一种电动伺服机构高压能耗制动配电设备
阅读说明：本技术 一种电动伺服机构高压能耗制动配电设备 (High-voltage energy consumption braking power distribution equipment of electric servo mechanism ) 是由 花伟峰 陈名胜 张婷婷 丁景义 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电动伺服机构高压能耗制动配电设备,包括滤波电路、高压供电电路、软启动电路、能耗制动电路和能耗制动控制电路；其中：高压供电电路,用于为电动伺服机构提供电压；软启动电路,分别与高压供电电路和滤波电路连接,用于降低启动瞬间电流；能耗制动电路,用于实现抑制电机反向电压对母线的冲击,降低直流侧母线电压；能耗制动控制电路,用于触发所述能耗制动电路,使其实现降低直流侧母线电压的功能。本发明主要用于运载火箭高压伺服机构地面配电系统中,不仅可防止电机启动电流过高、也可抑制电机制动运行时直流侧母线电压升高过高的情况,起到保护箭上伺服控制器中功率主电路和控制电路的作用。(The invention discloses high-voltage energy consumption braking power distribution equipment of an electric servo mechanism, which comprises a filter circuit, a high-voltage power supply circuit, a soft start circuit, an energy consumption braking circuit and an energy consumption braking control circuit, wherein the filter circuit is connected with the high-voltage power supply circuit; wherein: the high-voltage power supply circuit is used for supplying voltage to the electric servo mechanism; the soft start circuit is respectively connected with the high-voltage power supply circuit and the filter circuit and is used for reducing the starting instantaneous current; the energy consumption braking circuit is used for inhibiting the impact of reverse voltage of the motor on the bus and reducing the voltage of the bus on the direct current side; and the energy consumption braking control circuit is used for triggering the energy consumption braking circuit to realize the function of reducing the voltage of the direct-current side bus. The invention is mainly used in the ground power distribution system of the high-voltage servo mechanism of the carrier rocket, can prevent the situation that the starting current of the motor is overhigh, can inhibit the voltage of a direct-current side bus from rising overhigh during the braking operation of the motor, and plays a role in protecting a power main circuit and a control circuit in a rocket-mounted servo controller.)
技术领域
