直流母线单电流采样在交流电机相电流检测中的应用

GDF-3000A直流接地故障查找仪一、概述直流系统绝缘故障、直流互窜故障及交流窜电故障是一种易发生且对电力系统危害性较大的故障，危害电力系统正常运行。

为了能够更好的帮助现场维护人员快速准确地找出直流故障，我公司通过多年努力，总结大量现场经验，开发出了直流故障查找仪。

直流接地查找仪采用高精度电流钳表，利用故障回路中的直流电流差值进行故障查找与定位，将快速FFT变换技术引入到直流故障查找设备中，可以检测出各电压等级（24V，48V，110V，220V）直流系统中的各类绝缘故障、直流互窜故障、交流窜电故障。

随着电力系统对安全运行的要求越来越高，电力系统中对各类直流故障查找的要求也将越来越高，因此，高精度、绝缘趋势分析将成为电力系统对新一代直流接地查找仪的基本要求。

基于直流电流差值检测原理的新型直流接地查找仪引入快速FFT变换技术，通过对检测量幅频特性的详细分析平衡了直流接地故障查找安全性与灵敏度方面的矛盾，将直流接地故障技术推向了一个新的高度，具有广泛的应用前景。

二、装置结构及原理：2.1装置组成直流接地查找仪由系统分析仪、支路探测仪、采集器三部分组成，如下图示：2．2 装置原理2.2.1 绝缘故障查找原理系统分析仪与被测直流母线相连，采用乒乓原理计算被测直流系统的平衡桥电阻及对地绝缘电阻，如果被测直流系统存在绝缘故障，系统分析仪则向直流系统投入设定好频率和幅值的检测桥，探测仪通过对各支路中电流信号的检测来实现接地故障点的定位，检测原理如下图示：图中馈线1为正常馈线，馈线n 为存在负对地绝缘故障的馈线，x R 为绝缘故障阻值，R 为系统平衡电桥。

分析仪检测到绝缘故障后向直流系统投入检测桥，该检测桥以图示中的E 、F 表示，该检测桥的投入使直流系统对地电压产生一个已知频率的周期性变化量，设该变化量的频率为f 、使直流系统产生的对地电压变化幅值为V ∆，则流过x R 上的电流变化幅值为x R V I ∆=∆5，变化频率与检测桥投入频率f 相同。

哇哈哈PMSM 参数测量实验测量永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、转子磁链以及转动惯量。

1. 定子电阻的测量采用直流实验的方法检测定子电阻。

通过逆变器向电机通入一个任意的空间电压矢量U i (例如U 1)和零矢量U 0,同时记录电机的定子相电流,缓慢增加电压矢量U i 的幅值,直到定子电流达到额定值。

如图1所示为实验的等效图,A 、B 、C 为三相定子绕组,U d 为经过斩波后的等效低压直流电压。

I d 为母线电流采样结果。

当通入直流时，电机状态稳定以后，电机转子定位，记录此时的稳态相电流。

因此，定子电阻值的计算公式为：1,2a d b c d I I I I I ===- (1) 23d s dU R I = (2)图1 电路等效模型2． 直轴电感的测量在做直流实验测量定子电阻时,定子相电流达到稳态后,永磁转子将旋转到和定子电压矢量重合的位置,也即此时的d 轴位置。

测定定子电阻后,关断功率开关管,永磁同步电机处于自由状态。

向永磁同步电机施加一个恒定幅值,矢量角度与直流实验相同的脉冲电压矢量(例如U 1),此时电机轴不会旋转(ω=0),d 轴定子电流将建立起来，则d 轴电压方程可以简化为：d d d q q d di u Ri L i L dt ω=-+d d d d di u Ri L dt =+ (3)对于d 轴电压输入时的电流响应为：()(1)d R t L U i t e R -=- (4) 利用式(4)以及测量得到的定子电阻值和观测的电流响应曲线可以计算得到直轴电感值。

其中U /R 为稳态时的电流反应，R 为测得的电机定子电阻。

由上式可知电流上升至稳态值的0.632倍时，1dRt L -=-，电感与电阻的关系式可以写成：0.632d L t R =∙ (5) 其中t 0.632为电流上升至稳态值0.632倍时所需的时间.3． 交轴电感的测量测出L d 之后,在q 轴方向(d 轴加90°)施加一脉冲电压矢量。

