电机的相电压测量装置和测量方法及电机控制系统与流程

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种电机的相电压测量装置、一种电机控制系统和一种电机的相电压测量方法。

背景技术：

在无传感器的电机矢量控制过程中，通常需要获取精确的磁链信息，因此需要进行磁链估计。在基于电压模型的定子磁链估计中，涉及到电机的相电压和相电流。在相关技术中，电机控制系统通常只进行相电流检测而没有相电压检测，并用指令电压代替实际的相电压进行定子磁链估计。但是，其存在的缺点是，指令电压与实际的相电压存在偏差，特别是电机低速运行时，进而造成磁链估计的精度较低。

因此，相关技术需要进行改进。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电机的相电压测量装置，该装置能够获得准确的电机相电压。

本发明的另一个目的在于提出一种电机控制系统。本发明的又一个目的在于提出一种电机的相电压测量方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出的一种电机的相电压测量装置，所述电机的三相端子与电机驱动模块相连，所述装置包括：电压检测模块，所述电压检测模块分别与所述电机的三相端子相连，所述电压检测模块用于分别根据所述电机的三相端子的端电压生成对应的三路检测信号；电压采样模块，所述电压采样模块与所述电压检测模块相连，所述电压采样模块用于对所述三路检测信号进行采样；电压转换模块，所述电压转换模块与所述电压采样模块相连，所述电压转换模块用于对采样到的所述三路检测信号进行转换以转换为所述电机的三相端子的相电压。

根据本发明实施例提出的电机的相电压测量装置，通过电压检测模块分别与电机的三相端子相连，以根据电机的三相端子的端电压生成三路检测信号，电压采样模块对三路检测信号进行采样，电压转换模块对采样到的三路检测信号进行转换以获取电机的三相端子的相电压，从而能够有效测量电机的相电压，获得准确的电机相电压。并且，该装置结构简单，容易实现，可应用于工程实践。

根据本发明的一个实施例，所述电压检测模块包括：第一电压检测单元，所述第一电压检测单元与所述电机的第一端子相连，所述第一电压检测单元用于根据所述电机的第一端子的端电压生成第一路检测信号；第二电压检测单元，所述第二电压检测单元与所述电机的第二端子相连，所述第二电压检测单元用于根据所述电机的第二端子的端电压生成第二路检测信号；第三电压检测单元，所述第三电压检测单元与所述电机的第三端子相连，所述第三电压检测单元用于根据所述电机的第三端子的端电压生成第三路检测信号。

根据本发明的一个实施例，所述第一电压检测单元、所述第二电压检测单元和所述第三电压检测单元中的每个包括第一电阻、第二电阻和第一电容，其中，所述第一电阻的一端与对应的电机的端子相连，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端相连并具有节点，所述第二电阻的另一端接地，所述第一电容与所述第二电阻并联，所述节点与所述电压采样模块相连。

根据本发明的一个实施例，所述第一电阻、所述第二电阻和所述第一电容满足以下关系：

其中，f为所述电机驱动模块输出至所述电机的PWM信号的频率，R₁为所述第一电阻的阻值，R₂为所述第二电阻的阻值，C为所述第一电容的电容值。

根据本发明的一个实施例，所述第一电阻与所述第二电阻满足以下关系：

其中，R₁为所述第一电阻的阻值，R₂为所述第二电阻的阻值，V_max为预设的端电压上限值，V_d为所述电压采样模块的预设采样电压上限值。

根据本发明的一个实施例，所述电机的相电压测量装置还包括：电压补偿模块，所述电压补偿模块连接在所述电压转换模块与所述电压采样模块之间，所述电压补偿模块用于对采样到的所述三路检测信号进行补偿处理，以使所述电压转换模块对补偿后的三路检测信号进行转换。

根据本发明的一个实施例，所述电压转换模块根据以下公式获取所述电机的三相端子的相电压：

其中，V_aN、V_bN、V_cN为所述电机的三相端子的相电压，V_a、V_b、V_c为所述电机的三相端子的端电压。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出的一种电机控制系统，包括所述的电机的相电压测量装置。

根据本发明实施例提出的电机控制系统，通过上述电机的相电压测量装置，能够有效测量电机的相电压，获得准确的电机相电压。并且，该电机控制系统结构简单，容易实现，可应用于工程实践。

为达到上述目的，本发明又一方面实施例提出的一种电机的相电压测量方法，包括以下步骤：分别根据所述电机的三相端子的端电压生成对应的三路检测信号；对所述三路检测信号进行采样；对采样到的所述三路检测信号进行转换以转换为所述电机的三相端子的相电压。