本发明涉及运载火箭地面测发控系统，具体涉及一种电动伺服机构高压能耗制动配电设备。
背景技术
目前大多新研运载火箭开始使用电动伺服机构，其内部结构为永磁同步伺服电机。一般而言，永磁同步伺服电动机配电电路包括供电电源、软启动电路、滤波电路及能耗制动电路组成。电机制动运行时，电机电感的贮能及转子的动能均需以电能的形式回馈到直流侧给电容C充电，导致直流侧母线电压迅速升高，若直流侧母线电压升高过高，会造成功率回路中的开关器件及电容C的损坏。所以在配电电路中需设计能耗制动电路来防止电机制动运行时直流侧母线电压升高过高。
此外，由于电容C及其他大容量电容的存在，在系统上电启动时，将会对系统产生很大的浪涌冲击电流，因此系统设计时也需要考虑软启动电路进行保护，缓解启动电流对箭上产品的冲击。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明公开了一种电动伺服机构高压能耗制动配电设备，其技术方案如下：
一种电动伺服机构高压能耗制动配电设备，包括滤波电路，所述滤波电路包括电容C，其特征在于，所述配电设备还包括：高压供电电路、软启动电路、能耗制动电路和能耗制动控制电路；其中：
高压供电电路，用于为电动伺服机构提供电压；
软启动电路，分别与高压供电电路和滤波电路连接，用于降低启动瞬间电流；
能耗制动电路，与滤波电路连接，用于实现抑制电机反向电压对母线的冲击，降低直流侧母线电压；
能耗制动控制电路，与所述能耗制动电路连接，用于触发所述能耗制动电路，使其实现降低直流侧母线电压的功能。
可选地，所述高压供电电路包括：380V交流电源、三相工频整流电路、输入滤波电路；380V交流电源经所述三相工频整流电路整流后，形成脉动的直流电压，再经过所述输入滤波电路整流后，产生稳定的直流电压。
可选地，所述软启动电路包括：限流电阻R14、R16、电容C15、场效应管V8；所述V8栅极与C15一端相连；所述R16与R14串联；所述C15与R14并联。
可选地，所述能耗制动电路包括：制动电阻R15、IGBT管V7；R15的一端与V7的集电极连接；R15的另一端与电容C的正极连接；V7的发射极与电容C的负极连接；V7的集电极和发射极之间连接有一二极管。
可选地，所述能耗制动控制电路包含分压单元、比较单元以及功率开关单元；其中：
所述分压单元为比较单元提供被测电压和参考电压；
若被测电压大于参考电压，比较单元驱动功率开关单元，功率开关单元驱动所述能耗制动电路工作；
若被测电压小于参考电压，比较单元不驱动功率开关单元，能耗制动电路不工作。
可选地，所述分压单元，进一步包括：电阻R1、电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R10、电位器RP1、电容C1、电容C3、瞬态抑制二极管D5；
所述比较单元包括：比较器U2A、电容C2、电阻R8、发光二极管D1、电阻R3、电阻R2；
所述电阻R5的第一引脚连接电容C的正极，电阻R5的第二引脚连接电位器RP1的第一引脚，电位器RP1的第二引脚连接电阻R10的第一引脚，电位器RP1的中间引脚分别连接电容C3的第一引脚、电阻R10的第一引脚、瞬态抑制二极管D5的负极、电阻R7的第一引脚，电阻R10的第二引脚连接电容C的负极，电阻R10的第二引脚、电容C3的第二引脚、瞬态抑制二极管的正极均接地，电阻R7的第二引脚连接比较器U2A的负输入引脚；
电阻R1的第一引脚接5V电源，电阻R1的第二引脚分别连接地电阻R4的第一引脚、电容C1的第一引脚、电阻R2的第一引脚、比较器U2A的正输入引脚，电容C1的第二引脚、电阻R4的第二引脚均接地；
所述电阻R2的第二引脚分别连接发光二极管D1的负极、比较器U2A的输出引脚、电阻R8的第一引脚，发光二极管D1的正极连接电阻R3的第一引脚，电阻R3的第二引脚连接5V电源；比较器U2A的正侧电源引脚分别连接电容C2的第一引脚和5V电源，电容C2的第二引脚接地，比较器U2A的负侧电源引脚接地。
可选地，所述功率开关单元，进一步包括：驱动芯片U1、电阻R6、电阻R9、电阻R11、电阻R12、瞬态抑制二极管D2、二极管D3、瞬态抑制二极管D4、瞬态抑制二极管D6、发光二极管D7、光耦U3；其中，U1为驱动芯片M57962L；
U1的第四引脚接24V电源，第十四引脚接5V电源；U1的第一引脚连接D2的负极，D2的正极连接D3的正极，D3的正极连接IGBT管V7的集电极；
U1的第十三引脚连接R8的第二引脚；U1的第五引脚连接R6的第一引脚，R6的第二引脚分别连接R9的第一引脚、D4的负极以及IGBT管V7的栅极；D4的正极连接D6的正极，D6的负极分别连接R9的第二引脚以及IGBT管V7的发射极；U1的第八引脚连接R12的第一引脚，R12的第二引脚连接U3的负极输入端；U3的集电极输出端连接R11的第一引脚，R11的第二引脚连接5V电源；U3的发射极输出端连接D7的正极，D7的负极接地。
