【正文】 主要程序為 :主程序、運行子程序、測速子程序。 74LS164 是一個 8 位移位寄存器（串行輸入，并行輸出），其 DIP 引腳圖如圖 63 所示。 (5) 在關斷過程中，為盡快抽取 PNP 管的存儲電荷，需施加一負偏壓，一般取 1V至 lOV 。 開關器件的選擇 主開關器件是構成功率 驅動 器的重要部分，關系到功率 驅動 器是否能夠迅速、準確、安全地開通與關斷。 下面針對 SRD 功率驅動器幾種常見的典型線路結構，進行各性能和特點的分析，通過比較和綜合，得出一種適合本論文研究的功率變換器主電路結構。 沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 21 調速信號采集系統(tǒng)設計 由于開關磁阻電動機在調速時需要一個漸變的速度，則需一個模擬量來反映速度的變化。 表 41光耦輸出信號與轉子位置關系 轉子位置狀態(tài) 導通相 ① ② ③ 正轉 反轉 0 0 1 A C 1 0 1 A B 1 0 0 C B 1 1 0 C A 0 1 0 B A 0 1 1 B C 電流信號采集系統(tǒng)設計 開關磁阻電機相電流檢測是電流斬波控制方式運行的需要，也是過電流保護的需要。它的作用是向單片機端口正確提供轉子位置信息，依此對功率變換器進行控制，從而控制整個電機的運行。 當給 SR 電機一相繞組通電時，定子勵磁極和轉子磁極之間產生磁吸力，力圖使磁路的磁阻最小。由于一般要求電動機轉速范圍較寬，負載轉矩適用范圍也較寬，為了使電動機在各種不同工作條件下均具有較 好的性能指標，一般可選用幾種控制方式的組合來控制系統(tǒng)的運行，如高速時采用角度控制，低速時采用電流斬波控制，以利于發(fā)揮二者的優(yōu)點。角度位置控制方式是調節(jié)開 通角 on? 、關斷角 off? ，改變相 繞組相對于電感位置的勵磁區(qū)域，從而調節(jié)電機的轉矩。圖中橫坐標為轉子位置角 (機械角 )，它的基準點即坐標原點 θ =0 沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 11 的位置，對應于定子凸極中心與轉子凹槽中心重合的位置，這時相電感為最小值， 當轉子轉過半個極距時，該相定、轉子凸極中心完全對齊，電感為最大值，隨著定、轉子磁極重疊的增加和減少，相電感則在和線性地上升和下降 。在圖 22 示位置，當定子一極受到勵磁時，電機內建立以定子對角線為軸線的磁場，其磁通經過定子扼、定子極、氣隙、轉子極、轉子軛閉合。通常轉子的極數(shù)比定子極數(shù)少 2 個，少于三相的 SR 電機沒有自起動能力，因此，對于要求自起動、四象限運行的驅動場合，應優(yōu)選表 21 所示的結構類型。 空調、冰箱、洗衣機等家電發(fā)展的總趨勢是采用具有現(xiàn)代調速系統(tǒng)的電動機來取代 無 調速的電動機。關鍵在于將角度量轉化為相應速度時的時間可控量。而 SR 電機各相繞組和磁 路相互獨立，各自在一定轉角范圍內產生電磁轉矩。 SRD 的 分類 主要取決于功率驅動 器。 國外， 70 年代初，美國 FORDMOTOR 公司研制出了最早的開關磁阻電動機調速系統(tǒng) (Switched Reluctance Drive)。論文以三相 12/8 極 SRM 為研究對象，完成了以單片機為核心組成的調速系統(tǒng)設計方案，系統(tǒng)采用 PWM 控制方式，選用 不對稱半橋式 功率 驅動 器主電路，主開關器件選用 IGBT，設計了以單片機 STC89C52 為核心的控制器，主要對電流檢測、位置檢測、故障保護和顯示電路等外圍電路進行了設計，具有過流保護功能。 開關 磁阻電動機的發(fā)展狀況 現(xiàn)代 SR 電 動 機的發(fā)展始于 20 世紀 60 年代，電子工業(yè)的發(fā)展為電氣傳動領域 提供了強有力的功率電子器件和可靠、低廉、多功能的控制器件。 2．功率 驅動 器 功率 驅動 器是開關磁阻電動機運行時所需能量的供給者，是連接電源和電動機繞組的開關部件。一般來說，中小 SRD，其成本可以低于同功率和類似性能的其他現(xiàn)代調速系統(tǒng)。 沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 5 由于 SR 電機控制參數(shù)多， 所以控制器的控制方式也有多種，并不是僅僅依靠控制開關管的開通，關斷順序來進行控制。 開關磁阻調速電動機良好的調速性能、寬廣的調速范圍、比較小的起動電流獲得較大的起動轉矩、對稱的四象限運行特性等一系列突出優(yōu)點，對于滿 足龍門刨主傳動的高技術要求 提供了完全的可行性。 