根据本发明实施例提出的电机的相电压测量方法，根据电机的三相端子的端电压生成对应的三路检测信号，并对三路检测信号进行采样，以及对采样到的三路检测信号进行转换以获取电机的三相端子的相电压，从而能够有效测量电机的相电压，获得准确的电机相电压。并且，该方法计算简单，容易实现，可应用于工程实践。

根据本发明的一个实施例，根据以下公式获取所述电机的三相端子的相电压：

其中，V_aN、V_bN、V_cN为所述电机的三相端子的相电压，V_a、V_b、V_c为所述电机的三相端子的端电压。

附图说明

图1是根据本发明实施例的电机的相电压测量装置的方框示意图；

图2是根据本发明一个实施例的电机的相电压测量装置的电路原理图；

图3是根据本发明一个具体实施例的电机的相电压测量装置的电路原理图；

图4是根据本发明实施例的电机控制系统的方框示意图；以及

图5是根据本发明实施例的电机的相电压测量方法的流程图。

附图标记：

电机1和电机驱动模块2；

电压检测模块10、电压采样模块20和电压转换模块30；

第一电压检测单元101、第二电压检测单元102和第三电压检测单元103；

第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1；电压补偿模块40；

电机的相电压测量装置100和电机控制系统200。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来描述本发明实施例提出的电机的相电压测量装置和测量方法及电机控制系统。

图1是根据本发明实施例的电机的相电压测量装置的方框示意图。如图1所示，电机1的三相端子与电机驱动模块2相连，电机的相电压测量装置100包括：电压检测模块10、电压采样模块20和电压转换模块30。

其中，电压检测模块10分别与电机1的三相端子，即第一端子A、第二端子B和第三端子C相连，电压检测模块10用于分别根据电机1的三相端子的端电压生成对应的三路检测信号；电压采样模块20与电压检测模块10相连，电压采样模块20用于对三路检测信号进行采样；电压转换模块30与电压采样模块20相连，电压转换模块30用于对采样到的三路检测信号进行转换以转换为电机1的三相端子的相电压。

具体来说，在电机控制系统的工作过程中，电机驱动模块2分别将PWM信号输出至电机1的三相端子，即第一端子A、第二端子B和第三端子C，以驱动电机1运行。在电机1的运行过程中，电机1的第一端子A的端电压记为V_a、相电压记为V_aN，电机1的第二端子B的端电压记为V_b、相电压记为V_bN，电机1的第三端子C的端电压记为V_c、相电压记为V_cN，其中，电机1的三相端子的端电压分别为电机1的三相端子的对地电压。

更具体地，电压检测模块10分别根据电机1的三相端子的端电压V_a、V_b和V_c生成对应的三路检测信号，其中，三路检测信号均为模拟信号。电压采样模块20包括AD转换单元，AD转换单元分别对三路检测信号进行采样，以将模拟信号转化为数字信号，并将转换后的数字信号输出至电压转换模块30。进一步地，电压转换模块30根据三相电压平衡原理对采样到的三路检测信号进行转换，以获取电机1的三相端子的相电压V_aN、V_bN和V_cN。

根据本发明的一个实施例，电压转换模块30根据以下公式获取电机1的三相端子的相电压：

其中，V_aN、V_bN、V_cN为电机1的三相端子的相电压，V_a、V_b、V_c为电机1的三相端子的端电压。

具体来说，电机1可为三相电机，三相端子的端电压分别为三相端子的对地电压，将三相电机的中性点记为N，并将三相电机的中性点N的对地电压记为V_NG，则电机1的三相端子的端电压与相电压满足以下关系：

在电机1正常工作时，电机1的三相电压平衡，即：

V_aN+V_bN+V_cN＝0 (3)

根据公式(2)和(3)可知，

将公式(4)代入公式(2)可得，电机1的三相端子的端电压与相电压满足公式(1)所示的关系，即：

这样，电压转换模块30在接收采样到的三路检测信号后，可根据公式(3)将电机1的三相端子的端电压V_a、V_b和V_c转换为电机1的三相端子的相电压V_aN、V_bN和V_cN。