基于MOSFET内阻的电流采样及相电流重构方法作者：叶维民周德维来源：《电子技术与软件工程》2015年第20期摘要电流的采样对电机矢量控制是非常重要的。

在低成本应用场合，采用MOSFET导通电阻的电流采样方法具有竞争优势。

本文对检测MOSFET开关管导通管压降来获取电流的原理进行了阐述，提出了电机矢量控制中电流采样及相电流重构的方法。

最后，基于Microchip dsPIC30F5015芯片结合矢量控制平台进行了实验，论证了该算法的正确性和可行性。

【关键词】电机矢量控制电流采样电流波形重构MOSFET20世纪70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。

矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制电机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对电机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制电机转矩的目的。

在交流电机矢量控制策略中，相电流采样性能是一个重要的指标。

在对成本要求高的应用场合，如何低成本地获得好的电流采样性能成为关键问题。

本文在分析MOSFET电流采样原理的基础上，提出空间矢量PWM（SVPWM）控制方式下交流电动机相电流重构技术。

该技术利用三个MOSFET下管的导通压降来获取电流信息，根据逆变器所处开关状态和三相电流关系，计算出各相电流，实现交流电动机的相电流重构。

1 MOSFET电流采样原理随着微电子技术的发展，采用MOSFET作为电流检测的手段已得到越来越广泛的关注。

MOSFET作为多子器件，在饱和导通时具有电阻特性。

图1是MOSFET的导通电阻特性曲线图。

由图1可见，当VGS大于9V时，MOSFET饱和导通，漏源为恒定电阻，并且阻值很小。

不同型号的MOSFET有不同的漏源导通电阻值。

当MOSFET功率开关流过通态电流时，由于通态导通电阻的存在，在其导通沟道上有一定的压降，又因器件的导通电阻基本稳定，该压降与器件的通态电流成正比。

所以，检测出MOSFET开关器件的通态压降也就检测到流过器件的电流大小。

变频器电流传感器的故障诊断方法在变频调速过程中，电流信息与速度信息是必不行少的，需要它们两个的完善来支撑双闭环掌握的环节。

电流传感器在运行的过程中，会受到电流冲击等因素的干扰从而发生故障，导致系统崩溃。

对于它的故障诊断方法主要有以下几种。

（1）基于模型诊断方法。

这种诊断方法的基础是数学建模，也就是说数学模型在电动机上的应用。

其中，必需要用到观测器。

观测器所观测的信息与实际对电流传感器的测量信息做一个数据对比，从而推断故障。

利用全阶自适应观测器来产生一个残差，依据残差和给定的阈值推断电流传感器故障。

（2）基于信号诊断方法。

这种诊断方法是通过对信号的测量、对信号特征的辨别来诊断是否发生故障。

假如电流传感器发生了故障，那么就会显示出不同的信号特征，对其予以记录，故障信号特征与正常系统的特征不同，那么依据之前的阅历就可以精确地把握故障的定位，对其进行辨识，从而予以解决。

在没有障碍顺当运行时，各相的故障定位变量都将趋近一个固定值。

而在某相电流传感器故障后，这个值会与其他两相显著不同，从而定位故障。

（3）基于学问的故障诊断方法。

这种诊断方法的依据和基础与前两者略有不同，其需要实时数据与历史数据，兩者同时具备的状况下才能去诊断。

这种诊断，在实际应用中还是很广泛的。

在电流传感器消失故障之后，主要有3种方法进行修复。

（1）基于状态观测器的容错掌握方法。

这种方法就是通过对经过合理设计的观测器的观看与运用，捕获到精确的电流信号，在故障发生之后，运用所观测到的电流信息代替原本在传递的传感器信号，从而达到闭环掌握的效果。

变频器中，一般有两个相电流传感器，所以容错掌握应考虑单个相电流传感器的状况。

（2）基于坐标变换的容错掌握方法。

这种方法就是通过对坐标的计算与换算，构造出丢失的电流信息，也是一种变相的数学建模方法，通过数学方法对电流信息进行判定。

这种方法在实践中具有很大的可行性，一般都会通过坐标的变换得出α、β轴电流，进一步与已经计算出的电流数值进行比较，依据电流自身特性进行推断，从而完成故障诊断。

2023年继电保护备考押题2卷合1带答案（图片大小可自由调整）全文为Word可编辑，若为PDF皆为盗版，请谨慎购买！第壹套一.全能考点(共100题)1.【单选题】电动机的各种非接地的不对称故障包括电动机匝间短路、()、相序接反以及供电电压较大不平衡等。

