技术领域

本发明涉及电动机控制技术领域， 具体涉及一种相电流重构方法及其装 置。

背景技术

在高性能的变频控制系统中， 电动机的相电流检测是一个关键的环节， 直 接影响到整个控制系统的性能。 在对成本较注重的变频器调速的民用产品中， 电流的采样部件是系统成本中较中的负担，目 前较常用到的电流采样方法为通 过直流母线电流采样来检测获得电动机相电流 ， 即单电流采样方法。

该方法的基本原理为：利用有效矢量作用期间 直流母线电流所蕴含的相电 流的信息， 进行相电流重构。 直流母线电流和电机电流的关系由逆变器的开 关 状态决定，逆变器生产脉沖宽度调制 (Pulse Width Modulation,筒称 PWM)信号， 以及通过所生成的 PWM信号有选择地开关多个开关元件，根据开关 元件的开 关状态，将母线直流电源转换成交流电源， 以及将所转换的交流电源提供给电 动机， 从而驱动电动机。 三相逆变器结构如图 1所示， 定义三相逆变器的上桥 臂的开关状态分別为 Sa、 Sb、 Sc, 开关管导通时定义为 "1", 断开时定义为 状态" 0", 从而可以形成 8 个基本空间矢量， 其中 6 个非零基本空间矢量为 Ul(001)、 U2 ( 110 )、 U3 ( 010 )、 U4 ( 011 )、 U5 ( 001 )、 U6 ( 101 ), 2 个零 矢量为 U0 ( 000 )、 U7 ( 111 )。 直流母线电流与相电流之间的关系如表 1所示。

表 1、 直流母线电流与相电流之间的关系

在每个 PWM载波周期内，相邻的两个非零基本空间矢量 和零矢量交替作 用，在两个非零基本空间矢量作用时采样母线 电流可获得两相电流值， 并通过 Iu+ Iv+ lw=0计算得到第三相的电流值。

在对此方法的研究和实践过程中， 本发明的发明人发现， 在一个 PWM载 波周期内分別在两个不同非零基本空间矢量作 用时检测母线电流，获得两相电 流值， 但两相电流值并不是在同一时刻获得， 实际上不能满足 Iu+Iv+Iw=0的 条件， 由此重构得到的电动机的相电流并不精确， 有较大的误差。 发明内容

有鉴于此， 本发明实施例提供一种相电流重构的方法和装 置， 以期降低单 电流采样的误差以及改善单电流采样的性能。

本发明实施例提供的一种相电流重构方法，应 用于采用空间电压矢量脉沖 宽度调制方式进行驱动的电动机， 包括：

根据所述电动机的空间电压矢量计算脉沖宽度 调制的占空比；

由获得的脉沖宽度调制的占空比以及预设的最 小采样时间进行脉沖宽度 调制移相；

当调制矢量在可观测区域时，在脉沖宽度调制 的载波周期内对直流母线电 流进行两次采样， 并且对直流母线电流的第二次采样值进行相位 差补偿， 由直 流母线电流的第一次采样值和经过相位差补偿 后的第二次采样值得到所述电 动机的两相电流;

根据所述电动机的两相电流计算出所述电动机 的第三相电流。

优选的，所述根据所述电动机的空间电压矢量 计算脉沖宽度调制的占空比 的具体步骤包括：根据所述电动机的空间电压 矢量计算空间电压矢量角和空间 电压矢量幅值；以及才艮据获得的所述空间电 压矢量角和所述空间电压矢量幅值 计算脉沖宽度调制占空比。

优选的， 所述相电流重构方法还包括：

根据调制矢量在可观测区域时所获得的所述电 动机的三相电流计算所述 电动机的功率因数角和电流矢量的幅值；

当调制矢量在非观测区域时，根据调制矢量所 在的扇区号和对直流母线电 流的采样获得所述电动机的一相电流；

根据所述空间电压矢量角和所述功率因数角计 算得到电流矢量角，根据获 得的电流矢量角和所述电流矢量的幅值计算得 到电流矢量，并对所述电流矢量 进行转换得到所述电动机的初始三相电流；

根据调制矢量在所述非观测区域获得的电动机 的一相电流与所述初始三 相电流中对应的相电流之间的差值来修正所述 电流矢量的幅值，由修正后的电 流矢量的幅值和所述电流矢量角计算得到修正 电流矢量，对得到的所述修正电 流矢量进行转换得到所述电动机的修正后的三 相电流。 优选的，所述根据调制矢量在可观测区域时所 获得的所述电动机的三相电 流计算所述电动机的功率因数角和电流矢量的 幅值的具体步骤包括：对获得的 所述电动机的三相电流进行基于所述电动机空 间电压矢量定向的坐标变换，以 得到三相电流的有功分量和无功分量；滤除所 述有功分量和所述无功分量的高 次谐波成分；根据滤除高次谐波成分后的三相 电流的有功分量和无功分量计算 所述电动机的功率因数角和电流矢量的幅值。

