專利名稱：Ac電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流測(cè)量系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種AC電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流測(cè)量系統(tǒng)和方法，具體地涉及一種感應(yīng)電機(jī)驅(qū)
動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置用反相器提供一組具有可變頻率和振幅的驅(qū)動(dòng)電壓。希望反相 器具有精確地檢測(cè)到電機(jī)的線路中的電流的能力。在一些設(shè)備中，這通過直接測(cè)量來實(shí)現(xiàn)， 但是，其需要電機(jī)和控制系統(tǒng)之間的高壓隔離，這叫做直流負(fù)連接或安全接地。還希望，在對(duì)反相器輸出端子施加短路的情況中，反相器能夠在由其內(nèi)部部件抵 抗損壞之前關(guān)閉。EP 10擬981和GB 2426393公開了電機(jī)控制器設(shè)備，其中，通過對(duì)DC鏈路 電流或反相器橋接發(fā)射器電流取樣來確定電機(jī)電流。在EP 109四81的情況中，需要專用的 絕緣柵極雙極晶體管(IGBT)功率模塊，并且，在使用標(biāo)準(zhǔn)IGBT功率模塊的GB 2426393的 情況中，需要三個(gè)完全獨(dú)立的集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。因此，現(xiàn)有技術(shù)需要專用的功率模塊或三個(gè)獨(dú)立的積分ADC，這使得任一解決方案 都比較昂貴。本發(fā)明試圖減少這些問題，并降低控制器的成本，但是也提供對(duì)短路情況的快 速響應(yīng)時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種AC電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流測(cè)量系統(tǒng)，其與向AC電機(jī)傳遞驅(qū)動(dòng)電流 的反相器一起使用，在使用中，反相器通過DC鏈路與系統(tǒng)供電(mains supply)連接，本系 統(tǒng)包括測(cè)量DC鏈路中到反相器的電流Idc的裝置；確定一條電機(jī)輸電線中的發(fā)射器電流的 裝置；確定發(fā)射器電流波形的AC分量的裝置；以及將DC鏈路中的電流和發(fā)射器電流的確 定的AC分量相結(jié)合以確定關(guān)于電機(jī)電流大小的值的裝置。


現(xiàn)在將僅通過實(shí)例描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，其中圖1，2和圖5示出了本發(fā)明的第一和第二實(shí)施方式；圖3至圖4是示出了方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，具有開關(guān)元件(未示出)的反相器1對(duì)AC電機(jī)2提供三個(gè)輸出。如 本領(lǐng)域中眾所周知的，這些輸出提供不同相位關(guān)系的AC信號(hào)，以使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。電源3與+DC 鏈路4和下負(fù)鏈路DC 5連接。在+DC鏈路和反相器1之間設(shè)置第一分流器6。設(shè)置第二 分流器7，以將負(fù)DC鏈路與反相器1連接。在分流器7和一個(gè)包括反相器1的輸出半電橋 (half bridges)之間設(shè)置第三分流器8。電流測(cè)量系統(tǒng)9跨接在第二分流器7和第三分流器8上，以分別測(cè)量電流Idc (DC鏈路電流)和Ie (—個(gè)相位的發(fā)射器電流)。這在圖2中更詳細(xì)地示出。電流測(cè)量系統(tǒng)9是基 于微處理器的，并被編程為以以下方式運(yùn)作。其包括兩個(gè)集成的具有δ (delta) σ (sigma) 結(jié)構(gòu)的ADC 10和16。電流測(cè)量系統(tǒng)9提供兩個(gè)功能；反相器中的功率半導(dǎo)體的保護(hù)和對(duì)電機(jī)控制的電 流監(jiān)測(cè)。同時(shí)執(zhí)行這兩個(gè)功能，但是將分別對(duì)其進(jìn)行描述。功率半導(dǎo)體保護(hù)功能如圖3中的 一系列步驟所示。在第一步驟20中，用一個(gè)δ σ調(diào)制器10來監(jiān)測(cè)分流器7上的電流Idc。 為了得到令人滿意的IGBT保護(hù)，必須在少于10μ s內(nèi)切斷輸出短路電流。通過用短時(shí)間恒 定過濾器13過濾調(diào)制器10的δ σ調(diào)制器輸出流11，并用比較器1 將過濾器13的模擬 或多位過濾器值14與閾值15進(jìn)行比較，可檢測(cè)所檢測(cè)的Idc上的任何快速增加的故障電 流。如果超過閾值，那么立即用過電流脫扣(overcurrent trip)來切斷整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置。從功率=IdcXVdc中得到DC鏈路電流和功率流，其中，Vdc是DC鏈路電壓。通 過積分器12在控制周期上對(duì)δ σ調(diào)制器輸出流11進(jìn)行積分，以得到從積分器12輸出 的真正集成的平均DC鏈路電流值Idc。在步驟21中，電流測(cè)量系統(tǒng)的處理器9a從計(jì)算 Ireal (rms) =Idc/(MX VT )確定電機(jī)電流的實(shí)部，其中，M是輸出電壓波形的調(diào)制深 度。注意M的縮放(scaling)；在此文檔中，將M縮放成使得，在通過對(duì)DC鏈路進(jìn)行限幅 (clip)而使波形失真之前，1. 0的值是空間向量調(diào)制的最大調(diào)制深度。圖4示出了電流測(cè)量系統(tǒng)的電流監(jiān)測(cè)操作。在第一步驟30中，用第二積分ADC 16來測(cè)量一個(gè)發(fā)射器腿中的分流器8上的電壓，并由此確定Ie。