摘 要：針對低壓智能電動機保護器在實際使用中遇到的各種電磁兼容問題，根據微處理器係統的特點從(cong) 硬件和軟件兩(liang) 個(ge) 方麵，提出了抗幹擾方法，獲得了良好的EMC性能。---低壓智能電動機保護器的可靠性設計
關(guan) 鍵詞：微處理器;EMC電磁兼容性;軟件;硬件;抗幹擾
1、引言
電動機作為(wei) 一種拖動機械因具有結構簡單、價(jia) 格低廉、使用維護方便等優(you) 點，在國民經濟各個(ge) 方麵被廣泛采用。在當代，隨著電子技術的發展和智能電動機保護器技術的成熟而普及率越來越高。--低壓智能電動機保護器的可靠性設計
智能電動機保護器采用了微處理器技術，不僅(jin) 解決(jue) 了傳(chuan) 統的熱繼整定粗糙、不能實現斷相保護，重複性差、測量參數誤差大的缺點。保護器通過電流來判斷斷相故障，軟件模擬熱積累過程的方法來實現過載保護等方法保證了電機的可靠運行，而微處理器強大的擴展性包括開關(guan) 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製係統的“四遙”功能。
電動機保護器提高了電動機運行的可靠性和係統智能化要求，因此保護器的可靠運行起著舉(ju) 足輕重的作用，同時也對保護器抗外界幹擾提出了比較現實的要求。下麵就從(cong) 硬件和軟件兩(liang) 個(ge) 方麵提出可靠性設計。
2、硬件可靠性設計
2.1 微處理的選擇
采用Freescale公司的高性能處理器MC9S08AW60。MC9S08AW60是Freescale公司一款基於(yu) S08內(nei) 核的高度節能型處理器，是款認可用於(yu) 汽車市場的微控製器。可應用在家電、汽車、工業(ye) 控製等場合，具有業(ye) 內(nei) 的EMC性能。
2.2 電源端濾波處理
利用電磁原理進行硬件電路濾波是提高保護器EMC的方法。線路如下圖，經熱敏電阻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(liang) 級濾波處理，很好的隔離了由於(yu) 電源端的輸入和輸出幹擾。PTC熱敏電阻器的主要用於(yu) 過流過熱保護，直接串在負載電路中，在線路出現異常狀況時，能夠自動限製過電流或阻斷電流，當故障排除後又恢複原態，俗稱“萬(wan) 次保險絲(si) ”。根據線路的工作電流來確定選擇。壓敏電阻主要用於(yu) 吸收各種操作浪湧及感應雷浪湧過壓保護，以防止這類過電壓幹擾或損壞各種電路元件。根據設計經受的浪湧電壓按照允許使用電壓和通流容量來選擇。其中,L1、L2、C1為(wei) 抑製差模幹擾，L3、C2、C3為(wei) 抑製共模幹擾。L1、L2鐵芯應選擇不易飽和的材料及M-F特性優(you) 良的材料。按照IEC-380**技術指標推薦，圖中元件參數的選擇範圍為(wei) ：C1=0.1~2uF;C2、C3=2.2~33uF;L3為(wei) 幾個(ge) 或幾十毫亨，隨工作電流不同而取不同的參數值。
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;
上圖為(wei) 電源端是否使用濾波器，使用瑞士TRANSIENT 2000電磁兼容測試儀(yi) 1000V 100KHZ 0.75mS條件EFT群脈衝(chong) 實驗，從(cong) TEXtronix TDS1012B捕抓到的信號比較，未使用濾波處理的電源輸出端產(chan) 生了尖峰脈衝(chong) ，會(hui) 導致微處理器複位，甚至死機。
2.3 信號端處理
諧波和電磁輻射幹擾會(hui) 導致保護器誤動作，使電氣儀(yi) 表計量不準確，甚至無法正常工作。在電動機控製回路中產(chan) 生該類幹擾源為(wei) 變頻器和現場對講機。解決(jue) 的方法有：一是信號輸入線膠合，膠合的雙膠線能降低共模幹擾，由於(yu) 改變了導線電磁感應的磁通方向，使其感應互相抵消。二是內(nei) 部線路處理。如下圖，采用雙差分輸入的差動放大器，具有很高的共模抑製比。在輸入回路中接RC濾波器、信號的輸入和輸出端使用專(zhuan) 用器件、降低輸入輸出阻抗、可靠接地和合理的屏蔽等措施。