由此，本发明实施例的电机的相电压测量装置能够有效测量电机的相电压，获得准确的电机相电压。并且，该装置结构简单，容易实现，可应用于工程实践。

根据本发明的一个具体实施例，电压转换模块30可将三相端子的相电压V_aN、V_bN和V_cN输出至电机控制系统的控制单元，控制单元可根据三相端子的相电压V_aN、V_bN和V_cN进行定子磁链估计，避免了采用指令电压，提高了磁链估计的精度。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，电压检测模块10包括：第一电压检测单元101、第二电压检测单元102和第三电压检测单元103，其中，第一电压检测单元101与电机1的第一端子A相连，第一电压检测单元101用于根据电机1的第一端子A的端电压V_a生成第一路检测信号；第二电压检测单元102与电机1的第二端子B相连，第二电压检测单元102用于根据电机1的第二端子B的端电压V_b生成第二路检测信号；第三电压检测单元103与电机1的第三端子C相连，第三电压检测单元103用于根据电机1的第三端子C的端电压V_c生成第三路检测信号。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，第一电压检测单元101、第二电压检测单元102和第三电压检测单元103中的每个包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1，其中，第一电阻R1的一端与对应的电机1的端子相连，第二电阻R2的一端与第一电阻R1的另一端相连并具有节点，第二电阻R2的另一端接地，第一电容C1与第二电阻R2并联，节点与电压采样模块20相连。

具体来说，以第一电压检测单元101为例，第一电阻R1的一端与电机1的第一端子A相连，第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1对第一端子A的端电压V_a进行分压，并将第一电阻R1和第二电阻R2之间的节点作为第一电压检测单元101的输出端，以将第一路检测信号输出至电压采样模块20，其中，第一路检测信号的电压值

同理可得，第二路检测信号的电压值第三路检测信号的电压值

根据本发明的一个实施例，第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1满足以下关系：

其中，f为电机驱动模块2输出至电机1的PWM信号的频率，R₁为第一电阻R1的阻值，R₂为第二电阻R2的阻值，C为第一电容C1的电容值。

具体来说，第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1构成一阶滤波电路，其滤波频率f_c为：

假设电机驱动模块2输出至电机1的PWM信号的频率为f，该一阶滤波电路的滤波频率f_c与PWM信号的频率f满足下式(7)所示的关系，即：

将公式(6)代入公式(7)可知，第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1满足公式(5)所示的关系，即：

根据本发明的一个具体实施例，第一电阻R1与第二电阻R2满足以下关系：

其中，R₁为第一电阻R1的阻值，R₂为第二电阻R2的阻值，V_max为预设的端电压上限值，V_d为电压采样模块20的预设采样电压上限值。

具体来说，在电压采样模块20对三路检测信号分别进行采样的过程中，三路检测信号的电压值V_ADC-a、V_ADC-b和V_ADC-c不高于电压采样模块20的预设采样电压上限值V_d，以保证电压采样模块20对三路检测信号进行有效采样，也就是说，且且假设电机1的预设的端电压上限值为V_max，则只需即可保证电压采样模块20对三路检测信号进行有效采样。此时，第一电阻R1与第二电阻R2满足公式(6)所示的关系，即：

根据本发明的一个实施例，如图3所示，电机1的相电压测量装置还包括：电压补偿模块40，电压补偿模块40连接在电压转换模块30与电压采样模块20之间，电压补偿模块40用于对采样到的三路检测信号进行补偿处理，以使电压转换模块30对补偿后的三路检测信号进行转换。

具体来说，第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1构成一阶滤波电路，电压检测模块10分别根据电机1的三相端子的端电压V_a、V_b和V_c生成对应的三路检测信号，电压采样模块20采样到的三路检测信号的电压值V_ADC-a、V_ADC-b和V_ADC-c分别为电机1的三相端子的端电压V_a、V_b和V_c经过一阶滤波后的电压值，由于一阶滤波会造成幅值衰减和相位滞后，如果电压转换模块30直接对采样到的三路检测信号进行转换以获取电机1的三相端子的相电压，则获取到的相电压为实际的三相端子的相电压经过一阶滤波后的值。在本发明的实施例中，电压补偿模块40对采样到的三路检测信号进行补偿处理，并将补偿后的三路检测信号输出至电压转换模块30，电压转换模块30对补偿后的三路检测信号进行转换以转换为电机1的三相端子的相电压，从而可以消除一阶滤波造成的三相端子的相电压的幅值衰减和相位滞后，提高了相电压的测量精度。

综上，根据本发明实施例提出的电机的相电压测量装置，通过电压检测模块分别与电机的三相端子相连，以根据电机的三相端子的端电压生成三路检测信号，电压采样模块对三路检测信号进行采样，电压转换模块对采样到的三路检测信号进行转换以获取电机的三相端子的相电压，从而能够有效测量电机的相电压，获得准确的电机相电压。并且，该装置结构简单，容易实现，可应用于工程实践。

