单电阻采样的永磁同步电动机相电流重构策略
用于开关磁阻电机驱动系统的新型单电阻电流采样技术
用于开关磁阻电机驱动系统的新型单电阻电流采样技术周聪;刘闯;王凯;赵燕楠;管旻珺【摘要】为进一步降低开关磁阻电动自行车设计成本,提出了单电阻电流采样的四相电流重构技术.对单电阻电流采样的四相电流重构技术的原理进行研究,建立了不同开关状态下四相电流与采样电流的关系.对换相而引起的非换相相电流波动问题进行分析,定义了无法重构相电流的区域为非观测区.提出使用单脉冲注入控制解决非观测区内无法重构相电流的方法,通过在非观测区注入单个脉冲信号,依据直流母线电压值重构得到相电流,并根据给定电流参考量,计算得到脉宽调制补偿信号的占空比,从而实现在非观测区的斩波控制.建立了Matlab/Simulink数字仿真模型,并进行仿真验证,最后进行了开关磁阻电机单电阻电流采样及控制算法的实验.结果表明,所提单电阻电流采样技术具备可行性和使用价值.%In order to make further efforts to reduce the cost of switched reluctance electric bicycle, a novel four phase current reconstruction method based on single current sensor is proposed.The principle of four phase current reconstruction technique is studied, and the relationship between the four phase current and the sampling current in different switching situation is set up.Based on the analysis of the non commutation phase current ripple when commutate the phase, the region in which the phase current is unable to reconstruct is defined as non-observation area.A novel method using single pulse injection control strategy for solving the problem of reconstruct phase current in non-observation area is proposed.By inserting single pulse signal in the non-observation area, according to the reconstruct voltage value of dc-link, the phase current is reconstructed.Then the duty ratio ofPWM is thus calculated based on the current reference to effectively achieve chopper control in non-observation area.Finally, theMatlab/Simulink digital simulation model is established and the experimental results show this method is feasible and valuable.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2017(032)005【总页数】7页(P55-61)【关键词】开关磁阻电机;电动自行车;单电阻电流采样;单脉宽调制【作者】周聪;刘闯;王凯;赵燕楠;管旻珺【作者单位】南京航空航天大学自动化学院南京 210016;南京航空航天大学自动化学院南京 210016;南京航空航天大学自动化学院南京 210016;南京航空航天大学自动化学院南京 210016;南京航空航天大学自动化学院南京 210016【正文语种】中文【中图分类】TM352电动车与传统的内燃机车相比，具有零排放、零污染、噪声小等诸多优势[1-3]。
单电阻采样的永磁同步电动机相电流重构策略
单电阻采样的永磁同步电动机相电流重构策略黄科元;伍瑞泽;黄守道;高剑【摘要】为了减少变频器的成本,提出一种利用单电阻采样三相逆变器母线电流来重构永磁电机相电流的策略.将电流重构盲区划分成3个区域:低调制不可观测区、中调制不可观测区和高调制不可观测区.在低调制不可观测和中调制不可观测区采用插入测量脉冲的方法,在高调制不可观测区采用电压矢量近似的方法.该方法能实现全范围的相电流重构,使调整后的空间矢量脉宽调制波形仍然具有对称性,并且能固定一个采样点;在永磁同步电机矢量控制系统中进行了实验验证.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2018(030)009【总页数】7页(P114-120)【关键词】单电阻采样;相电流重构;永磁同步电动机;空间矢量脉宽调制;逆变器【作者】黄科元;伍瑞泽;黄守道;高剑【作者单位】湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082;湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082;湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082;湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082【正文语种】中文【中图分类】TM470.40中小变频器产品对性价比要求较高，电流采样电路在整机成本中所占的比例是不可忽略的。
