CN101917157B - 电动机相电流重构方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种算法简单、通用性较强、控制效果相对较好，在空间矢量脉宽调制方式驱动电动机时，在全时刻全范围都能够对电动机三相电流进行重构的方法。该方法，采用非对称PWM方式进行调制，将处于非观测区域的调制矢量进行分解，使得分解后的其中一个矢量在一个PWM周期内至少有两个不同的非零基本空间矢量连续作用时间均大于或等于最小矢量作用时间，从而避免了空间矢量脉宽调制过程中非观测区域的出现，实现了电动机三相电流全时刻、全范围的重构与检测，尤其在电动机低速控制时，避免了矢量失真，并且算法简单，代码占用量小，电流谐波增加量甚微，可靠性大大增强，成本确得到了明显降低。

Description

电动机相电流重构方法
技术领域
本发明涉及电动机相电流重构技术领域，具体地说，涉及一种基于直流母线电流的电动机相电流重构方法。
背景技术
在交流电动机控制系统中，电动机的相电流检测是一个关键环节，经典的方法是采用电流传感器来检测电动机的相电流，即在交流输出端设置3个或者至少2个电流传感器，以提供相电流的反馈信号。常用的电流传感器是霍尔效应检测器，其不仅价格昂贵，而且体积庞大，难以集成在电力电子装置中。因此，在精度不需要太高而又需要降低成本的情况下，提出了通过直流母线电流采样来检测电动机相电流，进而重构电动机相电流的方法。
通过直流母线电流采样来检测电动机相电流，即常说的单电流采样(Oneshunt current detection)技术。逆变电路的结构原理图如图1所示，采样电阻Z串接于开关管(IGBT)下桥臂的N端与直流侧电容负端之间，然后根据直流母线电流、开关管开关状态及三相电流三者的关系，利用直流母线电流和开关管开关状态重构三相电流，是一种采用单电阻采样方式的相电流重构方法，因此，又称为单电阻电流采样。
对于单电流采样技术，要使直流母线电流采样值可以有效重构相电流，其采样时间必须大于一个最小时间Tmin，而电动机采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)方式进行驱动时，SVPWM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(或两者)非零基本空间矢量的作用时间过短而不满足最小时间Tmin(即非零基本空间矢量作用时间的1/2小于最小时间Tmin不满足条件，后文再对此进行详细描述)，PWM载波周期内任一非零基本空间矢量的作用时间过短而不满足最小时间Tmin时，无法完成直流母线电流的采样，也便不能有效重构电动机相电流。
由此，通常又将此最小时间Tmin称为最小矢量作用时间，最小矢量作用时间是由于系统中实际器件特性与理想之间存在差别造成的，对于确定的系统，最小矢量作用时间是确定的，其为PWM死区时间、硬件响应时间和MCU的AD采样与保持时间之和。
将SVPWM调制时，PWM载波周期内任一非零基本空间矢量作用时间的过短而不满足最小矢量作用时间，造成不能有效重构电动机相电流的区域称为非观测区域；反之，能有效重构电动机相电流的区域称为可观测区域。对于非观测区域通常有两种处理方法，一种是减小非观测区域：如减小直流母线电流，增大PWM载波周期，提高调制矢量，减小最小矢量作用时间等；另一种是避免非观测区域：如保证非零基本空间矢量最小作用时间等，后者的效果通常好于前者。
目前，避免非观测区域效果较好的方法是采用非对称PWM法，非对称PWM法是指在非观测区域采用非对称PWM调制，通过矢量分解与补偿，增大作用时间小于最小矢量作用时间的非零基本空间矢量至最小作用时间，以实现电流有效采样。
现有的在非观测区域采用非对称PWM调制重构电动机相电流的方法，尽管能够在一定程度上解决单电流采样技术在电动机上的应用问题，但在电动机低速控制时控制容易产生电压矢量失真较大，电流谐波增加量较大等问题，在实现对电动机三相电流全时刻全范围进行重构上存在不足。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的缺陷，提供一种算法简单、通用性较强、控制效果相对较好，在空间矢量脉宽调制方式驱动电动机时，在全时刻全范围都能够对电动机三相电流进行重构的方法。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种电动机相电流重构方法，电动机采用空间矢量脉宽调制方式进行驱动，逆变电路开关管下桥臂的N端与直流侧电容负端之间串接有采样电阻，其特征在于：当调制矢量处于非观测区域，PWM载波周期内存在非零基本空间矢量作用时间过短而不满足最小矢量作用时间时，将该调制矢量分解成第一调制矢量和第二调制矢量进行调制，所述第一调制矢量位于该调制矢量所在扇区，第一调制矢量分解成两非零基本空间矢量后，满足两非零基本空间矢量的作用时间均不小于最小矢量作用时间，在这两个非零基本矢量作用过程中采用单电流采样方式重构电动机相电流。