第二，一般步進電機是作為信息傳輸 從而實現(xiàn)角位移精密傳動，而 SR 電機是典型的功率型電氣傳動裝置。下面就以常用的三相 12/8 極開關磁阻電機為例進一步闡釋其運行機理。 (3) 功率管開關動作瞬時完成。因此， CCC 方式 同樣具有簡單直接，可控性好的特點，也避免了 APC 方式中的“敏感”問題，與后面的電壓 PWM 方式相比，也具有較小的開關損耗，是比較常用的控制方式。通過對轉速的給定值和實際轉速的反饋值之差進行 PI 運算，調節(jié) PWM 信號占空比，達到轉速快速響應?？諝鈩恿υ肼曈呻姍C內的冷卻風扇產生，主要由風扇的型式、風葉和通風道及進出口的結構設計決定，該噪聲占整個噪聲的比例一般是比較小的。此外， PWM波的生成也需要由定時器來完成，則定時與中斷的合理運用便是此系統(tǒng)編程成敗的關鍵。 開關磁阻電動機的控制系統(tǒng)設計 18 圖 42 三相 12/8極 SR電機位置 傳感器示意圖 經光電傳感器得到的信號經 信號調理電路可輸出兩路相差 15176。其工作原理如 圖 44 所示。 圖 45 ADC0832引腳圖 圖 46 過流識別電路 保護電路設計 在開關磁阻電機系統(tǒng)中，為了防止低速時相電流上升過高導致主開關 或繞組燒毀， 我們要做電流保護，即信號經過運放比較器，比較器有一個參考電壓，當信號低于這個參考電壓，信號經過運算放大后輸出；當信號超過這個參考電壓，說明發(fā)生過流情況，比較器輸出低電平將單片機引腳拉低， 由單片機中斷處理調整 PWM波輸出 。每個主開關器件和續(xù)流二極管的額定電壓為 Us+△ U(△ U 系因換相引起的任一瞬變電壓 )，而加到通電電動機兩端的電源電壓僅為 Us/2(這樣與不對稱橋式電路相比，繞組就應通以兩倍的電流 )，因此電容量和電源電壓的定額將顯著增加。增大時， IGBT 通態(tài)壓降和開通損耗均下降，但負載短路時的 I。 其邏輯關系如圖 62。 系統(tǒng)軟件是調速系統(tǒng)的核心，很 大程度上決定了系統(tǒng)運行性能的優(yōu)劣，開關磁阻電機調速系統(tǒng)軟件的主要功能是根據(jù)轉子位置狀態(tài)和實際轉速發(fā)出相應繞組開、關信號。系統(tǒng)起動后首先調用初始化子程序，完成諸如具有復用功能的 I/O 腳的選擇和設置、各種中斷功能的選擇及其設置、系統(tǒng)變量的初始化，最后完成開中斷。串行數(shù)據(jù)輸入端（ A， B）可控制數(shù)據(jù)。 沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 25 6 主控系統(tǒng)設計 單片機系統(tǒng) STC89C52 是 STC 公司生產的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。這些器件的性能各不相同，適用場合也不盡相同。其中上下兩只主開關管是同時導通和關斷的。其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。 鑒于 SR 電動機功率變換器中，輸出的相電流是單向脈動的，可用以下幾種方法檢測電流，即 （ 1） 電阻采樣； （ 2） 直流電流互感器 采樣 ； （ 3） 霍爾元件采樣； （ 4） 磁敏電阻采 樣 。前者包括紅外發(fā)光二極管、紅外光敏二極管和輔助電路；后者為與 SRM轉子同軸安裝的 176。徑向磁吸力也是一個脈動的力波，在齒對槽位置時最小，在齒對齒位置時最大。 SR 電動機由靜止不動到正常運轉必須經歷一個起動過程，與步進電動機不同，SR 電動機始終工作在有位置反饋的自同步狀態(tài)，因此， SR 電動機不存在步進電動機起動過程中因起動頻率過高而引起失步導 致起動失敗的問題。優(yōu)化目標不同， on? 與 off? 的最優(yōu) 組 合往往也不同。而每個控制器功能的實現(xiàn)都離不開合理的控制策略，本節(jié)著重研究開關磁阻電機的控制原理，介紹各種調速控制方案。 沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 9 圖 22 開關磁阻電機一相通電的磁場情況 由通電磁場情況得出開關磁阻電動機的正反轉與定子極的通電順有關，而與相繞組的電 流方向無關。 表 21 SR電機的結構類型 相數(shù) 3 4 5 6 7 8 9 定子極數(shù) 6 8 10 12 14 16 18 轉子極數(shù) 4 6 8 10 12 14 16 步進角（度） 30 15 9 6 電機可以根據(jù)轉矩的產生機理粗略的分為兩大類 :一類是由電磁作用原理產生轉矩；另一類則是由磁阻變化原理產生轉矩。 