专利名称：Ac电机驱动电流测量系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种AC电机驱动电流测量系统和方法，具体地涉及一种感应电机驱
动装置。
背景技术：
感应电机驱动装置用反相器提供一组具有可变频率和振幅的驱动电压。希望反相 器具有精确地检测到电机的线路中的电流的能力。在一些设备中，这通过直接测量来实现， 但是，其需要电机和控制系统之间的高压隔离，这叫做直流负连接或安全接地。还希望，在对反相器输出端子施加短路的情况中，反相器能够在由其内部部件抵 抗损坏之前关闭。EP 10拟981和GB 2426393公开了电机控制器设备，其中，通过对DC链路 电流或反相器桥接发射器电流取样来确定电机电流。在EP 109四81的情况中，需要专用的 绝缘栅极双极晶体管(IGBT)功率模块，并且，在使用标准IGBT功率模块的GB 2426393的 情况中，需要三个完全独立的集成模数转换器(ADC)。因此，现有技术需要专用的功率模块或三个独立的积分ADC，这使得任一解决方案 都比较昂贵。本发明试图减少这些问题，并降低控制器的成本，但是也提供对短路情况的快 速响应时间。

发明内容
根据本发明，提供了一种AC电机驱动电流测量系统，其与向AC电机传递驱动电流 的反相器一起使用，在使用中，反相器通过DC链路与系统供电(mains supply)连接，本系 统包括测量DC链路中到反相器的电流Idc的装置；确定一条电机输电线中的发射器电流的 装置；确定发射器电流波形的AC分量的装置；以及将DC链路中的电流和发射器电流的确 定的AC分量相结合以确定关于电机电流大小的值的装置。


现在将仅通过实例描述本发明的具体实施方式
，其中图1，2和图5示出了本发明的第一和第二实施方式；图3至图4是示出了方法的示意图。
具体实施例方式如图1所示，具有开关元件(未示出)的反相器1对AC电机2提供三个输出。如 本领域中众所周知的，这些输出提供不同相位关系的AC信号，以使电机旋转。电源3与+DC 链路4和下负链路DC 5连接。在+DC链路和反相器1之间设置第一分流器6。设置第二 分流器7，以将负DC链路与反相器1连接。在分流器7和一个包括反相器1的输出半电桥 (half bridges)之间设置第三分流器8。电流测量系统9跨接在第二分流器7和第三分流器8上，以分别测量电流Idc (DC链路电流)和Ie (—个相位的发射器电流)。这在图2中更详细地示出。电流测量系统9是基 于微处理器的，并被编程为以以下方式运作。其包括两个集成的具有δ (delta) σ (sigma) 结构的ADC 10和16。电流测量系统9提供两个功能；反相器中的功率半导体的保护和对电机控制的电 流监测。同时执行这两个功能，但是将分别对其进行描述。功率半导体保护功能如图3中的 一系列步骤所示。在第一步骤20中，用一个δ σ调制器10来监测分流器7上的电流Idc。 为了得到令人满意的IGBT保护，必须在少于10μ s内切断输出短路电流。通过用短时间恒 定过滤器13过滤调制器10的δ σ调制器输出流11，并用比较器1 将过滤器13的模拟 或多位过滤器值14与阈值15进行比较，可检测所检测的Idc上的任何快速增加的故障电 流。如果超过阈值，那么立即用过电流脱扣(overcurrent trip)来切断整个驱动装置。从功率=IdcXVdc中得到DC链路电流和功率流，其中，Vdc是DC链路电压。通 过积分器12在控制周期上对δ σ调制器输出流11进行积分，以得到从积分器12输出 的真正集成的平均DC链路电流值Idc。在步骤21中，电流测量系统的处理器9a从计算 Ireal (rms) =Idc/(MX VT )确定电机电流的实部，其中，M是输出电压波形的调制深 度。注意M的缩放(scaling)；在此文档中，将M缩放成使得，在通过对DC链路进行限幅 (clip)而使波形失真之前，1. 0的值是空间向量调制的最大调制深度。图4示出了电流测量系统的电流监测操作。在第一步骤30中，用第二积分ADC 16来测量一个发射器腿中的分流器8上的电压，并由此确定Ie。此测量在一个电机循环 上继续，并且，在步骤31中，通过从瞬时Ie减去1/3的瞬时Idc来确定发射器电流波形的 交流电(AC)部分。在步骤32中，确定Ie的AC分量的在电机循环上的平均值。