基于电流预测的变频器三电阻电流采样方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电气工程技术领域，具体地，设及一种基于电流预测的变频器=电阻 电流采样方法。
【背景技术】
[0002] 1971年德国学者F.Blaschke提出交流电机矢量控制原理，矢量控制W其自身的 优越性迅速被用于工程应用中，影响电机矢量控制的一个重要指标便是电机相电流。使用 霍尔传感器采样电机的=相电流，使用简单，然而其成本较高；为降低成本，学者利用直流 母线电流单电阻采样，重构电机相电流，其方法复杂，且存在非观测区；也有在=相逆变器 下桥臂串联=电阻采样，但存在高调制比下某些相无法采样的问题。
[0003] 北京信息科技大学学报（自然科学版）2013年第1期28卷18-21页，"口机变频器 =电阻电流采样及合成方法"针对某些低成本应用场合，提出口机变频器下桥臂的=电阻 电流采样方式。电气自动化2014年第1期36卷64-66页，"小容量变频器=电阻采样电流 合成方法实现"介绍了小容量变频器的S电阻采样实现方式。AppliedPowerElectronics Conference会议 2007 年第 1701-1706 页，"AQirrentReconstructionSchemefor Low-CostPMSMDrivesUsingSumtResistors"介绍了一种低成本PMSM驱动的S电阻义 样技术，利用状态观测器实现高调制比下的电流重构。
[0004] 上述文章"口机变频器=电阻电流采样及合成方法"和"小容量变频器=电阻采 样电流合成方法实现"，虽然提出了=电阻采样的实现方式，但是并没有针对高调制比下零 矢量时间不足引起的某些相无法采样的问题作出分析及研究，不能满足实际电机控制的 需要。"ACurrentReconstructionSchemeforLow-CostPMSMDrivesUsingShunt Resistors"虽然对S电阻采样存在的问题进行了分析与研究，并且利用状态观测器实现宽 区域内的电机电流重构，但是只能用在PMSM电机（永磁同步电机）上，并不适用于ACIM电 机（交流感应电机）。
【发明内容】
阳0化]本发明针对=相变频器传统=电阻采样技术存在的问题，即高调制比下会出现零 电压矢量持续时间不足导致无法准确采样=相电流的问题，提供一种基于电流预测的变频 器=电阻电流采样方法，W实现低成本要求下异步电机等一些设备的宽区域电流闭环矢量 控制。
[0006] 为实现W上目的，本发明提供一种基于电流预测的变频器=电阻电流采样方法， 在每个PWM周期中，通过电流闭环PID控制及SVGEN调制后，得到A、B、CS相PWM比较值 Ti、Tz和T3,S个比较值分别代表逆变器A、B、CS相下桥臂开关导通时间，实时比较Ti、Tz 和T3与完全采样所需最短时间Tmi。的大小，并根据不同的大小关系，采取不同的电流获得方 式；其中：
[0007]当立相PWM比较值Tl、Tz和T3中，存在一个值小于完全采样所需最短时间T时， 电阻采样电流只有两相有效，利用电机=相电流之和为O对另外一相电机进行重构，得到 有效的=相电机电流值后，通过Clark和Park变换实现电机的电流闭环控制；
[0008] 当S相PWM比较值Ti、Tz和T3中，存在二个值小于完全采样所需最短时间Tmm 时，电阻采样电流只有一相有效，对异步电机的状态方程进行离散化，得到电流预测模型， 通过该模型利用当前控制周期的定子电流LdOO、isq似预测出下个控制周期的定子电流 Ld化+1)、isq化+1)，并用定子电流isd化+1)、isq化+1)实现电机的电流闭环控制。
[0009] 进一步的，所述根据不同的大小关系，采取不同的电流获得方式，具体为：
