開關磁阻電機2課件

2.3SR電機的控制原理SR電機固有機械特性：F為以電機結構參數(shù)(m，Nr，2，Lmax，Lmin)和控制參數(shù)(on,off)為變量的函數(shù)整理得：對一定電機，結構參數(shù)一定。如Us、on、off一定，則電機的固有機械特性為：Tav=k/2 P=k/SR電動機的基本機械特性

SR電機的基速SR電機的固有機械特性類似與直流電機的串勵特性。對給定SR電機，在最高電壓Us和最大允許電流條件下，存在一個臨界角速度。即SR電機得到最大轉(zhuǎn)矩的最高角速度，稱為基速。設定電流上、下幅值的斬波圖

設定電流上限和關斷時間斬波圖

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電動機的起動運行

四相SR電動機的矩角特性

SR電動機的四象限運行控制

SR電動機正反轉(zhuǎn)控制原理

制動狀態(tài)下L,,i,Te與轉(zhuǎn)子位置角

的關系示意圖

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。功率變換器應能迅速從電源接受電能，又能迅速向電源回饋能量。2.4.1主電路常見形式1、雙開關型每相有兩只主開關和兩只續(xù)流二極管。當兩只主開關VT1和VT2同時導通時，電源US向電機相繞組供電；當VT1和VT2同時關斷時，將電機的磁場儲能以電能形式迅速回饋電源，實現(xiàn)強迫換相。。雙開關型電路特點：1）適用于任意相數(shù)SR電機2）相控獨立性：獨立3）相電壓=電源電壓4）器件數(shù)量多

三相SR電機常采用雙開關型主電路雙開關型主電路又稱為不對稱半橋型主電路2、雙繞組型

缺點：1）由于主、副繞組之間不可能完全耦合，在S1關斷的瞬間，因漏磁及漏感作用，其上會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、副兩個繞組，因而電機槽及銅線利用率低。銅耗增加、體積增大。優(yōu)點：適用于任何相數(shù)的SRM，尤其適宜于低壓直流電源供電場合3、電容分壓型（電源分裂式）兩個相串聯(lián)的電容C1和C2將電源電壓一分為二,構成中點電位。每相只有一個主開關S和一只續(xù)流二極管D。

當S1導通時，上側(cè)電容C1對A相繞組放電，電源對A相供電，經(jīng)下側(cè)電容C2構成回路；當S1關斷時，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1）只適用于偶數(shù)相SR電機2）主開關數(shù)較少3）相控獨立性：不獨立4）電源利用率低，每相電壓為電源電壓的1/2。5）需限制中點電位漂移H橋型電路的特點1）只適用于4的倍數(shù)相SR電機2）主開關數(shù)較少3）相控獨立性：不獨立4）相繞組電壓浮動5）本電路特有的優(yōu)點:可以實現(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電機最常用的主電路形式相SR電機主電路工作方式4相8/6極SR電機主電路方式3：兩相斬波方式主電路同方式2，V1和V3進行PWM斬波控制，工作情況較復雜斬波：V1關斷，續(xù)流換相：V2關斷，V1導通換相：V1關斷，V2導通

主電路設計實例

系統(tǒng)的主要技術指標

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；雙向運行，停車制動；起動轉(zhuǎn)矩：1.5190Nm；過載能力：120%。功率變換器主電路

器件的選用

IGBT模塊結構圖

EXB841原理圖

IGBT驅(qū)動電路

EXB841典型應用電路

2.5SRM傳動系統(tǒng)的反饋信號檢測2.5.1位置檢測與換相邏輯光電傳感器靜止部分運動部分紅外發(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、遮光盤有6個30o間隔的齒位置檢測位置信號檢測電路原理圖VG為光耦，R1、R2限流電阻，兩個非門對輸出信號進行整形，以消除毛刺和上升沿、下降沿。光電耦合器件

