一种适用于工业机器人驱动器的上电和制动电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种适用于工业机器人驱动器的上电和制动电路，该上电和制动电路包括上电电路、母线能量泄放回路和制动单元。上电电路的输入连接电网，输出连接母线能量泄放回路；母线能量泄放回路的输出连接制动单元；制动单元的输出连接机器人驱动器的逆变单元。本实用新型将多台单轴伺服驱动器的上电和制动电路集成在一起，简化了工业机器人驱动器系统的电路；采用系统母线电压间接控制上电缓冲工作的方法，保证了上电电路的可靠性；母线能量泄放回路的工作点可以根据实际工作场合设置，能够保证系统在不同工况下电机回馈能量的有效利用；制动单元工作时，不消耗母线电容中存储的能量，仅消耗电机回馈到母线上的能量，因此制动效果明显，速度快。
【专利说明】—种适用于工业机器人驱动器的上电和制动电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及工业机器人驱动器的上电和制动电路，尤其涉及将多台单轴伺服驱动器的上电和制动电路集成在一起，属于工业自动化控制领域。
【背景技术】
[0002]目前国内工业机器人驱动系统大多由多台单轴伺服驱动器构成。伺服驱动器一般采用模块化设计，分成整流单元和逆变单元。每台伺服驱动器都包含整流单元和逆变单元，导致工业机器人驱动系统复杂化、体积大。将多台伺服驱动器的相同功能单元集成共用已成为工业机器人驱动器系统的发展趋势，虽然国外已经有相关产品出现，但其成本较高，不能适应中低端客户的需求。
【发明内容】
[0003]本发明公开了一种适用于工业机器人驱动器的上电和制动电路，该上电和制动电路能够可靠地为多台伺服驱动器的逆变模块提供能量，解决了由多台单轴伺服驱动器构成的工业机器人驱动器系统中每台驱动器都包含上电和制动电路而使得驱动器系统过于复杂的问题。
[0004]为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是:一种适用于工业机器人驱动器的上电和制动电路，包括上电电路、母线能量泄放回路和制动单元；
[0005]所述上电电路由保持型三相继电器、三相整流桥、第一上电继电器、第一上电电阻、第二上电继电器、第二上电电阻、母线电容及母线电压检测电路构成，保持型三相继电器的输出连接三相整流桥的输入，第一上电继电器和第一上电电阻串联后与保持型三相继电器的任意一相并联，第二上电继电器和第二上电电阻串联后与保持型三相继电器其余两相中任一相并联，母线电容和母线电压检测电路并联在直流母线上；
[0006]所述母线能量泄放回路由母线电压泄放电阻与母线电压泄放开关串联构成，母线能量泄放回路并联在直流母线上；
[0007]所述制动单元由制动电阻、制动开关、第三上电继电器构成，制动电阻与制动开关串联后通过第三上电继电器并联在直流母线上；
[0008]保持型三相继电器的输入为所述上电和制动电路的输入接口，制动单元的制动电阻和制动开关串联后的两端为所述上电和制动电路的输出接口。
[0009]本发明将多台单轴伺服驱动器的上电和制动电路集成在一起，大大简化了工业机器人驱动器系统的电路；采用系统母线电压间接控制上电缓冲工作的方法，保证了上电电路的可靠性，避免了因为上电继电器和上电电阻损坏等问题对保持型三相继电器、三相整流桥和母线电容的影响；母线能量泄放回路的工作点可以根据实际工作场合设置，能够保证系统在不同工况下电机回馈能量的有效利用；制动单元工作时，不消耗母线电容中存储的能量，仅消耗电机回馈到母线上的能量，因此制动效果明显，速度快。本发明通过工作过程中对母线电压的实时检测，智能地对系统上电缓冲电路、电机回馈能量进行管理，系统采用大容量制动回路减少了系统制动时间，确保了工业机器人制动的可靠性、快速性。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是工业机器人驱动器的上电和制动电路的电路原理图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步详细说明。
[0012]在图1中，本发明所述的工业机器人的上电和制动电路将电网的交流输入转化为稳定的直流电压输出提供给驱动器的逆变电路使用，其包括上电电路、母线能量泄放回路和制动单元。上电电路由具有保持功能的三相继电器KMl、三相整流桥DBl、上电继电器KM2和KM3、上电电阻Rl和R2、母线电容Cl和母线电压检测电路构成；母线能量泄放回路由母线电压泄放电阻R4和母线电压泄放开关VTl构成；制动单元由制动辅助继电器KM4、制动电阻R3和制动开关SCRl构成。其中，保持型三相继电器KMl在控制时需要控制电流，控制结束后不需要控制电流，有保持功能；上电继电器KM2、KM3、KM4均为常开型继电器。
