[发明专利]使用单采样电阻的三相电流重构方法

说明书

技术领域

本发明涉及三相电机控制技术领域，具体来说，本发明涉及一种使用单采样电阻的三相电流重构方法。

背景技术

1：变频器的电流检测是控制系统中重要的反馈环节，关系到矢量控制性能和良好的限流保护能力。如图1所示，比较常见的电流检测方式是在感应电机（IM）的两相电流上串联霍尔传感器或者采样电阻，对三相电流直接采样。此方法简单可行，但会带来成本提升、产品故障率高的缺点。

2：在变频器的直流母线侧串联单个采样电阻R可以重构出三相电流，如图2所示。因为三相电流最终都会通过直流母线回到电网U_dc，因此，直流母线侧的电流准确反应出三相电流的变化。通过一定的控制技术可以重构出三相电流，即节省了成本又提高了可靠性。

在变频器的直流母线上串联一个电阻，电阻上的压降包含三相电流的信息。通过空间矢量脉宽调制方式（SVPWM），在正常采样区，两个有效矢量的时间大于采样时间和死区时间Tmin（如图3所示），则可采样两路电流，另外一路通过基尔霍夫定律计算得出。

3：单电阻采样最大的问题在于扇区边界和低调制度，如图4所示，只能采到一个有效矢量，甚至一个都采不到，需要进行重构。

4：在扇区交界和低调制度范围内，现有的方法都是通过移相或者插入法重构出足够的有效矢量作用时间Tmin，可以进行电流采样，如图5～8所示为其中的四种方法。

此类方法最大的问题在于改变了SVPWM空间矢量调制的有效矢量，甚至出现反作用矢量。虽然在一个周期之内的矢量作用不会改变，但难免会造成电压矢量THD值（总谐波含量）的明显升高，并使电机输出转矩脉动，电机运行不稳定，发热更严重。上述四种方法的THD值可如图9所示。

另外，此类方法应用范围有限，在低调制度和过调制区域都难以构造出足够时间的采样矢量，并且在多种SVPWM模式切换过程中，移相范围不同，程序通用性较差。

总而言之，未有本发明之前的现有技术存在如下缺点：

1：变频器的相电流采样一般由两个霍尔传感器构成，带来成本高、电路复杂等缺点；并且霍尔传感器故障率高，有一个发生异常，则整个系统无法正常工作。

2：当前单电阻采样方案大多使用移相方法或者是插入有效的采样矢量，在不改变电压矢量幅值和相位的前提下对电压矢量进行重构，以便于产生足够的采样矢量。这种方法虽然可以对电流进行重构，但必然导致谐波含量大增，电机发热，转矩脉动，运行效率降低。

3：当前电流重构方法应用范围狭窄，在高低调制度和扇区交界处的采样准确度不高，并且对多种SVPWM模式的适应性不强。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种使用单采样电阻的三相电流重构方法，提高电流估计的准确性和通用性。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种使用单采样电阻的三相电流重构方法，精确地实现宽范围、多种SVPWM模式的电流重构。

本发明所要解决的再一个技术问题是提供一种使用单采样电阻的三相电流重构方法，降低电压矢量的总谐波含量值。

为解决上述技术问题，本发明提供一种使用单采样电阻的三相电流重构方法，包括步骤：

A.对三相逆变系统中变频器的直流母线电流进行采样；

B.利用状态观测器估计出感应电机的三相电流和反电动势；

C.根据有效矢量的作用时间，判断是否需要进行电流重构，若需要重构，则执行步骤D，若无需重构，则跳至步骤G；

D.所述状态观测器在所述三相电流的非正常采样区对电机电流进行观测；

G.生成空间矢量脉宽调制信号，实现三相电流重构。

可选地，在上述步骤G之后还包括步骤：

H.设置下一次所述直流母线电流采样的时间点，之后中断返回上述步骤A。

可选地，在上述步骤D之后、步骤G之前还包括步骤：

E.对观测到的所述电机电流进行误差控制。

可选地，在上述步骤E之后、步骤G之前还包括步骤：

F．对观测到的所述电机电流的变化量进行限幅处理。

可选地，所述误差控制是使用基尔霍夫定理和/或功率等效原则对误差进行有效控制。

可选地，所述限幅处理是将误差控制在一定范围内，并且对估计出的电流值进行更新。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1：使用单个采样电阻，简化变频器系统，节省成本；

2：对电流的预估使用数学模型和状态估计方法，准确度高；