本发明属于交流永磁同步电机控制技术领域，具体涉及一种永磁同步电机控制电路的保护装置。
背景技术：
永磁同步电机具有能量密度高、寿命长、无污染、易于维护等优点，在工业控制、能源交通、军事装备等领域获得了广泛的应用。永磁同步电机控制系统的主电路通常由二极管整流器和逆变器构成，当发生故障或异常情况时，一般通过软件封锁PWM(脉宽调制)信号，控制PWM模块关闭驱动信号，停止逆变器运行的方式进行保护，该种方式适用于大多数故障情况，不过单一的软件保护方式严重依然控制电路的正常运行，一旦控制电路失效，便无法正常工作，同时软件保护方式缺乏对于主电路器件的保护，因此必须设计一种永磁同步电机控制电路的保护装置。
永磁同步电机控制系统采用单一的软件保护方式时存在以下几个缺点：
(1)运行软件程序的控制芯片存在跑飞、死机的情况，一旦发生故障时不能正常工作，软件将无法执行保护程序，因此单一的软件保护方式存在一定的安全隐患；
(2)故障时电机控制系统的主电路输入、输出开关没有断开，由于只是停止逆变器的运行，二极管整流器不受控制，因此整流输出的直流电压一直存在。若软件封锁PWM信号后，PWM驱动模块出现异常，未能关闭PWM信号，由于电机控制系统的输出开关一直未断开，会导致直流电压直接加在电机端，造成电机发热等现象。同时由于电网输入开关一直未断开，一旦PWM驱动模块受外界干扰，造成逆变器单桥臂导通，会导致直流母线短路、可控硅炸裂等极端情况出现，严重危及上级电网以及调试人员的安全；
(3)若电机控制系统的功率较大，带大转动惯量、高转速电机时，一旦出现故障，即使电机控制系统输入断开、逆变器停止运行，由于输出开关未断开，大转动惯量电机又高速运行，造成电机反电势“反灌”到二极管整流器的直流侧，导致直流电压升高，甚至击穿电机控制系统的可控硅模块。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种永磁同步电机控制电路的保护装置，应用于永磁同步电机控制系统的主电路保护装置，完善了电机控制系统的保护功能，能够更好的保障电机控制系统的运行以及调试人员的安全。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种永磁同步电机控制电路的保护装置，包括整流桥、逆变桥、PWM驱动模块、控制板，分别与所述的控制板电连结的电流检测电路和电压检测电路、将采样电流和采样电路与正常值比较以进行故障判断的保护信号电路，以及与所述的保护信号电路输出连接的主电路保护电路，所述的主电路保护电路包括受驱动实现整流桥三相电源输入和永磁同步电机驱动电源输入通断的输入接触器和输出接触器。
在上述技术方案中，保护信号电路、电流检测电路、电压检测电路的输出分别与控制板电连接以实现对应电连接。
在上述技术方案中，在所述的逆变桥的两输入端间串接有制动电阻，所述的制动电阻一端串接有受所述的保护信号电路或控制板输出驱动的制动接触器。
在上述技术方案中，所述的输入接触器和输出接触器包括对应串接在各相输入上的常闭式触点以及对应的线圈，所述的制动接触器包括对应串接在制动电阻回路上的常开式触点以及对应的线圈。
在上述技术方案中，所述的整流桥的正极输出串接充电电阻后接入三相逆变桥的输入端，所述的充电电阻并接有直流接触器。
在上述技术方案中，保护信号电路的输出电连接至PWM模块且与控制器电连接。
在上述技术方案中，电压检测电路用以采集整流器输出电压，其包括正极和负极输入端与电压采集端的第一运算放大器、所述的第一运算放大器的输出经信号调整单元后连接至信号处理模块，同时，所述的第一运算放大器的输出经电阻R4与输入端连接。
在上述技术方案中，电流检测电路用以采集整流器输出电流，其包括设置在负极输出的互感器，正极和负极对应与所述的互感器两端对应电连接的第二运算放大器、同时，所述的第二运算放大器的输出经电阻R8与输入端连接，所述的第二运算放大器的输出经电阻R10后接入第三运算放大器的正极，所述的第三运算放大器的输出与负极连通，所述的第三运算放大器的输出经信号调整单元后连接至信号处理模块。
在上述技术方案中，所述的信号调整单元包括两个依次正极和负极连通的二极管，所述的二极管的负极接正电压，正极接地，所述的第一运算放大器或第三运算放大器的输出与两二极管间电连通。
