单片机为核心的开关磁阻电机调速系统设计(8)

太原理工大学毕业论文,电传方向,以C8051系列单片机为核心的开关磁阻电机调速系统设计,主要设计了功率变换器电路和控制器电路。

图1-1 开关磁阻电动机调速系统框图

从产品结构来看，系统通常由SR电机和驱动器两部分组成，其电动机部分包含位置

传感器，驱动器部分包含功率变换器和控制电路等。

1．开关磁阻电动机

开关磁阻电动机（简称SRM）是SRD中实现机电能量转换的部件也是SRD有别于其他

电动机驱动系统的主要标志它遵循磁通总是要沿着磁导最大的路径闭合的原理由磁拉力作用产生具有磁阻性质的电磁转矩采用双凸极结构就是要使转子旋转时磁路的磁阻要尽可能大地变化。

2．功率变换器

功率变换器是开关磁阻电动机运行时所需能量的供给者，是连接电源和电动机绕组的开关部件。因此功率变换器包括由整流器所产生的直流电源和开关元件等。功率变换器有三个作用：起开关作用，使绕组与电源接通或断开；为绕组的储能提供回馈路径；为SRM提供电能量，以满足所需机械能的转换。SRD的成分主要取决于功率变换器。

3．控制器

控制器是整个调速系统的核心，起决策和指挥作用。根据控制器中设定好的控制策

略及其相应的算法，将外部反馈的电流、位置等检测输入量与内部程序中计算得出的给定量进行比较判断，决定电机的控制方式，并在合理的转子位置控制功率变换器中各相主开关器件的开关状态，实现机电能量合理、有效的转化。控制器由具有较强的信息处理功能的微机构成。微机信息处理功能大部分是由软件完成，因此，软件也是控制器的一个重要组成部分。

4．位置检测器

开关磁阻电动机调速系统是位置闭环调速系统，开关磁阻电机各相绕组必须与转子

位置同步激励，并且转子位置测量的精度和分辨率直接影响到调速性能的好坏。位置检测的目的是确定定、转子的相对位置，即要用位置传感器检测定转子相对位置，然后位置信号反馈至逻辑控制电路，以确定对应相绕组的通断。

5．电流检测器

相电流检测是开关磁阻电机电流斩波控制方式（CCC 方式）运行的需要，也是系统

过流保护的需要。单向、脉动以及波形随运行方式、运行条件不同而变化很大是开关磁

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阻电机相电流的基本特点。因此开关磁阻电机的电流检测器应具有快速性好，灵敏度高，单向电流检测，线性度好，抗干扰的优点。

当控制器接收到位置检测器提供的电动机内各相定子磁极和转子磁极相对位置信息时，即进行判断处理，向功率变换器发出命令，决定定子绕组哪一相绕组激磁。被激磁相（如A相）绕组的开关元件即导通，这时激磁相绕组中有电流i通过，产生磁通，由于磁拉力作用转子上，靠近定子激磁相的某对转子磁极就被吸引，使转子转动起来；当转子转到被吸引的转子磁极与定子激磁相磁极重合（即平衡位置）时，磁拉力消失，此时控制器会根据位置检测器的信息，在定、转子即将达平衡位置时，向功率转换器发出命令，断开激磁相绕组的主开关元件。在这个过程中，控制器还会根据位置检测器提供其它相的定、转子磁极相对位置和电动机运行速度等检测信号，在相应的时刻命令导通其它相绕组的主开关元件，使转子继续产生同方向的转矩，以保证转子连续不断地在一定速度下运行。

1.2.2 开关磁阻电机调速系统的性能特点

理论研究和实践证明，SRD系统具有十分突出的性能优点：

1.结构简单固定、成本低、适用于高速场合

SR电机的结构甚至比通常被认为是最简单的鼠笼式感应电机还要简单。其显著的优点是转子上没有任何形式的绕组，只有定子边有集中绕组，因此制造简单，维护起来方便，绝缘容易。同时其转子机械强度很高，可用于超高速运转(10000r/min)。一般来说，中小SRD，其成本可以低于同功率和类似性能的其他现代调速系统。

2.各相独立工作，有很高的运行可靠性

SR电机的运转不同于传统的电机运转机理。从电磁结构上看，一般电机要正常运转就必须在各相绕组和磁路共同作用下产生一个圆旋转磁场。而SR电机各相绕组和磁路相互独立，各自在一定转角范围内产生电磁转矩。从控制结构上看，SR电机各相电路各自给一相绕组供电，也是相互独立工作，由此可知，当SR电机一相绕组或控制器一相电路发生故障时，只需停止该相工作，在控制方面并不需要对其他相做任何变动。因此本系统可以构成可靠性很高的系统。

3.转矩方向与相电流极性无关，只与通电顺序有关。从而可使每相绕组只需一个主开关，降低成本。

4.变换器不会发生直通短路故障，可靠性高。

传统的PWM变频器功率电路中每桥臂两个功率开关直接跨在直流电源侧，容易发生

直通短路烧毁功率元件。而SR电机调速系统中每个功率开关元件均直接与电机绕组相联，根本上避免了直通短路现象。

5.高起动转矩，低起动电流。

控制器从电源侧吸收较少的电流，在电机侧得到较大的起动转矩是SRD的一大特点。一般典型产品的数据是:起动电流为巧%额定电流时，获得的起动转矩为100%额定转矩；起动电流为额定值的30%时，起动转矩可达到其额定值的150%。对比其它调速系统的起

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