实验用多电机驱动器过流保护系统设计

2021-11-27王智琦

科学技术创新 2021年31期

熊杨林立，2 王智琦，2

（1、邵阳学院电气工程学院，湖南邵阳 422000 2、多电源地区电网运行与控制湖南省重点实验室，湖南邵阳 422000）

教学仪器随着科教兴国战略的实施和高校办学规模的不断扩大而迅猛发展，正因为千百万学生要做实验，所以就使用人数来讲，教学仪器居各类仪器仪表之冠。而就教学仪器而言由于它面向的用户多为学生，所以必须优先考虑仪器的安全性以及可靠性。因此本文设计过流保护系统来提高设备的安全性以及可靠性。

1 主电路设计

实验用多电机驱动器可驱动控制直流电机与异步电机，因此主电路为三组桥臂，如图1 所示，该主电路开关管采用STX25NM60ND 场效应管，其为N 型导电沟道，且自带反接稳压二极管，图中采用的快恢复二极管型号为Fr207、CBB 电容类型为C103, 10*10^3PF、电阻203 203 位阻值20*10^3 欧姆。

图1 系统主循环设置

二极管、电容与电阻组成缓冲电路，电容作用是降低开关管在每次关断时的电压变化，电阻起限流作用，二极管作用为短接电阻，使开关管关断时电阻不起作用，开关管导通时电流流过电阻达到限流目的。康铜丝采样电阻利用串联分压原理得到电阻两端的压降，分压越高即回路电流越大，此压降将作为电流采样信号送往放大器放大后送往过流保护系统。

电机数据采集系统对三相电流、转速、励磁电流、转矩电流、励磁电压和转矩电压8 个float 类型32 位信号进行采集，串口传递数据遵循RS-232 协议标准，将8 个信号拆解成4*8 位无符号整型，通过串口进行数据发送，且每次首尾增加常数帧进行校验，即每次主循环应有34 帧数据从串口缓存区调出进行显示，如图1 所示，在主循环中添加属性节点，设置成Instr 类，引出串口数据个数接口，当串口缓存数据大于68 时即串口缓存数据满足两次调用时进行下一步，否则等待。

2 过流保护系统设计

过流保护系统如图2-4 所示，其中康铜丝电阻分压送往图2 所示LF153 放大器，经过LF153 进行信号放大后送往如图3所示电压比较器LM393 和设置好的电压进行比较，大于设置的电压值OUT1 端的I-COMPARE 就输出高电平，小于设置的电压值OUT1 端的I-COMPARE 就输出低电平，I-COMPARE 只要输出高电平就会送往如图4 所示Q1 和Q2 进行自锁，Q1 和Q2为s8550 和s8050 是一对互补的三极管，电流减小后I-OVERLOAD 依然输出高电平，I-OVERLOAD 的高电平信号将会送往IR2110 的SD 端利用高电平封锁信号输出功能进行过流保护动作。

图2 过流信号采样与电压比较

图3 电压比较

图4 信号自锁

同时，I-PROTECT 信号经过HCNR200 线性光耦隔离后，输出I-GET 信号可送往单片机AD 采样端口进行信号采样，从而在软件内设置过流保护。

3 过流保护电路仿真

在进行过流保护原理图设计后，需要对具体过流保护数值进行确认，本文利用multisim 进行仿真。

搭建仿真模型如图5 所示，将电阻R3 设置为0-300Ω 变化，得到数据如图6 所示。R3 为145.9Ω 时刻，其上电流为1.5A，此时R8 上压降为30.18mV，经过放大器放大后，此时电压信号为图6 中V3 数据即644mV，因此该过流保护设计保护电流为1.5A 时，图3 所示比较器的设置电压应设置在0.64V 左右。