[发明专利]基于对称PWM载波的电动机相电流重构方法

说明书

技术领域

本发明涉及电动机相电流重构技术领域，具体地说，涉及一种基于对称PWM载波的电动机相电流重构方法。 

 

背景技术

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（One shunt 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）下桥臂的负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T_min，而电动机采用空间矢量调制（SVPWM）方式进行驱动时，SVPWM调制在扇区边界切换或低速控制时，均会出现在PWM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T_min（即非零基本空间矢量作用时间的1/2小于最小时间T_min不满足条件，后文再对此进行详细描述），PWM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T_min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T_min称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PWM死区时间、硬件响应时间和MCU的AD采样与保持时间之和。

将SVPWM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：如减小直流母线电压，增大PWM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PWM法。非对称PWM法是指在非观测区域采用非对称PWM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PWM，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PWM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PWM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。

对于中高速运行的电动机，SVPWM调制在扇区边界切换时，该边界区域的非零基本空间矢量的作用时间通常是满足最小矢量作用时间的，仅仅是边界区域非零基本空间矢量相邻的另外一个非零基本空间矢量的作用时间不满足最小矢量作用时间。对于上述电动机完全没有必要采用成本较高的非对称PWM法进行相电流重构。

发明内容

本发明的目的是解决现有中高速运行的电动机，通过单电流采样的方式重构相电流，SVPWM调制在扇区边界位置的非观测区域无法完成相电流重构的不足，提供一种算法容易实现、控制效果相对较好，基于对称PWM载波的电动机相电流重构方法。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：