优选的， 所述在脉沖宽度调制载波周期内对直流母线电 流进行两次采样， 并且对直流母线电流的第二次采样值进行相位 差补偿的具体步骤包括：计算当 前在脉沖宽度调制载波周期内两次对直流母线 电流进行采样的采样时间差 ΔΤ; 统计在当前脉沖宽度调制载波周期内对直流母 线电流的第二次采样时间 T1和采样值 Idcl ,统计在当前脉沖宽度调制载波周期的上一个� �沖宽度调制载 波周期内对直流母线电流的第二次采样时间 T2和采样值 Idc2 ,对当前脉沖宽度 调制载波周期内的直流母线电流的第二次采样 值 Idcl进行相位差补偿， 补偿量 = ( Idcl- Idc2 ) *ΔΤ/ ( Tl- T2 )。

本发明实施例提供的一种相电流重构装置，与 采用空间电压矢量脉沖宽度 调制方式进行驱动的电动机通信连接， 包括： 空间电压矢量脉宽调制模块、 脉 沖宽度调制移相处理模块、 直流母线电流采样模块、 交流电流重构模块、 逆变 模块；

所述空间电压矢量脉宽调制模块用于根据所述 电动机的空间电压矢量计 算脉沖宽度调制的占空比，并将所述脉沖宽度 调制的占空比传送给所述脉沖宽 度调制移相处理模块；

所述脉沖宽度调制移相处理模块用于根据获得 的所述脉沖宽度调制的占 空比以及预设的最小采样时间进行脉沖宽度调 制移相，并生成控制所述逆变模 块的开关闭合或者断开的第一控制信号和控制 直流母线电流采样模块对直流 母线电流进行采样的第二控制信号， 以及当调制矢量在可观测区域时， 向所述 交流电流重构模块发送第一重构信号；

所述逆变模块用于根据接收的所述第一控制信 号进行开关的断开或者闭 合， 将母线直流电压转换为驱动所述电动机的交流 电压；

所述直流母线电流采样模块用于根据接收的所 述第二控制信号对直流母 线电流进行采样， 并将直流母线电流的采样值传送给所述交流电 流重构模块； 所述交流电流重构模块用于当接收到所述第一 重构信号时，在脉沖宽度调 制的载波周期内接收所述直流母线电流采样模 块发送的直流母线电流的两次 采样值， 并且对直流母线电流的第二次采样值进行相位 差补偿，从而由直流母 线电流的第一次采样值和经过相位差补偿后的 第二次采样值得到所述电动机 的两相电流， 并根据获得的所述两相电流计算得到所述电动 机的第三相电流。

优选的，所述空间电压矢量脉宽调制模块根据 所述电动机的空间电压矢量 计算空间电压矢量角和空间电压矢量幅值，并 才艮据获得的所述空间电压矢量角 和所述空间电压矢量幅值计算脉沖宽度调制的 占空比。

优选的， 所述交流电流重构模块还包括计算单元， 用于根据在接收到第一 重构信号时得到的所述电动机的三相电流计算 所述电动机的功率因数角和电 流矢量的幅值；所述空间电压矢量脉宽调制模 块还用于检测调制矢量当前所在 的扇区号， 并将所述扇区号传送给所述交流电流重构模块 ； 所述脉沖宽度调制 移相处理模块还用于当调制矢量在非观测区域 时，向所述交流电流重构模块发 送第二重构信号； 所述交流电流重构模块还用于当接收到第二重 构信号时，根 据所述空间电压矢量角和功率因数角计算得到 电流矢量角，根据所述电流矢量 角和所述电流矢量的幅值计算得到电流矢量， 并对所述电流矢量进行转换得到 所述电动机的初始三相电流；所述交流电流重 构模块还用于当接收到第二重构 信号时根据所接收的扇区号从所述直流母线电 流采样模块获得所述电动机的 一相电流，根据所述电动机的一相电流与所述 电动机的初始三相电流中对应的 相电流之间的差值来修正所述电流矢量的幅值 ，并由修正后的电流矢量的幅值 和所述电流矢量角计算得到修正电流矢量，对 得到的所述修正电流矢量进行转 换得到所述电动机的修正后的三相电流。

优选的，所述计算单元对获得的所述电动机的 三相电流进行基于所述空间 电压矢量定向的坐标变换以得到三相电流的有 功分量和无功分量，并滤除所述 有功分量和所述无功分量的高次谐波成分，以 及才艮据滤除高次谐波成分后的三 相电流的有功分量和无功分量计算所述电动机 的功率因数角和电流矢量的幅 值。