本发明中，第一调制矢量先于第二调制矢量施加时，采用PWM波前端采样的方式重构电动机相电流；第二调制矢量先于第一调制矢量施加时，采用PWM波后端采样的方式重构电动机相电流。
本发明中，所述第一调制矢量可以是分解后的两非零基本空间矢量作用时间相等的矢量，也可以是分解后的两非零基本空间矢量作用时间不相等的矢量。
本发明中，优选的方式是，所述第一调制矢量为分解后两非零基本空间矢量作用时间相等，且两非零基本空间矢量的作用时间均等于最小矢量作用时间的矢量，以尽可能避免牺牲零矢量作用时间，并且便于对处于非观测区域中不同的调制矢量进行分区处理，提高调制效率。
所述第一调制矢量采用分解后的两非零基本空间矢量作用时间相等，且两非零基本空间矢量的作用时间均等于最小矢量作用时间的矢量时，将每个扇区中，调制矢量采用对称PWM方式调制，分解为两非零基本空间矢量后，两非零基本空间矢量的作用时间之和不小于2倍最小矢量作用时间的非观测区域划分为第一非观测区域，将调制矢量的两非零基本空间矢量的作用时间之和小于2倍最小矢量作用时间的非观测区域划分为第二非观测区域。
在第一非观测区域中，根据两非零基本空间矢量的作用时间之间的大小关系，以及两非零基本空间矢量作用时间与最小矢量作用时间之间的大小关系，将第一非观测区域进一步划分为四个子区域，使得每个子区域中的调制矢量分解后的第二调制矢量处于同一扇区，以运用相同的方式进行处理。
在第二非观测区域中，同样根据两非零基本空间矢量的作用时间之间的大小关系，以及两非零基本空间矢量作用时间与最小矢量作用时间之间的大小关系，将第二非观测区域进一步划分为四个子区域，使得每个子区域中的调制矢量分解后的第二调制矢量处于同一扇区，以运用相同的方式进行处理。
本发明采用非对称PWM方式进行调制，保证了一个PWM周期内至少有两个不同的非零基本空间矢量连续作用时间均大于或等于最小矢量作用时间，从而避免了空间矢量脉宽调制过程中非观测区域的出现，实现了电动机三相电流全时刻、全范围的重构与检测，尤其在电动机低速控制时，避免了矢量失真，并且算法简单，代码占用量小，电流谐波增加量甚微，可靠性大大增强，成本确得到了明显降低。
附图说明
图1为现有单电流采样逆变电路的结构原理图。
图2为空间矢量脉宽调制示意图。
图3为空间矢量脉宽调制处于扇区一直流母线电流前端采样示意图。
图4为开关管状态(100)时电动机相电流流向示意图。
图5为开关管状态(110)时电动机相电流流向示意图。
图6为空间矢量脉宽调制处于扇区一直流母线电流前端采样和后端采样示意图。
图7为空间矢量脉宽调制时非观测区域的示意图。
图8为空间矢量脉宽调制处于扇区一非观测区域的示意图。
图9a为调制矢量处于图8非观测区域A时的分解方式示意图。
图9b为调制矢量处于图8非观测区域B时的分解方式示意图。
图9c为调制矢量处于图8非观测区域C时的分解方式示意图。
图10为本发明较优实施例扇区一非观测区域分区方式示意图。
图10a为本发明较优实施例调制矢量处于扇区一第一非观测区域子区域(1)的分解方式示意图。
图10b为本发明较优实施例调制矢量处于扇区一第一非观测区域子区域(2)的分解方式示意图。
图10c为本发明较优实施例调制矢量处于扇区一第一非观测区域子区域(4)的分解方式示意图。
图10d为本发明较优实施例调制矢量处于扇区一第一非观测区域子区域(5)的分解方式示意图。
图10e为本发明较优实施例调制矢量处于扇区一第二非观测区域子区域(6-1)的分解方式示意图。
图10f为本发明较优实施例调制矢量处于扇区一第二非观测区域子区域(6-2)的分解方式示意图。
图10g为本发明较优实施例调制矢量处于扇区一第二非观测区域子区域(6-3)的分解方式示意图。
图10h为本发明较优实施例调制矢量处于扇区一第二非观测区域子区域(6-4)的分解方式示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
