在伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)中，電流檢測是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：通過獲取直流母線電流構(gòu)成短路保護(hù)，以保證逆變器安全；量測用電機(jī)相電流構(gòu)成電流反饋控制和電機(jī)過載保護(hù)，以提高電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)性能。經(jīng)典的電流檢測方法是應(yīng)用電流傳感器檢測電流，但較貴的傳感器使得系統(tǒng)成本增加。另一種方法是利用多個廉價的線性電阻獲取電流信息，但在硬件受限的條件下，有時也難以實(shí)現(xiàn)。從降低系統(tǒng)成本、減小體積出發(fā)，用單電流檢測技術(shù)獲取電機(jī)與驅(qū)動系統(tǒng)電流信息的方法成為一種有效方式。 本文在分析互補(bǔ)PWM模式下逆變器換流基礎(chǔ)上，提出空間矢量PWM（SVPWM）控制方式下交流電動機(jī)相電流重構(gòu)技術(shù)。該技術(shù)用一個線性電阻采樣逆變器直流母線電流，根據(jù)逆變器所處開關(guān)狀態(tài)和三相電流關(guān)系，計算出各相電流，實(shí)現(xiàn)交流電動機(jī)的相電流重構(gòu)。 PWM模式下逆變器換流分析 在現(xiàn)代交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)中，一般都采用互補(bǔ)輸出PWM方式控制逆變器功率開關(guān)器件，以調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓幅值與頻率。所謂互補(bǔ)輸出即同一橋臂的上、下兩個功率開關(guān)器件，在上橋臂器件導(dǎo)通時，下橋臂器件處于關(guān)斷狀態(tài)，反之亦然。 在圖1所示的逆變系統(tǒng)中，定義開關(guān)變量 取0或1兩種狀態(tài)，其中1表示上橋臂功率開關(guān)器件導(dǎo)通；0表示下橋臂功率開關(guān)器件導(dǎo)通。則有表1所示的三相逆變器的開關(guān)狀態(tài)。其中， （Sa, Sb, Sc）＝（0, 0, 0）和（Sa, Sb, Sc）＝（1, 1, 1）時，逆變器輸出電壓為零，于是將逆變器的這兩種開關(guān)狀態(tài)定義為零狀態(tài)，而將其余6種狀態(tài)定義為有效狀態(tài)。 當(dāng)逆變器開關(guān)處于有效狀態(tài)時，例如處于（Sa, Sb, Sc）＝（1, 0, 0），其電流流通路徑如圖2所示。由圖2可見，該狀態(tài)下，直流母線電流Idc即為交流電動機(jī)的A相電流。 當(dāng)逆變器開關(guān)由狀態(tài)（Sa, Sb, Sc）＝（1, 0, 0）轉(zhuǎn)換為（Sa, Sb, Sc）＝（0, 0, 0）時，由于電流不能突變，則二極管D4導(dǎo)通，A相電流二極管 D4續(xù)流，電流流通路徑如圖3所示。此時，直流母線電流Idc為零，三相繞組電流在電機(jī)內(nèi)部流動。 當(dāng)逆變器開關(guān)狀態(tài)由（Sa, Sb, Sc）＝（1, 0, 0）轉(zhuǎn)變?yōu)椋⊿a, Sb, Sc）＝（1, 1, 0）時。由于存在為防止逆變器上、下橋臂直通短路而設(shè)置的死區(qū)時間，因此在換向初始階段，存在開關(guān)管T6、T3同時處于關(guān)斷的狀態(tài)，此時電流流通路徑如圖4所示。換相結(jié)束時，開關(guān)管T3導(dǎo)通，電流流通路徑如圖5所示。 圖4表明，換相開始時，直流母線電流Idc為交流電動機(jī)的C相電流。由圖5可見，在換相結(jié)束后，逆變器直流母線電流Idc仍為交流電動機(jī)的C相電流。 相電流重構(gòu)技術(shù) 由互補(bǔ)PWM方式下逆變器的換流分析知，除零狀態(tài)下逆變器直流母線電流為零外，在有效狀態(tài)下逆變器直流母線始終都有電流流過，等于電動機(jī)的相電流。因此，可以采用圖6所示逆變主電路結(jié)構(gòu)獲取電動機(jī)的相電流，其中線性電阻R為直流母線電流采樣電阻。 從提高電壓利用率和降低逆變器開關(guān)損耗來看，SVPWM是一種優(yōu)化的互補(bǔ)PWM方式。根據(jù)SVPWM原理[1>和逆變器換流分析，可以得到表2所示的直流母線電流與電機(jī)相電流的對應(yīng)關(guān)系。于是可以根據(jù)逆變器開關(guān)狀態(tài)、直流母線電流Idc，以及電動機(jī)三相電流之間的關(guān)系，重構(gòu)出交流電動機(jī)的相電流。 實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制器為TMS320F2407 DSP，逆變器的開關(guān)頻率為10kHz，實(shí)驗(yàn)用電機(jī)為500W的交流異步電動機(jī)。實(shí)驗(yàn)中，在逆變器開關(guān)的每一個有效狀態(tài)下，DSP采樣直流母線電流Idc，并在兩個相鄰的母線電流采樣周期，根據(jù)電機(jī)三相電流關(guān)系ia＋ib＋ic＝0，計算出相電流瞬時值，實(shí)現(xiàn)電機(jī)相電流的重構(gòu)。 [align=center] （b） 相電流重構(gòu)波形[/align] 實(shí)驗(yàn)波形如圖7所示。圖7a）為三相交流異步電動機(jī)的A相電流波形，7b）為A相電流重構(gòu)后經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出在示波器上的回放波形。由于逆變器的開關(guān)頻率為10kHz，因此逆變器直流母線電流Idc的采樣周期為0.1ms，而電機(jī)相電流在0.1 ms時間間隔內(nèi)的變化非常小，因此經(jīng)DSP重構(gòu)出的電機(jī)相電流具有足夠高的精度。 結(jié)語 在許多應(yīng)用場合，對交流電機(jī)伺服驅(qū)動產(chǎn)品的成本與體積都有嚴(yán)格的控制，采用單電流檢測技術(shù)獲取電機(jī)與驅(qū)動系統(tǒng)電流信息是滿足這一要求的有效方式。本文所提方法需要在相鄰的兩個開關(guān)周期完成，對于高開關(guān)頻率的逆變驅(qū)動系統(tǒng)完全可以滿足應(yīng)用所需達(dá)到的電流控制精度。