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低压智能电动机保护器的可靠性设计 摘 要：针对低压智能电动机保护器在实际使用中遇到的各种电磁兼 容问题，根据微处理器系统的特点从硬件和软件两个方面，提出了抗 干扰方法，获得了良好的 EMC 性能。 关键词：微处理器；EMC电磁兼容性；软件；硬件；抗干扰 1、引言 电动机作为一种拖动机械因具有结构简单、价格低廉、使用维护方便等优点，在国民经 济各个方面被广泛采用。在当代，随着电子技术的发展和智能电动机保护器技术的成熟而普 及率越来越高。 智能电动机保护器采用了微处理器技术，不仅解决了传统的热继整定粗糙、不能实现断 相保护，重复性差、测量参数误差大的缺点。保护器通过电流来判断断相故障，软件模拟热 积累过程的方法来实现过载保护等方法保证了电机的可靠运行，而微处理器强大的扩展性包 括开关量输入、继电器输出，4~20mA 变送输出、RS485 通讯等很好的满足了控制系统的“四 遥”功能。 电动机保护器提高了电动机运行的可靠性和系统智能化要求，因此保护器的可靠运行起 着举足轻重的作用，同时也对保护器抗外界干扰提出了比较现实的要求。下面就从硬件和软 件两个方面提出可靠性设计。 2、硬件可靠性设计 2.1 微处理的选择 采用 Freescale 公司的高性能处理器 MC9S08AW60。MC9S08AW60 是 Freescale 公司一款 基于 S08 内核的高度节能型处理器，是第一款认可用于汽车市场的微控制器。可应用在家电、 汽车、工业控制等场合，具有业内最佳的 EMC性能。 2.2 电源端滤波处理 利用电磁原理进行硬件电路滤波是提高保护器 EMC 的有效方法。线路如下图，经热敏电 阻 t、压敏电阻 RV1、电感 L1、L2、差模电容 C1、共模电感 L3、共模电容C2、C3 组成的两 级滤波处理，很好的隔离了由于电源端的输入和输出干扰。PTC 热敏电阻器的主要用于过流 过热保护，直接串在负载电路中，在线路出现异常状况时，能够自动限制过电流或阻断电流， 当故障排除后又恢复原态，俗称“万次保险丝”。根据线路的最大工作电流来确定选择。压 敏电阻主要用于吸收各种操作浪涌及感应雷浪涌过压保护，以防止这类过电压干扰或损坏各 种电路元件。根据设计经受的浪涌电压按照最大允许使用电压和通流容量来选择。其中,L1、 L2、C1 为抑制差模干扰，L3、C2、C3 为抑制共模干扰。L1、L2 铁芯应选择不易饱和的材料 及 M-F 特性优良的材料。按照 IEC-380 安全技术指标推荐，图中元件参数的选择范围为： C1=0.1~2uF；C2、C3=2.2~33uF；L3 为几个或几十毫亨，随工作电流不同而取不同的参数值。 按照下面公式计算 C2、C3 的容量： Ii=2πfCyU 式中：Ii───允许的交流漏电流 f───电源频率； U───电源供电电压； 图1 电源端处理图 图2电源端未滤波处理的实验效果 图3 电源端滤波处理后的实验效果 上图为电源端是否使用滤波器，使用瑞士TRANSIENT 2000电磁兼容测试仪1000V 100KHZ 0.75mS 条件EFT 群脉冲实验，从 TEXtronix TDS1012B 捕抓到的信号比较，未使用滤波处理 的电源输出端产生了尖峰脉冲，会导致微处理器复位，甚至死机。 2.3 信号端处理 谐波和电磁辐射干扰会导致保护器误动作，使电气仪表计量不准确，甚至无法正常工作。 在电动机控制回路中产生该类干扰源为变频器和现场对讲机。解决的方法有：一是信号输入 线胶合，胶合的双胶线能降低共模干扰，由于改变了导线电磁感应的磁通方向，使其感应互 相抵消。二是内部线路处理。如下图，采用双差分输入的差动放大器，具有很高的共模抑制 比。在输入回路中接 RC 滤波器、信号的输入和输出端使用专用器件、降低输入输出阻抗、 可靠接地和合理的屏蔽等措施。 图4 信号处理电路 2.4 保护输出端处理 输入输出端采用光电隔离的方法，也是可以消除共模干扰，同时在保护继电器的的输出 端并接压敏电阻，有效的提高了继电器的寿命，也降低了由于外部接触器动作对内部的干扰。 考虑到客户使用控制电压的不确定性和接触器线圈容量，确认使用 MYG14D