区均灌

摘  要：电机控制技术中，电流检测是重要工作。电机电流检测在保证测量精度的同时还需要考虑体积和成本问题。基于此，本文就电机控制系统中电流检测技术展开研究，首先对电流信号采样进行了分析，其次对电流信号处理进行了探究，希望能够提高电机控制系统检测水平。

关键词：电气控制系统;电流检测技术;信号采样

电动机的铲射应用对人类社会发展发挥着重要作用，社会生产力有了较大提升。电动机在日常生产生活中有着广泛应用，在电动机发展基础上驱动控制开发也处于迅速发展阶段，调速和伺服系统、变频器等产品开发逐渐增多，广泛应用在各行各业中。电机驱动控制开发过程中，电流检测十分重要，其不仅可以提高电机快速启动性能，也能够使电机运行时出现短路、过流故障，准确及时反馈故障信息，保护硬件。因此，需要准确设计电流检测电路，这是设计电机驱动控制系统的重点。

一、采样电流信号

（一）选择电阻和传感器

在对电流信号进行监测前，需要采样相关信号，一般采样方法分为以下几种：

1.采样电阻。采样电路对电流的监测时，在该电路回路中串接采样电阻，若是电流流过，采样电阻两边会产生压降，使电流信号转化成电压信号，之后处理变换电压信号，输入至微处理器A/D单元中，实现检测。采样电阻检测法简单，费用少，但是无法保证电阻值固定不变，导致采样精度低，电流值不够准确。同时，由于反馈控制电路和主电路之间缺乏隔离，导致电机驱动控制系统若是功率电路高电压经过反馈电路进入到控制电路中會导致控制系统安全性受到威胁。因此，需要在精确度要求低、成本敏感场合应用采样电路[1]。

2.电流传感器。霍尔传感器是根据磁场和感应电压关系而开发的，在电流经过处于磁场中的导体时，磁场对其中的电子会产生垂直在电子运动方向上的一个作用力，进而在导体两侧出现电压差。霍尔电流传感器是通过霍尔效应使一次大电流变化成为二次微小电压信号传感器，其中的工作方式分为直测式和磁平衡式两种，前者装置体积过大，后者体积过小。当前霍尔传感器产品呈现模块化，能够对交流、直流等不同电流信号进行测量，所得结果更加精确，且能够实现迅速响应，隔离检测。因此在电机驱动控制系统可以应用霍尔电流传感器对电流检测，这时当前普遍使用方法，在高端伺服产品中的应用比较广泛。

4.电流互感器。电力互感器是通过变压器原副边电流比例关系开发的，工作原理和等值电路相对于一般变压器一致，原边绕组串联位于被测电路内，匝数少，副边绕组接电流表和继电器电流线圈类似短路[2]。原副边电流受到被测线路负载情况影响，但是并不受到互感器副边负载影响。在运行过程中，互感器副边禁止开路，若是开路会导致原边电流编程励磁电流，导致磁通与副边电压超出了标准值，进而使人身安全和设备安全受到危及。

在对交流电流中的大电流进行测量时，为了方便二次仪表测量转化成统一电流，同时由于线路电压高，若是直接测量比较危险，互感器可以起到变流、隔离效用，其根据比例可以将高电流转化为低电流，一次侧与一次系统连接，二次侧与测量仪器连接。电流互感器体积大，成本高，因此电力系统中一般是作为获取电流一次回路信息的二次设备传感器使用。

综上，在体积和成本影响下的电机驱动控制系统通常应用采样电阻、霍尔电流传感器来采样电流。

（二）设计采样电路

对电机电流检测，在三相H桥下接地端安装采样电阻或霍尔控制器，电压信号在放大电路的处理下传输至垫片既A/D引脚上[3]。三相采样和信号处理无法保证电路精确一致，使采样数据和不是0，因此需要使用3个采样电阻。同时，可以采用持续电流作为实际电流分析处理。为了降低电阻损耗，采样电阻阻值通常为几十毫欧姆，电压一般为毫伏，持续电流分为±，利用采样信号对单电源CPU来提升、放大电平，由此设计了信号转化电路，如图1所示。该电路中，根据电路参数可以得到：

若采样电阻为50毫欧，则输入电压在0-5V之间，所得电流在-10.6和+10.6之间，测量精度理论上是0.02A，所得采样精读较高。

（三）设计采样软件

在电机控制中，CPU需要配置对应的三相PWM控制模块，其中含有特殊事件触发器。在程序设计时，只需要在初始化中设置控制寄存器就能够在PWM周期中点时使A/D采样功能得以触发。DSC控制器中含有多路信号同步采样功能，容易实现3路采样信号A/D转换。此时，电力采样和电机控制PWM处于同步状态[4]。

二、处理电流信号

根据采样电阻、霍尔控制器工作性质、使用特征对其信号调理电路进行阐述。

如图2所示为采样电阻信号调理电路，其中R7代表采样电阻，其在回路中串接。围绕运放形成差分放大器，R1-6系列为放大器，不仅可以起到增益效果，也能够提高采样后电压值，使放大器输入处于适当区间。R8、C2则能够起到高频噪声消除作用[5]。根据REF电压形成电路中，R1和R2可以用于对参考电压值的设置，按照不同需要对电阻值进行灵活调整。通过处理后，电压所输出的信号在通过限幅之后就能够输入至微处理器中的A/D单元。

霍尔电流传感器的输出信号调理电路类似于上图，差距在于其是单输出信号，分为电流和电流两种输出形式，一般将电流转化成电压信号来处理。

结束语：

在电机驱动控制过程中，电力检测精确性十分重要，其是电流闭环构成的重要基础，而对电力进行监测能够避免系统出现短路和过流等故障，确保系统安全，也是电机控制重要环节。

参考文献：

[1]杨婷婷，张兰红，王韧纲.无刷直流电机直接转矩控制系统的相电流检测及处理[J].电机与控制应用，2019，46（002）：87-94.

[2]张全柱，敬昌国.异步电机矢量控制中电流控制器的比较研究[J].华北科技学院学报，2019（4）.

[3]邵佳威，蒋全.三相电机驱动系统相电流检测技术的现状以及未来发展趋势[J].电子测量技术，2020，v.43;No.338（06）：140-148.

[4]黄元峰，王海峰.基于DSP的无刷直流电机控制器中电流检测系统[J].电力电子技术，2011，45（005）：55-56.

[5]朱成海，王富东.电机控制系统中的相电流检测与数据处理[J].科技创新与应用，2017，11：16-18.