开关磁阻电机2

2.3 SR电机的控制原电机的控制原理理F为以电机结构参数为以电机结构参数(m，Nr，2，Lmax，Lmin)和和控制参数控制参数(on,off)为变量的函数为变量的函数/savUFTW=整理得：整理得：对一定电机，结构参数一定。如对一定电机，结构参数一定。如Us、on、off一定，则一定，则电机的固有机械特性电机的固有机械特性为：为：Tav=k/2 P=k/恒转矩区恒转矩区 恒功率区恒功率区 串励特性区串励特性区 CCC 方式方式 APC 方式方式 1 2 c固定固定 o T SR电机的基速电机的基速 SR电机的固有机械特性类似与直流电机电机的固有机械特性类似与直流电机的串励特性。的串励特性。对给定对给定SR电机，在最高电压电机，在最高电压Us和最大允和最大允许电流条件下，存在一个临界角速度。即许电流条件下，存在一个临界角速度。即SR电机得到最大转矩的最高角速度，称电机得到最大转矩的最高角速度，称为为。SR电机控制策略：电机控制策略：可控量为：可控量为：Us、on、off控制法控制法1：固定：固定 on,off，通过电流斩波限，通过电流斩波限制电流，得到恒转矩制电流，得到恒转矩控制法控制法2：固定：固定 on,off，由速度设定值和，由速度设定值和实际值之差调制实际值之差调制Us，进而改变转矩，进而改变转矩*基速以上，角度位置控制基速以上，角度位置控制(APC)，输出恒功率，输出恒功率 O i Imin Imax O i Imax O i O T off on增大增大 0 0 Amin Cmaxn 2 1 电电流流斩斩波波可可控控区区 起起动动斩斩波波 定定角角度度斩斩波波 变变角角度度斩斩波波 APC控控制制 可可变变角角度度运运行行区区 min()SonUiLqqq-=W2maxminSonCHULIqq-W=A B C D D A B C D D Te 30 O 导通相控制导通相控制 60 Tstmin D A C AB BC CD DA Te 30 O 导通相控制导通相控制 60 B D on off 导导 通通 区区 正正 转转 on off 导导 通通 区区 反反 转转 O L O Te Te L,Te转转 L,Te转转 L L i L,i O Te -Te r/2 on r off 功率变换器是直流电源和SRM的接口，起着将电能分配到SRM绕组中的作用，同时接受控制器的控制。由于SRM遵循“最小磁阻原理”工作，因此只需要单极性供电的功率变换器。功率变换器应能迅速从电源接受电能，又能迅速向电源回馈能量。（1）较少数量的主开关元件；）较少数量的主开关元件；（2）可将全部电源电压加给电动机相绕）可将全部电源电压加给电动机相绕组；组；（3）主开关器件的电压额定值与电动机）主开关器件的电压额定值与电动机接近；接近；（4）具备迅速增加相绕组电流的能力；）具备迅速增加相绕组电流的能力；（5）可通过主开关器件调制，有效地控）可通过主开关器件调制，有效地控制相电流；制相电流；（6）能将能量回馈给电源。）能将能量回馈给电源。1、双开关型、双开关型每相有两只主开关每相有两只主开关和两只续流二极管和两只续流二极管。当两只主开关当两只主开关VTVT1 1和和VTVT2 2同时导通时，同时导通时，电源电源U US S 向电机相向电机相绕组供电绕组供电 ；当当VTVT1 1和和VTVT2 2同时关断时，同时关断时，将电机的磁场储能将电机的磁场储能以电能形式迅速回以电能形式迅速回馈电源，实现强迫馈电源，实现强迫换相。换相。+US -VD1 VD2 VT1 VT2 双开关型电路特点：双开关型电路特点：1）适用于任意相数）适用于任意相数SR电机电机2 2）相控独立性：独立）相控独立性：独立3 3）相电压）相电压=电源电压电源电压4 4）器件数量多）器件数量多 +US -VD1 VD4 VT1 VT4 VD2 VD5 VT2 VT5 VD3 VD6 VT3 VT6 A B C 双绕组型电路特点双绕组型电路特点主开关主开关S1S1导通时，导通时，电源对主绕组电源对主绕组A A供供电；电；当其关断时，当其关断时，靠磁耦合将主绕靠磁耦合将主绕组组A A的电流转移到的电流转移到副绕组，通过二副绕组，通过二极管极管D1D1续流，向续流，向电源回馈电能，电源回馈电能，实现强迫换相。实现强迫换相。