一种永磁同步牵引变频调速的相电流重构方法与流程

本发明属于交流电机变频调速，尤其涉及一种永磁同步牵引变频调速的相电流重构方法。

背景技术：

1、在永磁同步电机牵引传动系统中，通常采用金属氧化物半导体场效应管逆变桥驱动电机，并利用直流母线单采样电阻采集母线电流，以重构定子相电流，这种方式能够减小硬件体积和接线复杂度，同时消除电流传感器固有的温漂与零点漂移影响，进行单电阻采样时，根据逆变桥开关状态与母线回流电流之间的对应关系，在相邻两个有效电压矢量作用期间分别采集母线电流，再结合定子三相电流平衡关系推算未直接测得的相电流。

2、金属氧化物半导体场效应管在开关切换瞬间，其寄生电容充放电会与回路杂散电感共同作用，产生高频振荡电流，在此影响下，母线采样电阻两端的信号通常在经历驱动延迟、电流上升以及寄生振荡衰减后进入平稳的电流平台，当电机处于低速轻载或低调制比工况时，有效电压矢量的理论持续时间会明显缩短，如果该持续时间小于振荡衰减时间与模数转换采样时间之和，就会落入采样盲区，导致采样电阻两端无法形成稳定的读取窗口，为了拓宽采样窗口，现有技术通常在调制周期内移动驱动脉冲边沿，并按照理想方波的开关过程进行对称调整，以保持伏秒平衡，但受米勒平台和结电容影响，金属氧化物半导体场效应管的开通转换时间与关断转换时间存在固有差异，如果仍按照理想脉冲的对称关系进行调节，就会忽略实际开通与关断过渡时间之间的差额，使电机端电压的伏秒积分产生残余偏差，该偏差持续累积后，会引起定子磁链漂移和转矩脉动。

3、因此，如何结合金属氧化物半导体场效应管实际的开关瞬态特性，减小驱动脉冲微移过程中开通、关断过渡时间不对称带来的误差，并在维持逆变桥端电压伏秒平衡的同时实现不同工况下稳定的相电流重构，成为本发明所要解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中的问题，本发明的技术方案如下：一种永磁同步牵引变频调速的相电流重构方法，包括以下步骤：

2、步骤s1，采集直流母线电压与金属氧化物半导体场效应管壳体温度推算内部结温，结合直流母线电压与内部结温确定高频寄生振荡衰减时长，累加驱动延迟时间、电流上升时间、高频寄生振荡衰减时长与采样保持时间，确定有效采样窗口阈值；

3、步骤s2，获取空间矢量调制的两有效电压矢量理论时长；

4、步骤s3，当有效电压矢量理论时长小于有效采样窗口阈值时确定脉宽缺额量，计算目标相金属氧化物半导体场效应管关断转换总时长与开通转换总时长的差值作为瞬态过渡时间不对称差额量，将目标相驱动脉冲开通时刻前移脉宽缺额量，并在补偿周期施加截断时长为脉宽缺额量扣除瞬态过渡时间不对称差额量的反向伏秒平衡截断；

5、步骤s4，待高频寄生振荡衰减至稳态阈值，在两有效电压矢量作用区间采集单采样电阻信号，获取第一母线电流与第二母线电流；

6、步骤s5，依据逆变桥导通拓扑将第一母线电流与第二母线电流转换为两相定子电流，依据定子三相电流和为零解算第三相定子电流，输出至矢量控制环。

7、优选的，步骤s1中结合直流母线电压与内部结温确定高频寄生振荡衰减时长，包括：步骤s11，依据金属氧化物半导体场效应管壳体温度经由瞬态热阻模型计算内部结温；步骤s12，依据直流母线电压与内部结温提取漏源寄生输出电容值，结合逆变桥母线回路杂散电感确定高频振荡频率与衰减时间常数；步骤s13，计算高频振荡电流幅值衰减至模数转换器最低有效位转换门限以内的时长，确定为高频寄生振荡衰减时长。

8、优选的，步骤s3中计算目标相金属氧化物半导体场效应管关断转换总时长与开通转换总时长的差值作为瞬态过渡时间不对称差额量，包括：步骤s31，提取目标相金属氧化物半导体场效应管在当前直流母线电压与内部结温下的栅极开通传输延迟时间与漏极电流上升时间，将二者相加求得开通转换总时长；步骤s32，提取目标相金属氧化物半导体场效应管在当前直流母线电压与内部结温下的栅极关断传输延迟时间与漏极电流下降时间，将二者相加求得关断转换总时长；步骤s33，计算关断转换总时长减去开通转换总时长所得的时间差额，确定为瞬态过渡时间不对称差额量。

