基于直流母线电流的电动机相电流检测方法技术

本发明专利技术提供一种算法容易实现、控制效果相对较好，在空间矢量调制方式驱动电动机时，非观测区域也能有效重构电动机相电流的基于直流母线电流的电动机相电流检测方法。该方法，通过在ＰＷＭ载波周期内存在非零基本空间矢量作用时间过短而不满足最小矢量作用时间时，保持同一控制算法周期内多个ＰＷＭ载波周期该非零基本空间矢量的总作用时间不变的情况下，将其中一个ＰＷＭ载波周期内该非零基本空间矢量的作用时间增大到满足最小矢量作用时间，实现电动机相电流重构。本发明专利技术通过对称ＰＷＭ方式调制，将非观测区域转变为可观测区域，同一控制算法周期内作用时间过小的基本矢量的总作用时间保持不变，也避免了电压矢量作用矢真。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电动机相电流检测
，具体地说，涉及一种基于直流母线电流的电动机相电流检测方法。
技术介绍
在交流电动机控制系统中，电动机的相电流检测是一个关键环节，经典的方法是 采用电流传感器来检测电动机的相电流，即在交流输出端设置3个或者至少2个电流传感 器，以提供相电流的反馈信号。常用的电流传感器是霍尔效应检测器，其不仅价格昂贵，而 且体积庞大，难以集成在电力电子装置中。因此，在精度不需要太高而又需要降低成本的情 况下，提出了通过直流母线电流采样来检测电动机相电流的方法。 通过直流母线电流采样来检测电动机相电流，即常说的单电流采样(0neshimt current detection)技术。逆变电路的结构原理图如图1所示，采样电阻Z串接于开关管 (IGBT)下桥臂的N端与直流侧电容负端之间，然后根据直流母线电流、开关管开关状态及 三相电流三者的关系，利用直流母线电流和开关管开关状态重构三相电流，是一种采用单 电阻采样方式的相电流重构方法，因此，又称为单电阻电流采样。 对于单电流采样技术，要使直流母线电流采样值可以有效重构相电流，其采样 时间必须大于一个最小时间Tmin，而电动机采用空间矢量调制(SVP丽)方式进行驱动时， SVP丽调制在扇区边界切换或低速控制时，均会出现在P丽载波周期内某一个(或两者)非 零基本空间矢量的作用时间过短而不满足最小时间Tmin(即非零基本空间矢量作用时间的 1/2小于最小时间Tmin不满足条件，后文再对此进行详细描述)，P丽载波周期内任一非零基本空间矢量的作用时间过短而不满足最小时间Tmin时，无法完成直流母线电流的采样，也便不能有效重构电动机相电流。 由此，通常又将此最小时间U尔为最小矢量作用时间，最小矢量作用时间是由于系统中实际器件特性与理想之间存在差别造成的，对于确定的系统，最小矢量作用时间是确定的，其为P丽死区时间、硬件响应时间和MCU的AD采样与保持时间之和。 将SVP丽调制时，PWM载波周期内任一非零基本空间矢量作用时间的过短而不满足最小矢量作用时间，造成不能有效重构电动机相电流的区域称为非观测区域；反之，能有效重构电动机相电流的区域称为可观测区域。对于非观测区域通常有两种处理方法，一种是减小非观测区域如减小直流母线电流，增大P丽载波周期，提高调制矢量，减小最小矢量作用时间等；另一种是避免非观测区域如保证非零基本空间矢量最小作用时间等，后者的效果通常好于前者。 目前，避免非观测区域较普遍的方法是采用非对称P丽法。非对称P丽法是指在 非观测区域采用非对称P丽调制，通过矢量分解与补偿，增大作用时间小于最小矢量作用 时间的非零基本空间矢量至最小作用时间，以实现电流有效采样。 此方法虽可以有效实现非观测区域的电流重构，能够较好解决单电流采样技术在 电动机上的应用。但也存在不足比如对MCU性能有较高要求，即需支持非对称P丽，目前大部分MCU尚未有此功能，需额外加ASIC或CPLD进行处理，会增加成本；再次，采用非对称 P丽调制，电压电流谐波会相对增大，器件损耗也增大，影响控制效果；同时，由于P丽死区、 硬体电路响应时间的存在，低速时电压谐波加大，控制效果会越来越差。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术存在的缺陷，提供一种算法容易实现、控制效果相 对较好，在空间矢量调制方式驱动电动机时，非观测区域也能有效重构电动机相电流的基 于直流母线电流的电动机相电流检测方法。 