CN205898993U - 一种电流检测装置及电机驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电流检测装置及电机驱动系统，其中，电流检测装置包括铁环、磁场传感器、校正传感器及处理器；铁环上设置有开口，磁场传感器设置在铁环的开口处；待测导线穿过铁环，流过待测导线的待测电流在铁环的开口处产生磁通量，磁场传感器采集磁通量，并输出磁通量对应的待测电压信号；处理器与磁场传感器及校正传感器连接，接收磁场传感器传输的待测电压信号，及接收校正传感器传输的校正数据，根据待测电压信号及校正数据，得到待测电流值。本实用新型中，采用铁环和磁场传感器自制电流互感器，通过校正传感器对自制电流互感器进行校正，不需要使用精密仪器对自制互感器进行校正，校正过程不需要进行复杂的计算，且成本较低。

Description

一种电流检测装置及电机驱动系统

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种电流检测装置及电机驱动系统。

背景技术

逆变器是一种将直流电转化成交流电的装置，逆变器输出的交流电可以用来驱动电机等设备，在使用逆变器驱动电机时，需要对逆变器的输出电流进行检测，根据电流检测结果对电机进行控制。

当逆变器在驱动大功率电机时，输出的交流电比较大，因此需要采用电流互感器对逆变器输出的交流电的电流进行检测，现有技术中大都是采用自制电流互感器对逆变器输出的交流电的电流进行检测，并且需要对自制电流互感器进行校正，校正过程中对电流产生的磁场以及磁场产生的电压进行计算，计算过程复杂，还需要采用精密仪器进行校正，成本很高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种电流检测装置及电机驱动系统，以解决现有技术中对自制电流互感器进行校正的过程中，计算过程复杂，且需要采用精密仪器进行校正，成本很高的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种电流检测装置，其中，所述装置包括：铁环、磁场传感器、校正传感器及处理器；

所述铁环上设置有开口，所述磁场传感器设置在所述铁环的开口处；

待测导线穿过所述铁环，流过所述待测导线的待测电流在所述铁环的开口处产生磁通量，所述磁场传感器采集所述磁通量，并输出所述磁通量对应的待测电压信号；

所述处理器与所述磁场传感器及所述校正传感器连接，接收所述磁场传感器传输的待测电压信号，及接收所述校正传感器传输的校正数据，根据所述待测电压信号及所述校正数据，得到待测电流值。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了上述第一方面的第一种可能的实现方式，其中，所述铁环为铁环套组中的一个铁环，所述铁环套组中包括多个铁环，所述多个铁环的开口大小各不相同；

所述铁环的开口大小与所述电流检测装置的量程相对应。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了上述第一方面的第二种可能的实现方式，其中，所述装置还包括线性光耦隔离电路；

所述线性光耦隔离电路分别与所述磁场传感器及所述处理器连接，接收所述磁场传感器传输的待测电压信号，对所述待测电压信号进行隔离，输出隔离后的待测电压信号给所述处理器。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，本实用新型实施例提供了上述第一方面的第三种可能的实现方式，其中，所述线性光耦隔离电路包括：前级反馈运算放大电路、线性光耦隔离器及后级运算放大电路；

所述前级反馈运算放大电路分别与所述磁场传感器及所述线性光耦隔离器的输入端连接；

所述线性光耦隔离器的输出端与所述后级运算放大电路连接；

所述后级运算放大电路与所述处理器连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了上述第一方面的第四种可能的实现方式，其中，所述装置还包括电路板，所述铁环、所述磁场传感器、所述校正传感器及所述处理器均安装在所述电路板上。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，本实用新型实施例提供了上述第一方面的第五种可能的实现方式，其中，所述电路板上所述铁环对应的安装位置处设置有导线孔，所述导线孔的直径与所述铁环的内径相等，所述待测导线通过所述导线孔穿过所述铁环。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，本实用新型实施例提供了上述第一方面的第六种可能的实现方式，其中，所述电路板上所述铁环对应的安装位置处还设置有多个孔洞，每个孔洞均与安装在所述电路板上的铁环的外边缘相切；