在上述技术方案中，所述的保护信号电路包括正极分别所述的第一运算放大器或第三运算放大器的输出的比较器，所述的负极分别与参考电压和参考电流连接，两输入端与所述的两个比较器的输出连接的与或门，以及与所述的与或门的输出连接的反相器，所述的反相器的输出端连接至PWM驱动模块。
本发明的优点和有益效果为：
永磁同步电机控制电路的保护装置，通过对信号的采集，利用输入接触器和输出接触器，实现输入输出的物理断开，故障时能立刻断开输入、输出接触器，永磁同步电机控制系统的主电路保护装置，进一步加强了对电机控制系统的保护，即使软件保护失效，依然可以执行保护功能，同时故障时能立刻断开输入、输出接触器，并将直流电容剩余的直流电压通过制动电阻释放出去，能够有效保障上级电网、电机控制系统、电机以及试验人员的安全。
附图说明
图1为永磁同步电机控制系统结构图；
图2为二极管整流桥内部结构图；
图3为三相逆变桥内部结构图；
图4为电压采集电路图；
图5为电流采集电路图；
图6为保护信号电路图；
图7a.7b.7c为主保护电路图。
1、三相交流电源 2、二极管整流器
3、三相逆变桥 4、永磁同步电机
5、保护信号电路 6、DSP控制板
7、PWM驱动模块 8、电流检测电路
9、保护信号电路 10、触摸屏
11、电压检测电路 12、输入接触器
13、直流接触器 14、充电电阻
15、母线电容 16、制动接触器
17、制动电阻 18、输出接触器
19、第一运算放大器 20、第二运算放大器
21、第三运算放大器 22、比较器
23、比较器 24、或门
25、反相器
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
一种永磁同步电机控制电路的保护装置，所述的永磁同步单机控制电路包括输入端与三相交流电1的UVW三相对应接通的整流桥2、输出端ABC三相与永磁同步电机4对应连通的三相逆变桥3，PWM驱动模块7，电流检测电路8、电压检测电路11、将采样电流和采样电路与正常值比较以进行故障判断的保护信号电路9，以及与所述的保护信号电路9的输出连接的主电路保护电路5，所述的主电路保护电路包括受驱动实现整流桥三相电源输入和永磁同步电机驱动电源输入通断的输入接触器12和输出接触器18。所述的输入接触器和输出接触器包括对应串接在各相输入上的常闭式触点以及对应的线圈，所述的线圈由主电路保护电路驱动。所述的主电路保护电路5的输入同时与控制板的输出相连接以实现控制板对其控制。
控制器相当于一个各输出输入的中转站，电流、电压信号进入控制器用于电机控制，控制器通过软件判断是否过流、过压，若是，则发出信号断开输入接触器和输出接触器；电流、电压信号进入保护信号电路，通过硬件判断是否过流、过压，若判断故障直接通过硬件断开输入接触器和输出接触器，同时保护信号电路将故障信号通知控制器，控制器停止软件运行，保证即使控制器软件保护失效的情况下，硬件保护也能有效保护系统。
其中，PWM驱动模块选用塞米控公司的SKHI22AH4R模块，该模块集成驱动和保护电路功能，外围电路简单，无需光耦或变压器隔离，可直接将DSP的PWM信号连接到功率模块，方便应用。
进一步地，所述的整流桥的正极输出串接充电电阻14后接入三相逆变桥的输入端，所述的充电电阻14上还并接有直流接触器13。所述的直流接触器13与所述的控制板可控连接。电机控制系统上电运行时，开始充电，交流电经二极管变成直流电，由于刚上电，电容电压为0，为防止充电时过流，因此充电时电阻14串接在充电回路里。正常情况下，电阻14已经串接在充电路里，无需信号控制接通，当电容电压达到设定值时，充电完毕后，控制器发出信号闭合直流接触器13，将电阻14短接。
图2为二极管整流桥的内部结构图，具体连接方式如下：二极管整流桥2由六个二极管D1-D6组成，上桥臂的二极管为D1、D3、D5，下桥臂的二极管为D2、D4、D6，其中二极管D1的正极与二极管D2的负极连接构成一个桥臂，二极管D3的正极与二极管D4的负极连接构成一个桥臂，二极管D5的正极与二极管D6的负极连接构成一个桥臂。
图3为三相逆变桥的内部结构图，具体连接方式如下：三相逆变桥3由六个可控硅Q1-Q6组成，上桥臂由可控硅Q1、Q3、Q5组成，下桥臂由可控硅Q2、Q4、Q6组成，其中可控硅Q1的发射极与可控硅Q2的集电极连接构成一个桥臂，可控硅Q3的发射极与可控硅Q4的集电极连接构成一个桥臂，可控硅Q5的发射极与可控硅Q6的集电极连接构成一个桥臂。