通过直流母线电流采样来检测电动机相电流(单电流采样)，并完成电动机相电流重构是一种成熟技术，其主要目的是为了克服使用电流传感器检测电动机相电流时成本高、体积大的问题。在精度不需要太高而又需要降低成本的情况下，被广泛使用。
在说明单电流采样检测电动机相电流前，首先简单介绍一下空间矢量脉宽调制(SVPWM)。如图2所示，空间矢量脉宽调制是将调制空间矢量分为6个扇区和6个非零基本空间矢量，以及两个零矢量，这样，任意方向、大小的调制空间矢量都可以由两个相邻的非零基本空间矢量合成得到的。
每个非零基本空间矢量都对应一种开关状态，非零基本空间矢量的施加是通过改变6个开关管(IGBT)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非零基本空间矢量的作用时间，由相邻两非零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。
将每相桥臂的开关管状态分别定义为Su、Sv、Sw，把上桥臂功率开关器件导通时定义为状态“1”，关断时定义为状态“0”(上桥臂功率开关器件导通时下桥臂功率开关器件即处于关断状态，上桥臂功率开关器件关断时下桥臂功率开关器件即处于导通状态)，根据三组桥臂(Su、Sv、Sw)的通断，六组非零基本空间矢量如下定义：基本空间矢量V1对应开关管状态(100)，基本空间矢量V2对应开关管状态(110)、基本空间矢量V3对应开关管状态(010)、基本空间矢量V4对应开关管状态(011)、基本空间矢量V5对应开关管状态(001)、基本空间矢量V6对应开关管状态(101)，二组零基本空间矢量做如下定义：基本空间矢量V0对应开关管状态(000)、基本空间矢量V7对应开关管状态(111)。
关管状态(100)表示u相上桥臂导通，v相和w相上桥臂关断，关管状态(110)表示u相和v相上桥臂导通，w相上桥臂关断，关管状态(010)表示v相上桥臂导通，u相和w相上桥臂关断，关管状态(011)表示v相和w相上桥臂导通，u相上桥臂关断，关管状态(001)表示w相上桥臂导通，u相和v相上桥臂关断，关管状态(101)表示u相和w相上桥臂导通，v相上桥臂关断，关管状态(000)表示三组上桥臂同时关断，电动机中没有电流流入，关管状态(111)表示三组上桥臂同时导通，电动机中没有电流流出。
不同的时间段对应不同的开关管控制电压，不同的控制电压造成逆变电路中功率开关管不同的通断状态，而不同的通断状态则对应着不同的电动机相电流流向。因此，可利用空间矢量脉宽调制时，同一PWM载波周期内开关管两次不同状态时刻的直流母线电流采样值来重构三相电流。
以空间矢量脉宽调制处于扇区一为例，阐述如何进行直流母线电流采样并重构电动机相电流。此时，处于扇区一的调制空间矢量均可由基本空间矢量V1和基本空间矢量V2分别作用后再进行合成而获得，因此在同一PWM载波周期内开关管的状态经历了(100)和(110)。
参见图3，a时刻开关管的状态为(100)，即基本空间矢量V1的作用时间，电动机相电流的流向如图4所示(电流以流向电动机侧方向为正，流出电动机侧方向为负)，a时刻对直流母线进行电流采样，则a时刻的电流采样值I1＝Idc＝Iu；b时刻开关管的状态为(110)，即基本空间矢量V2的作用时间，电动机相电流的流向如图5所示(电流以流向电动机侧方向为正，流出电动机侧方向为负)，b时刻对直流母线进行电流采样，则b时刻的电流采样值I2＝Idc＝Iu+Iv＝-Iw。由于采样时间很短，相电流不会发生突变，这样可根据相电流之和为零(Iu+Iv+Iw＝0)，得到三相电流值为：Iu＝I1，Iv-(Iu+Iw)＝-(I1-I2)＝I2-I1，Iw＝-I2，以此通过直流母线电流采样完成了电动机相电流的重构。空间矢量脉宽调制处于其他扇区时，电直流母线电流采样以及电动机相电流的重构方式是相似，本领域的技术人员了解其中原理，在此就不对其他扇区的情形进行一一推导了。采样电流、开关管状态与电动机相电流的对应关系如下表所示：
Figure BSA00000209514000081
