專利名稱：采樣電動機相電流的方法及用于采樣電動機相電流的設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動機相電流檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及電動機相電流采樣方法及用于 電動機相電流采樣設備。
背景技術(shù)：
永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)的控制需要位置禾口 轉(zhuǎn)速信息，這些信息通常采用編碼器獲得，然而，這類位置傳感器的性能受震動或濕度的影 響會變差，從而導致驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性下降。此外，傳感器的復雜機械安裝也限制了 PMSM 在某些場合的應用。因此，為符合工業(yè)應用需求，解決編碼器給系統(tǒng)帶來的缺陷，研究一種 可靠且低成本的PMSM無傳感器控制方法，已成為電動機驅(qū)動控制領(lǐng)域中一個重要的發(fā)展 方向。在無傳感器的電動機控制系統(tǒng)中，需要精確的測量電動機相電流以提供高性能的 控制。傳統(tǒng)方法是使用霍爾效應傳感器來對電動機相電流進行檢測，但其體積龐大，價格昂 貴，難以集成在電力電子裝置中。目前，在空間電壓矢量脈寬調(diào)制(Space Vector Pulse Width Modulaion, SVPWM) 的逆變器驅(qū)動系統(tǒng)中，當使用非零的基本矢量時，可以通過測量直流母線的電流來確定電 動機相電流，每個基本矢量在PWM周期中被指定具體的時間，以生成指令電壓矢量?；诖?原理，通過在直流母線串聯(lián)功率檢流電阻，來實現(xiàn)對電動機相電流的重構(gòu)，其控制結(jié)構(gòu)如圖 1所示。然而，在實際電路中，由于存在開關(guān)器件開通和關(guān)斷時產(chǎn)生的電流尖峰和上下橋臂 的死區(qū)時間，實際Ra上的電流信號和采樣時間如圖2所示，因此產(chǎn)生非觀測區(qū)域，它存在于 低速指令矢量形成區(qū)域和每個扇區(qū)內(nèi)基本適量的邊界區(qū)域，目前，無法采樣到該非觀測區(qū) 域時刻的電流，從而造成電動機無法正常穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提供了一種采樣電動機相電流的方法及 用于電動機相電流采樣電路，通過采用3個可觀測相位和幅值的矢量Vsl、Vs2、Vs3和1個補償 矢量的組合來形成指定的電壓指令矢量，從而獲得反映相電流的可觀測的直流總線電流， 提高采樣精度，使電動機能穩(wěn)定地轉(zhuǎn)動。為了達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明提供了一種采樣電動機相電流的方法，用于采樣 電動機相電流，采樣電動機相電流系統(tǒng)包括控制器、與所述控制器連接的逆變器和與所述 逆變器輸出端連接的電動機，所述逆變器包括六個開關(guān)管，所述六個開關(guān)管將所述逆變器 形成上橋臂和下橋臂，所述上橋臂和所述下橋臂的公共端連接所述電動機，在所述逆變器 的直流母線負端或至少二相的下橋臂輸出端串聯(lián)采樣電阻，當采樣時刻處于死區(qū)時間時， 電動機相電流采樣方法步驟包括控制器根據(jù)三組控制指令控制所述開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，所述控制指令包括三位控 制字，每位控制字為0或1，其中0代表下橋臂開關(guān)管導通和上橋臂開關(guān)管關(guān)斷，1代表上橋臂開關(guān)管導通，下橋臂開關(guān)管關(guān)斷；采集流經(jīng)所述采樣電阻用于給所述電動機提供電的電流信息；根據(jù)空間矢量脈沖寬度調(diào)制算法將所述三組控制指令處理成三個空間矢量Vsl、Vs2和Vs3，使所述Vsl、所述Vs2和所述Vs3生成的時間大于等于最小采樣時間；根據(jù)平行四邊形法平移所述Vs3，使所述Vs3與所述Vsl和所述Vs2形成三角形；所述控制器根據(jù)兩組控制指令控制所述開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)；根據(jù)所述空間矢量脈沖寬度調(diào)制算法將所述兩組控制指令處理成兩個空間矢量 V和V ；將所述Vsl‘和所述Vs2‘合成一控制所述電動機轉(zhuǎn)速的補償矢量；根據(jù)所述電流信息和所述補償矢量控制所述電動機轉(zhuǎn)動。