电子伺服变压器的制作方法

专利名称：电子伺服变压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种伺服变压器，尤其是一种匹配伺服控制器、伺服电机的电子伺服
变压器。
背景技术：
电子型伺服电源变压器，在机床电器中是一个专用独立组件，配用他国或地区进 口伺服单元在我国家电网下使用的电源变换装置。在日本，此类产品称为噪音滤波器，其功 能定位于滤除电源进线中的谐波干扰脉冲分量，如电焊机点火装置、放电加工、高频热合 机等产生的干扰及防雷电过压保护、无需对电网电压进行变换。伺服单元主电源供给采用 交流三相AC200V/60HZ或直流200V DC输入均可，并由它的软件版本中设定。进口伺服电 机、伺服控制器使用单相AC 100V/60HZ，或三相AC 200V/60Hz电网电源，为了匹配我国电 网三相AC 380V/50HZ三相四线制工频国情，需要专用伺服电源变压器。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种电子伺服变压器，在我国 家电网使用下，为进口伺服控制器、伺服电机提供所需的主副适配电源。按照本发明提供的技术方案，所述电子伺服变压器包括防雷过压保护和高谐波抑 制电路，三相输入R、S、T端子通过所述防雷过压保护和高谐波抑制电路接地；三相输入R、 S、T端子和零线N端子通过AC/DC电压变换电路和电源滤波电路连接输出端子；零线N端 子通过防感应电压泄放电路接地；零线N端子还通过抑制零线上的高谐波窜扰的抑噪接地 电路接地。所述AC/DC电压变换电路和电源滤波电路包括R端子通过第一整流桥堆连接第 二输出端子，S端子通过并联的两个整流桥堆连接第一输出端子，T端子通过并联的两个整 流桥堆连接第一输出端子；在第一输出端子和第三输出端子之间连接第六滤波电容，第二 输出端子和第三输出端子之间连接第七滤波电容；零线N端子与第三输出端子相连。所述防感应电压泄放电路包括串联的第四电容、第四陶瓷气体放电二极管。所述 抑噪接地电路包括串联的第五电容、第五陶瓷气体放电二极管。所述防雷过压保护和高谐波抑制电路包括R端子通过串联的第一电容和第一陶 瓷气体放电二极管接地；S端子通过串联的第二电容和第二陶瓷气体放电二极管接地；T端 子通过串联的第三电容和第三陶瓷气体放电二极管接地。所有接地回路采用一点接地法，接金属散热外壳，再用3mm2以上粗线引入大地接 地极板。本发明的优点是可提供系列产品为各种伺服电机功率规格配套；双重防雷保 护，过载能力强；在电源进线端和电压输出端，均有高谐波抑制网络，抗干扰特性好；节能 发热量低；双重绝缘，确保安全。


图1是本发明内部电路框图。图2是本发明电路原理图。图3是本发明为基本伺服系统的构成方框图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图1所示本电子伺服变压器包括防雷过压保护和高谐波抑制电路，三相输入 R、S、T端子通过所述防雷过压保护和高谐波抑制电路接地；三相输入R、S、T端子和零线N 端子通过AC/DC电压变换电路和电源滤波电路连接输出端子1^丄2丄3 ；零线N端子通过防感 应电压泄放电路接地；零线N端子还通过抑制零线上的高谐波窜扰的抑噪接地电路接地。如图2所示所述AC/DC电压变换电路和电源滤波电路包括R端子通过第一整流 桥堆VD1连接第二输出端子L2, S端子通过并联的两个整流桥堆VD2、VD3连接第一输出端子 L1, T端子通过并联的两个整流桥堆VD4、VD5连接第一输出端子L1 ；在第一输出端子L1和第 三输出端子L3之间连接第六滤波电容C6,第二输出端子L2和第三输出端子L3之间连接第 七滤波电容C7 ；零线N端子与第三输出端子L3相连。所述防感应电压泄放电路包括串联的第四电容C4、第四陶瓷气体放电二极管2R4。