三电阻采样相电流重构

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电机矢量控制的相电流采样与滤波方法的研究作者：叶维民来源：《科技创新与应用》2015年第32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，采用双电阻相电流采样的方法具有一定的优势。

论文对双电阻相电流采样原理进行了阐述，并对相电流波形进行了分析，提出了适用的数字滤波方法。

并经过实验验证了双电阻相电流采样原理的正确性和数字滤波方法的有效性。

关键词：电机矢量控制；永磁同步电机；电流采样；数字滤波引言20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。

电流检测通常有以下几种方式：（1）电阻采样；（2）霍尔电流传感器；（3）电流互感器。

电阻采样通过测量电阻上的压降来计算电流大小，适合于被测电流较小的场合。

霍尔电流传感器测量精度高、线性度好、响应快、使用简单，但价格比较昂贵。

电流互感器体积较大，造价昂贵，适合于被测电流大的场合。

对于小功率的伺服驱动器适合采用电阻采样方式，文章以双电阻电流采样方式[1]展开分析。

1 双电阻相电流的采样原理双电阻采样方式的典型电路如图1所示，微处理器对某两相电流通过采样电阻进行采样，再根据iu、iv、iw的矢量和为零，即：iu+iv+iw=0的理论推算出第三相电流的值。

从采样电阻上获取的电压信号，经过电压偏置和放大[2]后，输入到微处理器的A/D单元。

双电阻采样的逻辑如图2所示，电流采样时刻是在三相上桥臂都截止的时刻进行的，因为只有在这个时刻才能保证采样电阻上均有反映该相电流的电流流过，只是此时可能采样得到的电流是续流电流，不过续流电流也可以真实的反映相电流的值。

三相异步电机电流采样电阻采样电阻又称为电流检测电阻，电流感测电阻，取样电阻，电流感应电阻。

英文一般译为Sampling resistor，Current sensing resistor。

用简单的话描述就是一个阻值较小的电阻，串联在电路中用于把电流转换为电压信号进行测量。

此类电阻，是按照产品使用的功能来划分电阻。

取样电阻功能上就是做为参考，常用在反馈电路里，以稳压电源电路为例，为使输出的电压保持恒定状态，要从输出电压取一部分电压做参考（常用取样电阻的形式），如果输出高了，输入端就自动降低电压，使输出减少；若输出低了，则输入端就自动升高电压，试输出升高。

一般使用在电源产品，或者电子，数码，机电产品的电源部分，功能强大。

在众多电子产品上均常看到取样电阻。

采样电阻一般使用的都是精密电阻，阻值低，精密度高，一般在阻值精密度在±1%以内，更高要求的用途时会采用0.01%精度的电阻。

国内工厂生产的大部分都是以锰铜为材质的插件电阻，但是，广大的用户更需要的是贴片的高精密电阻来实现取样功能，这是为了满足产品小型化产品生产的自动化的要求。

能够生产在低温度系数，高精密度，超低阻值上做到满足用户要求电阻的厂商在国内是很少的。

一般采样电阻的阻值会选在1欧姆以下，属于毫欧级电阻，但是部分电阻，有个采样电压等要求，必须选择大阻值电阻，但是这样电阻基数大，产生的误差大。

这种情况下，需要选择高精度的捷比信电阻，深圳市捷比信科技有限公司专业生产销售电源专用高精密贴片电阻（可到0.01%精度，即万分之一精度），这样就可以让采样出来的数据非常可信。

贴片超低阻值电阻(0.0005欧姆，2毫欧，3毫欧，10毫欧等)，贴片合金电阻，大功率电阻(20W,30W,35W,50W,100W)等产品，温度系数可达到正负5PPM。

采样电阻和HCPL-7840 的连接如图2，采样电阻R1 的正端连接到Vin+ ，采样电阻的负端连接到Vin?，把实时的电机电流转化为模拟电压输入芯片；同时Vin?和GND1 连接，把供电电源的返回路径又作为采样线连接到采样电阻的负端，因为电机在工作时有很大的电流流过采样线路，电路中的寄生电感会产生很大的电流尖峰，而此种连接能把这些暂态噪声视为共模信号，不会对采样电流信号形成干扰；另外，为消除采样电流输入信号中的高频噪声，采样电阻上采集到的电压信号必须经过由R2 及C3组成的低通滤波器进入芯片。

电机矢量控制的相电流采样与滤波方法的研究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，采用双电阻相电流采样的方法具有一定的优势。

论文对双电阻相电流采样原理进行了阐述，并对相电流波形进行了分析，提出了适用的数字滤波方法。

并经过实验验证了双电阻相电流采样原理的正确性和数字滤波方法的有效性。

标签：电机矢量控制；永磁同步电机；电流采样；数字滤波引言20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。

