電機控制系統中的電流檢測技術

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摘? 要：電機控制技術中，電流檢測是重要工作。電機電流檢測在保證測量精度的同時還需要考慮體積和成本問題?；诖耍疚木碗姍C控制系統中電流檢測技術展開研究，首先對電流信號采樣進行了分析，其次對電流信號處理進行了探究，希望能夠提高電機控制系統檢測水平。

關鍵詞：電氣控制系統;電流檢測技術;信號采樣

電動機的鏟射應用對人類社會發展發揮著重要作用，社會生產力有了較大提升。電動機在日常生產生活中有著廣泛應用，在電動機發展基礎上驅動控制開發也處于迅速發展階段，調速和伺服系統、變頻器等產品開發逐漸增多，廣泛應用在各行各業中。電機驅動控制開發過程中，電流檢測十分重要，其不僅可以提高電機快速啟動性能，也能夠使電機運行時出現短路、過流故障，準確及時反饋故障信息，保護硬件。因此，需要準確設計電流檢測電路，這是設計電機驅動控制系統的重點。

一、采樣電流信號

（一）選擇電阻和傳感器

在對電流信號進行監測前，需要采樣相關信號，一般采樣方法分為以下幾種：

1.采樣電阻。采樣電路對電流的監測時，在該電路回路中串接采樣電阻，若是電流流過，采樣電阻兩邊會產生壓降，使電流信號轉化成電壓信號，之后處理變換電壓信號，輸入至微處理器A/D單元中，實現檢測。采樣電阻檢測法簡單，費用少，但是無法保證電阻值固定不變，導致采樣精度低，電流值不夠準確。同時，由于反饋控制電路和主電路之間缺乏隔離，導致電機驅動控制系統若是功率電路高電壓經過反饋電路進入到控制電路中會導致控制系統安全性受到威脅。因此，需要在精確度要求低、成本敏感場合應用采樣電路[1]。

2.電流傳感器。霍爾傳感器是根據磁場和感應電壓關系而開發的，在電流經過處于磁場中的導體時，磁場對其中的電子會產生垂直在電子運動方向上的一個作用力，進而在導體兩側出現電壓差?；魻栯娏鱾鞲衅魇峭ㄟ^霍爾效應使一次大電流變化成為二次微小電壓信號傳感器，其中的工作方式分為直測式和磁平衡式兩種，前者裝置體積過大，后者體積過小。當前霍爾傳感器產品呈現模塊化，能夠對交流、直流等不同電流信號進行測量，所得結果更加精確，且能夠實現迅速響應，隔離檢測。因此在電機驅動控制系統可以應用霍爾電流傳感器對電流檢測，這時當前普遍使用方法，在高端伺服產品中的應用比較廣泛。

4.電流互感器。電力互感器是通過變壓器原副邊電流比例關系開發的，工作原理和等值電路相對于一般變壓器一致，原邊繞組串聯位于被測電路內，匝數少，副邊繞組接電流表和繼電器電流線圈類似短路[2]。原副邊電流受到被測線路負載情況影響，但是并不受到互感器副邊負載影響。在運行過程中，互感器副邊禁止開路，若是開路會導致原邊電流編程勵磁電流，導致磁通與副邊電壓超出了標準值，進而使人身安全和設備安全受到危及。

在對交流電流中的大電流進行測量時，為了方便二次儀表測量轉化成統一電流，同時由于線路電壓高，若是直接測量比較危險，互感器可以起到變流、隔離效用，其根據比例可以將高電流轉化為低電流，一次側與一次系統連接，二次側與測量儀器連接。電流互感器體積大，成本高，因此電力系統中一般是作為獲取電流一次回路信息的二次設備傳感器使用。

綜上，在體積和成本影響下的電機驅動控制系統通常應用采樣電阻、霍爾電流傳感器來采樣電流。

（二）設計采樣電路

對電機電流檢測，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]。三相采樣和信號處理無法保證電路精確一致，使采樣數據和不是0，因此需要使用3個采樣電阻。同時，可以采用持續電流作為實際電流分析處理。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，持續電流分為±，利用采樣信號對單電源CPU來提升、放大電平，由此設計了信號轉化電路，如圖1所示。該電路中，根據電路參數可以得到：

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，測量精度理論上是0.02A，所得采樣精讀較高。

（三）設計采樣軟件

在電機控制中，CPU需要配置對應的三相PWM控制模塊，其中含有特殊事件觸發器。在程序設計時，只需要在初始化中設置控制寄存器就能夠在PWM周期中點時使A/D采樣功能得以觸發。DSC控制器中含有多路信號同步采樣功能，容易實現3路采樣信號A/D轉換。此時，電力采樣和電機控制PWM處于同步狀態[4]。

二、處理電流信號

根據采樣電阻、霍爾控制器工作性質、使用特征對其信號調理電路進行闡述。

如圖2所示為采樣電阻信號調理電路，其中R7代表采樣電阻，其在回路中串接。圍繞運放形成差分放大器，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區間。R8、C2則能夠起到高頻噪聲消除作用[5]。根據REF電壓形成電路中，R1和R2可以用于對參考電壓值的設置，按照不同需要對電阻值進行靈活調整。通過處理后，電壓所輸出的信號在通過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調理電路類似于上圖，差距在于其是單輸出信號，分為電流和電流兩種輸出形式，一般將電流轉化成電壓信號來處理。

結束語：

在電機驅動控制過程中，電力檢測精確性十分重要，其是電流閉環構成的重要基礎，而對電力進行監測能夠避免系統出現短路和過流等故障，確保系統安全，也是電機控制重要環節。

參考文獻：

[1]楊婷婷，張蘭紅，王韌綱.無刷直流電機直接轉矩控制系統的相電流檢測及處理[J].電機與控制應用，2019，46（002）：87-94.

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

[3]邵佳威，蔣全.三相電機驅動系統相電流檢測技術的現狀以及未來發展趨勢[J].電子測量技術，2020，v.43;No.338（06）：140-148.

[4]黃元峰，王海峰.基于DSP的無刷直流電機控制器中電流檢測系統[J].電力電子技術，2011，45（005）：55-56.

[5]朱成海，王富東.電機控制系統中的相電流檢測與數據處理[J].科技創新與應用，2017，11：16-18.