本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现 —种，电动机采用空间矢量调制方式进行驱动，逆变电路开关管下桥臂的N端与直流侧电容负端之间串接有采样电阻，其特征在于电动机的控制算法周期为P丽载波周期的整数倍，当空间矢量调制进入非观测区域，PWM载波周期内存在非零基本空间矢量作用时间过短而不满足最小矢量作用时间时，保持同一控制算法周期内多个P丽载波周期内该非零基本空间矢量的总作用时间不变的情况下，将其中一个P丽载波周期内该非零基本空间矢量的作用时间增大到满足最小矢量作用时间，再采用单电流采样方式重构上述P丽载波周期的电动机相电流，并以上述P丽周期电动机相电流作为该控制算法周期内每一个P丽载波周期的电动机相电流。 本专利技术中，为了使重构电动机相电流后马上能参与控制，减小延时，所述同一控制算法周期内其中一个将非零基本空间矢量作用时间增大到满足最小矢量作用时间的P丽载波周期，为同一控制算法周期内多个P丽载波周期中的最后一个。 所述同一控制算法周期内其中一个将非零基本空间矢量作用时间增大到满足最 小矢量作用时间的P丽载波周期，采用P丽载波后端时刻采样的方式进行该P丽载波周期 电动机相电流重构。 本专利技术中，为了最大限度降低电压谐波，除去同一控制算法周期内其中一个将非 零基本空间矢量作用时间增大到满足最小矢量作用时间的P丽载波周期，同一控制算法周 期内的其他P丽载波周期内，作用时间不满足最小矢量作用时间的非零基本空间矢量在每 个P丽载波周期内的作用时间相同。 本专利技术中，所述控制算法周期为P丽载波周期的4至10倍，即控制算法频率为载 波频率的1/4 1/10，以避免控制算法频率过大无法有效补偿，过小而影响控制效果。 本专利技术采用对称P丽方式调制，将过小的基本矢量作用时间增大到满足最小矢量 作用时间，将非观测区域转变为可观测区域，可有效地在通过单电流采样的方式在非观测 区域重构电动机相电流；通过减小其他P丽载波周期基本矢量的作用时间，使得同一控制 算法周期内作用时间过小的基本矢量的总作用时间保持不变，避免电压矢量作用矢真。附图说明 图1为现有单电流采样逆变电路的结构原理图。 图2为空间矢量调制示意图。 图3为空间矢量调制处于扇区一直流母线电流前端采样示意图。 图4为开关管状态(100)时电动机相电流流向示意图。4 图5为开关管状态(110)时电动机相电流流向示意图。 图6为空间矢量调制处于扇区一直流母线电流前端采样和后端采样示意图。 图7为空间矢量调制时非观测区域的示意图。 图8为空间矢量调制处于扇区一接近基本空间矢量K的非观测区域，一个控制算 法周期内未经本专利技术方法处理过的P丽载波示意图。 图9为空间矢量调制处于扇区一接近基本空间矢量K的非观测区域，一个控制算 法周期内经本专利技术方法处理过的P丽载波示意图。 图10为一具体实例通过AC电流传感器采集的电动机其中一相电流示意图。 图11为与图10相同的实例通过本专利技术重构的电动机其中一相的电流示意图。具体实施例方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本专利技术。 通过直流母线电流采样来检测电动机相电流(单电流采样)是一种成熟技术，其 主要目的是为了克服使用电流传感器检测电动机相电流时成本高、体积大的问题。在精度 不需要太高而又需要降低成本的情况下，被广泛使用。 在说明单电流采样检测电动机相电流前，首先简单介绍一下空间矢量调制 (SVP丽)。如图2所示，空间矢量调制是将调制空间矢量分为6个扇区和6个基本空间矢量， 以及两个零矢量，这样，任意方向、大小的调制空间矢量都可以由两个相邻的基本空间矢量 合成得到的。 每个基本空间矢量都对应一种开关状态，基本空间矢量的施加是通过改变6个开 关管(IGBT)的本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于直流母线电流的电动机相电流检测方法，电动机采用空间矢量调制方式进行驱动，逆变电路开关管下桥臂的Ｎ端与直流侧电容负端之间串接有采样电阻，其特征在于：电动机的控制算法周期为ＰＷＭ载波周期的整数倍，当空间矢量调制进入非观测区域，ＰＷＭ载波周期内存在非零基本空间矢量作用时间过短而不满足最小矢量作用时间时，保持同一控制算法周期内多个ＰＷＭ载波周期内该非零基本空间矢量的总作用时间不变的情况下，将其中一个ＰＷＭ载波周期内该非零基本空间矢量的作用时间增大到满足最小矢量作用时间，再采用单电流采样方式重构上述ＰＷＭ载波周期的电动机相电流，并以上述ＰＷＭ周期电动机相电流作为该控制算法周期内每一个ＰＷＭ载波周期的电动机相电流。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶林华，
申请(专利权)人：东元总合科技杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]