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

       相電流的采樣在 FOC 控制算法中是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節，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(jiàn)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通過(guò)測量直流母線(xiàn)的瞬時(shí)電流來(lái)重構電機的相電流。其中R為串聯(lián)在母線(xiàn)中的采樣電阻，如上圖所示。

       至于怎么重構單相電流，可以通過(guò)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(shí)刻的其中兩相電流才能得出三相電流，這個(gè)采樣電阻 R 真的可以在同一時(shí)刻采集到兩個(gè)相位的電流值嗎？

        在圖 1 中看到有六個(gè)開(kāi)關(guān)元件，通過(guò) SVPWM 調制的方法，上下管也不可2同時(shí)導通，這六個(gè)開(kāi)關(guān)元件可以有 8 種開(kāi)關(guān)狀態(tài)的組合，讓我們定義上橋臂的開(kāi)關(guān)管導通時(shí)為“1”，關(guān)斷時(shí)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(gè)非零電壓矢量劃分成六個(gè)扇區，如下圖所示，在零矢量的作用下，母線(xiàn)上采樣電阻無(wú)電流流過(guò)。

圖 3 基礎矢量與矢量圓

       我們以扇區 1 的 V100 和 V110 為例，規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(shí)，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(shí)母線(xiàn)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(shí)，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(shí)母線(xiàn)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(guān)看，我們在淺藍色區域可以采集到 C 相的電流，在淺橙色區域可以采集到 A 相的電流，如果載波周期足夠短的話(huà)，我們可以近似地認為這是同一時(shí)刻下分別流過(guò) C 相和 A 相的電流，從而重構出 B 相的電流。

圖 6 扇區 1 單電阻采樣時(shí)刻

       我們知道電感有續流的特性，流過(guò)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(shí)，我們就可以把這一個(gè)載波周期內，兩次不同開(kāi)關(guān)狀態(tài)下檢測到的兩相的電流，近似看成同一時(shí)刻這兩相的電流值。從而根據基爾霍夫定律重構出這一時(shí)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(gè)下橋臂分別串聯(lián)一個(gè)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(shí)刻的分析過(guò)程與單電阻采樣類(lèi)似，首先分析8個(gè)基礎矢量下流過(guò)各個(gè)采樣電阻的電流；最終確定采樣時(shí)刻為矢量V000作用時(shí)進(jìn)行采樣，此時(shí)三相上橋臂截止的時(shí)刻，此時(shí)相電流通過(guò)二極管進(jìn)行續流，通過(guò)采樣續流電流可以得到真實(shí)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(guò)計算得到全部的相電流信息，從而實(shí)現三相電流的重構。

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(gè)下橋臂分別串聯(lián)一個(gè)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(shí)刻與雙電阻采樣時(shí)刻一樣，為矢量V000作用時(shí)進(jìn)行采樣，此時(shí)三相上橋臂截止的時(shí)刻，此時(shí)相電流通過(guò)二極管進(jìn)行續流，通過(guò)采樣續流電流可以得到真實(shí)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(jiàn)的三種方法：?jiǎn)坞娮璨蓸�、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。