智能电动机系统保护电路设计解析

电动机保护器电路设计图解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。

采用Freescale公司的高性能处理器MC9S08AW60($3.8740)。

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。

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。

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。

说明自锁启动控制电路中各种保护电路的作用自锁启动控制电路是一种常用的电气保护装置，主要用于保护电动机和其他负载免受过载、短路和缺相等故障的损害。

该电路通过自动监测电流、电压和相序等参数，一旦检测到异常情况，就会触发相应的保护措施，以防止设备损坏或人身安全受到威胁。

本文将详细介绍自锁启动控制电路中各种保护电路的作用。

1. 过载保护电路过载保护电路是自锁启动控制电路中最基本的保护功能之一。

其作用是在电动机或负载电流超过额定值时，通过自动切断电源来保护设备免受过载损坏。

过载保护电路通常采用热继电器、电流互感器或电流保护开关等装置来实现。

当电流超过设定值时，这些装置会自动切断电源，从而实现过载保护。

2. 短路保护电路短路保护电路是为了防止电动机或负载发生短路故障而设计的保护装置。

短路故障会导致电流急剧增加，可能引起设备烧毁、火灾等严重后果。

短路保护电路利用短路电流的特点，通过熔断器、热继电器或短路保护开关等装置来检测短路故障，并迅速切断电源，以保护设备的安全运行。

3. 缺相保护电路缺相保护电路是为了防止电动机或负载缺相运行而设计的保护装置。

缺相故障会导致电动机无法正常运行，甚至引起电动机损坏。

缺相保护电路通过检测电源的相序和相位，一旦发现缺相现象，就会切断电源，以保护设备免受损坏。

4. 过温保护电路过温保护电路是为了防止电动机或负载因过热而损坏而设计的保护装置。

过温故障可能由于环境温度过高、电动机负载过重或冷却系统故障等原因引起。

过温保护电路通常采用温度传感器或热继电器等装置，一旦检测到温度超过设定值，就会切断电源或触发报警，以避免设备受损。

5. 欠压保护电路欠压保护电路是为了防止电动机或负载在电源电压过低的情况下运行而设计的保护装置。

电源电压过低可能导致电动机无法正常启动或负载无法正常工作，甚至引起设备损坏。

欠压保护电路通常采用电压继电器或欠压保护开关等装置，一旦检测到电源电压低于设定值，就会切断电源，以保护设备的安全运行。

第７卷第２期７００８年３月漯河职业技术学院学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｕｏｈｅＶｏｃａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｌｌｅｇｅＶｕ】．７ＮＯ．２Ｍａｒ．２００８基于单片机的电动机智能保护监测系统的设计于亚征１，沈祥鸿２（１．河南理工大学，河南焦作４５４０００；２．商丘职业技术学院，河南商丘４７６０００）÷・辱‘・÷ｒ争ｒ争・夺。

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寺’・专・寺・辱‘・争・争・｛・・争・争・争－寺－・寺－孛・孛・÷・夺・夺・夺・牛・毒－・＋・÷・专・夺・÷・夺・孛・年・÷・夺・寺・—｝・寺－・争・争・夺ｒ夺，ｔ｝．．｝．．｝．摘要：为了减少电动机的损坏次数及设备故障率，提高电动机运行的可靠性，设计了以８０Ｃ１９６ＫＣ单片机为控制核心的电动机智能保护监测系统。

关键词：电动机保护；单片机；智能监测；故障中图分类号：ＴＰ２７４文献标识码：Ａ文章编号：１６７１—７８６４（２００８）０２—００１６—０２‘｝。

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系统结构如图ｌ所示。

一嚣誉Ｈ鬻薹卜—ｌ篙Ｚ一Ｒ３接－４口８５墨慧ＨＩ变换电路ＬＩ口ａ感电路Ｉ……Ｕｏ∞Ｉ埔睹船ｌ……’憾薹Ｉ≥ｌ等指示山Ｕ故障数据Ｉ电动机存储电路——１故障控制图１系统结构图ｌ故障种类及保护１．１缺相和相间电流不平衡相间不平衡及缺相的计算公式如下：占＝（，…一，…）×１００％／１。

式中，，…为ｉ相中最大电流；，。

ARD3T智能电动机保护器PROFIBUS-DP通讯模块设计0 引言PROFIBUS 是一种国际化的、开放的现场总线标准，它是国际标准IEC61158 现场总线之一。

PROFIBUS 可以将从低级（传感器/执行器）到中间级执行级（单元级）的自动化设备分散开来，根据应用特点和用户不同的需要，PROFIBUS 提供了3 种兼容版本通信协议：FMS 、PA 和DP 。

在实际应用中，PROFIBUS-DP 占到PROFIBUS 用量的90%。

为适应现场总线的发展应用，电动机保护器需要兼容多种总线协议，在各种系统中正常使用。

ARD3T 智能电动机保护器可以带有MODUBS、PROFIBUS-DP 通讯协议，主体模块带有MODBUS 协议，通过PROFIBUS 通讯模块实现PROFIBUS DP 通讯，在PROFIBUS 通讯中ARD3T 作为从站使用。