较为常用的电流采样方法是采用两个电流传感器测量电流，但是存在两个电流传感器不匹配带来的增益误差的问题，而且成本较高。
使用单电阻采样的逆变器母线电流重构电机相电流，可以避免以上问题，但是单电阻采样存在电流重构的盲区[1]。
针对单电阻采样重构电流存在的不足，学者提出了很多方法[2-10]。
文献[2]采用正弦曲线拟合观测器，使估计的电流趋近参考正弦三相电流，但严重地依赖电机参数，且误差较大；文献[3]提出在每个调制周期末插入3个测量脉冲，虽然这种脉冲宽度调制PWM（pulse width modulation）方法减少了由于采样时刻不确定带来的误差，但导致输出电压矢量的幅值减少，而且使功率器件开关损耗增大。
基于单电阻的变频压缩机相电流重构方法
基于单电阻的变频压缩机相电流重构方法李岳;徐鸣;黄跃进;顾江萍;沈希【摘要】为了提高直流变频压缩机的控制效率,降低运行成本,需要对其电动机的定子相电流的精确采样.针对电机三相相电流与直流母线电流及逆变器开关状态的关系,结合压缩机电机的数学模型,采用了一种基于单电阻采样母线电流的电机相电流重构方法.首先,结合永磁同步电机(PMSM)的数学模型,对单电阻电流采样重构三相电流技术及其难点进行了原理上的分析；然后,在空间矢量PWM调制过程中的中、高频调制区的非观测区域采用了预测状态观测器的数学方法,正确、有效地完成了三相电流的重构；最后,基于STM32芯片设计了一套无传感器直流变频压缩机控制的平台.实验结果表明,该方法能够实现正确重构相电流,在低成本的变频冰箱领域具有很高的实际应用价值.%In order to improve the control efficiency of the DC inverter compressor and reduce cost, the phase current of motor stator should be sampled. Aiming at the relationship between the motor three-phase current, DC bus current and inverter switch states, three-phase current reconstruction using only a single-resistor in the inverter DC link was proposed. Firstly, based on the mathematical model of permanent magnet synchronous motor (PMSM) , the key technology and difficulties in reconstructing three-phase current by single-resistor sensor were analyzed. Then, a mathematical method of using predictive state observer to thenon-observable regions of the middle and high frequency modulation region in the process of space vector PWM modulated was adopted. The three-phase current was constructed effectively and accurately.Finally,based on STM32 chip,a system of senseless DC inverter compressorcontrol was designed. The hardware circuit of the single-resistor sensor was given. The results indicate that this method can correctly reconstruct the phase current and has a high practical value in the field of low-cost frequency conversion refrigerator.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2013(030)004【总页数】5页(P454-458)【关键词】变频压缩机;矢量控制;单电阻测量;相电流重构;永磁同步电机【作者】李岳;徐鸣;黄跃进;顾江萍;沈希【作者单位】浙江工业大学机械工程学院,浙江杭州310014【正文语种】中文【中图分类】TM925;TH45;TB6570 引言近年来，采用磁场定向控制技术（FOC）的直流变频压缩机驱动技术在变频冰箱、变频空调系统中得到了广泛的应用。
永磁同步电机相电流重构方法研究
永磁同步电机相电流重构方法研究李白雅; 李述幸; 杨城健; 王锦涛; 周振怿【期刊名称】《《防爆电机》》【年(卷),期】2019(054)005【总页数】3页(P4-6)【关键词】永磁同步电机; 相电流重构; 矢量控制; 单电流传感器采样【作者】李白雅; 李述幸; 杨城健; 王锦涛; 周振怿【作者单位】湖南科技大学信息与电气工程学院湖南湘潭411201【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言随着近年来电力电子技术和计算机技术的飞速发展，永磁同步电机的应用领域越来越广泛[1]。