优选的，所述交流电流重构模块计算当前在脉 沖宽度调制载波周期内两次 对直流母线电流进行采样的采样时间差 AT, 并统计在当前脉沖宽度调制载波 周期内对直流母线电流的第二次采样时间 T1和采样值 Idcl ,以及统计在当前脉 沖宽度调制载波周期的上一个脉沖宽度调制载 波周期内对直流母线电流的第 二次采样时间 T2和采样值 Idc2,并对当前脉沖宽度调制载波周期内的直流� ��线 电流的第二次采样值 Idcl进行相位差补偿， 其中， 补偿量 = ( Idcl- Idc2 ) *ΔΤ/ ( T1- T2 )。

本发明实施例采用首先按照计算得到的 PWM 占空比和预设的最小采样 时间进行 PWM移相处理， 当调制矢量在可观测区域时， 在 PWM载波周期内 对直流母线电流进行两次采样， 并对第二次采样值进行相位差补偿，从而由第 一次采样值和经过相位差补偿后的第二次采样 值得到电动机的两相电流，再由 三相电流之和等于零得到电动机第三相电流， 由于对直流母线电流的第二次采 样值进行了相位差补偿，从而降低了因两次直 流母线电流在不同时刻采样所带 来的误差， 提高了相电流重构的精度。

附图说明

图 1是现有单电流采样逆变电路的结构原理图；

图 2是本发明实施例提供的一种相电流重构方法� �程示意图；

图 3是空间电压矢量脉宽调制示意图；

图 4是非零基本空间矢量合成调制矢量的示意图� �

图 5是空间电压矢量脉宽调制时非观测区域的示� �图；

图 6是本发明实施例提供的另一种相电流重构方� �的流程示意图； 图 7是脉沖宽度调制移相后空间电压矢量脉宽调� �的非观测区域的示意 图；

图 8是本发明实施例提供的一种相电流重构装置� �结构示意图；

图 9是本发明实施例提供的另一种相电流重构装� �的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种相电流重构的方法及其 装置，为使本发明实现的技 术手段易于理解， 下面将结合具体附图，对本发明实施例中的技 术方案进行清 楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。 首先对本发明实施例提供的一种相电流重构的 方法进行说明。

本发明实施例提供一种相电流重构的方法，应 用于采用空间电压矢量脉沖 宽度调制方式进行驱动的电动机， 包括：

根据所述电动机的空间电压矢量计算脉沖宽度 调制的占空比；

由获得的脉沖宽度调制的占空比以及预设的最 小采样时间进行脉沖宽度 调制移相；

当调制矢量在可观测区域时，在脉沖宽度调制 的载波周期内对直流母线电 流进行两次采样， 并且对直流母线电流的第二次采样值进行相位 差补偿， 由直 流母线电流的第一次采样值和经过相位差补偿 后的第二次采样值得到所述电 动机的两相电流;

根据所述电动机的两相电流计算出所述电动机 的第三相电流。

由上可见， 本发明实施例首先按照计算得到的 PWM占空比和预设的最小 采样时间进行 PWM移相处理， 当调制矢量在可观测区域， 由 PWM载波周期内 对直流母线电流进行两次采样， 并对第二次采样值进行相位差补偿，从而由第 一次采样值和经过相位差补偿后的第二次采样 值得到电动机的两相电流，再由 三相电流之和等于零得到电动机第三相电流， 由于对直流母线电流的第二次采 样值进行了相位差补偿，从而降低了因两次直 流母线电流在不同时刻采样所带 来的误差。

本发明实施例提供另一种相电流重构的方法， 该方法应用于采用空间电压 矢量脉沖宽度调制方式进行驱动的电动机， 该方法流程参见图 2, 包括：

S 101、 根据空间电压矢量计算脉沖宽度调制的占空比 ；

需要说明的是， 上述空间电压矢量是由电动机的控制算法获得 的， 而电动 机的控制算法主要基于电动机所采用的控制方 式而获得。本发明实施例中电动 机采用空间电压矢量脉宽调制的控制方式， 由此可得到电动机的空间电压矢 量， 并由空间电压矢量得到空间电压矢量角和空间 电压矢量的幅值，从而由空 间电压矢量角和空间电压矢量的幅值计算得到 脉沖宽度调制的占空比。

S102、由获得的脉沖宽度调制的占空比以及预� �的最小采样时间进行脉沖 宽度调制移相； 脉沖宽度调制移相就是把脉沖宽度调制波进行 前后平移，使得矢量分解与 补偿，增大作用时间小于最小采样时间的非零 基本空间矢量的作用时间， 以实 现电流有效采样。

5103、 当调制矢量在可观测区域时，在脉沖宽度调制 的载波周期内对直流 母线电流进行两次采样， 并且对直流母线电流的第二次采样值进行相位 差补 偿，由直流母线电流的第一次采样值和经过相 位差补偿后的第二次采样值得到 电动机的两相电流;

