一种平面磨床交流电机的控制电路及控制器的制作方法

本用新型涉及电机控制器领域，尤其涉及一种平面磨床磨头交流电机控制器。

背景技术：

平面磨床主要用于磨削工件平面，简易平面磨床有两个方向的运动，左右方向x轴的运动以及前后方向的y轴运动；x轴的运动是长方形工作台装在床身的导轨上，工作台上装有电磁吸盘或其他夹具，用于装夹工件，由液压驱动作往复直线运动；y轴运动方向的运动有两种形式，一种电机带动砂轮沿工作台横向进给运动，另一种是砂轮固定不动，电机带动工作台横向进给运动。

根据不同工件对表面光洁度的不同要求和工件平面加工过程中的不同工艺要求，需要由交流伺服电机驱动、调整y轴方向的的进给量，y轴的进给量非常关键。在机床上工件的初磨过程中，需要大的进给量，而在精磨的过程中需要很小的进给量，而最小值和最大值之间相差几十到几百倍。例如，进给量在1μm到40mm之间的变化，相应地交流电机的输出时间则对应在100us到750ms之间变化。

目前，需要通过伺服电机、plc控制器和变频器的配合来实现对交流伺服电机的精确控制，运行稳定性差、输出量范围较小，控制复杂，体积大，成本高。

技术实现要素：

本实用新型的平面磨床交流电机的控制电路、控制器及控制方法，主要解决现有控制交流伺服电机的装置复杂，控制的稳定性差输出量范围较小，成本高的技术问题。

本实用新型通过以下方案实现：

一种平面磨床交流电机控制电路，包括三相电源、内部电源模块、同步模块、外部信号控制模块、外部调节电位器模块、ad采样模块、mcu控制模块、可控硅驱动电路和可控硅模块；所述内部电源模块、同步模块、外部信号控制模块分别连接至mcu控制模块；外部调节电位器模块通过ad采样模块连接至mcu控制模块，mcu控制模块通过可控硅驱动模块与可控硅模块连接；

所述内部电源模块用于给mcu控制模块供电；

所述同步模块用于同步可控硅模块的信号并输入mcu控制模块；

所述外部信号控制模块用于控制信号的连续或瞬时输入；信号连续输出时，便于操作人员的手动控制磨头的给进量，当信号瞬时输出时，便于控制y轴电机的进给量；

所述外部调节电位器模块用于产生控制电压，所述ad采样模块用于采集外部调节电位器模块产生的控制电压信号，并传送至mcu控制模块；

所述mcu控制模块通过内部程序算法输出脉冲信号，控制可控硅的导通角；

所述可控硅驱动电路用于脉冲信号的转变；

所述可控硅模块用于实现可控硅的导通，方便驱动信号输入到电机。

进一步地，所述三相电源的r相与交流电机连接，s相和t相通过可控硅模块与交流电机连接。

进一步地，s相和t相连接至同步模块并通过变压器、整流器、滤波器、稳压器后与内部电源模块连接。

进一步地，所述mcu控制模块为主控芯片，且在主控芯片上设有触发延时电路。

进一步地，所述可控硅驱动电路内设有用于防止可控硅被峰值高压击穿的可控硅峰值吸收电路。

进一步地，在调节电位器的输入端设置恒流源提供电路。

一种平面磨床交流电机控制器，所述控制器包括上述平面磨床交流电机控制电路。

进一步地，所述控制器还包括用绝缘阻燃材料喷漆丝印制成的壳体。

一种平面磨床交流电机控制器的控制方法，所述控制方法应用于平面磨床交流电机控制器，所述方法在平磨一个磨床时；

调节外部调节电位器的产生调节电压，mcu控制模块对电压信号进行采集后通过内部程序算法计算、分析后输出脉冲信号至可控硅驱动模块，可控硅驱动模块将输出的脉冲信号转变成驱动脉冲信号输入到可控硅模块，可控硅模块将脉冲信号耦合后控制可控硅的导通，可控硅导通后由信号输出端子输出到交流电机。