[0010] 为方便表示，用X、Y、Z分别代替ミ个比较值Tl、T2和T3，且令X《Y《Z，定义电机 S相电流为i。，ib和i。，方向流出电机为正；对应的逆变器S相采样电流定义为i。。，ib_m和 ，方向流向DC负极为正； W11] (I)X>Tmi。，表示零电压矢量持续时间内，能准确完成S相电流的采样述过i。=ia_m，ib=ib_m和ie=ie_m，合成电机；相电流，经Clark和Park变换后，得到闭环所需d-q 坐标系下的定子电流isd、isq; 阳01引（n)X<Tmi"、Y>Tmm,表示零电压矢量持续时间内，只能准确完成两相电流的采样； 其中包括W下情况： 阳01引 （a)当Ti<Tmm，T2,TsXTmm时，B、C两相逆变器电流采样准确，存在ib=ib_m，i。=i。_ m;由公式（1)，得到电机A相电流i。如下： 阳014]ia=-ib_ic=-(ib_m+ic_m) (I)
[001引（b)当12<1"1。、1\，13〉1"1。时，4、0两相逆变器电流采样准确，有：
[0017] (C)当T3<Tmm、Tl, T2〉Tmi。时，A、B两相逆变器电流采样准确，有：
[0019]根据公式（1)、似、（3)合成电机S相电流，经Clark和Park变换后，得到闭环所 需d-q坐标系下的定子电流i,d、isq;
[0020] (III)X<Tmi"、Y<Tmm、Z>Tmm，表示零电压矢量持续时间内，只能准确完成一相电流 的采样，此时利用当前控制周期中的电压、电流及转速值，经电流预测模型得到下一控制周 期中闭环需要的d-q坐标系下的定子电流Ld、isq，电流预测模型如下所示：
[0021]
阳0巧式中：T历系统采样周期，。为电机漏磁系数，。二I-LmVL山;R历定子电阻，Rf为转子电阻，Lm为电机互感，Lg为定子电感，Lf为转子电感，igd、isq分别为旋转坐标系下定 子电流直轴分量和交轴分量，Ugd、Uw分别为旋转坐标系下定子电压直轴分量和交轴分量， ?1和《分别为电机同步转速和转子转速。
[0023] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0024] 本发明解决了 =相变频器传统=电阻采样技术存在的高调制比下会出现零电压 矢量持续时间不足导致无法准确采样=相电流的问题，能够实现=电阻采样下宽区域电流 闭环控制，提高调制比，增大电机负载能力，成本低，采样简单，可靠。
【附图说明】
[0025] 通过阅读参照W下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[00%] 图1为基于通用的两电平变频器S电阻采样电路；
[0027]图2为本发明一实施例的控制流程图。
【具体实施方式】
[002引下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。W下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不W任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可W做出若干变形和改进。运些都属于本发明 的保护范围。
[0029] 在本发明的一实施例中：基于通用的两电平变频器S电阻采样电路（如图1所 示），提供一种基于电流预测的变频器=电阻电流采样方法，其控制流程如图2所示：
[0030] 在每个PWM周期中，通过电流闭环PID控制及SVGEN调制后，得到A、B、CS相PWM 比较值Tl、Tz和T3,S个比较值分别代表逆变器A、B、CS相下桥臂开关的导通时间，为方便 表示，用X、Y、Z分别表示S个比较值，且有X《Y《Z;实时比较X、Y、Z与完全采样所需最 短时间Tmm的大小，并根据不同的大小关系，采取不同的电流获得方式，具体的：
[0031] (I)X>Tmm,表示零电压矢量持续时间内，可W准确完成S相电流的采样，通过i。 =ia_m，ib=ib_m和ie=ie_m，合成电机；相电流，经Clark和Park变换后，得到闭环所需 d-q坐标系下的定子电流i,d、isq; 阳03引（n)X<Tmi"、Y>Tmm,表示零电压矢量持续时间内，只能准确完成两相电流的采样； 其中包括W下几种情况： 阳03引（a)当