本发明属于电机制动领域，具体地涉及一种带制动的三相电机正反转控制器及制动方法。
背景技术：
随着经济的发展和科学技术的进步，电动执行机构在工业领域的应用越来越广泛，同时电动执行机构的控制技术也有了一定的进步和更新。但是，在采用三相电机的电动执行机构中，其电机制动问题始终没有一种制动效果好、使用成本低的理想的技术解决方案。
目前，市场上对于三相电机的制动采用能耗制动较常见，其原理是在电机一绕组并联电容储能电路，电机通电工作时，同时通过二极管给储能电容充电，当三相断电时，储能电容通过电机绕组放电，直流电产生一个静止的磁场，电机转子因惯性在这个静止磁场中旋转产生感应电动势，转子电流与固定磁场所产生制动力矩，阻碍转子继续转动，使电机迅速减速停止转动。采用了电容储能电路，因三相电压较高，制动电路体积较大，且因制动冲击电流，储能电路的电容和二极管易损坏。
公开专利：CN202068363U公开了一种智能电动执行机构的三相电机制动电路，其原理是：当CPU控制器执行三相电机M停转指令时，正转控制输出端A立即关断启动电压而为低电平，反转控制输出端B 滞后于正转控制输出端A电压变化一设定时间t后输出启动电压即高电平令三相电机M反转，反转时间根据三相电机功率和负载大小设定，例如1秒，控制输出端B输出启动电压并维持三相电机M反转时间至设定时间后关断，三相电机M短暂时间反转可以有效抑制三相电机M的惯性旋转。该电路优点为：结构简单，成本低，但其制动时，反转信号是在三相交流电的任意时刻施加的，在设置相同的制动时间的情况下，在交流电不同瞬时电压的情况下，其制动力矩是不一样的，很容易出现制动不足或制动过头的情况，在一些精度要求高的场合，并不适用。
技术实现要素：
本发明的目的在于为解决上述问题而提供一种无需直流制动所需的电容储能，降低了体积和成本，通过检测感生电压方向，可以准确地在电网电压与感生电压反向时刻开始施加制动脉冲电压，制动的一致性和精度高，且工作寿命长，电磁干扰低的带制动的三相电机正反转控制器。
为此，本发明公开了一种带制动的三相电机正反转控制器，包括逻辑控制电路、输入电压检测电路、开关控制电路和感生电压检测电路，所述开关控制电路的控制输入端接逻辑控制电路的控制输出端，所述开关控制电路串接在三相电源输出端与电机的输入端之间，构成电机的正反转供电控制回路，所述感生电压检测电路用于检测电机断电时，电机绕组的感生电压的方向，并将检测结果输出给逻辑控制电路，所述感生电压检测电路用于检测电机绕组在电机断电时的感生电压的方向，在电机断电需要制动时，逻辑控制电路通过检测到相线电压与感生电压方向相反时，输出制动脉冲信号使开关控制电路的相应开关闭合导通，给该电机绕组输入与感生电压方向相反的制动脉冲电压，通过该绕组电流产生静止磁场，使电机转子因制动力矩快速停止转动。
进一步的，所述输入电压检测电路包括光电耦合器P1、光电耦合器P2、二极管D1、二极管D2、电阻R1和电阻R2，所述光电耦合器P1的输入端、二极管D1和电阻R1串联后接在三相电源的L2和L3相线之间，所述光电耦合器P1的输出端接逻辑控制电路第一检测输入端，所述光电耦合器P2的输入端、二极管D2和电阻R2串联后接在三相电源的L1和L3相线之间，所述光电耦合器P2的输出端接逻辑控制电路第二检测输入端，三相电源的L3相线为公共端。
进一步的，所述感生电压检测电路包括光电耦合器P3、二极管D3和电阻R3，所述光电耦合器P3的输入端、二极管D3和电阻R3串联后接在电机的输入端U和地之间，所述光电耦合器P3的输出端接逻辑控制电路第三检测输入端。
进一步的，所述开关控制电路由半导体开关和/或机械触点开关组成。
