電機(jī)控制系統(tǒng)中的電流檢測(cè)技術(shù)

區(qū)均灌

摘? 要：電機(jī)控制技術(shù)中，電流檢測(cè)是重要工作。電機(jī)電流檢測(cè)在保證測(cè)量精度的同時(shí)還需要考慮體積和成本問(wèn)題?；诖?，本文就電機(jī)控制系統(tǒng)中電流檢測(cè)技術(shù)展開(kāi)研究，首先對(duì)電流信號(hào)采樣進(jìn)行了分析，其次對(duì)電流信號(hào)處理進(jìn)行了探究，希望能夠提高電機(jī)控制系統(tǒng)檢測(cè)水平。

關(guān)鍵詞：電氣控制系統(tǒng);電流檢測(cè)技術(shù);信號(hào)采樣

電動(dòng)機(jī)的鏟射應(yīng)用對(duì)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展發(fā)揮著重要作用，社會(huì)生產(chǎn)力有了較大提升。電動(dòng)機(jī)在日常生產(chǎn)生活中有著廣泛應(yīng)用，在電動(dòng)機(jī)發(fā)展基礎(chǔ)上驅(qū)動(dòng)控制開(kāi)發(fā)也處于迅速發(fā)展階段，調(diào)速和伺服系統(tǒng)、變頻器等產(chǎn)品開(kāi)發(fā)逐漸增多，廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)中。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制開(kāi)發(fā)過(guò)程中，電流檢測(cè)十分重要，其不僅可以提高電機(jī)快速啟動(dòng)性能，也能夠使電機(jī)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)短路、過(guò)流故障，準(zhǔn)確及時(shí)反饋故障信息，保護(hù)硬件。因此，需要準(zhǔn)確設(shè)計(jì)電流檢測(cè)電路，這是設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的重點(diǎn)。

一、采樣電流信號(hào)

（一）選擇電阻和傳感器

在對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)前，需要采樣相關(guān)信號(hào)，一般采樣方法分為以下幾種：

1.采樣電阻。采樣電路對(duì)電流的監(jiān)測(cè)時(shí)，在該電路回路中串接采樣電阻，若是電流流過(guò)，采樣電阻兩邊會(huì)產(chǎn)生壓降，使電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，之后處理變換電壓信號(hào)，輸入至微處理器A/D單元中，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。采樣電阻檢測(cè)法簡(jiǎn)單，費(fèi)用少，但是無(wú)法保證電阻值固定不變，導(dǎo)致采樣精度低，電流值不夠準(zhǔn)確。同時(shí)，由于反饋控制電路和主電路之間缺乏隔離，導(dǎo)致電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)若是功率電路高電壓經(jīng)過(guò)反饋電路進(jìn)入到控制電路中會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)安全性受到威脅。因此，需要在精確度要求低、成本敏感場(chǎng)合應(yīng)用采樣電路[1]。

2.電流傳感器?；魻杺鞲衅魇歉鶕?jù)磁場(chǎng)和感應(yīng)電壓關(guān)系而開(kāi)發(fā)的，在電流經(jīng)過(guò)處于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)其中的電子會(huì)產(chǎn)生垂直在電子運(yùn)動(dòng)方向上的一個(gè)作用力，進(jìn)而在導(dǎo)體兩側(cè)出現(xiàn)電壓差。霍爾電流傳感器是通過(guò)霍爾效應(yīng)使一次大電流變化成為二次微小電壓信號(hào)傳感器，其中的工作方式分為直測(cè)式和磁平衡式兩種，前者裝置體積過(guò)大，后者體積過(guò)小。當(dāng)前霍爾傳感器產(chǎn)品呈現(xiàn)模塊化，能夠?qū)涣?、直流等不同電流信?hào)進(jìn)行測(cè)量，所得結(jié)果更加精確，且能夠?qū)崿F(xiàn)迅速響應(yīng)，隔離檢測(cè)。因此在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)可以應(yīng)用霍爾電流傳感器對(duì)電流檢測(cè)，這時(shí)當(dāng)前普遍使用方法，在高端伺服產(chǎn)品中的應(yīng)用比較廣泛。

4.電流互感器。電力互感器是通過(guò)變壓器原副邊電流比例關(guān)系開(kāi)發(fā)的，工作原理和等值電路相對(duì)于一般變壓器一致，原邊繞組串聯(lián)位于被測(cè)電路內(nèi)，匝數(shù)少，副邊繞組接電流表和繼電器電流線圈類(lèi)似短路[2]。原副邊電流受到被測(cè)線路負(fù)載情況影響，但是并不受到互感器副邊負(fù)載影響。在運(yùn)行過(guò)程中，互感器副邊禁止開(kāi)路，若是開(kāi)路會(huì)導(dǎo)致原邊電流編程勵(lì)磁電流，導(dǎo)致磁通與副邊電壓超出了標(biāo)準(zhǔn)值，進(jìn)而使人身安全和設(shè)備安全受到危及。

