一种变频器相电流单电阻采样重构优化方法与流程

本发明涉及一种变频器相电流单电阻采样重构优化方法，属于电机驱动控制方法
技术领域：
。
背景技术：
：为减少制造成本,目前在变频器产品的生产中会先采用相电流单电阻的方式进行采样，相电流单电阻的方式通过采样直流母线电流，重构三相输出电流，从而实现电流的采样。但是单电阻采样在低电压调制区域和扇区过渡区域存在着采样盲区，即不可观测区域，通常做法是对pwm调制波开关状态移动调整，从而实现有效电压矢量作用时间大于采样电路所需最小采样时间，但此方法会导致经开关状态移动调整后的pwm调制波不对称，使得电流谐波含量上升，导致电机电磁噪音增大，不能满足对电机噪声有要求的场合使用。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种变频器相电流单电阻采样重构优化方法，以克服现有技术的不足。本发明通过如下技术方案予以实现：本发明公开了一种变频器相电流单电阻采样重构优化方法，包括如下步骤：s1.在变频器三相逆变电路母线上设置采样电阻，用以采样母线电流；s2.根据空间矢量脉宽调制方法计算当前载波周期三相输出电压有效电平作用时间分别为tu、tv、tw，将所述三相输出电压有效电平作用时间按照从大到小顺序排列分别为ta、tb、tc，有效电压主矢量作用时间tx=ta-tb，有效电压辅矢量作用时间ty=tb-tc，所述有效电压主矢量作用时间tx内采样电流为ix，所述有效电压辅矢量作用时间ty内采样电流为iy，采样电路最小采样时间为ts，载波周期为td；s3.根据所述有效电压主矢量作用时间tx、有效电压辅矢量作用时间ty和采样电路最小采样时间ts划分采样计算区域1和采样计算区域2，所述采样计算区域1为输出电压矢量u_out存在tx和ty同时小于ts的情况下所对应的电压矢量低电压调制区域，所述采样计算区域1包括扇区过渡不可观测区域和低电压调制全不可观测区域；所述采样计算区域2为输出电压矢量u_out存在tx和ty同时大于ts的情况下所对应的电压矢量高电压调制区域，所述采样计算区域2包括扇区过渡不可观测区域和可观测区域；s4.根据电压矢量运转方向，所述采样计算区域1在每个扇区内进入所述低电压调制全不可观测区域的第一个载波周期内执行开关状态移动调整，以实现有效电压矢量作用时间tx和ty等于采样电路最小采样时间ts，从而在该载波周期内可以得到有效电流采样值，并记录所述有效电流采样值；根据前一电压矢量周期所记录的扇区过渡不可观测区域和低电压调制全不可观测区域的载波周期数及区域前后的采样电流值，通过线性累加的方式计算电压矢量再次经过相同不可观测区域的电流值，取代不可观测区域的无效采样电流值，用于三相电流重构计算；s5.根据前一电压矢量周期所记录的扇区过渡不可观测区域的载波周期数及区域前后的采样电流值，所述采样计算区域2通过线性累加的方式计算电压矢量再次经过相同不可观测区域的电流值，取代不可观测区域的无效采样电流值，用于三相电流重构计算。优选的，所述扇区为空间矢量脉宽调制将电压矢量从0度开始每60度划分一个扇区而形成的六个扇区，六个扇区依次为第一到第六扇区；所述扇区过渡不可观测区域在其区域内，有效电压矢量作用时间tx和ty其中一项小于采样电路最小采样时间ts，ix和iy仅有其中一项为有效采样电流值而另一项为无效电流采样值；所述低电压调制全不可观测区域在其区域内，有效电压矢量作用时间tx和ty均小于采样电路最小采样时间ts，ix和iy均为无效电流采样值，所述低电压调制全不可观测区域，属于特殊的扇区过渡不可观测区域；所述采样计算区域1内执行一次开关状态移动调整，具体包括：在该载波周期内保持电压矢量不变的情况下，通过调整pwm调制波导通关断时间而实现有效电压矢量作用时间tx和ty等于采样电路最小采样时间ts，进而得到有效电流采样值ix和iy，于每个电压矢量周期内，需进行六次开关状态移动调整。优选的，步骤s5中根据前一电压矢量周期不可观测区域的载波周期数及区域前后的采样电流值而计算电压矢量再次经过相同不可观测区域的电流值的方式可优化为：根据前一次由奇扇区不可观测区域过渡到偶扇区不可观测区域的载波周期数及区域前后的采样电流值，计算下一次由奇扇区不可观测区域过渡到偶扇区不可观测区域的电流值；依据前一次由偶扇区不可观测区域过渡到奇扇区不可观测区域的载波周期数及区域前后的采样电流值，计算下一次由偶扇区不可观测区域过渡到奇扇区不可观测区域的电流值。