調(diào)制器提高運(yùn)動(dòng)控制效率設(shè)計(jì)方案介紹。
內(nèi)容簡(jiǎn)介:電機(jī)控制中最常用的電流傳感器為分流電阻、霍爾效應(yīng)(HE)傳感器以及電流互感器(CT)。雖然分流電阻不具有隔離功能且會(huì)引起損耗,但它是所有傳感器中最具線(xiàn)性、成本最低且同時(shí)適用于交流和直流測(cè)量的傳感器。為限制分流電阻功率損耗的信號(hào)電平衰減通常將分流應(yīng)用損耗限制為50 A或更低。
工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制涵蓋一系列應(yīng)用,包括基于逆變器的風(fēng)扇或泵控制、具有更為復(fù)雜的交流驅(qū)動(dòng)控制的工廠自動(dòng)化以及高級(jí)自動(dòng)化應(yīng)用(如具有高級(jí)伺服控制的機(jī)器人)。這些系統(tǒng)需要檢測(cè)多個(gè)變量,例如電機(jī)繞組電流或電壓、直流鏈路電流或電壓、轉(zhuǎn)子位置和速度。變量的選擇和所需的測(cè)量精度取決于終端應(yīng)用需求、系統(tǒng)架構(gòu)、目標(biāo)系統(tǒng)成本或系統(tǒng)復(fù)雜度。還有其他考慮因素,例如狀態(tài)監(jiān)控等增值特性。據(jù)報(bào)道,電機(jī)占全球總能耗的40%,國(guó)際法規(guī)越來(lái)越注重全體工業(yè)運(yùn)動(dòng)應(yīng)用的系統(tǒng)效率(參見(jiàn)圖1)。
各種電機(jī)控制信號(hào)鏈拓?fù)渲械碾娏骱碗妷簷z測(cè)技術(shù)會(huì)因電機(jī)額定功率、系統(tǒng)性能要求和終端應(yīng)用而有所差異。由于這個(gè)原因,不同的傳感器選擇、電流隔離要求、模數(shù)轉(zhuǎn)換器選擇、系統(tǒng)集成度和系統(tǒng)電源/接地劃分,導(dǎo)致電機(jī)控制信號(hào)鏈實(shí)現(xiàn)方案也不相同。雖然隔離要求通常對(duì)最終電路拓?fù)浜图軜?gòu)有著重要影響,但本文關(guān)注的重點(diǎn)是如何改善電流檢測(cè)(作為一個(gè)影響因素)來(lái)實(shí)現(xiàn)更高效的電機(jī)控制系統(tǒng)。
電流和電壓測(cè)量
圖2所示為一個(gè)通用電機(jī)控制信號(hào)鏈。為實(shí)現(xiàn)高保真測(cè)量而進(jìn)行的信號(hào)調(diào)理并非易事。相位電流檢測(cè)尤其困難,因?yàn)樵摴?jié)點(diǎn)連接的電路節(jié)點(diǎn)與逆變器模塊核心中的柵極驅(qū)動(dòng)器輸出的節(jié)點(diǎn)相同,因此在隔離電壓和開(kāi)關(guān)瞬變方面的需求也相同。
電機(jī)控制中最常用的電流傳感器為分流電阻、霍爾效應(yīng)(HE)傳感器以及電流互感器(CT)。雖然分流電阻不具有隔離功能且會(huì)引起損耗,但它是所有傳感器中最具線(xiàn)性、成本最低且同時(shí)適用于交流和直流測(cè)量的傳感器。為限制分流電阻功率損耗的信號(hào)電平衰減通常將分流應(yīng)用損耗限制為50 A或更低。電流互感器和霍爾效應(yīng)傳感器可提供固有的隔離,因此能夠用于電流較高的系統(tǒng),但它們的成本更高,并且在精度上不及采用分流電阻的解決方案,這是由于此類(lèi)傳感器本身的初始精度較差或者在溫度方面的精度較差。與傳感器類(lèi)型不同,電機(jī)電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)有很多選擇,如圖3所示,其中以直接同相繞組電流測(cè)量最為理想,可用于高性能系統(tǒng)。
有許多拓?fù)淇捎脕?lái)檢測(cè)電機(jī)電流,并需考慮多種因素,例如成本、功耗以及性能水平,但對(duì)大多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員而言,一個(gè)重要目標(biāo)是在成本控制范圍內(nèi)提高效率。
