一种基于电源极性控制的正反转模块的制作方法

1.本实用新型涉及三相电机正反转控制技术领域，尤其涉及一种基于电源极性控制的正反转模块。


背景技术：

2.三相电机是指用三相交流电驱动的交流电动机，三相电机转动的原理：给三相电机施加三相电，电机定子在三相电的作用下，产生一个旋转磁场，磁场与转子形成相对切割运动，转子导体上产生感应电动势并产生感性电流。载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用，形成电磁转矩，驱动转子旋转。转子转动方向与磁场方向有关，而磁场方向与三相电的相序有关，通过电机电源三相电相序的切换，就能控制电机的旋转方向。三相电机正反转模块可用于三相电相序的切换，从而控制电机的转动方向。
3.如果把三相电换成直流电，此时电机定子产生的磁场为恒定方向磁场，该磁场会阻碍电机转子的转动，形成刹车的效果。
4.目前用于三相电机控制的正反转模块大多数只能用于控制三相电机的正反转，其主要构成的部分是互锁延时电路、光耦隔离电路、功率组件电路。如果需要用到刹车功能，通常是采用反向制动或外加刹车组件的方式。而反向制动精准度较低，容易出现刹不停或过度刹车变成反转。外加刹车组件结构较复杂，且成本高。
5.个别正反转模块具有刹车功能，如cn201820080042.4《一种直流制动的三相电机正反转控制器》可以实现较好的刹车功能，但是控制电路较复杂，成本高：该方案采用的方式是三相电源通过二极管整流成直流电源，然后通过igbt进行pwm控制，使得通过电机的电流恒定，在电机内部形成一个恒定磁场，阻止电机转动，形成刹车效果。由于该方案的刹车和正反转是独立的，且不能同时工作，需要用开关隔开，对产品的控制时序要求较高。
6.有鉴于此，本发明人研究出一种具有正反转控制功能和刹车功能的基于电源极性控制的正反转模块。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种基于电源极性控制的正反转模块，通过在常规的正反转模块上增加刹车功能，使得正反转模块兼具正反转控制和刹车功能，且无需额外增加刹车组件，自主调节刹车时间，具有刹车结构简单，刹车性能优良，可靠性高的特点。
8.为达到上述技术目的，本实用新型采用以下一种技术方案：
9.一种基于电源极性控制的正反转模块，包括电源电路、互锁延时电路、驱动电路、开关电路、检测电路、外部刹车信号输入端；
10.所述互锁延时电路具有正转信号输入端、反转信号输入端，所述驱动电路串联在互锁延时电路和开关电路之间，所述开关电路串联在负载电源与电机的绕线组接线端之间，构成电机的正反转供电控制回路；
11.所述检测电路的信号输入端连接开关电路，以检测负载电源的输入电压正负方
向；
12.所述外部刹车信号输入端通过所述检测电路连接所述驱动电路，所述外部刹车信号输入端与检测电路之间接入一互锁开关，所述互锁延时电路的输出端连接该互锁开关以控制其通断，以及控制外部刹车信号输入端与检测电路之间的通断，外部刹车信号输入端输入的刹车信号通过所述检测电路分配至所述驱动电路，所述驱动电路根据刹车信号驱动所述开关电路中相应的开关导通，实现对电机的正反转控制和刹车控制。
13.进一步的，所述互锁延时电路包括正转输出端f_s、正转互锁输出端f_l、反转输出端r_s、反转互锁输出端r_l，所述驱动电路包括驱动开关t1、驱动开关t3、驱动开关t5、互锁开关t2、互锁开关t4；所述开关电路包括连接于负载电源输出线l1与绕线组接线端u之间第一开关k1、连接于负载电源输出线l2与绕线组接线端u之间的第二开关k2、连接于负载电源输出线l1与绕线组接线端v之间的第三开关k3、连接于负载电源输出线l2与绕线组接线端v之间的第四开关k4、连接于负载电源输出线l3与绕线组接线端w之间的第五开关k5；
14.所述正转输出端f_s依次连接驱动开关t1、光耦px1和px4，所述正转互锁输出端f_l依次连接互锁开关t4、驱动开关t3，所述反转输出端r_s依次连接驱动开关t3、光耦px2和px3，所述反转互锁输出端r_l依次连接互锁开关t2和驱动开关t1，所述正转输出端f_s还依次连接驱动开关t5和光耦px5，所述反转输出端r_s还依次连接驱动开关t5和光耦px5；
15.所述驱动开关t1通过光耦px1、光耦px4分别控制第一开关k1和第四开关k4的通断，所述驱动开关t3通过光耦px2、光耦px3分别控制第一开关k2和第三开关k3的通断，所述驱动开关t5通过光耦px5控制第五开关k5的通断。