所述抑噪接地电路包括串联的第五电容C5、第五陶瓷气体放电二极管2R5。所述防雷过压保护和高谐波抑制电路包括R端子通过串联的第一电容C1和第一 陶瓷气体放电二极管2礼接地；S端子通过串联的第二电容C2和第二陶瓷气体放电二极管 2R2接地；T端子通过串联的第三电容C3和第三陶瓷气体放电二极管2R3接地。以下详细说明其工作过程、工作原理一、电网电压变换本发明所述的伺服电源用于我国电网三相四线制AC380V、 50Hz，适配进口伺服电机(伺服单元)的电能供给装置，如图2、3所示，其工作过程是三相 进线及N零线经配线断路器分别接入本产品的R、S、T、N输入端子。U相“R相电压”经VDl 半波整流C6滤波在输出端子L2上得到约100V左右的脉动直流电压、正弦交流电，电压解 析式U1=UmSin(COrKpuo)V,半波整流电压公式:uL = 0. 45U2输出电压平均值的结果。V、 W相“S、T相电压”分别经电力整流桥堆VD2、VD3、VD4、Vd5整流半波合成，滤波电容C7在输出 端子L1上得到约200V左右的脉动直流电压。三个相序互为120°，则电压解析式U2+U3 = UfflSin (ω t 士 120° ) V，二个正半周导通半波合成输出电压平均值为Ul = 0. 9U2的结果，须指 出输出端子1^3是上述两组电压的公共端，实际上就是N零线，固属相电压半波整流。这两 组直流电压作伺服控制器、伺服电机主副电源使用，其中输出端子Lp L3输出的DC 200V组 电压是伺服控制器的主电路电源，又是有时序要求的预置电压，需满足微处理器CPU前端 取样、A/D模数变换编码、I/O接口等电路的预置要求。所以LpL3端电压应比L2、L3端电压 超前5秒加到伺服控制器电源进线端子上。在机床电路上，用断路器和电磁继电器来保证； 否则二组电压同时加到伺服单元上，“上电即工作”会产生很大的浪涌电流而报警。二、防雷过压保护及消噪滤波在本产品的三相输入R、S、T端子上分别接入高压 瓷介电容器Cp C2, C3与陶瓷气体放电二极管2Ri、2R2、2R3构成的串联网络，一旦遭受过电 压侵袭，瞬时高谐波脉冲使放电管产生电离而导通，把浪涌电流旁路入地，限制在安全范围内。过电压消失后，放电管自动恢复开路，使产品及设备得到保护。以第一电容C1、第一陶瓷气体放电二极管2礼串联网络为例其工作原理是，放电 管是一个以击穿电压特性标志的瞬时变阻器件，其静态电阻为R ^ IO10Ω ,电离击穿时约为 0Ω。电容器C可看成是一个交流等效电阻，其特性容抗为Xc = l/ω c = 1/2 Jifc Ω，从 式中可知，谐波频率越高，则等效电阻越趋于零。在本电路中，电容量的取值是作为一个高 频旁路电容器使用。把电源进线中的高谐波干扰分量旁路，起到了消噪滤波的作用。据析 雷电、电焊机、放电加工、高频热合机等干扰源的频谱分布范围很广，但主要集中在高频段 的特点，所以对本产品输入电压与放电管击穿特性曲线，选取临界值下限，提高瞬态响应速 度。电容量范围的设定及选取损耗角正切值tg δ <50X 10_4介质损耗小来优化旁路特性， 使在动态时更具有出色的表现，从而达到过压保护与噪波抑制的双重目的。在零线N端子上接入第四电容C4、第四陶瓷气体放电二极管2R4构成的防感应电压 泄放通路。在雷电时，零线上同样有较高的感应电压，这些集聚电荷如不及时就地泄放掉， 将影响设备的正常工作，特别是对数字电路危害干扰，所以选取电容器(；的容量值和2礼放 电管击穿电压值来保持N线的瞬时零电位。在零线N出线端子上，并接由第五电容C5、第五陶瓷气体放电二极管2R5构成的抑 噪接地网络。选取C5、2R5的参数值来抑制零线上的高谐波窜扰。因本产品的负载是伺服控 制器，伺服控制器是电容输入型在相位上电流超前电压90°，它的断路特性“开与关”会 产生约20ms时间的浪涌冲击电流和反向残存电压，所以采用双重组合的并联特性网络来 提高它的匹配性能和电磁兼用性。