9、优选的，步骤s2中获取空间矢量调制的两有效电压矢量理论时长，包括：步骤s21，获取牵引调速电流环调节器在当前脉宽调制载波周期起始时刻下发的定子参考电压矢量幅值与空间电夹角；步骤s22，依据空间电夹角确定定子参考电压矢量所处的空间六边形基本扇区；步骤s23，依据空间电压矢量脉宽调制投影几何关系，计算合成定子参考电压矢量所需的当前扇区第一有效电压矢量理论时长与第二有效电压矢量理论时长。

10、优选的，步骤s4中待高频寄生振荡衰减至稳态阈值，在两有效电压矢量作用区间采集单采样电阻信号，包括：步骤s41，在微移调节后的第一有效电压矢量作用区间内，将采样触发时刻设定在开关状态跳变结束且经过驱动延迟时间、电流上升时间与高频寄生振荡衰减时长之后的平稳电流平台段，触发模数转换器读取单采样电阻两端电压换算得出第一母线电流；步骤s42，在微移扩展后的第二有效电压矢量作用区间内，待漏源高频振荡幅值衰减进入模数转换器最低有效位转换门限内部，触发模数转换器读取单采样电阻两端电压换算得出第二母线电流。

11、优选的，步骤s5中依据逆变桥导通拓扑将第一母线电流与第二母线电流转换为两相定子电流，包括：步骤s51，读取当前脉宽调制周期的开关状态组合，根据三相逆变桥上桥臂与下桥臂金属氧化物半导体场效应管的物理通断状态确定母线电流回流路径；步骤s52，当第一有效电压矢量为第i扇区基础有效矢量时，将测得的第一母线电流赋值给电机的a相定子电流；步骤s53，当第二有效电压矢量为第i扇区相邻有效矢量时，将测得的第二母线电流的反极性数值赋值给电机的c相定子电流；步骤s54，依据电机三相定子绕组中性点悬空结构所满足的三相瞬时电流代数和恒为零的约束，解算得到b相定子电流。

12、优选的，步骤s3中当第一有效电压矢量理论时长与第二有效电压矢量理论时长同时小于有效采样窗口阈值时，包括：步骤s34，在当前脉宽调制载波周期内，仅对第一有效电压矢量对应的相桥臂驱动脉冲施加单侧展宽使第一有效电压矢量的作用时长达到有效采样窗口阈值，并在第一有效电压矢量作用区间采集第一母线电流；步骤s35，在紧邻的下一个脉宽调制载波周期内，仅对第二有效电压矢量对应的相桥臂驱动脉冲施加单侧展宽使第二有效电压矢量的作用时长达到有效采样窗口阈值，并在第二有效电压矢量作用区间采集第二母线电流。

13、优选的，双周期交替测量步骤还包括：步骤s341，在当前脉宽调制载波周期内部，依据对应周期的瞬态过渡时间不对称差额量修正脉冲截断时间，并施加虚拟反相矢量；步骤s351，在紧邻的下一个脉宽调制载波周期内部，依据对应周期的瞬态过渡时间不对称差额量修正脉冲截断时间，并施加方向相反的虚拟反相矢量以抵消定子合成磁链位置偏移。

14、优选的，步骤s4中采集单采样电阻信号，还包括：步骤s43，在模数转换器转换窗口内连续读取离散采样点；步骤s44，计算相邻离散采样点之间的差值斜率绝对值；步骤s45，当差值斜率绝对值持续小于预设稳态门限时，输出当前母线电流至后续拓扑映射步骤；当差值斜率绝对值大于或等于预设稳态门限时，保持上一脉宽调制周期的相电流输出值。

15、相对于现有技术，本发明一种永磁同步牵引变频调速的相电流重构方法，具有以下优势：

16、1、在永磁同步牵引变频调速的相电流重构中，根据直流母线电压和金属氧化物半导体场效应管的实际温度状态确定高频寄生振荡衰减时长，并据此调整有效采样窗口阈值，使采样时序能够随运行工况变化，与按照最不利工况设置固定延时相比，可在避开开关瞬态振荡的同时减少不必要的脉宽调整，减小对有效电压矢量作用时间的影响，从而拓宽逆变桥的线性调制范围。

17、2、针对有效电压矢量落入采样盲区的情况，考虑金属氧化物半导体场效应管开通转换时间与关断转换时间的实际差异，并利用该差异修正脉冲调整过程，由此可减小驱动脉冲微移造成的端电压伏秒积分残余偏差，避免该偏差持续积累，从而抑制低频运行时的定子磁链漂移和相电流波形畸变。

18、3、根据驱动延迟、电流上升以及高频寄生振荡衰减所需时间确定采样触发时刻，使单采样电阻信号尽量在电流进入平稳状态后进行采集，这样既可避免采样过早受到开关尖峰和高频振荡影响，也可避免采样过晚造成不必要的脉冲展宽，有利于获得更加稳定、干扰更小的母线电流采样值，并减少瞬态噪声对牵引矢量控制电流闭环的影响。