上一章節(jié)我們了解完無感 FOC 的整個流程和原理，我們都知道，要想估算出轉(zhuǎn)字的實際轉(zhuǎn)速和角度，我們就必須要先要采集三相電流 IA、IB、IC，再通過 Clark 變化、Park 變化和反 Park 變換，那么這一節(jié)我將帶大家了解如何進行三相電流采樣。

       相電流的采樣在 FOC 控制算法中是一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，鑒于成本和易用性，目前應用較多的就是分流電阻采樣，常見的就是單電阻、雙電阻和三電阻采樣。

一、單電阻采樣

圖 1 單電阻采樣電路圖

       單電阻采樣的原理就是根據(jù)通過測量直流母線的瞬時電流來重構(gòu)電機的相電流。其中R為串聯(lián)在母線中的采樣電阻，如上圖所示。

       至于怎么重構(gòu)單相電流，可以通過基爾霍夫定律得出：

圖 2 基爾霍夫定律公式

看公式可知，我們需要知道同一時刻的其中兩相電流才能得出三相電流，這個采樣電阻 R 真的可以在同一時刻采集到兩個相位的電流值嗎？

        在圖 1 中看到有六個開關(guān)元件，通過 SVPWM 調(diào)制的方法，上下管也不可2同時導通，這六個開關(guān)元件可以有 8 種開關(guān)狀態(tài)的組合，讓我們定義上橋臂的開關(guān)管導通時為“1”，關(guān)斷時為“0”，這樣可以得出六組基本非零矢量 V001、V010、V011、V100、V101、V110 和兩組零矢量 V000、V111，我們可以將六個非零電壓矢量劃分成六個扇區(qū)，如下圖所示，在零矢量的作用下，母線上采樣電阻無電流流過。

圖 3 基礎矢量與矢量圓

       我們以扇區(qū) 1 的 V100 和 V110 為例，規(guī)定從電機繞組電流流入的方向為正，從繞組電流流出的方向為負。

       當在矢量 V100 作用下時，A 相的上管導通，B 相、C 相的下管導通，電流的流向如圖 3 所示，電流從  A 相流入，從 B 相和 C相流出，此時母線電流的測量值 I = IA；

圖 4 V100 狀態(tài)下的電流流向

       當在矢量 V110 作用下時，A 相、B 相的上管導通，C 相的下管導通，電流的流向如圖 4 所示，電流從 A 相、B 相流入，從B 相和 C相流出，此時母線電流的測量值 I = -IC；

圖 5 V110 狀態(tài)下電流流向

       我們把矢量放入載波周期圖中觀看，我們在淺藍色區(qū)域可以采集到 C 相的電流，在淺橙色區(qū)域可以采集到 A 相的電流，如果載波周期足夠短的話，我們可以近似地認為這是同一時刻下分別流過 C 相和 A 相的電流，從而重構(gòu)出 B 相的電流。

圖 6 扇區(qū) 1 單電阻采樣時刻

       我們知道電感有續(xù)流的特性，流過它的電流不能突變，那么當我們的電感值足夠大，載波周期足夠小時，我們就可以把這一個載波周期內(nèi)，兩次不同開關(guān)狀態(tài)下檢測到的兩相的電流，近似看成同一時刻這兩相的電流值。從而根據(jù)基爾霍夫定律重構(gòu)出這一時刻的三相電流。

二、雙電阻采樣

        雙電阻采樣相電流方法是在全橋逆變電路的任意兩個下橋臂分別串聯(lián)一個采樣電阻，從采樣電阻R1、R2兩端采集電壓信號，

圖 7 雙電阻采樣電路圖

       采樣時刻的分析過程與單電阻采樣類似，首先分析8個基礎矢量下流過各個采樣電阻的電流；最終確定采樣時刻為矢量V000作用時進行采樣，此時三相上橋臂截止的時刻，此時相電流通過二極管進行續(xù)流，通過采樣續(xù)流電流可以得到真實的相電流。

圖 8 V000 狀態(tài)下電流流向

       采集到其中兩相電流后，通過計算得到全部的相電流信息，從而實現(xiàn)三相電流的重構(gòu)。

三、三電阻采樣

       三電阻采樣相電流方法是在全橋逆變電路的三個下橋臂分別串聯(lián)一個采樣電阻，從采樣電阻R1、R2、R3兩端采集電壓信號，經(jīng)后端放大、采集和計算后得到相電流的大小，三路采樣如下圖所示：

圖 8 三電阻采樣電路圖

      三電阻采樣的時刻與雙電阻采樣時刻一樣，為矢量V000作用時進行采樣，此時三相上橋臂截止的時刻，此時相電流通過二極管進行續(xù)流，通過采樣續(xù)流電流可以得到真實的相電流。

圖 9 三電阻采樣分析

       本章就為大家介紹 FOC 算法中電流采樣常見的三種方法：單電阻采樣、雙電阻采樣、三電阻采樣，下章將為大家介紹 Clark 變換、Park 變化和反 Clark 變化這些變換的作用是什么。