16.进一步的，所述检测电路采用电源极性检测电路；所述电源极性检测电路包括光耦p1和光耦p2，所述光耦p1输入端和所述光耦p2输入端反并联接入负载电源输出线l1和负载电源输出线l2；所述外部刹车信号输入端通过光耦p1连接驱动开关t3、通过光耦p2连接驱动开关t1；所述外部刹车信号输入端输入的刹车信号根据负载电源输出线l1与负载电源输出线l2的电压正负方向分配至驱动电路的驱动开关t1或驱动开关t3。
17.进一步的，所述驱动开关t1、互锁开关t2、驱动开关t3、互锁开关t4、驱动开关t5以及所述外部刹车信号输入端与检测电路之间接入的互锁开关t6均采用开关三极管或mos管开关。
18.进一步的，该模块还包括串接在外部刹车信号输入端与互锁开关之间的第一降压电路。
19.进一步的，该模块还包括串接在电源电路与互锁延时电路输入端之间的第二降压电路。
20.采用上述方案后，本实用新型实现正反转控制和刹车功能的整体原理为：
21.互锁延时电路用于接受正转信号和/或反转信号，检测电路用于检测负载电源的输入电压正负方向；在互锁延时电路未收到正转信号或反转信号时所述互锁开关关闭，外部刹车信号输入端与检测电路之间导通，检测电路从外部刹车信号输入端获取刹车信号并将其分配至所述驱动电路，驱动电路根据刹车信号驱动所述开关电路中相应的开关导通，具体是在驱动电路中相应的开关导通时正反转供电控制回路可切换为直流回路，以形成将负载电源输入的交流电整流为直流电的整流电路，使电机因直流电产生的恒定方向磁场而制动。
22.当互锁延时电路有正转信号或反转信号时，互锁开关导通，外部刹车信号输入端与检测电路之间不导通，外部刹车信号无法传达至驱动电路，此时由互锁延时电路直接根据正转信号或反转信号输出正转/反转的控制指令给驱动电路，由驱动电路控制开关电路中相应的开关导通，使正反转供电控制回路可切换为正转/反转，实现正反转控制。
23.当互锁延时电路有正转信号和反转信号时，互锁开关导通，外部刹车信号输入端与检测电路之间不导通，由互锁延时电路直接根据正转信号和反转信号输出互锁的控制指令，驱动电路不能驱动控制开关电路中的开关导通，实现互锁。
24.本实用新型具有以下有益效果：
25.一、本实用新型通过检测电路检测负载电源输入电压正负方向信息，通过互锁延时电路根据有/无正转信号和反转信号控制互锁开关通断，综合上述两个信息，在满足条件的情况下(即同时无正转信号和反转信号)，互锁开关导通，用户可通过外部信号输入端将刹车信号输入至检测电路，由检测电路将刹车信号分配至驱动模块，驱动模块通过控制开关电路的功率开关通断，来实现交流电的整流，在电机转子上形成一个恒定方向的磁场，从而阻碍电机转子的转动，形成刹车效果。
26.二、刹车信号由外部提供，用户可以随意设置刹车的时间，但无法调节刹车的力度；
27.三、本实用新型的正反转模块无须采用现有正反转控制和直流刹车电路隔开的复杂结构。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的变形形式。
29.图1是本实用新型实施例基于电源极性控制的正反转模块电路结构原理图；标号说明
30.电源电路10，互锁延时电路20，驱动电路30、开关电路40，检测电路50，第一降压电路60，第二降压电路70。
具体实施方式
31.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.如图1所示，本实用新型实施例揭示的一种基于电源极性控制的正反转模块，包括电源电路10、互锁延时电路20、驱动电路30、开关电路40、检测电路50、外部刹车信号输入端b+；
33.所述互锁延时电路20具有正转信号输入端f+、反转信号输入端r+，所述驱动电路30串联在互锁延时电路20和开关电路40之间，所述开关电路40串联在负载电源与电机的绕
线组接线端之间，构成电机的正反转供电控制回路；本实施例中，进一步的，所述互锁延时电路20包括正转输出端f_s、正转互锁输出端f_l、反转输出端r_s、反转互锁输出端r_l，所述驱动电路30包括驱动开关t1、驱动开关t3、驱动开关t5、互锁开关t2、互锁开关t4；所述开关电路40包括连接于负载电源输出线l1与绕线组接线端u之间第一开关k1、连接于负载电源输出线l2与绕线组接线端u之间的第二开关k2、连接于负载电源输出线l1与绕线组接线端v之间的第三开关k3、连接于负载电源输出线l2与绕线组接线端v之间的第四开关k4、连接于负载电源输出线l3与绕线组接线端w之间的第五开关k5；
