一种分离式大功率制动系统控制装置的制作方法

本实用新型涉及自动控制技术和电力电子技术领域，具体涉及一种分离式大功率制动系统控制装置。

背景技术：

在多数大型变频调速系统中，当拖动系统的惯性较大，电机变为发电机时，系统将处于再生制动状态，拖动系统的动能回馈到变频器直流母线上，使直流母线电压不断上升，甚至达到危险的地步（变频器损坏等）。大功率制动单元肩负着将拖动系统回馈多余的能量以能耗散热的方式泄放的重要任务，时刻保护整个变频调速系统的安全乃至整个工程的质量。例如在石油钻机系统中，钻头在深入地下数千米的岩层工作，由于地质情况异常复杂和不可控制，钻机电控系统要不断为钻头提供高效可靠的动力源。

目前，国内制动单元主要产品在小功率段（<300kW），大功率段制动单元主要以Siemens、ABB、Vacon等国际大公司为主，产品为控制和功率一体，其价格高、供货周期长、维修不方便、且售后服务难以保证，因此给国内用户带来了很大的不便。现有技术无法解决上述技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中制动单元中存在的问题，提供了一种稳定可靠、输出功率较高的分离式大功率制动系统控制装置。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种分离式大功率制动系统控制装置，包括控制单元及接口单元，所述控制单元包括电压采集模块、比例放大模块、信号综合处理模块、比较模块、信号放大模块、积分反馈模块、过载保护模块、积分模块、功率放大模块、外部信号封锁模块、功率保护模块；

电压采集模块的输入端与电压输入接口连接，电压采集模块的输出端与比例放大模块的输入端及积分模块的输入端连接，比例放大模块的输出端及积分模块的输出端均与信号综合处理模块的输入端连接，信号综合处理模块的输出端与比较模块的输入端连接，比较模块的输出端与信号放大模块的输入端连接，信号放大模块的输出端与功率放大模块的输入端连接，功率放大模块的输出端连接有多路光纤输出接口，多路光纤输出接口连接有功率模块组；

外部信号封锁模块的输入端连接有外部封锁信号输入端，外部信号封锁模块的输出端与综合处理模块的输入端连接；

功率保护模块的输入端连接有多路光纤输入功率保护信号接口，多路光纤输入功率保护信号接口与功率模块组连接，功率保护模块的输出端与信号综合处理模块的输入端连接；

信号放大模块的输出端还与过载保护模块的输入端及积分反馈模块的输入端连接，积分反馈模块输出端与比较模块的输入端连接，过载保护模块的输出端与信号综合处理模块的输入端连接；

接口单元包括复位键、调节器、第一选通器、第二选通器、负载比调节器，所述调节器及第二选通器均与电压采集模块连接，所述复位键与信号综合处理模块连接，所述负载比调节器与过载保护模块的输入端连接，过载保护模块的输入端还与第一选通器连接。

进一步地，多路光纤输出接口为4路光纤输出接口，每路光纤输出接口均连接有一个功率模块。

进一步地，多路光纤输入功率保护信号接口为4路光纤输入功率保护信号接口，且每一路光纤输入功率保护信号接口均连接有一个功率模块。

进一步地，负载比调节器为可调电阻。

本实用新型相对于现有技术，具有一下有益效果：

本实用新型具有很宽的电压工作范围，也有很宽的功率范围，支持扩展功率模块的数量，支持扩展故障类型数量，可将系统当前状态输出至上位机优化控制，为大惯性拖动系统的制动提供了有效可靠的解决方案，为系统设计人员提供了参考。本实用新型可以替代以往传统的将多个小功率模块进行大量串联的方案，也解决了由此带来的系统稳定性低，成本高等问题。因此采用本实用新型可以有效减少经济和空间成本。

本实用新型通过控制单元形成滞环控制系统，突破了调频限制，采用了调频调宽技术方案，从而使本分离式大功率制动系统控制装置在变流器发生大惯性制动时能够快速响应，并迅速释放制动带来巨大的反馈能量，从而使变流系统工作更加安全。