所述铁环通过扎带固定在所述电路板上，所述扎带穿过孔洞。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，本实用新型实施例提供了上述第一方面的第七种可能的实现方式，其中，所述电路板上还设置有电连接器；

所述磁场传感器及所述校正传感器均通过所述电连接器与所述处理器连接。

结合第一方面的第六种可能的实现方式，本实用新型实施例提供了上述第一方面的第八种可能的实现方式，其中，所述孔洞的数量大于或等于两个。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种电机驱动系统，其中，该系统包括逆变器、电机及一个或多个上述第一方面所述的电流检测装置；

所述一个或多个电流检测装置分别与所述逆变器及所述电机连接，检测所述逆变器的输出电流，根据输出电流生成控制信号，传输控制信号给所述电机；

所述电机还与所述逆变器连接，接收所述逆变器传输的输出电流。

本实用新型实施例提供的电流检测装置及电机驱动系统，采用铁环和磁场传感器自制电流互感器，通过校正传感器对自制电流互感器进行校正，不需要使用精密仪器对自制互感器进行校正，校正过程不需要进行复杂的计算，且成本较低。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本实用新型实施例1所提供的一种电流检测装置的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例1所提供的一种电流检测装置中铁环的安装示意图；

图3示出了本实用新型实施例2所提供的一种电机驱动系统的结构示意图。

附图1标记说明如下：

110，铁环；130，校正传感器；

图2附图标记说明如下：

210，电路板；220，导线孔；230，孔洞，110，铁环。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

考虑到采用自制的电流互感器对逆变器输出的交流电的电流进行检测，需要对自制电流互感器进行校正，并且校正过程中需要对电流产生的磁场及磁场产生的电压进行计算，校正过程中对电流产生的磁场以及磁场产生的电压进行计算，计算过程复杂，还需要采用精密仪器进行校正，成本很高。基于此，本实用新型实施例提供了一种电流检测装置及电机驱动系统，下面通过实施例进行描述。

实施例1

本实用新型实施例提供了一种电流检测装置，采用铁环和磁场传感器自制电流互感器，对待测导线上的待测电流进行检测，通过校正传感器对自制电流互感器进行校正，不需要使用精密仪器对自制电流互感器进行校正，校正过程不需要进行复杂的计算，且成本较低。

如图1所示，本实用新型实施例提供的电流检测装置，包括铁环110、磁场传感器120、校正传感器130及处理器140；

铁环110上设置有开口，磁场传感器120设置在铁环110的开口处；

待测导线穿过铁环110，流过待测导线的待测电流在铁环110的开口处产生磁通量，磁场传感器120采集该磁通量，并输出磁通量对应的待测电压信号；

处理器140与磁场传感器120及校正传感器130连接，接收磁场传感器120传输的待测电压信号，及接收校正传感器130传输的校正数据，根据待测电压信号及校正数据，得到待测电流值。

上述磁场传感器120可以是霍尔传感器，上述校正传感器130为低量程的商用电流传感器。

上述处理器140可以是单片机。

上述通过铁环110和磁场传感器120自制电流互感器，来检测逆变器输出的待测电流，但是并不知道自制电流互感器的待测电流和输出的待测电压信号之间的关系，因此，首先需要对自制电流互感器进行校正。

由于上述待测电流为逆变器在驱动大功率电机时输出的交流电，该交流电的电流较大，而校正传感器130为低量程的商用传感器，量程较小，为了防止待测电流的电流过大而超过校正传感器130的量程，可以使逆变器首先输出一个较小的电流对铁环110和磁场传感器120自制的电流互感器进行校正，下面将该较小的电流记为校正电流。

