一种木工车床电流保护系统的制作方法

本实用新型涉及木工车床控制技术领域，尤其涉及一种木工车床电流保护系统。

背景技术：

台式木工车床是一种结构简单，操作方便的家用和工业实用车床。车床主轴由电机带动皮带传动驱动，该电机分为直流电机、交流异步电机以及伺服电机。木工车床的工作原理为:由电机通过皮带传动机构,带动车床主轴旋转,主轴又通过顶尖或者卡盘带动被加工零件旋转，然后用刀具对工件进行切削,从而加工出不同形状的回转体。由于需要的切削力和加工表面的质量不同，木工机床在加工工作中需要机床主轴提供不同的输出扭矩和转速。

但是,目前大多数使用交流异步电机控制器的木工车床，控制器的整体体积较大，成本高、价格昂贵，低速扭矩小，很多只有单一的电流保护点；使用直流电机控制器的木工车床，电流保护点也比较单一。例如：对于直流电机的电流保护，目前一般的过程为：先根据整机实验测试直流电机的发热，根据直流电机的发热情况确定直流电机电流的保护电流值I1，在整机运行的时候通过电流检测电路检测直流电机的电流值I2，当I2>I1的时候通过限制直流电机的频率等措施降低供给直流电机的电流，从而保护直流电机不被损坏。

由于木工车床电机控制器软件保护较硬件保护较慢，有时可能已经达到过电流值，而单一电流保护点没有起到作用，不利于木工车床的使用和安全操作；并且当切削过程中手动进刀出现堵转时，会出现较大电流，如果长时间堵转则会损坏电机和控制器，单一的保护点明显不能满足木工车床的安全使用。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有木工车床电机电流保护点单一、保护形势简单，不利于木工车床的系统安全以及安全操作，影响正常运转等，提出的一种木工车床电流保护系统，实现电流的全面保护，保障木工车床的切削效率与安全操作。

为了达到上述目的，本实用新型采用下列技术方案：一种木工车床电流保护系统，包括微控制器，电机以及分别与电机相连的IGBT驱动电路和电流采样模块；所述微控制器通过IGBT驱动电路控制电机动作，所述微控制器还包括电流保护点设置模块，所述电流采样模块用以采集电机电流并传输到微控制器；所述电流采样模块与微控制器之间还连接有滤波电路、电压比较器以及运算放大器，通过滤波电路滤除电流噪声后经电压比较器和运算放大器将电流放大传输到微控制器，所述电流采样模块采用电流采样电阻进行电流采样，根据电机特性，设置不同的保护点，对电机过流保护更全面，保证电机正常安全运转。

优选的，所述电机两端连接有续流二极管。

优选的，所述电流采样模块还可以采用电流传感器和电流互感器。

进一步的，还包括与微控制器相连的数码管，通过数字显示提示操作人员，方便操作。

进一步的，所述微控制器还包括无极调速与扭矩调节模块，由于直流电机的扭矩与电流成正比，通过对电流采样，反馈、补偿的方式，实时由无极调速与扭矩调节模块控制电机电流，以实现对扭矩调节的控制。

进一步的，还包括与微控制器相连的电位器检测模块，微控制器检测电位器电压大小，从而通过无极调速与扭矩调节模块调整电机驱动信号(PWM信号的脉冲宽度)来调整电机电压，实现电机无极调速，方便用户切削不同的材料。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型通过电流采样模块、并通过微控制器控制设置多个电流保护点，如硬件保护点、软件保护点堵转保护点等，对木工车床的电机实现全面过流保护，防止持续堵转一直运行大电流烧毁电机和控制器，保证人员操作安全，提高木工车床切削效率与工作稳定性。

2、本实用新型还通过电位器检测模块和电流采样模块，由微控制器控制及无极调速与扭矩调节模块控制，实现机床主轴低速大扭矩，保障电机的工作性能；通过微控制器实现驱动信号脉宽调整，改变电机电压，实现电机无极调速，保证电机转速平滑连续变化，而且可以在整个转速的调节范围内的任意一点稳定运行，保障木工车床的安全稳定运作，提高切削效率与切削精度。

附图说明

图1为本实用新型实施例电流保护系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例电流保护原理框图；

图3为本实用新型实施例中电机无极调速与扭矩调节控制原理框图。

具体实施方式

为了能够更清楚的理解本实用新型的上述目的和优点，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细地描述：