经典的空间矢量脉宽调制采用是对称的PWM波进行调制，这样同一PWM载波周期内开关管状态存在两次变化，以矢量调制处于扇区一为例，在PWM载波前端开关管状态由(100)变化为(110)，在PWM载波后端开关管状态由(110)变化为(100)。因此，直流母线电流的采样可选择在PWM载波的前端时刻进行，也可以选择在PWM载波的后端时刻进行。图3中，直流母线电流的采样是在PWM载波的前端时刻进行的，直流母线电流的采样是在PWM载波的后端时刻进行如图6所示，其原理与在PWM载波的前端时刻进行是相同的，直流母线电流采样后重构电动机三相电流的方法也是相同的，在此就不再累述了。
背景技术中已经指出，要使直流母线电流采样值可以有效重构相电流，在空间矢量脉宽调制时，非零基本空间矢量的作用时间不能过短，必须满足最小矢量作用时间(最小时间Tmin)，否则直流母线电流采样时间过短，逆变电路开关管下桥臂的N端与直流侧电容负端之间串接的电阻便无法完成直流母线电流的采样。采用对称的PWM波进行调制时，即要满足采样电阻完成直流母线电流的采样，基本空间矢量在一个PWM载波周期内作用时间的1/2必须大于最小矢量作用时间。这是因为无论在直流母线电流采样在PWM载波的前端时刻进行的，还是在PWM载波的后端时刻进行，直流母线电流的采样时间只有非零基本空间矢量在一个PWM载波周期内作用时间的1/2，因此要使直流母线电流的采样时间大于最小矢量作用时间，非零基本空间矢量的作用时间需要满足的条件是：使非零基本空间矢量在一个PWM载波周期内作用时间的1/2大于最小矢量作用时间，换句话说即非零基本空间矢量在一个PWM载波周期内作用时间大于2倍最小矢量作用时间。
参见图7，电动机采用空间矢量脉宽调制(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，例如在扇区一接近基本空间矢量V1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矢量作用时间(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小于最小矢量作用时间)，这样便不能完成直流母线电流的采样。同理，在扇区一接近基本空间矢量V2的区域进行切换时，基本空间矢量V1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，在此就不一一进行分析了。
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。总之，将上述无法完成直流母线电流采样重构电动机相电流的区域统称为非观测区域，非观测区域将严重阻碍单电流采样的实现。
参见图8，以扇区一为例，对采用对称PWM方式进行调制时的非观测区域进行详细的说明。图中直线m右侧的区域表示基本空间矢量V1的作用时间不小于2倍最小矢量作用时间的区域，直线n上方的区域表示基本空间矢量V2的作用时间不小于2倍最小矢量作用时间的区域。那么直线m、n将扇区一划分为4个区域，当调制矢量处于区域A中时，基本空间矢量V2的作用时间小于2倍最小矢量作用时间(即前述的边界切换的情形)；当调制矢量处于区域B中时，基本空间矢量V1的作用时间小于2倍最小矢量作用时间(即前述的边界切换的情形)；当调制矢量处于区域C中时，基本空间矢量V1和V2的作用时间均小于2倍最小矢量作用时间(即前述的低速控制的情形)；当调制矢量处于区域D，基本空间矢量V1和V2的作用时间均大于2倍最小矢量作用时间。根据前述满足单电流采样的要求，当调制矢量处于区域D时，可以采用对称PWM方式完成单电流采样，当调制矢量处于区域A、B、C由于至少一个非零基本空间时间的作用时间过短，而无法完成单电流采样，区域A、B、C即非观测区域。其他扇区的情况与扇区一相似，此处不再阐述了。
本发明要解决的问题，就是在非观测区域也能够实现单电流采样，进而完成电动机相电流重构。本发明的做法是当调制矢量处于非观测区域时，采用非对称的PWM方式进行调制，以扇区一为例进行说明。
参见图9a，图中V*表示处于图8中非观测区域A的调制矢量，此时对称PWM方式调制无法完成单电流采样，将调制矢量V*分解为矢量
Figure BSA00000209514000111
和矢量
Figure BSA00000209514000112
我们称矢量
Figure BSA00000209514000113
为第一调制矢量，矢量
Figure BSA00000209514000114
为第二调制矢量。为了能够达到电流采样进而重构电动机相电流的目的，第一调制矢量
Figure BSA00000209514000115
