專利名稱：運動與控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電機控制領(lǐng)域。具體地，涉及運動與控制系統(tǒng)的冗余系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在工業(yè)上，特別是在高精度加工和節(jié)能環(huán)境下，通常使用運動與控制設(shè)備(也稱為“變頻器”)用于電機速度和位置控制。圖1是常規(guī)運動與控制設(shè)備100的框圖。參照圖1，運動與控制設(shè)備100包括控制器110、整流器120、平波電路130、和逆變器140。整流器120用于將輸入的交流電源變換為直流電源。平板電路130用于對直流波形進行平滑處理。逆變器140用于將經(jīng)平滑處理的直流電變換為交流電以輸出到電機?？刂破?10用于控制運動與控制設(shè)備100的各部件的操作。例如，控制器110可以產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號用于控制逆變器140產(chǎn)生合適的輸出電流。另外，雖然圖中沒有顯示，運動與控制設(shè)備100還可以包括其他組件，例如，預(yù)充電路、制動單元、溫度檢測單元、人機界面等，其功能和構(gòu)造為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知，這里不再贅述。圖2是運動與控制設(shè)備100中的逆變器140的電路圖。參照圖2，逆變器140包括由6個絕緣柵雙極型晶體管(IGBT) Gl - G6組成的功率級結(jié)構(gòu)，用于將輸入的直流電變換為三相交流電提供給三相電機。為了確保重要設(shè)備的可靠性，需要為運動與控制設(shè)備提供冗余系統(tǒng)。傳統(tǒng)的冗余系統(tǒng)僅僅利用兩個運動與控制設(shè)備來構(gòu)建。即，在交流電源與電機之間連接兩個運動與控制設(shè)備，當(dāng)一個運動與控制設(shè)備損壞時，作為備份的另一個設(shè)備將工作以確保系統(tǒng)狀態(tài)良好。然而，這樣的冗余系統(tǒng)存在很大的問題，在機柜中安裝兩個運動與控制設(shè)備將導(dǎo)致系統(tǒng)的成本和尺寸顯著增加。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有的運動與控制系統(tǒng)的上述缺陷，提供減低成本和尺寸的運動與控制系統(tǒng)的冗余系統(tǒng)。根據(jù)本實用新型的一方面，提供一種運動與控制系統(tǒng)，包括整流器，用于將交流電變換為直流電；平波電路，用于對整流器輸出的直流電的波形進行平滑處理；主功率級和備用功率級，并聯(lián)連接在平波電路與電機之間；以及控制器，在正常工作模式下，驅(qū)動主功率級將來自平波電路的直流電壓變換為提供給電機的交流電壓，當(dāng)確定主功率級發(fā)生故障時，驅(qū)動備用功率級將來自平波電路的直流電壓變換為提供給電機的交流電壓。根據(jù)本實用新型的實施例，所述運動與控制系統(tǒng)進一步包括輸入切換器，連接在平波電路與主功率級和備用功率級的輸入端之間；以及輸出切換器，連接在主功率級和備用功率級的輸出端與電機之間，其中在正常工作模式下，輸入切換器和輸出切換器與主功率級接通且與備用功率級斷開，當(dāng)確定主功率級發(fā)生故障時，控制器控制輸入切換器和輸出切換器接通備用功率級并斷開主功率級。根據(jù)本實用新型的實施例，當(dāng)確定主功率級發(fā)生故障時，控制器停止向主功率級輸出驅(qū)動信號，并且在備用功率級被接通之后向備用功率級輸出驅(qū)動信號。根據(jù)本實用新型的實施例，當(dāng)確定主功率級發(fā)生故障時，控制器先控制輸出切換器切換到備用功率級的輸出端，再控制輸入切換器切換到備用功率級的輸入端。根據(jù)本實用新型的實施例，所述備用功率級包括預(yù)充電電路和電壓箝位電路。根據(jù)本實用新型的實施例，所述輸入切換器和輸出切換器包括開關(guān)。根據(jù)本實用新型的實施例，所述主功率級和備用功率級包括絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)模塊。根據(jù)本實用新型的實施例，主功率級在檢測到其IGBT模塊中的電流大于預(yù)定閾值時關(guān)斷IGBT模塊，并向控制器發(fā)送故障信號。根據(jù)本實用新型的實施例，控制器在接收到故障信號之后將主功率級復(fù)位，并驅(qū)動主功率級短時間工作,如果再次接收到故障信號,則確定主功率級發(fā)生故障。根據(jù)本實用新型的實施例，所述電機為三相交流電機。本實用新型的運動與控制系統(tǒng)針對現(xiàn)有技術(shù)中的包括兩個運動與控制設(shè)備的冗余系統(tǒng)的缺點，通過在運動與控制設(shè)備中包括備用功率級來減低系統(tǒng)的成本和尺寸。

