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[科技] 电流环控制原理分析

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论坛元老

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发表于 2019-11-9 06:24:24 | 显示全部楼层 |阅读模式

电流环是使电机以恒定的电流运转,以产生恒定的加速力矩。这对于转动惯量大的电机来说比较重要,它可以使电机一直以固定的电流驱动电机运转,驱动电流不会因为转速的升高下降。电子元器件




        要进行电流控制,首先必须时刻监控电机工作电流,因此电流传感器是伺服系统中的一个重要元件,它的精度和动态性能直接影响着系统的低速性能和快速性。电流检测的方法有电阻检测、光耦检测等各种不同的检测方法,本系统采用磁平衡原理实现的霍尔元件检测电流的方法,检测电源母线电路电流。采用的元器件为霍尔效应磁场补偿式电流传感器,此器件被国际上推荐为电力电子线路中的关键电流检测器件。它把磁放大器、互感器、霍尔元件和电子线路的思想集成一体,具有测量、反馈、保护的三重功能。实际是有源电流互感器,它最巧妙的构思是“磁场补偿”。被测量的原边磁场同测量绕组里的测量磁动势,时时补偿为零。即铁心里面实际没有磁通,因而其体积可以做得很小,而不用担心铁心饱和,也不用担心频率、谐波的影响。它的磁动势能补偿原理是利用霍尔效应的作用,当二者磁动势能不平衡时,霍尔元件上会产生磁动势,此磁动势作为以±15Y外加电源供电的差分放大器的输入信号,放大器的输出电流即为传感器的测量电流,自动迅速地恢复磁动势平衡,即霍尔输出总保持为零。这样,测量电流的波形忠实地反映了原边被测电流的波形,其大小只是一个匝比的关系。



        具体说来,霍尔效应磁场补偿式电流传感器具有以下优点:



        它克服了传统的电流取样元件受规定频率、规定波形的限制及不适应功率变频发展,波形常不标准的缺点。它响应频率的带宽为0~100H,对任何波形,特别是含有直流分量的信号都可以迅速响应,符合电力电子技术,包括变频调速、斩波调速等工作频率向高频化前进的现实需要。



        它的响应速度可以达到1μS以内,这是采用电子线路,特别是采用高迁移率半导体材料制成的霍尔元件的结果。它巧妙地利用电磁耦合,而磁动势平衡又不靠电磁感应来实现,因此彻底甩开电磁元件时间常数以若干毫秒计的响应障碍,取得了成功。



        继承了互感器原副边可靠绝缘的优点,提供了模数转换的机会。测量信号既忠实反映了被测信号,又与之完全隔离。这个被测信号既可以输人到模拟式仪表,又可以转化为数字显示。经过两次处理,还可以作为反馈信号输给自动化装置进行自动控制,又可以以数字形式同计算机接口。



        通过磁场补偿,铁心内的磁通保持为零,致使传感器的尺寸、重量显著减少,使用方便。另一方面,它也具备了很强的电流过载能力。通过输人电流在传感器上的绕圈的方法,还可以提高更小电流的测量精度。



        本系统的电流环主要采用PD控制,具体框图如图1所示。



       



        图1 电流环控制原理图



        通过调节设定电压,而调节输出固定电流,不同的设定电压输出不同的电流。由于本节采用的霍尔电流传感器LTS25 NP对应的电压输出最小为25V,也即零安培电流对应25V输出电压,且每增加IA电流,霍尔对应的输出电压只增加零点几伏,因此霍尔检测输出先得减去25V的基准电压,再把差值电压放大,才能精确地敏感电流的瞬时变化,以使电流环快速地修正电流的变化,进而输出恒定的电流值。式(5-7)为其传递函数:



        U=[-(H-25)*1+U]*K2*(K3+K4*S) (5-7)



        控制电路用于把ML4425的下三桥与上三桥相与,进而产生可调的PWM换相逻辑信号,控制逆变桥正确导通,驱动电机运转。
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