更进一步的，所述开关控制电路由半导体开关和机械触点开关串联的二级开关组成。
更进一步的，所述半导体开关为可控硅开关，所述机械触点开关为电磁继电器开关。
更进一步的，所述开关控制电路包括可控硅开关Q1-Q4、光电耦合器P4-P7和电磁继电器K1-K5，所述光电耦合器P4和P5的输入端串联后接逻辑控制电路的第一控制输出端，所述光电耦合器P4和P5的输出端分别接可控硅开关Q1和Q2的控制极，所述可控硅开关Q1和Q2反相并联后一端接三相电源的L1相线，另一端分别接电磁继电器K1和K2的开关的一端，所述电磁继电器K1和K2的开关的另一端分别接电机的输入端V和U，所述电磁继电器K1和K2的线圈分别接逻辑控制电路的第二控制输出端和第三控制输出端，所述光电耦合器P6和P7的输入端串联后接逻辑控制电路的第四控制输出端，所述光电耦合器P6和P7的输出端分别接可控硅开关Q3和Q4的控制极，所述可控硅开关Q3和Q4反相并联后一端接三相电源的L2相线，另一端分别接电磁继电器K3和K4的开关的一端，所述电磁继电器K3和K4的开关的另一端分别接电机的输入端V和U，所述电磁继电器K3和K4的线圈分别接逻辑控制电路的第三控制输出端和第二控制输出端，所述电磁继电器K5的开关串接在三相电源的L3相线和电机的输入端W之间，所述电磁继电器K5的线圈接逻辑控制电路的第五控制输出端，所述三相电源的L3相线接地。
本发明还公开了一种三相电机制动方法，包括如下步骤：
A1，三相电机断电；
A2，分别检测三相电机其中一绕组的感生电压方向和三相电源的相线电压的方向；
A3，当相线电压与感生电压方向相反时，将该相线与该绕组连通，给该绕组输入与感生电压方向相反的制动脉冲电压，通过该绕组电流产生静止磁场，使电机转子因制动力矩快速停止转动。
本发明的有益技术效果：
本发明无需直流制动所需的电容储能，降低了体积和成本，通过检测电机绕组的感生电压方向，可以准确地在电网电压与感生电压反向时刻开始施加制动脉冲电压，制动的一致性和精度高，开关控制电路由半导体开关或半导体开关与机械触点开关的组合，在正常工作和制动时是由半导体开关接通或断开电机负载，不需要机械触点开关直接切换电机负载，所以不存在机械触点开关拉弧失效的缺陷，工作寿命长，电磁干扰低。
附图说明
图1为本发明实施例的电路原理图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明公开了一种三相电机制动方法，包括如下步骤：
A1，三相电机断电。具体的，包括正转断电和发转断电。
A2，分别检测三相电机其中一绕组的感生电压方向和三相电源的相线电压的方向。可以采用二极管组成的电路进行检测，也可以使用电压比较器等其它现有的电压方向检测电路进行检测，此是本领域技术人员容易想到的。
A3，当相线电压与感生电压方向相反时，将该相线与该绕组连通，给该绕组输入与感生电压方向相反的制动脉冲电压，通过该绕组电流产生静止磁场，使电机转子因制动力矩快速停止转动。
如图1所示，本发明还公开了一种带制动的三相电机正反转控制器，包括逻辑控制电路1、输入电压检测电路2、开关控制电路3和感生电压检测电路4，本具体实施例中，逻辑控制电路1设置有电源正端VCC，电源负端GND，正转控制电压输入端Fin，反转控制电压输入端Rin和控制公共端COM，所述开关控制电路3的控制输入端接逻辑控制电路1的控制输出端，所述开关控制电路3串接在三相电源的L1、L2和L3相线（输出端）与电机的输入端U、输入端V和输入端W之间，构成电机的正反转供电控制回路，所述感生电压检测电路4用于检测电机断电时，电机绕组的感生电压的方向，并将检测结果输出给逻辑控制电路1，所述电压检测电路2用于检测三相电源的相线电压的方向，具体为L1相线电压方向以及L2相线电压方向，L3相线为公共端接地，并将检测结果输出给逻辑控制电路1，在电机断电需要制动时，逻辑控制电路1通过感生电压检测电路4和电压检测电路2检测到L1或L2相线电压与感生电压方向相反时，输出制动脉冲信号使开关控制电路3的相应开关闭合导通，给该电机绕组输入与感生电压方向相反的制动脉冲电压，通过该绕组电流产生静止磁场，使电机转子因制动力矩快速停止转动。