进一步地，平面磨床交流电机控制器的控制方法在平磨不同磨床时：

外部信号控制模块接通后，间隔一段时间，可控硅再输出，该过程中，通过主控芯片上设置的触发延时电路实现触发信号的控制，形成延时低脉冲后再通过可控硅驱动模块驱动可控硅模块中的可控硅导通，可控硅导通后由信号输出端子输出到交流电机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1).通过外部电位器的调节值来控制可控硅模块的导通时间，从而控制交流电机的输出时间，采用价格低廉的三相异步电机，精确实现从100us到750ms之间稳定可靠的输出，输出范围大，精确度达到100us；

2).通过外部信号控制模块实现对电机的调机以及不同磨床磨平时的延时控制；

3).电路整体可靠稳定、成本低、体积小。

附图说明

图1为本实用新型平面磨床交流电机控制电路的原理图；

图2为本实用新型内部电源模块的电路图；

图3为本实用新型同步模块的电路图；

图4为本实用新型外部信号控制模块的电路图；

图5为本实用新型外部调节电位器模块的电路图；

图6为本实用新型触发延时电路的电路图；

图7为本实用新型可控硅驱动模块和可控硅模块的电路图；

图8为本实用新型平面磨床交流电机控制电路的电路图；

图9为本实用新型外部调节电位器控制流程图；

图10为本实用新型外部信号控制模块控制流程图。

具体实施方式

为便于理解，下面结合说明书附图，对本实用新型实施例提供的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是所提出的技术方案的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，一种平面磨床交流电机控制电路，包括三相电源、内部电源模块、同步模块、外部信号控制模块、外部调节电位器模块、mcu控制模块、可控硅驱动电路和可控硅模块；内部电源模块、同步模块、外部信号控制模块、外部调节电位器模块分别连接至mcu控制模块，mcu控制模块通过可控硅驱动模块与可控硅模块连接；

三相电源的r相与交流电机连接，s相和t相通过可控硅模块与交流电机连接。

三相电源s相和t相连接至同步模块并通过变压器、整流器、滤波器、稳压器后与内部电源模块连接，内部电源模块用于给mcu控制模块供电。

同步模块用于同步可控硅模块的信号并输入mcu控制模块；

外部信号控制模块用于控制信号的连续或瞬时输入；信号连续输出时，便于操作人员的手动控制磨头的给进量，当信号瞬时输出时，便于控制y轴电机的进给量；

外部调节电位器模块用于产生控制电压；所述ad采样模块用于采集外部调节电位器模块产生的控制电压信号，并传送至mcu控制模块；在外部调节电位器的输入端设置恒流源提供电路。

mcu控制模块通过内部程序算法输出脉冲信号，控制可控硅的导通角；mcu控制模块为主控芯片，且在主控芯片上设有触发延时电路。

可控硅驱动电路用于脉冲信号的转变；可控硅驱动电路内设有用于防止可控硅被峰值高压击穿的可控硅峰值吸收电路。

可控硅模块用于实现可控硅的导通，方便驱动信号输入到电机。

本实施例的基本工作原理是：mcu控制模块中的ad采样模块通过adc采样的算法对外部调节电位器模块输出的电压进行精确采样，可以对几十mv微弱的电压信号值进行正确的读取计算，对小电压值周围的噪声干扰进行了抗干扰处理；针对不同的调节量，输出不同比例的输出量，在输出过程中根据同步信号，触发可控硅，完成可靠稳定的大范围输出。

如图2所示，内部电源模块电路：三相电源中的s相和t相连接变压器t1分别将7v电压输入整流器d1的脚1和脚2，将13v电压输入整流器d2的脚1和脚2；在整流器d1、整流器d2的脚3和脚4之间分别并联电容c11和极性电容c12并联组成的滤波器c1、滤波器c2和滤波器c3、滤波器c4，在极性电容c12、电容13和极性电容c16、电容17之间分别串联稳压器v1和稳压器v2；7v绕组整流器d1、滤波器c1、稳压器v1和滤波器c2后为主控电路提供5v电压；13v绕组经过整流器d2、滤波器c3、稳压器v2和滤波器c4后为触发延时电路提供+12v电源。