上述调制矢量由电压矢量脉沖宽度调制的非零 基本空间矢量合成，而非零 基本空间矢量由逆变器的开关状态决定。在一 个脉沖宽度调制载波周期内， 两 个非零基本空间矢量作用时， 分別检测出对应的直流母线电流， 结合表 1的对 应关系， 可以得到电动机的两相电流，但是由于直流母 线电流的两次采样值并 不是在同一时刻获得的， 第三相电流并不能通过三相电流之和等于零来 获得， 因此本发明实施例通过采用相位差补偿法对直 流母线电流的第二次采样值进 行补偿， 降低了因采样点相位差带来的误差， 具体可以采用如下方法：

计算在当前脉沖宽度调制载波周期内对两次直 流母线电流采样的采样时 间差 ΔΤ;

统计在当前脉沖宽度调制载波周期内对直流母 线电流采样的第二次采样 时间 T1和采样值 Idc 1 ,统计在当前脉沖宽度调制周期的上一个脉沖� �度调制载 波周期内对直流母线电流采样的第二次采样时 间 T2和采样值 Idc2 ,对当前脉沖 宽度调制载波周期内的直流母线电流的第二次 采样值 Idcl进行相位差补偿， 补 偿量 = ( Idcl- Idc2 ) *ΔΤ/ ( Tl- T2 )。

5104、 根据得到的电动机的两相电流计算出电动机的 第三相电流。

由于电动机的三相电流之和等于零，所有由得 到的电动机的两相电流可以 计算得到电动机的第三相电流。

由上可见， 本发明实施例采用了对脉沖宽度调制的载波进 行移相处理，增 大了非零基本空间矢量的作用时间， 降低了非观测区域的面积，从而提高了通 过检测直流母线电流重构电动机相电流的成功 率，并且本发明实施例在脉沖宽 度调制的载波周期内获得直流母线电流的两次 采样值后，对第二次采样值进行 了相位差补偿， 降低了因两次采样的相位差所带来的误差，提 高了通过直流母 线电流重构相电流的精度。

以下重点介绍一下本发明实施例中电动机所采 用的空间电压矢量脉宽调 制（ Space Vector Pulse Width Modulation ,筒称 S VP WM ) , 如图 3所示， S VP WM 是将调制空间分为 6个扇区和 6个非零基本空间矢量， 以及两个零矢量， 这样， 调制矢量总是处在其中一个扇区， 并由该扇区相邻的两个基本空间矢量合成， 图 4所示是扇区 1中非零基本空间矢量 U0和 U60的合成调制矢量 U的图， 非零基 本空间矢量 U0和 U60的作用时间分別为 a和 b , 因此当前的调制矢量 U=aU0+bU60。 根据空间控制要求， 调制矢量应跟随空间电压矢量， 空间电压 矢量根据电动机的压频曲线和运行频率获得， 或者根据电控机的控制方式获 得。每个基本空间矢量都对应一种逆变模块的 开关状态，基本空间矢量的施加 是通过改变 6个开关管的导通状态来实现的， 通过控制开关管导通状态的持续 时间控制基本空间矢量的作用时间， 由相邻两基本空间矢量作用时间的长短， 即可合成任意方向、 大小的调制空间矢量， 以实现对电动机的驱动。

单电流采样方法中，要使母线直流采样值可以 有效重构相电流，对其采样 的时间必须大于一个最小采样时间 T _min , T _min 是 PWM死区时间、 电流建立时间 和 MCU采样保持时间之和， 电动机采用 S VPWM方式进行驱动时， S VPWM调 制在扇区边界切换或低速控制时， 均会出现在 PWM载波周期内某一个或两个 非零基本空间矢量的作用时间过短而不满足最 小采样时间 T _min (即非零基本空 间矢量作用时间的 1/2小于最小采样时间 T _min ), PWM载波周期内任一非零基本 空间矢量作用时间过短而不能满足最小采样时 间 T _min 而造成不能有效重构相电 流的区域称为非观测区域， 相反 PWM载波周期内两个非零基本空间矢量对直 流母线电流的采样时间都满足最小采样时间 T _min 的区域为可观测区域。

参见图 5 , 电动机采用 SVPWM方式进行驱动时， SVPWM调制在扇区边界 (图中斜线部分）切换时， 例如在扇区 1接近空间矢量 VI的区域进行切换时， 基本空间矢量 V2在一个 PWM载波周期内的作用时间将过短， 以致于基本空间 矢量 V2在一个 PWM载波周期内的作用时间无法满足最小采样时 间 （即基本空 间矢量 V2在一个 PWM载波周期内的作用时间的 1/2小于最小作用时间）， 这样 便不能完成直流母线电流的采用， 同理， 在扇区 1接近基本空间矢量 V2的区域 进行切换时， 基本空间矢量 VI在一个 PWM载波周期内的作用时间将过短而无 法满足直流母线电流的采样。对于其他的扇区 的边界区域， 总有一个非零基本 空间矢量在一个 PWM载波周期内的作用时间无法满足要求， 由于基本原理是 相同的， 在此就不——进行分析。