在输出主副电压端子L1, L2和L3之间分别接入滤波电容器C6、C7，旁路在整流后， 直流电压中谐波分量及伺服控制器主电路高速开关元件IGBT产生的开关噪音。输出端子L1, L2和L3通过电磁接触器触点分别连接伺服控制器的L1, L2, L3输入， 同时输出端子L1连接伺服控制器的Lm端，输出端子L2连接伺服控制器的L2。端。所述Lic 端和L2c端是进口伺服控制器的电源电压预置输入电压端口。所述伺服控制器输出三相电 U、V、W和编码流给伺服电机。本发明的特点如下1本产品设计我国家电网使用下，为进口伺服控制器，伺服电机提供所需的主副 适配电源。本系列为各种伺服电机功率规格配套。2双重防雷保护，过载能力强，有效保护系统的工作安全。3抗干扰特性好在电源进线端和电压输出端，均有高谐波抑制网络，防止来自 外、内部的噪声干扰和较好的电磁兼容性，维护系统稳定可靠地运行。4节能发热量低详细描述见以下优点部分。5双重绝缘，确保安全在电路中的接线端子，整流模块，元器件及引线、连结导线 等均用绝缘套子。导热硅胶热塑管套封，浇注环氧树脂固封后，使各元器件之间、整个电路 与散热外壳间具有双重绝缘，为产品、设备、人身安全可靠保障。6本产品电路所有接地回路采用一点接地法，接金属散热外壳，外壳接地标志 “4"用3mm2以上粗线(最好编织铜线)引入大地接地极板，接地电阻值应小于100 Ω，确保
抗干扰的有效性能。本产品的优点如下
1组件结构特征、采用全铝合金外壳(整流散热器)、全封闭结构接线端子输入、 输出(见实物)、核心模块、及电子元器件采用日本进口和国产优级品，环氧固化封装、终身 免维护一次性产品。2自冷散热结构2. 1散热外壳与空气面以热辐射为主，在一定外形尺寸下，尽可能加大与空气的表 面积，并进行表面打毛、粗糙氧化工艺处理。2. 2在散热壳件内部以热传导为主，在整流模块外壳与散热壳体保证接触面光洁 度和涂有导热硅胶固化的紧密接触(不用螺栓紧固)。所以在壳体内设有环氧导流束缚糟 (凹凸糟)。利用环氧固化后的收缩性把整流模块紧紧锁住和壳内元器件连结线等的位移， 提高组件工作环境抗震能力。消除模块在长期使用中因热胀冷缩而影响紧密接触，热阻变 大的不良后果。凹凸糟设置(模具设定)的另一个作用是优化热传导性能，增加内部有效 导热接触面积，提高热传导率。实践证明，尽可能加大传导介质与散热壳内体的接触表面积 和改善填隙介质本身的导热特性。所以在环氧固化配方中、加入导热添加剂、使热源与散热 体单面接触变为全方位接触，使发热体与散热体间的导热温度分布更勻称，进一步减小接 触热阻Res、在低成本下造就优良的稳态散热效果。3在整流电路上，运用二极管的串并联方法串联，提高它的反向耐压；并联，增加 输出电流容量。每个整流单元用桥堆改接而成。并联η个优点是当输出电流“I”一定时、 则流过每个二极管的分流电流约为1/n A(正向电压降值的不一致性)。单个模块的发热量 明显减小，由集中变为分散散热。分散的同时、模块与散热体的有效接触面积增加η倍，这 样做既解决了模块在长时间工作中产生的过热现象，又提高了热传导效率。本产品是一个电力功率型组件，在整流过程中一部份电能转换成热能而损失掉， 而产生热损耗的要素是整流二极管的最大正向电压降“VF”(非线性P N结电阻)。一般 在IV左右、VF值越小、则热损越小，随着半导体技术的科技进展，选用近似“肖特基”特征 低管压降约0. 5V左右的优质进口整流模块，从根本上降低热耗散功率，提高能效比，使产 品具有节能，同散热模型下温升低的良好实效。4过电压及抗干扰电路的改进对电路中各点电位，根据在静态与动态之间电位变化特征来选择不同规格的放电 管。放电管的电压击穿特性曲线所对应的阻值变化是非线性的。惰性气体产生电离时，其 阻值从1(ΓΩ趋于零值的变化，在这变化过程中，取决于它的一、快速启动性能，响应时间 为μs级。二是要加速放电区域的电离。