專利名稱：機床交流伺服系統(tǒng)的電動機三相電流檢測電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及機床交流伺服系統(tǒng)的電路檢測領域。
背景技術：
機床交流伺服系統(tǒng)控制交流電動機時，要求測知交流電動機的三相電流。一般的方法是通過電流傳感器直接測得三相電流，基于電機繞組的聯(lián)接方式，要求至少需要兩個電流傳感器。常用的電流傳感器為霍爾元件，這類傳感器制作復雜、價格昂貴，體積較大；在進行電流采樣時，要求兩路A/D(模擬量到數字量的轉換)轉換，而且嚴格要求同步轉換。

發(fā)明內容
本實用新型的發(fā)明目的在于提供一種機床交流伺服系統(tǒng)的電動機三相電流檢測電路，通過在直流母線上串接一個簡單、便宜的電阻，根據PWM(脈寬調制)調制的規(guī)律測得交流電動機三相電流。
本實用新型所述的機床交流伺服系統(tǒng)的電動機三相電流檢測電路，該檢測電路的直流電源母線之間并聯(lián)三個PWM(脈沖寬度調制)開關電路，電動機的三相電流輸入電路分別連接在所述的三個開關電路上；在負極直流母線上串接一個采樣電阻R1；通過PWM脈沖波形控制開關電路的導通和關斷，并采集電阻R1兩端的電壓來檢測電動機的各相電流。
所述的PWM開關電路包含至少一對功率三極管，相互之間通過發(fā)射基和集電極相連，其接點與電動機的各相電流的輸入端連接；每個三極管的基極接PWM信號的輸入端。
所述的采樣電阻R1的兩端通過電阻R2和R3分別連接運算放大器的正向和反向輸入端，放大器的輸出端與反向輸入端之間連接反饋電阻R4，放大器的輸出端通過由電阻R5和二極管D1組成的鉗位電路連接A/D轉換電路。
本實用新型通過一個簡單、便宜的電阻測得交流電動機三相電流，不再需要復雜昂貴的傳感器，因此可大大降低機床交流伺服系統(tǒng)的檢測成本，優(yōu)化了交流伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)結構。


圖1為本實用新型的電流檢測電路原理示意圖；圖2為本實用新型的電流檢測電路圖；圖3為圖2中功率三極管的PWM脈沖波形控制信號示意圖；圖4為本實用新型的電流采樣原理圖。
具體實施方式
本實用新型所述的機床交流伺服系統(tǒng)的電動機三相電流檢測電路，如圖1所示，該檢測電路的直流電源母線之間并聯(lián)三個PWM(脈沖寬度調制)開關電路，電動機的三相電流輸入電路分別連接在所述的三個開關電路上；在負極直流母線上串接一個采樣電阻R1；通過PWM脈沖波形控制開關電路的導通和關斷，并測定電阻R1的電壓來檢測電動機的各相電流。
如圖2所示，所述的PWM開關電路包含至少一對功率三極管，相互之間通過發(fā)射基和集電極相連，其接點與電動機的三相電流的輸入端連接；每個三極管的基極接PWM信號的輸入端。
通過本實用新型所述的電路檢測電動機的A、B、C三相的電流Ia、Ib、Ic的原理為定義一個開關量Sa，當A相上臂的功率三極管導通時，令Sa＝1；而A相下臂的功率三極管導通時，令Sa＝0。同理，對B和C相進行定義。串接在直流母線上的電阻R1的電流為Idc，基于開關狀態(tài)的定子電流可表示如下Idc＝Iawhen(Sa，Sb，Sc)＝(1，0，0)Idc＝-Ia when(Sa，Sb，Sc)＝(0，1，1)Idc＝Ibwhen(Sa，Sb，Sc)＝(0，1，0)Idc＝-Ib when(Sa，Sb，Sc)＝(1，0，1)Idc＝Icwhen(Sa，Sb，Sc)＝(0，0，1)
Idc＝-Icwhen(Sa，Sb，Sc)＝(1，1，0)Idc＝0 when(Sa，Sb，Sc)＝(1，1，1)Idc＝0 when(Sa，Sb，Sc)＝(0，0，0)如圖2所示，功率三極管是通過PWM(脈沖寬度調制)脈沖波形來控制其導通與關斷的，其作用相當于一個開關，當PWM波形為正時，功率三極管導通，反之關斷。