需满足分解为两非零基本空间矢量后(在扇区一中即分解为基本空间矢量V1和V2后)，两非零基本空间矢量的作用时间均不小于最小矢量作用时间。
图9a中直线o右侧区域表示基本空间矢量V1的作用时间不小于最小矢量作用时间的区域，直线p上方的区域表示基本空间矢量V2的作用时间不小于最小矢量作用时间的区域，那么第一调制矢量
Figure BSA00000209514000116
只要处于直线o右侧和直线p上方重合的区域中，即可使得分解后基本空间矢量V1和V2的作用时间均不小于最小矢量作用时间。
这样，在基本空间矢量V1和V2的作用过程中即可采用单电流采样的方式重构电动机相电流，在前述的内容中已经详细描述了单电流采样重构电动机相电流的方法，此处不再累述；而第二调制矢量
Figure BSA00000209514000117
的施加则依据空间矢量脉宽调制的基本原理，根据第二调制矢量
Figure BSA00000209514000118
所处的扇区分解为两非零基本空间矢量即可，本领域的技术人员对上述内容均是熟知的，其他扇区的情形与扇区一是类似的。
但需要指出的是，由于将调制矢量V*分解为第一调制矢量和第二调制矢量
Figure BSA000002095140001110
后，PWM波只有在施加第一调制矢量
Figure BSA000002095140001111
的一侧满足单电流采样的要求，因此，在调制过程中，如果先施加第一调制矢量则采样PWM波前端采样的方式重构电动机相电流，如果先施加第二调制矢量
Figure BSA00000209514000121
则采用PWM波后端采样的方式重构电动机相电流。
图9a中，只是示意性的表示了处于图8中非观测区域A的调制矢量V*如何进行分解为第一调制矢量
Figure BSA00000209514000122
和第二调制矢量
Figure BSA00000209514000123
当调制矢量V*处于图8中非观测区域B和C中时，对调制矢量V*的分解也是类似的，具体可参见图9b和图9c。同时，图9a、9b、9c中的第一调制矢量也只是示意性地表示，第一调制矢量
Figure BSA00000209514000125
只要满足分解为基本空间矢量V1和V2后，基本空间矢量V1和V2的作用时间均不小于最小矢量作用时间即可。第一调制矢量
Figure BSA00000209514000126
除了处于靠近基本空间矢量V2的区域，也可以处于靠近基本空间矢量V1的区域，甚至可以处于可观测区域。至于究竟如何选取，应根据实际的需要进行设置，由于基本原理都是相同的，本发明中不再一一列举，这并不是对本发明的限制，所有符合本发明精神的第一调制矢量
Figure BSA00000209514000127
的选取方式，均应落入本发明要求保护的范围中。
当然，在选取第一调制矢量
Figure BSA00000209514000128
时应该根据实际的情况综合考虑，因为无论如何选取第一调制矢量进而通过第二调制矢量
Figure BSA000002095140001210
合成调制矢量V*实际都是延长了非零基本空间矢量的作用时间，进而牺牲了零矢量的作用时间。当选取的第一调制矢量
Figure BSA000002095140001211
分解的两非零基本矢量作用时间过长时，会减少零矢量作用时间，同时因为非最优分解产生的特殊PWM脉冲移相矢量而导致调制电压谐波量增大，进而增大电流谐波，因此合理选择第一调制矢量
Figure BSA000002095140001212
是具有现实意义的。
本发明中，对于符合要求的第一调制矢量
Figure BSA000002095140001213
多数情况分解为两非零基本空间矢量后，两非零基本基本空间矢量的作用时间是不相等的，但当第一调制矢量
Figure BSA000002095140001214
与相邻两非零基本空间矢量之间的夹角相等(即均为π/6度)时，第一调制矢量分解为两非零基本空间矢量后，两基本空间矢量的作用时间将相等。当第一调制矢量
Figure BSA00000209514000131
分解后，两非零基本空间矢量的作用时间相等将给调制带来一定便利，同时会影响到第二调制矢量
Figure BSA00000209514000132
施加，很大程度上决定调制矢量V*的分解、后续调制的算法是否足够简单，以提高调制过程的效率。
再综合前述的，第一调制矢量
