采样电动机相电流的方法及用于采样电动机相电流的设备技术

本发明专利技术公开了一种采样电动机相电流的方法及用于采样电动机相电流的设备，通过采用３个可观测相位和幅值的矢量Ｖｓ１、Ｖｓ２、Ｖｓ３和１个补偿矢量的组合来形成指定的电压指令矢量，从而获得可观测的电动机三相电流，并提高采样精度，使电动机能稳定地转动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电动机相电流检测
，尤其涉及电动机相电流采样方法及用于 电动机相电流采样设备。
技术介绍
永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)的控制需要位置禾口 转速信息，这些信息通常采用编码器获得，然而，这类位置传感器的性能受震动或湿度的影 响会变差，从而导致驱动系统的可靠性下降。此外，传感器的复杂机械安装也限制了 PMSM 在某些场合的应用。因此，为符合工业应用需求，解决编码器给系统带来的缺陷，研究一种 可靠且低成本的PMSM无传感器控制方法，已成为电动机驱动控制领域中一个重要的发展 方向。在无传感器的电动机控制系统中，需要精确的测量电动机相电流以提供高性能的 控制。传统方法是使用霍尔效应传感器来对电动机相电流进行检测，但其体积庞大，价格昂 贵，难以集成在电力电子装置中。目前，在空间电压矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulaion, SVPWM) 的逆变器驱动系统中，当使用非零的基本矢量时，可以通过测量直流母线的电流来确定电 动机相电流，每个基本矢量在PWM周期中被指定具体的时间，以生成指令电压矢量。基于此 原理，通过在直流母线串联功率检流电阻，来实现对电动机相电流的重构，其控制结构如图 1所示。然而，在实际电路中，由于存在开关器件开通和关断时产生的电流尖峰和上下桥臂 的死区时间，实际Ra上的电流信号和采样时间如图2所示，因此产生非观测区域，它存在于 低速指令矢量形成区域和每个扇区内基本适量的边界区域，目前，无法采样到该非观测区 域时刻的电流，从而造成电动机无法正常稳定的转动。
技术实现思路
鉴于上述现有技术所存在的问题，本专利技术提供了一种采样电动机相电流的方法及 用于电动机相电流采样电路，通过采用3个可观测相位和幅值的矢量Vsl、Vs2、Vs3和1个补偿 矢量的组合来形成指定的电压指令矢量，从而获得反映相电流的可观测的直流总线电流， 提高采样精度，使电动机能稳定地转动。为了达到上述技术效果，本专利技术提供了一种采样电动机相电流的方法，用于采样 电动机相电流，采样电动机相电流系统包括控制器、与所述控制器连接的逆变器和与所述 逆变器输出端连接的电动机，所述逆变器包括六个开关管，所述六个开关管将所述逆变器 形成上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂的公共端连接所述电动机，在所述逆变器 的直流母线负端或至少二相的下桥臂输出端串联采样电阻，当采样时刻处于死区时间时， 电动机相电流采样方法步骤包括控制器根据三组控制指令控制所述开关管的开关状态，所述控制指令包括三位控 制字，每位控制字为0或1，其中0代表下桥臂开关管导通和上桥臂开关管关断，1代表上桥臂开关管导通，下桥臂开关管关断；采集流经所述采样电阻用于给所述电动机提供电的电流信息；根据空间矢量脉冲宽度调制算法将所述三组控制指令处理成三个空间矢量Vsl、Vs2和Vs3，使所述Vsl、所述Vs2和所述Vs3生成的时间大于等于最小采样时间；根据平行四边形法平移所述Vs3，使所述Vs3与所述Vsl和所述Vs2形成三角形；所述控制器根据两组控制指令控制所述开关管的开关状态；根据所述空间矢量脉冲宽度调制算法将所述两组控制指令处理成两个空间矢量 V和V ；将所述Vsl‘和所述Vs2‘合成一控制所述电动机转速的补偿矢量；根据所述电流信息和所述补偿矢量控制所述电动机转动。相应地，本专利技术还提供了一种用于采样电动机相电流的设备，包括逆变器，所述逆变器包括六个开关管和采样电阻，所述六个开关管将所述逆变器 形成上桥臂和下桥臂，所述采样电阻与所述逆变器的直流母线负端或至少二相的下桥臂输 出端进行串联；控制器，包括第一控制单元、采集单元、第一处理单元、平移单元、第二控制单元、 第二处理单元、合成单元和第三控制单元，所述第一控制单元用于根据三组控制指令控制 所述开关管的开关状态，所述控制指令包括三位控制字，每位控制字为0或1，其中0代表 下桥臂开关管导通和上桥臂开关管关断，1代表上桥臂开关管导通，下桥臂开关管关断；所 述采集单元用于采集流经所述采样电阻用于给所述电动机提供电的电流信息；所述第一处 理单元用于根据空间矢量脉冲宽度调制算法将所述三组控制指令处理成三个空间矢量vsl、 Vs2和Vs3，使所述Vsl、所述Vs2和所述Vs3生成的时间大于等于最小采样时间；所述平移单元 用于根据平行四边形法平移所述Vs3，使所述Vs3与所述Vsl和所述Vs2形成三角形；所述第二 控制单元用于根据两组控制指令控制所述开关管的开关状态；第二处理单元用于根据所述 空间矢量脉冲宽度调制算法将所述两组控制指令处理成两个空间矢量Vsl'和Vs2 ‘；合成 单元用于将所述Vsl'和所述Vs2‘合成一控制所述电动机转速的补偿矢量；第三控制单元 用于根据所述电流信息和所述补偿矢量控制所述电动机转动。作为本专利技术用于采样电动机相电流的设备优选实施方式，所述采样电阻仅与所述 逆变器的直流母线负端串联连接。作为本专利技术用于采样电动机相电流的设备优选实施方式，所述采样电阻为三个， 所述采样电阻分别与所述逆变器的三相下桥臂输出端串联连接。