三电阻采样相电流重构

PWM逆变器三电阻电流采样及重构相电流的仿真报告

1 三电阻电流采样方案

对于某些特定场合，为降低检测电动机相电流的成本，可以采用逆变器下桥臂分别串联三个采样电阻，通过采样电阻采集到的相关信息来合成电机定子三相电流的采样方案。这样，可以省去电机定子侧的三个电流传感器。如图1所示，为由6个IGBT模块构成的三相逆变器的主电路，下桥臂的三个电阻R1，R2，R3为采样电阻，左侧为直流电源。为减少采样电阻对逆变器的影响，采样电阻的阻值一般取得比较小。

图1 三相逆变器电路

2 相电流重构原理分析

由于三相逆变电路每一桥臂的上下两个IGBT的开通和关断是互补的，则每一桥臂的上下桥臂的控制信号也应均是互补输出。不妨设任一IGBT开通时为状态“1”，关断时为状态“0”。由于三相对称，此处仅分析A相的电流重构方法，其余两相可以类似分析。如图2所示，当IGBT2导通时，IGBT1必然关断，此时的电流流向如图2中的箭头所示。

由图2分析可知，此时通过R1的电流与A相电流大小相等，方向相反。因此，可以在IGBT2导通的时候进行电流的采样，将此时采样到的电流进行取反就能得到此时A相的电流。由于IGBT2的开关频率非常高，从而导致采样频率也远远大于相电流频率。根据采样定理的相关知识可知，此时可以根据采样电流的值恢复出A相电流的值。

图 2 IGBT2导通IGBT1关断时的电流流向

3 相电流重构的MATLAB 仿真

基于MATLAB/SIMULINK 的系统结构图如图3所示，此次仿真的实验数据：鼠笼式异步电机额定功率为7500W ，额定电压为400，额定频率采用电网频率50HZ,极数为2；SVPWM 模块采用内部发生方式，开关模式模式为1，即经典的七段式；采样电阻为0.015Ω。

图 3 系统结构框图 采样电路如图4所示，将采样电阻采集到的电压信号除以R1的值还原成电流值，然后通过采样子系统，将电流还原成相电流。采样子系统的具体工作原理为：将PWM2输入到sample&hold 模块的第二输入端，

用于判断IGBT2是否开通。将还原出的采样电流输入到sample&hold 模块的第一个输入端，当IGBT2开通时，PWM2=1，sample&hold 模块采集并保持第一输入端的值，同时由输出端输出采集到的信号。当IGBT2=0时，sample&hold 模块第一输入端关闭，输出上一时刻采集到的信号值。采样并保持模块输出的信号存在大量纹波，还应进行滤波处理。滤波后，对信号进行取反就可以较准确的还原出相电流的波形。仿真的整体电路如图5所示。

图4 采样电路

图5 整体仿真电路

4 仿真结果及分析

按整体仿真电路搭建好电路，并进行相关参数的设定，就可以运行仿真并观察仿真结果。为方便做出比较，实验中把采集到的电压信号变换成了相应的电流信号。图6是A相电流的实际情况，图7为下桥臂采样合成后的电流。对比图6和图7的电流信号可知，两者波形基本相同。当把两者放置到同一坐标系下时，更能体现出该方法的可行性及正确性，如图8所示，图中黄色曲线为实际电流，黑色曲线为重构电流。

图 6 逆变器实际输出电流

图7 下桥臂采样重构电流

图8 实际电流与重构电流比较

5 总结

本次仿真采用的三电阻采样及重构相电流的方法，通过对逆变器下桥臂三电阻的采样实现了相电流的重构，仅对某下桥臂的电阻进行采样，就能实现对应相电流的重构。该方法结构简单，易于实现，可操作性强，成本也比直接检测低。仿真结果表明，重构的相电流能有效的还原出实际相电流，从而验证了该方法的准确性及有效性。