CN112448619A - 基于pwm控制的电机的相电流检测方法及空调器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电流检测技术领域，具体涉及一种基于PWM控制的电机的相电流检测方法及空调器。本发明旨在解决现有单电阻电流采样的方法存在的电流检测不准确的问题。为此目的，本发明的相电流检测方法包括：在电机启动过程中，检测电机的直流母线的电流信号；在检测直流母线的电流信号的同时，减小电机的PWM载波频率；根据直流母线的电流信号计算电机的相电流。通过在检测电机的直流母线的电流信号的同时，减小电机的PWM载波频率，使得电流波形持续时间增加，更容易采集到电流，并且采集到的电流也更加准确。

Description

基于PWM控制的电机的相电流检测方法及空调器
技术领域
本发明涉及电流检测技术领域，具体涉及一种基于PWM控制的电机的相电流检测方法及空调器。
背景技术
传统的压缩机驱动算法常采用三电阻采样，检测U、V、W相的电流作为反馈值，但该方法的成本相对较高，检测元件体积较大，难以集成在电路中。而理论上通过单电阻电流采样(oneshunt current detection)也是可行的，通过将采样电阻串接于直流母线后检测不同时刻的总电流，然后基于三相电流的关系即可间接换算出此时U、V、W相的电流。
然而，由于压缩机刚刚启动时，其转速不高，PWM的脉宽差值较小，从而导致实际检测到的电流波形持续时间太短，使得程序检测到的三相电流不准确。
相应地，本领域需要一种新的基于PWM控制的电机的相电流检测方法及空调器来解决上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有单电阻电流采样的方法存在的电流检测不准确的问题，本发明提供了一种基于PWM控制的电机的相电流检测方法，所述相电流检测方法包括：
在电机启动过程中，检测所述电机的直流母线的电流信号；
根据所述直流母线的电流信号计算所述电机的相电流，
所述相电流检测方法还包括：
在检测所述直流母线的电流信号的同时，减小所述电机的PWM载波频率。
在上述基于PWM控制的电机的相电流检测方法的优选技术方案中，“减小所述电机的PWM载波频率”的步骤具体包括：
减小所述电机的PWM载波频率，使得能够持续检测到所述直流母线的有效的电流信号。
在上述基于PWM控制的电机的相电流检测方法的优选技术方案中，“减小所述电机的PWM载波频率”的步骤具体包括：
将所述电机的PWM载波频率减小为基准频率的至少一半。
在上述基于PWM控制的电机的相电流检测方法的优选技术方案中，所述电机启动过程包括定位阶段、强制启动阶段和闭环控制阶段，“减小所述电机的PWM载波频率”的步骤具体包括：
在所述强制启动阶段减小所述电机的PWM载波频率。
在上述基于PWM控制的电机的相电流检测方法的优选技术方案中，所述电机是空调压缩机的电机。
本申请还提供了一种空调器，包括压缩机和控制器，所述压缩机包括基于PWM控制的电机，所述电机的直流母线上设置有采样电阻，所述采样电阻用于检测所述直流母线的电流信号，
所述控制器被配置成根据电机启动过程中通过所述采样电阻检测到所述直流母线的电流信号来计算所述电机的相电流，
所述控制器还被配置成在通过所述采样电阻检测所述直流母线的电流信号的同时减小所述电机的PWM载波频率。
在上述空调器的优选技术方案中，所述控制器将所述电机的PWM载波频率减小为使得能够持续检测到所述直流母线的有效的电流信号。
在上述空调器的优选技术方案中，所述控制器将所述电机的PWM载波频率减小为基准频率的至少一半。
在上述空调器的优选技术方案中，所述电机启动过程包括定位阶段、强制启动阶段和闭环控制阶段，所述控制器在所述强制启动阶段减小所述电机的PWM载波频率。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，基于PWM控制的电机的相电流检测方法，相电流检测方法包括：在电机启动过程中，检测电机的直流母线的电流信号；根据直流母线的电流信号计算电机的相电流；在检测直流母线的电流信号的同时，减小电机的PWM载波频率。
通过在检测电机的直流母线的电流信号的同时，减小电机的PWM载波频率，使得电流波形持续时间增加，更容易采集到电流，并且采集到的电流也更加准确。同时，由于本方法不需要作出其他的硬件改动，因此实现起来简单可靠。
进一步地，通过将电机的PWM载波频率减小为基准频率的至少一半，使得电流波形持续时间至少延长2倍，在采集电流时有充足的采样时间，采样结果更为准确。经发明人反复试验、观测、分析和比较，当PWM的载波频率为基准频率时，检测到的有效电流数量非常少，系统无法准确采集电流；当PWM载波频率减小至基准频率的至少一半时，在电机启动的绝大多情况下均可以采集到有效电流，并且采集到的有效电流准确度高。
进一步地，通过减小电机在强制启动阶段的PWM载波频率，使得本方法不仅能够有效采集电流，而且由于仅在强制启动阶段修改载波频率，还不会影响系统的运转性能。