A、过负荷B、断相C、过电流参考答案：B2.【单选题】变压器纵差动保护或电流速断保护动作后()。

A、给出异常信号B、跳开变压器各侧断路器C、给出轻瓦斯信号参考答案：B3.【单选题】在（）条件下，水中的碳酸氢根或碳酸根可转化为二氧化碳，容易用除碳器除去。

A、中性B、酸性C、碱性D、弱碱性参考答案：B4.【判断题】跌落式熔断器主要用作配电变压器、远距离电缆线路、电容组、无分支、分段的架空线路的短路故障保护。

参考答案：×5.【判断题】起重机主梁垂直弹性下挠度是起重机主梁在空载时，允许的一定的弹性变形。

（）参考答案：×6.【单选题】定时限过电流保护远后备灵敏系数要求()。

A、大于1.2B、大于1.3-1.5C、小于1.2参考答案：A7.【单选题】变电站的主要调压手段是调节有载调压变压器分接头位置和()。

A、控制无功功率补偿电容器B、低频减负荷C、采用备用电源自投装置D、采用自动重合闸装置参考答案：A8.【单选题】当采用控制开关或通过遥控装置将断路器操作跳闸时,自动重合闸将()。

A、自动合闸B、不应动作C、延时合闸参考答案：B9.【单选题】关于图示现场存在的主要安全隐患描述错误的是（）。

A、作业层外架未挂安全网B、卸料平台架体缺少剪刀撑C、卸料平台缺少防护措施D、外架立杆间距过小参考答案：D10.【判断题】电动机采用熔断器-高压接触器控制时，电流速断保护应与低电压保护配合。

参考答案：×11.【判断题】电动机负序电流保护,当I2>1.2I1时开放负序电流保护(I2负序电流,I1正序电流)。

参考答案：×12.【判断题】距离保护装置反应电流增大而动作。

单电阻采样的永磁同步电动机相电流重构策略黄科元;伍瑞泽;黄守道;高剑【摘要】为了减少变频器的成本,提出一种利用单电阻采样三相逆变器母线电流来重构永磁电机相电流的策略.将电流重构盲区划分成3个区域:低调制不可观测区、中调制不可观测区和高调制不可观测区.在低调制不可观测和中调制不可观测区采用插入测量脉冲的方法,在高调制不可观测区采用电压矢量近似的方法.该方法能实现全范围的相电流重构,使调整后的空间矢量脉宽调制波形仍然具有对称性,并且能固定一个采样点;在永磁同步电机矢量控制系统中进行了实验验证.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2018(030)009【总页数】7页(P114-120)【关键词】单电阻采样;相电流重构;永磁同步电动机;空间矢量脉宽调制;逆变器【作者】黄科元;伍瑞泽;黄守道;高剑【作者单位】湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082;湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082;湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082;湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082【正文语种】中文【中图分类】TM470.40中小变频器产品对性价比要求较高，电流采样电路在整机成本中所占的比例是不可忽略的。

较为常用的电流采样方法是采用两个电流传感器测量电流，但是存在两个电流传感器不匹配带来的增益误差的问题，而且成本较高。

使用单电阻采样的逆变器母线电流重构电机相电流，可以避免以上问题，但是单电阻采样存在电流重构的盲区[1]。

针对单电阻采样重构电流存在的不足，学者提出了很多方法[2-10]。

文献[2]采用正弦曲线拟合观测器，使估计的电流趋近参考正弦三相电流，但严重地依赖电机参数，且误差较大；文献[3]提出在每个调制周期末插入3个测量脉冲，虽然这种脉冲宽度调制PWM（pulse width modulation）方法减少了由于采样时刻不确定带来的误差，但导致输出电压矢量的幅值减少，而且使功率器件开关损耗增大。

