阅读说明：本技术 一种电子换相恒励磁方向制动控制系统 (Electronic phase-changing constant excitation direction brake control system ) 是由 曾庆臣 李岩 于 2019-02-15 设计创作，主要内容包括：本发明专利提供一种电子换相恒励磁方向制动控制系统,包括功率开关管、二极管、电容、电阻、电流传感器、励磁绕组、电枢绕组；本发明专利通过不带触点换相、电机制动能够自由调节、彻底杜绝机械触点换相和制动导致放炮或者爆炸的现象。本发明有益效果为：取消了机械的换相接触器,使用半导体功率管,致使机械结构更简单,对用户使用更方便；由于不存在机械换相接触器,也不存在换相和制动打火的问题,所以就不存在放炮和爆炸的风险；由于不存在机械换相接触器,那就不存在机械触点损坏的问题,大大降低了定期检修的成本；由于实现方式的改进,产品原材料成本,批量化生产的成本都有所下降,总成本会大幅下降。(The invention provides an electronic commutation constant excitation direction brake control system, which comprises a power switch tube, a diode, a capacitor, a resistor, a current sensor, an excitation winding and an armature winding, wherein the power switch tube is connected with the diode; the invention can freely adjust the motor brake by the phase change without a contact, and thoroughly avoid the phenomenon of blasting or explosion caused by the phase change of the mechanical contact and the brake. The invention has the beneficial effects that: a mechanical phase-change contactor is cancelled, and a semiconductor power tube is used, so that the mechanical structure is simpler, and the use is more convenient for users; because there is no mechanical commutation contactor, there is no commutation and braking to strike sparks either, so there is no risk of blasting and explosion; because the mechanical commutation contactor does not exist, the problem of damage of a mechanical contact does not exist, and the cost of regular maintenance is greatly reduced; due to the improvement of the implementation mode, the cost of raw materials of products and the cost of mass production are reduced, and the total cost is greatly reduced.)

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1，本发明专利双电机控制器整体拓扑结构图：

1、其中T1～T7表示为功率开关管，此类开关管内部有一个等效开关和二极管并联组成；

2、其中D为独立的二极管；

3、C为母线跨接电容；

4、R为放电电阻；

5、I1、I2、I3为电流传感器；

6、W1和M1分别为电机1的励磁绕组和电枢绕组；

7、W2和M2分别为电机2的励磁绕组和电枢绕组；

其中：R、T7、D、I3组成了母线过压放电回路，此功能为在回馈制动的情况下，如果电源吸收不了回馈能量，则通过此电路将能量释放掉；如果电源能够吸收回馈能量，此功能可以不需要；如果此功能起作用的情况下，需要通过I3来检测放电电流的大小，并主动调节放电的快慢；

如图2，本发明专利正转驱动等效连接图，

1、在正转的时候，只导通T2，并且T3做PWM斩波调节占空比，其余开关管全部关闭；

2、此时电机1的励磁绕组和电枢绕组串联，电机2的电枢绕组和励磁绕组串联；然后两者并联；

3、两台并联的电机一端公共端连接到开关管T2；

4、两台并联的电机另外一端公共端连接到开关管T3；

5、开关管T6将T2和T3两个电机并联的终端连接起来，构成续流回路；

6、在开关管T3导通的时候，两台电机的电流i1和i2一起流过T3，此时it3＝i1+i2，it6＝0；

7、在开关管T3关闭的时候，两台电机的电流i1和i2通过T6的体二极管续流，此时it3＝0；it6＝i1+i2；

如图3，本发明专利反转驱动等效连接图，此种方式的工作模式是，

1、在反转的时候，只导通T1，并且T4做PWM斩波调节占空比，其余开关管全部关闭；

2、此时电机1的电枢绕组和电机2的励磁绕组串联，电机1的励磁绕组和电机2的电枢绕组串联；然后两者并联；

3、两台并联的电机一端公共端连接到开关管T1；

4、两台并联的电机另外一端公共端连接到开关管T4；

5、开关管T5将T1和T4两个电机并联的终端连接起来，构成续流回路；

6、在开关管T4导通的时候，两台电机的电流i3和i4一起流过T4，此时it4＝i3+i4，it5＝0；

7、在开关管T4关闭的时候，两台电机的电流i3和i4通过T5的体二极管续流，此时it4＝0；it5＝i3+i4；

8、与正转相比，电机1的电枢绕组电流方向不变，励磁绕组电流方向相反；电机2的电枢绕组电流方向不变，励磁绕组电流方向相反，刚好满足换相需求；

如图4，本发明专利正转制动等效连接图，此种方式的工作模式是：

1、在正转制动情况下，所有开关管全部关闭；

2、在正转制动情况下，功率开关T5进行PWM调制，用来调节回馈电流的大小；

3、与正向驱动相比，电机1的电枢绕组电流方向相反，但是励磁绕组电流方向不变，所以提供阻力；电机2的电枢绕组电流方向相反，但是励磁绕组电流方向不变，所以电机2也提供阻力；

4、在开关管T5导通的时候，电流i5和i6都流过T5，此时it5＝i5+i6；it1＝0；it4＝0；此时电机处于能耗制动状态，同时i5和i6电流逐渐增大，用来给电机线圈储能；