在對(duì)交流電流中的大電流進(jìn)行測(cè)量時(shí)，為了方便二次儀表測(cè)量轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一電流，同時(shí)由于線路電壓高，若是直接測(cè)量比較危險(xiǎn)，互感器可以起到變流、隔離效用，其根據(jù)比例可以將高電流轉(zhuǎn)化為低電流，一次側(cè)與一次系統(tǒng)連接，二次側(cè)與測(cè)量?jī)x器連接。電流互感器體積大，成本高，因此電力系統(tǒng)中一般是作為獲取電流一次回路信息的二次設(shè)備傳感器使用。

綜上，在體積和成本影響下的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)通常應(yīng)用采樣電阻、霍爾電流傳感器來(lái)采樣電流。

（二）設(shè)計(jì)采樣電路

對(duì)電機(jī)電流檢測(cè)，在三相H橋下接地端安裝采樣電阻或霍爾控制器，電壓信號(hào)在放大電路的處理下傳輸至墊片既A/D引腳上[3]。三相采樣和信號(hào)處理無(wú)法保證電路精確一致，使采樣數(shù)據(jù)和不是0，因此需要使用3個(gè)采樣電阻。同時(shí)，可以采用持續(xù)電流作為實(shí)際電流分析處理。為了降低電阻損耗，采樣電阻阻值通常為幾十毫歐姆，電壓一般為毫伏，持續(xù)電流分為±，利用采樣信號(hào)對(duì)單電源CPU來(lái)提升、放大電平，由此設(shè)計(jì)了信號(hào)轉(zhuǎn)化電路，如圖1所示。該電路中，根據(jù)電路參數(shù)可以得到：

若采樣電阻為50毫歐，則輸入電壓在0-5V之間，所得電流在-10.6和+10.6之間，測(cè)量精度理論上是0.02A，所得采樣精讀較高。

（三）設(shè)計(jì)采樣軟件

在電機(jī)控制中，CPU需要配置對(duì)應(yīng)的三相PWM控制模塊，其中含有特殊事件觸發(fā)器。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，只需要在初始化中設(shè)置控制寄存器就能夠在PWM周期中點(diǎn)時(shí)使A/D采樣功能得以觸發(fā)。DSC控制器中含有多路信號(hào)同步采樣功能，容易實(shí)現(xiàn)3路采樣信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換。此時(shí)，電力采樣和電機(jī)控制PWM處于同步狀態(tài)[4]。

二、處理電流信號(hào)

根據(jù)采樣電阻、霍爾控制器工作性質(zhì)、使用特征對(duì)其信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行闡述。

如圖2所示為采樣電阻信號(hào)調(diào)理電路，其中R7代表采樣電阻，其在回路中串接。圍繞運(yùn)放形成差分放大器，R1-6系列為放大器，不僅可以起到增益效果，也能夠提高采樣后電壓值，使放大器輸入處于適當(dāng)區(qū)間。R8、C2則能夠起到高頻噪聲消除作用[5]。根據(jù)REF電壓形成電路中，R1和R2可以用于對(duì)參考電壓值的設(shè)置，按照不同需要對(duì)電阻值進(jìn)行靈活調(diào)整。通過(guò)處理后，電壓所輸出的信號(hào)在通過(guò)限幅之后就能夠輸入至微處理器中的A/D單元。

霍爾電流傳感器的輸出信號(hào)調(diào)理電路類(lèi)似于上圖，差距在于其是單輸出信號(hào)，分為電流和電流兩種輸出形式，一般將電流轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)來(lái)處理。

結(jié)束語(yǔ)：

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制過(guò)程中，電力檢測(cè)精確性十分重要，其是電流閉環(huán)構(gòu)成的重要基礎(chǔ)，而對(duì)電力進(jìn)行監(jiān)測(cè)能夠避免系統(tǒng)出現(xiàn)短路和過(guò)流等故障，確保系統(tǒng)安全，也是電機(jī)控制重要環(huán)節(jié)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊婷婷，張?zhí)m紅，王韌綱.無(wú)刷直流電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的相電流檢測(cè)及處理[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2019，46（002）：87-94.

[2]張全柱，敬昌國(guó).異步電機(jī)矢量控制中電流控制器的比較研究[J].華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2019（4）.

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[5]朱成海，王富東.電機(jī)控制系統(tǒng)中的相電流檢測(cè)與數(shù)據(jù)處理[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017，11：16-18.