從霍爾效應(yīng)傳感器到分流電阻
與隔離式Σ-Δ調(diào)制器耦合的分流電阻可提供最優(yōu)質(zhì)的電流反饋,其中的電流電平足夠低。目前,系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員明顯傾向于從霍爾效應(yīng)傳感器轉(zhuǎn)移到分流電阻,并且與隔離式放大器方案相比,設(shè)計(jì)人員更傾向于采用隔離式調(diào)制器方案。將霍爾效應(yīng)傳感器替換為分流電阻的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員往往會(huì)選擇隔離式放大器,并繼續(xù)使用之前在基于霍爾效應(yīng)傳感器的設(shè)計(jì)中使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。這種情況下,無(wú)論ADC性能如何,設(shè)計(jì)性能都會(huì)受到隔離式放大器的限制。
將隔離式放大器和ADC替換為隔離式Σ-Δ調(diào)制器可消除性能瓶頸,并大大改善設(shè)計(jì),通常可將其從9到10位的優(yōu)質(zhì)反饋提升到12位水平。此外,還可配置處理Σ-Δ調(diào)制器輸出所需的數(shù)字濾波器,以實(shí)現(xiàn)快速過(guò)流保護(hù)(OCP)環(huán)路,從而無(wú)需模擬過(guò)流保護(hù)電路。
現(xiàn)有Σ-Δ調(diào)制器可提供±250 mV(±320 mV滿(mǎn)量程用于OCP)的差分輸入范圍,特別適合阻性分流器測(cè)量。模擬調(diào)制器對(duì)模擬輸入持續(xù)采樣,而輸入信息則包含在數(shù)字輸出流內(nèi),其數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)20 MHz.通過(guò)適當(dāng)?shù)臄?shù)字濾波器可重構(gòu)原始信息。由于轉(zhuǎn)換性能可與帶寬或?yàn)V波器群延遲進(jìn)行交換,因此更粗略、更快速的濾波器能夠以大約2μs的時(shí)間提供快速OCP響應(yīng),非常適合IGBT保護(hù)。
縮小分流電阻尺寸
從信號(hào)測(cè)量方面來(lái)看,一些主要難題與分流電阻的選擇有關(guān),因?yàn)樾枰獙?shí)現(xiàn)靈敏度和功耗之間的平衡。電阻自身的發(fā)熱效應(yīng)導(dǎo)致的非線(xiàn)性情況也會(huì)是使用較大電阻所面臨的挑戰(zhàn)。因此,設(shè)計(jì)人員必須做出權(quán)衡取舍,而更棘手的是,他們往往需要選擇一個(gè)適當(dāng)大小的分流電阻,以滿(mǎn)足不同電流電平下各種型號(hào)和電機(jī)的需求。如果面對(duì)數(shù)倍于電機(jī)額定電流的峰值電流,并需要可靠捕獲兩者的值,則保持動(dòng)態(tài)范圍也是一個(gè)難題。
面對(duì)這些難題,系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員非常需要具有更寬動(dòng)態(tài)范圍或更高信噪比和信納比(SINAD)的優(yōu)異Σ-Δ調(diào)制器。最新的隔離式Σ-Δ調(diào)制器產(chǎn)品具有16位分辨率,并可確保高達(dá)12位有效位數(shù)(ENOB)的性能。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)說(shuō)明來(lái)自西安泰富西瑪電機(jī)(西安西瑪電機(jī)集團(tuán)股份有限公司)官方網(wǎng)站:http://www.zmbaxc.cn/zixun/dianjibaike104.html
圖1:工業(yè)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用圖譜
