專利名稱：使用單采樣電阻的三相電流重構(gòu)方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及三相電機控制技術(shù)領域，具體來說，本發(fā)明涉及一種使用單采樣電阻的三相電流重構(gòu)方法。
背景技術(shù)：
1:變頻器的電流檢測是控制系統(tǒng)中重要的反饋環(huán)節(jié)，關系到矢量控制性能和良好的限流保護能力。如圖1所示，比較常見的電流檢測方式是在感應電機(頂)的兩相電流上串聯(lián)霍爾傳感器或者采樣電阻，對三相電流直接采樣。此方法簡單可行，但會帶來成本提升、廣品故障率聞的缺點。2:在變頻器的直流母線側(cè)串聯(lián)單個采樣電阻R可以重構(gòu)出三相電流，如圖2所示。因為三相電流最終都會通過直流母線回到電網(wǎng)Ud。，因此，直流母線側(cè)的電流準確反應出三相電流的變化。通過一定的控制技術(shù)可以重構(gòu)出三相電流，即節(jié)省了成本又提高了可靠性。在變頻器的直流母線上串聯(lián)一個電阻，電阻上的壓降包含三相電流的信息。通過空間矢量脈寬調(diào)制方式(SVPWM)，在正常采樣區(qū)，兩個有效矢量的時間大于采樣時間和死區(qū)時間Tmin (如圖3所示)，則可采樣兩路電流，另外一路通過基爾霍夫定律計算得出。3:單電阻采樣最大的問題在于扇區(qū)邊界和低調(diào)制度，如圖4所示，只能采到一個有效矢量，甚至一個都采不到，需要進行重構(gòu)。4:在扇區(qū)交界和低調(diào)制度范圍內(nèi)，現(xiàn)有的方法都是通過移相或者插入法重構(gòu)出足夠的有效矢量作用時間Tmin，可以進行電流采樣，如圖5 8所示為其中的四種方法。此類方法最大的問題在于改變了 SVPWM空間矢量調(diào)制的有效矢量，甚至出現(xiàn)反作用矢量。雖然在一個周期之內(nèi)的矢量作用不會改變，但難免會造成電壓矢量THD值(總諧波含量)的明顯升高，并使電機輸出轉(zhuǎn)矩脈動，電機運行不穩(wěn)定，發(fā)熱更嚴重。上述四種方法的THD值可如圖9所示。另外，此類方法應用范圍有限，在低調(diào)制度和過調(diào)制區(qū)域都難以構(gòu)造出足夠時間的采樣矢量，并且在多種SVPWM模式切換過程中，移相范圍不同，程序通用性較差?？偠灾?，未有本發(fā)明之前的現(xiàn)有技術(shù)存在如下缺點:1:變頻器的相電流采樣一般由兩個霍爾傳感器構(gòu)成，帶來成本高、電路復雜等缺點；并且霍爾傳感器故障率高，有一個發(fā)生異常，則整個系統(tǒng)無法正常工作。2:當前單電阻采樣方案大多使用移相方法或者是插入有效的采樣矢量，在不改變電壓矢量幅值和相位的前提下對電壓矢量進行重構(gòu)，以便于產(chǎn)生足夠的采樣矢量。這種方法雖然可以對電流進行重構(gòu)，但必然導致諧波含量大增，電機發(fā)熱，轉(zhuǎn)矩脈動，運行效率降低。3:當前電流重構(gòu)方法應用范圍狹窄，在高低調(diào)制度和扇區(qū)交界處的采樣準確度不高，并且對多種SVPWM模式的適應性不強
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的一個技術(shù)問題是提供一種使用單采樣電阻的三相電流重構(gòu)方法，提高電流估計的準確性和通用性。本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種使用單采樣電阻的三相電流重構(gòu)方法，精確地實現(xiàn)寬范圍、多種SVPWM模式的電流重構(gòu)。本發(fā)明所要解決的再一個技術(shù)問題是提供一種使用單采樣電阻的三相電流重構(gòu)方法，降低電壓矢量的總諧波含量值。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種使用單采樣電阻的三相電流重構(gòu)方法，包括步驟:A.對三相逆變系統(tǒng)中變頻器的直流母線電流進行采樣；B.利用狀態(tài)觀測器估計出感應電機的三相電流和反電動勢；C.根據(jù)有效矢量的作用時間，判斷是否需要進行電流重構(gòu)，若需要重構(gòu)，則執(zhí)行步驟D，若無需重構(gòu)，則跳至步驟G ；D.所述狀態(tài)觀測器在所述三相電流的非正常采樣區(qū)對電機電流進行觀測；G.