摘要

以往，在停车器控制系统中使用接触器来控制执行电机的正转与反转，由于接触器有动作触点，当触点动作时会产生电火花,而且随着触点动作次数的增加，触点接触电阻会变大，导致电机供电缺相，容易造成堵转，从而可能烧坏电机。本文介绍了使用大功率晶闸管进行电动机正反转控制和相关的故障保护，应用ARM微控制器实现了晶闸管故障状态的诊断，并分别实现了具有过载保护、断相、三项不平衡等电机保护，并通过CAN总线将故障内容传送至上位机。

关键词:机电一体化；晶闸管；断相；电机控制；保护措施

引言

大功率反晶闸管具有无触点、无火花、快速开关频率等优点，非常适合进行电动机正反转控制。随着自动化程度的提高，出现越来越复杂的过程控制，电机工作状态不断恶化。对电动机的保护提出了更高的要求，停车器控制系统就是比较典型的。结合晶闸管优点和电机保护的需求，设计了一种一体化的电机保护电路。

1、正反转控制及电流检测电路

电动机保护主电路采用了五路反并联晶闸管，控制导通顺序,从而实现电动机正、反转。电流传感器用来测量主回路工作电流，根据停车器的三相异步电机工作功率,选择TA1402-02M互感器。在可控硅两端引出接线端子检测可控硅两端电压。

2、晶闸管击穿和晶闸管开路检测电路

按照工作状态将晶闸管障分成两种,分别是晶闸管路和晶闸管击穿，电机在不启动的情况下检测晶闸管击穿，电机在开启时以及运行状态下检测晶闸管开路。如果发现故障，对于故障状态分别设置对应的标记，并及时关断晶闸管。晶闸管击穿检测是在电机正转或反转启动信号发出后延时50ms,然后进行晶闸管状态检测。如图1所示，采集晶闸管两端的电压，检测晶闸管的导通状态，根据五路反并联晶闸管导通状态和实际状态的异同，可判断是击穿还是开路。

3、断相和三项不平衡保护

在控制程序中断相检测以低于额定电流的1/8为电流断相依据，停车器电机额定功率为750W，额定工作电流为1.5A左右,断相检测在启动信号发出50ms后开始检测，目的是跳过接触器的动作延时。但是在启动电流很大的时间内还是要进行断相检测，在出现具有断相故障标志信号开始后2s内检测到的有效断相故障信号的次数大于总的检测次数的75%，那么认为断相，发出断相故障信号。三相不平衡检测过程中，找到主回路三相电流的大值和小值，如果大值大于小值的两倍那么就认为三相不平衡发生。在发现具有三相不平衡信号开始后5s时间范围内检测到有效三相不平衡的故障信号次数大于总的检测次数的75%，就认为是三相不平衡发生。电路图2采集主电路中电流互感器输出的电流经电阻转换成的正弦电压信号进行处理，经CPU 进行AD采样后获取主电路电流大小。 

4、反时限过电流保护

反时限保护特性是故障电流(或称短路电流)越大,接触器保护的动作延时越小,更接近电机出现故障时的特性，用反时限进行过电流保护更有优势。国外广泛使用反时限进行过电流保护，并较早建立了数学模型。