Figure BSA00000209514000133
分解的两非零基本矢量作用时间过长，会影响零矢量的作用时间问题。较佳的实施方式是，第一调制矢量
Figure BSA00000209514000134
分解为两非零基本空间矢量后，两非零基本空间矢量作用时间相等，且两非零基本空间矢量的作用时间均等于最小矢量作用时间，即第一调制矢量
Figure BSA00000209514000135
与相邻两非零基本空间矢量之间的夹角相等(即均为π/6度)的情形，同时此时第一调制矢量
Figure BSA00000209514000136
也是所有满足要求的第一调制矢量
Figure BSA00000209514000137
中幅值最小的矢量。
之所以，第一调制矢量
Figure BSA00000209514000138
采用上述设置是一种比较佳的实施方式，第一，使得分解后两非零基本空间矢量的作用时间相等，可简化第一调制矢量
Figure BSA00000209514000139
分解后的施加；第二，第一调制矢量
Figure BSA000002095140001310
分解后两非零基本空间矢量的总作用时间最短，避免了牺牲零矢量的作用时间；第三，可使得合成调制矢量V*时，第二调制矢量
Figure BSA000002095140001311
更加规则，以便于第二调制矢量
Figure BSA000002095140001312
的施加。当然，要使得第二调制矢量
Figure BSA000002095140001313
更加规则，还是需要进一步对处于非观测区域中的调制矢量V*进行分区域处理来实现的，以下将详细说明。
首先，将每个扇区中的非观测区域划分为两基本区域，划分的规则是当采用对称PWM方式调试时，调制矢量分解为两非零基本空间矢量后，两非零基本空间矢量的作用时间之和不小于2倍最小矢量作用时间的非观测区域划分为第一非观测区域，两非零基本空间矢量的作用时间之和小于2倍最小矢量作用时间的非观测区域化分为第二非观测区域。
为了便于说明，同样以扇区一为例进行详细说明。参见图10，将幅值为2倍最小矢量作用时间的基本空间矢量V1和幅值为2倍最小矢量作用时间的基本空间矢量V2的端点进行连接，那么当调制矢量V*处于上述连接线与两基本空间矢量V1和V2所围成的等边三角形的非观测区域中时，采用对称PWM方式进行调制，调制矢量V*分解为基本空间矢量V1和V2后，基本空间矢量V1和V2的作用时间之和将小于2倍最小矢量作用时间；当调制矢量V*处于上述等边三角形以外(包括连接线)的非观测区域时，调制矢量V*分解为基本空间矢量V1和V2后，基本空间矢量V1和V2的作用时间之和将不小于2倍最小矢量作用时间。
完成基本区域的划分之后，还需要对第一非观测区域和第二非观测区域划分进一步划分为多个子区域，进一步划分为多个子区域的目的是，使得当调制矢量V*处于不同的子区域时，合成调制矢量V*的第二调制矢量
Figure BSA00000209514000141
都处于同一扇区，以便于运用相同的方式进行处理。此时，分区的规则是根据：两非零基本空间矢量的作用时间之间的大小关系，以及两非零基本空间矢量作用时间与最小矢量作用时间之间的大小关系。
同样的以扇区一为例，进行说明。首先，针对第一非观测区域，由于当调制矢量V*处于第一非观测区域中时，采用对称PWM方式，分解后基本空间矢量V1和V2的作用时间之和是不小于2倍最小矢量作用时间的，那么根据上述分区规则，考虑基本空间矢量V1和V2的作用时间的大小关系，以及基本空间矢量V1和V2的作用时间与最小矢量作用时间的关系这个两个因素，调制矢量V*处于第一非观测区域时存在以下4种情况：
1、分解后基本空间矢量V1的作用时间不小于基本空间矢量V2的作用时间，并且基本空间矢量V2的作用时间小于最小矢量作用时间；
2、分解后基本空间矢量V1的作用时间不小于基本空间矢量V2的作用时间，并且基本空间矢量V2的作用时间不小于最小矢量作用时间；
3、分解后基本空间矢量V1的作用时间小于基本空间矢量V2的作用时间，并且基本空间矢量V1的作用时间小于最小矢量作用时间；
4、分解后基本空间矢量V1的作用时间小于基本空间矢量V2的作用时间，并且基本空间矢量V1的作用时间不小于最小矢量作用时间。