生成空間矢量脈寬調(diào)制/[目號，實現(xiàn)二相電流重構(gòu)。可選地，在上述步驟G之后還包括步驟:H.設置下一次所述直流母線電流采樣的時間點，之后中斷返回上述步驟A。可選地，在上述步驟D之后、步驟G之前還包括步驟:E.對觀測到的所述電機電流進行誤差控制?？蛇x地，在上述步驟E之后、步驟G之前還包括步驟:F.對觀測到的所述電機電流的變化量進行限幅處理。可選地，所述誤差控制是使用基爾霍夫定理和/或功率等效原則對誤差進行有效控制。可選地，所述限幅處理是將誤差控制在一定范圍內(nèi)，并且對估計出的電流值進行更新。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:1:使用單個采樣電阻，簡化變頻器系統(tǒng)，節(jié)省成本；2:對電流的預估使用數(shù)學模型和狀態(tài)估計方法，準確度高；3:使用范圍廣，在高低調(diào)制度都可以準確應用，扇區(qū)交界處平滑過渡，且適用于多種SVPWM模式；4:通過誤差控制和電流矢量幅值限制對誤差進行精準預測，提高了電流估計的準確性；5:載波頻率的控制可以將應用范圍延伸到0.05低調(diào)制度。本發(fā)明使用狀態(tài)觀測器方法，對滑模系數(shù)和濾波系數(shù)進行歸一化處理，提高了電流估計的準確性和通用性。通過誤差控制和電流限幅，更加精確的實現(xiàn)寬范圍、多種SVPWM模式的電流重構(gòu)；并且不改變SVPWM電壓基本矢量，顯著降低電壓矢量THD值。另外，本發(fā)明采用的滑模估計算法先進，電流誤差和幅值的控制方法新穎，實效性強，在系統(tǒng)仿真和實際測試過程中都取得了很好的控制性能，基本可以和雙傳感器電流采樣系統(tǒng)相媲美。


本發(fā)明的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將通過下面結(jié)合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中:圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種采用兩個傳感器對感應電機進行電流檢測的電路示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的一種在變頻器直流母線側(cè)串聯(lián)單個采樣電阻對感應電機進行電流檢測的電路示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的一種在空間矢量脈寬調(diào)制方式下正常的電流采樣時刻示意圖；圖4為現(xiàn)有技術(shù)中的一種有效矢量作用時間小于最小米樣時間的不意圖；圖5為現(xiàn)有技術(shù)中的一種直接改變SVPWM基本矢量以重構(gòu)出足夠的有效矢量作用時間的不意圖；圖6為現(xiàn)有技術(shù)中的一種移相后由三個基本矢量合成重構(gòu)出足夠的有效矢量作用時間的不意圖；圖7為現(xiàn)有技術(shù)中的一種移相后由反向電壓矢量重構(gòu)出足夠的有效矢量作用時間的示意圖；圖8為現(xiàn)有技術(shù)中的一種直接插入測量矢量(插入矢量之和為O)以重構(gòu)出足夠的有效矢量作用時間的示意圖；圖9為現(xiàn)有技術(shù)中的幾種移相、插入重構(gòu)法的總諧波含量值的對比曲線圖；圖10為本發(fā)明一個實施例的利用狀態(tài)觀測器對三相電機電流進行重構(gòu)的方法流程圖；圖11為本發(fā)明一個實施例的用于對三相電機電流進行重構(gòu)的狀態(tài)觀測器的結(jié)構(gòu)圖；圖12為本發(fā)明一個實施例的對電流重構(gòu)的估計器輸出的電流估計值與實際電流值的對比曲線圖；圖13為本發(fā)明一個實施例的狀態(tài)觀測與電流重構(gòu)過程的示意圖；圖14為本發(fā)明一個實施例的誤差控制過程中為確保誤差矢量幅值不變的功率等效原則的不意圖；圖15為本發(fā)明一個實施例的在電流限幅過程中使用誤差限幅并更新電流估計值的不意圖；圖16為本發(fā)明一個實施例的未使用狀態(tài)重構(gòu)時對直流母線電流直接采樣的電流波形圖；圖17為本發(fā)明一個實施例的使用電流重構(gòu)方法得到的電流波形與實際采樣波形的對比曲線圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實施，本領域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下根據(jù)實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以此具體實施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護范圍。