通過
以下結(jié)合附圖對示范性實施例的詳細(xì)描述，將更好地理解本實用新型。應(yīng)當(dāng)清楚地理解，所描述的示范性實施例僅僅是作為說明和示例，而本實用新型不限于此。本實用新型的精神和范圍由所附權(quán)利要求書的具體內(nèi)容限定。下面描述附圖的簡要說明，其中圖1是常規(guī)運動與控制設(shè)備的框圖；圖2是常規(guī)運動與控制設(shè)備中的逆變器的電路圖；圖3是根據(jù)本實用新型的實施例的運動與控制系統(tǒng)的框圖；圖4是根據(jù)本實用新型的實施例的運動與控制系統(tǒng)的框圖；以及圖5是根據(jù)本實用新型的實施例的運動與控制系統(tǒng)中的輸入切換器和輸出切換器的示意圖。
具體實施方式
考慮到運動與控制設(shè)備中逆變器的故障概率較高，而且其中的IGBT功率級的成本與整個設(shè)備相比僅占一小部分。本實用新型使用單個運動與控制設(shè)備內(nèi)部功率級的冗余設(shè)計來實現(xiàn)運動與控制設(shè)備的冗余系統(tǒng)，而不是添加備用運動與控制設(shè)備。圖3是根據(jù)本實用新型的實施例的運動與控制系統(tǒng)200的框圖。參照圖3，運動與控制系統(tǒng)200包括控制器210、整流器220、平波電路230、主功率級241、和備用功率級242。運動與控制系統(tǒng)200與傳統(tǒng)的運動與控制設(shè)備冗余系統(tǒng)(由兩個圖1的運動與控制設(shè)備100構(gòu)成)的區(qū)別在于，在一個運動與控制設(shè)備的基礎(chǔ)上，使用兩個功率級來代替其中的變頻器(包含一個功率級)。因此，運動與控制系統(tǒng)200中的整流器220、平波電路230的功能和構(gòu)造與運動與控制設(shè)備100中的整流器120、平波電路130相同，而且運動與控制系統(tǒng)200同樣可以包括預(yù)充電路、制動單元、溫度檢測單元、人機界面等，不再贅述。在正常工作模式下，控制器210驅(qū)動主功率級241將來自平波電路230的直流電壓變換為提供給電機的交流電壓。如果主功率級發(fā)生故障，則控制器210驅(qū)動備用功率級242代替主功率級241工作。主功率級241和備用功率級242的構(gòu)造與圖2的逆變器140中的功率級相同，由6個IGBT組成IGBT模塊，用于將輸入的直流電變換為三相交流電提供給三相電機。主功率級241檢測其IGBT模塊中的電流，當(dāng)檢測到電流大于預(yù)定的安全閾值時，關(guān)斷IGBT模塊，并向控制器210發(fā)送故障信號。根據(jù)一個實施例，由于過流可能由干擾而非主功率級故障引起，控制器210在接收到故障信號之后并不馬上確定主功率級241發(fā)生故障，而是將主功率級241復(fù)位，并驅(qū)動其短時間工作(例如，10微秒)，如果再次接收到故障信號，則確定主功率級241發(fā)生故障。圖4是根據(jù)本實用新型的實施例的運動與控制系統(tǒng)300的框圖。參照圖4，運動與控制系統(tǒng)300包括控制器310、整流器320、平波電路330、主功率級341、備用功率級342、輸入切換器350、和輸出切換器360。圖4的運動與控制系統(tǒng)300在圖3的運動與控制系統(tǒng)200的基礎(chǔ)上添加了輸入切換器350和輸出切換器360。輸入切換器350連接在平波電路330與主功率級341和備用功率級342的輸入端之間，輸出切換器360連接在主功率級341和備用功率級342的輸出端與電機之間。在正常工作模式下，輸入切換器350和輸出切換器360與主功率級341接通，并且與備用功率級342斷開。如果主功率級發(fā)生故障，則控制器310控制輸入切換器350和輸出切換器360接通備用功率級342，并且斷開主功率級341。根據(jù)一個實施例，當(dāng)確定主功率級341發(fā)生故障時，控制器310首先停止向主功率級341輸出驅(qū)動信號并切斷主功率級341，再接通備用功率級342，然后向備用功率級342輸出驅(qū)動信號。