無(wú)刷直流電機(jī)的保護(hù)電路

摘要：為了使無(wú)刷直流電機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，采用加保護(hù)電路的方法使其正常工作，保護(hù)電路主要由欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)等組成，在軟件里設(shè)置電壓、電流的閾值，直接對(duì)電壓、電流進(jìn)行檢測(cè)并產(chǎn)生相應(yīng)的保護(hù)，以免對(duì)電路和電機(jī)造成損害，并且做了相應(yīng)的欠壓、過(guò)壓、過(guò)流測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)踐應(yīng)用表明，該設(shè)計(jì)的幾種方案切實(shí)可行，能夠在異常情況下及時(shí)對(duì)電機(jī)做出保護(hù)動(dòng)作。
關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電機(jī)；欠壓保護(hù)；過(guò)壓保護(hù)；過(guò)流保護(hù)

0 引言
電機(jī)廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)、生活及科研等各個(gè)領(lǐng)域，因此各種類型的電機(jī)保護(hù)裝置應(yīng)運(yùn)而生，如欠壓保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)及過(guò)流保護(hù)等。這些保護(hù)裝置相互獨(dú)立，不僅安裝麻煩，總體生產(chǎn)成本高，而且在電機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中，還要消耗一定的電能，造成能源浪費(fèi)。其實(shí)，上述保護(hù)裝置，歸根到底都是預(yù)防電機(jī)因自身過(guò)熱而燒毀。本文給出幾種電機(jī)的保護(hù)方案，它不僅響應(yīng)速度快，控制可靠，而且大大地降低了保護(hù)裝置的生產(chǎn)成本。該保護(hù)電路與傳統(tǒng)的保護(hù)電路相比，省去了熱繼電器、交流接觸器等保護(hù)裝置的能耗，與電機(jī)為一體。經(jīng)測(cè)試驗(yàn)證，效果良好。

1 電流檢測(cè)原理
要實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)，首要的任務(wù)是檢測(cè)電機(jī)的電流。通常有2種檢測(cè)電流的方法：
(1)小阻值無(wú)感采樣電阻。通常采用康銅絲或者貼片件，這是一種廉價(jià)的方案，但是要注意采樣電阻阻值的選取，功率要足夠大，同時(shí)電阻的電感要小，以排除感抗在電阻兩端引起的電壓降。
(2)霍爾電流傳感器。適合驅(qū)動(dòng)開發(fā)，采用LEM公司的LA28-NP霍爾電流傳感器的電流測(cè)量，它的優(yōu)點(diǎn)是精度高，可靠性高。
在電流采樣的位置上也有2種方法可以選擇：
(1)相電流采樣。將采樣電阻或者霍爾電流傳感器置于每一相，假設(shè)三相電流分別為ia，ib和ic，又因?yàn)闊o(wú)刷電機(jī)的三相電流有如下關(guān)系：ia+ib+ic=0，所以只要檢測(cè)出無(wú)刷電機(jī)中兩相電流就可以得到另一相的電流信息。
(2)母線電流采樣。一般是將采樣電阻或者電力傳感器置于母線負(fù)側(cè)進(jìn)行電流采樣。
下面介紹一種基于LEM霍爾電流傳感器采樣母線電流的方法，該方法精度高，可靠性高。
將霍爾傳感器LA28置于母線負(fù)側(cè)到地之間進(jìn)行電流檢測(cè)，LA28將檢測(cè)到的初級(jí)電流按1 000：1的比例進(jìn)行縮小，得到次級(jí)電流，次級(jí)電流經(jīng)過(guò)I／V電路之后轉(zhuǎn)化為方便A／D(模／數(shù)轉(zhuǎn)換模塊)采集的電壓量，但是I／V輸出的電壓信號(hào)含有豐富的PWM斬波的高次諧波分量，所以如果直接送單片機(jī)的A／D口，會(huì)檢測(cè)不到電壓信息，因此需要加信號(hào)調(diào)理電路，即將I／V電路得到的電壓送入巴特沃思(Butterworth)二階低通濾波器進(jìn)行低通濾波。經(jīng)過(guò)低通濾波之后可以將高次諧波分量濾除，進(jìn)而得到直流分量，同時(shí)為了便于A／D口采集，將濾波后的小電壓信號(hào)進(jìn)行比例放大，之后送入A／D口進(jìn)行檢測(cè)。這個(gè)硬件電路示意圖如圖1所示。

I／V電路如圖2所示。

圖3給出了二階低通濾波器的設(shè)計(jì)方法。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，使R1=R2，C1=2C2，可以實(shí)現(xiàn)-40 dB／10倍頻的頻率響應(yīng)。其截至頻率的計(jì)算公式為：