优选的，采样计算区域1可进一步优化执行开关状态移动调整次数，所述优化执行开关状态移动调整次数的方式包括：在一个电压矢量周期内，只在其中一次奇扇区低电压调制全不可观测区域过渡到偶扇区低电压调制全不可观测区域执行开关状态移动调整，并记录采样电流为i_mx、i_my，其余两次奇扇区低电压调制全不可观测区域过渡到偶扇区低电压调制全不可观测区域不执行开关状态移动调整，将不执行开关状态移动调整所得无效采样电流值由i_mx、i_my替代；只在其中一次偶扇区低电压调制全不可观测区域过渡到奇扇区低电压调制全不可观测区域执行开关状态移动调整，并记录采样电流为i_nx、i_ny，其余两次偶扇区低电压调制全不可观测区域过渡到奇扇区低电压调制全不可观测区域不执行开关状态移动调整，将不执行开关状态移动调整所得无效采样电流值由i_nx、i_ny替代，经过优化后，每个电压矢量周期内，只需进行两次开关状态移动调整。优选的，采样计算区域1还采取在恒速运行时停止执行开关状态移动调整的判断，所述恒速运行时停止执行开关状态移动调整的判断方式包括：指当电机进入恒速运行后，记录单位时间t_e内采样电流值ix的最大值i_ex_max，判断i_ex_max的变化是否小于预设阈值，若是，则认为当前电流保持稳定，记录低电压调制全不可观测区域通过开关状态移动调整所得有效电流值i_ex、i_ey，并停止执行开关状态移动调整，停止执行开关状态移动调整后，在相同的低电压调制全不可观测区域需通过执行开关状态移动调整得到的有效采样电流值由i_ex、i_ey替代，所述单位时间t_e应大于当前电压矢量周期，所述记录采样电流最大值i_ex_max，不包括经开关状态移动调整后得到的有效采样电流值，以及不包括停止执行开关状态移动调整后由i_ex和i_ey替代的采样电流值。进一步优选的，采样计算区域1还采取在停止执行开关状态移动调整后，再次启动执行开关状态移动调整的判断，所述再次启动执行开关状态移动调整的判断方式包括：停止执行开关状态移动调整后，记录单位时间t_e内采样电流值ix的最大值i_ex_max，判断i_ex_max的变化是否大于预设阈值，若是，则认为当前电流出现变化，并再次启动执行开关状态移动调整。本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明提供的变频器相电流单电阻采样重构优化方法在高电压调制区，不执行开关状态移动调整，即可有效重构三相电流；低电压调制区，通过极少数载波周期执行开关状态移动调整，即可有效重构三相电流；低电压调制区进入定速运行时，通过判断采样电流保持稳定的情况下，取消开关状态移动调整，同时判断电流出现变化时，通过再次执行开关状态移动调整，保证重构三相电流与实际电流一致；本发明提供的变频器相电流单电阻采样重构优化方法，通过不执行或低电压调制区电流有变化情况下极少数载波周期执行开关状态移动调整，即可有效完成三相电流重构，极大地减少pwm调制波不对称导致电机电磁噪音增大的问题，且重构后的三相电流可以作为变频器保护功能的有效判断依据。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为变频器三相驱动电路和单电阻采样电路示意图；图2为空间矢量脉宽调制算法电压矢量图；图3为第二扇区空间矢量脉宽调制波形示意图；图4a为本发明采样计算区域1和采样计算区域2的示意图；图4b为本发明低电压调制全不可观测区域和扇区过渡不可观测区域示意图；图5为空间矢量脉宽调制波形执行开关状态移动调整示意图；图6为本发明在采样计算区域1由第一扇区过渡至第二扇区，经过低电压调制全不可观测区域和扇区过渡不可观测区域的计算示意图；图7为本发明在采样计算区域1由第一扇区过渡至第二扇区，只经过低电压调制全不可观测区域的计算示意图；图8为本发明在采样计算区域2由第一扇区过渡至第二扇区，经过扇区过渡不可观测区域的计算示意图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。具体实施方式一：一种变频器相电流单电阻采样重构优化方法，包括如下步骤：s1.