相應地，本發(fā)明還提供了一種用于采樣電動機相電流的設備，包括逆變器，所述逆變器包括六個開關(guān)管和采樣電阻，所述六個開關(guān)管將所述逆變器 形成上橋臂和下橋臂，所述采樣電阻與所述逆變器的直流母線負端或至少二相的下橋臂輸 出端進行串聯(lián)；控制器，包括第一控制單元、采集單元、第一處理單元、平移單元、第二控制單元、 第二處理單元、合成單元和第三控制單元，所述第一控制單元用于根據(jù)三組控制指令控制 所述開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，所述控制指令包括三位控制字，每位控制字為0或1，其中0代表 下橋臂開關(guān)管導通和上橋臂開關(guān)管關(guān)斷，1代表上橋臂開關(guān)管導通，下橋臂開關(guān)管關(guān)斷；所 述采集單元用于采集流經(jīng)所述采樣電阻用于給所述電動機提供電的電流信息；所述第一處 理單元用于根據(jù)空間矢量脈沖寬度調(diào)制算法將所述三組控制指令處理成三個空間矢量vsl、 Vs2和Vs3，使所述Vsl、所述Vs2和所述Vs3生成的時間大于等于最小采樣時間；所述平移單元 用于根據(jù)平行四邊形法平移所述Vs3，使所述Vs3與所述Vsl和所述Vs2形成三角形；所述第二 控制單元用于根據(jù)兩組控制指令控制所述開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)；第二處理單元用于根據(jù)所述 空間矢量脈沖寬度調(diào)制算法將所述兩組控制指令處理成兩個空間矢量Vsl'和Vs2 ‘；合成 單元用于將所述Vsl'和所述Vs2‘合成一控制所述電動機轉(zhuǎn)速的補償矢量；第三控制單元 用于根據(jù)所述電流信息和所述補償矢量控制所述電動機轉(zhuǎn)動。作為本發(fā)明用于采樣電動機相電流的設備優(yōu)選實施方式，所述采樣電阻僅與所述 逆變器的直流母線負端串聯(lián)連接。作為本發(fā)明用于采樣電動機相電流的設備優(yōu)選實施方式，所述采樣電阻為三個， 所述采樣電阻分別與所述逆變器的三相下橋臂輸出端串聯(lián)連接。實施本發(fā)明采樣電動機相電流的方法及用于采樣電動機相電流的設備，具有如下 有益效果通過采用3個可觀測相位和幅值的矢量Vsl、Vs2、Vs3和1個補償矢量的組合來形 成指定的電壓指令矢量，從而獲得反映相電流的可觀測的直流總線電流，提高采樣精度，使 電動機能穩(wěn)定地轉(zhuǎn)動。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。顯然，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的 一些實施例；對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有逆變器直流母線單電阻采樣電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中Ra實際上的采樣時刻；圖3為本發(fā)明采樣電動機相電流的方法一個實施例的步驟示意圖；圖4為圖3的電動機相電流采樣電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為空間矢量及扇區(qū)分布示意圖；圖6為開關(guān)管處于(Sa，Sb，Sc) = (011)狀態(tài)時的電流走向示意圖；圖7為三相PWM調(diào)制的非觀測區(qū)域；圖8為實際采樣點時刻示意圖；圖9為理想采樣點時刻示意圖；圖10為合成電壓矢量的方法示意圖；圖11為本發(fā)明用于采樣電動機相電流的設備結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為本發(fā)明電動機相電流采樣方法采用雙電阻進行采樣電流信息的電路結(jié)構(gòu) 示意圖；圖13為本發(fā)明電動機相電流采樣方法采用三電阻進行采樣電流信息的電路結(jié)構(gòu) 示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其 他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。參見圖3，圖3為本發(fā)明采樣電動機相電流的方法一個實施例的步驟示意圖。該電 動機相電流采樣方法步驟具體為步驟SlOl 在所述逆變器電路的直流母線負端或至少二相的下橋臂輸出端串聯(lián) 采樣電阻；具體的，采樣電動機相電流系統(tǒng)包括控制器、逆變器和電動機，逆變器的輸入端與 控制器連接，逆變器的輸出端與電動機連接，逆變器包括六個開關(guān)管，該六個開關(guān)管將逆變 器形成上橋臂和下橋臂，上橋臂和下橋臂的公共端連接電動機，在逆變器的直流母線負端 或至少二相的下橋臂輸出端串聯(lián)采樣電阻，再根據(jù)六個開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，并結(jié)合空間矢 量脈沖寬度調(diào)制(Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM)算法，進而重構(gòu)電動機 的三相電流，其逆變器電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。SVPWM算法的原理如下SVPWM是將定子電流產(chǎn)生有磁場分為6個相限和6個基本矢量、2個零適量，如圖5 所示，任意方向的定子磁場都是由兩個相鄰的基本矢量合成得到。每個基本矢量都對應一 種開關(guān)狀態(tài)，通過改變六個開關(guān)管的導通狀態(tài)可以隨意切換6個基本矢量，如表1所示，1代 表上橋臂開關(guān)管導通、下橋臂開關(guān)管關(guān)斷，0代表下橋臂開關(guān)管導通、上橋臂開關(guān)管關(guān)斷，其 中，000和111分別代表兩個零矢量，因為當三個上管同時導通或者三個下管同時導通時， 電動機中沒有電流流入或者流出。這8個開關(guān)狀態(tài)產(chǎn)生六個有效向量Ul (001)，U2 (010)， U3 (011)，U4 (100)，U5 (101)，U6 (110)和兩個零矢量 UO (000)，U7 (111)。當變頻器開關(guān)處于