各種電機(jī)控制信號(hào)鏈拓?fù)渲械碾娏骱碗妷簷z測(cè)技術(shù)會(huì)因電機(jī)額定功率、系統(tǒng)性能要求和終端應(yīng)用而有所差異。由于這個(gè)原因,不同的傳感器選擇、電流隔離要求、模數(shù)轉(zhuǎn)換器選擇、系統(tǒng)集成度和系統(tǒng)電源/接地劃分,導(dǎo)致電機(jī)控制信號(hào)鏈實(shí)現(xiàn)方案也不相同。雖然隔離要求通常對(duì)最終電路拓?fù)浜图軜?gòu)有著重要影響,但本文關(guān)注的重點(diǎn)是如何改善電流檢測(cè)(作為一個(gè)影響因素)來(lái)實(shí)現(xiàn)更高效的電機(jī)控制系統(tǒng)。
電流和電壓測(cè)量
圖2所示為一個(gè)通用電機(jī)控制信號(hào)鏈。為實(shí)現(xiàn)高保真測(cè)量而進(jìn)行的信號(hào)調(diào)理并非易事。相位電流檢測(cè)尤其困難,因?yàn)樵摴?jié)點(diǎn)連接的電路節(jié)點(diǎn)與逆變器模塊核心中的柵極驅(qū)動(dòng)器輸出的節(jié)點(diǎn)相同,因此在隔離電壓和開(kāi)關(guān)瞬變方面的需求也相同。
圖2:通用電機(jī)控制信號(hào)鏈
電機(jī)控制中最常用的電流傳感器為分流電阻、霍爾效應(yīng)(HE)傳感器以及電流互感器(CT)。雖然分流電阻不具有隔離功能且會(huì)引起損耗,但它是所有傳感器中最具線(xiàn)性、成本最低且同時(shí)適用于交流和直流測(cè)量的傳感器。為限制分流電阻功率損耗的信號(hào)電平衰減通常將分流應(yīng)用損耗限制為50 A或更低。電流互感器和霍爾效應(yīng)傳感器可提供固有的隔離,因此能夠用于電流較高的系統(tǒng),但它們的成本更高,并且在精度上不及采用分流電阻的解決方案,這是由于此類(lèi)傳感器本身的初始精度較差或者在溫度方面的精度較差。與傳感器類(lèi)型不同,電機(jī)電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)有很多選擇,如圖3所示,其中以直接同相繞組電流測(cè)量最為理想,可用于高性能系統(tǒng)。
圖3:隔離式和非隔離式電機(jī)電流反饋
有許多拓?fù)淇捎脕?lái)檢測(cè)電機(jī)電流,并需考慮多種因素,例如成本、功耗以及性能水平,但對(duì)大多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員而言,一個(gè)重要目標(biāo)是在成本控制范圍內(nèi)提高效率。
從霍爾效應(yīng)傳感器到分流電阻
與隔離式Σ-Δ調(diào)制器耦合的分流電阻可提供最優(yōu)質(zhì)的電流反饋,其中的電流電平足夠低。目前,系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員明顯傾向于從霍爾效應(yīng)傳感器轉(zhuǎn)移到分流電阻,并且與隔離式放大器方案相比,設(shè)計(jì)人員更傾向于采用隔離式調(diào)制器方案。將霍爾效應(yīng)傳感器替換為分流電阻的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員往往會(huì)選擇隔離式放大器,并繼續(xù)使用之前在基于霍爾效應(yīng)傳感器的設(shè)計(jì)中使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。這種情況下,無(wú)論ADC性能如何,設(shè)計(jì)性能都會(huì)受到隔離式放大器的限制。
將隔離式放大器和ADC替換為隔離式Σ-Δ調(diào)制器可消除性能瓶頸,并大大改善設(shè)計(jì),通常可將其從9到10位的優(yōu)質(zhì)反饋提升到12位水平。此外,還可配置處理Σ-Δ調(diào)制器輸出所需的數(shù)字濾波器,以實(shí)現(xiàn)快速過(guò)流保護(hù)(OCP)環(huán)路,從而無(wú)需模擬過(guò)流保護(hù)電路。
