直流母線(xiàn)單電流采樣在交流電機相電流檢測中的應用

0 引言

在應用交流電動(dòng)機(以下簡(jiǎn)稱(chēng)電機)構成的驅動(dòng)系統中，需要設置與電流相關(guān)的保護措施，比如為了保護逆變電路的安全，需要通過(guò)獲取直流母線(xiàn)的電流以構成短路保護;為了保護電機，需要獲取電機的相電流以構成過(guò)流保護等。經(jīng)典的方法是采用電流傳感器來(lái)得到電機相電流的信息，但這自然要增加成本，在精度不需要太高而又需要降低成本的情況下，通過(guò)直流母線(xiàn)單電流采樣來(lái)檢測電機相電流，是一種值得考慮的方法。

1 脈寬調制模式下逆變電路的變流分析

在現代交流驅動(dòng)系統中，一般都采用互補輸出脈寬調制信號的方式來(lái)控制逆變電路功率開(kāi)關(guān)器件的通斷，以調節逆變電路輸出電壓的頻率和幅值?；パa輸出是指在逆變電路同一橋臂上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)剛好相反，即上橋臂器件導通時(shí)，下橋臂器件截止，或下橋臂器件導通時(shí)，上橋臂器件截止。

逆變電路的結構原理圖如圖1所示。

在圖1所示的三相逆變電路的結構圖中，開(kāi)關(guān)變量有兩種狀態(tài)，即0狀態(tài)和1狀態(tài)。當橋臂為1狀態(tài)時(shí)，上橋臂導通，下橋臂截止;當橋臂為0 狀態(tài)時(shí)，

下橋臂導通，上橋臂截止。如果三個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)狀態(tài)用變量Sa、Sb、Sc表示，則可得到三相逆變電路的八種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，如表1所列。

從表1可以看出，當(Sa、Sb、Sc)=(0、0、0)時(shí)，逆變電路上橋臂全部截止，下橋臂全部導通;當(Sa、Sb、Sc)=(1、1、1)時(shí)，上橋臂全部導通，下橋臂全部截止。在這兩種情況下，電機繞組沒(méi)有電流流過(guò)，于是將這

兩種狀態(tài)定義為無(wú)效狀態(tài)，而將剩下的六種狀態(tài)定義為有效狀態(tài)。

以下是逆變電路的電流通路分析，為了更好地說(shuō)明電流通路的變化，下面做四種典型情況的電流通路分析：第一種是有效狀態(tài)(1、0、0)的電流通路;

第二種是從有效狀態(tài)(1、0、0)到無(wú)效狀態(tài)(0、0、0)切換后的電流通路;第三種是從有效狀態(tài)(1、0、0)到另一種有效狀態(tài)(1、1、0)的切換過(guò)程中的電流通路;第四種是有效狀態(tài)(1、1、0)的電流通路。

第一種情況設(Sa 、Sb、Sc)的初始有效狀態(tài)為(1、0、0)，V1、V4、V6導通，V2、V3、V5截止。此時(shí)的電流通路如圖2所示。從圖2可看出，電流從UDC正極→V1→電機A 相繞組→電機B、C 相繞組→V4、V6→UDC負極。交流電機A相電流即為直流母線(xiàn)的電流(圖中直流母線(xiàn)電流用IDC表示)。

第二種情況當(Sa 、Sb 、Sc)由(1、0、0)切換為(0、0、0)后，上橋臂全部截止，下橋臂全部導通。在V1截止后，整個(gè)逆變電路被關(guān)斷，但由于電機繞組具有感性負載的特性，電流不能突變，此時(shí)續流二極管D2會(huì )導通，逆變電路的電流通路如圖3所示。從圖3可看出，電流從電機A相繞組→電機B、C相繞組→V4、V6→D2→電機A相繞組，電流在電機內部流動(dòng)，直流母線(xiàn)電流IDC為零。

第三種情況當(Sa 、Sb 、Sc)由(1、0、0)切換為(1、1、0)的過(guò)程中，會(huì )出現一個(gè)死區電流通路，時(shí)間非常短暫。所謂死區是指為了防止上下橋臂同時(shí)導

通而設置的一個(gè)非常短暫的過(guò)渡時(shí)間，稱(chēng)為死區時(shí)間。在死區時(shí)間內，上下橋臂同時(shí)截止。所以，當(Sa、Sb、Sc)由(1、0、0)切換為(1、1、0)的過(guò)程中，V4截止，V3尚未導通，但續流二極管D3會(huì )導通，這時(shí)的電流通路如圖4所示。從圖4可看出，電流有兩條通路，通路1中電流從電機B相繞組→D3→V1→電機A相繞組→電機B相繞組，這條通路的電流在電機內部流動(dòng);通路2中電流從UDC正極→V1→電機A相繞組→電機C 相繞組→V6→UDC負極，這條通路的電流

就是直流母線(xiàn)電流IDC ,也是電機的C相電流。

第四種情況當(Sa、Sb、Sc)由(1、0、0)到(1、1、0)的切換結束后，V3導通，D3載止，此時(shí)V1、V3、V6導通，V2、V4、V5截止，電流通路如圖5 所示。從圖5可看出，電流從UDC正極→V1、V3→電機A、B 相繞組→電機C相繞組→V6→UDC負極，直流母線(xiàn)電流IDC 跟第三種情況一樣，還是電機的C相電流。