本实用新型采用了模块化设计思想，具有高扩展性，高功率密度，高兼容性的接口，使系统设计更加灵活，并且填补了国内技术的空白。

本实用新型将控制和功率分离，有效的解决了干扰带来的不稳定因素，将系统可靠性再次提高，根据实际功率需求增加或减少模块，多个功率模块同步工作。控制单元与功率模块独立，控制单元不受功率干扰，多个功率模块可同步工作；功率模块可根据功率需求增加或减少，维修方便、效率高、运行稳定、可靠性高。

附图说明

图1为本实用新型的连接示意图。

图2为本实用新型的控制框图。

附图标记含义如下：1. 控制单元；2. 接口单元；3. 多路光纤输出接口；4. 外部封锁信号输入端；5. 多路光纤输入功率保护信号接口；6. 功率模块组；G1：电压采集模块；G2：比例放大模块；G3：信号综合处理模块；G4：比较模块；G5：信号放大模块；G6：积分反馈模块；G7：过载保护模块；G8：积分模块；G9：功率放大模块；G10：外部信号封锁模块；G11：功率保护模块；S1：复位键；S2：调节器；S3：第一选通器；S4：第二选通器；PD：负载比调节器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1-2所示，一种分离式大功率制动系统控制装置，包括控制单元1及接口单元2，控制单元1包括电压采集模块G1、比例放大模块G2、信号综合处理模块G3、比较模块G4、信号放大模块G5、积分反馈模块G6、过载保护模块G7、积分模块G8、功率放大模块G9、外部信号封锁模块G10、功率保护模块G11。

电压采集模块G1的输入端与电压输入接口连接，电压采集模块G1的输出端与比例放大模块G2的输入端及积分模块G8的输入端连接，比例放大模块G2的输出端及积分模块G8的输出端均与信号综合处理模块G3的输入端连接，信号综合处理模块G3的输出端与比较模块G4的输入端连接，比较模块G4的输出端与信号放大模块G5的输入端连接，信号放大模块G5的输出端与功率放大模块G9的输入端连接，功率放大模块G9的输出端连接有多路光纤输出接口3，多路光纤输出接口3连接有功率模块组6。多路光纤输出接口3为4路光纤输出接口，每路光纤输出接口均连接有一个功率模块（功率模块的型号例如SEMIKRON公司的 SEMi653GAL176HDs）。

外部信号封锁模块G10的输入端连接有外部封锁信号输入端4，外部信号封锁模块G10的输出端与综合处理模块G3的输入端连接。

功率保护模块G11的输入端连接有多路光纤输入功率保护信号接口5，多路光纤输入功率保护信号接口5与功率模块组6连接，多路光纤输入功率保护信号接口5为4路光纤输入功率保护信号接口，且每一路光纤输入功率保护信号接口均连接有一个功率模块。功率保护模块G11的输出端与信号综合处理模块G3的输入端连接。

信号放大模块G5的输出端还与过载保护模块G7的输入端及积分反馈模块G6的输入端连接，积分反馈模块G6输出端与比较模块G4的输入端连接，过载保护模块G7的输出端与信号综合处理模块G3的输入端连接。

接口单元2包括复位键S1、调节器S2、第一选通器S3、第二选通器S4、负载比调节器PD，所述调节器S2及第二选通器S4均与电压采集模块G1连接，所述复位键S1与信号综合处理模块G3连接，所述负载比调节器PD与过载保护模块G7的输入端连接，过载保护模块G7的输入端还与第一选通器S3连接。

所述电压采集模块G1，其特点是根据调节器S2和第一选通器S4的设置进行对电压的跟踪，具有两种电压输入接口，一种是可以通过电阻网络直接采集电压的输入接口，另一种是用于电压传感器的输入接口，如电压型LEM LV25-P/SP5。

所述比例放大模块G2，其特点是对电压采集模块G1输出的电压信号实时跟踪进行比例运算，比例放大模块G2是基于通用运算放大器（例如德州仪器公司的LM324）为功能器件的运算模块。