可选地，分压单元是将高压供电电路输出采集到的高压通过R5、RP1和R10分压减小至其的132分之一，给比较器U2A作为检测电压。
可选地，所述比较单元通过R1和R4电阻分压，将5V电压降低为2.5V，送入比较器U2A作为参考电压；当负输入引脚检测电压大于2.5V，即高压供电电路实际输出大于330V时，U2A输出低电压驱动芯片U1工作；当负输入引脚检测电压小于2.5V，即高压供电电路实际输出小于330V时，U2A输出高电压，此时驱动芯片U1不工作。
可选地，所述功率开关单元采用M57962L驱动IGBT管V7，M57962L采用双电源供电方式，正电压15V，负电压-10V；当第十四引脚和第十三引脚之间有5V电压后，第五引脚输出+15V电压，驱动IGBT管V7接通，当第十四引脚和第十三引脚之间为0V电压时，第五引脚输出-10V电压，此时IGBT管V7截止。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明通过能耗制动电路和软启动电路，实现了运载系统高压电动伺服机构配电需求。
2、本发明可以满足不同电压规格的电动伺服机构配电需求。
3、本发明不仅可防止电机启动电流过高、也可抑制电机制动运行时直流侧母线电压升高过高的情况，起到保护箭上伺服控制器中功率主电路和控制电路的作用。
附图说明
图1为本发明具体实施例一种电动伺服机构高压能耗制动配电设备的电路示意图；
图2为本发明具体实施例能耗制动控制电路的电路示意图；
附图标记说明：
1：高压供电电路；2：软启动电路；31：滤波电路；32：能耗制动电路；4：能耗制动控制电路；5：分压单元；6：比较单元；7：功率开关单元。
具体实施方式
参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细的描述本发明。然而，本发明可以以不同形式、规格等实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使更多的有关本技术领域的人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚可见，可能放大或缩小了相对尺寸。
如图1，本实施例公开了一种电动伺服机构高压能耗制动配电设备，包括滤波电路31、高压供电电路1、软启动电路2、能耗制动电路32、能耗制动控制电路4、DC/AC功率逆变电路；所述滤波电路31包括电容C；其中：
高压供电电路，用于为电动伺服机构提供电压；本实施例中，高压供电电路主要产生伺服机构运行的270V电压；
软启动电路，分别与高压供电电路和滤波电路连接，用于降低启动瞬间电流；软启动电路通过限流电阻及接触器实现限流功能，实现降低启动瞬间电流。
能耗制动电路，与滤波电路连接，用于实现抑制电机反向电压对母线的冲击，降低直流侧母线电压，保护功率主电路和控制电路；
能耗制动控制电路，与所述能耗制动电路连接，用于触发所述能耗制动电路，使其实现降低直流侧母线电压的功能。能耗制动控制电路实现按照预先设定好的过压值，自动触发能耗制动功能。
其中，所述高压供电电路包括：380V交流电源、三相工频整流电路、输入滤波电路和K2接触器；所述输入滤波电路包括电容C11、C12，二者串联后并联在所述三相工频整流电路两端；K2串联在所述三相工频整流电路的一端。本实施例中，三相工频整流电路为三相桥式全控整流电路，由六只晶闸管组成。
380V交流电源经三相工频整流，形成脉动的直流电压，再经过所述输入滤波电路整流后，产生稳定的270V直流电压，再经过所述软启动电路、DC/AC功率逆变电路将270V直流电压转换为电机PMSM可以使用的交流电压。PMSM全称为permanent magnet synchronousmotor，即永磁同步电机。
其中，所述软启动电路包括：限流电阻R14、R16、电容C15、场效应管V8；所述V8栅极与C15一端相连；所述R16与R14串联；所述C15与R14并联。所述配电设备启动时，电容C15通过电阻R16充电，产生充电电流，在R16上形成高电压(10-15V)，场效应管V8不导通，随着充电电流的降低，当R16上的电压低到一定程度(1V以下)，场效应管V8栅极电压降低，令V8接通，以减少电路耗能，完成缓启动的过程。
其中，V8可由嵌入式芯片自动控制其接通和断开时间，限流电阻R14、R16可以根据箭上负载电容计算出合理的阻值。
其中，所述能耗制动电路包括：制动电阻R15、IGBT管V7；R15的一端与V7的集电极连接；R15的另一端与电容C的正极连接；V7的发射极与电容C的负极连接；V7的集电极和发射极之间连接有一二极管。