当上述待测导线流过校正电流时，自制电流互感器和校正传感器130均检测该校正电流，由铁环110和磁场传感器120自制的自制电流互感器会输出校正电流对应的电压值，将该电压值记为第一电压值，而校正传感器130会输出校正电流及校正电流对应的电压值，将该电压值记为校正电压，即校正传感器130会输出校正电流及校正电压，将该校正电流及校正电压作为校正数据传输给处理器140，由于自制电流互感器和校正传感器130测量的为同一个校正电流，因此，处理器140可以得出自制电流互感器的校正电流和第一电压值的对应的关系，而自制电流互感器的校正电流和第一电压值成正比，因此，可以得出校正电流和第一电压值之间的比例关系，在使用自制电流互感器进行电流检测时，可以根据上述比例关系及自制电流互感器输出的电压值，得到待测电流的大小。

可以将上述比例关系存储在处理器140中，当对待测导线上的待测电流进行检测时，流过待测导线的待测电流会在铁环110的开口处产生磁通量，在铁环110开口处的磁场传感器120会采集该磁通量，并输出与该磁通量相对应的待测电压信号，并将该待测电压信号传输给处理器140，处理器140根据存储的比例关系，计算得出该待测电流的大小。

本实用新型实施例提供的电流检测装置，包括铁环110、磁场传感器120、校正传感器130及处理器140，采用铁环110和磁场传感器120自制电流互感器，通过校正传感器130对自制电流互感器进行校正，不需要使用精密仪器对自制互感器进行校正，校正过程不需要进行复杂的计算，且成本较低。

当逆变器在驱动不同的电机时，输出的交流电的电流大小不同，因此需要不同量程的自制电流互感器检测待测电流的大小，可以通过改变自制电流互感器中铁环110的开口的大小来调整自制电流互感器的量程，而每个铁环110的开口大小是固定的，因此可以更换铁环110以实现自制电流互感器的量程的调整，在本实用新型实施例中，铁环110为铁环套中的一个铁环，铁环套中包括多个铁环，多个铁环的开口大小各不相同；

铁环110的开口大小与电流检测装置的量程相对应。

铁环110所能感应到的磁通量的大小与铁环110的开口的大小满足如下关系式：

$B=\frac{{\mathrm{\μ}}_0{I}_1}{\frac{L_i}{{\mathrm{\μ}}_i}+L_g}$

其中，在上述公式中，μ₀是空气中的磁导率，I₁是待测导线上的待测电流，L_i是铁环110的铁部分的长度，L_g是铁环110的气隙长度，μ_i是铁的相对磁导率，B是铁环110所能感知到的磁通量，而铁环110的气隙长度就是铁环110的开口大小。

当铁环110的相对磁导率足够大的时候，上述公式可以简化成如下形式：

$B=\frac{{\mathrm{\μ}}_0{I}_1}{L_g}$

从上述公式中，可以看出当待测电流的大小一定时，铁环110的气隙长度L_g越大，即铁环110的开口越大，铁环110所能感知到的磁通量越小。

而磁场传感器120输出的电压与输入的磁通量成正比，即采集到的磁通量越小，输出的电压越小，因此，当铁环110的开口越大时，磁场传感器120的输出电压越小，即在磁场传感器120的输出电压的范围固定时，可以检测的待测电流的范围越大，也就是铁环110和电磁传感器120自制的自制电流互感器的量程越大。

在本实用新型实施例中，可以制作多个不同气隙长度L_g的铁环110，即制作多个不同开口大小的铁环110，并根据磁场传感器120的最大输出电压及铁环110的气隙大小计算得出每个铁环110对应的量程，将上述多个不同开口的铁环110组成一个铁环套，当需要改变整个电流检测装置的额的检测量程时，可以更换检测装置中的铁环110，当需要增大电流检测装置的量程时，可以更换一个开口较大的铁环110。