本具体实施例中，所述输入电压检测电路2包括光电耦合器P1、光电耦合器P2、二极管D1、二极管D2、电阻R1和电阻R2，所述光电耦合器P1的输入端、二极管D1和电阻R1串联后接在三相电源的L2相线与地之间，二极管D1负端指向地，所述光电耦合器P1的输出端接逻辑控制电路1的第一检测输入端，所述光电耦合器P2的输入端、二极管D2和电阻R2串联后接在三相电源的L1相线与地之间，二极管D2负端指向地，所述光电耦合器P2的输出端接逻辑控制电路1的第二检测输入端，三相电源的L3相线为公共端接地。本实施例中，通过光耦实现与逻辑控制电路1的电气隔离功能，对逻辑控制电路1进行保护。当然，在其它实施例中，输入电压检测电路2也可以采用其它电路形式来实现，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再细说。
本具体实施例中，所述感生电压检测电路4包括光电耦合器P3、二极管D3和电阻R3，所述光电耦合器P3的输入端、二极管D3和电阻R3串联后接在电机的输入端U和地之间，二极管D3负端指向地，所述光电耦合器P3的输出端接逻辑控制电路第三检测输入端。本实施例中，通过光耦实现与逻辑控制电路1的电气隔离功能，对逻辑控制电路1进行保护。当然，在其它实施例中，感生电压检测电路4也可以采用其它电路形式来实现，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再细说。
如图1所示，本具体实施例中，所述开关控制电路3包括单向可控硅开关Q1-Q4、光电耦合器P4-P7和电磁继电器K1-K5，所述光电耦合器P4和P5的输入端串联后接逻辑控制电路1的第一控制输出端，所述光电耦合器P4和P5的输出端分别接可控硅开关Q1和Q2的控制极，所述可控硅开关Q1和Q2反相并联后一端接三相电源的L1相线，另一端分别接电磁继电器K1和K2的开关的一端，所述电磁继电器K1和K2的开关的另一端分别接电机的输入端V和U，所述电磁继电器K1和K2的线圈分别接逻辑控制电路1的第二控制输出端和第三控制输出端，所述光电耦合器P6和P7的输入端串联后接逻辑控制电路1的第四控制输出端，所述光电耦合器P6和P7的输出端分别接可控硅开关Q3和Q4的控制极，所述可控硅开关Q3和Q4反相并联后一端接三相电源的L2相线，另一端分别接电磁继电器K3和K4的开关的一端，所述电磁继电器K3和K4的开关的另一端分别接电机的输入端V和U，所述电磁继电器K3和K4的线圈分别接逻辑控制电路1的第三控制输出端和第二控制输出端，所述电磁继电器K5的开关串接在三相电源的L3相线和电机的输入端W之间，所述电磁继电器K5的线圈接逻辑控制电路的第五控制输出端。本实施例中，开关控制电路3是由单向可控硅开关和电磁继电器组成的，当然，在其它实施例中，也可以是由其它半导体开关（如双向可控硅、MOS管等）和其它机械触点开关（如接触器）组成的，其电路连接是本领域技术人员可以轻易实现的，此不再细说。
开关控制电路3采用半导体开关与机械触点开关的组合，在正常工作和制动时是由半导体开关接通或断开电机负载，不需要机械触点开关直接切换电机负载，所以不存在机械触点开关拉弧失效的缺陷，工作寿命长，电磁干扰低，安全性高。