为了采集三相绕组定子电流，传统的方法是在永磁同步电机的控制系统上安装三个电流传感器来完成相电流的检测。
但是高精度的电流传感器价格昂贵、体积大，最重要的是不同电流传感器增益不相等会造成压降不平衡。
对此本文提出了一种基于直流母线采样的相电流重构方法，以减少传感器的数量和误差，降低系统的成本。
1 永磁同步电动机的数学模型永磁同步电机(PMSM)是一个具有强耦合、非线性的复杂系统[2]。
为了更准确分析电机运动规律，建立更合适的数学模型，对其进行如下假设。
(1)认为电机磁路是线性的，并且忽略磁滞和涡流效应。
(2)认为磁场磁路中没有高次谐波。
(3)定子电流磁势正弦分布在气隙中，并根据正弦规律变化。
(4)定子绕组三相对称。
(5)忽略转子和永磁体上的阻尼影响。
基于上述假设，建立其数学模型(1)电压方程式中，U、I、R、ψ—定子三相绕组电压、电流、电阻、磁链。
(2)磁链方程式中，ψf、M、L—永磁体磁链、定子三相绕组互感、自感。
(3)机械方程式中,Te、J、B、ωm、Tl—电磁转矩、转动惯量、阻尼系数、转子机械角速度、负载转矩。
2 相电流重构原理SVPWM采用平均值等效原理[3]，该原理通过在一个开关周期中合成基本电压空间矢量并使其平均值等于实际电压值。
图1 电压空间矢量如图1所示，在任意扇区内的实际电压矢量都是由非零矢量和零矢量根据伏秒等效原则合成得到的。
永磁同步电机的单电阻电流重构方法及装置[发明专利]
![永磁同步电机的单电阻电流重构方法及装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/5c5a8c0d0812a21614791711cc7931b765ce7b23.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810801816.2(22)申请日 2018.07.20(71)申请人 魏海峰地址 212008 江苏省镇江市润州区九华山路20号万科蓝山89栋(72)发明人 魏海峰 (74)专利代理机构 常州市权航专利代理有限公司 32280代理人 袁兴隆(51)Int.Cl.H02P 6/28(2016.01)H02P 21/22(2016.01)H02P 27/08(2006.01)(54)发明名称永磁同步电机的单电阻电流重构方法及装置(57)摘要本发明公开了一种永磁同步电机的单电阻电流重构方法及装置，装置组成包括直流电源、三相逆变器、永磁同步电机、A/D转换器、电流观测器和采样电阻。
所述方法是，使用PWM移相法对永磁同步电机的非观测区的电流进行重构；在使用PWM移相法后，对仍存在只可测得一相电流的部分非观测区构建电流观测器，通过单相电流来估算三相电流，实现了相电流的精确重构。
本发明具有可行性和实用价值，适用于任何三相平衡的电机驱动系统。
权利要求书3页 说明书6页 附图3页CN 108900123 A 2018.11.27C N 108900123A1.一种永磁同步电机的单电阻电流重构装置，其特征在于：包括直流电源、三相逆变器、永磁同步电机、A/D转换器、电流观测器和采样电阻，所述直流电源通过采样电阻与三相逆变器相连，所述三相逆变器与永磁同步电机相连，所述A/D转换器采集采样电阻两端的电压值，所述A/D转换器的输出端与所述电流观测器连接，所述电流观测器估算三相电流。
2.一种永磁同步电机的单电阻电流重构方法，其特征在于：使用PWM移相法对永磁同步电机的非观测区的电流进行重构，对仍存在只可测得单独一相电流的部分非观测区构建一电流观测器，所述电流观测器通过单相电流来估算三相电流实现相电流重构。
电机矢量控制单电阻电流采样关键技术
在单分流测量期间，为了允许测量电流，需要对正弦调制模式进行修改。这种模 式修改可能会产生一些电流纹波。由于模式修改以及对修改的校正，实现算实现细节
为了用交流信号驱动电机， PWM 方法用来驱动三相逆变器中的开关晶体管。 这种调制以及得到的调制波形如图所示。通过向PWM 发生器模块载入一组占空 比值，可以生成正弦波形。查找表中的值表示被调制的正弦波，所以一旦把这些 占空比值经过逆变器送至电机绕组，电机绕组将针对开关模式进行滤波。得到的 正弦波如图所示。
空间电压矢量脉宽调制的基本思想为, 以三相对称正弦电压供电式交流电动机 的理想磁通圆为参考基准, 用逆变器不同的开关模态所产生的实际磁通去逼近 基准圆磁通, 并由它们比较的结果决定逆变器开关状态, 形成指令的PWM 波形。 通过8 种基本的电压矢量形成任何预期的指令电压矢量, 定义每相桥臂的开关 管状态分别为Sa ,Sb , Sc , 把上桥臂开关管导通时定义为状态/ 10; 关断时定义 为/ 00。根据3 组桥臂( Sa , Sb, Sc) 的通断, 产生6 组基本的非零空间矢量, 即 V001 , V010 ,V011 , V100 , V101 , V110和2 组零矢量V000 , V111。
电机矢量控制单电阻电流采样
电流的采样对电机矢量控制是非常重要的，电流采样性能是其中一个关键
环节，往往直接影响到整个控制方案性能的好坏。
使用单分流电阻的优缺点
优点
单分流三相重构的最重要原因之一是要降低成本。而这进而又把采样电路简化至 一个分流电阻和一个差动放大器。除了降低成本的益处之外，单分流算法还允许 使用功率模块，功率模块不用为每相提供单独的接地连接。单分流测量的另一个 益处是检测全部三相时使用的电路相同。对于全部测量，增益和偏移都将是相同 的，这就不再需要校准每相的放大电路或者在软件中进行补偿。
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关键词：单电阻采样；相电流重构；永磁同步电动机；空间矢量脉宽调制；逆变器
中图分类号：TM470.40
文献标志码：A 文章编号：1003-8930（2018）09-0114-07