根據(jù)一個實施例，當(dāng)確定主功率級341發(fā)生故障時，控制器310先控制輸出切換器360切換到備用功率級342的輸出端，再控制輸入切換器350切換到備用功率級342的輸入端。根據(jù)一個實施例，為了防止在切換時產(chǎn)生干擾電壓尖峰，備用功率級342可以包括預(yù)充電電路和電壓箝位電路(未示出)。根據(jù)一個實施例，如圖5所不,輸入切換器350包括開關(guān)SWl,輸出切換器360包括開關(guān)SW2。本實用新型的運動與控制系統(tǒng)針對現(xiàn)有技術(shù)中的包括兩個運動與控制設(shè)備的冗余系統(tǒng)的缺點，通過在運動與控制設(shè)備中包括備用功率級來減低系統(tǒng)的成本和尺寸。雖然已經(jīng)圖示和描述本實用新型的示范性實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，隨著技術(shù)的進步，可以作出各種變更和修改并可以用等價物替換其元素而不背離本實用新型的真實范圍。
權(quán)利要求1.一種運動與控制系統(tǒng)，包括: 整流器，用于將交流電變換為直流電； 平波電路，用于對整流器輸出的直流電的波形進行平滑處理； 主功率級和備用功率級，并聯(lián)連接在平波電路與電機之間； 控制器，在正常工作模式下，驅(qū)動主功率級將來自平波電路的直流電壓變換為提供給電機的交流電壓，當(dāng)確定主功率級發(fā)生故障時，驅(qū)動備用功率級將來自平波電路的直流電壓變換為提供給電機的交流電壓； 輸入切換器，連接在平波電路與主功率級和備用功率級的輸入端之間；以及 輸出切換器，連接在主功率級和備用功率級的輸出端與電機之間， 其中在正常工作模式下，輸入切換器和輸出切換器與主功率級接通且與備用功率級斷開，當(dāng)確定主功率級發(fā)生故障時，控制器控制輸入切換器和輸出切換器接通備用功率級并斷開主功率級。
2.如權(quán)利要求1所述的運動與控制系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)確定主功率級發(fā)生故障時，控制器停止向主功率級輸出驅(qū)動信號，并且在備用功率級被接通之后向備用功率級輸出驅(qū)動信號。
3.如權(quán)利要求1所述的運動與控制系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)確定主功率級發(fā)生故障時，控制器先控制輸出切換器切換到備用功率級的輸出端，再控制輸入切換器切換到備用功率級的輸入端。
4.如權(quán)利要求1所述的運動與控制系統(tǒng)，其特征在于，所述備用功率級包括預(yù)充電電路和電壓箝位電路。
5.如權(quán)利要求1所述的運動與控制系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入切換器和輸出切換器包括開關(guān)。
6.如權(quán)利要求1所述的運動與控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主功率級和備用功率級包括絕緣柵雙極型晶體管(IGBT )模塊。
7.如權(quán)利要求6所述的運動與控制系統(tǒng)，其特征在于，主功率級在檢測到其IGBT模塊中的電流大于預(yù)定閾值時關(guān)斷IGBT模塊，并向控制器發(fā)送故障信號。
8.如權(quán)利要求7所述的運動與控制系統(tǒng)，其特征在于，控制器在接收到故障信號之后將主功率級復(fù)位,并驅(qū)動主功率級短時間工作,如果再次接收到故障信號,則確定主功率級發(fā)生故障。
9.如權(quán)利要求1所述的運動與控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電機為三相交流電機。
專利摘要本實用新型提供一種運動與控制系統(tǒng)，包括整流器，用于將交流電變換為直流電；平波電路，用于對整流器輸出的直流電的波形進行平滑處理；主功率級和備用功率級，并聯(lián)連接在平波電路與電機之間；以及控制器，在正常工作模式下，驅(qū)動主功率級將來自平波電路的直流電壓變換為提供給電機的交流電壓，當(dāng)確定主功率級發(fā)生故障時，驅(qū)動備用功率級將來自平波電路的直流電壓變換為提供給電機的交流電壓。
文檔編號H02P4/00GK202918227SQ201220376729
公開日2013年5月1日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者連孝藩 申請人:施耐德東芝換流器歐洲公司