实施本专利技术采样电动机相电流的方法及用于采样电动机相电流的设备，具有如下 有益效果通过采用3个可观测相位和幅值的矢量Vsl、Vs2、Vs3和1个补偿矢量的组合来形 成指定的电压指令矢量，从而获得反映相电流的可观测的直流总线电流，提高采样精度，使 电动机能稳定地转动。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显然，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的 一些实施例；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的附图。图1为现有逆变器直流母线单电阻采样电路结构示意图；图2为图1中Ra实际上的采样时刻；图3为本专利技术采样电动机相电流的方法一个实施例的步骤示意图；图4为图3的电动机相电流采样电路结构示意图；图5为空间矢量及扇区分布示意图；图6为开关管处于(Sa，Sb，Sc) = (011)状态时的电流走向示意图；图7为三相PWM调制的非观测区域；图8为实际采样点时刻示意图；图9为理想采样点时刻示意图；图10为合成电压矢量的方法示意图；图11为本专利技术用于采样电动机相电流的设备结构示意图；图12为本专利技术电动机相电流采样方法采用双电阻进行采样电流信息的电路结构 示意图；图13为本专利技术电动机相电流采样方法采用三电阻进行采样电流信息的电路结构 示意图。具体实施例方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完 整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本专利技术中的实施例，本领域普通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，都属于本专利技术保护的范围。参见图3，图3为本专利技术采样电动机相电流的方法一个实施例的步骤示意图。该电 动机相电流采样方法步骤具体为步骤SlOl 在所述逆变器电路的直流母线负端或至少二相的下桥臂输出端串联 采样电阻；具体的，采样电动机相电流系统包括控制器、逆变器和电动机，逆变器的输入端与 控制器连接，逆变器的输出端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采样电动机相电流的方法，用于采样电动机相电流，采样电动机相电流系统包括控制器、与所述控制器连接的逆变器和与所述逆变器输出端连接的电动机，所述逆变器包括六个开关管，所述六个开关管将所述逆变器形成上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂的公共端连接所述电动机，在所述逆变器的直流母线负端或至少二相的下桥臂输出端串联采样电阻，其特征在于，当采样时刻处于死区时间时，电动机相电流采样方法步骤包括：控制器根据三组控制指令控制所述开关管的开关状态，所述控制指令包括三位控制字，每位控制字为０或１，其中０代表下桥臂开关管导通和上桥臂开关管关断，１代表上桥臂开关管导通，下桥臂开关管关断；采集流经所述采样电阻用于给所述电动机提供电的电流信息；根据空间矢量脉冲宽度调制算法将所述三组控制指令处理成三个空间矢量Ｖ↓［ｓ１］、Ｖ↓［ｓ２］和Ｖ↓［ｓ３］，使所述Ｖ↓［ｓ１］、所述Ｖ↓［ｓ２］和所述Ｖ↓［ｓ３］生成的时间大于等于最小采样时间；根据平行四边形法平移所述Ｖ↓［ｓ３］，使所述Ｖ↓［ｓ３］与所述Ｖ↓［ｓ１］和所述Ｖ↓［ｓ２］形成三角形；所述控制器根据两组控制指令控制所述开关管的开关状态；根据所述空间矢量脉冲宽度调制算法将所述两组控制指令处理成两个空间矢量Ｖ↓［ｓ１］′和Ｖ↓［ｓ２］′；将所述Ｖ↓［ｓ１］′和所述Ｖ↓［ｓ２］′合成一控制所述电动机转速的补偿矢量；根据所述电流信息和所述补偿矢量控制所述电动机转动。...

【技术特征摘要】
一种采样电动机相电流的方法，用于采样电动机相电流，采样电动机相电流系统包括控制器、与所述控制器连接的逆变器和与所述逆变器输出端连接的电动机，所述逆变器包括六个开关管，所述六个开关管将所述逆变器形成上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂的公共端连接所述电动机，在所述逆变器的直流母线负端或至少二相的下桥臂输出端串联采样电阻，其特征在于，当采样时刻处于死区时间时，电动机相电流采样方法步骤包括控制器根据三组控制指令控制所述开关管的开关状态，所述控制指令包括三位控制字，每位控制字为0或1，其中0代表下桥臂开关管导通和上桥臂开关管关断，1代表上桥臂开关管导通，下桥臂开关管关断；采集流经所述采样电阻用于给所述电动机提供电的电流信息；根据空间矢量脉冲宽度调制算法将所述三组控制指令处理成三个空间矢量Vs1、Vs2和Vs3，使所述Vs1、所述Vs2和所述Vs3生成的时间大于等于最小采样时间；根据平行四边形法平移所述Vs3，使所述Vs3与所述Vs1和所述Vs2形成三角形；所述控制器根据两组控制指令控制所述开关管的开关状态；根据所述空间矢量脉冲宽度调制算法将所述两组控制指令处理成两个空间矢量Vs1′和Vs2′；将所述Vs1′和所述Vs2′合成一控制所述电动机转速的补偿矢量；根据所述电流信息和所述补偿矢量控制所述电动机转动。2.一种用于采样电动机相电流的设备，其特征在于，包括逆变器，所述逆变器包括六个开关管和采样电阻，所述六个开关管将所述逆变器形成 上桥臂和下桥臂，所述采样电阻与所述逆变器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高强，
申请(专利权)人：高强，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]