除了在扇区边界切换时，一个非零基本空间矢 量的作用时间无法满足直流 母线电流采样外， 当电动机低速控制时，在某些区域甚至同一扇 区中两个相邻 非零基本空间矢量的作用时间都无法满足直流 母线电流的采样。上述无法完成 通过采用的直流母线电流重构电动机相电流的 区域都称为非观测区域，非观测 区域将严重阻碍单电流采用的实现。

目前解决非观测区域问题的主要方法是 PWM移相方法， 该方法的基本思 想就是通过 PWM波平移， 使得矢量分解和补偿， 增大非零基本矢量的作用时 间， 以实现母线电流的有效检测。 PWM移相后会产生补偿的非零基本空间矢 量， 补偿矢量是从零矢量分解出来的， 故影响该技术的关键因数是最小采样时 间 Tmin和零矢量作用时间 TO , Tmin是由实际器件特性与理想特性之间存在的 差別决定的， 对于确定的系统， Tmin是确定的， 因此在满足 Tmin^ TO/4条件 时， 该方法就可以有效解决非观测区域问题。 但是， 在高调制区域， 由于零矢 量的作用时间随调制比的增加而减小，故该方 法在高调制区域的应用受到一定 的限制， 当零矢量的作用时间 ^艮短时就不能通过 PWM移相的方法解决非观测 区域问题。

本发明实施例还提供一种在非观测区域也能够 实现单电流采样，进而完成 图 6所示， 该方法包括以下步骤：

S610、 根据空间电压矢量计算 PWM的占空比；

上述空间电压矢量是由电动机的控制方式决定 的，当电动机的控制方式确 定后， 即可以获得空间电压矢量，从而得到空间电压 矢量角和空间电压矢量的 幅值， 再由空间电压矢量角和空间电压矢量的幅值计 算得到脉沖宽度调制 ( Pulse Width Modulation,筒称 PWM ) 的占空比。

S620、 由获得的 PWM占空比以及预设的最小采样时间进行 PWM的移相； 上述预设的最小采样时间为 PWM死区时间、 电流建立时间和 MCU采样保 持时间之和， 当系统确定后， 最小采样时间即确定； 需要说明的是，根据 PWM的占空比和预设的最小采样时间进行 PWM移相 实质上是增大非零基本空间矢量的作用时间， 而增加的作用时间是由零矢量提 供的， 而零矢量的作用时间随调制比的增加会减小， 所以在高调制区域， 由零 矢量提供补偿受到一定的限制， 通过 PWM波移相后还会存在不能有效重构电 动机相电流的非观测区域， 如图 7所述。

S630、 判断调制矢量是否在可观测区域， 若调制矢量在可观测区域， 则进 行步骤 S640, 若调制矢量不在可观测区域， 即调制矢量在非观测区域， 则进行 步骤 S650;

5640、 在 PWM载波周期内直流母线电流进行两次采样， 并且对直流母线 电流的第二次采样值进行相位差补偿，由直流 母线电流的第一次采样值和经过 相位差补偿后的第二次采样值得到电动机的两 相电流；

5641、 根据电动机的两相电流计算出电动机的第三相 电流；

S642、根据得到的电动机的三相电流计算电动� �的功率因数角和电流矢量 的幅值；

在 d-q旋转坐标系中， 可以定义 d轴方向为空间电压矢量方向， 三相电流在 dq坐标上分解得到 d轴上的分量 Id和 q轴上的分量 Iq, Id为有功分量， Iq为无功 分量，通过低通滤波器滤除三相电流有功分量 和无功分量的高次谐波成分，再 由三相电流的有功分量和无功分量计算得到功 率因数角。

将得到的三相电流进行 3/2坐标变换得到两相静止坐标系下 α、 β轴的电流 值 Ι _α 、 Ip, 。

S650、对直流母线电流进行采样，根据调制矢� �所在的扇区号和对直流母 线电流的采样获得电动机的一相电流；

对 PWM进行移相后， 当调制矢量在非观测区域中， 合成该调制矢量的两 个非零基本空间矢量中有一个矢量的作用时间 过短，而不能满足最小采样时间 的要求， 即当该非零基本空间矢量采样时不能有效采样 直流母线电流，但是合 成该调制矢量的另一个非零基本空间矢量的采 样时间满足最小采样时间的要 求，因此此时可以通过合成该调制矢量且作用 时间满足最小采样时间的非零基 本空间矢量的作用采样到直流母线电流，从而 得到电动机的三相电流中的一相 电流。 5651、才艮据空间电压矢量计算得到空间电压� �量角，并才艮据该空间电压矢 量角和计算得到的功率因数角得到电流矢量角 ，根据该电流矢量角和计算得到 的电流矢量的幅值计算得到初始电流矢量，对 该初始电流矢量进行转换得到电 动机的初始三相电流；

