直流母線單電流采樣在交流電機相電流檢測中的應(yīng)用

0 引言

在應(yīng)用交流電動機(以下簡稱電機)構(gòu)成的驅(qū)動系統(tǒng)中，需要設(shè)置與電流相關(guān)的保護(hù)措施，比如為了保護(hù)逆變電路的安全，需要通過獲取直流母線的電流以構(gòu)成短路保護(hù);為了保護(hù)電機，需要獲取電機的相電流以構(gòu)成過流保護(hù)等。經(jīng)典的方法是采用電流傳感器來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，通過直流母線單電流采樣來檢測電機相電流，是一種值得考慮的方法。

1 脈寬調(diào)制模式下逆變電路的變流分析

在現(xiàn)代交流驅(qū)動系統(tǒng)中，一般都采用互補輸出脈寬調(diào)制信號的方式來控制逆變電路功率開關(guān)器件的通斷，以調(diào)節(jié)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開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài)剛好相反，即上橋臂器件導(dǎo)通時，下橋臂器件截止，或下橋臂器件導(dǎo)通時，上橋臂器件截止。

逆變電路的結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

在圖1所示的三相逆變電路的結(jié)構(gòu)圖中，開關(guān)變量有兩種狀態(tài)，即0狀態(tài)和1狀態(tài)。當(dāng)橋臂為1狀態(tài)時，上橋臂導(dǎo)通，下橋臂截止;當(dāng)橋臂為0 狀態(tài)時，

下橋臂導(dǎo)通，上橋臂截止。如果三個橋臂的開關(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關(guān)狀態(tài)，如表1所列。

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

兩種狀態(tài)定義為無效狀態(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(shè)(Sa 、Sb、Sc)的初始有效狀態(tài)為(1、0、0)，V1、V4、V6導(dǎo)通，V2、V3、V5截止。此時的電流通路如圖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(fù)極。交流電機A相電流即為直流母線的電流(圖中直流母線電流用IDC表示)。

第二種情況當(dāng)(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(dǎo)通。在V1截止后，整個逆變電路被關(guān)斷，但由于電機繞組具有感性負(fù)載的特性，電流不能突變，此時續(xù)流二極管D2會導(dǎo)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(nèi)部流動，直流母線電流IDC為零。

第三種情況當(dāng)(Sa 、Sb 、Sc)由(1、0、0)切換為(1、1、0)的過程中，會出現(xiàn)一個死區(qū)電流通路，時間非常短暫。所謂死區(qū)是指為了防止上下橋臂同時導(dǎo)

通而設(shè)置的一個非常短暫的過渡時間，稱為死區(qū)時間。在死區(qū)時間內(nèi)，上下橋臂同時截止。所以，當(dāng)(Sa、Sb、Sc)由(1、0、0)切換為(1、1、0)的過程中，V4截止，V3尚未導(dǎo)通，但續(xù)流二極管D3會導(dǎo)通，這時的電流通路如圖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(nèi)部流動;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(fù)極，這條通路的電流

就是直流母線電流IDC ,也是電機的C相電流。

第四種情況當(dāng)(Sa、Sb、Sc)由(1、0、0)到(1、1、0)的切換結(jié)束后，V3導(dǎo)通，D3載止，此時V1、V3、V6導(dǎo)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(fù)極，直流母線電流IDC 跟第三種情況一樣，還是電機的C相電流。