現(xiàn)有Σ-Δ調(diào)制器可提供±250 mV(±320 mV滿(mǎn)量程用于OCP)的差分輸入范圍,特別適合阻性分流器測(cè)量。模擬調(diào)制器對(duì)模擬輸入持續(xù)采樣,而輸入信息則包含在數(shù)字輸出流內(nèi),其數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)20 MHz.通過(guò)適當(dāng)?shù)臄?shù)字濾波器可重構(gòu)原始信息。由于轉(zhuǎn)換性能可與帶寬或?yàn)V波器群延遲進(jìn)行交換,因此更粗略、更快速的濾波器能夠以大約2μs的時(shí)間提供快速OCP響應(yīng),非常適合IGBT保護(hù)。
縮小分流電阻尺寸
從信號(hào)測(cè)量方面來(lái)看,一些主要難題與分流電阻的選擇有關(guān),因?yàn)樾枰獙?shí)現(xiàn)靈敏度和功耗之間的平衡。電阻自身的發(fā)熱效應(yīng)導(dǎo)致的非線(xiàn)性情況也會(huì)是使用較大電阻所面臨的挑戰(zhàn)。因此,設(shè)計(jì)人員必須做出權(quán)衡取舍,而更棘手的是,他們往往需要選擇一個(gè)適當(dāng)大小的分流電阻,以滿(mǎn)足不同電流電平下各種型號(hào)和電機(jī)的需求。如果面對(duì)數(shù)倍于電機(jī)額定電流的峰值電流,并需要可靠捕獲兩者的值,則保持動(dòng)態(tài)范圍也是一個(gè)難題。
面對(duì)這些難題,系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員非常需要具有更寬動(dòng)態(tài)范圍或更高信噪比和信納比(SINAD)的優(yōu)異Σ-Δ調(diào)制器。最新的隔離式Σ-Δ調(diào)制器產(chǎn)品具有16位分辨率,并可確保高達(dá)12位有效位數(shù)(ENOB)的性能。
圖4:高性能二階Σ-Δ調(diào)制器AD7403
轉(zhuǎn)載請(qǐng)說(shuō)明來(lái)自西安泰富西瑪電機(jī)(西安西瑪電機(jī)集團(tuán)股份有限公司)官方網(wǎng)站:http://www.zmbaxc.cn/zixun/dianjibaike104.html
以上內(nèi)容由西安泰富西瑪電機(jī)(西安西瑪電機(jī)集團(tuán)股份有限公司)網(wǎng)絡(luò)編輯部收集整理發(fā)布,僅為傳播更多電機(jī)行業(yè)相關(guān)資訊及電機(jī)相關(guān)知識(shí),僅供網(wǎng)友、用戶(hù)、及廣大經(jīng)銷(xiāo)商參考之用,不代表西安泰富西瑪電機(jī)同意或默認(rèn)以上內(nèi)容的正確性和有效性。讀者根據(jù)本文內(nèi)容所進(jìn)行的任何商業(yè)行為,西安泰富西瑪電機(jī)不承擔(dān)任何連帶責(zé)任。如果以上內(nèi)容不實(shí)或侵犯了您的知識(shí)產(chǎn)權(quán),請(qǐng)及時(shí)與我們聯(lián)系,西安泰富西瑪電機(jī)網(wǎng)絡(luò)部將及時(shí)予以修正或刪除相關(guān)信息。
他們還瀏覽了...
- 2022-7-3電機(jī)風(fēng)罩的工作原理及其用途。
- 2022-5-14高效節(jié)能電機(jī)過(guò)熱原因分析
- 2022-4-17多大功率的電機(jī)才需要降壓?jiǎn)?dòng)?
- 2022-4-10如何看懂電機(jī)的型號(hào)?
- 2022-4-10電機(jī)維修期間應(yīng)考慮什么?
- 2018-3-2開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用。
- 2018-3-1電機(jī)維修中錯(cuò)誤的操作帶來(lái)的危害性。
- 2018-2-23變頻電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合。
- 2018-2-6如何防止永磁同步電機(jī)失磁?
