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  文章標題:無刷直流電動機的電流取樣
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作者:vivan2254  發表時間:2010-4-16 12:32:24
無刷直流電動機的電流取樣
鐘仁人(西安微電機研究所  710077
    直流電動機的電樞電流有重要意義,由于其正比于軸上轉矩,往往作為電動機轉矩的代表。無論對指示、控制,它都有著不可忽視的作用。電樞電流流過繞組與電路器件會發熱,因此它又是電機與裝置安全運行的重要參數。電流負反饋與過電流保護幾乎是所有驅動裝置不可缺少的環節,可見,電樞電流取樣在電機驅動中是十分重要的。
無刷直流電動機的工作簡述
    無刷電機有矩形波驅動與正弦波驅動,本文討論的是前者。圖1示出三相星形接線方式的橋式線路,這是最常見的方式。
    圖2示出其正常運行時的通電情況。u、v、n為轉子位置傳感器的輸出信號。
 
    這里采用晶體管脈寬調制方式進行調壓,以實現電機調速。圖3為典型的方框圖,這是一個具有電流負反饋與速度負反饋
   
    圖4表示出電機處于(0度~60度)區間工作的晶體管橋(設ult>o,電機正轉)。
    設此區間wa與wc通電(電樞電流從wa流人,由wc流出),晶體管vl、v3、v4與v6處于斬波工作狀態,波形見圖5。
    這里uig為三角波電壓魄與控制電壓ult相加后經比較器整形所得的方波電壓,簡化表示為ua+ult,圖中ua- ult亦然。
    電機端電壓ud及電流id的波形也在圖中示出。由圖中可知電樞電壓的脈寬正比于控制電壓ult。改變ult的符號,ud、id方向隨之而變,這樣便實現了調速。繞組的通電情況變換一次,斬波工作的晶體管也更換一次。各區間晶體管的導通情況見圖2b。圖中以陰影區表示晶體管工作時柵極施加u。+ult,以虛線表示施加u - ult。由于v4、v5、v6分別與v1、v2、v3同時處于斬波狀態,但導通與截止情況正好相反,故圖中以v1表示。注意,這僅表示斬波狀態的關系。在非斬波狀態,晶體管均處于關斷,且ud的****占空比不應達到********。
    由于ult>o.uig= u4g= ua+ ult,例如區間(-60度,60度),電樞電流id流入wa。而ulc=u4g= u△- ult,如區間(120度,240度),id自wa流出。其他繞組及晶體管的情況類似。晶體管的導通區間以及柵極施加的是ua+ult還是u - ult,只取決于轉子空間位置叫f,即相對于電角的關系是固定的,各繞組的通電情況與電角的關系也是固定的。從而保證了定子繞組的合成磁勢在空間始終超前(按轉向)于轉子磁場90度(實際上因換相而存在±30度的擺動)。
2通常所采用的電流取樣方式
    在圖2a中可以看到電機繞組wa. wb.wc輪流間斷通電,電路上任何一點都不存在連續的電樞電流。電樞電流id需要按時間順序輪流取各相電流拼接而成。這可利用邏輯電路控制模擬開關實現。為解決電位隔離,在電機引線上各穿一個電流傳感器(第三相電流可由另兩相電流合成,以省去一個傳感器),傳感器的輸出量正比于原方電流, 開關的輸入量,將輸出量疊加代表電樞電流的i用三選一模擬開關實現很容易。圖6示出其邏輯電路,這也可用gal實現。
當ult>o  id為正
當ult
 
    這種取樣方式目前被廣泛采用。或者說幾乎是無刷直流電動機****的取樣方式。電流****值+判向”的取樣方式
    這里提出另一種電流取樣方式。
3.1  電流****值的取得
    如果在電機引線串人反并二極管,并令同向二極管的連線同穿入一個電流傳感器,見圖7。由于任何時候按某方向穿圖7在電流傳感器上取得電樞電流****值人(或穿出)電流傳感器的導線只有一根,且必有一根流過電流,因此在傳感器的副方得到連續的電流ia,其值與原方電流之比等于傳感器的變比。這是代表電樞電流****值的量,可直接用于電機電流與轉矩指示,過電流保護。亦可在僅運

 

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