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        無刷驅動器中的電流感應分析

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        直流無刷電機應用必須對電流進行監控和調節。對于直流無刷電機,電流信息可用來確定負載條件的變化或用來限制啟動和失速電流。

         

        即使僅用于限制電流,無刷驅動器中的感應電流也是必不可少的。如果要在整個工作范圍內優化性能和穩定性,則必須使電流讀數保持一致。開關三相電橋的方法有很多,這使電流檢測變得復雜。并非總是很明顯,電流會以哪種方式流過電橋,特別是在考慮各種制動和驅動模式時。

         

        低電流驅動器最簡單,最常見的格式是在公共負返回線上放置一個分流器,

         

        對于模擬無刷驅動器中的單側開關,此格式非常不令人滿意,因為平均分流電流不是平均無刷電機電流。橋內有一個不通過分流電阻器的飛輪電流。需要檢測峰值電流,但這會立即引入噪聲問題。

         

        單側開關的電橋電流:

        使用數字無刷驅動器,可以在相關階段的導通時間內對分流電流進行采樣,但這并不是沒有問題的。相之間接近換相時,可用于檢測電流的時間非常短,因為低速下的占空比很短。為了進一步加劇該問題,并聯電流具有許多高頻成分,必須通過具有非常高的壓擺率的放大器(可能約為20V / μs的量級)來感測。

         

        PWM對單路并聯電流檢測的影響

        如果采用動態制動,則分流器可能看不到任何電流,因此電橋容易損壞。較低的FET腳將需要定期導通,以便可以在分流器中采樣電流。

         

        動態制動電流:

         

        如果需要在沒有特定制動模式的情況下對制動進行良好的控制,則可以避免進行雙面開關。對于零電壓驅動,需要50%PWM。這確實意味著要花更多時間在低速而不是高速下測量電流。分流器在每個PWM周期看到電流反向。

         

        雙面開關:

         

        具有低電感電機的雙面開關的可能缺點是紋波電流可能很高,這會增加FET中的開關損耗以及電機和分流器中的I2R損耗。

         

        這次關于正弦換向還有進一步的復雜化。使用梯形換向時,橋的任一時刻都只有兩個支路被切換,但是當我們轉向正弦換向時,所有三個支路同時被切換。在圖6中,我們可以看到單個分流器將看到C相的電流,但該分流器將不會指示A相或B相電流。這僅意味著單個分流器不適用于正弦換向。

         

        僅單路并聯準確指示C相電流:

         

        為了克服這個問題,可以使用兩個分流器,但這仍然不能解決由于PWM比率低而引起的檢測誤差問題,或者沒有檢測到動態制動電流或循環電流的問題。為此,我們現在將研究典型無刷驅動器中實際測得的并聯電流與電樞電流之間的差異。

         

        所研究的系統是一種改進的梯形驅動器,具有如圖7所示的配置有3個分流器的雙面開關。增加了一個霍爾電流傳感器,以測量實際電樞電流。

         

        三并聯無刷驅動器:

         

        然后可以比較來自分流器和電流傳感器的電流讀數。

         

        相電流波形觀察結果

         

        分流電流是電樞電流的整流形式。對于相同的電流,傳感器輸出的描繪幅度比并聯輸出大50%。

        在這種驅動中,并聯電流和真實電樞電流之間存在相當大的周期性差異。在電流峰值時,該關系或多或少是一致的,但是當電流接近零且上升時,一致性很差。電流下降時沒有一致性。出現不一致的原因是,電橋內有循環電流不像正弦換向那樣通過并聯或重疊電流。

        如果我們放大時基不一致,則會進一步描述。同樣,在電流上升期間,分流電流與電樞電流之間存在合理的關系,但是在換相點,分流電流立即降至零,然后在電樞電流逐漸下降的同時又開始上升。由于存在電感,電樞電流無法立即改變。極有可能是感應電流沒有通過特定的分流器引起差異。

         

        電樞電流接近于零,但并聯電流卻不為零。在換向點,兩個電流均為零,這是正確的,但分流電流迅速上升,而電樞電流卻不然。

         

        顯然,我們可以得出結論,在負線中使用分流器是許多無刷驅動器中測量電流的非常差的方法。三相電橋中的電流顯然非常復雜,尤其是當考慮多種操作模式時,包括動態制動,再生制動,正向和反向驅動以及FET支路開關選項。

         

        電流測量不正確的癥狀可能是電動機振動和/或與負載有關的不穩定性。應對這種不穩定性可能意味著額外的阻尼,這通常會導致較差的瞬態響應。

         

        一種替代方法是使用分流器來測量相電流,但這立即帶來了挑戰,即在分流器上存在很大的共模電壓擺幅,這需要非常精密的電阻分壓器網絡和精密放大器。同樣,當電流大于約30安培時,分流器中的熱量也開始成為問題。

         

        以上就是無刷驅動器中感應電流分析的全部內容,希望對大家有所幫助!東莞東昊電機有限公司專注于全球工業自動化領域,致力于高性能,高品質直流無刷電機、直流伺服電機、步進電機無刷驅動器的研發生產,是國內領先的運動控制技術解決方案的高新技術企業。


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