电动自行车永磁同步电机矢量控制调速策略的设计江剑峰;曹中圣;杨喜军;雷淮刚【摘要】电动自行车(E-Bike)传动系统的发展日益强调节能降耗和优良调速性能.采用矢量控制的电动自行车永磁同步电机(PMSM)变频调速策略,相比无刷直流电机的120°或180°导通调制策略,具有转矩脉动小、机械噪声低等优点.在描述电动自行车传动系统结构基础上,描述了电动自行车转子磁链定向PMSM矢量调速、单零矢量开关损耗最小空间矢量脉宽调制( SVPWM)、三相定子电流重构的基本原理,在利用MATLAB/Simulink仿真分析后,设计了基于单片机uPD78F1213的实际系统,试验结果表明上述设计方案是可行的,具有良好的性能价格比.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2011(038)006【总页数】5页(P21-25)【关键词】电动自行车;永磁同步电机;矢量控制;电流重构【作者】江剑峰;曹中圣;杨喜军;雷淮刚【作者单位】上海交通大学电气工程系,上海200240;上海交通大学电气工程系,上海200240;上海交通大学电气工程系,上海200240;上海大学自动化系,上海200072【正文语种】中文【中图分类】TM301.2:TM3510 引言作为一种清洁环保的交通工具，电动自行车(E-Bike)因其生产和使用方面具有许多优点，市场前景非常广阔。

目前为止，E-Bike的电动机大都采用永磁无刷直流电动机(Brushless DC Motor，BLDCM)，这种电动机的反馈装置和控制结构都比较简单，生产成本也较低。

但是定子电流和气隙磁通为方波或梯形波，带来了转矩脉动大的固有不足，特别是低速时，脉动更加明显，静音效果差。

E-Bike量大面广，由蓄电池供电，要求其传动系统具有更高的效率。

基于以上考虑，可以采用基于矢量控制的永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)代替 BLDCM，可以克服以上问题。

变频器应用中的常见故障原因分析及解决对策摘要：例如，在变频器产品研发的情况下，一些机器和设备具有稳定的性能，具有多种组成功能，并且转矩特性相对较好。

在发电企业中，变频器应用广泛，也有很好的行业前景。

由于电子信息技术的不断发展、控制理论和应用电子器件的不断完善，变频器迅速成为推动商品销售的主导力量。

变频器的优点是具有良好的节能环保实用效果，特别是应用于小型风机和带式输送机时。

然而，变频器一旦出现问题，就很难处理。

只有彻底掌握其结构和原理，才能处理其常见故障。

关键词：变频器应用；常见故障；解决对策1处理变频器控制机泵在现场操作中发生的故障的方法在电位计中，其控制线路存在问题，这是此类问题的原因。

检查操作接线中是否存在连接错误、松动、短路故障等问题。

应用检查的专用工具是万用表，以便了解电位计是否存在常见故障。

当操作处于正常状态且电源开关打开时，此时电位计的电阻值基本为0。

当电源开关关闭后，电位计的电阻值为无穷大。

如果打开和关闭电源开关后的电阻值与上述不同，您可以知道电位计中出现了什么问题。

如果电源开关在打开和关闭后与上述相同，则必须参考说明检查其接线，并且还需要查询控制面板指示的情况。

如果此时控制面板发出警报，并且控制面板上指示的工作电压非常低，则必须使用传感器调整工作电压。

并查找导致工作电压降低、常见故障和问题消除的原因。

操作工程图纸和说明可作为区分添加到变频调速器的电位计接线端子的具体地址的参考。

电位计包含3个抽头。

其中，两侧分接头与变频调速器连接，其余分接头与变频调速器模拟的输入接线端子标准连接，这是合适的接线。

如果运行中的电位计波动非常不稳定，则有必要更换跨接电源端子和公共端子。

2速度传感器的故障容错控制分析在这个阶段，无速度传感器技术的发展已经变得越来越稳定，因此容错机制运行的关键是速度传感器发生故障后，运行容错机制的关键是速度传感器发生故障有以下四种方法：（1）即时计算的操作方法。

即时测量方法通常使用转角速度来实现操作。

bldc单电阻采样原理BLDC（无刷直流电机）的单电阻采样原理是基于母线电流采样的方法，通常将采样电阻串联在直流母线来进行采样。

采样电流与相输出电流存在差异，因此在特定占空比条件下难以获取输出电流。

为了获取有效电流数据，需要在一个周期内至少采样两次，并对采样电流进行重构补偿。

在三相BLDC电机的驱动控制中，通常使用SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）调制方式来控制电机的输出。