如图3所示，同步模块电路：三相电源中的s相和t相分别通过2个电阻r1、r2和r3、r4连接到光耦dp1、光耦dp2脚2，光耦dp1和光耦dp2的脚1和脚2之间分别连接，脚3之间相互连接并接地，脚4分别串联反相器ic5d、反相器ic5c和反相器ic5f、反相器ic5e；反相器ic5d和反相器ic5f的输入端分别通过电阻r5、r6连接到电源；光耦dp1及反相器ic5d、反相器ic5c组成的电路与光耦dp2及反相器ic5f、反相器ic5e组成的电路分别产生同步脉冲sys1或sys2并输入到mcu控制模块的控制芯片ic2的2,3脚，对可控硅输出信号进行同步输出。

如图4所示，外部调节电位器模块电路：电位器rt1并联有极性电容c19，有极性电容c19的正极连接电阻r7，负极连接串联的电阻r8和电阻r9，电阻r8和电阻r9之间通过电阻r10接地，在电阻r7和电阻r9之间连接与有极性电容c19并联的电容c20和电容c21，电容c20和电容c21的中间接地，两端分别通过二极管d1、二极管d2输入+5v电压，电阻r7和电阻r9的输出端分别连接至运算放大器ic1b和运算放大器ic1c的同相输入端,运算放大器ic1b和运算放大器ic1c反向输出端与输出端连接，输出端分别连接电阻r11、电阻r12和电阻r13、电阻r14，电阻r11、电阻r12的输出端的一路分别连接电阻r15、电阻r16和电阻r17、电阻r18后接地，另一路分别连接至运算放大器ic1d和运算放大器ic1a的同相输入端,运算放大器ic1d和运算放大器ic1a的反相输出端分别通过电阻r19、电阻r20和电阻r21、电阻r22连接到各自的输出端，运算放大器ic1a的正极输入+5v电压并连接电容c22接地，负极接地；运算放大器ic1d和运算放大器ic1a的输出端分别输出信号电压ad0和电压ad1。

为了保证调节过程中的稳定性，芯片ic4和运算放大器ic1a为外部输出时间调节电位器提供恒流源，其中，运算放大器ic1a的同相输出端一路连接至有极性电容c19的正极，另一路通过电阻r24和电阻r25连接至输出端；运算放大器ic1a的反向输入端一路连接至ic4的引脚6，另一路通过电阻r23接地，运算放大器ic1a正极输入+5v电压并通过电容c23接地，负极接地，在ic4的脚1和2之间连接电容c24。

如图5所示，外部信号控制模块电路：信号man、auto分别通过电阻r26、电阻r27输入到光耦u1和光耦u2的2脚，在光耦u1和光耦u2的1、2脚之间分别并联电阻r28、电阻r29，光耦u1和光耦u2的脚3分别路接地，3脚的与4脚之间分别并联电容c25、电容c26，4脚的一路输出分别输出men-in、auto-in信号并连接到ic3的10、11脚，另一路分别通过电阻r30、电阻r31输入5v电压。

如图6所示，触发延时电路：电位器rt3的路通过电阻r33将+12v电压输入，另一路并联电阻r32，电阻r32的输出端分别连接至ic5芯片的6、7脚并通过有极性电容c27接地，ic5芯片的引脚3处通过电阻r34连接至光耦u4的脚1，光耦u4的脚2接地，脚3接信号地，脚4的一路连接至芯片ic3的引脚6，另一路通过电阻r35输入+5v电压；ic5芯片的正极输入12v电压，正极与引脚4连通并在连通路上通过电容c29接地；ic5芯片的引脚5与负极之间连接电容c26，负极接地，ic5芯片的引脚2一路通过电阻r36输入12v的电压，另一路连接到光耦u3的脚4，光耦u3的脚3接地，u3的脚1输入+5v电压，脚2通过电阻r36输出trig信号并通过引脚7输入芯片ic3；

mcu芯片ic3中的ad采样模块通过adc采样的算法对外部调节电位器模块输出的电压ad0、ad1进行精确采样，可以对几十mv微弱的电压信号值进行正确的读取计算，对小电压值周围的噪声干扰进行了抗干扰处理；经过内部程序比较，计算，分析后决定输出可控硅驱动信号scr时间的长短，并通过引脚5输出驱动信号至输出时间调节电路。

