无刷电机控制中的电气隔离技术应用探究

黄锦全

摘要：借助于无刷电机驱动控制装置，就能够将电网内部的电能，转变成驱动机的使用电能。但在无刷电机系统内部，仍然存在着设备的接地和电源的不良问题，结合这些问题，展开深度的研究分析，做好设备的隔离和绝缘的设计，影响到隔离设计要素很多，有设备电压、电流、零部件、设备的功率等多种要素。根据无刷电机控制设备的构造特点，来研究装置内部不同的数据接口、设计的原理，设计师要认识到电机隔离技术在电机控制中的应用作用，优化改良控制系统，综合考察到设备使用规范和电路功能系统功率等多种参数，选择合理电气隔离设备类型及设备的位置。

关键词:信电气隔离；电机控制；绝缘系统

伴随着现代化的电气技术发展，永磁直流无刷电机设备会替代异步电机设备和同步电机设备，成为了有高效的电驱动设备。在航天、轨道交通、信息、电子等多个领域，都会形成巨大的影响。电机驱动设施是一类传输能量子系统，它可以将电能转变为设备的机械能。在设计驱动系统时，设计人员都要认真分析设备内部电源和设备接地要求，本文就根据电机驱动系统设计的关键要素，综合考量设备内部的电压电流，讨论了无发电机控制中隔离设计的基本设计要求。

一、概述

通常来讲，无刷电机的控制结构，有直流电源控制装置、逆变装置，直流电源主要是将交流的电源转变为母线上的直流，电控装置是由微处理装置和通信装置及设备内的数据信息采集的接口构成。当电机设备运转时，控制设备就会根据采集到电机位置信息来将相关的数据输出，控制装置也会根据设备运行的机理来交替型的开关或者挂断，输出的三相交流电机驱动装置都能够平稳的运转。在无刷电机控制信号链条中，两个关键节点都是电流信息反馈节点，满足不同电机电压转速基本要求，其工作状态也有一定的差别，电动机是一种感性的负载，还有电磁干扰，发射源在工作期间就可能会出现反冲的状况。对于那些临近的控制电路，就会带来一些负面影响，然而对于这些节点信号处理，都要根据实际状况和满足相关控制宽带精度的多种要求，之外，设计师要考察多种设备的隔离影响要素[1]。

二、隔离和绝缘目的及类型

电气设备的隔离是将两个电路之间没有直接连接电机，相互隔离，两电路通过以其他的方式来传递能量。电气设备隔离可以使用功能隔离及安全隔离两种类型，功能隔离也被称之为功能绝缘，也使电路都能够维持正常的运行状态，给用户带来安全防护，安全隔离有基本绝缘和强化绝缘，基本绝缘只能够保证在正常状态之下，却不能够确保顺变电压出现时，产生了安全问题，当顺变电压发生时，设备就可能会出现崩溃问题。强化绝缘有两层，使得使用场合正确，就可提供更多的安全保护，此时保护人员不可避免受到系统设备内电压的损伤，这是必备的条件。

电气设备隔离需求来自于人员的安全电路，需要符合当前的法律法规，另外要做好对有害要素的控制，使得电路都能够正常的运转。常见对电路有害的要素有两电路间存在的瞬时电压，及两个电路存在的电平差异。电路间存在接地回路，两电路有着有害的高压供气，在组织开展电气隔离设计中，要使得作业人员更加安全，而且电路都能够稳健的运作[2]。

 三、爬电距离和电气的间隙

在系统内部出现危险电压就会影响到设备内部电路正常运转，在设计期间，就要设计师充足考虑到爬电距离和电气的间隙，其中爬电距离是指沿绝缘体的表层测得出两个导电，因布径之间或者导电零部件与设备防护界面间距离过大，固体绝缘表层出现退化。电气间隙往往是指不同部件及导电零部件和设备界面之间测得的最短空间距离，这种距离测量不限于使用何种途径。在控制器的电路设计期间，还要保证PCB上方的走线间距，使用的电缆间距都符合参数基本要求。