图4是根据本发明实施例的电机控制系统的方框示意图。如图5所示，该电机控制系统200包括电机的相电压测量装置100。

综上，根据本发明实施例提出的电机控制系统，通过上述电机的相电压测量装置，能够有效测量电机的相电压，获得准确的电机相电压。并且，该电机控制系统结构简单，容易实现，可应用于工程实践。

图5是根据本发明实施例的电机的相电压测量方法的流程图。如图5所示，该电机的相电压测量方法包括以下步骤：

S10：分别根据电机的三相端子的端电压生成对应的三路检测信号。

S20：对三路检测信号进行采样。

S30：对采样到的三路检测信号进行转换以转换为电机的三相端子的相电压。

具体来说，在电机控制系统的工作过程中，电机驱动模块分别将PWM信号输出至电机的三相端子，以驱动电机运行。在电机的运行过程中，电机的第一端子的端电压记为V_a、相电压记为V_aN，电机的第二端子的端电压记为V_b、相电压记为V_bN，和电机的第三端子的端电压记为V_c、相电压记为V_cN，其中，电机的三相端子的端电压分别为电机的三相端子的对地电压。

更具体地，电压检测模块分别根据电机的三相端子的端电压V_a、V_b和V_c生成对应的三路检测信号，其中，三路检测信号均为模拟信号。电压采样模块包括AD转换单元，AD转换单元分别对三路检测信号进行采样，以将模拟信号转化为数字信号，并将转换后的数字信号输出至电压转换模块。进一步地，电压转换模块根据三相电压平衡原理对采样到的三路检测信号进行转换，以获取电机的三相端子的相电压V_aN、V_bN和V_cN。

根据本发明的一个实施例，根据以下公式获取电机的三相端子的相电压：

其中，V_aN、V_bN、V_cN为电机的三相端子的相电压，V_a、V_b、V_c为电机的三相端子的端电压。

具体来说，电机可为三相电机，三相端子的端电压分别为三相端子的对地电压，将三相电机的中性点记为N，并将三相电机的中性点N的对地电压记为V_NG，则电机的三相端子的端电压与相电压满足以下关系：

在电机正常工作时，电机的三相电压平衡，即：

V_aN+V_bN+V_cN＝0 (3)

根据公式(2)和(3)可知，

将公式(4)代入公式(2)可得，电机的三相端子的端电压与相电压满足公式(1)所示的关系，即：

这样，电压转换模块在接收采样到的三路检测信号后，可根据公式(3)将电机的三相端子的端电压V_a、V_b和V_c转换为电机的三相端子的相电压V_aN、V_bN和V_cN。

由此，本发明实施例的电机的相电压测量方法能够有效测量电机的相电压，获得准确的电机相电压。并且，该方法计算简单，容易实现，可应用于工程实践。

根据本发明的一个实施例，电机的相电压测量方法还包括：对采样到的三路检测信号进行补偿处理，并对补偿后的三路检测信号进行转换以转换为电机的三相端子的相电压。

具体来说，电压检测模块包括一阶滤波电路，电压检测模块分别根据电机的三相端子的端电压V_a、V_b和V_c生成对应的三路检测信号，电压采样模块采样到的三路检测信号的电压值V_ADC-a、V_ADC-b和V_ADC-c分别为电机的三相端子的端电压V_a、V_b和V_c经过一阶滤波后的电压值，由于一阶滤波会造成幅值衰减和相位滞后，如果电压转换模块直接对采样到的三路检测信号进行转换以获取电机的三相端子的相电压，则获取到的相电压为实际的三相端子的相电压经过一阶滤波后的值。在本发明的实施例中，对采样到的三路检测信号进行补偿处理，并将补偿后的三路检测信号输出至电压转换模块，电压转换模块对补偿后的三路检测信号进行转换以转换为电机的三相端子的相电压，从而可以消除一阶滤波造成的三相端子的相电压的幅值衰减和相位滞后，提高了相电压的测量精度。

综上，根据本发明实施例提出的电机的相电压测量方法，根据电机的三相端子的端电压生成对应的三路检测信号，并对三路检测信号进行采样，以及对采样到的三路检测信号进行转换以获取电机的三相端子的相电压，从而能够有效测量电机的相电压，获得准确的电机相电压。并且，该方法计算简单，容易实现，可应用于工程实践。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。