圖2　電源端未濾波處理的實驗效果 　　　

圖3　電源端濾波處理后的實驗效果

　　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(dǎo)致微處理器復(fù)位，甚至死機。
2.3  信號端處理
諧波和電磁輻射干擾會導(dǎo)致保護(hù)器誤動作，使電氣儀表計量不準(zhǔn)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(dǎo)線電磁感應(yīng)的磁通方向，使其感應(yīng)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專用器件、降低輸入輸出阻抗、可靠接地和合理的屏蔽等措施。

圖4 　信號處理電路

2.4  保護(hù)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(hù)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。考慮到客戶使用控制電壓的不確定性和接觸器線圈容量，確認(rèn)使用MYG14D821。

圖5　保護(hù)輸出電路

2.5  外部存儲技術(shù)和看門狗保護(hù)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(shù)保證了運行狀態(tài)和事件的記錄。低電壓復(fù)位和外部看門狗提高了保護(hù)器的可靠性。

圖6　外置存儲器和看門狗電路

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(shè)計
3.1  實時多任務(wù)的調(diào)度
保護(hù)器起著保護(hù)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(wù)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(wù)效果。對于保護(hù)器而言，存在著三個重要的任務(wù)，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(wù)調(diào)度即滿足了保護(hù)實時性要求，又較快的響應(yīng)了參數(shù)設(shè)置。
 

圖7　任務(wù)執(zhí)行關(guān)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(guān)系。離散化得到

　　同理

　　在對信號多次采樣的基礎(chǔ)上，通過軟件算法提取最逼近真值的數(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(hù)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(shè)計時，設(shè)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(dāng)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(zhuǎn)指令，讓出錯的PC指針恢復(fù)正常。
方法是：NOP
NOP
JSR MAIN

4　 結(jié)束語
本文針對低壓智能電動機保護(hù)器在實際使用中遇到的各種電磁兼容問題，根據(jù)微處理器系統(tǒng)的特點從硬件和軟件兩個方面，提出了抗干擾方法，獲得了良好的EMC性能。

　　文章來源于：《電機與控制應(yīng)用》2009年第8期。  

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