在步骤33 中，通过将对于电机循环的Ie的平均AC分量与固定因子3.2/Τ 相乘来确定电机电流矢量 的大小的近似值，以得到均方根值。(如果在重新缩放(rescaling)之前，从AC分量减去 0. 05 X [Idc]，那么精度会提高，其中，[Idc]是Idc的绝对值。)图5示出了本发明的一个替代实施方式，其中，相似的部件标有与第一实施方式 相同的参考数字。在此实施方式中，分流器的布置的不同之处在于，提供用于每个发射器腿 处的测量的分流器40，而非第一实施方式的单个分流器7。将看到，在负dc链路线路中没有 分流器(与具有分流器7的第一实施方式不同)。通过参考单个腿，例如，通过分流器40c 上的测量，如前所述地确定Ie。然而，为了测量Idc，如所示出地，提供连接的三个等值电阻 器41至43。电阻器41从分流器40c的电机端连接至电流测量系统9的输入端44。电阻 器42从分流器40b的电机端连接至输入端44，并且，电阻器43从分流器40a的电机端连接 至输入端44。电流测量系统9也通过输入端45连接至负dc链路，并通过输入端46连接至 分流器40c的电机端。在此方法中确定的关于Idc的值是将使用第一实施方式的方法检测 的值的1/3。在两个实施方式中，均使用积分ADC。将这些构造为，在整数个脉冲宽度调制 (PWM)周期上集成。这具有取消和开关频率相关的噪声的优点。
权利要求
1.一种AC电机驱动电流测量系统，所述系统与向AC电机传递驱动电流的反相器一起 使用，所述反相器通过DC链路与电源连接，所述系统包括测量所述DC链路中到所述反相器 的电流Idc的装置；确定一个所述反相器输出中的发射器电流Ie的装置；确定所述发射器 电流的AC分量的装置以及将Idc和所述发射器电流的确定的AC分量相结合以确定关于电 机电流大小的值的装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发射器电流Ie通过测量电机输电线中的分 流器上的电压来确定。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统从位于所述DC链路和所述反相器之间 的分流器上检测的电压得到所述电流Idc。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统进一步包括连接在电机线路上的分流 器与连接至所述DC链路的第一测量输入端和第二测量输入端之间的电阻器，以从输入端 上的所感测的电压确定关于Idc的值。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，与所述电机连接的每条发射器线路均包括相应 的分流器，并且，在所述分流器的电机端和所述第一测量输入端之间连接相应的电阻器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述电流使用集成的模数转换器得到。
7.一种用于AC电机驱动电流测量的方法，包括以下步骤 测量DC链路到反相器的电流Idc ；测量一条电机输电线中的电流Ie ； 确定发射器电流的AC分量；并且结合所述Idc和所确定的AC分量，以确定关于电机电流大小的值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，通过测量所述电机输电线中的分流器上的电压 来执行步骤b。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，通过检测位于所述DC链路和反相器之间的分流 器上的电压来执行步骤a。
全文摘要
一种AC电机驱动电流测量系统(9)，本系统与向AC电机(2)传递驱动电流的反相器(1)一起使用，用来测量向电机(2)供应的电流。反相器(1)通过DC链路(5)与电源(3)连接，并且，本系统包括测量DC链路(5)中到反相器(1)的电流Idc的装置(10)。其还包括确定一条电机输电线中的发射器电流Ie的装置(10)和确定发射器电流的AC分量的处理器(9)。处理器用来将Idc和发射器电流的确定的AC分量相结合，以确定关于电机电流大小的值。
文档编号G01R19/00GK102095918SQ20101057569
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月6日 优先权日2009年12月7日
发明者理查德·肯尼, 罗伯特·卡特 申请人:西门子公司