如图1所示，为本实施例提供的电流保护系统结构示意图，包括微控制器，电机以及与电机相连的IGBT驱动电路和电流采样模块，微控制器通过IGBT驱动电路控制电机动作，所述电机两端连接有续流二极管，所述电流采样模块通过电流滤波，然后经电压比较器和运算放大器与微控制器相连，本实施例中微控制器采用STM8S系列单片机，通过微控制器控制对电机实现全面的电流保护。

本实施例中，所述电流采样模块采用电流采样电阻进行电流采样，当然还可以采用电流传感器和电流互感器等其他可替代方式完成电流采样，在此不做详述。

对电机过流实现全面保护，保证电机正常安全运转，本实施例根据电机特性及木工车床的使用情况和该系统的承受能力，并通过大量的切削试验数据，设置不同的保护点，如硬件保护点A、软件保护点B，以及堵转保护点C等，存储到微控制器的电流保护点设置模块，与电流采样电阻采集的电机电流相比较，通过单片机做出相应的停机等操作，有效保护电机和控制器的安全。

为了方便操作人员操作，所述微控制器还连接有数码管(图中未示意)，通过数字显示提示操作人员，方便操作。

实施例中，为了进一步说明电机电流全面保护的原理，参考图2进一步说明：这里分别设置硬件保护点A和软件保护点B是考虑到软件保护较硬件保护慢，所以为了防止软件保护没有起到作用而增加了硬件保护，提高木工车床的使用、操作安全。

电机启动后，电流增大，通过电流采样电阻实时采集电机电流值，并通过滤波模块滤除噪声，由于此时的电流值较小，通过运算放大器和电压比较器放大处理后传输到单片机，与设置好的电流保护点进行比较。

若检测到的电流达到硬件保护点A，则通过单片机控制IGBT驱动电路，使电机直接停机，起到保护作用，并通过数码管显示01状态；若没有达到硬件保护点A，电机继续运转，采样电阻实时采集电机电流，当检测到达到软件保护点B时，通过单片机控制，使电机直接停机，起到保护作用，并通过数码管显示02状态；若没有达到软件保护点B，电机继续运转；在木工车床的使用过程中，由于是手动进刀所以难免会出现堵转情况，堵转的同时会出现较大电流，如果长时间堵转则会损坏电机和控制器，所以当检测到堵转后，达到堵转保护点C时，先计时维持一段时间(如6S)，若堵转消除，则电机可以正常继续运转，通过采样电阻实时比较并做出控制；若果堵转还没有撤销就要降低电流运行，通过单片机控制IGBT驱动电路减小IGBT驱动信号(PWM脉冲宽度)，使电机电压减小，从而减小电机电流，使此时电机在额定保护点E(电机的额定工作电流)以下运行，电机正常运转。

通过电流采样电阻实时检测电机电流并与设定的保护点比较，然后由单片机控制，实现对电机电流控制的全方位保护，电流保护更全面，操作更安全。

同时，为了实现电机无极调速和恒转矩功能，方便用户切削不同的材料，提高操作便利性，本实施例还包括与微控制器相连的电位器检测模块,用以检测电机电流的电流采样模块，所述电流采样模块优选采用电流采样电阻，当然也可以采用电流传感器和电流互感器进行电机电流采样，所述电流采样电阻与微控制器之间还连接有电流滤波电路，通过滤波滤除电流噪声，由于采集的电流较小，然后通过电压比较器和运算放大器将电流放大传输到微控制器。

由于直流电机的扭矩与电流成正比，参考图3，为无极调速与扭矩调节控制原理框图，通过单片机对电流采样，反馈、补偿的方式，实时由微控制器的无极调速与扭矩调节模块控制电机电流，以实现对扭矩调节的控制；无极调速的实现通过电位器检测电压大小，从而控制调整电机驱动信号(PWM信号的脉冲宽度)来调整电机电压，并且在电机低速运行时通过微控制器对电机电流进行控制，使电机输出较大的扭矩，其效果明显优于简单控制的异步电机和变频器。

本实施例所述的方案，在木工车床领域设计新思路，电流保护更全面，方便木工车床的切削操作，提高工作效率与精度，具有广泛的推广意义。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。