通过不同的矢量组合，可以控制电机的旋转方向和速度。

在采样过程中，需要在特定的矢量时刻进行采样，以获取各相的电流值。

具体来说，在采样过程中，根据三相电流的矢量和为零的条件（Ia+Ib+Ic=0），可以在非零矢量时刻进行采样。

例如，在100矢量下，A相开上管，B/C相开下管。

无论在电动模式还是发电模式下，流经DC-采样电阻的直流电流都是Ib和Ic。

根据这个条件，可以采样到Ia。

类似地，在110矢量下，可以采样到Ic。

在一个开关周期内，两次非零矢量下，根据不同的矢量，直流电流代表了不同的相电流。

因此，可以通过两次采样的结果来计算出各相的电流值。

需要注意的是，由于采样点不固定，采样得到的电流和相对应关系与SVPWM矢量息息相关。

此外，还需要考虑采样回路的延时，包括运放的压摆率、输出稳定时间、门级驱动器的传输延时、ADC的采样、保持、转换时间以及开关器件的开关延时和死区等环节。

总之，单电阻采样原理在BLDC电机控制中应用广泛，其通过在特定时刻进行采样并重构补偿电流值来获取各相的电流数据。

在实际应用中，需要综合考虑采样原理、电路设计和控制算法等因素，以提高采样的准确性和稳定性。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710159390.0(22)申请日 2017.03.13(71)申请人 苏州半唐电子有限公司地址 215300 江苏省苏州市昆山市绿地大道231弄7号楼301(72)发明人 何志明　贺增　向大为　(51)Int.Cl.G01R 19/25(2006.01)(54)发明名称一种单电阻电流采样的移相补偿方法(57)摘要本发明公开了一种单电阻电流采样的移相补偿方法，包括S20)、判断T1+T2是否大于2*Tmin ，如是，执行步骤S31)，如不是，执行步骤S32)；S31)、判断T1是否大于或等于Tmin，如是，执行步骤S41)，如不是，对中间相移相补偿后执行步骤S41)；S32)、判断T1是否大于或等于Tmin，如是，执行步骤S42)，如不是，对最大相移相补偿后执行步骤S42)；S41)、判断T2是否大于或等于Tmin，如是，执行步骤S51)，如不是，对中间相移相补偿后执行步骤S51)；S42)、判断T2是否大于或等于Tmin，如是，执行步骤S52)，如不是，对最小相移相补偿后执行步骤S52)；S51)、在最大相和最小相的两侧采样；S52)、在最大相和中间相的同侧采样；本发明确保始终满足大于最小电流采样时间Tmin，从而完全消除采样盲区。

权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 106872766 A 2017.06.20C N 106872766A1.一种单电阻电流采样的移相补偿方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：S10)、根据Ta、Tb和Tc确定T1和T2，其中，T1为第一采样点配合时间，T2为第二采样点配合时间，Ta为a、b、c三相PWM信号中占空比最大相对应的占空比时间，Tb为a、b、c三相PWM信号中占空比中间相对应的占空比时间，Tc为a、b、c三相PWM信号中占空比最小相对应的占空比时间；S20)、判断T1+T2是否大于2*Tmin，如果是，执行步骤S31)，如果不是，执行步骤S32)，其中，Tmin为最小电流采样时间；S31)、判断T1是否大于或等于Tmin，如果是，执行步骤S41)，如果不是，对所述的占空比中间相进行移相补偿后执行步骤S41)；S32)、判断T1是否大于或等于Tmin，如果是，执行步骤S42)，如果不是，对所述的占空比最大相进行移相补偿后执行步骤S42)；S41)、判断T2是否大于或等于Tmin，如果是，执行步骤S51)，如果不是，对所述的占空比中间相进行移相补偿后执行步骤S51)；S42)、判断T2是否大于或等于Tmin，如果是，执行步骤S52)，如果不是，对所述的占空比最小相进行移相补偿后执行步骤S52)；S51)、在所述的占空比最大相和所述的占空比最小相的两侧进行采样，完成单电阻电流采样；S52)、在所述的占空比最大相和所述的占空比中间相的同侧进行采样，完成单电阻电流采样。