開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)2課件

2.3SR電機(jī)的控制原理SR電機(jī)固有機(jī)械特性：F為以電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)(m，Nr，2，Lmax，Lmin)和控制參數(shù)(on,off)為變量的函數(shù)整理得：對(duì)一定電機(jī)，結(jié)構(gòu)參數(shù)一定。如Us、on、off一定，則電機(jī)的固有機(jī)械特性為：Tav=k/2 P=k/SR電動(dòng)機(jī)的基本機(jī)械特性

SR電機(jī)的基速SR電機(jī)的固有機(jī)械特性類(lèi)似與直流電機(jī)的串勵(lì)特性。對(duì)給定SR電機(jī)，在最高電壓Us和最大允許電流條件下，存在一個(gè)臨界角速度。即SR電機(jī)得到最大轉(zhuǎn)矩的最高角速度，稱(chēng)為基速。設(shè)定電流上、下幅值的斬波圖

設(shè)定電流上限和關(guān)斷時(shí)間斬波圖

PWM斬波調(diào)壓控制的電流波形

控制方式的合理選擇

電流斬波的最高限速Cmax

(on≤<2)

電流斬波的最高限速為

SR電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)運(yùn)行

四相SR電動(dòng)機(jī)的矩角特性

SR電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行控制

SR電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制原理

制動(dòng)狀態(tài)下L,,i,Te與轉(zhuǎn)子位置角

的關(guān)系示意圖

2.4SRM功率變換器功率變換器是直流電源和SRM的接口，起著將電能分配到SRM繞組中的作用，同時(shí)接受控制器的控制。

由于SRM遵循“最小磁阻原理”工作，因此只需要單極性供電的功率變換器。功率變換器應(yīng)能迅速?gòu)碾娫唇邮茈娔?，又能迅速向電源回饋能量?.4.1主電路常見(jiàn)形式1、雙開(kāi)關(guān)型每相有兩只主開(kāi)關(guān)和兩只續(xù)流二極管。當(dāng)兩只主開(kāi)關(guān)VT1和VT2同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，電源US向電機(jī)相繞組供電；當(dāng)VT1和VT2同時(shí)關(guān)斷時(shí)，將電機(jī)的磁場(chǎng)儲(chǔ)能以電能形式迅速回饋電源，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫換相。。雙開(kāi)關(guān)型電路特點(diǎn)：1）適用于任意相數(shù)SR電機(jī)2）相控獨(dú)立性：獨(dú)立3）相電壓=電源電壓4）器件數(shù)量多

三相SR電機(jī)常采用雙開(kāi)關(guān)型主電路雙開(kāi)關(guān)型主電路又稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)半橋型主電路2、雙繞組型

缺點(diǎn)：1）由于主、副繞組之間不可能完全耦合，在S1關(guān)斷的瞬間，因漏磁及漏感作用，其上會(huì)形成較高的尖峰電壓，故S1需要有良好的吸收回路。2）由于采用主、副兩個(gè)繞組，因而電機(jī)槽及銅線利用率低。銅耗增加、體積增大。優(yōu)點(diǎn)：適用于任何相數(shù)的SRM，尤其適宜于低壓直流電源供電場(chǎng)合3、電容分壓型（電源分裂式）兩個(gè)相串聯(lián)的電容C1和C2將電源電壓一分為二,構(gòu)成中點(diǎn)電位。每相只有一個(gè)主開(kāi)關(guān)S和一只續(xù)流二極管D。

當(dāng)S1導(dǎo)通時(shí)，上側(cè)電容C1對(duì)A相繞組放電，電源對(duì)A相供電，經(jīng)下側(cè)電容C2構(gòu)成回路；當(dāng)S1關(guān)斷時(shí)，A相電流經(jīng)D1續(xù)流，向下側(cè)電容C2充電。

電容分壓型電路的特點(diǎn)1）只適用于偶數(shù)相SR電機(jī)2）主開(kāi)關(guān)數(shù)較少3）相控獨(dú)立性：不獨(dú)立4）電源利用率低，每相電壓為電源電壓的1/2。5）需限制中點(diǎn)電位漂移H橋型電路的特點(diǎn)1）只適用于4的倍數(shù)相SR電機(jī)2）主開(kāi)關(guān)數(shù)較少3）相控獨(dú)立性：不獨(dú)立4）相繞組電壓浮動(dòng)5）本電路特有的優(yōu)點(diǎn):可以實(shí)現(xiàn)零壓續(xù)流，提高系統(tǒng)的控制性能。H橋型電路為4相SR電機(jī)最常用的主電路形式相SR電機(jī)主電路工作方式4相8/6極SR電機(jī)主電路方式3：兩相斬波方式主電路同方式2，V1和V3進(jìn)行PWM斬波控制，工作情況較復(fù)雜斬波：V1關(guān)斷，續(xù)流換相：V2關(guān)斷，V1導(dǎo)通換相：V1關(guān)斷，V2導(dǎo)通