其中，作为一个实施例，本实用新型实施例提供的电流检测装置还包括电路板，铁环110、磁场传感器120、校正传感器130及处理器140均安装在电路板上。

上述电路板可以是PCB板(Printed Circuit Board，印制电路板)。

上述一个电路板上可以安装一个铁环110，也可以安装多个铁环110，且安装的铁环110的数目及磁场传感器120的数目相等。

为了能够使得待测导线穿过铁环110，上述电路板上铁环110对应的位置处设置有导线孔，导线孔的直径与铁环110的内径相等，待测导线通过导线孔穿过铁环110。

为了能够将铁环110固定在电路板上，上述电路板上铁环110对应的安装位置处还设置有多个孔洞，每个孔洞均与安装在电路板上的铁环110的外边缘相切；

铁环110通过扎带固定在电路板上，扎带穿过孔洞。

上述使用扎带固定铁环110，方便更换铁环且扎带的价格较低，能够节省电流检测装置的成本。

为了能够将铁环110稳定的固定在上述电路板上，上述孔洞的数量大于或等于两个。

如图2所示，画出了铁环110安装在电路板上的结构示意图，图2中只是画出了电路板上安装了一个铁环110的结构示意图，并没限定电路板上安装的铁环110的数量，且图2中只是画出了两个孔洞230的情况，并没有限定空洞的具体个数，孔洞的个数可以根据实际应用情况进行设定。图2只是为了说明电路板上铁环110的安装结构，因此并没有画出电路板上其它元器件。

当使用扎带将铁环110固定在上述电路板210上时，一根扎带需要同时穿过一个孔洞230和导线孔220，将扎带扎紧。

为了实现磁场传感器120及校正传感器130与处理器140之间的连接，上述电路板上还设置有电连接器；

磁场传感器120及校正传感器130均通过电连接器与处理器140连接。

上述电连接器可以是排针、插槽、插头等。

当磁场传感器120与处理器140通过电连接器直接连接后，磁场传感器120将待测电压值传输给处理器140，当校正传感器130通过电连接器与处理器140连接后，校正传感器130将校正数据传输给处理器140。

上述磁场传感器120可以通过电连接器直接与处理器140连接，但是磁场传感器120在传输待测电压信号给处理器140的过程中会存在各种干扰，这样处理器140接收到的待测电压信号会存在漂移及不稳定等特点，因此，为了防止上述情况的发生，本实用新型实施例提供的电流检测装置还包括线性光耦隔离电路；

线性光耦隔离电路分别与磁场传感器120及处理器140连接，接收磁场传感器120传输的待测电压信号，对待测电压信号进行隔离，输出隔离后的待测电压信号给处理器140。

上述磁场传感器120输出的待测电压信号为模拟信号，即磁场传感器120输出的为模拟电压待测信号，磁场传感器120将该模拟电压待测信号传输给线性光耦隔离电路将磁场传感器120传输的模拟待测电压信号进行隔离，使隔离后的模拟待测电压信号具有良好的线性度和稳定性，并将隔离后的模拟待测电压信号传输给处理器140，由处理器140根据该模拟待测电压信号及自制电流互感器的输入电流和输出电压的比例关系，得到待测电流的大小。

上述线性光耦隔离电路还可以对接收到磁场传感器120传输的模拟待测电压信号及输出的隔离后的模拟待测电压信号的比例进行调整，线性光耦隔离电路可以使输出的隔离后的模拟待测电压信号与接收到的模拟待测电压信号大小相等，也可以是隔离后的模拟待测电压信号与接收到的模拟待测电压信号成比例关系。

其中，作为一个实施例，上述线性光耦隔离电路包括：

前级反馈运算放大电路、线性光耦隔离器及后级运算放大电路；

前级反馈运算放大电路分别与磁场传感器120及线性光耦隔离器的输入端连接；

线性光耦隔离器的输出端与后级运算放大电路连接；

后级运算放大电路与处理器140连接。

上述前级反馈运算放大电路与线性光耦隔离器的信号输入端连接，接收磁场传感器120传输的模拟待测电压信号，线性光耦合隔离器的信号输出端与后级运算放大电路连接，而后级运算放大电路与处理器140连接，将进行隔离后的模拟待测电压信号传输给处理器140。

上述除了采用线性光耦隔离电路对待测电压信号进行隔离外，还可以使用模拟运算放大器代替上述线性光耦隔离电路。

本实用新型实施例提供的电流检测装置，包括铁环、磁场传感器、校正传感器及处理器，采用铁环和磁场传感器自制电流互感器，通过校正传感器对自制电流互感器进行校正，不需要使用精密仪器对自制互感器进行校正，校正过程不需要进行复杂的计算，且成本较低。

