摘要：本文介绍了一个伺服控制器电流传感器的选型和应用方案，分析了传感器的选型标准、应用场合。并介绍了相应的LEM 新型LTSR传感器的类型和参数和外围回路设计等，对其升级应用进行了阐述。最后根据分析给出了实测波形。

　　关键词：电流传感器 电压传感器  伺服控制器

 

　　中国已成为了全球纺织品的出口大国，为了提高自身的竞争力，国内各纺织厂家在追求低成本的同时，越来越注重纺织品的质量，而传统的织布机都是基于机械传动式的，机械式传动机构有以下几个固有缺陷：具有不可避免的机械误差、长时间运行后由于机械磨损加大误差、缺乏断电记忆功能。由于上述的这些固有缺陷使得机械传动机构的织布机无法织出高质量的布匹。随着电力电子技术和信号处理技术的不断发展，基于电气式、控制精度更高的伺服控制器在传统纺织行业的应用越来越广泛，这为提高织布机能效，控制精度等提供了技术基础。由于纺织行业的工作环境一般都比较恶劣，为了确保伺服控制器在高温、高湿和高粉尘密度环境下可靠的工作，伺服控制器的保护和运行状态的实时检测显得尤为重要。因此对伺服控制器进行设计时，对电流的监测元件的选型成为了关键设计因数之一。以下介绍一个伺服控制器为保护和精确控制设置而选择传感器的方案，该方案已在本公司的一款新型纺织机专用伺服控制器中得到了成功的应用。

 

　　该伺服系统由650W永磁同步电机、1KW 伺服控制器和相应的位置采样编码器组成。

永磁同步机具有控制精度高、响应速度快等特性在伺服控制中得到了越来越广泛的应用。该系统采用磁场定向矢量控制方案，其控制的关键点为电机的相电流，因此对相电流进行精确采样对系统的性能有着至关重要的影响。图一为该伺服控制器功率主回路系统框图：

                           　　　　 图一  伺服控制器主回路系统框图

    为了保护电容器，系统需要检测直流测母线电压值，当电压出现异常时能够通知控制系统关闭逆变器以检查问题。根据控制程序和控制电路的设定，直流母线电压被控制在一定的范围之内。当电动机处于电动状态时，电压会降低；而当电动机处于再生状态时，直流母线电压将上升。如果直流母线电压达到某一限定值，控制电路将IGBT-DB开通，将电能释放到再生电阻上，如果再生电阻的上消耗的功率能够满足设计要求，此时直流母线电压将回落，回落至一定的电压后控制电路将IGBT-DB关闭。同时系统需要检测输入伺服电机的电流用于电机磁场定向矢量控制和在发生电机过载时根据程序设定关断IPM。由于通常情况下电机中心点浮动，三相电流平衡，电机电流检测只需要检测两相，另一相电流由计算得出。

　　因此在该系统中需要两个高精度的电流传感器检测A、B和C三相电流中的任意两相。传感器给出的电流值送入电机闭环控制系统，用来检测当前电机的运行状况，同时控制系统根据该电流值对系统进行修正，以更好的控制电机。这两个传感器在安装位置上可以远离IGBT等发热量较大的部件。这样我们可以对该传感器提出以下要求：

（1）高精度，高速度

　　要精确控制电动机，电流的反馈信号应该足够准确，速度也应该足够快，至少能让控制系统采样时能够得到足够的采样信号。

（2）低温度漂移

　　纺织厂工作环境温度较高，最高环境温度有时会在50℃以上，同时电流传感器又安装在封闭的自然冷却控制箱内，因此工作环境温度更高。

（3）高线性度

　　为了保证电机力矩控制的精度，传感器在正常电流范围内必须有良好的线性度

（4）满足纺织机振动环境的要求

 

　　根据上述要求和正常运行时相电流的实际大小，并且考虑电机启动或发生异常时出现大电流时可以正常检测而不至于传感器饱和。我们选择了LEM公司的新型LSTR6电流传感器，该传感器是基于ASIC技术的闭环电流传感器，和开环传感器相比有精度高、响应时间短、温度漂移低，线性度好等优点。与前代LTS系列相比，在-40 ℃～85℃温度范围内温漂由100ppm/ ℃降低为37.5ppm/ ℃，使得控制环的稳定性得到了提高。该传感器采用＋5V单端供电，可共用系统＋5V电源，简化了电源设计，具有100Khz的宽广频带范围，响应时间低于400ns， 25℃时的误差为±0.2%，最大测量范围可到19.2A，具有多种原边电路连接方式，可有效提高低电流时的测量精度，具有REF端的输入、输出两种工作模式，可以方便的更改正、负电流测量范围。

　　图二给出了传感器环路的原理图，采用5V单一供电，REF端通过一301K电阻接地，原边电流输入方式采用串联方式，可以使得小电流时精度提高2倍。在此要注意，REF在不采用电压偏移校正时不能悬空，而是必须采用一220K以上的电阻接地，如要校正正、负电流测量范围。REF端可输入1.9~2.7V电压。

图二、传感器Schematic图

同时为了降低两传感器相互之间的干扰，在PCB上两传感器应垂直安装，如图三。

图三、传感器实物PCB图

 

图四为后续处理电路的简化框图。

图四、后续处理电路简图

  图五为实测实验波形图。

图五、实测波形图

　　本方案选用了LEM公司的新型电流传感器产品。该公司在传感器行业遥遥领先，几乎处于一个半垄断的地位。LEM公司为全世界传感器市场提供了各种各样的传感器，被广泛应用于汽车电子、UPS、SMPS、传动和运动控制等领域，相比其他传感器公司的产品有技术领先成本低廉种类多样等优势，这是我们在本方案中选择LEM传感器的原因。目前该产品在经过厂家试用和内部测试后已投产。电流传感器安装位置的现场工作温度0 ℃～50℃，

　　湿度为85％，振动为10Hz,0.8mm(p-p)，在这些条件下传感器均能稳定工作。同时在内部60℃，95％湿度，振动为55Hz,1.55mm(p-p)，条件下满载运行传感器同样工作良好，为系统可靠而良好运行提供了快速准确电流采样信息。

 

[1] 《LTSR：基于ASIC技术的闭环电流传感器》 北京莱姆电子有限公司

 

顾斌，上海御能动力科技有限公司伺服产品经理，从事伺服控制系统的开发。通信方式：上海御能动力科技有限公司伺服项目部 邮编200120 电话(021)58821113-333。Email: gub@kinwaytech.com.cn