電動機作為一種拖動機械因具有結構簡單、價格低廉、使用維護方便等優(yōu)點，在國民經(jīng)濟各個方面被廣泛采用。在當代，隨著電子技術的發(fā)展和智能電動機保護器技術的成熟而普及率越來越高。
智能電動機保護器采用了
微處理器技術，不僅解決了傳統(tǒng)的熱繼整定粗糙、不能實現(xiàn)斷相保護，重復性差、測量參數(shù)誤差大的缺點。保護器通過電流來判斷斷相故障，
軟件模擬熱積累過程的方法來實現(xiàn)過載保護等方法保證了電機的可靠運行，而微處理器強大的擴展性包括開關量輸入、繼電器輸出，4~20mA變送輸出、RS485通訊等很好的滿足了控制系統(tǒng)的“四遙”功能。
電動機保護器提高了電動機運行的可靠性和系統(tǒng)智能化要求，因此保護器的可靠運行起著舉足輕重的作用，同時也對保護器抗外界干擾提出了比較現(xiàn)實的要求。下面就從硬件和軟件兩個方面提出可靠性設計。
2、硬件可靠性設計
2.1 微處理的選擇
采用Freescale公司的高性能處理器MC9S08AW60。MC9S08AW60是Freescale公司一款基于S08內(nèi)核的高度節(jié)能型處理器，是*款認可用于汽車市場的微控制器?？蓱迷诩译?、汽車、工業(yè)控制等場合，具有業(yè)內(nèi)*的EMC性能。
2.2 電源端濾波處理
利用電磁原理進行硬件電路濾波是提高保護器EMC的有效方法。線路如下圖，經(jīng)熱敏電阻t、壓敏電阻RV1、電感L1、L2、差模電容C1、共模電感L3、共模電容C2、C3組成的兩級濾波處理，很好的隔離了由于電源端的輸入和輸出干擾。PTC熱敏電阻器的主要用于過流過熱保護，直接串在負載電路中，在線路出現(xiàn)異常狀況時，能夠自動限制過電流或阻斷電流，當故障排除后又恢復原態(tài)，俗稱“萬次保險絲”。根據(jù)線路的zui大工作電流來確定選擇。壓敏電阻主要用于吸收各種操作浪涌及感應雷浪涌過壓保護，以防止這類過電壓干擾或損壞各種電路元件。根據(jù)設計經(jīng)受的浪涌電壓按照zui大允許使用電壓和通流容量來選擇。其中,L1、L2、C1為抑制差模干擾，L3、C2、C3為抑制共模干擾。L1、L2鐵芯應選擇不易飽和的材料及M-F特性優(yōu)良的材料。按照IEC-380安全技術指標推薦，圖中元件參數(shù)的選擇范圍為：C1=0.1~2uF；C2、C3=2.2~33uF；L3為幾個或幾十毫亨，隨工作電流不同而取不同的參數(shù)值。
Ii=2πfCyU
式中：Ii───允許的交流漏電流
f───電源頻率；
U───電源供電電壓；
上圖為電源端是否使用濾波器，使用瑞士TRANSIENT 2000電磁兼容測試儀1000V 100KHZ 0.75mS條件EFT群脈沖實驗，從TEXtronix TDS1012B捕抓到的信號比較，未使用濾波處理的電源輸出端產(chǎn)生了尖峰脈沖，會導致微處理器復位，甚至死機。
2.3 信號端處理
諧波和電磁輻射干擾會導致保護器誤動作，使電氣儀表計量不準確，甚至無法正常工作。在電動機控制回路中產(chǎn)生該類干擾源為變頻器和現(xiàn)場對講機。解決的方法有：一是信號輸入線膠合，膠合的雙膠線能降低共模干擾，由于改變了導線電磁感應的磁通方向，使其感應互相抵消。二是內(nèi)部線路處理。如下圖，采用雙差分輸入的差動放大器，具有很高的共模抑制比。在輸入回路中接RC濾波器、信號的輸入和輸出端使用器件、降低輸入輸出阻抗、可靠接地和合理的屏蔽等措施。
2.4 保護輸出端處理
輸入輸出端采用光電隔離的方法，也是可以消除共模干擾，同時在保護繼電器的的輸出端并接壓敏電阻，有效的提高了繼電器的壽命，也降低了由于外部接觸器動作對內(nèi)部的干擾?？紤]到客戶使用控制電壓的不確定性和接觸器線圈容量，確認使用MYG14D821。
圖5 保護輸出電路
2.5 外部存儲技術和看門狗保護電路
使用外置存儲芯片X25043，SPI接口。微處理器內(nèi)置SPI控制模塊，方便的與該芯片接口，外部存儲技術保證了運行狀態(tài)和事件的記錄。低電壓復位和外部看門狗提高了保護器的可靠性。
2.6 主體與顯示單元通過RS485連接
考慮到使用環(huán)境的特殊性和要求的多樣性，主體與顯示單元之間連接也采用RS485 Modbus-Rtu協(xié)議連接，提高了顯示與控制的可靠性。
3、軟件可靠性設計
3.1 實時多任務的調(diào)度
保護器起著保護電動機的重任，對它的要求是既不能誤動，也不能拒動，而且必須快速。實時多任務的調(diào)度實際是通過時間片的輪換實現(xiàn)宏觀上的多任務效果。對于保護器而言，存在著三個重要的任務，等間隔的交流采樣，根據(jù)算法得到穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)電量數(shù)據(jù)；根據(jù)得到的數(shù)據(jù)判斷故障，故障計時、清零和脫扣輸出；人機交互界面。下圖以一個周波T=20mS，32點采樣為例（考慮到快速除法），32次采樣總時間為3.2mS，數(shù)據(jù)計算時間為9.72mS, 計時0.36mS,則人機交互的時間為6.72mS。這樣的任務調(diào)度即滿足了保護實時性要求，又較快的響應了參數(shù)設置。
圖7 任務執(zhí)行關系
3.2 交流采樣、數(shù)字濾波
對于交流正弦信號，一個周期的電壓有效值為
根據(jù)電工原理中連續(xù)周期交流信號的有效值的定義，將連續(xù)信號離散化，用數(shù)值積分代替連續(xù)積分，從而得到有效值與采樣值之間的關系。離散化得到
同理
在對信號多次采樣的基礎上，通過軟件算法提取zui逼近真值的數(shù)據(jù)。這種算法計算連續(xù)的周期的交流信號，精度高，抗波形畸變能力強。在使用這種算法時，也可同時采用連續(xù)平均值法、中值算法等數(shù)字濾波，提高保護器的抗干擾能力。
3.3 軟件陷阱
程序是固化在微處理器的存儲器中，由編譯器統(tǒng)一安排，但設計時，設計人員考慮到產(chǎn)品的擴展性，一般留有余量，也因此總有些存儲空間會未被使用。當微處理器的PC指針因為干擾被錯置時，系統(tǒng)就會出錯。軟件陷阱就是在不用的存儲空間、中斷入口、子程序后加入強制跳轉指令，讓出錯的PC指針恢復正常。
方法是： NOP
NOP
JSR MAIN