具体地，主电路中二极管整流桥2为将交流电转换为直流电，充电电阻14和直流接触器13在充电时防止电流过流，母线电容15用于稳定直流电压，三相逆变桥3用于永磁同步电机4的矢量控制实现。主电路保护装置5由输入接触器12、输出接触器18以及主电路保护电路组成，输入接触器12和输出接触器18的触点为常闭触点，主电路保护电路接收保护信号，控制输入接触器12、输出接触器18的开断，接收到故障信号后，输入接触器12和输出接触器18断开，触点由常闭变为常开。即，三相交流电源1的U、V、W分别与输入接触器12的1、3、5触点连接，输入接触器12的2、4、6触点分别与二极管整流桥2的1、2、3端连接，二极管整流桥2的4端即正极输出端与充电电阻14、直流接触器13的一端连接，二极管整流桥2的5端即负极输出端与母线电容15的负极、三相逆变桥3的2端连接。充电电阻14、直流接触器13的另一端与母线电容15的正极以及三相逆变桥3的1端连接，三相逆变桥3的3、4、5端与输出接触器18的1、3、5触点连接，输出接触器18的2、4、6触点分别与永磁同步电机4的A、B、C相连接。
本发明针对软件保护方式单一的问题，增加了硬件保护信号，即使软件保护失效，硬件保护信号也可以直接封锁PWM信号，停止逆变器的运行；即电机控制系统一旦发生故障，控制输入接触器和输出接触器断开，可以切断与电网、电机的联系，保障电机与主电路器件的安全。
具体地，保护信号电路、电流检测电路、电压检测电路以及主电路保护电路的输入或输出分别与控制板，如DSP控制板6电连接以实现对应电连接。其中DSP控制板6是系统的控制核心，用于电压电流信号的采集、PWM信号输出(脉冲宽度调制)、电机控制算法和保护功能以及人机通讯等功能的实现。
还包括与DSP控制器通讯的触摸屏10，触摸屏10主要用于实现永磁同步电机参数的显示和调节功能。所述的触摸屏10选用北京昆仑通态公司的7寸触摸屏，型号为TPC7062K，触摸屏由24V直流电源供电，采用RS232方式与DSP通讯，集成了液晶显示屏、触摸面板、控制及数据存储等单元。软件分为运行环境画面组态软件和数据通讯协议，两者采用MCGS嵌入版组态软件及其脚本驱动开发工具进行编写。
其中，保护信号电路9与控制器电连接且将保护信号输入到PWM驱动模块7中，控制PWM信号的使能，一旦出现故障信号，便直接封锁PWM信号，实现硬件保护功能，采用直接驱动的方式，减少控制板故障干扰中断的可能。
实施例二
在所述的逆变桥的两输入端间串接有制动电阻17，以及受所述的主电路保护电路输出驱动的制动接触器16。所述的制动接触器16的上端与三相逆变桥的1端连接，下端与制动电阻17连接，所述的制动电阻17的下端与三相逆变桥的2端连接。所述的主动接触器受控制板或保护信号电路的输出连接以实现其控制。其中，所述的制动接触器包括对应串接在制动电阻回路上的常开式触点以及对应的线圈，所述的线圈由主电路保护电路驱动以实现通断。
增加了制动电阻和制动接触器，可以将故障发生后直流电容，即母线电容15剩余的电压通过制动电阻消耗，同时也防止电机反电势反灌造成直流过压，进一步保障了主电路器件的安全。
实施例三
本发明的电压检测电路用以采集整流器输出电压，其包括正极和负极输入端与电压采集端的第一运算放大器19、所述的第一运算放大器19的输出经信号调整单元后连接至信号处理模块，同时，所述的第一运算放大器的输出经电阻R4与输入端连接，并在电阻R4上并接有电容C2。
电流检测电路用以采集整流器输出电流，其包括设置在负极输出的互感器，正极和负极对应与所述的互感器两端对应电连接的第二运算放大器20、同时，所述的第二运算放大器的输出经电阻R8与输入端连接，同时电阻R8并联有电容C5，所述的第二运算放大器的输出经电阻R10后接入第三运算放大器21的正极，所述的第三运算放大器的输出与负极连通，所述的第三运算放大器的输出经信号调整单元后连接至信号处理模块。其中，所述的信号调整单元包括两个依次正极和负极连通的二极管D8和D7，或者D9和D10，所述的二极管D8或D9的负极接正电压，二极管D9或D10的正极接地，所述的第一运算放大器或第三运算放大器的输出与两二极管间电连通并输出至控制板。