1 ARD3T PROFIBUS 通讯模块设计原理PROFIBUS 通讯模块作为ARD3T 接入PROFIBUS 总线的桥梁，完成ARD3T 内部总线协议和PROFIBUS总线协议内容转换。

目前在开发DP 从站的常用方案有：（1）采用单片机+PROFIBUS 开发芯片；（2）直接使用带有52 内核的PROBIBUS 芯片。

常用的PROFIBUS 开发芯片及厂家见表1 所示，本文采用的开发方案是：单片机+PROFIBUS 开发芯片，协议芯片负责完成数据的转换和收发功能，单片机负责和ARD3T 主体通讯，控制VPC3 等。

选用的协议芯片为VPC3,VPC3 可直接替代SIEMENS 公司的SPC3 芯片，并且支持3.3V、5V 电压的工作电压，RAM 大等优点，与SPC3 相比较更适合本方案使用。

PROFIBUS 模块硬件框PROFIBUS 通讯的物理层为RS485，VPC3 芯片本身不带有RS485 接口，本设计中通过IL3685 芯片实现RS485 信号转换。

无刷直流电机的保护电路摘要：为了使无刷直流电机长期稳定运行，采用加保护电路的方法使其正常工作，保护电路主要由欠压保护、过流保护、短路保护等组成，在软件里设置电压、电流的阈值，直接对电压、电流进行检测并产生相应的保护，以免对电路和电机造成损害，并且做了相应的欠压、过压、过流测试实验。

实践应用表明，该设计的几种方案切实可行，能够在异常情况下及时对电机做出保护动作。

关键词：无刷直流电机；欠压保护；过压保护；过流保护0 引言电机广泛应用于人们的生产、生活及科研等各个领域，因此各种类型的电机保护装置应运而生，如欠压保护、过压保护及过流保护等。

这些保护装置相互独立，不仅安装麻烦，总体生产成本高，而且在电机正常运行过程中，还要消耗一定的电能，造成能源浪费。

其实，上述保护装置，归根到底都是预防电机因自身过热而烧毁。

本文给出几种电机的保护方案，它不仅响应速度快，控制可靠，而且大大地降低了保护装置的生产成本。

该保护电路与传统的保护电路相比，省去了热继电器、交流接触器等保护装置的能耗，与电机为一体。

经测试验证，效果良好。

1 电流检测原理要实现过流保护，首要的任务是检测电机的电流。

通常有2种检测电流的方法：(1)小阻值无感采样电阻。

通常采用康铜丝或者贴片件，这是一种廉价的方案，但是要注意采样电阻阻值的选取，功率要足够大，同时电阻的电感要小，以排除感抗在电阻两端引起的电压降。

(2)霍尔电流传感器。

适合驱动开发，采用LEM公司的LA28-NP霍尔电流传感器的电流测量，它的优点是精度高，可靠性高。

在电流采样的位置上也有2种方法可以选择：(1)相电流采样。

将采样电阻或者霍尔电流传感器置于每一相，假设三相电流分别为ia，ib和ic，又因为无刷电机的三相电流有如下关系：ia+ib+ic=0，所以只要检测出无刷电机中两相电流就可以得到另一相的电流信息。

(2)母线电流采样。

一般是将采样电阻或者电力传感器置于母线负侧进行电流采样。

下面介绍一种基于LEM霍尔电流传感器采样母线电流的方法，该方法精度高，可靠性高。

第8卷 第11期 中 国 水 运 Vol.8 No.11 2008年 11月 China Water Transport November 2008收稿日期：2008-09-27 作者简介：金卫良（1982-），男，杭州电子科技大学自动化学院硕士研究生在读，主要从事生产过程及自动化研究。

基于xc866的无位置传感器无刷直流电机的控制系统设计金卫良1，郑卫红2，邵根富1（1杭州电子科技大学 自动化学院，浙江 杭州 310018；2浙江科技大学 信息学院，浙江 杭州 310012）摘 要：介绍了一种基于Xc866单片机的无刷直流电动机无传感器控制方法。

采用了一种通过对三相端电压进行简单的滤波、比较后直接获得转子位置信号的检测方法，无须专门的位置检测电路或者多级模拟滤波器。

实验证明，这种方法检测精度高，抗干扰能力强，硬件检测电路简单，实现容易。

关键词：无刷直流电机；位置检测；无位置传感器中图分类号：TM33 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2008）11-0160-03永磁无刷直流电机具有结构简单、高效、低噪声、起动转矩大、寿命长等其他种类电机无法比拟的优点，因而得到越来越广泛的应用。