其中，电容C与高压输出母线两端连接，作为负载的滤波电容，使输出电压保持稳定；电容两端输出直流电压270V。
当直流侧电压升高到设定峰值时，控制V7接通，电容C及电机电感贮能通过制动电阻R15放电，降低直流侧母线电压，保护功率主电路和控制电路。
其中，如图2，所述能耗制动控制电路包含分压单元、比较单元以及功率开关单元；其中：
所述分压单元为比较单元提供被测电压和参考电压；
若被测电压大于参考电压，比较单元输出低电压(0V)驱动功率开关单元，功率开关单元驱动所述能耗制动电路工作；
若被测电压小于参考电压，比较单元输出高电压(5V)，其不驱动功率开关单元，功率开关单元不工作，能耗制动电路不工作。
其中，所述分压单元，进一步包括：电阻R1、电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R10、电位器RP1、电容C1、电容C3、瞬态抑制二极管D5；
所述比较单元包括：比较器U2A、电容C2、电阻R8、发光二极管D1、电阻R3、电阻R2；
所述电阻R5的第一引脚连接电容C的正极(即270V直流电压的正极)，电阻R5的第二引脚连接电位器RP1的第一引脚，电位器RP1的第二引脚连接电阻R10的第一引脚，电位器RP1的中间引脚分别连接电容C3的第一引脚、电阻R10的第一引脚、瞬态抑制二极管D5的负极、电阻R7的第一引脚，电阻R10的第二引脚连接电容C的负极，电阻R10的第二引脚、电容C3的第二引脚、瞬态抑制二极管的正极均接地，电阻R7的第二引脚连接比较器U2A的负输入引脚；
电阻R1的第一引脚接5V电源，电阻R1的第二引脚分别连接地电阻R4的第一引脚、电容C1的第一引脚、电阻R2的第一引脚、比较器U2A的正输入引脚，电容C1的第二引脚、电阻R4的第二引脚均接地；
所述电阻R2的第二引脚分别连接发光二极管D1的负极、比较器U2A的输出引脚、电阻R8的第一引脚，发光二极管D1的正极连接电阻R3的第一引脚，电阻R3的第二引脚连接5V电源；比较器U2A的正侧电源引脚分别连接电容C2的第一引脚和5V电源，电容C2的第二引脚接地，比较器U2A的负侧电源引脚接地。
其中，所述功率开关单元，进一步包括：驱动芯片U1、电阻R6、电阻R9、电阻R11、电阻R12、瞬态抑制二极管D2、二极管D3、瞬态抑制二极管D4、瞬态抑制二极管D6、发光二极管D7、光耦U3；其中，U1为驱动芯片M57962L；
U1的第四引脚接24V电源，第十四引脚接5V电源；U1的第一引脚连接D2的负极，D2的正极连接D3的正极，D3的正极连接IGBT管V7的集电极；
U1的第十三引脚连接R8的第二引脚；U1的第五引脚连接R6的第一引脚，R6的第二引脚分别连接R9的第一引脚、D4的负极以及IGBT管V7的栅极；D4的正极连接D6的正极，D6的负极分别连接R9的第二引脚以及IGBT管V7的发射极；U1的第八引脚连接R12的第一引脚，R12的第二引脚连接U3的负极输入端；U3的集电极输出端连接R11的第一引脚，R11的第二引脚连接5V电源；U3的发射极输出端连接D7的正极，D7的负极接地。
其中，分压单元是将高压供电电路输出采集到的270V高压通过R5、RP1和R10分压减小至其的132分之一(即270V的132分之一)，给比较器U2A作为检测电压。
本实施例中，所述比较单元通过R1和R4电阻分压，将5V电压降低为2.5V，送入比较器U2A作为参考电压；当负输入引脚检测电压大于2.5V，即高压供电电路实际输出大于330V时，U2A输出低电压驱动芯片U1工作；当负输入引脚检测电压小于2.5V，即高压供电电路实际输出小于330V时，U2A输出高电压，此时驱动芯片U1不工作。
本实施例中，所述功率开关单元采用M57962L驱动IGBT管V7，M57962L采用双电源供电方式，正电压15V，负电压-10V；当第十四引脚和第十三引脚之间有5V电压后，第五引脚输出+15V电压，驱动IGBT管V7接通，当第十四引脚和第十三引脚之间为0V电压时，第五引脚输出-10V电压，此时IGBT管V7截止。
所述能耗制动控制电路还包含一个辅助电路，所述辅助电路包括：电阻R13、C4、D8；R13的第一端连接24V；R13的第二端分别连接D8的负极和C4的正极；D8的正极与C4的正极连接U1的第六引脚。上述辅助电路用于为U1提供-10V电压。
通过上述能耗制动控制电路，可实时监测电动伺服机构工作时母线电压，一旦母线电压超过设定值后，快速启动能耗制动功能，有效保护伺服控制器中功率主电路和控制电路。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在权利要求所确定的保护范围内。