风扇永磁电机低成本快速相电流重构方法技术

本发明专利技术公开了一种风扇永磁电机低成本相电流重构方法。在永磁电机空间矢量脉宽调制(Space?Vector?Pulse?Width?Modulation，SVPWM)控制方法下，当电机转速高于额定转速的5％时，参考电压矢量将不会处于低调制区；当参考电压矢量位于不可观测区时，利用电机微控制器上一时刻退出有效可求区域时处理所得电压矢量的位置代替刚进入不可观测区的参考电压矢量的位置，并保持当前参考电压矢量的幅值不变，以解决参考电压矢量在低调制区、不可观测区的非零基本空间电压矢量作用时间不够所带来的问题。将低调制区和不可观测区的参考电压矢量转入到有效可求区，从而用单电阻采样直流母线电流方法实现电机相电流的重构。本方法简单实用，重构速度快，适合低成本家用电器类产品应用需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术方法应用在永磁电机控制领域，尤其涉及在空间矢量脉宽调制(SpaceVector Pulse Width Modulation, SVPWM)方法下的风扇永磁电机控制技术。
技术介绍
在永磁电机控制系统中，常用的永磁电机电流采样方法主要有1)使用两个电流霍尔传感器采样电机两相相电流；2)采用单个霍尔传感器采样正负直流母线电流的方法进行电流重构。这两种方法具有使用简单、电气隔离等优点，但成本较高、体积较大。因此，对价格敏感的部分民用电机调速产品，利用单电阻采样直流母线电流来重构永磁电机相电流的方法具有较好的价格优势与应用前景。在永磁电机SVPWM控制方法下，要想利用单电阻采样母线电流来重构电机三相电流，必须保证非零基本空间电压矢量的作用时间要大于完成一次电流采样所需的最短时间Tfflint5而当参考电压矢量处于磁链轨迹的低调制区(对应低速控制区)或不可观测区(在非零基本空间电压矢量的附近)时，某一个或者两个非零基本空间电压矢量的作用时间就会小于一次电流采样所需最短时间，则这种情况下将无法实现永磁电机三相电流重构。为解决基于单电阻采样母线电流的永磁电机相电流重构问题，目前一般的解决方法是用PWM(Pulse Width Modulation)波移相法，其基本思想就是把占空比最大和最小的对应相的PWM波进行前后平移，以留出足够的采样时间，并以移相前后合成的参考电压矢量不变为前提条件。但是，实现PWM波移相法对电机微控制器要求较高，算法实现复杂，成本较大，不适合低成本民用产品(如电风扇)的应用需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低成本重构风扇永磁电机相电流的方法，基于单电阻直流母线电流采样和构造有效可求区之外新参考电压矢量，实现快速、准确重构永磁电机三相电流。为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现一种，该方法包括如下步骤(I)根据风扇电机额定功率、额定电压、额定转速，设定低调制区的临界转速M，M为额定转速的5% ；(2)由电机微控制器给出PWM波，使相应开关管导通，让电机尽快启动至转速M，以避免参考电压矢量在磁链轨迹的低调制区；(3)电机微控制器对参考电压矢量进行判断，若参考电压矢量落入不可观测区，将进行步骤(4)和(5)操作；若参考电压矢量落入低调制区和不可观测区以外的有效可求区，将进行步骤(5)操作。(4)将当前参考电压矢量置于电机微控制器芯片上一时刻处理保存的电压矢量的位置；由上两个时刻的位置得出磁链轨迹所走过的角度差Θ，角度差Θ除以这两个时刻的时间差t所得旋转角速度等于输出的电压角频率，然后根据U/f函数(U为输出参考电压矢量幅值，f为输出参考电压频率)计算出电机的参考电压矢量的幅值，以保持当前参考电压矢量幅值不变；此步骤的目的是用距当前参考电压矢量最近的有效可求区的参考电压的位置，和当前参考电压矢量的幅值去构造在有效可求区的一个新的参考电压矢量，转化到有效可求区内后，可由相邻非零基本空间电压矢量每次作用得出两相的相电流，再由三相电流和等于零可得第三相的相电流；(5)根据相邻非零基本空间电压矢量每次作用得出两相的电流，由三相电流和等于零可得第三相的电流。下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。