所以放电管的实际工作点是选在它击穿特性曲线 的拐点附近，使它处于一个较理想的临界值，这样能在脉冲电压幅度较小时也能产生电离 而可靠导通。串联电容器是针对中、高频段的干扰特征来选取不同电容量值，且选用介质损耗 低、高频特性参数好，“损耗角正切值tg δ ^ 50X 10_4”来提高动态时的高频旁路性能，使串 联网络的等效电阻近似为容抗值；网络特性与电路中的动态电位匹配在高谐波干扰抑制上 取得积极效果。本伺服变压器是针对我国电网三相四线制AC 380V、50Hz，专业匹配日本、韩国、 台湾等进口伺服控制器、伺服电机。主电路为单相AC IOOVAOOV;主电路为三相AC 200V规 格。数控变频调速系统为系统提供稳定可靠的适配、静噪优质电源。在抗干扰、噪音滤波、防
6雷过压、电磁兼容性、节能等方面具有优良性能。适用于如安川、松下、日立、三洋、三菱、富 士、欧姆龙、东元、台达等伺服单元及国产伺服，在国内数控加工中心、刻凿、车、镗、雕铣、 弹簧机、激光及电火花加工机械设备、包装印刷、造纸、纺织机器人、自动化生产线等领域， 替代铁芯变压器及进口品。
权利要求
电子伺服变压器，包括封装在外壳内的防雷过压保护和高谐波抑制电路，其特征是三相输入R、S、T端子通过所述防雷过压保护和高谐波抑制电路接地；三相输入R、S、T端子和零线N端子通过AC/DC电压变换电路和电源滤波电路连接输出端子(L1、L2、L3)；零线N端子通过防感应电压泄放电路接地；零线N端子还通过抑制零线上的高谐波窜扰的抑噪接地电路接地。
2.如权利要求1所述的电子伺服变压器，其特征是所述AC/DC电压变换电路和电源滤 波电路包括R端子通过第一整流桥堆(VD1)连接第二输出端子(L2), S端子通过并联的两 个整流桥堆(VD2、VD3)连接第一输出端子(L1)，T端子通过并联的两个整流桥堆(VD4、VD5) 连接第一输出端子(L1)；在第一输出端子(L1)和第三输出端子(L3)之间连接第六滤波电容 (C6),第二输出端子(L2)和第三输出端子(L3)之间连接第七滤波电容(C7)；零线N端子与 第三输出端子(L3)相连。
3.如权利要求1所述的电子伺服变压器，其特征是所述防感应电压泄放电路包括串联 的第四电容(C4)、第四陶瓷气体放电二极管(2R4)。
4.如权利要求1所述的电子伺服变压器，其特征是所述抑噪接地电路包括串联的第五 电容(C5)、第五陶瓷气体放电二极管(2R5)。
5.如权利要求1所述的电子伺服变压器，其特征是所述防雷过压保护和高谐波抑制电 路包括R端子通过串联的第一电容(C1)和第一陶瓷气体放电二极管(2礼)接地；S端子通 过串联的第二电容(C2)和第二陶瓷气体放电二极管(2R2)接地；T端子通过串联的第三电 容(C3)和第三陶瓷气体放电二极管(2R3)接地。
6.如权利要求1所述的电子伺服变压器，其特征是所有接地回路采用一点接地法，接 金属散热外壳，再用3mm2以上粗线引入大地接地极板。
7.如权利要求1所述的电子伺服变压器，其特征是所述外壳内浇注环氧树脂固封，所 述外壳内壁设有导流槽。
全文摘要
本发明提出一种电子伺服变压器，包括防雷过压保护和高谐波抑制电路，三相输入R、S、T端子通过所述防雷过压保护和高谐波抑制电路接地；三相输入R、S、T端子和零线N端子通过AC/DC电压变换电路和电源滤波电路连接输出端子；零线N端子通过防感应电压泄放电路接地；零线N端子还通过抑制零线上的高谐波窜扰的抑噪接地电路接地。本发明的优点是可提供系列产品为各种伺服电机功率规格配套；双重防雷保护，过载能力强；在电源进线端和电压输出端，均有高谐波抑制网络，抗干扰特性好；节能发热量低；双重绝缘，确保安全。
文档编号H02H9/04GK101931330SQ20091020926
公开日2010年12月29日 申请日期2009年10月28日 优先权日2009年10月28日
发明者周士良 申请人:无锡新宇机床电器有限公司;周士良