實驗用多電機驅(qū)動器過流保護系統(tǒng)設(shè)計

熊 楊 林 立，2 王智琦，2

（1、邵陽學院 電氣工程學院，湖南 邵陽 422000 2、多電源地區(qū)電網(wǎng)運行與控制湖南省重點實驗室，湖南 邵陽 422000）

教學儀器隨著科教興國戰(zhàn)略的實施和高校辦學規(guī)模的不斷擴大而迅猛發(fā)展，正因為千百萬學生要做實驗，所以就使用人數(shù)來講，教學儀器居各類儀器儀表之冠。而就教學儀器而言由于它面向的用戶多為學生，所以必須優(yōu)先考慮儀器的安全性以及可靠性。因此本文設(shè)計過流保護系統(tǒng)來提高設(shè)備的安全性以及可靠性。

1 主電路設(shè)計

實驗用多電機驅(qū)動器可驅(qū)動控制直流電機與異步電機，因此主電路為三組橋臂，如圖1 所示，該主電路開關(guān)管采用STX25NM60ND 場效應(yīng)管，其為N 型導電溝道，且自帶反接穩(wěn)壓二極管，圖中采用的快恢復二極管型號為Fr207、CBB 電容類型為C103, 10*10^3PF、電阻203 203 位阻值20*10^3 歐姆。

圖1 系統(tǒng)主循環(huán)設(shè)置

二極管、電容與電阻組成緩沖電路，電容作用是降低開關(guān)管在每次關(guān)斷時的電壓變化，電阻起限流作用，二極管作用為短接電阻，使開關(guān)管關(guān)斷時電阻不起作用，開關(guān)管導通時電流流過電阻達到限流目的。康銅絲采樣電阻利用串聯(lián)分壓原理得到電阻兩端的壓降，分壓越高即回路電流越大，此壓降將作為電流采樣信號送往放大器放大后送往過流保護系統(tǒng)。

電機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對三相電流、轉(zhuǎn)速、勵磁電流、轉(zhuǎn)矩電流、勵磁電壓和轉(zhuǎn)矩電壓8 個float 類型32 位信號進行采集，串口傳遞數(shù)據(jù)遵循RS-232 協(xié)議標準，將8 個信號拆解成4*8 位無符號整型，通過串口進行數(shù)據(jù)發(fā)送，且每次首尾增加常數(shù)幀進行校驗，即每次主循環(huán)應(yīng)有34 幀數(shù)據(jù)從串口緩存區(qū)調(diào)出進行顯示，如圖1 所示，在主循環(huán)中添加屬性節(jié)點，設(shè)置成Instr 類，引出串口數(shù)據(jù)個數(shù)接口，當串口緩存數(shù)據(jù)大于68 時即串口緩存數(shù)據(jù)滿足兩次調(diào)用時進行下一步，否則等待。

2 過流保護系統(tǒng)設(shè)計

過流保護系統(tǒng)如圖2-4 所示，其中康銅絲電阻分壓送往圖2 所示LF153 放大器，經(jīng)過LF153 進行信號放大后送往如圖3所示電壓比較器LM393 和設(shè)置好的電壓進行比較，大于設(shè)置的電壓值OUT1 端的I-COMPARE 就輸出高電平，小于設(shè)置的電壓值OUT1 端的I-COMPARE 就輸出低電平，I-COMPARE 只要輸出高電平就會送往如圖4 所示Q1 和Q2 進行自鎖，Q1 和Q2為s8550 和s8050 是一對互補的三極管，電流減小后I-OVERLOAD 依然輸出高電平，I-OVERLOAD 的高電平信號將會送往IR2110 的SD 端利用高電平封鎖信號輸出功能進行過流保護動作。

圖2 過流信號采樣與電壓比較

圖3 電壓比較

圖4 信號自鎖

同時，I-PROTECT 信號經(jīng)過HCNR200 線性光耦隔離后，輸出I-GET 信號可送往單片機AD 采樣端口進行信號采樣，從而在軟件內(nèi)設(shè)置過流保護。

3 過流保護電路仿真

在進行過流保護原理圖設(shè)計后，需要對具體過流保護數(shù)值進行確認，本文利用multisim 進行仿真。

搭建仿真模型如圖5 所示，將電阻R3 設(shè)置為0-300Ω 變化，得到數(shù)據(jù)如圖6 所示。R3 為145.9Ω 時刻，其上電流為1.5A，此時R8 上壓降為30.18mV，經(jīng)過放大器放大后，此時電壓信號為圖6 中V3 數(shù)據(jù)即644mV，因此該過流保護設(shè)計保護電流為1.5A 時，圖3 所示比較器的設(shè)置電壓應(yīng)設(shè)置在0.64V 左右。

圖5 過流保護仿真模型

圖6 仿真數(shù)據(jù)圖

4 結(jié)論

本文利用設(shè)計了一種過流保護系統(tǒng)，以三相逆變橋電路作為主電路，采用康銅絲采樣電阻利用串聯(lián)分壓原理采樣電流構(gòu)成硬件保護，之后可將電平信號送入單片機內(nèi)進行軟件過流保護，由此提高了系統(tǒng)的安全性以及可靠性。