無刷直流電動機的電流取樣
鐘仁人（西安微電機研究所 710077）
直流電動機的電樞電流有重要意義，由于其正比于軸上轉矩，往往作為電動機轉矩的代表。無論對指示、控制，它都有著不可忽視的作用。電樞電流流過繞組與電路器件會發熱，因此它又是電機與裝置安全運行的重要參數。電流負反饋與過電流保護幾乎是所有驅動裝置不可缺少的環節，可見，電樞電流取樣在電機驅動中是十分重要的。
1 無刷直流電動機的工作簡述
無刷電機有矩形波驅動與正弦波驅動，本文討論的是前者。圖1示出三相星形接線方式的橋式線路，這是最常見的方式。
圖2示出其正常運行時的通電情況。u、v、n為轉子位置傳感器的輸出信號。
這里采用晶體管脈寬調制方式進行調壓，以實現電機調速。圖3為典型的方框圖，這是一個具有電流負反饋與速度負反饋
圖4表示出電機處于(0度～60度)區間工作的晶體管橋(設ult>o，電機正轉)。
設此區間wa與wc通電（電樞電流從wa流人，由wc流出），晶體管vl、v3、v4與v6處于斬波工作狀態，波形見圖5。
這里uig為三角波電壓魄與控制電壓ult相加后經比較器整形所得的方波電壓，簡化表示為ua+ult，圖中ua- ult亦然。
電機端電壓ud及電流id的波形也在圖中示出。由圖中可知電樞電壓的脈寬正比于控制電壓ult。改變ult的符號，ud、id方向隨之而變，這樣便實現了調速。繞組的通電情況變換一次，斬波工作的晶體管也更換一次。各區間晶體管的導通情況見圖2b。圖中以陰影區表示晶體管工作時柵極施加u。+ult，以虛線表示施加u - ult。由于v4、v5、v6分別與v1、v2、v3同時處于斬波狀態，但導通與截止情況正好相反，故圖中以v1表示。注意，這僅表示斬波狀態的關系。在非斬波狀態，晶體管均處于關斷，且ud的****占空比不應達到********。
由于ult>o．uig= u4g= ua+ ult，例如區間（-60度，60度），電樞電流id流入wa。而ulc=u4g= u△- ult，如區間(120度，240度)，id自wa流出。其他繞組及晶體管的情況類似。晶體管的導通區間以及柵極施加的是ua+ult還是u - ult，只取決于轉子空間位置叫f，即相對于電角的關系是固定的，各繞組的通電情況與電角的關系也是固定的。從而保證了定子繞組的合成磁勢在空間始終超前（按轉向）于轉子磁場90度（實際上因換相而存在±30度的擺動）。
2通常所采用的電流取樣方式
在圖2a中可以看到電機繞組wa. wb.wc輪流間斷通電，電路上任何一點都不存在連續的電樞電流。電樞電流id需要按時間順序輪流取各相電流拼接而成。這可利用邏輯電路控制模擬開關實現。為解決電位隔離，在電機引線上各穿一個電流傳感器（第三相電流可由另兩相電流合成，以省去一個傳感器），傳感器的輸出量正比于原方電流， 開關的輸入量，將輸出量疊加代表電樞電流的i用三選一模擬開關實現很容易。圖6示出其邏輯電路，這也可用gal實現。
當ult>o id為正
當ult
這種取樣方式目前被廣泛采用。或者說幾乎是無刷直流電動機****的取樣方式。電流****值+判向”的取樣方式
這里提出另一種電流取樣方式。
3.1 電流****值的取得
如果在電機引線串人反并二極管，并令同向二極管的連線同穿入一個電流傳感器，見圖7。由于任何時候按某方向穿圖7在電流傳感器上取得電樞電流****值人（或穿出）電流傳感器的導線只有一根，且必有一根流過電流，因此在傳感器的副方得到連續的電流ia，其值與原方電流之比等于傳感器的變比。這是代表電樞電流****值的量，可直接用于電機電流與轉矩指示，過電流保護。亦可在僅運 |
