專利名稱：采樣電動(dòng)機(jī)相電流的方法及用于采樣電動(dòng)機(jī)相電流的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)相電流檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及電動(dòng)機(jī)相電流采樣方法及用于 電動(dòng)機(jī)相電流采樣設(shè)備。
背景技術(shù)：
永磁同步電機(jī)(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(dòng)或濕度的影 響會(huì)變差，從而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性下降。此外，傳感器的復(fù)雜機(jī)械安裝也限制了 PMSM 在某些場(chǎng)合的應(yīng)用。因此，為符合工業(yè)應(yīng)用需求，解決編碼器給系統(tǒng)帶來(lái)的缺陷，研究一種 可靠且低成本的PMSM無(wú)傳感器控制方法，已成為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制領(lǐng)域中一個(gè)重要的發(fā)展 方向。在無(wú)傳感器的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，需要精確的測(cè)量電動(dòng)機(jī)相電流以提供高性能的 控制。傳統(tǒng)方法是使用霍爾效應(yīng)傳感器來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)相電流進(jìn)行檢測(cè)，但其體積龐大，價(jià)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(dòng)系統(tǒng)中，當(dāng)使用非零的基本矢量時(shí)，可以通過(guò)測(cè)量直流母線的電流來(lái)確定電 動(dòng)機(jī)相電流，每個(gè)基本矢量在PWM周期中被指定具體的時(shí)間，以生成指令電壓矢量?；诖?原理，通過(guò)在直流母線串聯(lián)功率檢流電阻，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)相電流的重構(gòu)，其控制結(jié)構(gòu)如圖 1所示。然而，在實(shí)際電路中，由于存在開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電流尖峰和上下橋臂 的死區(qū)時(shí)間，實(shí)際Ra上的電流信號(hào)和采樣時(shí)間如圖2所示，因此產(chǎn)生非觀測(cè)區(qū)域，它存在于 低速指令矢量形成區(qū)域和每個(gè)扇區(qū)內(nèi)基本適量的邊界區(qū)域，目前，無(wú)法采樣到該非觀測(cè)區(qū) 域時(shí)刻的電流，從而造成電動(dòng)機(jī)無(wú)法正常穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種采樣電動(dòng)機(jī)相電流的方法及 用于電動(dòng)機(jī)相電流采樣電路，通過(guò)采用3個(gè)可觀測(cè)相位和幅值的矢量Vsl、Vs2、Vs3和1個(gè)補(bǔ)償 矢量的組合來(lái)形成指定的電壓指令矢量，從而獲得反映相電流的可觀測(cè)的直流總線電流， 提高采樣精度，使電動(dòng)機(jī)能穩(wěn)定地轉(zhuǎn)動(dòng)。為了達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明提供了一種采樣電動(dòng)機(jī)相電流的方法，用于采樣 電動(dòng)機(jī)相電流，采樣電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)，所述逆變器包括六個(gè)開(kāi)關(guān)管，所述六個(gè)開(kāi)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(dòng)機(jī)，在所述逆變器 的直流母線負(fù)端或至少二相的下橋臂輸出端串聯(lián)采樣電阻，當(dāng)采樣時(shí)刻處于死區(qū)時(shí)間時(shí)， 電動(dòng)機(jī)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(kāi)關(guān)管的開(kāi)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(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和上橋臂開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，1代表上橋臂開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，下橋臂開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；采集流經(jīng)所述采樣電阻用于給所述電動(dòng)機(jī)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(gè)空間矢量Vsl、Vs2和Vs3，使所述Vsl、所述Vs2和所述Vs3生成的時(shí)間大于等于最小采樣時(shí)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(kāi)關(guān)管的開(kāi)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(gè)空間矢量 V和V ；將所述Vsl‘和所述Vs2‘合成一控制所述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的補(bǔ)償矢量；根據(jù)所述電流信息和所述補(bǔ)償矢量控制所述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種用于采樣電動(dòng)機(jī)相電流的設(shè)備，包括逆變器，所述逆變器包括六個(gè)開(kāi)關(guān)管和采樣電阻，所述六個(gè)開(kāi)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(fù)端或至少二相的下橋臂輸 出端進(jìn)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(kāi)關(guān)管的開(kāi)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(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和上橋臂開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，1代表上橋臂開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，下橋臂開(kāi)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(dòng)機(jī)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(gè)空間矢量vsl、 Vs2和Vs3，使所述Vsl、所述Vs2和所述Vs3生成的時(shí)間大于等于最小采樣時(shí)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(kāi)關(guān)管的開(kāi)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(gè)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的補(bǔ)償矢量；第三控制單元 用于根據(jù)所述電流信息和所述補(bǔ)償矢量控制所述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。作為本發(fā)明用于采樣電動(dòng)機(jī)相電流的設(shè)備優(yōu)選實(shí)施方式，所述采樣電阻僅與所述 逆變器的直流母線負(fù)端串聯(lián)連接。作為本發(fā)明用于采樣電動(dòng)機(jī)相電流的設(shè)備優(yōu)選實(shí)施方式，所述采樣電阻為三個(gè)， 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(shí)施本發(fā)明采樣電動(dòng)機(jī)相電流的方法及用于采樣電動(dòng)機(jī)相電流的設(shè)備，具有如下 有益效果通過(guò)采用3個(gè)可觀測(cè)相位和幅值的矢量Vsl、Vs2、Vs3和1個(gè)補(bǔ)償矢量的組合來(lái)形 成指定的電壓指令矢量，從而獲得反映相電流的可觀測(cè)的直流總線電流，提高采樣精度，使 電動(dòng)機(jī)能穩(wěn)定地轉(zhuǎn)動(dòng)。