在三相逆變系統(tǒng)中，僅在變頻器的直流母線側(cè)串聯(lián)單個采樣電阻，通過母線上的電流對三相電流進行重構(gòu)，在此基礎上能實現(xiàn)電機控制算法。圖10為本發(fā)明一個實施例的利用狀態(tài)觀測器對感應電機電流進行重構(gòu)的方法流程圖。如圖10所示，對電機電流進行重構(gòu)的該方法流程可以包括:執(zhí)行步驟S101，對三相逆變系統(tǒng)中變頻器的直流母線電流進行采樣。執(zhí)行步驟S102，利用狀態(tài)觀測器估計出感應電機的三相電流和反電動勢。其中，上述步驟SlOl和S102 —起用于建立準確的電機模型，構(gòu)造狀態(tài)觀測方程，是電流估計是否準確快速的關鍵。電機模型與狀態(tài)估計式:變頻器驅(qū)動異步電機和同步電機時，在三相靜止坐標系中電機模型都可以用下式表不:
權(quán)利要求
1.一種使用單采樣電阻的三相電流重構(gòu)方法，包括步驟: A.對三相逆變系統(tǒng)中變頻器的直流母線電流進行采樣； B.利用狀態(tài)觀測器估計出感應電機的三相電流和反電動勢； C.根據(jù)有效矢量的作用時間，判斷是否需要進行電流重構(gòu)，若需要重構(gòu)，則執(zhí)行步驟D，若無需重構(gòu)，則跳至步驟G ; D.所述狀態(tài)觀測器在所述三相電流的非正常采樣區(qū)對電機電流進行觀測； G.生成空間矢量脈寬調(diào)制彳目號，實現(xiàn)二相電流重構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相電流重構(gòu)方法，其特征在于，在上述步驟G之后還包括步驟: H.設置下一次所述直流母線電流采樣的時間點，之后中斷返回上述步驟A。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三相電流重構(gòu)方法，其特征在于，在上述步驟D之后、步驟G之前還包括步驟: E.對觀測到的所述電機電流進行誤差控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三相電流重構(gòu)方法，其特征在于，在上述步驟E之后、步驟G之前還包括步驟: F.對觀測到的所述電機電流的變化量進行限幅處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三相電流重構(gòu)方法，其特征在于，所述誤差控制是使用基爾霍夫定理和/或功率等效原則對誤差進行有效控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三相電流重構(gòu)方法，其特征在于，所述限幅處理是將誤差控制在一定范圍內(nèi)，并且對估計出的電流值進行更新。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用單采樣電阻的三相電流重構(gòu)方法，包括步驟A．對變頻器的直流母線電流進行采樣；B．狀態(tài)觀測器估計出感應電機的三相電流和反電動勢；C．根據(jù)有效矢量的作用時間，判斷是否需要進行電流重構(gòu)，若需要重構(gòu)，則執(zhí)行步驟D，若無需重構(gòu)，則跳至步驟G；D．狀態(tài)觀測器在三相電流的非正常采樣區(qū)對電機電流進行觀測；E．對觀測到的電機電流進行誤差控制；F．對觀測到的電機電流的變化量進行限幅處理；G．生成空間矢量脈寬調(diào)制信號；H．設置下一次直流母線電流采樣的時間點，中斷返回步驟A。本發(fā)明提高了電流估計的準確性和通用性，精確實現(xiàn)了寬范圍、多種SVPWM模式的電流重構(gòu)，并且不改變SVPWM電壓基本矢量，顯著降低電壓矢量THD值。
文檔編號H02P23/14GK103199791SQ201310129619
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者萬翔, 嚴勵 申請人:中穎電子股份有限公司