低壓智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的可靠性設(shè)計(jì)

朱煜銘1　陸偉青2　朱文灝3

1. 山東省輕工業(yè)設(shè)計(jì)院

2. 上海安科瑞電氣股份有限公司 上海201801

3. 上海電器科學(xué)研究所（集團(tuán)）有限公司 上海200063

    摘 要：針對(duì)低壓智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在實(shí)際使用中遇到的各種電磁兼容問(wèn)題，根據(jù)微處理器系統(tǒng)的特點(diǎn)從硬件和軟件兩個(gè)方面，提出了抗干擾方法，獲得了良好的EMC性能。

    1　 引言

    電動(dòng)機(jī)作為一種拖動(dòng)機(jī)械因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)方面被廣泛采用。在當(dāng)代，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器技術(shù)的成熟而普及率越來(lái)越高。

    智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器采用了微處理器技術(shù)，不僅解決了傳統(tǒng)的熱繼整定粗糙、不能實(shí)現(xiàn)斷相保護(hù)，重復(fù)性差、測(cè)量參數(shù)誤差大的缺點(diǎn)。保護(hù)器通過(guò)電流來(lái)判斷斷相故障，軟件模擬熱積累過(guò)程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)等方法保證了電機(jī)的可靠運(yùn)行，而微處理器強(qiáng)大的擴(kuò)展性包括開(kāi)關(guān)量輸入、繼電器輸出，4~20mA變送輸出、RS485通訊等很好的滿足了控制系統(tǒng)的“四遙”功能。

    電動(dòng)機(jī)保護(hù)器提高了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的可靠性和系統(tǒng)智能化要求，因此保護(hù)器的可靠運(yùn)行起著舉足輕重的作用，同時(shí)也對(duì)保護(hù)器抗外界干擾提出了比較現(xiàn)實(shí)的要求。下面就從硬件和軟件兩個(gè)方面提出可靠性設(shè)計(jì)。

    2　 硬件可靠性設(shè)計(jì)

    2.1 微處理的選擇

    采用Freescale公司的高性能處理器MC9S08AW60。MC9S08AW60是Freescale公司一款基于S08內(nèi)核的高度節(jié)能型處理器，是第一款認(rèn)可用于汽車市場(chǎng)的微控制器。可應(yīng)用在家電、汽車、工業(yè)控制等場(chǎng)合，具有業(yè)內(nèi)最佳的EMC性能。

    2.2 電源端濾波處理

    利用電磁原理進(jìn)行硬件電路濾波是提高保護(hù)器EMC的有效方法。線路如下圖，經(jīng)熱敏電阻t、壓敏電阻RV1、電感L1、L2、差模電容C1、共模電感L3、共模電容C2、C3組成的兩級(jí)濾波處理，很好的隔離了由于電源端的輸入和輸出干擾。PTC熱敏電阻器的主要用于過(guò)流過(guò)熱保護(hù)，直接串在負(fù)載電路中，在線路出現(xiàn)異常狀況時(shí)，能夠自動(dòng)限制過(guò)電流或阻斷電流，當(dāng)故障排除后又恢復(fù)原態(tài)，俗稱“萬(wàn)次保險(xiǎn)絲”。根據(jù)線路的最大工作電流來(lái)確定選擇。壓敏電阻主要用于吸收各種操作浪涌及感應(yīng)雷浪涌過(guò)壓保護(hù)，以防止這類過(guò)電壓干擾或損壞各種電路元件。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)受的浪涌電壓按照最大允許使用電壓和通流容量來(lái)選擇。其中,L1、L2、C1為抑制差模干擾，L3、C2、C3為抑制共模干擾。L1、L2鐵芯應(yīng)選擇不易飽和的材料及M-F特性優(yōu)良的材料。按照IEC-380安全技術(shù)指標(biāo)推薦，圖中元件參數(shù)的選擇范圍為：C1=0.1~2uF；C2、C3=2.2~33uF；L3為幾個(gè)或幾十毫亨，隨工作電流不同而取不同的參數(shù)值。

    按照下面公式計(jì)算C2、C3的容量：

    Ii=2πfCyU

    式中：Ii───允許的交流漏電流

    f───電源頻率；

    U───電源供電電壓；

圖1　電源端處理圖

圖2　電源端未濾波處理的實(shí)驗(yàn)效果

圖3　電源端濾波處理后的實(shí)驗(yàn)效果

    上圖為電源端是否使用濾波器，使用瑞士TRANSIENT 2000電磁兼容測(cè)試儀1000V 100KHZ 0.75mS條件EFT群脈沖實(shí)驗(yàn)，從TEXtronix TDS1012B捕抓到的信號(hào)比較，未使用濾波處理的電源輸出端產(chǎn)生了尖峰脈沖，會(huì)導(dǎo)致微處理器復(fù)位，甚至死機(jī)。

    2.3 信號(hào)端處理

    諧波和電磁輻射干擾會(huì)導(dǎo)致保護(hù)器誤動(dòng)作，使電氣儀表計(jì)量不準(zhǔn)確，甚至無(wú)法正常工作。在電動(dòng)機(jī)控制回路中產(chǎn)生該類干擾源為變頻器和現(xiàn)場(chǎng)對(duì)講機(jī)。解決的方法有：一是信號(hào)輸入線膠合，膠合的雙膠線能降低共模干擾，由于改變了導(dǎo)線電磁感應(yīng)的磁通方向，使其感應(yīng)互相抵消。二是內(nèi)部線路處理。如下圖，采用雙差分輸入的差動(dòng)放大器，具有很高的共模抑制比。在輸入回路中接RC濾波器、信號(hào)的輸入和輸出端使用專用器件、降低輸入輸出阻抗、可靠接地和合理的屏蔽等措施。