5、在开关管T5关断的时候，电流i5和i6通过T1和T4的体二极管，给母线充电，此时it1＝it4＝-(i5+i6)；it5＝0；此时电机处于回馈制动状态；

如图5，本发明专利反转制动等效连接图，此种方式的工作模式是，

1、在反转制动情况下，所有开关管全部关闭；

2、在反转制动情况下，功率开关T6进行PWM调制，用来调节回馈电流的大小；

3、与反向驱动相比，电机1的电枢绕组电流方向相反，但是励磁绕组电流方向不变，所以提供阻力；电机2的电枢绕组电流方向相反，但是励磁绕组电流方向不变，所以电机2也提供阻力；

4、在开关管T6导通的时候，电流i7和i8都流过T6，此时it6＝i7+i8；it2＝it3＝0；此时电机处于能耗制动状态，同时i7和i8电流逐渐增大，用来给电机线圈储能；

5、在开关管T6关断的时候，电流i7和i8通过T2和T3的体二极管，给母线充电，此时it2＝it3＝-(i7+i8)；it6＝0；此时电机处于回馈制动状态；

如图6，本发明专利的制动电阻工作等效连接图，

1、当控制逻辑发现母线电压V过高的时候，就会打开功率开关管T7；

2、随着V越高，T7的占空比越高；反之则占空比越低；

3、其中i3用来检测电流不要过流。

如图7、本发明专利的系统整体图，其具体工作流程如下：

1、主回路结构即为图1的拓扑结构图；

2、所有的控制逻辑有控制单元发出；

3、所有的反馈信号都回馈给控制单元；

4、母线电源V+和V-，并由此产生各种电源。

以上提到的功率开关管包括MOS，IGBT，可控硅，能够启动开关作用的功率管均可。

如图8，本发明专利双电机控制器变型拓扑结构图，本拓扑的要点是要求与电机相连接的开关管不能含有体二极管。该图是图1的变型图，T2导通，T3进行PWM占空比调节，此时电机1的电枢和电机1的励磁串联，电机2的励磁和电机2的电枢串联；然后两个串联支路的终端并联，一端连接到T2，另外一端连接到T3；T3开始斩波，占空比逐步增加，向输入命令值逼近；当T3导通时，则电流从电源正极，流经T2，在T2分两路，分别流进电机1和电机2；在两台电机的另外一个公共端汇合后，电流经T3，最后到电源负极；当控制单元接收到刹车指令，则同时关断T2、T3，当T4占空比逐渐增加，此时电机1的电枢电流反向，励磁电流方向不变，电机2也是如此，通过电流传感器I2来测量刹车电流大小，并按照刹车电流的要求调节T4的占空比，从而使制动力矩灵活可控。

本发明专利的工作原理：

一种电子换相恒励磁方向制动控制系统，由功率开关管、二极管、电容、电阻、电流传感器、励磁绕组、电枢绕组；此种方式的工作模式是，R、T7、D、I3组成了母线过压放电回路，此功能为在回馈制动的情况下，如果电源吸收不了回馈能量，则通过此电路将能量释放掉；如果电源能够吸收回馈能量，此功能可以不需要；如果此功能起作用的情况下，需要通过I3来检测放电电流的大小，并主动调节放电的快慢。首先，上电初始化，控制单元在此步骤将所有运行前的准备工作做好(如图7)；第二步，上电诊断，控制单元诊断电压(过压、欠压故障)，电机温度故障，控制器温度故障，主回路故障等；如果一切正常，则进行下一步，否则进入报警步骤；第三步，根据用户的操作指令，如果为前进，则按照图2，选择T2导通，并根据输入速度要求指令，逐渐调整T3的占空比，从而达到输出命令要求；此时电机1的励磁绕组和电枢绕组串联；电机2的电枢绕组和励磁绕组串联，然后两台电机的两个末端并联，并联一端连接到功率开关管T2上，另外一端连接到功率开关管T3上；T3开始斩波，占空比逐步增加，向输入命令值逼近；当T3导通时，则电流从电源正极，流经T2，在T2分两路，分别流进电机1和电机2；在两台电机的另外一个公共端汇合后，电流流经T3，最后到电源负极；第四步，当控制单元接收到刹车指令，则同时关断T2、T3；第五步，T5占空比逐渐增加，通过电流传感器I2来测量刹车电流大小，并按照刹车电流的要求调节T5的占空比，从而是制动力矩灵活可控。此时电机1电枢绕组在旋转的情况下，会有感应电动势，当T5导通的时候，电机1电枢作为感应电源给电机2的励磁线圈和自身线圈储能；同时电机2电枢绕组也作为感应电源给电机1的励磁线圈和自身线圈储能；当T5关断的时候，线圈里面储存的能量通过开关管T1和T4的体二极管进行续流，从而给电源充电。在T5导通的时候，电机1电枢和电机2的励磁线圈通过T5构成自己的回路，电机2电枢和电机1的励磁线圈通过T5构成自己的回路，此时两个电机处于能耗制动状态；在T5关断的时候，两个独立的回路将电流汇合之后流经T1的体二极管到电源正，然后通过给电源反充电，到电源负流出，再通过T4的体二极管流回两个支路，此时两个电机处于能量回馈制动状态。另外一个方向的驱动和制动与以上类同(可参照图3和图5)，不在赘述。至此，双串励电机的电子换相和制动功能完成。

另外，参见图6，当图7的控制单元发现母线电压V电压过高时，会将开关管T7按照事先预定的占空比导通，随着V的升高，则T7的占空比升高，反之则降低，用来动态调节母线电压的目的，从而不会因为回馈制动的能量过高，造成母线电压过高，最后烧毁器件的目的。

本发明专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明专利的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其方法上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相似的技术方案，均落在本发明专利的保护范围之内。