此測(cè)量在一個(gè)電機(jī)循環(huán) 上繼續(xù)，并且，在步驟31中，通過從瞬時(shí)Ie減去1/3的瞬時(shí)Idc來確定發(fā)射器電流波形的 交流電(AC)部分。在步驟32中，確定Ie的AC分量的在電機(jī)循環(huán)上的平均值。在步驟33 中，通過將對(duì)于電機(jī)循環(huán)的Ie的平均AC分量與固定因子3.2/Τ 相乘來確定電機(jī)電流矢量 的大小的近似值，以得到均方根值。(如果在重新縮放(rescaling)之前，從AC分量減去 0. 05 X [Idc]，那么精度會(huì)提高，其中，[Idc]是Idc的絕對(duì)值。)圖5示出了本發(fā)明的一個(gè)替代實(shí)施方式，其中，相似的部件標(biāo)有與第一實(shí)施方式 相同的參考數(shù)字。在此實(shí)施方式中，分流器的布置的不同之處在于，提供用于每個(gè)發(fā)射器腿 處的測(cè)量的分流器40，而非第一實(shí)施方式的單個(gè)分流器7。將看到，在負(fù)dc鏈路線路中沒有 分流器(與具有分流器7的第一實(shí)施方式不同)。通過參考單個(gè)腿，例如，通過分流器40c 上的測(cè)量，如前所述地確定Ie。然而，為了測(cè)量Idc，如所示出地，提供連接的三個(gè)等值電阻 器41至43。電阻器41從分流器40c的電機(jī)端連接至電流測(cè)量系統(tǒng)9的輸入端44。電阻 器42從分流器40b的電機(jī)端連接至輸入端44，并且，電阻器43從分流器40a的電機(jī)端連接 至輸入端44。電流測(cè)量系統(tǒng)9也通過輸入端45連接至負(fù)dc鏈路，并通過輸入端46連接至 分流器40c的電機(jī)端。在此方法中確定的關(guān)于Idc的值是將使用第一實(shí)施方式的方法檢測(cè) 的值的1/3。在兩個(gè)實(shí)施方式中，均使用積分ADC。將這些構(gòu)造為，在整數(shù)個(gè)脈沖寬度調(diào)制 (PWM)周期上集成。這具有取消和開關(guān)頻率相關(guān)的噪聲的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種AC電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流測(cè)量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)與向AC電機(jī)傳遞驅(qū)動(dòng)電流的反相器一起 使用，所述反相器通過DC鏈路與電源連接，所述系統(tǒng)包括測(cè)量所述DC鏈路中到所述反相器 的電流Idc的裝置；確定一個(gè)所述反相器輸出中的發(fā)射器電流Ie的裝置；確定所述發(fā)射器 電流的AC分量的裝置以及將Idc和所述發(fā)射器電流的確定的AC分量相結(jié)合以確定關(guān)于電 機(jī)電流大小的值的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射器電流Ie通過測(cè)量電機(jī)輸電線中的分 流器上的電壓來確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)從位于所述DC鏈路和所述反相器之間 的分流器上檢測(cè)的電壓得到所述電流Idc。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括連接在電機(jī)線路上的分流 器與連接至所述DC鏈路的第一測(cè)量輸入端和第二測(cè)量輸入端之間的電阻器，以從輸入端 上的所感測(cè)的電壓確定關(guān)于Idc的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，與所述電機(jī)連接的每條發(fā)射器線路均包括相應(yīng) 的分流器，并且，在所述分流器的電機(jī)端和所述第一測(cè)量輸入端之間連接相應(yīng)的電阻器。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述電流使用集成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器得到。
7.一種用于AC電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流測(cè)量的方法，包括以下步驟 測(cè)量DC鏈路到反相器的電流Idc ；測(cè)量一條電機(jī)輸電線中的電流Ie ； 確定發(fā)射器電流的AC分量；并且結(jié)合所述Idc和所確定的AC分量，以確定關(guān)于電機(jī)電流大小的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，通過測(cè)量所述電機(jī)輸電線中的分流器上的電壓 來執(zhí)行步驟b。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，通過檢測(cè)位于所述DC鏈路和反相器之間的分流 器上的電壓來執(zhí)行步驟a。
全文摘要
一種AC電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流測(cè)量系統(tǒng)(9)，本系統(tǒng)與向AC電機(jī)(2)傳遞驅(qū)動(dòng)電流的反相器(1)一起使用，用來測(cè)量向電機(jī)(2)供應(yīng)的電流。反相器(1)通過DC鏈路(5)與電源(3)連接，并且，本系統(tǒng)包括測(cè)量DC鏈路(5)中到反相器(1)的電流Idc的裝置(10)。其還包括確定一條電機(jī)輸電線中的發(fā)射器電流Ie的裝置(10)和確定發(fā)射器電流的AC分量的處理器(9)。處理器用來將Idc和發(fā)射器電流的確定的AC分量相結(jié)合，以確定關(guān)于電機(jī)電流大小的值。
文檔編號(hào)G01R19/00GK102095918SQ20101057569
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者理查德·肯尼, 羅伯特·卡特 申請(qǐng)人:西門子公司