主電路設(shè)計(jì)實(shí)例

系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

額定功率：30kW；額定轉(zhuǎn)速：1500r/min；轉(zhuǎn)速范圍：50~2000r/min電源：三相交流380V/50Hz；雙向運(yùn)行，停車(chē)制動(dòng)；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：1.5190Nm；過(guò)載能力：120%。功率變換器主電路

器件的選用

IGBT模塊結(jié)構(gòu)圖

EXB841原理圖

IGBT驅(qū)動(dòng)電路

EXB841典型應(yīng)用電路

2.5SRM傳動(dòng)系統(tǒng)的反饋信號(hào)檢測(cè)2.5.1位置檢測(cè)與換相邏輯光電傳感器靜止部分運(yùn)動(dòng)部分紅外發(fā)光二極管、光敏三極管、輔助電路與SRM轉(zhuǎn)子同軸安裝的遮光盤(pán)、遮光盤(pán)有6個(gè)30o間隔的齒位置檢測(cè)位置信號(hào)檢測(cè)電路原理圖VG為光耦，R1、R2限流電阻，兩個(gè)非門(mén)對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行整形，以消除毛刺和上升沿、下降沿。光電耦合器件

槽型光電耦合開(kāi)光

4相SR電機(jī)位置傳感器安裝示意圖定子上安裝兩個(gè)相距75o的光敏器件S、P,分別與定子極中心線成37.5o夾角。可輸出兩路相差15o、占空比為50%的方波信號(hào)將其組合為4種不同狀態(tài)，代表定子繞組4種不同參考位置位置1：0o導(dǎo)通相分析：令轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)，則應(yīng)為A、B兩相導(dǎo)通位置傳感器信號(hào)：S未遮，輸出高電平，持續(xù)15o。P被遮，輸出低電平，持續(xù)30o。位置2：轉(zhuǎn)過(guò)15o導(dǎo)通相分析：令轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)，則應(yīng)為B、C兩相導(dǎo)通位置傳感器信號(hào)：S被遮，輸出低電平，持續(xù)30o。P被遮，輸出低電平，持續(xù)15o。位置3：轉(zhuǎn)過(guò)30o導(dǎo)通相分析：令轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)，則應(yīng)為C、D兩相導(dǎo)通位置傳感器信號(hào)：S被遮，輸出低電平，持續(xù)15o。P未遮，輸出高電平，持續(xù)30o。位置4：轉(zhuǎn)過(guò)45o導(dǎo)通相分析：令轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)，則應(yīng)為D、A兩相導(dǎo)通位置傳感器信號(hào)：S未遮，輸出高電平，持續(xù)30o。P未遮，輸出高電平，持續(xù)15o。位置5：轉(zhuǎn)過(guò)60o導(dǎo)通相分析：令轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)，則應(yīng)為A、B兩相導(dǎo)通位置傳感器信號(hào)：S未遮，輸出高電平，持續(xù)15o。P被遮，輸出低電平，持續(xù)30o。定、轉(zhuǎn)子相對(duì)位置同位置1，60o一周期。正轉(zhuǎn)邏輯關(guān)系逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)SP導(dǎo)通相10AB00BC01CD11DA10AB反轉(zhuǎn)邏輯關(guān)系SP導(dǎo)通相00AD10DC11CB01BA00AD3相12/8極SR電機(jī)3相12/8極SR電機(jī)位置傳感器示意圖三個(gè)光電開(kāi)關(guān)依次相隔15o安裝產(chǎn)生占空比為50%、依次相差15°的三個(gè)信號(hào)合成六個(gè)不同狀態(tài)，代表電動(dòng)機(jī)繞組不同參考位置光耦輸出信號(hào)與轉(zhuǎn)子位置關(guān)系鎖相環(huán)原理

角度細(xì)分電路

(I)

角度細(xì)分電路(II)

軟件角度細(xì)分電路(I)