当然，在其它实施例中，为了使电路更简单，开关控制电路3也可以单由半导体开关组成或单由机械触点开关组成。单由半导体开关组成或单由机械触点开关组成开关控制电路3是本领域技术人员可以轻易实现的，此不再细说。
本发明的实施例的工作过程如下：
当逻辑控制电路1检测到正转控制电压输入端Fin有正转信号施加时，逻辑控制电路1使电磁继电器K2、K3和K5闭合，电磁继电器K1和K4断开，然后使可控硅开关Q1、Q2、Q3和Q4触发导通，使L1-U、L2-V和L3-W导通，实现控制器的正转功能。
当逻辑控制电路1检测到正转控制电压输入端Fin正转信号撤除时，逻辑控制电路1使可控硅开关Q1、Q2、Q3和Q4断开，同时通过输入电压检测电路2检测L1相线的电压极性和通过感生电压检测电路4检测电机的输入端U的感生电压的极性，当两者反向时（如光电耦合器P3输出端有电流，光电耦合器P2输出端没有电流时），逻辑控制电路1给出制动触发脉冲，使可控硅开关Q1和Q2导通，L1-U两端接通，通过电机一绕组及电磁继电器K5的开关与L3相线形成回路，产生瞬间静态制动磁场使电机转子制动，当电流过零时可控硅开关Q1和Q2截止，如果逻辑控制电路1设置有多个制动脉冲，则相隔半个交流电周期后依次启动剩余的制动脉冲，直至电机停止转动。完成制动后逻辑控制电路1使电磁继电器K2、K3和K5断开，恢复到断开的初始状态。当然，在其它实施例中，可以将检测L1相线换成检测L2相线的电压极性，并由L2相线提供制动电压，其工作过程可以参照上述过程，此不再细说，但其控制过程稍微复杂一些。
同样，当逻辑控制电路1检测到反转控制电压输入端Rin反转信号施加时，逻辑控制电路1使电磁继电器K1、K4和K5闭合，K2和K3断开，然后使可控硅开关Q1、Q2、Q3和Q4触发导通，使L1-V、L2-U和L3-W导通，实现控制器的反转功能。
当逻辑控制电路1检测到反转控制电压输入端Rin反转信号撤除时，逻辑控制电路1使可控硅开关Q1、Q2、Q3和Q4断开，同时通过输入电压检测电路2检测L2相线的电压极性和通过感生电压检测电路4检测电机的输入端U的感生电压的极性，当两者反向时（如光电耦合器P3输出端有电流，光电耦合器P1输出端没有电流时），逻辑控制电路1给出制动触发脉冲，使可控硅开关Q3和Q4导通，L2-U两端接通，通过电机一绕组及电磁继电器K5的开关与L3相线形成回路，产生瞬间静态制动磁场使电机转子制动，当电流过零时可控硅开关Q3和Q4截止，如果逻辑控制电路1设置有多个制动脉冲，则相隔半个交流电周期后依次启动剩余的制动脉冲，直至电机停止转动。完成制动后逻辑控制电路1使电磁继电器K1、K4和K5断开，恢复到断开的初始状态。当然，在其它实施例中，可以将检测L2相线换成检测L1相线的电压极性，并由L1相线提供制动电压，其工作过程可以参照上述过程，此不再细说，但其控制过程稍微复杂一些。
综上所述，本发明通过检测到输入电压与电机感生电压方向相反时，在电机一绕组输入制动脉冲电压，通过绕组电流产生静止磁场，使电机转子因制动力矩快速停止转动，无需直流制动所需的电容储能，降低了体积和成本，通过检测感生电压方向，可以准确地在电网电压与感生电压反向时刻开始施加制动脉冲电压，制动的一致性和精度高，开关控制电路由半导体开关或半导体开关与机械触点开关的组合，在正常工作和制动时是由半导体开关接通或断开电机负载，不需要机械触点开关直接切换电机负载，所以不存在机械触点开关拉弧失效的缺陷，工作寿命长，电磁干扰低。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。