[发明专利]一种三相两电平逆变器母线电流零点漂移自校正装置和方法

说明书

本发明公开了一种三相两电平逆变器母线电流零点漂移自校正装置和方法，该方法包括以下步骤：（1）在直流母线上设置单电流传感器采集相电流信息并经过静止坐标变换，合成参考电压矢量V_ref；（2）根据参考电压矢量V_ref的幅值和相角确定扇区；所述扇区包括正常运行区域和误差自校正区域；（3）当参考电压矢量V_ref位于所述误差自校正区域时，在所述扇区内修改PWM发波方式；（4）对采集到的互补相电流进行零点误差自校正。本发明的自校正方法能够使控制系统保持良好的稳态性能且易于实现。

技术领域

本发明涉及三相电源中的零点漂移矫正的技术领域，具体涉及一种三相两电平逆变器母线电流零点漂移自校正装置和方法。

背景技术

高性能交流电驱动系统中，实现对三相电压源型逆变器(Voltage sourceinverter，VSI)负载电流的实时控制至关重要如图1所示。通常，将分流器或霍尔传感器等电流传感器安装于VSI交流输出侧来采集相电流信息，以实现闭环控制。同时也可以安装于直流母线侧，以实现过载保护和直流短路保护。然而，多个电流传感器既增加了系统成本，又因传感器间的不一致性影响了电驱动系统的控制性能。单电流传感器相电流采样技术通过对直流母线瞬时电流的分时刻采集，并将其映射至不同的相电流，实现了相电流的单传感器采集，降低了系统成本，同时也消除了多传感器不一致性对系统性能的影响，是电驱动控制领域的研究热点。但是，由于老化、干扰、环境等因素影响会造成霍尔电流传感器、电压基准、运算放大器等元器件产生零点漂移现象，从而导致直流母线电流发生零点漂移，进而引发不平衡电流、转速/转矩脉动、控制系统性能下降等不良后果。

因此，若要保证相电流信息的准确采集，就必须消除因零点漂移现象而产生的采样误差，此时需要对电流采样过程进行优化，现有改进措施主要有以下两种：（1）直流偏置误差补偿算法。利用基尔霍夫电流定律确定无误差电流项，接着进行静止坐标变换并利用陷波滤波器对直流偏置误差进行补偿，最后设置PI控制器用来抑制滤波器的干扰信号和电路参数变化对系统的负面影响。（2）检测电压矢量注入法。该方法是在传统空间矢量脉宽调制技术的特定开关周期内插入测量电压矢量以满足对误差值的计算，再利用误差曲线实现对零点漂移误差的校正。

由上述可知现有两种主要的优化零点漂移误差补偿方法。（1）基于直流偏置误差补偿算法设计陷波滤波器会因扇区的变化导致采样三相电流值的变换，使得在每个扇区需要重新进行的坐标变换，补偿算法冗长，增长误差矫正时间。估算得到的误差值会因PI控制器参数值的设定而变化，故估算精度受PI控制器影响较大。（2）检测电压矢量注入法会因额外测量矢量的加入，增大负载相电流噪声，不能完成相电流值精确采样，导致控制系统的稳定性降低。下面对现有技术客观缺点出现的原因做简要概述。

典型单电流传感器相电流采样技术电流采样原理如图2所示，直流母线电流零点漂移主要包括电压基准漂移、霍尔电流传感器零点漂移和运算放大器零点漂移。当电流发生零点漂移后，会产生漂移量∆i，使得重构相电流整体偏移实测相电流值。

（1）霍尔电流传感器零点漂移：受温度和封装应力的影响，由传感器内部霍尔元件和运算放大器产生的漂移，直接造成了霍尔电流传感器输出信号的零点漂移。

（2）电压基准漂移：电压基准芯片的输出精度和稳定性是其最重要的性能，受初始精度、温度漂移、噪声等因素影响，其输出电压信号偏离理论值所造成的漂移量。随着电力电子技术和微控制器技术的发展，现代永磁同步电机的驱动多采用三相全桥逆变拓扑结构。在此种驱动方式下，母线电流蕴含了绕组各相电流的信息，通过对母线电流的采集进行相电流的重构便是建立在此基础上的。

（3）运算放大器零点漂移：放大器内部元器件参数不一致性，环境温度变化等因素将会导致零点漂移现象，其中温度是漂移现象产生最主要原因。