分析電流環(huán)控制原理

電流環(huán)是使電機以恒定的電流運轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生恒定的加速力矩。這對于轉(zhuǎn)動慣量大的電機來說比較重要，它可以使電機一直以固定的電流驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，驅(qū)動電流不會因為轉(zhuǎn)速的升高下降。

要進行電流控制，首先必須時刻監(jiān)控電機工作電流，因此電流傳感器是伺服系統(tǒng)中的一個重要元件，它的精度和動態(tài)性能直接影響著系統(tǒng)的低速性能和快速性。電流檢測的方法有電阻檢測、光耦檢測等各種不同的檢測方法，本系統(tǒng)采用磁平衡原理實現(xiàn)的霍爾元件檢測電流的方法，檢測電源母線電路電流。采用的元器件為霍爾效應(yīng)磁場補償式電流傳感器，此器件被國際上推薦為電力電子線路中的關(guān)鍵電流檢測器件。它把磁放大器、互感器、霍爾元件和電子線路的思想集成一體，具有測量、反饋、保護的三重功能。實際是有源電流互感器，它最巧妙的構(gòu)思是“磁場補償”。被測量的原邊磁場同測量繞組里的測量磁動勢，時時補償為零。即鐵心里面實際沒有磁通，因而其體積可以做得很小，而不用擔(dān)心鐵心飽和，也不用擔(dān)心頻率、諧波的影響。它的磁動勢能補償原理就是利用霍爾效應(yīng)的作用，當二者磁動勢能不平衡時，霍爾元件上就會產(chǎn)生磁動勢，此磁動勢作為以±15Y外加電源供電的差分放大器的輸入信號，放大器的輸出電流即為傳感器的測量電流，自動迅速地恢復(fù)磁動勢平衡，即霍爾輸出總保持為零。這樣，測量電流的波形忠實地反映了原邊被測電流的波形，其大小只是一個匝比的關(guān)系。

具體說來，霍爾效應(yīng)磁場補償式電流傳感器具有以下優(yōu)點：

它克服了傳統(tǒng)的電流取樣元件受規(guī)定頻率、規(guī)定波形的限制及不適應(yīng)功率變頻發(fā)展，波形常不標準的缺點。它響應(yīng)頻率的帶寬為0～100kHz，對任何波形，特別是含有直流分量的信號都可以迅速響應(yīng)，符合電力電子技術(shù)，包括變頻調(diào)速、斬波調(diào)速等工作頻率向高頻化前進的現(xiàn)實需要。

它的響應(yīng)速度可以達到1μS以內(nèi)，這是采用電子線路，特別是采用高遷移率半導(dǎo)體材料制成的霍爾元件的結(jié)果。它巧妙地利用電磁耦合，而磁動勢平衡又不靠電磁感應(yīng)來實現(xiàn)，因此徹底甩開電磁元件時間常數(shù)以若干毫秒計的響應(yīng)障礙，取得了成功。

繼承了互感器原副邊可靠絕緣的優(yōu)點，提供了模數(shù)轉(zhuǎn)換的機會。測量信號既忠實反映了被測信號，又與之完全隔離。這個被測信號既可以輸人到模擬式儀表，又可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字顯示。經(jīng)過兩次處理，還可以作為反饋信號輸給自動化裝置進行自動控制，又可以以數(shù)字形式同計算機接口。

通過磁場補償，鐵心內(nèi)的磁通保持為零，致使傳感器的尺寸、重量顯著減少，使用方便。另一方面，它也就具各了很強的電流過載能力。通過輸人電流在傳感器上的繞圈的方法，還可以提高更小電流的測量精度。

本系統(tǒng)的電流環(huán)主要采用PD控制，具體框圖如圖1所示。

圖1 電流環(huán)控制原理圖

通過調(diào)節(jié)設(shè)定電壓，而調(diào)節(jié)輸出固定電流，不同的設(shè)定電壓輸出不同的電流。由于本節(jié)采用的霍爾電流傳感器LTS25 NP對應(yīng)的電壓輸出最小為2.5V，也即零安培電流對應(yīng)2.5V輸出電壓，且每增加IA電流，霍爾對應(yīng)的輸出電壓只增加零點幾伏，因此霍爾檢測輸出先得減去2.5V的基準電壓，再把差值電壓放大，才能精確地敏感電流的瞬時變化，以使電流環(huán)快速地修正電流的變化，進而輸出恒定的電流值。式（5-7）為其傳遞函數(shù)：

Uo=［-（Herout-2.5）*k1+Uset］*K2*（K3+K4*S） （5-7）

控制電路用于把ML4425的下三橋與上三橋相與，進而產(chǎn)生可調(diào)的PWM換相邏輯信號，控制逆變橋正確導(dǎo)通，驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)。