果使用繼電器或晶閘管，依然無法回避直流分斷的問題。

另外，圖2展示了傳統電機拖動的功率框架，一般由整流橋模塊、上電軟啟模塊、母線電容模塊、再生制動模塊、逆變橋模塊和動態制動模塊組成。傳統系統中，動態制動模塊只能放在交流側，如果放在直流側，動態制動模塊端電壓受到母線電容電壓鉗位，動態制動效果受到較大影響，電機停止緩慢，且動態制動電阻還要額外承擔母線電容能量的泄放，增加了電阻負擔。

發明內容