[发明专利]从变频器输出端中性点取电的电机编码器供电方法和系统

说明书

本发明公开了一种从变频器输出端中性点取电的电机编码器供电方法和系统，属于交流电机与驱动控制领域。方法包括：通过无零矢量脉宽调制方法改善电机定子绕组中性点处共模电压波形，使共模电压由四电平转化为两电平；对抑制后的共模电压进行整流，将两电平的共模电压转换为直流电压；对整流得到的直流电压进行电压变换，使其转换为编码器供电需要的电压水平后，为编码器供电。本发明省去了为编码器供电所引出的直流弱电供电电缆，使电机与变频器之间的电气连接更加简洁，避免了工业机器人等电机在多自由度空间运动的应用场合出现编码器供电电缆缠绕的问题；增加了设备运行时的灵活性；同时本发明在电机不同运行工况下均能为编码器提供稳定电源。

技术领域

本发明属于交流电机与驱动控制领域，更具体地，涉及从变频器输出端中性点取电的电机编码器供电方法和系统。

背景技术

伺服系统是指能够快速、准确地跟随控制机构发出的位置、速度、转矩等指令的执行系统，又称为随动系统。伺服电机是伺服系统的执行机构，是整个系统的核心部件，其性能的好坏直接关系到整个伺服控制系统的性能。任何一个高性能的伺服电机中都包含一个关键器件，即编码器。

编码器在工作时由二极管发光并进行信号的检测和处理，用于电极转子实时位置及转速的测量，为完成这些工作，工程上需要一根额外的直流供电电缆为其供电。在工业机器人现代化场景中，多出的线会降低设备的灵活性和工作效能，增加设备运行时的安全隐患，同时也增加了一定成本，工程师们在寻找一种更加简洁的连接方法，即取消光电编码器至控制器之间的连接电缆。

专利CN201320380889.1公开了一种基于韦根效应的旋转自供电式多圈绝对值编码器。该方案利用韦根传感器的发电功能为编码器提供电源，将转轴转动时的动能转化为电能，无需电源线和加装电池。但由于电能的能量来源是转轴的动能，在电机低速甚至停转时，转轴动能很小，编码器难以获取足够的供电功率，进而导致失电等问题，这种缺陷制约了韦根效应自供电式编码器的发展。

另一种方案是从电机输入端三相驱动母线上取电，这种方案电源处理部分较为复杂，并且电机的绝缘性能和密封性会受到影响，会破坏供电电源的平衡，所以应用比较少。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种从变频器输出端中性点取电的电机编码器供电方法和系统，其目的在于在电机不同运行工况下对编码器进行稳定供电，同时避免采用额外电源线所造成的安全隐患和应用不便。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种从变频器输出端中性点取电的电机编码器供电方法，包括：

S1.利用无零矢量脉宽调制对变频器输出端中性点处的共模电压进行抑制，使共模电压由四电平电压转化为一对大小相等幅值相反的两电平电压；

S2.对抑制后的共模电压进行整流，将两电平的共模电压转换为直流电压；

S3.对整流得到的直流电压进行电压变换，使其转换为编码器供电需要的电压水平后，为编码器供电。

进一步地，电机定子绕组中性点处的共模电压V_cm为：

其中，V_dc表示直流母线电压。

进一步地，采用载波移相实现无零矢量脉宽调制。

进一步地，抑制后的共模电压为

进一步地，采用隔离型DC-DC变换器对整流得到的直流电压进行电压变换。

进一步地，采用反激式变换器作为隔离型DC-DC变换器。

按照本发明的另一方面，提供了一种从变频器输出端中性点取电的电机编码器供电系统，包括：