向量控制的電流檢測方式

電流測量：逆變器電路的電流檢測方法 電機驅動用的逆變器電路使用經整流過的直流電源。如圖1所示，

圖1

連線電機的 三相裝有向各個橋臂供電的電力器件（這裡是IGBT）。根據採用的直流電壓及電流，電力器件有所不同。空調室外機（500V/20A）等 使用的是分立IGBT，冰箱壓縮機（500V/1A）使用的是可以用微控制器直接驅動的 IPD（Intelligent Power Device，智慧電力器件）等。用於向量控制的三相電機電流，有以下檢測方式。

三分流電阻式

在各相的下臂電晶體和地之間安裝分流電阻，用運算放大器進行電壓放大，然後 透過微控制器的A-D轉換器進行測量。與雙電流感測器式相比，成本低，但取樣時間 受限。

單分流電阻式

在逆變器的地線上串聯分流電阻，用計算放大器進行電壓放大，然後透過微控制器的 A–D轉換器進行測量。在一個PWM週期內，透過測量不同的2個輸出點，計算三相電流。這種方式的成本最低，但是存在無法測量電流的時間，而且低速時這個時間會變長。

雙電流感測器（電流互感器 / 電流感測器）方式

這是3種方式中成本最高的一種，隨時能夠測量電流，而且有著不易受噪聲影響的優點。感測器裝在三相電機驅動線中的二相上，剩餘的一相電流透過下式計算：Iu + Iv + Iw＝0三分流電阻式 三分流電阻式逆變器電路如圖2（a）所示。各相的下臂電晶體和地之間安裝有分 流電阻，

圖2

用運算放大器對其電壓放大後，透過微控制器的A-D轉換器進行電流測量。因為要減小發熱導致的損耗，使用0。1Ω的分流電阻。因此，產生的電壓很微 弱。如果使用0。01Ω的分流電阻，產生的電壓只有 0。01Ω×10A＝0。1V 需要用運算放大器進行放大。透過分流電阻檢測的電壓以地為中心，在正負間擺動。為了能用A-D轉換器測 量，要用運算放大器等對分流電阻的取樣電壓進行放大，轉換為2。5V感測器的0～5V 訊號，如圖2（b）所示。

電流取樣時間

為防止三相的電流值因時間差變動，

圖3

如圖3（a）所示，在相同時間取樣測量。另外，因為電晶體中的續流二極體（FWD），流出地的電流得以持續流動，而流入 地的電流取決於下臂電晶體的開通。因此，如圖3（b）所示，無論是怎樣的輸出佔 空比，在電流檢測時間，下臂電晶體持續開通，自PWM計數器的三角波的波峰開始 取樣。

電流值計算方法

電機電流I U、I V、I W，可以根據流入下臂電力器件x、y、z連線的分流電阻Rx、 Ry、Rz的電流Ix、Iy、I z求得。檢測電流Ix、Iy、I z中，一個PWM的高電平輸出時間比 其他的短，有可能獲取不到正確的電壓。因此，通常不採用這相電壓，而是透過剩餘 的二相電壓進行計算。根據三相驅動波形的相位θs區分的6個區段（圖4），電流檢測相各不相同。

圖4

以各區段輸出效率最大的相進行計算。

① 區段1（θs＝0°～60°）：IV＝-Iy，IW＝-Iz，IU＝-IV - IW

② 區段2（θs＝60°～120°）：IW＝-Iz，IU＝-Ix，IV＝-IW - IU

③ 區段3（θs＝120°～180°）：IW＝-Iz，IU＝-Ix，IV＝-IW - IU

④ 區段4（θs＝180°～240°）：IU＝-Ix，IV＝-Iy，IW＝-IU - IV

⑤ 區段5（θs＝240°～300°）：IU＝-Ix，IV＝-Iy，IW＝-IU - IV

⑥ 區段6（θs＝300°～360°）：IV＝-Iy，IW＝-Iz，IU＝-IV - IW

單分流電阻式 單分流電阻式逆變器電路如圖5所示。

圖5

在逆變器的地線上串聯分流電阻，用運 算放大器對其電壓進行放大，然後透過微控制器的A-D轉換器進行電流測量。與三分流電阻式相同，需要用運算放大器進行放大，但電壓只向正側擺動，所以 不需要位移電路。

電流取樣時間

單分流電阻式電流檢測，測量三相電流彙集到一路的電流。因此，透過測量一個PWM 週期內不同的二個輸出點得到二相電流，計算剩餘一相的電流，最終確定三相電流。圖5。10說明了區段1（電氣角0～60°）的計算方法。透過區段1的三相調製得到的 1個週期的PWM輸出，有下列4種：

（UVW）：（000），（100），（110），（111）這裡，0表示低電平（地側電晶體開通），1表示高電平（VDC側電晶體開通）。其中，輸出（100）和（110）時，測量分流電阻的電壓；輸出（100）時，分流 電阻的電流是 Iy 和 Iz 之和；輸出（110）時，分流電阻的電流與Iz相等。利用這些結 果和Iu + Iv + Iw＝0，可以按圖7所示的公式求得三相電流。

圖6

電流值計算方法

在各區段之間，下式成立。單分流電阻式中，可測量的電流隨時間變化（圖7）。

圖7

① 區段1（θs＝0～60°）：電流方向U→V、W（100），U、V→W（110） （110）：IW＝-Ir （100）：IU＝Ir IV＝-IU - IW

② 區段2（θs＝60°～120°）：電流方向U、V→W（110），V→W、U（010） （110）：IW＝-Ir （010）：IV＝Ir IU ＝-IV - IW

③ 區段3（θs＝120°～180°）：電流方向V→W、U（010），V、W→U（011） （010）：IV＝Ir （011）：IU＝-Ir IW＝-IU - IV

④ 區段4（θs＝180°～240°）：電流方向V、W→U（011），W→U、V（001） （011）：IU＝-Ir （001）：IW＝Ir IV＝-IU - IW

⑤ 區段5（θs＝240°～300°）：電流方向W→U、V（001），W、U→V（101） （001）：IW＝Ir （101）：IV＝-Ir IU＝-IV - IW

⑥ 區段6（θs＝300°～360°）：電流方向W、U→V（101），U→V、W（100） （101）：IV＝-Ir （100）：IU＝Ir IW＝-IU - IV

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END

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