如图7所示，可控硅驱动模块和可控硅模块的电路，通过电阻r37接收到scr信号，并输入到三极管的基极b，三极管的发射极e接地，并在基极b与发射极e之间并联电阻r38，三极管的集电极一路直接进入变压器t2，另一路通过二极管连接进入变压器t2并通过该电路输入+9v的电压，变压器t2的输出端3和4、5和6之间分别并联电容c30和电阻r39、电容c31和电阻r40，在脚3、5与电容c30、电容c31之间连接分别连接二极管d6和二极管d7，二极管d6和二极管d7的输出端分别连接至可控硅tr1和可控硅tr2的控制极，可控硅tr1和可控硅tr2的t1分别连接至变压器t2的脚4和脚6，可控硅tr1和可控硅tr2的t1端和t2端之间分别并联分别由电阻r41和电容c32、电阻r41和电容c32组成的可控硅峰值电路，电容c32和电容c33的输出端分别输出信号sout、tout，电阻r41、电阻r41的输入端分别连接至电源的s相和t相。

一种平面磨床交流电机控制器的控制方法，在平磨一个磨床时：

如图9所示，调节外部调节电位器的产生调节电压，mcu控制模块对电压信号进行采集后通过内部程序算法计算、分析后输出脉冲信号至可控硅驱动模块，可控硅驱动模块将输出的脉冲信号转变成驱动脉冲信号输入到可控硅模块，可控硅模块将脉冲信号耦合后控制可控硅的导通，可控硅导通后由信号输出端子输出到交流电机。

具体方法如下：三相电源的s相输入到可控硅tr1，然后由sout端子输出到电机；t相输入到可控硅tr2，然后由tout端输出到电机。sout端和tout端的输出通过以下两种方法控制：

通过外部调节电位器模块控制：调节电位器rt1产生电压并通过外部节电位器模块中的运算放大器ic1b和运算放大器ic1c组成的差分放大器产生电压ad0和电压ad1，mcu控制模块的控制芯片ic3同一时刻对电压ad0和电压ad1进行采样，通过控制芯片ic3内部程序算法对电压ad0和电压ad1的值进行比较，计算占空比、分析，然后由引脚3输出高精度的scr脉冲信号时间的长短，触发可控硅驱动模块的三极管t3产生9v的脉冲信号输入到脉冲变压器t2，经过脉冲变压器t2耦合后控制控硅tr1和可控硅tr2的导通角导通时间的长短，可控硅导通后由sout、tout端子输出到交流电机。在交流电s相和t相的过零点处会产生一个周期为10ms脉冲同步信号sys1，sys2，mcu芯片ic3根据每个同步信号的上升沿，可以准确的控制可控硅的导通角，保证了可控硅输出时间的准确性和精度。

在此过程中，芯片ic4和运算放大器ic1a为外部调节电位器模块提供恒流源；电阻r41和电容c32、电阻r41和电容c32组成的可控硅峰值电路防止可控硅被峰值高压击穿。

通过外部信号控制模块控制：在调机时，外部控制信号man接通，信号经过光耦u2输入到mcu芯片ic3的10脚，并由ic3的5脚一直输出直到信号auto断开；

在点动工作时，外部信号auto经过光耦u1输入到mcu芯片ic3的11脚中，通过程序控制ic3的7脚输出一段时间后停止输出，通过内部程序控制此段时间的长短，在通过时间的长短控制y轴电机的进给量。

在平磨不同磨床时：为了满足不同机床的要求，需要外部信号控制模块接通后，间隔一段时间，可控硅再输出，该过程中，如图10所示，通过主控芯片上设置的触发延时电路实现触发信号的控制，形成延时低脉冲后再通过可控硅驱动模块驱动可控硅模块中的可控硅导通，可控硅导通后由信号输出端子输出到交流电机。

具体的，通过mcu芯片ic3的11脚输出低电平，光耦u3导通，由触发延时芯片ic5的2脚输入trig触发信号，触发ic5组成的单稳态电路，ic5的3脚输出一个高电平脉冲至光耦u4使其导通，在mcu芯片ic3的6脚形成一个延时低脉冲delay，mcu芯片ic3检测到6脚低电平结束后，再去触发可控硅。rt3为外接电位器，通过调节rt3可以改变延时时间。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。