所述信号综合处理模块G3，其特点是以比较器（例如意法半导体公司的LM339），运算放大器（例如德州仪器公司的LM324）和三极管等器件作为功能器件的运算模块，对来自比例放大模块G2的输出信号、积分模块G8的输出信号、外部信号封锁模块G10的输出信号、过载保护模块G7的输出信号、过载保护模块G7的输出信号和功率保护模块G11的输出信号进行综合处理。

所述的比较模块G4，其特点是处理来自信号综合处理模块G3的输出信号和积分反馈模块G6的输出信号，比较模块G4是以比较器（例如意法半导体公司的LM339）作为功能器件的模块。

所述信号放大模块G5，其特点是对来自比较模块G4的信号进行放大处理，信号放大模块G5是以运算放大器（例如德州仪器公司的LM324）作为功能器件的模块。

所述的功率放大模块G9，其特点是对来自所述信号放大模块G5进行功率放大处理，并驱动4路光纤信号的输出，并且支持扩展，功率放大模块G9是以三极管（例如，仙童公司）作为功能器件的模块。

所述的积分反馈模块G6，其特点是处理来自所述信号放大模块G5的输出信号，进行运算处理，积分反馈模块G6是以电容（例如WIMA公司）作为功能器件的模块。

所述的过载保护模块G7，其特点是根据选通器S3和负载比调节器PD的设置来处理来自所述信号放大模块G5的输出信号，进行运算处理。

所述积分模块G8，其特点是对所述电压采集模块G1输出的电压信号实时跟踪进行积分运算。

所述外部信号封锁模块G10，其特点是以光耦（例如威世半导体公司的CNY-65）和三极管作为主要功能器件的接收模块，处理来自外部输入的封锁信号，可以有效的降低来自外部干扰，降低误触发的概率。

所述功率保护模块G11，其特点是处理来自外部的功率保护信号，并具有4路光纤接收口，并且支持扩展，是以比较器（例如意法半导体公司的LM339），运算放大器（例如德州仪器公司的LM324）器件作为主要功能器件的运算模块。

所述复位键S1，其特点是当故障发生并排除后不能自恢复的故障进行手动复位。

所述调节器S2，其特点是可以根据现场工况需求进行调节放电阈值。

所述第二选通器S3，其特点是可以根据现场工况需求选择是使功率单元全负载投入工作。

所述第一选通器S4，其特点是可以根据现场工况需求选择工作的电压等级。

所述负载比调节器PD可以是可调电阻，其特点是可以根据现场工况需求调节负载比。

正常工作时，电压采集模块G1根据调节器S2和第二选通器S4的设置进行对电压的实时跟踪，并输出电压信号至所述比例放大模块G2的输入端与所述积分模块G8的输入端，比例放大模块G2与积分模块G8对电压信号进行运算，之后将运算结果输出至信号综合处理模块G3，信号综合处理模块G3对来自比例放大模块G2的输出信号、所述积分模块G8的输出信号、外部信号封锁模块G10的输出信号、过载保护模块G7的输出信号、和功率保护模块G11的输出信号进行综合处理运算，之后将运算结果输出至比较模块G4，比较模块G4将来自信号综合处理模块G3的输出信号和积分反馈模块G6的输出信号做运算处理，后将运算结果输出至信号放大模块G5，信号放大模块G5对来自比较模块G4的信号进行放大处理，后将信号输出至功率放大模块G9，功率放大模块G9对来自信号放大模块G5进行功率放大处理驱动光纤发射头，通过4路光纤输出接口3将脉冲信号输出至功率模块组6进行控制。

外部信号封锁模块G10若接收到来自外部的封锁信号，则将信号运算处理后输出至信号综合处理模块G3，信号综合处理模块G3接收到封锁信号后发出封锁指令。

过载保护模块G7检测来自信号放大模块G5的输出信号，根据第一选通器S3和负载比调节器PD的设置进行运算处理若超出设置，会发出过载保护信号输出至信号综合处理模块G3，信号综合处理模块G3接收到过载保护信号后发出保护指令。

功率保护模块G11接收来自外部的功率保护信号，接收到信号后，将保护信号输出至信号综合处理模块G3，信号综合处理模块G3接收到功率保护信号后发出保护指令。