附图说明
下面参照附图来描述本发明的基于PWM控制的电机的相电流检测方法及空调器。附图中：
图1为本发明的基于PWM控制的电机的相电流检测方法的流程图；
图2为本发明的直流母线电流的采样示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，尽管以下实施例是结合空调压缩机的电机进行描述的，但是这并不是限制性的，本领域技术人员显然还可以对本发明的应用场景进行调整，这种调整并不偏离本发明的基本原理，因此也将落入本发明的保护范围之内。例如，本申请的相电流检测方法也可以应用于冰箱、洗衣机等。
首先参照图1，对本发明的基于PWM控制的电机的相电流检测方法进行描述。其中，图1为本发明的基于PWM控制的电机的相电流检测方法的流程图。
如图1所示，为解决现有技术中采用单电阻电流采样存在的电流检测不准确的问题，本发明的检测方法主要包括以下步骤：
S100、在电机启动过程中，检测电机的直流母线的电流信号；例如，在直流母线上设置采样电阻，采样电阻配置有电流传感器，通过在电机启动过程中获取电流传感器的反馈值来检测直流母线的电流信号。
S200、在检测直流母线的电流信号的同时，减小电机的PWM载波频率；例如，通过修改电机启动时的程序，在检测直流母线的电流信号时将PWM载波频率减小为基准频率的一半；在电流检测结束后，再将PWM载波频率恢复至基准频率，保证电机正常运行。
S300、根据直流母线的电流信号计算电机的相电流；例如，在检测到直流母线在不同时刻的电流后，基于上电时序和三相电流的关系即可间接换算出此时的三相电流。
从上述描述可以看出，通过在检测电机的直流母线的电流信号的同时，减小电机的PWM载波频率，使得电流波形持续时间增加，更容易采集到电流，并且采集到的电流也更加准确。同时，由于本方法不需要作出其他的硬件改动，因此实现起来简单可靠。
下面结合图1和图2，对本申请的相电流检测方法进行详细描述。其中，图2为本发明的直流母线电流的采样示意图。
如图1和图2所示，在一种较为优选的实施方式中，“减小电机的PWM载波频率”的步骤进一步为：将电机的PWM载波频率减小至使得能够持续检测到直流母线的有效电流信号，优选地，将电机的PWM载波频率减小至基准频率的一半。
通过将电机的PWM载波频率减小为基准频率的一半，使得电流波形持续时间延长2倍，在采集电流时有充足的采样时间，采样结果更为准确。经发明人反复试验、观测、分析和比较，当PWM的载波频率为基准频率时，检测到的有效电流数量非常少，系统无法准确采集电流；当PWM载波频率减小至基准频率的一半时，在电机启动的绝大多情况下均可以采集到有效电流，并且采集到的有效电流准确度高。
在一种较为优选的实施方式中，电机启动过程包括定位阶段、强制启动阶段和闭环控制阶段，减小电机的PWM载波频率的步骤在强制启动阶段进行。举例而言，电机的基准频率为6kHz，当电机启动时，以基准频率6kHz启动并定位；当启动至强制启动阶段时，减小PWM载波频率至3kHz，并进行电流采样；当电机继续运行至闭环控制阶段时，再将PWM载波频率升高至基准频率6kHz，保证电机正常运行。
通过减小电机在强制启动阶段的PWM载波频率，使得本方法不仅能够有效采集电流，而且由于仅在强制启动阶段修改载波频率，还不会影响系统的运转性能。
下面参照图2并结合空调压缩机的电机，对本申请的相电流检测方法的具体执行过程进行介绍。
如图2所示，假设此时相电流Wout的波形持续时间为2000us、Vout为3000us、Uout为4000us，则在a时刻对直流母线进行电流采样，电流采样值I1＝Iu，在b时刻对直流母线进行电流采样，电流采样值I2＝Iu+Iv＝-Iw，进而根据相电流之和为零Iu+Iv+Iw＝0，得到三相电流值分别为：Iu＝I1，Iw＝-I2，Iv＝-(Iu+Iw)＝-(I1-I2)＝I2-I1。此种条件下，由于Uout、Vout与Wout之间的持续时间相差较大，所以实际采样时a时刻和b时刻也相对较长，故采样没有问题。但是，实际上空调压缩机电机在启动时，Uout、Vout与Wout之间的持续时间相差一般不会太大，例如Wout的波形持续时间为200us、Vout为300us、Uout为400us，此时由于两相之间的时间差太小，导致实际输出的电流波形持续时间太短，无法采样到持续时间如此小的电流。
此时如果将载波频率设置为之前的一半，若输出与之前相同的电流，则三相PWM的输出持续时间将变为Wout＝400us、Vout＝600us、Uout＝800us，此时相较于之前电流的持续时间增加了一倍，从而电流采样将更为容易，也更加准确。
需要说明的是，由于同一PWM载波周期内电流波形存在两次变化，因此，直流母线电流采样既可选择在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2中，直流母线电流的采样是在PWM载波的前端时刻进行的，而直流母线电流的采样在PWM载波的后端时刻进行时，其原理与在PWM载波的前端时刻进行是相同的，在此不再累述。