DOI：10.3969/j.issn.1003-8930.2018.09.018
Phase Current Reconstruction Strategy for PMSM Using One-shunt Current Sampling
当某一基本电压矢量开关状态作用的时间很短时， 通过在 PWM 周期内平移脉冲使其相互错开以得到 足够的时间，采用这一方法将导致 PWM 输出的波形 不对称，增加了电流的谐波成分。文献[8]提出了利 用三态脉宽调制技术来重构电流，但是其性能不如 传 统 的 7 段 式 空 间 矢 量 脉 宽 调 制 SVPWM（space vector pulse width modulation）控制方式。文献[9]提 出了混合脉宽调制技术，在正常区域内使用传统的 SVPWM 调制，在不可重构的区域内将传统 SVPWM 调制中的零矢量用有效矢量进行替代。上述方法由 于在高调制区和过调制区零矢量作用时间很短甚至 为零，无法利用减少零矢量的作用时间来增加非零 电压矢量的作用时间来采样电流，因此都存在盲 区，无法在全范围实现相电流重构。
vector control system to verify the proposed strategy. Keywords: one-shunt current sampling ； phase current reconstruction ； permanent magnet synchronous motor （PMSM）；space vector pulse width modulation（SVPWM）；inverter
HUANG Keyuan，WU Ruize，HUANG Shoudao，GAO Jian （College of Electrical and Information Engineering，Hunan University，Changsha 410082，China）
Abstract: To reduce the inverter cost，a novel phase current reconstruction strategy using one-shunt current sampling on the DC-link of a three-phase inverter is proposed to reconstruct the phase current of a permanent magnet synchronous motor（PMSM）. The blind area of current reconstruction is divided into three parts，i.e.，low，medium and high modula⁃ tion of unobservable areas. A measurement pulse is inserted in the low or medium modulation of unobservable areas，
中小变频器产品对性价比要求较高，电流采样 电路在整机成本中所占的比例是不可忽略的。较为 常用的电流采样方法是采用两个电流传感器测量 电流，但是存在两个电流传感器不匹配带来的增益 误差的问题，而且成本较高。使用单电阻采样的逆变 器母线电流重构电机相电流，可以避免以上问题，但 是单电阻采样存在电流重构的盲区[1]。针对单电阻采 样重构电流存在的不足，学者提出了很多方法 [2- 。 10] 文献[2]采用正弦曲线拟合观测器，使估计的电流趋 近参考正弦三相电流，但严重地依赖电机参数，且误 差较大；文献[3]提出在每个调制周期末插入 3 个测 量脉冲，虽然这种脉冲宽度调制 PWM（pulse width modulation）方法减少了由于采样时刻不确定带来的 误差，但导致输出电压矢量的幅值减少，而且使功率 器件开关损耗增大。文献[4-7]中采用脉冲移位法，
第 30 卷 第 9 期 2018 年 9 月
电力系统及其自动化学报 Proceedings of the CSU-EPSA
Vol.30 No.9 Sep. 2018
单电阻采样的ห้องสมุดไป่ตู้磁同步电动机相电流重构策略
黄科元，伍瑞泽，黄守道，高 剑
（湖南大学电气与信息工程学院，长沙 410082）
摘要：为了减少变频器的成本，提出一种利用单电阻采样三相逆变器母线电流来重构永磁电机相电流的策略。
本文将电流的盲区划分为 3 个区域：低调制不
收稿日期：2016-11-30；修回日期：2018-03-21
将电流重构盲区划分成 3 个区域：低调制不可观测区、中调制不可观测区和高调制不可观测区。在低调制不可
观测和中调制不可观测区采用插入测量脉冲的方法，在高调制不可观测区采用电压矢量近似的方法。该方法能
实现全范围的相电流重构，使调整后的空间矢量脉宽调制波形仍然具有对称性，并且能固定一个采样点；在永磁
同步电机矢量控制系统中进行了实验验证。
while voltage vector approximation is adopted in the high modulation of unobservable area. This method can realize the phase current reconstruction in the full range and make the space vector pulse width modulation（SVPWM）waveform still has symmetry after adjustment；moreover，a sampling point can be fixed. Experiments were conducted on a PMSM