軟件角度細(xì)分電路(II)

2.5.2速度檢測(cè)

一路轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的頻率為

轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)信號(hào)的頻率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，將測(cè)出的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的頻率經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換即可得到轉(zhuǎn)速。由于SRD系統(tǒng)位置檢測(cè)輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，故其轉(zhuǎn)速檢測(cè)不需要附加器件，十分簡(jiǎn)單易行，且便于與計(jì)算機(jī)接口。

用LM2907構(gòu)成的F/V轉(zhuǎn)換電路

M法測(cè)速與T法測(cè)速

M法適用于高速運(yùn)行時(shí)的測(cè)速，低速時(shí)測(cè)量精度較低。因?yàn)樵趐N和Tc相同的條件下，高轉(zhuǎn)速時(shí)m1較大，量化誤差較小。

M法測(cè)速T法測(cè)速M(fèi)法測(cè)速原理圖

T法測(cè)速原理圖

M/T法測(cè)速

M/T法測(cè)速方案之一

M/T法測(cè)速原理

2.5.3電流檢測(cè)

SR電動(dòng)機(jī)電阻采樣電流檢測(cè)電路

霍爾電流傳感器檢測(cè)電路

四相SR電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)

三相SR電動(dòng)機(jī)電流檢測(cè)

2.6SRD控制系統(tǒng)原理及其實(shí)現(xiàn)SRD控制系統(tǒng)原理圖2.7基于單片機(jī)的SRD控制系統(tǒng)2.8基于DSP的SRD控制器基于DSP的SRD系統(tǒng)硬件介紹1）控制器：TMS320F2407核心--實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制DSP具有PWM發(fā)生單元，可產(chǎn)生16路PWM信號(hào);DSP最小系統(tǒng)還包括32K的16位快速RAM、20MHz時(shí)鐘電路、看門(mén)狗電路、電壓監(jiān)測(cè)及復(fù)位電路、與上位機(jī)進(jìn)行通信的RS232通信電路。給定速度通過(guò)DSP的ADC模塊輸入，實(shí)際速度由位置傳感器來(lái)檢測(cè)、通過(guò)捕獲單元輸入。DSP利用PI算法通過(guò)比較單元和PWM發(fā)生單元輸出PWM信號(hào)，PWM信號(hào)經(jīng)光電隔離輸入到功率器件的驅(qū)動(dòng)電路，控制器件開(kāi)、關(guān)，實(shí)現(xiàn)SRM閉環(huán)調(diào)速?；贒SP的SRD系統(tǒng)硬件介紹2）位置信號(hào)輸入電路：光電傳感器反饋轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。通過(guò)F2407的捕獲單元(CAP1～4)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的檢測(cè)。3)轉(zhuǎn)速計(jì)算：CAP單元不僅能檢測(cè)信號(hào)的變化,而且還能記錄兩次信號(hào)變化的時(shí)間間隔，由此可以確定電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置,并可計(jì)算出電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度，進(jìn)而準(zhǔn)確地控制各相的開(kāi)通和關(guān)斷?；贒SP的SRD系統(tǒng)硬件介紹4)電流檢測(cè)電路:使用磁場(chǎng)平衡式霍爾檢測(cè)器(LEM模塊)來(lái)檢測(cè)電機(jī)的三相電流。LEM的輸出一方面輸入到F240的A/D轉(zhuǎn)換口,轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后用以控制電流斬波限;一方面輸入到保護(hù)電路,實(shí)現(xiàn)對(duì)功率變換器主開(kāi)關(guān)的過(guò)流保護(hù)。5)鍵盤(pán)、顯示電路:F240有獨(dú)立的I/O空間和總線。用I/O口組成矩陣式鍵盤(pán),通過(guò)串行外設(shè)接口(SPI)顯示運(yùn)行狀態(tài)?？刂撇呗钥刂撇呗钥驁D為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，采用PID算法進(jìn)行速度閉環(huán)調(diào)節(jié)，由于SR電機(jī)具有較好的動(dòng)態(tài)性能，實(shí)際只需PI調(diào)節(jié)?？刂撇呗裕?）、雙閉環(huán)：轉(zhuǎn)速外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)速度反饋信號(hào)取自位置傳感器的轉(zhuǎn)子信號(hào)，被給定轉(zhuǎn)速相減后作為電流指令值;電流指令值與檢測(cè)到的實(shí)際電流值比較，形成電流偏差，控制PWM信號(hào)的脈寬。