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)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(shí)施例；對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)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(shí)際上的采樣時(shí)刻；圖3為本發(fā)明采樣電動(dòng)機(jī)相電流的方法一個(gè)實(shí)施例的步驟示意圖；圖4為圖3的電動(dòng)機(jī)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(kāi)關(guān)管處于(Sa，Sb，Sc) = (011)狀態(tài)時(shí)的電流走向示意圖；圖7為三相PWM調(diào)制的非觀測(cè)區(qū)域；圖8為實(shí)際采樣點(diǎn)時(shí)刻示意圖；圖9為理想采樣點(diǎn)時(shí)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(dòng)機(jī)相電流的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為本發(fā)明電動(dòng)機(jī)相電流采樣方法采用雙電阻進(jìn)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(dòng)機(jī)相電流采樣方法采用三電阻進(jìn)行采樣電流信息的電路結(jié)構(gòu) 示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整的描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其 他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。參見(jiàn)圖3，圖3為本發(fā)明采樣電動(dòng)機(jī)相電流的方法一個(gè)實(shí)施例的步驟示意圖。該電 動(dòng)機(jī)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(fù)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(dòng)機(jī)相電流系統(tǒng)包括控制器、逆變器和電動(dòng)機(jī)，逆變器的輸入端與 控制器連接，逆變器的輸出端與電動(dòng)機(jī)連接，逆變器包括六個(gè)開(kāi)關(guān)管，該六個(gè)開(kāi)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(dòng)機(jī)，在逆變器的直流母線負(fù)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(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)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(jìn)而重構(gòu)電動(dòng)機(jī) 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(chǎng)分為6個(gè)相限和6個(gè)基本矢量、2個(gè)零適量，如圖5 所示，任意方向的定子磁場(chǎng)都是由兩個(gè)相鄰的基本矢量合成得到。每個(gè)基本矢量都對(duì)應(yīng)一 種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通過(guò)改變六個(gè)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通狀態(tài)可以隨意切換6個(gè)基本矢量，如表1所示，1代 表上橋臂開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通、下橋臂開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，0代表下橋臂開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通、上橋臂開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，其 中，000和111分別代表兩個(gè)零矢量，因?yàn)楫?dāng)三個(gè)上管同時(shí)導(dǎo)通或者三個(gè)下管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)， 電動(dòng)機(jī)中沒(méi)有電流流入或者流出。這8個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)產(chǎn)生六個(gè)有效向量Ul (001)，U2 (010)， U3 (011)，U4 (100)，U5 (101)，U6 (110)和兩個(gè)零矢量 UO (000)，U7 (111)。當(dāng)變頻器開(kāi)關(guān)處于
權(quán)利要求
一種采樣電動(dòng)機(jī)相電流的方法，用于采樣電動(dòng)機(jī)相電流，采樣電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)，所述逆變器包括六個(gè)開(kāi)關(guān)管，所述六個(gè)開(kāi)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(dòng)機(jī)，在所述逆變器的直流母線負(fù)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(dāng)采樣時(shí)刻處于死區(qū)時(shí)間時(shí)，電動(dòng)機(jī)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(kāi)關(guān)管的開(kāi)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(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和上橋臂開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，1代表上橋臂開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，下橋臂開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；采集流經(jīng)所述采樣電阻用于給所述電動(dòng)機(jī)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(gè)空間矢量Vs1、Vs2和Vs3，使所述Vs1、所述Vs2和所述Vs3生成的時(shí)間大于等于最小采樣時(shí)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(kāi)關(guān)管的開(kāi)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(gè)空間矢量Vs1′和Vs2′；將所述Vs1′和所述Vs2′合成一控制所述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的補(bǔ)償矢量；根據(jù)所述電流信息和所述補(bǔ)償矢量控制所述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.一種用于采樣電動(dòng)機(jī)相電流的設(shè)備，其特征在于，包括逆變器，所述逆變器包括六個(gè)開(kāi)關(guān)管和采樣電阻，所述六個(gè)開(kāi)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(fù)端或至少二相的下橋臂輸出端 進(jìn)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(kāi)關(guān)管的開(kāi)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(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和上橋臂開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，1代表上橋臂開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，下橋臂開(kāi)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(dòng)機(jī)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(gè)空間矢量vsl、Vs2和 Vs3，使所述Vsl、所述Vs2和所述Vs3生成的時(shí)間大于等于最小采樣時(shí)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(kāi)關(guān)管的開(kāi)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(gè)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的補(bǔ)償矢量；第三控制單元用于根 據(jù)所述電流信息和所述補(bǔ)償矢量控制所述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的用于采樣電動(dòng)機(jī)相電流的設(shè)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(fù)端串聯(lián)連接。
4.如權(quán)利要求2所述的用于采樣電動(dòng)機(jī)相電流的設(shè)備，其特征在于，所述采樣電阻為 三個(gè)，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(kāi)了一種采樣電動(dòng)機(jī)相電流的方法及用于采樣電動(dòng)機(jī)相電流的設(shè)備，通過(guò)采用3個(gè)可觀測(cè)相位和幅值的矢量Vs1、Vs2、Vs3和1個(gè)補(bǔ)償矢量的組合來(lái)形成指定的電壓指令矢量，從而獲得可觀測(cè)的電動(dòng)機(jī)三相電流，并提高采樣精度，使電動(dòng)機(jī)能穩(wěn)定地轉(zhuǎn)動(dòng)。
文檔編號(hào)H02P21/14GK101997475SQ20101029110
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
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