[发明专利]一种无传感器正弦直流变频电流采样方法

说明书

技术领域

本发明涉及变频控制技术领域，特别是一种无传感器正弦直流变频电流采样方法。

 

背景技术

变频空调的核心是变频压缩机和变频驱动技术，变频控制技术与变频压缩机的发展是相辅相成的，目前变频压缩机已发展出三代产品：交流变频压缩机、直流无刷电机直流变频压缩机、永磁同步电机直流变频压缩机，相应的变频控制技术也发展了三代：交流变频控制技术、120°方波直流变频控制技术、180°正弦波直流变频控制技术（又称矢量控制技术）。180度直流变频技术由于其节能高效、噪音低、舒适性等诸多技术优势，成为空调行业技术发展的必然趋势，也是目前空调行业最优的空调压缩机控制技术，日本作为变频空调强国，直流变频空调已占其空调市场的99％左右，其中采用180°方波直流变频控制技术的直流变频空调占到市场份额的60％左右，采用180°正弦波直流变频控制技术的直流变频主流产品，而且呈快速上升的趋势。国内空调厂开发的直流变频大都是采用120°方波控制技术，对于180°正弦波控制技术产品，国内目前也发展迅速，通过和国外企业合作国内各大国内空调厂都陆续推出相关产品，同时一些有实力的空调企业也在积极进行180°正弦波控制技术核心算法的研究开发。

目前180度直流变频压缩机驱动技术主要采用磁场定向控制技术（FOC），其控制原理是通过一定的坐标转换可以对磁通和转矩直接控制，实现电流和转速的双闭环控制 具有 可以在不产生大流的情况下实现快速的动态响应，即能耗低，效率高，转矩性能好，可以在不丢转速的情况下实现PMSM电机的精确高效驱动控制，FOC的具体实现方法在其他文章里多有论述，不属于本文的论述范围，就不再详述 不过FOC控制算法需要电机转子的位置信息，在普通的电机控制中转子位置信息可以通过诸如编码器或旋转变压器等位置传感器来获得，但是在压缩机这样一个封闭高温的系统里安置位置传感器显然不现实，这就需要采用无位置传感器的FOC控制技术，该控制技术是基于转子永磁体与定子磁场相互作用而实现的，就是通过精确测量定子的电流信息，然后用该电流信息以及各相施加电压逻辑等信息通过数学模型解耦出压缩机转子的位置信息，由此可见，在无位置传感器的180度正弦直流变频控制技术里面精确的采样定子相电流是至关重要的，是整个控制系统的基础。

在变频空调领域对压缩机定子电流的采样大都采用采样电阻采样的方式，如中国专利《一种用于变频器的电流采样电路及其采样方法》（专利号：200910129999.9）。该专利给出了单电阻采样方式和双电阻采样方式，下面对这两种采样方案存在的问题做一下分析。

1）单电阻采样方案分析

单电阻采样方式的典型电路如图1所示，通过单片机对母线N上的电流iDC采样，通过逻辑分析分解出各相电流的值iU、iV、iW，PMSM表示永磁同步电机。图2表示了电流检出的时序原理，上部为与U、V、W三相相关的开关管的开关状态，中部为检测电阻上的电流值（idc）,下部为压缩机三相的电流。由于在变频方案里脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）的载波频率很高（大约5K Hz），而且因为负载成电感特性，逆变器交流侧的电流波形大体上为正弦波，一个载波周期内几乎不产生变化 。idc的波形是将交流侧的电流通过逆变器开关群组切换而来的，逆变器各个桥的状态分别对应于0, iu, iv, iw,–iu, –iv, –iw 的各个值。结合图1可以看出：

① 的区间(UP, VP, WN：on）　idc① 　＝ -iw

② 的区间(UP, VN, WN：on)　 idc② 　＝　iu

再由于iu、iv、iw 的矢量和为零，即：

iu+iv+iw=0

因此iu, iv, iw,根据下面的关系可以简单地求出：

iu = idc② ,  iv = idc①– idc② ,  iw = – idc①