变频器所采用的三相驱动电路及单电阻采样电路，如图1所示，包括并联连接的u相电路、v相电路和w相电路组成的逆变电路，所述u相电路、v相电路和w相电路均包括上桥臂和下桥臂，每一相的上桥臂和下桥臂均包括开关管和与开关管并联连接的二极管，逆变电路母线上串联电阻rs，用于采样流经母线的电流值。s2.依据空间矢量脉宽调制方法计算当前载波周期三相输出电压有效电平作用时间，所述空间矢量脉宽调制方法，将电压矢量从0度开始每60度分为一个扇区，依次为第一至第六扇区，如图2所示，以第二扇区为例，每个载波周期内三相输出电压有效电平作用时间分别为tu、tv、tw，将上述时间按照从大到小顺序排列分别为ta、tb、tc，如图3所示，有效电压主矢量作用时间tx=ta-tb，有效电压辅矢量作用时间ty=tb-tc，其中有效电压主矢量作用时间tx内的采样电流为ix，有效电压辅矢量作用时间ty内的采样电流为iy；采样电路最小采样时间为ts，载波周期为td。为计算和说明方便，所述每个周期内三相输出电压有效电平作用时间tu、tv、tw和载波周期td均为实际值的一半。所述有效电压主矢量和有效电压辅矢量与所处扇区的关系如下表所示：第一扇区第二扇区第三扇区第四扇区第五扇区第六扇区主矢量u4u2u2u1u1u4辅矢量u6u6u3u3u5u5以第一扇区为例，输出电压u_out=u4*tx/td+u6*ty/td，其中u_x=u4*tx/td，u_y=u6*ty/td。s3.根据所述有效电压主矢量作用时间tx、有效电压辅矢量作用时间ty和采样电路最小采样时间ts划分采样计算区域1和采样计算区域2。所述采样计算区域1为输出电压矢量u_out存在tx和ty同时小于ts的情况下所对应的电压矢量低电压调制区域，该电压矢量低电压调制区域包括扇区过渡不可观测区域和低电压调制全不可观测区域；所述采样计算区域2为输出电压矢量u_out存在tx和ty同时大于ts的情况下所对应的电压矢量高电压调制区域，该电压矢量高电压调制区域包括扇区过渡不可观测区域和可观测区域；所述采样计算区域1与所述采样计算区域2如图4a所示；所述采样计算区域1与采样计算区域2的临界位置为tx=ts、ty=ts，对应输出电压幅值为u_out_s=u4*ts/td+u6*ts/td；所述扇区过渡不可观测区域在其区域内，有效电压矢量作用时间tx和ty其中一项小于采样电路最小采样时间ts，ix和iy只有其中一项为有效采样电流值，另一项为无效电流采样值；所述低电压调制全不可观测区域在其区域内，有效电压矢量作用时间tx和ty均小于采样电路最小采样时间ts，ix和iy均为无效电流采样值；所述低电压调制全不可观测区域，属于特殊的扇区过渡不可观测区域；所述扇区过渡不可观测区域和低电压调制全不可观测区域如图4b所示。s4.根据电压矢量运转方向，所述采样计算区域1在每个扇区内进入所述低电压调制全不可观测区域的第一个载波周期内执行开关状态移动调整，从而实现有效电压矢量作用时间tx和ty等于采样电路最小采样时间ts，进而在该载波周期内可以得到有效电流采样值，并记录所述有效电流采样值；依据前一电压矢量周期所记录的扇区过渡不可观测区域和低电压调制全不可观测区域的载波周期数及区域前后的采样电流值，通过线性累加的方式计算电压矢量再次经过相同不可观测区域的电流值，取代不可观测区域的无效采样电流值，用于三相电流重构计算。所述开关状态移动调整如图5所示，根据三相输出电压有效电平作用时间按照从大到小顺序排列为ta、tb、tc，分别对应ua、ub、uc三相电压。其中，ua相电压左移在满足tx=ts时，则移动后ua相左半周期有效电平时间为ta+(ts-(ta-tb))=tb+ts，ua相右半周期有效电平时间为ta-(ts-(ta-tb))；uc相电压右移在满足ty=ts，则移动后uc相左半周期有效电平时间为tc-(ts-(tb-tc))=tb-ts，uc相右半周期有效电平时间为tc+(ts-(tb-tc))，若移动后ua相左半周期有效电平时间tb+ts大于载波周期td，则ua、ub、uc三相电压同时右移tb+ts-td，若移动后uc相左半周期有效电平tb-ts小于零，则ua、ub、uc三相电压同时左移ts-tb。本实施方式一以电压矢量由第一扇区过渡至第二扇区为例。如图6所示，点a到点b之间有效电流主矢量作用时间tx和有效电流辅矢量ty均小于最小采样时间ts，无法得到有效电流采样值ix和iy，点b到点c之间有效电流主矢量作用时间tx小于最小采样时间ts，无法得到有效电流采样值ix。