槽型光電耦合開光

4相SR電機位置傳感器安裝示意圖定子上安裝兩個相距75o的光敏器件S、P,分別與定子極中心線成37.5o夾角?？奢敵鰞陕废嗖?5o、占空比為50%的方波信號將其組合為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導通相分析：令轉(zhuǎn)向為逆時針旋轉(zhuǎn)，則應為A、B兩相導通位置傳感器信號：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15o導通相分析：令轉(zhuǎn)向為逆時針旋轉(zhuǎn)，則應為B、C兩相導通位置傳感器信號：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30o導通相分析：令轉(zhuǎn)向為逆時針旋轉(zhuǎn)，則應為C、D兩相導通位置傳感器信號：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45o導通相分析：令轉(zhuǎn)向為逆時針旋轉(zhuǎn)，則應為D、A兩相導通位置傳感器信號：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60o導通相分析：令轉(zhuǎn)向為逆時針旋轉(zhuǎn)，則應為A、B兩相導通位置傳感器信號：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)子相對位置同位置1，60o一周期。正轉(zhuǎn)邏輯關系逆時針旋轉(zhuǎn)SP導通相10AB00BC01CD11DA10AB反轉(zhuǎn)邏輯關系SP導通相00AD10DC11CB01BA00AD3相12/8極SR電機3相12/8極SR電機位置傳感器示意圖三個光電開關依次相隔15o安裝產(chǎn)生占空比為50%、依次相差15°的三個信號合成六個不同狀態(tài)，代表電動機繞組不同參考位置光耦輸出信號與轉(zhuǎn)子位置關系鎖相環(huán)原理

角度細分電路

(I)

角度細分電路(II)

軟件角度細分電路(I)

軟件角度細分電路(II)

2.5.2速度檢測

一路轉(zhuǎn)子位置信號的頻率為

轉(zhuǎn)子位置檢測信號的頻率與電機的轉(zhuǎn)速成正比，將測出的轉(zhuǎn)子位置信號的頻率經(jīng)過轉(zhuǎn)換即可得到轉(zhuǎn)速。由于SRD系統(tǒng)位置檢測輸出信號為數(shù)字信號，故其轉(zhuǎn)速檢測不需要附加器件，十分簡單易行，且便于與計算機接口。

用LM2907構成的F/V轉(zhuǎn)換電路

M法測速與T法測速

M法適用于高速運行時的測速，低速時測量精度較低。因為在pN和Tc相同的條件下，高轉(zhuǎn)速時m1較大，量化誤差較小。

M法測速T法測速M法測速原理圖

T法測速原理圖

M/T法測速

M/T法測速方案之一

M/T法測速原理

2.5.3電流檢測

SR電動機電阻采樣電流檢測電路

霍爾電流傳感器檢測電路

四相SR電動機電流檢測

三相SR電動機電流檢測

2.6SRD控制系統(tǒng)原理及其實現(xiàn)SRD控制系統(tǒng)原理圖2.7基于單片機的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;DSP最小系統(tǒng)還包括32K的16位快速RAM、20MHz時鐘電路、看門狗電路、電壓監(jiān)測及復位電路、與上位機進行通信的RS232通信電路。給定速度通過DSP的ADC模塊輸入，實際速度由位置傳感器來檢測、通過捕獲單元輸入。DSP利用PI算法通過比較單元和PWM發(fā)生單元輸出PWM信號，PWM信號經(jīng)光電隔離輸入到功率器件的驅(qū)動電路，控制器件開、關，實現(xiàn)SRM閉環(huán)調(diào)速。基于DSP的SRD系統(tǒng)硬件介紹2）位置信號輸入電路：光電傳感器反饋轉(zhuǎn)子位置信號。通過F2407的捕獲單元(CAP1～4)對脈沖信號進行實時檢測來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子位置信號的檢測。3)轉(zhuǎn)速計算：CAP單元不僅能檢測信號的變化,而且還能記錄兩次信號變化的時間間隔，由此可以確定電機轉(zhuǎn)子的位置,并可計算出電機的實際運行速度，進而準確地控制各相的開通和關斷。基于DSP的SRD系統(tǒng)硬件介紹4)電流檢測電路:使用磁場平衡式霍爾檢測器(LEM模塊)來檢測電機的三相電流。LEM的輸出一方面輸入到F240的A/D轉(zhuǎn)換口,轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后用以控制電流斬波限;一方面輸入到保護電路,實現(xiàn)對功率變換器主開關的過流保護。5)鍵盤、顯示電路:F240有獨立的I/O空間和總線。用I/O口組成矩陣式鍵盤,通過串行外設接口(SPI)顯示運行狀態(tài)。控制策略控制策略框圖為簡化起見，采用PID算法進行速度閉環(huán)調(diào)節(jié)，由于SR電機具有較好的動態(tài)性能，實際只需PI調(diào)節(jié)。控制策略：1）、雙閉環(huán)：轉(zhuǎn)速外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)速度反饋信號取自位置傳感器的轉(zhuǎn)子信號，被給定轉(zhuǎn)速相減后作為電流指令值;電流指令值與檢測到的實際電流值比較，形成電流偏差，控制PWM信號的脈寬。