“变异”的直流无刷电机相电流波形

Avlicht

前段时间给人做了一套产品，时间较紧，但凭借出色的项目团队，加上非正常的加工合作模式，2个月产品出来，用了两天完成产品功率试验，最后系统集成时，问题出现了，接近额定功率时，电机相电流波形如下图所示。



此时运行指标为80kW，13000rpm。当然，就在此时，发生了IGBT爆炸（很恐怖的那种）。
个人分析原因如下：
1. 从波形来看，出现了3相同时导通的现象，因为电流已成正弦波；
2. 电流幅值不一样，应该是由于关断与导通切换过程重叠所致，IGBT处于饱和导通状态，此时IGBT发热较严重，导致IGBT过热，最终发生爆炸；
3. 电流幅值已远超IGBT额定值，使用IGBT参数为（650A，1200V），从波形幅值看，其最大值已达750A，而且持续时间较长；
4. 怀疑是控制板电磁兼容有问题，控制器为2812+EPM7128+RTL9018，还有就是怀疑当时制定的UDP通讯协议有问题。
基于上述分析，项目组决定重新制作控制板，和客户协调后，将通讯方式由以太网改为232，后试验无问题，产品得以顺利交货。
个人抛砖引玉，望大家帮分析分析。

Avlicht

我倒是想悬赏，可惜我倾其所有也就10来个币，囊中羞涩啊。

archdevil

你的意思是重做的控制板上除了通讯方式改变外，其他的都一样，然后就解决问题了？

Avlicht

谢谢archdevil 关注！
主要改变有两处：
1. 硬件方面：通讯方式改变了，电路板的结构也跟着变了，电路板尺寸和以前一样大，因为控制盒已做好，主要区别就是少了RTL9018（100腿），多了一片max232（16脚），布线比以前稀疏，其余功能保持和以前不变。
2. 软件方面：通讯方式改变后，将以前的UDP通讯协议改为自定义的串口通讯协议，其它部分保持不变。
不知道说清楚了没有。

joenix

有2点疑问：首先，这么大功率，你不会没有硬件保护电路吧，过流后首先关断IGBT还会爆炸吗？其次，通讯受电磁干扰后应该只会对通讯造成影响，怎么会对控制有影响呢?

Avlicht

感谢的话就不再说了，直奔主题：
1. 当时我们也怀疑过保护电路，电流采的是直流侧的，产品滤波电容300uF，由于采用直流发电机供电，其输出端有100000uF平波电容，电流传感器位于两电容之间，采样值和机组输出电流显示（分流器）基本保持一致，当时保护门限设定为300A，后来将门限分别改为50、100、150、180试验，保护很灵验。当时未动作，测功机记录是220，采样反馈也就225。但是输出却那么大，有点解释不通。
2. 项目组认为不是通讯受干扰，而是电路板本身受干扰严重，导致DSP或CPLD“死机”，表现出来就是通讯中断，“死机”导致IGBT不受控，从而故障出现。重新做板后，电磁环境没有导致主控芯片“死机”，从而能按设定功能运转。

archdevil

不知道你的保护是怎么实现的，一般如果保护灵敏可靠，会自动封锁igbt，就算此时dsp失控乱发驱动信号，igbt也是打不开的啊。就应该不会炸。
为什么采直流侧电流而不是三相电流呢？请科普。

llm_bom

从你这个波形痕迹看电机应该是三相六步BLDC吧！
一般换相点不准确会造成电流波形的畸变，不过你这个有点离谱！
过流保护如果是温度型，则保护元件反应速度和发热源距离有关系。有时当电流飙升，温度急剧升高时，保护元件是来不及反应的！

Avlicht

回复 6# Avlicht
是这样子的，没有采用硬件检测的方式来做过流保护，即未用比较器的方式来判断过流，而是采用DSP进行AD转换的结果进行的，而在输入之前进行了二阶低通滤波，截至频率3kHz，再经过RC滤波，电流信号已经成为一标准直流信号，因此没有采到尖峰，而DSP“死机”后，AD采样也就飞了，保护也就形同虚设了，但是我们以前从来没有遇见过类似问题，包括500kW逆变器也没有出过类似问题。

至于不采相电流，主要原因有以下两点：
1.  方便。因为相电流是交流的，而2812DSP的AD只能采直流，如果采相电流的话，要采取整流措施，而且至少要采两相，第三相通过计算得出，否则不能完全体现电流情况，母线则一个电流传感器就搞定了，简化电路的同时，可以“偷懒”。
2.  完整。这样说的原因主要是，相电流还是要通过母线进行体现，比如过流什么的，母线一定会发生变化的，不可能没有输入而只有输出，而母线发生短路时，相电流就体现不出来了，而母线电流可以反映出来，可以实现“一石二鸟”，保护功能更完备。

说得不对或者不到位的请大家拍砖。

Avlicht

不好意思，本来回复archdevil 的，错点了他上面的回复，所以回成自己了，望大家体谅。

Avlicht

回复 8# llm_bom
你说的没错，是方波驱动，三相六状态。
应该是换向出问题了，本来是两相导通的，可变成了三相导通，所以出现了示波器拍到的波形。
过流保护采用的是电流传感器，而且是通过软件实现的保护。

archdevil

功率部分的保护最好还是用硬件来实现，可靠而且快速，软件保护有时候来不及。

Avlicht

回复 12# archdevil

看样子很有必要做硬件保护，以前我们都没有做硬件保护的，主要和我们的使用有关。

huayuguo

如果是这样，是否你的程序中设有I0口中断或其他使得程序进入子程序子运算 分支运算之类的。一般芯片锁死的几率是很少的。因干扰使得进入这些分支。。。

flyingford

看来，硬件保护反应还是比较快，呵呵

jiangwentao

牛逼的帖子啊   哈哈  很有深度

joenix

目前也在做大功率电机控制方面的项目，采用上位机串口通讯方式，但是在起动电机后通讯受干扰比较严重，有时甚至会影响到计算机使用，造成键盘失灵，通讯失败等情况。想请问楼主在用改232方式后怎么解决干扰的，硬件上有做特殊处理吗？这里先谢谢楼主的解答了。

wzh2718

我也遇到过计算机和DSP的连接线受干扰而通讯失败，导致DSP死机变频器炸管子的事情。变频器自带的软件保护不顶用。请教这里面的机理，DSP死机后到底是如何使上下桥臂直通的？

leolilee

感觉不是那么简单的事，有可能与散热有些关系，可能IGBT桥没有安装好，导致过热，IGBT的过流能力锐减，但又要通过那么大的电流，最终过热烧毁。如果是误动作也不是这样的波形呀！

Avlicht

回复 16# jiangwentao
一般干扰不会有那么严重的，造成上位机工作不正常，我没有遇见过，怀疑是你的协议问题吧，上位机开辟存储空间太大，占用内存太多，不能实时释放，可能会造成上位机工作不正常的。

232抗干扰还是比较强的，不过我们现在主要用CAN和以太网，好好布线比较重要，接地也比较有讲究的吧。