热竞技,热竞技官网





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        1.  热竞技官网中的电流热竞技_行业新闻_热竞技官网
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          热竞技官网中的电流热竞技 补时间:2019-09-10

          摘要:电流热竞技是热竞技官网中最常用的热竞技,人家出口信号用作保护、报告等效果,在马达的现代化热竞技控制中,电流热竞技更是必不可少的部件。本文针对步进电机、电气化刷直流电机、电气化刷交流电机、异步电机的不同拓扑结构,对电流热竞技采样位置、利用的热竞技的档次,拓展了详细地讲述。

            关键词:电流热竞技  电流采样集成电路  隔离光耦热竞技  霍尔效应热竞技

           

          Current Transducer in Motor Driver

          Jiang Shu-zhong

          Department of Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University

          (Shanghai 200030)

           

            Abstract:  The current transducer is the commonest one in motor driver. Its output signal is used for protection and feedback. In sensorless control of the motor, the current transducer is indispensable. For the different topologies of stepping motor, brushless dc motor brushless ac motor and induction motor, the positions and types of the current transducers are also different. In this paper, above all are detailed.

            Keywords:  Current transducer, IC transducer, Isolation amplifier, HALL effect transducer.

           

          1、前言

            热竞技和电机、玉器、探测器构成运动控制系统或传动系统[1]。电流热竞技是电机驱动和掌握中最常用的热竞技,人家出口信号用作保护、报告等效果,在马达的现代化热竞技控制中,电流热竞技更是必不可少的部件,电流信号用来计算磁场位置、磁链、转矩等产量。在不同档次之电机甚至同一种类但不同相数电机的探测器中,热竞技的档次和所处位置也是不同之。

            上世纪八十年代中叶,三相反应式步进电机在本国开始得到应用,人家各种驱动电路中,斩波恒流型最为理想。每相通过一个电阻进行电流采样,与给定电流值比较,产生斩波信号。十年之后,两相混合式步进电机微步驱动趋于成熟,每相绕组采用H桥拓扑结构,每相电流仍然通过一个电阻进行采访。进去九十年代,电气化刷直流电机得到快速提高,出于采取120°通航方式,只须在直流侧负端串入一个采样电阻,就可实现对现代化刷直流电机的水电控制。近十年,电气化刷交流电机即永磁同步电机和异步电机的磁场定向控制越来越多,形容电流反馈信号是转矩控制和磁场定向的重要工程量,对Y接法的三相绕组,要求两个电流热竞技采样任何两相电流,利用信号通常需要和相貌电流隔离,于是常选用有隔离作用的水电热竞技,如电流采样集成电路、隔离光耦热竞技、霍尔效应热竞技。

            本文在总结电流热竞技在不同热竞技官网中的作用和要求后,暌违说明电流热竞技在不同驱动器拓扑结构中所处的职务,大概说明他工作原理,接下来给出不同档次热竞技的核心工作原理和运用方式,说到底加以简单的比较。

           

          2不同拓扑结构中的电流热竞技

            贪图1所示为三相反应式步进电机的一相斩波恒流驱动电路。A形容绕组电流 穿行电流采样电阻 ,所得采样电压与给定电流对应电压 比起产生开关信号,与相控信号合成后得到斩波信号,控制功率开关P1,使 维持在 给定的水电。贪图2为两相混合式步进电机的一相绕组驱动电路,H桥结构使每相绕组能以双爆炸性驱动,但采样电阻 上的电压却是多极性的。出于一般的微控制器的水源都是多极性的,采访电压不用极性转换,经处理就可由模数转换部分转换。

            对三相无刷直流电机,电流热竞技则放在直流侧的负端,如图3所示。看上去流过电阻 的水电是三相电流之和,但无刷直流电机的纠缠工作在120°通航方式,即每个瞬间只有两相绕组通电, 上的水电就是样子电流。对永磁同步电机和异步电机的支配特别是磁场定向控制,三相绕组同时通电,利用图3的热竞技位置,根据程序中的通电状态和测得的水电,可计算出每相电流。但用PWM开关算法,有时导通宽度较窄,使测量和计算变得复杂,影响实时性,故通常采用图4的热竞技放置方法。Y型连接需要两个热竞技才能拥有每相相电流。出于绕组和掌握部分的邮路需要隔离,贪图中的热竞技 和 只能采用有隔离功能的水电热竞技。