影响爬电间距和电气间隙的要素，有工作电压、材料的组别、污染等级，这些要素给电气系统设计工作带来重大影响。设计师根据电路的运转状况来分析设备内部的工作电压和配电系统电压类型相关的数值，爬电的间距会决定于周边环境的污染，当元件周边有导电物质，那么在许多的工业领域，应用中电子设备，就会出现湿热高低温变化，在恶劣环境中，工作电路板上冷凝也会造成污染等级上升，就会引起暂时导电，这些设备就比较危险。设计师不能够一味追求设备的理想设计效果，要预留出更多的安全间隙[3]。

 四、绝缘系统的设计目标及方法

在设计电机驱动装置当中，设计师还要了解到绝缘系统需要达到哪种目标，先确定首要目标，就要达到电机驱动系统功能要求。为了避免用户安装设备和使用设备、获取设备使用时带来伤害，为了达到这种目的，设计师就要了解到整个系统，了解到设计的设备内数据，确定栅极电压的数据。并且还要把控好爬电距离及电气数据，精细掌控好电气设备原理，之后要使得不同的绝缘元件都能够在全生命周期内适应所有的应力。

其次目标就是要对整个系统性能进行优化改进，合理地布局系统架构，减少不同隔离栅的应用，能够缩减应力接口上所产生的应力。在优化设计时，要能够借助于保护机制，降低过压等级数据。

五、电机控制中的隔离系统

无刷电机控制设备内部的架构有电机功率机，传输能量是由VCD的转化装置、逆变装置来实现，控制机轴式控制逆变装置，有处理信号调理装置、通信接口设备。在电机驱动系统内，关键接口设计也比较重要，接口有门机驱动装置和电流电压数据信息的采集接口设备及位置的检测接口设备，除了当前的位置检测接口方式有其独特值之外，其他各接口都有着电源接地的相关问题，在设计期间，需要分析接口上的电压，确定DVC和OVC，考察不同的设备运转状况。当电气反转期间，就会使得驱动电势和反电势相加，结合设备要求和系统需要，按照电压应力指标数据，将其综合考虑在隔离栅内[4]。

结合电流采用接口电机驱动装置，内部电流信息的采样数据比较复杂，过去传统电流受信息采样，大多数都是使用电阻仪表方法，可以静止地采集电流中的信息，电路相应宽带比较高，可以及时了解到线路中电流变化情况，但是由于电机的控制端供模电压的线程式电容内，只能够应用到低端电流检测领域中，伴随着电机驱动控制输出功率数据增加。当电流上升至20安，就不能够再使用这种方法，使用传感器采集电流信息。但是这种传感装置与电阻的采样相比，有一定的劣势，接触式测量是传感装置的特征。

六、结束语

本篇文章论述分析的绝缘与隔离安全规范及设计的基本准则，考虑到电气隔离设计的要素，在无刷电机驱动系统设计中，研究分析了门机驱动电压隔离、接口设计法，在更高电压和功率电机驱动装置内，还要通过采用合理接口设计，解决目前电源和接地的问题，使设备都能够正常的运转，要保证功率计、控制器、控制机及用户接口，有足够绝缘等级，也使设备都能够达到安全规范基本标准，确保用户使用更加安全。

参考文献：

[1] 北京精密机电控制设备研究所. 一种微小型无刷直流电机集成化驱动器:CN201921433728.8[P]. 2020-05-12.

[2] 王千龙,蒋伟,蒋步军,等. 通用型电机数字控制实验平台[J]. 实验技术与管理,2020,37(2):90-94.

[3] 张丽,朱孝勇,左月飞. 电动汽车用转子永磁型无刷电机与控制系统容错技术综述[J]. 中国电机工程学报,2019,39(6):1792-1802.

[4] 童宏伟,张莉萍,申景双,等. 基于STM32的无刷直流电机控制系统[J]. 传感器与微系统,2019,38(7):79-81.