[0013]保持型三相继电器KMl的输入端连接电网，电网可以是220V三相交流电或者380V三相交流电。制动电阻R3与伺服驱动器的逆变单元连接制动电阻R3与制动开关SCRl在系统初始状态，保持型三相继电器KMl为断开状态，制动开关SCRl、母线电压泄放开关VTl处于关断状态，驱动器系统与电网完全隔离。上电时上电继电器KM2、KM3、KM4闭合,输入的交流电通过上电电阻Rl和R2、三相整流桥DBl对母线电容Cl充电，母线电压检测电路对母线电容上的电压进行实时检测，当电压点到达设定值时，保持型三相继电器KMl闭合，上电继电器KM2、KM3延时断开，系统上电结束。母线电容Cl上电压的设定值与输入的交流电源有关，当输入220V的交流电时，设定值一般为290V?300V ;当输入380V的交流电时，设定值一般为500V。上电电路通过母线电压的具体值，来判断是否将三相继电器闭合，能够提高上电回路的可靠性，比如，在上电电阻损坏(断路)的情况下，如果按常规驱动器的上电方法(即将强电先通过电阻对母线电容充电，延迟一段时间后再通过开关将电阻短接)会造成整流桥损坏或驱动器使用场所跳闸断电。本发明的上电电路可以避免上述问题，因为上电电阻损坏会影响母线电压值，电压值不到设定值，系统就会停止下步工作。采用具有保持功能的三相继电器可使系统在发生故障时与电网脱离，降低风险，同时使用这种功能的继电器控制方法简单，控制电路能量消耗也很低，提高了电路工作的可靠性。
[0014]工业机器人经常运行在快速加减速、频繁启停工况下，在快速减速和停止过程中，负载的动能会通过逆变电路向母线电容进行充电，负载大小、加速度都会影响回馈到母线上能量的大小，为防止母线电容电压上升过高，应需要及时对这部分能量进行泄放，泄放点设定的灵活性能够满足不同工况下对回馈能量的有效利用，当母线电压值达到设定点时，控制VTl打开，母线电容中的能量通过泄放电阻R4消耗，母线电压下降到安全范围中。
[0015]工业机器人驱动器运行在如电机堵转、电机相线短路、编码器断线等系统紧急故障时，需要紧急进行制动，步骤一般是驱动器先将电机转速降到某一合理值以下再将电机制动器使能。如果驱动器制动效果差，转速下降慢，就会造成电机停止过程时间长，行程大，并会危及到现场人员的安全。因此在紧急故障发生时，就期望驱动器使电机迅速减速到电机制动器能承受的范围内。为达到这一目的，本实用新型在系统制动时，先通过制动辅助继电器KM4将制动电路与母线电容Cl断开后，再打开制动开关SCRl，电机回馈的能量(通过逆变单元开关管并联二极管构成的整流电路)在制动电阻R3上消耗，并且仅对电机回馈的能量进行快速消耗。制动开关可选择电流大、耐压高的晶闸管，R3的阻值可以很小，这样做的好处就是，制动回路容量大，制动效果较好。(此处我做了一些调整)应该注意对辅助继电器KM4的操作，系统完成制动后需要加一定的延迟时间才能将KM4闭合，以此保证SCRl的完全关断。系统掉电时，应先打开KM4、KM1，再打开SCR1，和VT1，这样做既把电机制动下来，又使母线电容的能量释放掉。
[0016]在本发明的一个具体实施例中，上电电阻Rl和R2为40W铝壳电阻，大小为25欧，泄放电阻R4为1500W线绕电阻，大小为16欧，制动电阻R3为500W线绕电阻，大小为5欧，母线电压泄放开关VTl使用型号为FF75R12RT4的IGBT模块，制动开关SCRl使用型号为PK110FG160的可控硅模块，三相整流桥DBl型号为DF100AA160，母线电容Cl为4100Uf。
【权利要求】
1.一种适用于工业机器人驱动器的上电和制动电路，其特征在于:包括上电电路、母线能量泄放回路和制动单元； 所述上电电路由保持型三相继电器、三相整流桥、第一上电继电器、第一上电电阻、第二上电继电器、第二上电电阻、母线电容及母线电压检测电路构成，保持型三相继电器的输出连接三相整流桥的输入，第一上电继电器和第一上电电阻串联后与保持型三相继电器的任意一相并联，第二上电继电器和第二上电电阻串联后与保持型三相继电器其余两相中任一相并联，母线电容和母线电压检测电路并联在直流母线上； 所述母线能量泄放回路由母线电压泄放电阻与母线电压泄放开关串联构成，母线能量泄放回路并联在直流母线上； 所述制动单元由制动电阻、制动开关、第三上电继电器构成，制动电阻与制动开关串联后通过第三上电继电器并联在直流母线上； 保持型三相继电器的输入为所述上电和制动电路的输入接口，制动单元的制动电阻和制动开关串联后的两端为所述上电和制动电路的输出接口。
【文档编号】H02P3/22GK203691301SQ201420045933
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】徐小军, 姚瑱, 戴安刚 申请人:南京埃斯顿自动控制技术有限公司