附图说明 图1 :单电阻采样逆变电路原理图；图2 :空间矢量调制示意图；图3 :参考电压在扇区I的矢量合成图；图4 :非零空间矢量Vl作用时的电流方向；图5 :对位于不可观测区的参考电压矢量进行替换。具体实施例方式为了加深对本专利技术的理解，下面将结合附图对本专利技术作进一步叙述，该实施实例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术保护范围的限定。空间电压矢量脉宽调制的基本原理是用不同的开关状态模式，产生不同的电压矢量，控制实际输出的磁链矢量，使其轨迹逼近圆形，由八个基本电压矢量形成任意时刻的电压矢量。如图1，定义三个桥臂中的T1、T3、T5开关管的状态分别为Sa，Sb，Sc，把T1、T3、Τ5开关管导通时的状态定义为“1”，关断时的状态定义为“O”。根据Τ1、Τ3、Τ5开关管的通断状态(Sa，Sb，S。)，产生如图2的六个非零基本空间电压矢量￥1、￥2、￥3、￥4、￥5、￥6和两个零矢量V0、V7，同时六个非零基本空间电压矢量两两形成一个扇区，分别为1、I1、II1、IV、V、VI。如图3，在该图空白区域，以参考电压矢量Vtjut在I扇区为例，Vtjut可由V1、V2两个非零基本空间电压矢量合成，作用时间分别为tl、t2。在非零基本空间电压矢量Vl作用的tl时间内，逆变电路上只有A相上桥臂导通，B、C相下桥臂导通，即开关管T1、T4、T6形成导电通路，如图4所示。此时母线电流i = ia。同理,基本矢量V2作用时母线电流i =-1c。依此类推，得到不同扇区可以检测的相电流，如表I所示。表I非零基本空间电压矢量、直流母线电流与电机相电流之间关系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风扇永磁电机低成本快速相电流重构方法，其特征包括如下步骤：(1)根据电机额定功率、额定电压、额定转速，设定处于低调制区的临界转速M，M为额定转速的5％，由电机微控制器给出PWM(Pulse?Width?Modulation)波，使相应开关管导通，让电机尽快启动至转速M，以避免参考电压矢量落在磁链轨迹的低调制区；(2)电机微控制器对参考电压矢量进行判断，如果参考电压矢量落入不可观测区，则进行步骤(3)和(4)操作；如果参考电压矢量落入低调制区和不可观测区以外的有效可求区，将进行步骤(4)操作。(3)将当前参考电压矢量置于电机微控制器上一时刻保存的电压矢量的位置；由上两个时刻的位置得出磁链轨迹所走过的角度差θ，角度差θ除以这两个时刻的时间差t所得旋转角速度等于输出的电压角频率；然后根据U/f函数(U为输出参考电压矢量幅值，f为输出参考电压频率)计算出电机的参考电压矢量的幅值，以保持当前参考电压幅值不变；该步骤的目的是用距当前参考电压矢量最近的有效可求区的参考电压的位置，和当前参考电压矢量的幅值去构造一个位于有效可求区内的新的参考电压矢量，转化到有效可求区内后，可由相邻非零基本空间电压矢量每次作用得出两相的相电流，再由三相电流和等于零可得第三相的相电流；(4)根据相邻非零基本空间电压矢量每次作用得出两相的相电流，再由三相电流和等于零可得第三相的相电流。...

【技术特征摘要】
1.一种风扇永磁电机低成本快速相电流重构方法，其特征包括如下步骤 (1)根据电机额定功率、额定电压、额定转速，设定处于低调制区的临界转速M，M为额定转速的5%，由电机微控制器给出PWM(Pulse Width Modulation)波，使相应开关管导通，让电机尽快启动至转速M，以避免参考电压矢量落在磁链轨迹的低调制区； (2)电机微控制器对参考电压矢量进行判断，如果参考电压矢量落入不可观测区，则进行步骤(3)和(4)操作；如果参考电压矢量落入低调制区和不可观测区以外的有效可求区，将进行步骤(4)操作。(3)将当前参考电压矢量置于电机微控制器上一时刻保存的电压矢量的位置；由上两个时刻的位置得出磁链轨迹所走过的角度差Θ，角度差Θ除以这两个时刻的时间差t所得旋转角速度等于输出的电压角频率；然后根据U/f函数(U为输出参考电压矢量幅值，f为输出参考电压频率)计算出电机的参考电压矢量的幅值，以保持当前参考电压幅值不变；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王友仁，王岭，徐旭明，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：