34.所述正转输出端f_s依次连接驱动开关t1、光耦px1和px4，所述正转互锁输出端f_l依次连接互锁开关t4、驱动开关t3，所述反转输出端r_s依次连接驱动开关t3、光耦px2和px3，反转互锁输出端r_l依次连接互锁开关t2和驱动开关t1，所述正转输出端f_s还依次连接驱动开关t5和光耦px5，所述反转输出端r_s依次连接驱动开关t5和光耦px5；
35.基于上述电路结构，正反转控制及互锁原理如下：当所述正转输出端f_s输出高电平，所述导通的驱动开关t1、驱动开关t5分别通过光耦px1、光耦px4、光耦px5控制第一开关k1、第四开关k4、第五开关k5导通，电机正转；当所述反转输出端r_s输出高电平，导通的驱动开关t3、驱动开关t5分别通过光耦px2、光耦px3、光耦px5控制第二开关k2、第三开关k3、第五开关k5导通，电机反转；
36.当正转互锁输出端f_l输出高电平，互锁开关t4导通，驱动开关t3关断；所述反转互锁输出端r_l输出高电平，互锁开关t2导通、驱动开关t1关断，实现互锁。
37.所述检测电路50的信号输入端连接开关电路40，以检测负载电源的输入电压正负方向；
38.所述控外部刹车信号输入端b+通过所述检测电路50连接所述驱动电路30，所述外部刹车信号输入端b+与检测电路50之间接入一互锁开关t6，所述互锁延时电路20的输出端连接该互锁开关t6以控制其通断，进而控制检测电路50与刹车信号输入端b+的通断，在所述互锁延时电路20未收到正转信号或反转信号时所述互锁开关t6关断，检测电路50与刹车信号输入端b+导通，所述检测电路50从外部刹车信号输入端b+获取刹车信号并将其分配至所述驱动电路30，所述驱动电路30根据刹车信号驱动所述开关电路40中相应的开关导通，以形成将负载电源输入的交流电整流为直流电的整流电路，使电机因直流电产生的恒定方向磁场而制动。
39.本实施例中，优选的，所述检测电路50采用电源极性检测电路；所述电源极性检测电路包括光耦p1和光耦p2，所述光耦p1和所述光耦p2分别并联接入负载电源输出线l1和负载电源输出线l2；所述外部刹车信号输入端b+通过光耦p1连接驱动开关t3，通过光耦p2连接驱动开关t1；
40.基于上述电路结构，本实施例正反转模块的刹车原理为：在满足在所述互锁延时电路20未收到正转信号或反转信号的条件下，所述互锁开关t6关断，检测电路50与刹车信号输入端b+导通，所述检测电路50从外部刹车信号输入端b+获取刹车信号并将其分配至所述驱动电路30，即当所述外部刹车信号输入端b+输入刹车信号时，若检测电路50检测到负载电源输出线l1电压大于负载电源输出线l2，该刹车信号通过光耦p1输出至驱动电路30，控制驱动开关t3导通，驱动开关t1关断，进而控制第二开关k2、第三开关k3导通，第一开关k1、第四开关k4关断，实现光耦p1并入第二开关k2、第三开关k3，并与第二开关k2、第三开关
k3、绕线组接线端u、绕线组接线端v形成第一电流回路；若负载电源输出线l2电压大于负载电源输出线l1，该刹车信号通过光耦p2输出至驱动电路30，控制驱动开关t1导通，驱动开关t3关断，进而控制第一开关k1、第四开关k4导通，第二开关k2、第三开关k3关断，实现光耦p2并入第一开关k1、第四开关k4，并与第一开关k1、第四开关k4、绕线组接线端u、绕线组接线端v形成第二电流回路。由于无论负载电源输出线l1电压和负载电源输出线l2电压谁大，绕线组接线端u保持正电压、绕线组接线端v保持负电压，即所述第一电流回路与第二电路回路中绕线组接线端u均为正电压、绕线组接线端v均为负电压，该电压使电机转子产生一个方向不变的恒定方向磁场，从而抑制电机转动，产生刹车的效果，该控制过程还能避免正转开关(第一开关k1、第四开关k4)和反转开关(第二开关k2、第三开关k3)同时导通，实现互锁保护功能，防止元器件烧坏。
41.作为进一步优选的实施例，所述互锁开关t6、驱动开关t1、互锁开关t2、驱动开关t3、互锁开关t4、驱动开关t5均采用开关三极管或mos管开关。
42.作为进一步优选的实施例，该模块还包括串接在外部刹车信号输入端b+与互锁开关t6之间的第一降压电路60，以及包括串接在电源电路10与互锁延时电路20输入端之间的第二降压电路70，开关电路40可包含电容和压敏电阻，电容也可以是阻容回路，以保护功率开关。