          贪图1. 反应式步进电机的斩波恒流驱动电路

          贪图2. 分立式步进电机H桥驱动电路

          贪图3. 电气化刷直流电机驱动结构中的电流热竞技

          贪图4. 电气化刷交流电机和异步电机驱动结构中的电流热竞技

          3.需采样电阻的隔离电流热竞技

            电流采样集成电路IR2171/2172是IR合作社生产的,引脚及利用电路如图5所示。她是8脚DIP封装的邮路,步入信号是人云亦云形式的收集电压,进出口信号是数字形式的PWM澳大利亚,此外还有过流输出信号。贪图中的采样电阻 扮演在每相回路中,形容电流在 二者的电压降被转移成PWM进出口,进出口波形如图6所示,近期为25us,占空比随电流大小和方向而变。顶电流为零即 二者的电压为零时,引脚 进出口的PWM占空比为50%。顶电流正向流动导致引脚 与 之间的电压为正时,占空比大于50%,顶两脚之间的电压达到260mV时,占空比达到最大值93%。顶电流反向流动导致引脚 与 之间的电压为负时,占空比小于50%,顶两脚之间的电压达到–260mV时,占空比达到最小值7%。这种集成电路和高压浮动MOS两极集成电路如IR2136共同使用在小功率驱动电路中特有富有,上桥臂共用一组15V能源,进出口信号与下桥臂共地,可直接与统制部分连接,也可经过光耦隔离再与统制部分连接[2]。

          贪图5. IR2172与功率部分的过渡

          贪图6. IR2172的PWM进出口波形

            线性隔离采样光耦HCPL–7520铺天盖地和HCPL–7860铺天盖地由Agilent合作社生产,人家引脚和其中组织如图7所示[3][4]。二者之引进输入电压范围为±200mV,前者的转口脚 为模拟电压信号,如图8所示。后者内部的调制器则将落入的模拟信号转变成高速(10MHz)的数字信号流,每位数字信号的年月平均值正比于输入信号,副输出脚 进出口,引脚 进出口10MHz的时钟。它们在马达驱动中的使用如图9所示。出于光耦需要两个隔离的5V能源,步入侧的5V能源可从上桥臂的浮地正电源通过78L05拥有,如图9(a)所示,也可通过稳压二极管获得,如图9(b)中的 。贪图9(a)官方,荣誉耦的转口可直接送到计算机的模数转换器输入端,或通过运算放大器进行适当变换再到她输入端。贪图9(b)官方,数字接口芯片HCPL–0872名将光耦的每一位数字信号转换成15位的转口字,正最大输入(320mV)对应的转口字为7FFFH,京跃入对应的转口字为4000H,负最大输入(-320mV)对应的转口字为0,并提供串行输出接口,租用于SPI、QSPI、Microwire等协议。一片HCPL–0872可与两片HCPL–7860联网,穿过HCPL–0872其中的寄存器,可设置5种转移模式、3种预触发模式、偏移量标定、过流检测和水电阈值设定[5]。HCPL–7520的带宽为100KHz,0.06%的非线型,HCPL–7860的带宽随转换模式而不同,典型值为22KHz。这两个系列的光彩耦检测电流的层面可从小于1A到100A。

            是的选择图1、贪图2、贪图3、贪图5、贪图9官方与电机相绕组串联的收集电阻至关重要。采访电阻的阻值必须小,以降低自身的直径损耗。雷达的荣誉感必须小,以调减 导致的电压尖峰。雷达的精度适当,以保持总体电路的精度。阻值大小的挑选需同时考虑减小自身功耗和增强精度两个地方,因为阻值越小,功耗越小,阻值越大,所得电压越接近热竞技或接口电路的最大量程,步长值固定的偏移量及噪音所占的比例变小。确认阻值时,老大考虑流过电阻的水电,电流可根据电机的直径、玉器的转口电压、电流波形、满载倍数确定,接下来根据热竞技的电压量程,就可计算出阻值。例如3KW的永磁同步电动机,玉器的涌入交流电压为220V,利用磁场定向和空中矢量PWM控制,电机相电压的最大基波为126.5V,对应的模样电流为7.9A,金价为11A,若过载倍数为2,最大峰值为22A。设热竞技的最大输入电压为200mV,雷达阻值为9.1mΩ,预定功率时电阻的功耗为0.57W,于是可选用靠近该阻值的正式阻值的雷达。此外要小心的是,顶采样电阻的功耗较大时,必须选用低温度系数的雷达,或用增加散热器面积、调减印刷电路板电流回路的雷达等措施来降低电阻的热阻。顶选用的收集电阻阻值较小时,二者电阻引脚弯曲的长短、如何弯曲、如何焊接、引脚材料的温度系数会引入误差,这会儿可利用4头电阻,额外的两个引脚采用Kelvin联网,这两个引脚之间的电压为采样电压,电流从另外两个引脚流人流出,避免两端引脚带来的误区。
                               

          (a). HCPL–7520

          (b). HCPL–7860

          贪图7. 两种线性光耦的引脚和布局

          贪图8. HCPL–7520的输入输出特性

           

          贪图9. 两种光荣耦的采取电路

          4.霍尔电流热竞技[6]

            上述两种热竞技是将把测电流转换成电压,再隔离放大,进出口线性电压信号。基于霍尔效应的水电热竞技则不同,她以被测电流产生之磁场为媒介,处于磁场中的霍尔发生器输出相应的电信号。贪图10所示的是霍尔效应原理示意图,一片厚度为 的导电材料处于磁密为 的磁场中(磁场方向与导体表面垂直),走向流过的支配电流为 ,则在横向两表面间产生电势差 ,人家大小为:

                                                                             
            (1)式中是霍尔系数,与导电材料有关, 是电压偏移量,即磁场不存在时霍尔发生器的转口电压。乘积 称为霍尔发生器的广度,电压偏移量和力度随温度都会发生变化。

                         贪图10. 霍尔效应原理示意图

            LEM合作社根据霍尔效应原理生产了三大类型的水电热竞技,暌违如图11、贪图12和图13所示。贪图11所示的是开环霍尔效应电流热竞技原理,载有被测电流 的导体从磁芯中间穿过,人家产生之磁场沿磁芯最强,磁密为 ,霍尔发生器放置在磁芯的口号里,控制电流 由中间电路提供。顶磁芯工作在伊磁滞回线的线性区时,磁密 与 成比例,而霍尔电压与 成比例,因此霍尔发生器的转口与 成比例,再增长偏移量 。其中的监测电路移去 ,加以温度补偿,加大后输出。顶被测电流小于50A时,为避免内部磁密较弱,名将载流导体饶成多匝,维持在50安匝的磁势,产生合适大小的转口电压。

                     贪图11. 开环霍尔效应电流热竞技原理

           

            贪图12则用霍尔电压在从边线圈里产生电流 ,由他产生之磁势与被测电流(又称原边电流)产生之磁势幅值相等、方向相反,使霍尔发生器工作在洞磁通状态,于是这种闭环热竞技又叫霍尔补或零磁通热竞技。京磁通运行状态带来性能的明确改善,如消除了随同温度变化的增值漂移、推而广之了测量带宽、降低了响应时间。顶两部分电流产生之磁势相等时:

            

           (2)

          可进一步写成:

                                                                    (3)

            式中 、 分别为原边和下边的圆形数。串联在从边回路的外接电阻 名将电流信号转换成电压输出。

          先后三类霍尔热竞技如图13所示,Eta表示代表效率的希腊字母“ ”的发音,因为和闭环热竞技比,从边线圈所需的直径较少。副性能来看,介于开环和闭环之间。在低频段(不超过2到10KHz),做事在开环热竞技状态,霍尔发生器的转口信号与原边电流成比例。高频段工作在核电变压器方式,进出口电流正比于原边交流电流。两部分信号经电子合成而输出。

                      贪图12. 闭环霍尔效应电流热竞技原理

          贪图13. Eta艺术霍尔效应电流热竞技原理

            与上述三类技术相对应,LEM合作社都有相应的产品系列,它们的重要特征如表1所示。此外,热竞技输出信号是电压型的还是电流型的,对接口电路的计划也不一样。如图12的水电输出,需串接一定范围内的雷达,名将电流转换成电压。一些项目热竞技用双爆炸性电源,转移后的电压也是双爆炸性的。一些项目是如图14所示的电压型输出。送到微控制器前,需进行电平提升和放开。

          表面1. 三类霍尔效应电流热竞技主要性能比较

          霍尔效应技术

          开环

          闭环

          Eta

          测量范围IP

          0到15KA

          0到15KA

          25到150A

          带宽

          0到25KHz

          0到200KHz

          0到100KHz

          响应时间td

          <3-7us

          <1us

          <1us

          精度(25ºC,IPN百分比)

          ±1.5%

          ±0.5%

          ±1.5%(DC)

          ±0.5%(AC)

          线性度

          ±0.5%

          ±0.1%

          ±0.5%(DC)

          ±0.1%(AC)

          关键特征

          功耗小,面积小,资本低

          精度高

          呼唤快

          功耗小,呼唤快,能源电压低(5V)

                      贪图14. 霍尔效应电流热竞技的电压输出特性

           

          5、总结

            本文针对不同电机的探测器拓扑结构,探索了水电热竞技的收集位置、用电阻采样还是隔离采样,介绍了需采样电阻的隔离电流热竞技和霍尔效应电流热竞技。切实结论如下:

                 绕组电流经采样电阻直接注入直流侧的拓扑结构,可选用电阻进行采访,如图1、贪图2和图3。对每相电流需经其它两相回路流过的拓扑结构,如图4的三相导通的支配策略,需用隔离采样的水电热竞技;

                 集成电路IR2171/2172的带宽较窄,典型值为15KHz。PWM进出口,与微控制器连接导致频繁之暂停。在小功率驱动电路中,和高压浮动MOS两极集成电路共同使用性价比较高;

                 线性隔离光耦有较高的线性度、共模电压抑制比(CMR)、较低的温度漂移。随被测电流增大,采访电阻的挑选、电路板的布线愈影响测量精度;

                 霍尔效应电流热竞技实现了整机割裂的监测方法,测量的水电范围很大,项目多,运用方便,随着价格之回落,采取更普及。