如图6所示a点，为电压矢量运行至第一扇区低电压调制全不可观测区域的一个载波周期，执行一次开关状态移动调整，得到有效电流采样值i_x1_a1、i_y1_a1。根据单电阻采样三相电流重构对应关系，可得三相电流位i_u1_a1=i_x1_a1、i_v1_a1=-i_x1_a1+i_y1_a1、i_w1_a1=-i_y1_a1。如图6所示b点，为第一扇区由低电压调制全不可观测区域进入扇区过渡不可观测区域的第一个载波周期，由于tx小于ts、ty大于ts，则有效电压主矢量作用时间tx无法得到有效采样电流，有效电压辅矢量作用时间ty可得到有效采样电流记为i_y1_b1。根据单电阻采样三相电流重构对应关系，可得i_w1_b1=-i_y1_b1。如图6所示c点，为电压矢量运行至第二扇区低电压调制全不可观测区域的一个载波周期，执行一次开关状态移动调整，得到有效电流采样值i_x1_c1、i_y1_c1，根据单电阻采样三相电流重构对应关系，可得三相电流i_u1_c1=-i_x1_c1+i_y1_c1、i_v1_c1=i_x1_c1、i_w1_c1=-i_y1_c1。记录点a到点b之间载波周期数为n_1_ab，点b到点c之间载波周期数为n_1_bc。由i_w1_a1、i_w1_b1和n_1_ab，可得w相电流在点a到点b之间的每个载波周期线性电流增量，记为δi_w1_ab。由i_u1_a1、i_u1_c1和n_1_ab、n_1_bc，可得u相电流在点a到点c之间的每个载波周期线性电流增量，记为δi_u1_ac。进入下一电压矢量周期第一扇区时，在点a执行一次开关状态移动调整，得到有效电流采样值i_x1_a2、i_y1_a2，根据单电阻采样三相电流重构对应关系，可得三相电流位i_u1_a2=i_x1_a2、i_v1_a2=-i_x1_a2+i_y1_a2、i_w1_a2=-i_y1_a2。由i_w1_a2、δi_w1_ab可以线性累加计算点a到点b之间的w相电流。由i_u1_a2、δi_u1_ac可以线性累加计算点a到点c之间的u相电流。点b到点c之间有效电流辅矢量作用时间ty大于最小采样时间ts，可以得到有效电流采样值iy，根据单电阻采样三相电流重构对应关系可以得到w相电流。根据上述计算以及有效采样电流值，可以在点a到点c之间任何一个载波周期得到u相和w相，通过三相电流为零可得v相电流。同理，可以通过点c、点e开关状态移动调整，记录点c、点d、点e的电流采样以及点c、点d、点e之间载波周期数，线性累加计算得到下一电压矢量周期由第二扇区过渡到第三扇区的电流值。同理，可以通过相同的方式得到其他扇区过渡过程的电流值。图示7为对采样计算区域1的另一种情况，即电压矢量经过的区域全部为低电压调制全不可观测区域，则点b与点c重合，位于第一扇区过渡切换至第二扇区的第一个载波周期，点a和点c执行开关状态移动调整，点a与点c之间的电流线性累加计算与图6所述方法一致。s5.对所述采样计算区域2，依据前一电压矢量周期所记录的扇区过渡不可观测区域的载波周期数及区域前后的采样电流值，通过线性累加的方式计算电压矢量再次经过相同不可观测区域的电流值，取代不可观测区域的无效采样电流值，用于三相电流重构计算。本实施方式一以电压矢量由第一扇区过渡至第二扇区为例。如图8所示点b到点c之间有效电流主矢量作用时间tx小于最小采样时间，无法得到有效电流采样值ix。如图8所示点b，为电压矢量运行至第一扇区由可观测区域进入扇区过渡不可观测区域的最后一个载波周期，可以得到有效电流采样值i_x2_b1、i_y2_b1，根据单电阻采样三相电流重构对应关系，可得三相电流位i_u2_b1=i_x2_b1、i_v2_b1=-i_x2_b1+i_y2_b1、i_w2_b1=-i_y2_b1。如图8所示点c，为电压矢量运行至第二扇区由扇区过渡不可观测区域进入可观测区域的第一个载波周期，可以得到有效电流采样值i_x2_c1、i_y2_c1，根据单电阻采样三相电流重构对应关系，可得三相电流位i_u2_c1=-i_x2_c1+i_y2_c1、i_v2_c1=i_x2_c1、i_w2_c1=-i_y2_c1。记录点b到点c之间载波周期数为n_2_bc。