还需要说明的是，尽管上述实施方式是结合PWM载波频率减小为基准频率的一半来描述的，但是这并不是限制性的，本领域技术人员显然还可以对PWM载波频率的减小幅度进行调整，这种调整并不偏离本发明的基本原理，因此也将落入本发明的保护范围之内。例如，本领域技术人员也可以将PWM载波频率减小至原基准频率的三分之一、四分之一等任意值。
本申请还提供了一种空调器，包括压缩机和控制器，压缩机包括基于PWM控制的电机，电机的直流母线上设置有采样电阻，采样电阻用于检测直流母线的电流信号。
其中，控制器被配置成在通过采样电阻检测直流母线的电流信号的同时减小电机的PWM载波频率、并根据电机启动过程中通过采样电阻检测到直流母线的电流信号来计算电机的相电流。
其中，在一种可能的实施方式中，控制器将电机的PWM载波频率减小为使得能够持续检测到直流母线的有效的电流信号。较为优选地，控制器将电机的PWM载波频率减小为基准频率的至少一半。
其中，在一种可能的实施方式中，电机启动过程包括定位阶段、强制启动阶段和闭环控制阶段，控制器在强制启动阶段减小电机的PWM载波频率。
需要说明的是，虽然上述实施方式中没有具体描述，但是上述控制器可以是空调器本身的控制器，可以是专门用于执行本发明的方法的控制器，也可以是通用控制器的一个功能模块或功能单元，也可以是电机自身配置的微控制单元(MCU)，这种变化不对本发明的保护范围构成任何限制。
通过在空调器的压缩机电机进行电流采样时，降低电机的PWM载波频率，使得电流波形持续时间增加，更容易采集到电流，并且采集到的电流也更加准确。同时，由于本方法不需要作出其他的硬件改动，因此实现起来简单可靠。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
上述实施例中虽然将各个步骤按照上述先后次序的方式进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本实施例的效果，不同的步骤之间不必按照这样的次序执行，其可以同时(并行)执行或以颠倒的次序执行，这些简单的变化都在本发明的保护范围之内。例如，虽然上述实施方式是结合在检测直流母线的电流信号的同时，减小电机的PWM载波频率进行描述的，但是本领域技术人员也可以对其进行调整，如可以调整为先减小电机的PWM载波频率，再检测直流母线的电流信号。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于PWM控制的电机的相电流检测方法，所述相电流检测方法包括：
在电机启动过程中，检测所述电机的直流母线的电流信号；
根据所述直流母线的电流信号计算所述电机的相电流，
其特征在于，所述相电流检测方法还包括：
在检测所述直流母线的电流信号的同时，减小所述电机的PWM载波频率。
2.根据权利要求1所述的基于PWM控制的电机的相电流检测方法，其特征在于，“减小所述电机的PWM载波频率”的步骤具体包括：
减小所述电机的PWM载波频率，使得能够持续检测到所述直流母线的有效的电流信号。
3.根据权利要求1所述的基于PWM控制的电机的相电流检测方法，其特征在于，“减小所述电机的PWM载波频率”的步骤具体包括：
将所述电机的PWM载波频率减小为基准频率的至少一半。
4.根据权利要求1所述的基于PWM控制的电机的相电流检测方法，其特征在于，所述电机启动过程包括定位阶段、强制启动阶段和闭环控制阶段，“减小所述电机的PWM载波频率”的步骤具体包括：
在所述强制启动阶段减小所述电机的PWM载波频率。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于PWM控制的电机的相电流检测方法，其特征在于，所述电机是空调压缩机的电机。
6.一种空调器，包括压缩机和控制器，所述压缩机包括基于PWM控制的电机，所述电机的直流母线上设置有采样电阻，所述采样电阻用于检测所述直流母线的电流信号，
所述控制器被配置成根据电机启动过程中通过所述采样电阻检测到所述直流母线的电流信号来计算所述电机的相电流，
其特征在于，所述控制器还被配置成在通过所述采样电阻检测所述直流母线的电流信号的同时减小所述电机的PWM载波频率。
7.根据权利要求6所述的空调器，其特征在于，所述控制器将所述电机的PWM载波频率减小为使得能够持续检测到所述直流母线的有效的电流信号。
8.根据权利要求6所述的空调器，其特征在于，所述控制器将所述电机的PWM载波频率减小为基准频率的至少一半。
9.根据权利要求6所述的空调器，其特征在于，所述电机启动过程包括定位阶段、强制启动阶段和闭环控制阶段，所述控制器在所述强制启动阶段减小所述电机的PWM载波频率。
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