实施例2

本实用新型实施例提供了一种电机驱动系统，如图3所示，包括逆变器310、电机320及一个或多个上述实施例1提供的电流检测装置330；

一个或多个电流检测装置330分别与逆变器310及电机320连接，检测逆变器310的输出电流，根据输出电流生成控制信号，传输控制信号给电机320；

电机320还与逆变器310连接，接收逆变器310传输的输出电流。

上述电流检测装置330和电机320一一对应，即一个电流检测装置330和一个电机320连接。

图3只是画出了一个逆变器310和一个电流检测装置330连接的示意图，并没有限定电机驱动系统中的电流检测装置330的具体个数，电流检测装置330的具体个数可以根据实际应用进行设置。

上述逆变器310和电机320连接，传输输出电流给电机320，以驱动电机320的运行，其中，逆变器310的输出电流为交流电。

上述电流检测装置330还与逆变器310连接，接收逆变器310传输的输出电流，对该输出电流进行检测，得出的电流结果用于电机驱动的矢量控制算法中，根据检测结果生成电机控制信号，该电机控制信号用于控制电机的转矩和转速，使电机320的工作状态处于最优的条件下。

本实用新型实施例提供的电机驱动系统，包括逆变器、电流检测装置及电机，其中电流检测装置采用铁环和磁场传感器自制电流互感器，通过校正传感器对自制电流互感器进行校正，不需要使用精密仪器对自制互感器进行校正，校正过程不需要进行复杂的计算，且成本较低。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电流检测装置，其特征在于，包括：铁环、磁场传感器、校正传感器及处理器；

所述铁环上设置有开口，所述磁场传感器设置在所述铁环的开口处；

待测导线穿过所述铁环，流过所述待测导线的待测电流在所述铁环的开口处产生磁通量，所述磁场传感器采集所述磁通量，并输出所述磁通量对应的待测电压信号；

所述处理器与所述磁场传感器及所述校正传感器连接，接收所述磁场传感器传输的待测电压信号，及接收所述校正传感器传输的校正数据，根据所述待测电压信号及所述校正数据，得到待测电流值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述铁环为铁环套组中的一个铁环，所述铁环套组中包括多个铁环，所述多个铁环的开口大小各不相同；

所述铁环的开口大小与所述电流检测装置的量程相对应。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括线性光耦隔离电路；

所述线性光耦隔离电路分别与所述磁场传感器及所述处理器连接，接收所述磁场传感器传输的待测电压信号，对所述待测电压信号进行隔离，输出隔离后的待测电压信号给所述处理器。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述线性光耦隔离电路包括：前级反馈运算放大电路、线性光耦隔离器及后级运算放大电路；

所述前级反馈运算放大电路分别与所述磁场传感器及所述线性光耦隔离器的输入端连接；

所述线性光耦隔离器的输出端与所述后级运算放大电路连接；

所述后级运算放大电路与所述处理器连接。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电路板，所述铁环、所述磁场传感器、所述校正传感器及所述处理器均安装在所述电路板上。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电路板上所述铁环对应的安装位置处设置有导线孔，所述导线孔的直径与所述铁环的内径相等，所述待测导线通过所述导线孔穿过所述铁环。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电路板上所述铁环对应的安装位置处还设置有多个孔洞，每个孔洞均与安装在所述电路板上的铁环的外边缘相切；

所述铁环通过扎带固定在所述电路板上，所述扎带穿过孔洞。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电路板上还设置有电连接器；

所述磁场传感器及所述校正传感器均通过所述电连接器与所述处理器连接。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述孔洞的数量大于或等于两个。

10.一种电机驱动系统，其特征在于，包括逆变器、电机及一个或多个权利要求1-9任一项所述的电流检测装置；

所述一个或多个电流检测装置分别与所述逆变器及所述电机连接，检测所述逆变器的输出电流，根据输出电流生成控制信号，传输控制信号给所述电机；

所述电机还与所述逆变器连接，接收所述逆变器传输的输出电流。