[發明專利]一種無傳感器正弦直流變頻電流采樣方法

有效

• 申請號: 201010594776.2
• 申請日: 2010-12-20
• 公開（公告）號: CN102088271A
• 公開（公告）日: 2011-06-08
• 發明（設計）人: 劉俊杰;嚴光
• 申請（專利權）人: 廣東美的電器股份有限公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/12;H02M7/5395
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 禹小明;張偉杰

技術領域

本發明涉及變頻控制技術領域，特別是一種無傳感器正弦直流變頻電流采樣方法。

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背景技術

變頻空調的核心是變頻壓縮機和變頻驅動技術，變頻控制技術與變頻壓縮機的發展是相輔相成的，目前變頻壓縮機已發展出三代產品：交流變頻壓縮機、直流無刷電機直流變頻壓縮機、永磁同步電機直流變頻壓縮機，相應的變頻控制技術也發展了三代：交流變頻控制技術、120°方波直流變頻控制技術、180°正弦波直流變頻控制技術（又稱矢量控制技術）。180度直流變頻技術由于其節能高效、噪音低、舒適性等諸多技術優勢，成為空調行業技術發展的必然趨勢，也是目前空調行業最優的空調壓縮機控制技術，日本作為變頻空調強國，直流變頻空調已占其空調市場的99％左右，其中采用180°方波直流變頻控制技術的直流變頻空調占到市場份額的60％左右，采用180°正弦波直流變頻控制技術的直流變頻主流產品，而且呈快速上升的趨勢。國內空調廠開發的直流變頻大都是采用120°方波控制技術，對于180°正弦波控制技術產品，國內目前也發展迅速，通過和國外企業合作國內各大國內空調廠都陸續推出相關產品，同時一些有實力的空調企業也在積極進行180°正弦波控制技術核心算法的研究開發。

目前180度直流變頻壓縮機驅動技術主要采用磁場定向控制技術（FOC），其控制原理是通過一定的坐標轉換可以對磁通和轉矩直接控制，實現電流和轉速的雙閉環控制?具有?可以在不產生大流的情況下實現快速的動態響應，即能耗低，效率高，轉矩性能好，可以在不丟轉速的情況下實現PMSM電機的精確高效驅動控制，FOC的具體實現方法在其他文章里多有論述，不屬于本文的論述范圍，就不再詳述?不過FOC控制算法需要電機轉子的位置信息，在普通的電機控制中轉子位置信息可以通過諸如編碼器或旋轉變壓器等位置傳感器來獲得，但是在壓縮機這樣一個封閉高溫的系統里安置位置傳感器顯然不現實，這就需要采用無位置傳感器的FOC控制技術，該控制技術是基于轉子永磁體與定子磁場相互作用而實現的，就是通過精確測量定子的電流信息，然后用該電流信息以及各相施加電壓邏輯等信息通過數學模型解耦出壓縮機轉子的位置信息，由此可見，在無位置傳感器的180度正弦直流變頻控制技術里面精確的采樣定子相電流是至關重要的，是整個控制系統的基礎。

在變頻空調領域對壓縮機定子電流的采樣大都采用采樣電阻采樣的方式，如中國專利《一種用于變頻器的電流采樣電路及其采樣方法》（專利號：200910129999.9）。該專利給出了單電阻采樣方式和雙電阻采樣方式，下面對這兩種采樣方案存在的問題做一下分析。

1）單電阻采樣方案分析

單電阻采樣方式的典型電路如圖1所示，通過單片機對母線N上的電流iDC采樣，通過邏輯分析分解出各相電流的值iU、iV、iW，PMSM表示永磁同步電機。圖2表示了電流檢出的時序原理，上部為與U、V、W三相相關的開關管的開關狀態，中部為檢測電阻上的電流值（idc）,下部為壓縮機三相的電流。由于在變頻方案里脈寬調制（Pulse?Width?Modulation，PWM）的載波頻率很高（大約5K?Hz），而且因為負載成電感特性，逆變器交流側的電流波形大體上為正弦波，一個載波周期內幾乎不產生變化?。idc的波形是將交流側的電流通過逆變器開關群組切換而來的，逆變器各個橋的狀態分別對應于0,?iu,?iv,?iw,–iu,?–iv,?–iw?的各個值。結合圖1可以看出：

①?的區間(UP,?VP,?WN：on）　idc①?　＝?-iw

②?的區間(UP,?VN,?WN：on)　?idc②?　＝　iu

再由于iu、iv、iw?的矢量和為零，即：

iu+iv+iw=0

因此iu,?iv,?iw,根據下面的關系可以簡單地求出：

iu?=?idc②?,??iv?=?idc①–?idc②?,??iw?=?–?idc①