2.4 保護輸出端處理
輸入輸出端采用光電隔離的方法，也是可以消除共模幹擾，同時在保護繼電器的的輸出端並接壓敏電阻，的提高了繼電器的壽命，也降低了由於(yu) 外部接觸器動作對內(nei) 部的幹擾。考慮到客戶使用控製電壓的不確定性和接觸器線圈容量，確認使用MYG14D821。
圖5 保護輸出電路
2.5 外部存儲(chu) 技術和看門狗保護電路
使用外置存儲(chu) 芯片X25043，SPI接口。微處理器內(nei) 置SPI控製模塊，方便的與(yu) 該芯片接口，外部存儲(chu) 技術保證了運行狀態和事件的記錄。低電壓複位和外部看門狗提高了保護器的可靠性。
2.6 主體(ti) 與(yu) 顯示單元通過RS485連接
考慮到使用環境的特殊性和要求的多樣性，主體(ti) 與(yu) 顯示單元之間連接也采用RS485 Modbus-Rtu協議連接，提高了顯示與(yu) 控製的可靠性。
3、軟件可靠性設計
3.1 實時多任務的調度
保護器起著保護電動機的重任，對它的要**既不能誤動，也不能拒動，而且快速。實時多任務的調度實際是通過時間片的輪換實現宏觀上的多任務效果。對於(yu) 保護器而言，存在著三個(ge) 重要的任務，等間隔的交流采樣，根據算法得到穩態與(yu) 暫態電量數據;根據得到的數據判斷故障，故障計時、清零和脫扣輸出;人機交互界麵。下圖以一個(ge) 周波T=20mS，32點采樣為(wei) 例(考慮到快速除法)，32次采樣總時間為(wei) 3.2mS，數據計算時間為(wei) 9.72mS, 計時0.36mS,則人機交互的時間為(wei) 6.72mS。這樣的任務調度即滿足了保護實時性要求，又較快的響應了參數設置。
圖7 任務執行關(guan) 係
3.2 交流采樣、數字濾波
對於(yu) 交流正弦信號，一個(ge) 周期的電壓值為(wei)
根據電工原理中連續周期交流信號的值的定義(yi) ，將連續信號離散化，用數值積分代替連續積分，從(cong) 而得到值與(yu) 采樣值之間的關(guan) 係。離散化得到
同理
在對信號多次采樣的基礎上，通過軟件算法提取逼近真值的數據。這種算法計算連續的周期的交流信號，精度高，抗波形畸變能力強。在使用這種算法時，也可同時采用連續平均值法、中值算法等數字濾波，提高保護器的抗幹擾能力。
3.3 軟件陷阱
程序是固化在微處理器的存儲(chu) 器中，由編譯器統一安排，但設計時，設計人員考慮到產(chan) 品的擴展性，一般留有餘(yu) 量，也因此總有些存儲(chu) 空間會(hui) 未被使用。當微處理器的PC指針因為(wei) 幹擾被錯置時，係統就會(hui) 出錯。軟件陷阱就是在不用的存儲(chu) 空間、中斷入口、子程序後加入強製跳轉指令，讓出錯的PC指針恢複正常。
方法是： NOP
NOP
JSR MAIN
4、結束語
本文針對低壓智能電動機保護器在實際使用中遇到的各種電磁兼容問題，根據微處理器係統的特點從(cong) 硬件和軟件兩(liang) 個(ge) 方麵，提出了抗幹擾方法，獲得了良好的EMC性能。
文章來源於(yu) ：《電機與(yu) 控製應用》2009年第8期。
參考文獻：
1、低壓電動機保護器行業(ye) 標準 JB/T 10736-2007
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4、陳偉(wei) 華 電磁兼容實用手冊(ce) 機械工業(ye) 出版社 1998.8
5、周誌敏 周紀海 開關(guan) 電源實用技術設計與(yu) 應用 人民郵電出版社
6、錢振宇 開關(guan) 電源的電磁兼容性設計與(yu) 測試 電子工業(ye) 出版社
作者簡介：
師晴晴（1985－），女，漢族，本科，工程師，主要研究方向為(wei) 智能建築供配電監控係統
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