再参见图10，但当调制矢量V*处于子区域(1)时即上述第1种情况，当调制矢量V*处于子区域(2)时即上述第2种情况，当调制矢量V*处于子区域(4)时即上述第4种情况，当调制矢量V*处于子区域(5)时即上述第3种情况。子区域(3)为可观测区域，仅作标记以进行区别，调制矢量V*处于这个区域采用常规对称PWM方式调制即可，不是本发明主要涉及的方面。这样，当调制矢量V*处于第一非观测区域不同的子分区时，合成调制矢量V*时，第二调制矢量
Figure BSA00000209514000151
将区域同一扇区中，以下将详细进行说明。
参见图10a，当调制矢量V*处于子区域(1)时，第一调制矢量
Figure BSA00000209514000152
采用上述较佳的实施方式，合成调制矢量V*时，第二调制矢量
Figure BSA00000209514000153
将处于扇区六，这样可运用相同的方式对第二调制矢量
Figure BSA00000209514000154
进行处理，进而合成调制矢量V*。
参见图10b，当调制矢量V*处于子区域(2)时，第一调制矢量
Figure BSA00000209514000155
采用上述较佳的实施方式，合成调制矢量V*时，第二调制矢量
Figure BSA00000209514000156
将处于扇区，这样可运用相同的方式对第二调制矢量进行处理，进而合成调制矢量V*。
参见图10c，当调制矢量V*处于子区域(4)时，第一调制矢量采用上述较佳的实施方式，合成调制矢量V*时，第二调制矢量
Figure BSA00000209514000159
将处于扇区一，这样可运用相同的方式对第二调制矢量
Figure BSA000002095140001510
进行处理，进而合成调制矢量V*。
参见图10d，当调制矢量V*处于子区域(5)时，第一调制矢量
Figure BSA000002095140001511
采用上述较佳的实施方式，合成调制矢量V*时，第二调制矢量将处于扇区二，这样可运用相同的方式对第二调制矢量
Figure BSA000002095140001513
进行处理，进而合成调制矢量V*。
针对第二非观测区域，由于当调制矢量V*处于第二非观测区域中时，采用对称PWM方式，分解后基本空间矢量V1和V2的作用时间之和是小于2倍最小矢量作用时间的，那么根据上述分区规则，考虑基本空间矢量V1和V2的作用时间的大小关系，以及基本空间矢量V1和V2的作用时间与最小矢量作用时间的关系这个两个因素，调制矢量V*处于第二非观测区域时存在以下4种情况：
1、分解后基本空间矢量V1的作用时间不小于基本空间矢量V2的作用时间，并且基本空间矢量V1的作用时间小于最小矢量作用时间；
2、分解后基本空间矢量V1的作用时间不小于基本空间矢量V2的作用时间，并且基本空间矢量V1的作用时间不小于最小矢量作用时间；
3、分解后基本空间矢量V1的作用时间小于基本空间矢量V2的作用时间，并且基本空间矢量V2的作用时间小于最小矢量作用时间；
4、分解后基本空间矢量V1的作用时间小于基本空间矢量V2的作用时间，并且基本空间矢量V2的作用时间不小于最小矢量作用时间。
再参见图10，但当调制矢量V*处于子区域(6-3)时即上述第1种情况，当调制矢量V*处于子区域(6-1)时即上述第2种情况，当调制矢量V*处于子区域(6-4)时即上述第3种情况，当调制矢量V*处于子区域(6-2)时即上述第4种情况。这样，当调制矢量V*处于第二非观测区域不同的子分区时，合成调制矢量V*时，第二调制矢量
Figure BSA00000209514000161
将区域同一扇区中，以下将详细进行说明。
参见图10e，当调制矢量V*处于子区域(6-1)时，第一调制矢量
Figure BSA00000209514000162
采用上述较佳的实施方式，合成调制矢量V*时，第二调制矢量
Figure BSA00000209514000163
将处于扇区五，这样可运用相同的方式对第二调制矢量
Figure BSA00000209514000164
进行处理，进而合成调制矢量V*。
参见图10f，当调制矢量V*处于子区域(6-2)时，第一调制矢量
Figure BSA00000209514000165
采用上述较佳的实施方式，合成调制矢量V*时，第二调制矢量
Figure BSA00000209514000166
将处于扇区三，这样可运用相同的方式对第二调制矢量
Figure BSA00000209514000167
进行处理，进而合成调制矢量V*。
参见图10g，当调制矢量V*处于子区域(6-3)时，第一调制矢量