、船 驅動控制系統(tǒng)中的應用 開關磁阻調速電動機高效、節(jié)能、調速范圍寬、啟、制動特性卓越，顯然是電動車驅動與控制系統(tǒng)的理想動力。電壓不變，電機低速運行時，反電勢較小，電流變化率大，為避免電流上升過快，超過允許的最大電流，可采取斬波方式來限制電流。 ，只與通電順序有關?？刂破饔删哂休^強的信息處理功能的微機構成。 1981 年，英國 TASC 公司 (TASC Drives Ltd.)獲準制造該系 統(tǒng)， 于 1983 年推出開關磁阻電機驅動系統(tǒng) (Switched Reluctance motor Drive System，簡稱 SRD 系統(tǒng) )的系列產品，取名為 OULTON，調速范圍為 30— 3000/rmin，容量范圍為 4— 22kW。為此系統(tǒng)的進一步改進打下了基礎。 SR 電機的結構比籠型異步電動機簡單，但 SR 電機的控制要求根據(jù)負載和運行條件的不同，在不同的轉子相對位置下通斷各相繞組的主開關器件，這樣既提高了電機控制的靈活性，也增加了電機運行控制的復雜性，顯然，如果不采用軟件與硬件相結合的數(shù)字控制系統(tǒng)對 SR 電機進行控制， SRD 性能的提高必然受到一定的限制，同時控制器的硬件 電路亦將過于復雜和龐大。 開關磁阻電動機的組成 開關磁阻電動機調速系統(tǒng)主要由 開關磁阻 電 動 機、功率 驅動 器、控制器和檢測器四部分組成 如圖 11。 開關磁阻電動機的性能特點 SRD 系統(tǒng)具有十分突出的性能優(yōu)點 ： 、成本低、 適用于高速場合 SR 電機的結構甚至比通常被認為是最簡單的鼠籠式感應電機還要簡單。一般典型產品的數(shù)據(jù)是 :起動電流為 10%額定電流時，獲得的起動轉矩為 100%額定轉矩；起動電流為額定值的 30%時，起動轉矩可達到其額定值的 150%。 開關磁阻電動機的應用場合 由其性能特點，開關磁阻電動機可以在許多場合得到應用： 在要求快速正反轉的一些工業(yè)應用中，如紡織印染業(yè)，要求電動機反應速度要快，其反應時間不得大于 秒，電動機要能長期地、連續(xù)地、頻繁地處于正、 反轉交替變換的工作 狀態(tài)，電動機要有能在較寬廣的范圍內無級調速的性能，電動機能長期地在濕、熱的環(huán)境中 工作。這是 SR電機與步進電機的相似之處，但是在以下兩方面 SR 電機不同于步進電機 。因此，當轉子軸線與定子磁極的軸線不重合時，便會有磁阻力作用在轉子上并產生轉距使其趨向于磁阻最小的位置，即兩軸線重合位置。 當電動機電磁轉矩 T 與作用于電機軸上的負載轉矩不相符時，轉速就會發(fā)生變化 產生角加速度 dtd? ，根據(jù)力學原理，可以寫出這時的轉矩平衡方程式 LTKdtdJT ????? ? 由于電路、磁路的非線性和開關性，使得上述方程組很難計算，通常需要根據(jù)具體運行狀態(tài)和研 究目的進行必要的簡化，一般都采用線性模型進行簡化，線性模型有利于 對 SR 電 機的定性分析了解其運行的物理狀況、內部各物理量的基本特點和相互關系。 CCC 控制方式下的相電流波形見圖 24。 圖 25 APC控制時的相電流波形 脈寬調制控制 （ PWM） 方式 脈 寬調制 (PWM)控制方式的實質是通過調節(jié)繞組兩端的勵磁電壓來控制電磁轉矩。 開關磁阻電動機的轉矩脈動與噪聲分析 SR 電動機運行時的噪聲和振動嚴重制約了 SR 電動機的應用和發(fā)展?；钣么谳斎牒痛谳敵鍪潜驹O計硬件上的的創(chuàng)新所在。) 必須有兩個互差 15176。 利用霍爾效應檢測電流目前有直接檢測式和磁場平衡式兩種方法。在第 1 個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號。當 SA 導通時， A 相 Cs 對繞組供電；SA 斷開時， 下側 VD 導通，繞組經 VD 續(xù)流向 B 相 Cs 充電。另外 IGBT 開通后，柵極驅動源應能提供足夠的功率，使 IGBT 不退出飽和而損壞。本文使用頻率為 12MHz 的晶振。 圖 64 74LS164與數(shù)碼管接線圖 開關磁阻電動機的控制系統(tǒng)設計 28 7 軟件設計 本文以 STC89C52 為核心構成的 SRD 系統(tǒng)采用雙閉環(huán)調速方法，系統(tǒng)有兩個反饋環(huán)，即速度外環(huán)和電流內環(huán)。主程序流程圖如圖 71 所示。 單片機的串行口設置在工作方式 0，串行數(shù)據(jù)從單片機 RXD 引腳輸出，移位時鐘由 TXD 送出。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內置 4KB EEPROM， MAX810 復位電路， 3 個 16