- 2018-2-5伺服電機(jī)節(jié)能原理分析。
行業(yè)資訊
電機(jī)風(fēng)罩的工作原理及其用途。
高壓電機(jī)軸磨損維修的詳細(xì)流程
三相異步電動(dòng)機(jī)安裝步驟以及西瑪電機(jī)的故障檢查
西瑪電機(jī)接線(xiàn)中最常見(jiàn)的幾種錯(cuò)誤
綠色發(fā)展可以幫助電機(jī)廠家解決利潤(rùn)問(wèn)題
高效節(jié)能電機(jī)過(guò)熱原因分析
需要更換高效節(jié)能的電機(jī)的必要性分析!
西安西瑪電機(jī)頻率和速度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系
高壓電機(jī)軸磨損維修的詳細(xì)流程
三相異步電動(dòng)機(jī)安裝步驟以及西瑪電機(jī)的故障檢查
西瑪電機(jī)接線(xiàn)中最常見(jiàn)的幾種錯(cuò)誤
綠色發(fā)展可以幫助電機(jī)廠家解決利潤(rùn)問(wèn)題
高效節(jié)能電機(jī)過(guò)熱原因分析
需要更換高效節(jié)能的電機(jī)的必要性分析!
西安西瑪電機(jī)頻率和速度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系
西安西瑪電機(jī)舉辦“迎國(guó)慶”員工趣味運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目比
關(guān)于西安西瑪電機(jī)的工作制,大家了解一下。
西安西瑪電機(jī)工會(huì)慶祝3月8日的評(píng)選頒獎(jiǎng)活動(dòng)。
西安西瑪電機(jī)向在抗擊疫情前線(xiàn)的工作人員們致敬
西安西瑪電機(jī)職工安全生產(chǎn)知識(shí)宣傳教育工作全面
西安泰富西瑪電機(jī)亮相第27屆中國(guó)西部國(guó)際裝備
西安泰富西瑪電機(jī)將高效節(jié)能三相異步電動(dòng)機(jī)作為
西安西瑪電機(jī)始終堅(jiān)持誠(chéng)信銷(xiāo)售的理念。
關(guān)于西安西瑪電機(jī)的工作制,大家了解一下。
西安西瑪電機(jī)工會(huì)慶祝3月8日的評(píng)選頒獎(jiǎng)活動(dòng)。
西安西瑪電機(jī)向在抗擊疫情前線(xiàn)的工作人員們致敬
西安西瑪電機(jī)職工安全生產(chǎn)知識(shí)宣傳教育工作全面
西安泰富西瑪電機(jī)亮相第27屆中國(guó)西部國(guó)際裝備
西安泰富西瑪電機(jī)將高效節(jié)能三相異步電動(dòng)機(jī)作為
西安西瑪電機(jī)始終堅(jiān)持誠(chéng)信銷(xiāo)售的理念。
泰富西瑪電機(jī)
配套電柜
電機(jī)配件
- YKK系列高壓三相異步電機(jī)西安泰富西瑪YKK系列(H355-1000)高壓三相異步電機(jī)可作驅(qū)動(dòng)
- Y2系列緊湊型高壓異步電機(jī)西安泰富西瑪?Y2系列(H355-560)6KV緊湊型高壓異步電機(jī)可
- YE3系列高效節(jié)能電機(jī)西安泰富西瑪電機(jī)生產(chǎn)的YE3系列高效節(jié)能電機(jī)達(dá)到了國(guó)標(biāo)二級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn),
- Z4系列直流電機(jī)西安泰富西瑪Z4系列直流電動(dòng)機(jī)比Z2、Z3系列具有更大的優(yōu)越性,它不
- Z2系列小型直流電機(jī)西安泰富西瑪Z2系列電機(jī)為一般工業(yè)用小型直流電機(jī),其電動(dòng)機(jī)適用于恒功
- ZTP型鐵路機(jī)車(chē)動(dòng)車(chē)用直流輔助西安泰富西瑪ZTP系列西瑪電機(jī)應(yīng)能滿(mǎn)足鐵路機(jī)車(chē)動(dòng)車(chē)用直流輔助電機(jī)通用