Figure BSA00000209514000168
采用上述较佳的实施方式，合成调制矢量V*时，第二调制矢量
Figure BSA00000209514000169
将处于扇区四，这样可运用相同的方式对第二调制矢量
Figure BSA00000209514000171
进行处理，进而合成调制矢量V*。
参见图10h，当调制矢量V*处于子区域(6-4)时，第一调制矢量采用上述较佳的实施方式，合成调制矢量V*时，第二调制矢量将处于扇区四，这样可运用相同的方式对第二调制矢量
Figure BSA00000209514000174
进行处理，进而合成调制矢量V*。
当调制矢量V*处于其他5个扇区的非观测区域，第一调制矢量
Figure BSA00000209514000175
采用与相邻两非零基本空间矢量之间的夹角相等(即均为π/6度)，且第一调制矢量
Figure BSA00000209514000176
分解为相邻的两非零基本空间矢量的作用时间均等于最小矢量作用时间的实施方式。第一非观测区域、第二非观测区域以及第一非观测区域和第二非观测区域的子区域的划分方式，与扇区一是完全类似的，当调制矢量处于第一和第二非观测区域不同子分区，合成调制矢量V*时，第二调制矢量也将处于相同的扇区中。例如，当调制矢量处于扇区二，第一非观测区域的子区域(1)中时(参考扇区一进行分区)，第二调制矢量
Figure BSA00000209514000178
将处于扇区。
由于基本原理是相同的，根据本发明公开的扇区一的实施方式，本领域技术人员无需花费创造性的劳动，就可以知晓其他5个扇区的实施方式，本发明已经进行了充分的公开，因此，对处于其他5个扇区非观测区域的调制矢量V*如何分解、合成，本实施例中不再进行累述。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.电动机相电流重构方法，电动机采用空间矢量脉宽调制方式进行驱动，逆变电路开关管下桥臂的负端与直流侧电容负端之间串接有采样电阻，其特征在于：当调制矢量处于非观测区域，PWM载波周期内存在非零基本空间矢量作用时间过短而不满足最小矢量作用时间时，将该调制矢量分解成第一调制矢量和第二调制矢量进行调制，所述第一调制矢量位于该调制矢量所在扇区，第一调制矢量分解成两非零基本空间矢量后，满足两非零基本空间矢量的作用时间均不小于最小矢量作用时间，在这两个非零基本空间矢量作用过程中采用单电流采样方式重构电动机相电流。
2.如权利要求1所述的电动机相电流重构方法，其特征在于：第一调制矢量先于第二调制矢量施加时，采用PWM波前端采样的方式重构电动机相电流；第二调制矢量先于第一调制矢量施加时，采用PWM波后端采样的方式重构电动机相电流。
3.如权利要求1或2所述的电动机相电流重构方法，其特征在于：所述第一调制矢量可以是分解后的两非零基本空间矢量作用时间相等的矢量，也可以是分解后的两非零基本空间矢量作用时间不相等的矢量。
4.如权利要求1或2所述的电动机相电流重构方法，其特征在于：所述第一调制矢量为分解后两非零基本空间矢量作用时间相等，且两非零基本空间矢量的作用时间均等于最小矢量作用时间的矢量。
5.如权利要求4所述的电动机相电流重构方法，其特征在于：将每个扇区中，所述调制矢量采用对称PWM方式调制，分解为两非零基本空间矢量后，两非零基本空间矢量的作用时间之和不小于2倍最小矢量作用时间的非观测区域划分为第一非观测区域，将调制矢量的两非零基本空间矢量的作用时间之和小于2倍最小矢量作用时间的非观测区域划分为第二非观测区域。
6.如权利要求5所述的电动机相电流重构方法，其特征在于：在第一非观测区域中，根据两非零基本空间矢量的作用时间之间的大小关系，以及两非零基本空间矢量作用时间与最小矢量作用时间之间的大小关系，将第一非观测区域进一步划分为四个子区域，使得每个子区域中的调制矢量分解后的第二调制矢量处于同一扇区。
7.如权利要求5或6所述的电动机相电流重构方法，其特征在于：在第二非观测区域中，根据两非零基本空间矢量的作用时间之间的大小关系，以及两非零基本空间矢量作用时间与最小矢量作用时间之间的大小关系，将第二非观测区域进一步划分为四个子区域，使得每个子区域中的调制矢量分解后的第二调制矢量处于同一扇区。
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