电流检测通常有以下几种方式：（1）电阻采样；（2）霍尔电流传感器；（3）电流互感器。

电阻采样通过测量电阻上的压降来计算电流大小，适合于被测电流较小的场合。

霍尔电流传感器测量精度高、线性度好、响应快、使用简单，但价格比较昂贵。

电流互感器体积较大，造价昂贵，适合于被测电流大的场合。

对于小功率的伺服驱动器适合采用电阻采样方式，文章以双电阻电流采样方式[1]展开分析。

1 双电阻相电流的采样原理双电阻采样方式的典型电路如图1所示，微处理器对某两相电流通过采样电阻进行采样，再根据iu、iv、iw的矢量和为零，即：iu+iv+iw=0的理论推算出第三相电流的值。

从采样电阻上获取的电压信号，经过电压偏置和放大[2]后，输入到微处理器的A/D单元。

双电阻采样的逻辑如图2所示，电流采样时刻是在三相上桥臂都截止的时刻进行的，因为只有在这个时刻才能保证采样电阻上均有反映该相电流的电流流过，只是此时可能采样得到的电流是续流电流，不过续流电流也可以真实的反映相电流的值。

由此可见，双电阻采样方法也可以实现三相定子电流的重构。

永磁同步电机相电流重构方法研究李白雅; 李述幸; 杨城健; 王锦涛; 周振怿【期刊名称】《《防爆电机》》【年(卷),期】2019(054)005【总页数】3页(P4-6)【关键词】永磁同步电机; 相电流重构; 矢量控制; 单电流传感器采样【作者】李白雅; 李述幸; 杨城健; 王锦涛; 周振怿【作者单位】湖南科技大学信息与电气工程学院湖南湘潭411201【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言随着近年来电力电子技术和计算机技术的飞速发展，永磁同步电机的应用领域越来越广泛[1]。

为了采集三相绕组定子电流，传统的方法是在永磁同步电机的控制系统上安装三个电流传感器来完成相电流的检测。

但是高精度的电流传感器价格昂贵、体积大，最重要的是不同电流传感器增益不相等会造成压降不平衡。

对此本文提出了一种基于直流母线采样的相电流重构方法，以减少传感器的数量和误差，降低系统的成本。

1 永磁同步电动机的数学模型永磁同步电机(PMSM)是一个具有强耦合、非线性的复杂系统[2]。

为了更准确分析电机运动规律，建立更合适的数学模型，对其进行如下假设。

(1)认为电机磁路是线性的，并且忽略磁滞和涡流效应。

(2)认为磁场磁路中没有高次谐波。

(3)定子电流磁势正弦分布在气隙中，并根据正弦规律变化。

(4)定子绕组三相对称。

(5)忽略转子和永磁体上的阻尼影响。

基于上述假设，建立其数学模型(1)电压方程式中，U、I、R、ψ—定子三相绕组电压、电流、电阻、磁链。

(2)磁链方程式中，ψf、M、L—永磁体磁链、定子三相绕组互感、自感。

(3)机械方程式中,Te、J、B、ωm、Tl—电磁转矩、转动惯量、阻尼系数、转子机械角速度、负载转矩。

2 相电流重构原理SVPWM采用平均值等效原理[3]，该原理通过在一个开关周期中合成基本电压空间矢量并使其平均值等于实际电压值。

图1 电压空间矢量如图1所示，在任意扇区内的实际电压矢量都是由非零矢量和零矢量根据伏秒等效原则合成得到的。

双电阻三相电流采样算法
1. 算法原理，双电阻三相电流采样算法基于双电阻法测量原理，利用两个电阻分别连接到三相电路中，通过测量电压降来计算电流值。

该算法利用采样定理对电流进行离散采样，并结合电流互感器
和模数转换器进行数字化处理，从而得到准确的电流数值。

2. 实现步骤，该算法的实现步骤包括采样触发、模拟信号转换、数字滤波和数字化处理。

首先，通过采样触发电路确定采样时机，
然后将模拟电流信号转换为数字信号，并进行数字滤波以去除噪声，最后进行数字化处理得到电流数值。

3. 应用领域，双电阻三相电流采样算法广泛应用于电力系统中
的电能质量监测、电力电子设备控制和故障诊断等领域。

在工业控
制领域，该算法也常用于电机控制系统和变频调速系统中对三相电
流进行准确测量和控制。

4. 算法优势，相对于传统的电流测量方法，双电阻三相电流采
样算法具有测量精度高、抗干扰能力强、成本低廉等优势。

同时，
该算法结构简单，易于实现数字化处理和集成化设计。

总的来说，双电阻三相电流采样算法是一种在电力系统和工业控制领域广泛应用的电流测量算法，通过采样、数字化处理和滤波等步骤，能够准确、可靠地获取三相电流数值，并在实际应用中发挥重要作用。