但是在关键的换向控制方面，位置传感器的存在不仅增加了电机结构的复杂性以及成本，而且降低了系统的可靠性和稳定性。

因此，如何实现无位置传感器的无刷直流电机的控制[1]成为近十几年来的一个热门课题。

本文介绍基于英飞凌xc866单片机的无位置传感器无刷直流电机的控制方案。

该方案的控制对象是基于两相导通三相六状态Y 接法的方波型无刷直流电动机[2]。

针对传统的无刷直流电机无位置传感器检测转子位置信号需要多级模拟滤波器、复杂的相移电路以及与霍尔传感器输出的信号不一致的缺陷，本文应用了一种通过对三相端电压进行简单滤波、比较后直接获得转子位置信号的新方法，测量得到的结果用来控制PWM 输出。

该系统的优点是价格低廉、结构简单、性能稳定。

基于drv8871芯片的直流电动机驱动电路系统设计概述说明1. 引言1.1 概述:本文旨在介绍基于drv8871芯片的直流电动机驱动电路系统设计。

该设计旨在通过合理选择和匹配驱动器、设计保护回路以及优化控制策略，实现对直流电动机的高效驱动和精确控制。

通过详细阐述DRV8871芯片的功能特点和工作原理，深入讲解直流电动机的基本原理和常见应用场景，以及直流电动机驱动电路设计要点，读者将能够全面了解这个系统的构成和关键设计考虑因素。

1.2 文章结构:本文共分为六个章节。

引言部分首先介绍了整篇文章的概述，并简要概括了各章节的内容。

第二节将详细介绍DRV8871芯片的功能特点、工作原理以及相关参数规格。

第三节将重点讲解直流电动机的基本原理，包括其结构、工作原理以及常见类型和应用场景。

第四节将详细阐述直流电动机驱动电路设计的要点，包括合适的驱动器选择与匹配、保护回路设计以及控制策略选择与优化。

第五节将通过一个基于DRV8871芯片的直流电动机驱动电路系统设计实例进行分析，包括系统框架设计与硬件选型说明、关键组件参数计算与选择方法描述以及驱动电路连接图与控制策略详细说明。

最后一节为结论与展望部分，总结了设计效果，并提出了进一步研究的方向和潜在问题。

1.3 目的:本文旨在帮助读者深入理解基于drv8871芯片的直流电动机驱动电路系统设计。

通过对DRV8871芯片的介绍和直流电动机原理的讲解，读者将能够掌握该系统的核心原理和相关关键技术。

同时，通过实例分析和具体设计考虑因素的阐述，读者将能够学习到实际应用中如何进行具体电路设计以及如何根据需求选择合适的控制策略。

本文旨在为工程师和研究人员提供有关直流电动机驱动电路系统设计方面的知识与参考，并为进一步研究和应用提供启示和指导。

2. DRV8871芯片简介2.1 芯片功能特点:DRV8871是一款高性能、集成化的直流电动机驱动器芯片。

它具有以下功能特点：- 高性能运算放大器：内置多个运算放大器，用于实现电机控制回路的精确测量和调节。

单相无刷电机是一种广泛应用于家用电器、工业设备和自动化系统中的电动机。

而单片机作为一种集成了处理器、存储器和输入/输出端口的微控制器，可以用来实现对单相无刷电机的精准控制。

本文将深入探讨基于单片机的单相无刷电机控制系统设计，包括系统架构、控制算法、硬件电路和软件设计等方面。

一、系统架构在设计基于单片机的单相无刷电机控制系统时，首先要确定系统的整体架构。

一般来说，该系统包括单片机模块、功率驱动模块、传感器模块和通信接口模块。

单片机模块用于控制电机的速度和位置，功率驱动模块负责驱动电机，传感器模块用于检测电机的速度和位置，通信接口模块实现系统与外部控制设备的通讯。

二、控制算法针对单相无刷电机的控制需求，常用的控制算法包括电压控制、霍尔传感器反馈控制和编码器反馈控制。

电压控制是最基本的控制方式，通过调节电机的电压来控制其转速。

霍尔传感器反馈控制利用霍尔传感器来检测电机的转子位置，从而实现对电机的闭环控制。

编码器反馈控制则通过编码器来实时反馈电机的转子位置和速度，从而实现更加精准的控制。

三、硬件电路在实现基于单片机的单相无刷电机控制系统时，需要设计相应的硬件电路。

其中，功率驱动模块主要包括功率放大器和电机驱动器，用于输出电机所需的功率信号。

传感器模块则需要接入霍尔传感器或编码器，并进行信号调理和滤波处理。

还需要考虑系统的供电和接地，以及可能的过流和过压保护电路。

四、软件设计除了硬件电路外，基于单片机的单相无刷电机控制系统还需要相应的软件设计。

首先是编写控制算法的相关代码，包括电压控制算法、霍尔传感器反馈控制算法和编码器反馈控制算法。

还需要编写驱动程序，实现单片机对功率驱动模块和传感器模块的控制。

另外，为了方便系统的调试和监控，还可以设计相应的用户界面和通讯协议。

基于单片机实现对单相无刷电机的控制系统设计涉及到系统架构、控制算法、硬件电路和软件设计等多个方面。

通过合理的设计和实现，可以实现对单相无刷电机的精准控制，从而满足不同应用场景的需求。