早期使用的双绕组结构，每相有主、副两个绕组，主、副绕组双线并绕，同名端反接，其匝数比为1：1。2 2、双绕组型、双绕组型 缺点：缺点：1 1）由于主、副绕组之）由于主、副绕组之间不可能完全耦合，间不可能完全耦合，在在S1S1关断的瞬间，因关断的瞬间，因漏磁及漏感作用，其漏磁及漏感作用，其上会形成较高的尖峰上会形成较高的尖峰电压，故电压，故S1S1需要有良需要有良好的吸收回路。好的吸收回路。2 2）由于采用主、副两）由于采用主、副两个绕组，因而电机槽个绕组，因而电机槽及铜线利用率低。铜及铜线利用率低。铜耗增加、体积增大。耗增加、体积增大。优点：优点：适用于任何相数的适用于任何相数的SRMSRM，尤其适宜于低压直流电源供尤其适宜于低压直流电源供电电场合场合两个相串联的电容两个相串联的电容C1和和C2将电源电压一分为二将电源电压一分为二,构成中构成中点电位。每相只有一个主开关点电位。每相只有一个主开关S和一只续流二极管和一只续流二极管D。当当S1导通时，上导通时，上侧电容侧电容C1对对A相相绕组放电，电源绕组放电，电源对对A相供电，经相供电，经下侧电容下侧电容C2构成构成回路；当回路；当S1关断关断时，时，A相电流经相电流经D1续流，向下侧续流，向下侧电容电容C2充电。充电。1）只适用于偶数）只适用于偶数相相SR电机电机2）主开关数较少）主开关数较少3）相控独立性：）相控独立性：不独立不独立4）电源利用率低，）电源利用率低，每相电压为电源电每相电压为电源电压的压的1/2。5）需限制中点电）需限制中点电位漂移位漂移该变换器比四相电容分压型功率变换器主电路少了两个串联的分压电容，换相相的磁能以电能形式一部分回馈电源，另一部分注入导通相绕组，引起中点电位的较大浮动。它要求每一它要求每一瞬间必须上、下各瞬间必须上、下各有一相导通。有一相导通。1）只适用于）只适用于4的倍数相的倍数相SR电机电机2）主开关数较少）主开关数较少3）相控独立性：不独立）相控独立性：不独立4）相绕组电压浮动）相绕组电压浮动可以实现零压续流，可以实现零压续流，提高系统的控制性能。提高系统的控制性能。H桥型电路为桥型电路为4相相SR电机最常电机最常用的主电路形式用的主电路形式单管斩波方式，需增加一个公共开关单管斩波方式，需增加一个公共开关V0,PWM斩波由斩波由V0完成，完成，V1-V4只负责换相只负责换相.V0导通导通 V0关断关断AB两相导通时工作情况两相导通时工作情况主电路主电路续流续流斩波：V1关断，续流换相：V2关断，V1导通换相：V1关断，V2导通 VT1 VT3 VD3 VD1 VD2 VD4 VT2 VT4 +US -+U0 A B C D C2 C1 J 电压检测电压检测 R1 R2 R3 380V VT RL 11 10 2 1 3 MID 3 1 2 8 9 MDI 14 15 5 4 6 2 3 1 9 AMP 过流保护电路过流保护电路 15 6 2 3 1 9 4 5 14 10mEXB841 驱动信号驱动信号 4.7k 1/2W 过流保护输出过流保护输出 TLP521 或等效或等效 47 F 47 F ERA34-10 RG IGBT ICC 20V 0V 隔离电源隔离电源 绞线绞线 2.5.1 静止部分静止部分运动部分运动部分定子上安装两个相距定子上安装两个相距75o的光敏器件的光敏器件S、P,分别与定子极中心线分别与定子极中心线成成37.5o夹角。夹角。将其组合为将其组合为4种不同种不同状态，代表定子绕组状态，代表定子绕组4种不同参考位置种不同参考位置S P导通相导通相1 0 AB0 0 BC 0 1 CD1 1 DA1 0 ABS P导通相导通相0 0AD1 0DC1 1CB0 1 BA0 0AD Ui(fi)(fo)Ue U0 Ud(fo)输出信号输出信号 压控振荡器压控振荡器 相位比较器相位比较器 控制电压控制电压 低通滤波器低通滤波器 误差电压误差电压 输入信号输入信号 fi 相位比较器相位比较器 低通滤波器低通滤波器 压控振荡器压控振荡器 分频器分频器(N)fo=Nfi R5 R4 C4+R7 R6 C3 S+5V Q VIN 16 3 4 14 6 7 13 9 11 12 5 8 CD4046 CD4040 8 11 10 12 16 14 4 3 13 15 S 信号信号 6 7 300pF 4046 10k 47k 1M 0.22 