上述功率因数角和电流矢量的幅值为根据调制 矢量在最新经过的一个可 观测区域时获得的三相电流计算得到。

由于功率因数角等于空间电压矢量和电流矢量 的夹角，因此当得到功率因 数角和空间电压矢量角后， 可以计算得到电流矢量角， 然后根据电流矢量角和 电流矢量的幅值得到电流矢量，再将电流矢量 进行转换， 可以得到电动机的三 相电流， 也即上述的初始三相电流。

5652、根据在非观测区域获得的电动机的一相� �流和上述初始三相电流中 对应的相电流之间的差值来修正得到的电流矢 量的幅值，由修正后的电流矢量 的幅值和电流矢量角得到修正电流矢量，对得 到的修正电流矢量进行转换得到 电动机的爹正后的三相电流。

由于当调制矢量在非观测区域时可以准确获得 电动机三相电流中的一相 电流， 因此可以计算该相电流与得到的初始相电流中 对应相的电流的差值， 然 后根据该差值修正电流矢量的幅值，然后再由 修正后的电流矢量的幅值和电流 矢量角重新得到修正电流矢量，并将新得到的 修正电流矢量进行转换得到电动 的修正后的三相电流，从而在非观测区域通过 直流母线电流的采样有效重构出 电动机的三相电；巟。

由上可知， 本发明实施例采用空间电压矢量脉宽调制方式 驱动电动机， 并 且进行了 PWM波移相处理， 当调制矢量在可观测区域时， 对 PWM载波周期内 的第二次采样值进行相位差补偿，从而获得较 准确的电动机的三相电流， 并由 三相电流计算得到功率因数角和电流矢量的幅 值， 当调制矢量在非观测区域 时， 根据空间电压矢量角、 功率因数角和电流矢量的幅值， 计算得到电动机的 初始三相电流， 并根据在非观测区域测得的一相电流值，修正 得到的初始三相 电流，解决了单电流采样方法在高调制区域应 用受到限制的问题， 改善了单电 流采样的性能，使得单电流方法可以较好地应 用于交流电动机调速系统。同时， 本发明实施例采用了采样点相位差补偿方法， 解决了采样点相位差带来的误差 问题， 提高了相电流重构的精度。

本发明实施例还提供一种相电流重构装置，与 采用空间电压矢量脉沖宽度 调制方式进行驱动的电动机通信连， 包括：

空间电压矢量脉宽调制模块、脉沖宽度调制移 相处理模块、直流母线电流 采样模块、 交流电流重构模块、 逆变模块；

所述空间电压矢量脉宽调制模块用于根据所述 电动机的空间电压矢量计 算脉沖宽度调制的占空比，并将所述脉沖宽度 调制的占空比传送给所述脉沖宽 度调制移相处理模块；

所述脉沖宽度调制移相处理模块用于根据获得 的所述脉沖宽度调制的占 空比以及预设的最小采样时间进行脉沖宽度调 制移相，并生成控制所述逆变模 块的开关闭合或者断开的第一控制信号和控制 直流母线电流采样模块对直流 母线电流进行采样的第二控制信号， 以及当调制矢量在可观测区域时， 向所述 交流电流重构模块发送第一重构信号；

所述逆变模块用于根据接收的所述第一控制信 号进行开关的断开或者闭 合， 将母线直流电压转换为驱动所述电动机的交流 电压；

所述直流母线电流采样模块用于根据接收的所 述第二控制信号对直流母 线电流进行采样， 并将直流母线电流的采样值传送给所述交流电 流重构模块； 所述交流电流重构模块用于当接收到所述第一 重构信号时，在脉沖宽度调 制的载波周期内接收所述直流母线电流采样模 块发送的直流母线电流的两次 采样值， 并且对直流母线电流的第二次采样值进行相位 差补偿，从而由直流母 线电流的第一次采样值和经过相位差补偿后的 第二次采样值得到所述电动机 的两相电流， 并根据获得的所述两相电流计算得到所述电动 机的第三相电流。

由上可见，本发明实施例提供的相电流重构装 置中的空间电压矢量脉宽调 制模块对电动机提供空间电压矢量脉沖宽度方 式的驱动，并生成脉沖宽度调制 的占空比，从而脉沖宽度调制移相处理模块根 据该占空比及预设的最小采样时 间进行脉沖宽度移相，交流电流重构模块根据 调制矢量在可观测区域时从直流 母线电流采样模块中获得两次采样值，并且对 载波周期内的第二次采样值进行 了相位差补偿，降低了因脉沖宽度调制载波周 期内的两次采样时间不同而带来 的误差， 提高了相电流重构的精度。 本发明实施例提供另一种相电流重构的装置， 该装置应用于采用空间电压 矢量脉沖宽度调制方式进行驱动的电动机， 参见图 8所示， 包括：

