专利名称：机床交流伺服系统的电动机三相电流检测电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机床交流伺服系统的电路检测领域。
背景技术：
机床交流伺服系统控制交流电动机时，要求测知交流电动机的三相电流。一般的方法是通过电流传感器直接测得三相电流，基于电机绕组的联接方式，要求至少需要两个电流传感器。常用的电流传感器为霍尔元件，这类传感器制作复杂、价格昂贵，体积较大；在进行电流采样时，要求两路A/D(模拟量到数字量的转换)转换，而且严格要求同步转换。
发明内容
本实用新型的发明目的在于提供一种机床交流伺服系统的电动机三相电流检测电路，通过在直流母线上串接一个简单、便宜的电阻，根据PWM(脉宽调制)调制的规律测得交流电动机三相电流。
本实用新型所述的机床交流伺服系统的电动机三相电流检测电路，该检测电路的直流电源母线之间并联三个PWM(脉冲宽度调制)开关电路，电动机的三相电流输入电路分别连接在所述的三个开关电路上；在负极直流母线上串接一个采样电阻R1；通过PWM脉冲波形控制开关电路的导通和关断，并采集电阻R1两端的电压来检测电动机的各相电流。
所述的PWM开关电路包含至少一对功率三极管，相互之间通过发射基和集电极相连，其接点与电动机的各相电流的输入端连接；每个三极管的基极接PWM信号的输入端。
所述的采样电阻R1的两端通过电阻R2和R3分别连接运算放大器的正向和反向输入端，放大器的输出端与反向输入端之间连接反馈电阻R4，放大器的输出端通过由电阻R5和二极管D1组成的钳位电路连接A/D转换电路。
本实用新型通过一个简单、便宜的电阻测得交流电动机三相电流，不再需要复杂昂贵的传感器，因此可大大降低机床交流伺服系统的检测成本，优化了交流伺服系统的系统结构。
图1为本实用新型的电流检测电路原理示意图；图2为本实用新型的电流检测电路图；图3为图2中功率三极管的PWM脉冲波形控制信号示意图；图4为本实用新型的电流采样原理图。
具体实施方式
本实用新型所述的机床交流伺服系统的电动机三相电流检测电路，如图1所示，该检测电路的直流电源母线之间并联三个PWM(脉冲宽度调制)开关电路，电动机的三相电流输入电路分别连接在所述的三个开关电路上；在负极直流母线上串接一个采样电阻R1；通过PWM脉冲波形控制开关电路的导通和关断，并测定电阻R1的电压来检测电动机的各相电流。
如图2所示，所述的PWM开关电路包含至少一对功率三极管，相互之间通过发射基和集电极相连，其接点与电动机的三相电流的输入端连接；每个三极管的基极接PWM信号的输入端。
通过本实用新型所述的电路检测电动机的A、B、C三相的电流Ia、Ib、Ic的原理为定义一个开关量Sa，当A相上臂的功率三极管导通时，令Sa＝1；而A相下臂的功率三极管导通时，令Sa＝0。同理，对B和C相进行定义。串接在直流母线上的电阻R1的电流为Idc，基于开关状态的定子电流可表示如下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)如图2所示，功率三极管是通过PWM(脉冲宽度调制)脉冲波形来控制其导通与关断的，其作用相当于一个开关，当PWM波形为正时，功率三极管导通，反之关断。
如图1和图2所示，A相电流Ia为直流母线电流，三相电流都能在直流母线上测量到，但测量不同的相电流时，(Sa，Sb，Sc)不同。
图中的开关状态为(Sa，Sb，Sc)＝(0，1，1)，Idc＝Ia在一个PWM周期中，定义T1为一个PWM周期中先出现的电压向量持续时间，T2后出现的电压向量持续时间。
如图3所示，在对称PWM调制方式中，前半周期里依次是矢量状态(0，0，0)、矢量状态(0，0，1)、矢量状态(1，0，1)、矢量状态(1，1，1)，后半周期包括同样的矢量状态队列，只是顺序相反。
如图3所示，在T1时矢量状态为(0，0，1)，于是测得相电流是Ic＝Idc。
分别在T1、T2时期内进行电流测量，就会得到两相电流值，第三相电流由等式Ia+Ib+Ic＝0可得。
图4给出了从采样电阻R1上测定电流值的电路原理图。采样电阻R1的两端通过电阻R2和R3分别连接运算放大器的正向和反向输入端，放大器的输出端与反向输入端之间连接反馈电阻R4，放大器的输出端通过由电阻R5和二极管D1组成的钳位电路连接A/D转换电路。
如图4所示，采样电阻R1串接在直流母线上，逆变器流出的电流都要通过它。用一个运算放大器采集电阻两端的电压，其输出作为DSP(数字信号处理器)模/数转换器的输入，范围在0～5V。
本实用新型所采用的是电阻电流采样方案，对电阻的要求首先是低功耗，其次是采集电压值适应合理的模/数转换器采样增益。例如，被测相电流峰值为10A，运算放大器增益为10，使模/数转换器输入范围在0～5V以内，则电阻R1阻值应为50mΩ。
权利要求1.机床交流伺服系统的电动机三相电流检测电路，其特征在于该检测电路的直流电源母线之间并联三个PWM(脉冲宽度调制)开关电路，电动机的三相电流输入电路分别连接在所述的三个开关电路上；在负极直流母线上串接一个采样电阻R1；通过PWM脉冲波形控制开关电路的导通和关断，并采集电阻R1两端的电压来检测电动机的各相电流。
2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于所述的PWM开关电路包含至少一对功率三极管，相互之间通过发射基和集电极相连，其接点与电动机的各相电流的输入端连接；每个三极管的基极接PWM信号的输入端。
3.根据权利要求1或2所述的检测电路，其特征在于所述的采样电阻R1的两端通过电阻R2和R3分别连接运算放大器的正向和反向输入端，放大器的输出端与反向输入端之间连接反馈电阻R4，放大器的输出端通过由电阻R5和二极管D1组成的钳位电路连接A/D转换电路。
专利摘要本实用新型公开了一种机床交流伺服系统的电动机三相电流检测电路。本实用新型所述的机床交流伺服系统的电动机三相电流检测电路，该检测电路的直流电源母线之间并联三个PWM(脉冲宽度调制)开关电路，电动机的三相电流输入电路分别连接在所述的三个开关电路上；在负极直流母线上串接一个采样电阻R1；通过PWM脉冲波形控制开关电路的导通和关断，并采集电阻R1两端的电压来检测电动机的各相电流。本实用新型通过一个简单、便宜的电阻测得交流电动机三相电流，不再需要复杂昂贵的传感器，因此可大大降低机床交流伺服系统的检测成本，优化了交流伺服系统的系统结构。
文档编号G01R31/34GK2699312SQ20042004346
公开日2005年5月11日 申请日期2004年3月15日 优先权日2004年3月15日
发明者潘月斗, 何敏佳, 曹振涛 申请人:广州数控设备有限公司