F OUT1 CLK1 8253 CS A0 A1 D0 D7 WR RD 8 8 P0 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 ALE RD WR MCU A1 A0 D0 D7 8253 CLK0 GATE0 P1.0 CS RD WR 373 154 INT1 测测 S、P跳跳变变 f0 CPU 80C196KC HSI.0 HSI.1 S P 60nNfrp+-R2 R1+15V R3 R4 UCC C2 C1+-Uout 充电泵充电泵 2 3 4 1 5 8 10 11 S LM2907 160Ncmnp T=2mTf=定时器定时器 计数器计数器 总线总线 位置脉冲信号位置脉冲信号 记数器记数器 接口接口 总线总线 时钟脉冲时钟脉冲 位置脉冲信号位置脉冲信号 1260Nm fnp m=D 触发器触发器 D CP Q Tc HSO.0 HSI.0 HSI.1 SP Td Tc Td m1 m2 SRSR电动机电动机电阻采样电阻采样电流检测电路电流检测电路 R R1 R2 Uo IL+UCC V _ _ Uo Ui Uoffset is Re R1 R2 R3 Rf IL +15V -15V LEM VT1 VT3 VD3 VD1 VD2 VD4 VT2 VT4 +US -+U0 A B C D C2 C1 LEM1 LEM2 +US -VD1 VD4 VT1 VT4 VD2 VD5 VT2 VT5 VD3 VD6 VT3 VT6 A B C LEM SRM 功功率率 变变换换器器-US +位位置置 传传感感器器 转转速速计计算算 逻逻辑辑控控制制 ASR 控控制制模模式式选选择择 正正反反转转指指令令 ACR PW M 逻逻辑辑“与与”放放 大大 驱驱 动动 *-+T*i*-i on,off 键盘电路键盘电路 显示电路显示电路 故障检测电路故障检测电路 位置、速度信位置、速度信号检测电路号检测电路 EPROM 和和 E2PROM 电路电路 晶振和复位晶振和复位 电路电路 电流斩波与过电流斩波与过流保护电路流保护电路 电流检测电路电流检测电路 过电流保护过电流保护 电路电路 相控信号相控信号 输出电路输出电路 逻逻辑辑综综合合电电路路 CPU(80C196KC)功功率率变变换换器器隔隔离离驱驱动动电电路路 HSI HSO PWM P0 ACH4 DSP 具具有有PWM发生单元，可产生发生单元，可产生16路路PWM 信号信号;：光电传感器反馈转子光电传感器反馈转子位置信号。通过位置信号。通过F2407 的捕获单元的捕获单元(CAP14 4)对脉冲信号进行实时检测来实现对转子位置信对脉冲信号进行实时检测来实现对转子位置信号的检测。号的检测。CAP 单元不仅能检测信号的变化单元不仅能检测信号的变化,而且还能记录两次信号变化的时间间隔而且还能记录两次信号变化的时间间隔，由此由此，进而准确地控制各相的开通和关进而准确地控制各相的开通和关断断。使用磁场平衡式霍尔检测器使用磁场平衡式霍尔检测器(LEM 模块模块)来检测电机的三相电流。来检测电机的三相电流。LEM的的输出一方面输入到输出一方面输入到F240 的的A/D 转换口转换口,转换成转换成数字信号后用以控制电流斩波限数字信号后用以控制电流斩波限;一方面输入一方面输入到保护电路到保护电路,实现对功率变换器主开关的过流实现对功率变换器主开关的过流保护。保护。5)键盘、显示电路键盘、显示电路:初始化初始化 _DSP 设置设置 _事件管理器初始化事件管理器初始化 _SRM 控制参数初始化控制参数初始化 _使能中断使能中断 _开始后台程序运行开始后台程序运行 开始开始 执行程序执行程序 后台程序后台程序 _ 速度估计速度估计 _ 可视化反馈可视化反馈 定时器中断定时器中断 _ 电流控制电流控制 _ 位置估计位置估计 _ 角度估计角度估计 _ 换相控制换相控制 _ 速度控制速度控制 捕获中断捕获中断 _ 保存捕获的数据保存捕获的数据 _ 转子位置测量值更新转子位置测量值更新 _ 速度测量值更新速度测量值更新 _ 角度测量值更新角度测量值更新 位置检测位置检测 功率变换器功率变换器 SR 发电机发电机 电流检测电流检测 控制信号控制信号 控制器控制器 电电 源源 电功率输出电功率输出 机械功率输入机械功率输入