空间电压矢量脉宽调制模块 801、脉沖宽度调制移相处理模块 802、直流母 线电流采样模块 803、 交流电流重构模块 804和逆变模块 805；

空间电压矢量脉宽调制模块 801用于根据空间电压矢量计算脉沖宽度调制 的占空比， 并将该占空比传送给脉沖宽度调制移相处理模 块 802;

其中， 上述空间电压矢量通过空间电压矢量脉宽调制 模块 801的控制算法 获得， 当空间电压矢量脉宽调制模块 801的控制方式确定时， 空间电压矢量也 即确定。 由空间电压矢量可以得到空间电压矢量角和空 间电压矢量的幅值，再 由空间电压矢量角和空间电压矢量的幅值计算 得到脉沖宽度调制的占空比。

脉沖宽度调制移相处理模块 802用于根据获得的占空比以及预设的最小采 样时间进行脉沖宽度调制的移相， 并生成控制逆变模块 805开关闭合或者断开 的第一控制信号和控制直流母线电流采样模块 803对直流母线电流进行采样的 第二控制信号， 以及当调制矢量在可观测区域时， 向交流电流重构模块 804发 送第一重构信号；

其中， 上述最小采样时间为脉沖宽度调制的死区时间 、 电流建立时间和 MCU采样保持时间之和， 当系统确定后， 最小采样时间也即确定；

脉沖宽度调制移相处理模块 802根据占空比和最小采样时间进行移相使得 脉沖宽度调制波进行前后平移，使得空间矢量 分解与补偿，增大作用时间小于 最小采样时间的非零基本空间矢量的作用时间 ，以实现直流母线电流的有效采 样。

逆变模块 805用于根据接收的第一控制信号进行开关的断 开或者闭合， 将 母线直流电压转换为驱动电动机的交流电压；

其中， 逆变模块 805具体可以为逆变器。

直流母线电流采样模块 803用于根据接收的第二控制信号对直流母线电 流 进行采样， 并将直流母线电流的采样值传送给交流电流重 构模块 804;

其中， 直流母线电流采样模块 803在每个脉沖宽度调制的载波周期内对直 流母线电流进行两次采样。

交流电流重构模块 804用于当接收到第一重构信号时， 在脉沖宽度调制的 载波周期内接收直流母线电流采样模块 803发送的直流母线电流的两次采样 值， 并且对直流母线电流的第二次采样值进行相位 差补偿，从而由直流母线电 流的第一次采样值和经过相位差补偿后的第二 次采样值得到电动机的两相电 流， 并根据获得的两相电流计算得到电动机的第三 相电流。

需要说明的是，在一个脉沖宽度调制载波周期 内， 两个非零基本空间矢量 作用时， 直流母线电流采样模块 803分別检测出对应的直流母线电流， 结合表 1 的对应关系，可以得到电动机的两相电流，但 是由于直流母线电流采样模块 803 对直流母线电流的两次采样值并不是在同一时 刻获得的，第三相电流并不能通 过三相电流之和等于零来获得， 因此交流电流重构模块 804采用位差补偿法对 直流母线电流的第二次采样值进行补偿， 降低了因采样点相位差带来的误差， 具体可以采用如下方法：

计算在当前脉沖宽度调制载波周期内两次直流 母线电流的采样时间差

ΔΤ;

统计当前脉沖宽度调制载波周期内直流母线电 流的第二次采样时间 T1和 采样值 Idc 1 , 统计当前脉沖宽度调制周期的上一个脉沖宽度 调制载波周期内直 流母线电流的第二次采样时间 T2和采样值 Idc2 ,对当前脉沖宽度调制载波周期 内的直流母线电流的第二次采样值进行相位差 补偿，补偿量 =( Idcl- Idc2 )*ΔΤ/ ( T1- T2 )。

由上可见， 本发明实施例中的脉沖宽度调制移相处理模块 802根据脉沖宽 度调制的占空比和预设的最小采样时间进行脉 沖宽度调制的移相，增大了非零 基本空间矢量的作用时间， 减少了脉沖宽度调制的非观测区域，从而提高 了通 过检测直流母线电流重构电动机相电流的成功 率； 并且交流电流重构模块 804 对脉沖宽度调制载波周期内的第二次采样值进 行了相位差补偿，降低了因两次 采样的相位差所带来的误差， 提高了通过直流母线电流重构相电流的精度。

本发明实施例提供另一种相电流重构装置， 与采用 S VP WM方式进行驱动 的电动机通信连接， 参见图 9所示， 包括：

空间电压矢量脉宽调制模块 801、脉沖宽度调制移相处理模块 802、直流母 线电流采样模块 803、 交流电流重构模块 804和逆变模块 805 , 其中交流电流重 构模块 804包括计算单元 804a; 空间电压矢量脉宽调制模块 801用于根据空间电压矢量计算脉沖宽度调制 的占空比， 并将该占空比传送给脉沖宽度调制移相处理模 块 802;