43.以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于电源极性控制的正反转模块，其特征在于：包括电源电路、互锁延时电路、驱动电路、开关电路、检测电路、外部刹车信号输入端；所述互锁延时电路具有正转信号输入端、反转信号输入端，所述驱动电路串联在互锁延时电路和开关电路之间，所述开关电路串联在负载电源与电机的绕线组接线端之间，构成电机的正反转供电控制回路；所述检测电路的信号输入端连接开关电路，以检测负载电源的输入电压正负方向；所述外部刹车信号输入端通过所述检测电路连接所述驱动电路，所述外部刹车信号输入端与检测电路之间接入一互锁开关，所述互锁延时电路的输出端连接该互锁开关以控制其通断，以及控制外部刹车信号输入端与检测电路之间的通断，外部刹车信号输入端输入的刹车信号通过所述检测电路分配至所述驱动电路，所述驱动电路根据刹车信号驱动所述开关电路中相应的开关导通，实现对电机的正反转控制和刹车控制。2.如权利要求1所述的一种基于电源极性控制的正反转模块，其特征在于：所述互锁延时电路包括正转输出端f_s、正转互锁输出端f_l、反转输出端r_s、反转互锁输出端r_l，所述驱动电路包括驱动开关t1、驱动开关t3、驱动开关t5、互锁开关t2、互锁开关t4；所述开关电路包括连接于负载电源输出线l1与绕线组接线端u之间第一开关k1、连接于负载电源输出线l2与绕线组接线端u之间的第二开关k2、连接于负载电源输出线l1与绕线组接线端v之间的第三开关k3、连接于负载电源输出线l2与绕线组接线端v之间的第四开关k4、连接于负载电源输出线l3与绕线组接线端w之间的第五开关k5；所述正转输出端f_s依次连接驱动开关t1、光耦px1和px4，所述正转互锁输出端f_l依次连接互锁开关t4、驱动开关t3，所述反转输出端r_s依次连接驱动开关t3、光耦px2和px3，所述反转互锁输出端r_l依次连接互锁开关t2和驱动开关t1，所述正转输出端f_s还依次连接驱动开关t5和光耦px5，所述反转输出端r_s还依次连接驱动开关t5和光耦px5；所述驱动开关t1通过光耦px1、光耦px4分别控制第一开关k1和第四开关k4的通断，所述驱动开关t3通过光耦px2、光耦px3分别控制第一开关k2和第三开关k3的通断，所述驱动开关t5通过光耦px5控制第五开关k5的通断。3.如权利要求2所述的一种基于电源极性控制的正反转模块，其特征在于：所述检测电路采用电源极性检测电路；所述电源极性检测电路包括光耦p1和光耦p2，所述光耦p1输入端和所述光耦p2输入端反并联接入负载电源输出线l1和负载电源输出线l2；所述外部刹车信号输入端通过光耦p1连接驱动开关t3、通过光耦p2连接驱动开关t1；所述外部刹车信号输入端输入的刹车信号根据负载电源输出线l1与负载电源输出线l2的电压正负方向分配至驱动电路的驱动开关t1或驱动开关t3。4.如权利要求2所述的一种基于电源极性控制的正反转模块，其特征在于：所述驱动开关t1、互锁开关t2、驱动开关t3、互锁开关t4、驱动开关t5以及所述外部刹车信号输入端与检测电路之间接入的互锁开关t6均采用开关三极管或mos管开关。5.如权利要求1所述的一种基于电源极性控制的正反转模块，其特征在于：该模块还包括串接在外部刹车信号输入端与互锁开关之间的第一降压电路。6.如权利要求1所述的一种基于电源极性控制的正反转模块，其特征在于：该模块还包括串接在电源电路与互锁延时电路输入端之间的第二降压电路。

技术总结
本实用新型公开的一种基于电源极性控制的正反转模块，包括电源电路、互锁延时电路、驱动电路、开关电路、检测电路、外部刹车信号输入端；驱动电路串联在互锁延时电路和开关电路之间，开关电路串联在负载电源与电机的绕线组接线端之间；检测电路的信号输入端连接开关电路以检测负载电源的输入电压正负方向；该控外部刹车信号输入端通过所述检测电路连接所述驱动电路，外部刹车信号输入端与检测电路之间接入一互锁开关，互锁延时电路的输出端连接该互锁开关以控制控制外部刹车信号输入端与检测电路的通断。本实用新型兼具正反转控制和刹车功能，且无需额外增加刹车组件，可自主调节刹车时间，具有刹车结构简单，刹车性能优良，可靠性高的特点。性高的特点。性高的特点。


技术研发人员：林育超 吴盛源
受保护的技术使用者：库顿电子科技（厦门）有限公司
技术研发日：2023.03.07
技术公布日：2023/8/17