所述的保护信号电路5包括两个正极分别所述的第一运算放大器或第三运算放大器的输出的比较器22、23，两个所述的比较器22、23的负极分别与参考电压和参考电流连接，两输入端与所述的两个比较器的输出连接的与或门24，以及与所述的与或门的输出连接的反相器25，所述的反相器的输出端连接至PWM驱动模块，同时在PWM驱动模块输入端设置有嵌位电阻R12。
如图7a、7b和7c所示，所述的主电路保护电路包括基极经电阻R13、R14或R15与所述的反相器的输出端连通的三极管T1或T2或T3，所述的三极管的发射极接地，集电极串联对应线圈Ts1、Ts2或Ts3后接正电源，以及与所述的线圈并接且负极与正电源连接的二极管。D11、D12或D13。线圈Ts1、Ts2或Ts3分别与S1触点，S2触点以及S3触点相对应以实现对应触点的通断控制。
具体地，图4为直流电压检测电路图，具体连接关系如下：
电阻R1连接反馈电压VolInput1端口，另一端与电阻R4、电容C2以及第一运算放大器19的负端连接，电阻R4、电容C2的另一端与第一运算放大器19的输出端连接。电阻R2连接反馈电压VolInput2端口，另一端与电阻R3、电容C1以及第一运算放大器19的正端连接，电阻R3、电容C1的另一端与AGND连接。电阻R5的一端与第一运算放大器19的输出端连接，另一端与电容C3、二极管D7的负极、二极管D8的正极连接。电容C3的另一端、二极管D7的正极与AGND连接，二极管D8的负极与3.3V连接，电压输出信号与二极管D8的正极、二极管D7的负极连接。
图5为电流检测电路图，具体连接关系如下：
电阻R6连接反馈电流CurInput1端口，另一端与电阻R8、电容C5以及运算放大器20的负端连接，电阻R8、电容C5的另一端与第二运算放大器20的输出端连接。电阻R7连接反馈电流CurInput2端口，另一端与电阻R9、电容C4以及第二运算放大器20的正端连接，电阻R9、电容C4的另一端与AGND连接。电阻R10的一端与运算放大器20的输出端连接，另一端与电阻R11、运算放大器21的正端连接，电阻R11的一端与3.3V连接，另一端与第三运算放大器21的正端连接。运算放大器21的负端与其输出端连接，第三运算放大器21的输出端与电容C6、二极管D10的负极、二极管D9的正极连接。电容C6的另一端、二极管D10的正极与AGND连接，二极管D9的负极与3.3V连接，电流输出信号与二极管D9的正极、二极管D10的负极连接。
图6为保护信号电路图，其连接关系如下：
比较器22的负端与反馈电流CurFk端口，正端与3.3V连接，输出端和或门24的1脚连接，比较器23的负端与反馈电压VolFk端口，正端与3.3V连接，输出端和或门24的2脚连接，或门24的输出端与反相器25的输入端连接，反相器25的输出端与电阻R12、保护信号Pro连接，电阻R12的零一端与3.3V连接，保护信号Pro与PWM驱动模块信号连接，控制PWM信号的使能。
图7为主电路保护电路图，具体连接方式如下：
保护信号Pro与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与三极管T1的基极连接，三极管T1的发射极与地连接，T1的集电极与二极管D11的正极、输入接触器12的线圈Ts1的一端连接，二极管D11的负极、输入接触器S1的线圈Ts1的另一端与24V连接。
保护信号Pro与电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端与三极管T2的基极连接，三极管T2的发射极与地连接，T2的集电极与二极管D12的正极、制动接触器16的线圈Ts2的一端连接，二极管D12的负极、制动接触器16的线圈Ts2的另一端与24V连接。
保护信号Pro与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与三极管T3的基极连接，三极管T3的发射极与地连接，T3的集电极与二极管D13的正极、输出接触器18的线圈Ts3的一端连接，二极管D13的负极、输出接触器18的线圈Ts3的另一端与24V连接。二极管D11、D12及D13的作用主要是防止电压信号正负极反接，另外当继电器失电后，释放掉线圈上的电压，保护继电器的前级输出触点，减少电弧。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。