空间电压矢量脉宽调制模块 801还用于检测调制矢量当前所在的扇区号， 并将该扇区号传送给交流电流重构模块 804;

脉沖宽度调制移相处理模块 802用于根据获得的占空比以及预设的最小采 样时间进行脉沖宽度调制的移相， 并生成控制逆变模块 805开关闭合或者断开 的第一控制信号和控制直流母线电流采样模块 803对直流母线电流进行采样的 第二控制信号， 以及当调制矢量在可观测区域时， 向交流电流重构模块 804发 送第一重构信号， 当调制矢量在非观测区域时， 向交流电流重构模块 804发送 第二重构信号；

逆变模块 805用于根据接收的第一控制信号进行开关的断 开或者闭合， 将 母线直流电压转换为驱动电动机的交流电压；

直流母线电流采样模块 803用于根据接收的第二控制信号对直流母线电 流 进行采样， 并将直流母线电流的采样值传送给交流电流重 构模块 804;

需要说明的是， 脉沖宽度调制进行移相后， 当调制矢量在非观测区域时， 由于合成该调制矢量的两个非零基本空间矢量 中有一个矢量的作用时间过短， 直流母线电流采样模块 803不能通过这个非零基本空间矢量对直流母线 电流采 样，但是合成该调制矢量的另一个非零基本空 间矢量的作用时间满足最小采样 时间， 所以直流母线电流采样模块 803可以通过该非零基本空间矢量采样直流 母线电流， 从而得到电动机三相电流中的一相电流。

交流电流重构模块 804用于当接收到第一重构信号时， 在脉沖宽度调制的 载波周期内接收直流母线电流采样模块 803发送的直流母线电流的两次采样 值， 并且对直流母线电流的第二次采样值进行相位 差补偿，从而由直流母线电 流的第一次采样值和经过相位差补偿后的第二 次采样值得到电动机的两相电 流， 并根据获得的两相电流计算得到电动机的第三 相电流；

交流电流重构模块 804中的计算单元 804a用于根据在接收到第一重构信号 时交流电流重构模块 804取得的电动机的三相电流计算电动机的功率 因数角和 电流矢量的幅值， 并根据空间电压矢量计算得到空间电压矢量角 ；

需要说明的是，计算单元 804a根据获得的三相电流计算功率因数角和电� � 矢量的幅值具体可以采用以下的方法：

计算单元 804a对获得的电动机的三相电流进行基于空间� �压矢量定向的 坐标变换以得到三相电流的有功分量和无功分 量；

滤除有功分量和无功分量的高次谐波成分；

根据滤除高次谐波成分后的三相电流的有功分 量和无功分量计算电动机 的功率因数角和电流矢量的幅值。

交流电流重构模块 804还用于当接收到第二重构信号时， 根据计算单元 804a计算得到的空间电压矢量角和功率因数角� �到电流矢量角，根据电流矢量 角和电流矢量的幅值计算得到初始电流矢量， 对初始电流矢量进行转换得到电 动机的初始三相电流；

交流电流重构模块 804还用于当接收到第二重构信号时根据所接收 的扇区 号从直流母线电流采样模块 803获取电动机的一相电流， 根据该一相电流与电 动机的初始三相电流中对应的相电流之间的差 值来爹正电流矢量的幅值 ,并由 修正后的电流矢量的幅值和电流矢量角计算得 到修正电流矢量，对得到的修正 电流矢量进行转换得到电动机的修正后的三相 电流，从而在非观测区域通过直 流母线电流的采样有效重构出电动机的三相电 流。

由上可见， 本发明实施例中电动机由空间电压矢量脉宽调 制模块 801提供 的空间电压矢量进行驱动，并且脉沖宽度调制 移相处理模块根据最小采样时间 及占空比对脉沖宽度调制进行了移相处理； 交流电流重构模块 804对脉沖宽度 调制载波周期内的第二次采样值进行相位差补 偿， 从而获得较准确的三相电 流， 交流电流重构模块 804中的计算单元根据该三相电流计算得到电动 机的功 率因数角和电流矢量的幅值， 当调制矢量在非观测区域时， 交流电流重构模块 804根据空间电压矢量角、 功率因数角和电流矢量的幅值得到电动机的初 始三 相电流， 并根据在非观测区域测得的一相电流值， 修正得到的初始三相电流， 解决了单电流采样方法在高调制区域应用受到 限制的问题，改善了单电流采样 的性能， 使得单电流方法可以较好地应用于交流电动机 调速系统。 同时， 本发 明实施例中交流电流重构模块采用了采样点相 位差补偿方法，解决了采样点相 位差带来的误差问题， 提高了相电流重构的精度。

以上对本发明实施例所提供的相电流重构方法 及其装置进行了详细介绍， 说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心 思想； 同时，对于本领域的一般 技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方 式及应用范围上均会有改变之处， 综上所述， 本说明书内容不应理解为对本发明的限制。