三相桥一共有8种开关状态,在开关状态为111或000的时候不能有效采样到任一三相电流,除去全开111或全关000还剩下6种开关状态。如下图为开关状态101期间,可以采样到B相的电流,以此类推可得下表。
开关状态CBA | 001 | 011 | 010 | 110 | 100 | 101 |
可采样电流 | A | -C | B | -A | C | -B |
计算每个扇区的可采样电流,根据下图可得扇区可采样电流表,采样电流顺序为从左到右,比如扇区1中先采样电流A,再采样电流-C(根据图2箭头方向先作用矢量指向后作用矢量,可得电流采样顺序)
图 1 |
图 2 |
扇区 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
可采样电流 | A、-C | B、-C | B、-A | C、-A | C、-B | A、-B |
由基尔霍夫定律可得,三相电流之和为0即𝐼𝐴+𝐼𝐵+𝐼𝐶=0,所以在单个PWM周期中至少需要两相电流,才能计算出三相电流来进行矢量控制。
在单电阻FOC中,因为同一时刻只能采样到一相电流,而且仅当两个电压矢量在足够长的时间段内处于可采样状态才能正常采样。当两个PWM边沿彼此靠近时,母线上的相电流信号脉冲变得很短而无法有效采样,如下图所示。如果所有三相PWM边沿都足够接近,则无法从直流母线电流传感器中采样到任何相电流,矢量控制更是无从谈起。
为解决上面因边沿过近无法采样的问题,需要用到相移PWM来重构电流,将两相过于接近的PWM移开,在PWM中间插入一个零脉冲。以使对应的相电流有足够的时间可采样。
为了降低双切换期间的噪声和损耗,所有三个信号均分为两部分,而其中一个信号将两个部分分开较长的时间跨度(如下图,棕色PWM从蓝色PWM移开了)。 不必要的电压矢量(110)和零矢量在两个短时间内切换,目的每次MOS管只操作一个,从而减少双重切换的负面影响。 这种概念的主要缺点是占空比被限制为大约93%。由于进行了两次切换,每个电流有两个样本,因此可以计算出平均值。