由i_u2_b1、i_u2_c1和n_2_bc，可得u相电流在点b到点c之间的每个载波周期线性电流增量，记为δi_u2_bc。进入下一电压矢量周期第一扇区时，在点b采样得到有效电流采样值i_x2_b2、i_y2_b2，根据单电阻采样三相电流重构对应关系，可得三相电流位i_u2_b2=i_x2_b2、i_v2_b2=-i_x2_b2+i_y2_b2、i_w2_b2=-i_y2_b2。由i_u2_b2、δi_u2_bc可以线性累加计算点b到点c之间的u相电流。点b到点c之间有效电流辅矢量作用时间ty大于最小采样时间ts，可以得到有效电流采样值iy，根据单电阻采样三相电流重构对应关系可以得到w相电流。根据上述计算以及有效采样电流值，可以在点b到点c之间任何一个载波周期得到u相和w相，通过三相电流为零可得v相电流。同理，可以通过相同的方式得到其他扇区过渡过程的电流。具体实施方式二：本实施方式二在具体实施方式一的基础上作进一步的细化，本实施方式二所公开的一种变频器相电流单电阻采样重构优化方法与实施方式一的区别在于：上述步骤s5中依据前一电压矢量周期不可观测区域的载波周期数及区域前后的采样电流值而计算电压矢量再次经过相同不可观测区域的电流值可优化为：依据前一次由奇扇区过渡到偶扇区不可观测区域的载波周期数及区域前后的采样电流值，计算下一次由奇扇区过渡到偶扇区不可观测区域的电流值；依据前一次由偶扇区过渡到奇扇区不可观测区域的载波周期数及区域前后的采样电流值，计算下一次由偶扇区过渡到奇扇区不可观测区域的电流值。具体实施方式三：本实施方式三在具体实施方式一的基础上作进一步的细化，本实施方式三所公开的一种变频器相电流单电阻采样重构优化方法与实施方式一的区别在于，还包括优化执行开关状态移动调整的次数。所述优化执行开关状态移动调整次数的方式包括：在一个电压矢量周期内，只在其中一次奇扇区低电压调制全不可观测区域过渡到偶扇区低电压调制全不可观测区域执行开关状态移动调整，并记录采样电流为i_mx、i_my，其余两次奇扇区低电压调制全不可观测区域过渡到偶扇区低电压调制全不可观测区域不执行开关状态移动调整，将不执行开关状态移动调整所得无效采样电流值由i_mx、i_my替代；只在其中一次偶扇区低电压调制全不可观测区域过渡到奇扇区低电压调制全不可观测区域执行开关状态移动调整，并记录采样电流为i_nx、i_ny，其余两次偶扇区低电压调制全不可观测区域过渡到奇扇区低电压调制全不可观测区域不执行开关状态移动调整，将不执行开关状态移动调整所得无效采样电流值由i_nx、i_ny替代。经过优化后，每个电压矢量周期内，只需进行两次开关状态移动调整。具体实施方式四：本实施方式四在具体实施方式一的基础上作进一步的细化，本实施方式四所公开的一种变频器相电流单电阻采样重构优化方法与实施方式一的区别在于，采样计算区域1还采取在恒速运行时停止执行开关状态移动调整的判断。所述恒速运行时停止执行开关状态移动调整的判断，指当电机进入恒速运行后，记录单位时间t_e内采样电流值ix的最大值i_ex_max，判断i_ex_max的变化是否小于预设阈值，若是，则认为当前电流保持稳定，记录低电压调制全不可观测区域通过开关状态移动调整所得有效电流值i_ex、i_ey，并停止执行开关状态移动调整。停止执行开关状态移动调整后，在相同的低电压调制全不可观测区域需通过执行开关状态移动调整得到的有效采样电流值由i_ex、i_ey替代。所述单位时间t_e应大于当前电压矢量周期。所述记录采样电流最大值i_ex_max，不包括经开关状态移动调整后得到的有效采样电流值，以及不包括停止执行开关状态移动调整后由i_ex和i_ey替代的采样电流值。具体实施方式五：本实施方式五在具体实施方式四作进一步细化，本实施方式五所公开的一种变频器相电流单电阻采样重构优化方法与具体实施方式四的区别在于，采样计算区域1还采取停止执行开关状态移动调整后，再次启动执行开关状态移动调整的判断。所述再次启动执行开关状态移动调整的判断包括：停止执行开关状态移动调整后，记录单位时间t_e内采样电流值ix的最大值i_ex_max，判断i_ex_max的变化是否大于预设阈值，若是，则认为当前电流出现变化，并再次启动执行开关状态移动调整。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页12