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本文重點(diǎn)介紹了 Pewatron 在測(cè)量普遍使用的三相電機(jī)的牽引電流方面降低成本的機(jī)會(huì)。

在大多數(shù)行業(yè)中，不斷有降低成本的壓力。對(duì)于汽車環(huán)境尤其如此。環(huán)境壓力意味著混合動(dòng)力或純電動(dòng)汽車的銷量將不斷增加。更高的產(chǎn)量意味著在傳動(dòng)系統(tǒng)的所有領(lǐng)域都有相當(dāng)大的設(shè)計(jì)改進(jìn)。

本文重點(diǎn)介紹測(cè)量普遍使用的三相電機(jī)牽引電流時(shí)降低成本的機(jī)會(huì)。電流通常高達(dá) 2000A 的峰值，電池電壓高達(dá)兩三百伏。相電流測(cè)量是變速驅(qū)動(dòng)算法的重要組成部分。為了優(yōu)化效率，需要測(cè)量相電壓、電流和相角。此外，還需要測(cè)量電流以防止過(guò)載和檢查系統(tǒng)故障。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，對(duì)于三相電機(jī)，只需要兩個(gè)電流傳感器，因?yàn)榈谌嗟碾娏骺梢詮钠渌麅上嗟目偤椭械贸觥Ｈ欢?dāng)考慮到系統(tǒng)的安全性和可靠性時(shí)，最好使用三個(gè)電流傳感器，這樣可以進(jìn)行系統(tǒng)交叉檢查。

出于多種原因，測(cè)量實(shí)際相電流而不是嘗試從橋臂電流中推導(dǎo)出它是有益的。不需要很高的精度。電機(jī)不是精密設(shè)備，因此幾個(gè)百分比的誤差對(duì)系統(tǒng)效率、驅(qū)動(dòng)平滑度或噪聲影響不大。另一方面，確實(shí)需要在所有速度和負(fù)載范圍以及四個(gè)操作象限內(nèi)保持準(zhǔn)確性。

傳統(tǒng)方法

這種方法使用三個(gè)獨(dú)立的電流傳感器，它們?cè)谒璧碾娏骱蜏囟确秶鷥?nèi)具有必要的精度。它們可能還需要大于約 30kHz 的頻率響應(yīng)來(lái)“觀察”PWM 振蕩并快速響應(yīng)以實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。

圖 1：傳統(tǒng)的 3 相電流檢測(cè) – 100%

這些傳感器可能是帶有磁芯的開(kāi)環(huán)霍爾器件。它們應(yīng)該對(duì)感應(yīng)孔內(nèi)的導(dǎo)體位置有合理的容忍度。3 個(gè)傳感器的價(jià)格約為 120-150 美元。

無(wú)芯電流傳感器 用于牽引環(huán)境的下一代傳感器將是無(wú)芯的。磁場(chǎng)傳感器陣列位于代替磁芯的孔周圍。這減小了尺寸和重量。（尺寸和重量是電動(dòng)汽車的重要品質(zhì)。）

圖 2：無(wú)芯 3 相電流感應(yīng) - ~ 66%

通常，無(wú)芯傳感器具有出色的線性度，因?yàn)闆](méi)有芯飽和效應(yīng)。此外，它們的頻率響應(yīng)可以超過(guò) 100kHz。

三相傳感器

下一個(gè)降低成本的進(jìn)程是使用三相傳感器。對(duì)于 coreless，這尤其有吸引力。它還節(jié)省了 2 個(gè)連接器，因?yàn)橹恍枰粋€(gè) 3 相連接器。傳感器可以布置在單個(gè) PCB 上。如果環(huán)境允許，可能不需要外殼。厚的保形涂層可提供防潮保護(hù)。可能需要靜電屏蔽以提高信噪比。

通常，無(wú)芯傳感器具有出色的線性度，因?yàn)闆](méi)有芯飽和效應(yīng)。此外，它們的頻率響應(yīng)可以超過(guò) 100kHz。三相傳感器 下一個(gè)降低成本的進(jìn)程是使用三相傳感器。對(duì)于 coreless，這尤其有吸引力。它還節(jié)省了 2 個(gè)連接器，因?yàn)橹恍枰粋€(gè) 3 相連接器。傳感器可以布置在單個(gè) PCB 上。如果環(huán)境允許，可能不需要外殼。厚的保形涂層可提供防潮保護(hù)。可能需要靜電屏蔽以提高信噪比。

圖 3：帶屏蔽的三相無(wú)芯 PCB ~ 20%

現(xiàn)在成本下降到不到三分之一。組件可以非常緊湊——也許完全集成到速度控制器中。

降低成本的三相傳感器

磁場(chǎng)傳感器陣列背后的原因是提供對(duì)雜散外部磁場(chǎng)的良好免疫力。它還使傳感器在很大程度上不受導(dǎo)體位置的影響。現(xiàn)在，如果導(dǎo)體位置是固定的，并且除了電機(jī)饋電之外沒(méi)有其他附近的導(dǎo)體，則可能不再需要傳感器陣列。每個(gè)相的單個(gè)磁場(chǎng)傳感器可能就足夠了。相位之間會(huì)有串?dāng)_，但這是系統(tǒng)性的，因此可以用合適的算法進(jìn)行補(bǔ)償。

圖 4：帶屏蔽和補(bǔ)償?shù)娜酂o(wú)芯 PCB ~ 15%

此選項(xiàng)可以進(jìn)一步降低成本。此選項(xiàng)的缺點(diǎn)是可能需要相當(dāng)復(fù)雜的校準(zhǔn)過(guò)程。然而，一旦算法完全開(kāi)發(fā)出來(lái)，校準(zhǔn)過(guò)程將完全自動(dòng)化。最終結(jié)果是與電流感測(cè)相關(guān)的硬件變得微不足道。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

像許多簡(jiǎn)單的系統(tǒng)一樣，需要仔細(xì)設(shè)計(jì)以確保必要的性能。Raztec 擁有多年的電流傳感設(shè)計(jì)技能，他們的設(shè)計(jì)合作伙伴 Pewatron 擁有經(jīng)驗(yàn)豐富的專家，是為特定應(yīng)用提供咨詢的絕佳位置。供應(yīng)合作伙伴提供范圍廣泛的磁場(chǎng)傳感器可供選擇，并且熟悉汽車行業(yè)或其他類似應(yīng)用領(lǐng)域所需的關(guān)鍵供應(yīng)方面。因此，客戶特定的解決方案非常受歡迎，工程師越早參與，解決方案就越能滿足需求。