如圖1和圖2所示，A相電流Ia為直流母線電流，三相電流都能在直流母線上測量到，但測量不同的相電流時，(Sa，Sb，Sc)不同。
圖中的開關狀態(tài)為(Sa，Sb，Sc)＝(0，1，1)，Idc＝Ia在一個PWM周期中，定義T1為一個PWM周期中先出現的電壓向量持續(xù)時間，T2后出現的電壓向量持續(xù)時間。
如圖3所示，在對稱PWM調制方式中，前半周期里依次是矢量狀態(tài)(0，0，0)、矢量狀態(tài)(0，0，1)、矢量狀態(tài)(1，0，1)、矢量狀態(tài)(1，1，1)，后半周期包括同樣的矢量狀態(tài)隊列，只是順序相反。
如圖3所示，在T1時矢量狀態(tài)為(0，0，1)，于是測得相電流是Ic＝Idc。
分別在T1、T2時期內進行電流測量，就會得到兩相電流值，第三相電流由等式Ia+Ib+Ic＝0可得。
圖4給出了從采樣電阻R1上測定電流值的電路原理圖。采樣電阻R1的兩端通過電阻R2和R3分別連接運算放大器的正向和反向輸入端，放大器的輸出端與反向輸入端之間連接反饋電阻R4，放大器的輸出端通過由電阻R5和二極管D1組成的鉗位電路連接A/D轉換電路。
如圖4所示，采樣電阻R1串接在直流母線上，逆變器流出的電流都要通過它。用一個運算放大器采集電阻兩端的電壓，其輸出作為DSP(數字信號處理器)模/數轉換器的輸入，范圍在0～5V。
本實用新型所采用的是電阻電流采樣方案，對電阻的要求首先是低功耗，其次是采集電壓值適應合理的模/數轉換器采樣增益。例如，被測相電流峰值為10A，運算放大器增益為10，使模/數轉換器輸入范圍在0～5V以內，則電阻R1阻值應為50mΩ。
權利要求1.機床交流伺服系統(tǒng)的電動機三相電流檢測電路，其特征在于該檢測電路的直流電源母線之間并聯(lián)三個PWM(脈沖寬度調制)開關電路，電動機的三相電流輸入電路分別連接在所述的三個開關電路上；在負極直流母線上串接一個采樣電阻R1；通過PWM脈沖波形控制開關電路的導通和關斷，并采集電阻R1兩端的電壓來檢測電動機的各相電流。
2.根據權利要求1所述的檢測電路，其特征在于所述的PWM開關電路包含至少一對功率三極管，相互之間通過發(fā)射基和集電極相連，其接點與電動機的各相電流的輸入端連接；每個三極管的基極接PWM信號的輸入端。
3.根據權利要求1或2所述的檢測電路，其特征在于所述的采樣電阻R1的兩端通過電阻R2和R3分別連接運算放大器的正向和反向輸入端，放大器的輸出端與反向輸入端之間連接反饋電阻R4，放大器的輸出端通過由電阻R5和二極管D1組成的鉗位電路連接A/D轉換電路。
專利摘要本實用新型公開了一種機床交流伺服系統(tǒng)的電動機三相電流檢測電路。本實用新型所述的機床交流伺服系統(tǒng)的電動機三相電流檢測電路，該檢測電路的直流電源母線之間并聯(lián)三個PWM(脈沖寬度調制)開關電路，電動機的三相電流輸入電路分別連接在所述的三個開關電路上；在負極直流母線上串接一個采樣電阻R1；通過PWM脈沖波形控制開關電路的導通和關斷，并采集電阻R1兩端的電壓來檢測電動機的各相電流。本實用新型通過一個簡單、便宜的電阻測得交流電動機三相電流，不再需要復雜昂貴的傳感器，因此可大大降低機床交流伺服系統(tǒng)的檢測成本，優(yōu)化了交流伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)結構。
文檔編號G01R31/34GK2699312SQ20042004346
公開日2005年5月11日 申請日期2004年3月15日 優(yōu)先權日2004年3月15日
發(fā)明者潘月斗, 何敏佳, 曹振濤 申請人:廣州數控設備有限公司