權(quán)利要求
一種采樣電動機相電流的方法，用于采樣電動機相電流，采樣電動機相電流系統(tǒng)包括控制器、與所述控制器連接的逆變器和與所述逆變器輸出端連接的電動機，所述逆變器包括六個開關(guān)管，所述六個開關(guān)管將所述逆變器形成上橋臂和下橋臂，所述上橋臂和所述下橋臂的公共端連接所述電動機，在所述逆變器的直流母線負端或至少二相的下橋臂輸出端串聯(lián)采樣電阻，其特征在于，當采樣時刻處于死區(qū)時間時，電動機相電流采樣方法步驟包括控制器根據(jù)三組控制指令控制所述開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，所述控制指令包括三位控制字，每位控制字為0或1，其中0代表下橋臂開關(guān)管導通和上橋臂開關(guān)管關(guān)斷，1代表上橋臂開關(guān)管導通，下橋臂開關(guān)管關(guān)斷；采集流經(jīng)所述采樣電阻用于給所述電動機提供電的電流信息；根據(jù)空間矢量脈沖寬度調(diào)制算法將所述三組控制指令處理成三個空間矢量Vs1、Vs2和Vs3，使所述Vs1、所述Vs2和所述Vs3生成的時間大于等于最小采樣時間；根據(jù)平行四邊形法平移所述Vs3，使所述Vs3與所述Vs1和所述Vs2形成三角形；所述控制器根據(jù)兩組控制指令控制所述開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)；根據(jù)所述空間矢量脈沖寬度調(diào)制算法將所述兩組控制指令處理成兩個空間矢量Vs1′和Vs2′；將所述Vs1′和所述Vs2′合成一控制所述電動機轉(zhuǎn)速的補償矢量；根據(jù)所述電流信息和所述補償矢量控制所述電動機轉(zhuǎn)動。
2.一種用于采樣電動機相電流的設備，其特征在于，包括逆變器，所述逆變器包括六個開關(guān)管和采樣電阻，所述六個開關(guān)管將所述逆變器形成 上橋臂和下橋臂，所述采樣電阻與所述逆變器的直流母線負端或至少二相的下橋臂輸出端 進行串聯(lián)；控制器，包括第一控制單元、采集單元、第一處理單元、平移單元、第二控制單元、第二 處理單元、合成單元和第三控制單元，所述第一控制單元用于根據(jù)三組控制指令控制所述 開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，所述控制指令包括三位控制字，每位控制字為0或1，其中0代表下橋臂 開關(guān)管導通和上橋臂開關(guān)管關(guān)斷，1代表上橋臂開關(guān)管導通，下橋臂開關(guān)管關(guān)斷；所述采集 單元用于采集流經(jīng)所述采樣電阻用于給所述電動機提供電的電流信息；所述第一處理單元 用于根據(jù)空間矢量脈沖寬度調(diào)制算法將所述三組控制指令處理成三個空間矢量vsl、Vs2和 Vs3，使所述Vsl、所述Vs2和所述Vs3生成的時間大于等于最小采樣時間；所述平移單元用于根 據(jù)平行四邊形法平移所述Vs3，使所述Vs3與所述Vsl和所述Vs2形成三角形；所述第二控制單 元用于根據(jù)兩組控制指令控制所述開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)；第二處理單元用于根據(jù)所述空間矢 量脈沖寬度調(diào)制算法將所述兩組控制指令處理成兩個空間矢量Vsl'和Vs2 ‘；合成單元用 于將所述Vsl'和所述Vs2‘合成一控制所述電動機轉(zhuǎn)速的補償矢量；第三控制單元用于根 據(jù)所述電流信息和所述補償矢量控制所述電動機轉(zhuǎn)動。
3.如權(quán)利要求2所述的用于采樣電動機相電流的設備，其特征在于，所述采樣電阻僅 與所述逆變器的直流母線負端串聯(lián)連接。
4.如權(quán)利要求2所述的用于采樣電動機相電流的設備，其特征在于，所述采樣電阻為 三個，所述采樣電阻分別與所述逆變器的三相下橋臂輸出端串聯(lián)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采樣電動機相電流的方法及用于采樣電動機相電流的設備，通過采用3個可觀測相位和幅值的矢量Vs1、Vs2、Vs3和1個補償矢量的組合來形成指定的電壓指令矢量，從而獲得可觀測的電動機三相電流，并提高采樣精度，使電動機能穩(wěn)定地轉(zhuǎn)動。
文檔編號H02P21/14GK101997475SQ20101029110
公開日2011年3月30日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者高強 申請人:高強