【正文】 在勵(lì)磁階段，相繞組有外電源供電，建立電流，并將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能；在發(fā)電階段，相繞組通過(guò)續(xù)流二極管把電能送給負(fù)載。 閉環(huán)調(diào)節(jié)： PID或模糊控制、 ANN控制等 2）、控制方式： 低速時(shí)，固定開(kāi)關(guān)角，電流 PWM斬波 (CCC) 高速時(shí) , 角度位置控制（ APC） +PWM控制 171 微特電機(jī) 初始化 _DS P 設(shè)置 _ 事件管理器初始化 _SR M 控制參數(shù)初始化 _ 使能中斷 _ 開(kāi)始后臺(tái)程序運(yùn)行 開(kāi)始 執(zhí)行程序 ? 后臺(tái)程序 _ 速度估計(jì) _ 可視化反饋 ? 定時(shí)器中斷 _ 電流控制 _ 位置估計(jì) _ 角度估計(jì) _ 換相控制 _ 速度控制 ? 捕獲中斷 _ 保存捕獲的數(shù)據(jù) _ 轉(zhuǎn)子位置測(cè)量值更新 _ 速度測(cè)量值更新 _ 角度測(cè)量值更新 控制軟件流程 172 微特電機(jī) 開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī) 位置檢測(cè) 功率變換器 SR 發(fā)電機(jī) 電流檢測(cè) 控制信號(hào) 控制器 電 源 電功率輸出 機(jī)械功率輸入 SRG系統(tǒng)組成 173 微特電機(jī) 開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī) 開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)相同，定子繞組同時(shí)兼有勵(lì)磁繞組和電樞繞組的功能。 170 微特電機(jī) 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(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 。用 I/O 口組成矩陣式鍵盤 ,通過(guò)串行外設(shè)接口 (SPI)顯示運(yùn)行狀態(tài)。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)。 168 微特電機(jī) 基于 DSP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。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)。 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。 DSP最小系統(tǒng)還包括 32K的 16 位快速 RAM、 20MHz 時(shí)鐘電路、看門狗電路、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 。因?yàn)樵?pN和 Tc相同的條件下，高轉(zhuǎn)速時(shí) m1較大，量化誤差較小。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 。 145 微特電機(jī) s P 正轉(zhuǎn)邏輯關(guān)系 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) S P 導(dǎo)通相 1 0 AB 0 0 BC 0 1 CD 1 1 DA 1 0 AB 146 微特電機(jī) 反轉(zhuǎn)邏輯關(guān)系 S P 導(dǎo)通相 0 0 AD 1 0 DC 1 1 CB 0 1 BA 0 0 AD 147 微特電機(jī) 3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 15176。 P被遮，輸出低電平，持續(xù) 30o。 P未遮，輸出高電平，持續(xù) 15o。 P未遮，輸出高電平，持續(xù) 30o。 P被遮，輸出低電平，持續(xù) 15o。 P被遮，輸出低電平，持續(xù) 30o。 光電耦合器件 138 微特電機(jī) 槽型光電耦合開(kāi)光 139 微特電機(jī) 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 。 H橋型電路為 4相 SR電機(jī)最常用的主電路形式 127 微特電機(jī) 4相 SR電機(jī)主電路工作方式 4相 8/6極 SR電機(jī)主電路 128 微特電機(jī) 方式 1： 單管斬波方式，需增加一個(gè)公共開(kāi)關(guān)V0, PWM斬波由 V0完成， V1V4只負(fù)責(zé)換相 . V0導(dǎo)通 V0關(guān)斷 AB兩相導(dǎo)通時(shí)工作情況 129 微特電機(jī) 方式 2： 四相斬波方式 V1V4不僅擔(dān)負(fù)換相任務(wù)，還要進(jìn)行 PWM斬波兩導(dǎo)通相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān) V V2同時(shí)開(kāi)通或關(guān)斷 主電路 續(xù)流 130 微特電機(jī) 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 131 微特電機(jī) 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： 30 kW； 額定轉(zhuǎn)速： 1500 r/min； 轉(zhuǎn)速范圍： 50~2022 r/min 電源：三相交流 380V/50Hz； 雙向運(yùn)行 ， 停車制動(dòng)； 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩： ?190 N?m； 過(guò)載能力： 120%。 它要求每一瞬間必須上 、 下各有一相導(dǎo)通 。 124 微特電機(jī) 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。每相只有一個(gè)主開(kāi)關(guān) S和一只續(xù)流二極管 D。銅耗增加、體積增大。 122 微特電機(jī) 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。 + US VD1 VD2 VT1 VT2 119 微特電機(jī) 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 120 微特電機(jī) 三相 SR電機(jī)常采用雙開(kāi)關(guān)型主電路 雙開(kāi)關(guān)型主電路又稱為不對(duì)稱半橋型主電路 + US VD1 VD4 VT1 VT4 VD2 VD5 VT2 VT5 VD3 VD6 VT3 VT6 A B C 121 微特電機(jī) 主開(kāi)關(guān) S1導(dǎo)通時(shí)，電源對(duì)主繞組 A供電；當(dāng)其關(guān)斷時(shí)，靠磁耦合將主繞組 A的電流轉(zhuǎn)移到副繞組，通過(guò)二極管 D1續(xù)流，向電源回饋電能，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫換相。 118 微特電機(jī) 主電路常見(jiàn)形式 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。 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 。 /2o ff o ff rq q ??? L ? i L , ? , i O T e q T e ? r /2 q on ? r qo f f 制動(dòng)狀態(tài)下 L,?,i,Te與轉(zhuǎn)子 位置角 q 的關(guān)系示意圖 L ? i L , ? , i O Te q Te ?r/2 qon ? r qo f f 116 微特電機(jī) SRM 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。 39。 微特電機(jī) 115 1．正反轉(zhuǎn)控制 (續(xù) ) 如果 θon和 θoff為正轉(zhuǎn)控制角，則只要將控制導(dǎo)通區(qū)推遲半個(gè)周期，就可以產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，并實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。和關(guān)斷角決定每相繞組的通電區(qū)域，若在 ?L/?θ0區(qū)段通電則產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩；若在 ?L/?θ0區(qū)段通電則產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩。 微特電機(jī) 114 1．正反轉(zhuǎn)控制 相對(duì)正轉(zhuǎn)而言，反轉(zhuǎn)運(yùn)行需要兩個(gè)條件：一是應(yīng)該有負(fù)的轉(zhuǎn)矩；二是應(yīng)該有反相序的控制信號(hào)。兩相起動(dòng)時(shí)合成轉(zhuǎn)矩和各相導(dǎo)通規(guī)律如圖所示。 SR電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) A B C D D q A B C D D T e 30 ? O 導(dǎo)通相控制 60 ? T st m in 兩相起動(dòng)時(shí)合成轉(zhuǎn)矩波形 D A C q AB BC CD DA T e 30 ? O 導(dǎo)通相控制 60 ? B D 111 微特電機(jī) 為了增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、消除起動(dòng)死區(qū)，可以采用兩相起動(dòng)方式，即在起動(dòng)過(guò)程中的任一時(shí)刻均有兩相繞組通以相同的起動(dòng)電流，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩由兩相繞組的電流共同產(chǎn)生。 矩角特性 A B C D D q A B C D D T e 30 ? O 導(dǎo)通相控制 60 ? T st m in 四相 SR電動(dòng)機(jī)的典型矩角特性曲線 微特電機(jī) 110 從圖中可以看出，如果 各相繞組選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)通區(qū)間 ，單相起動(dòng)方式下起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以為各相矩角特性上的包絡(luò)線，而相鄰兩相矩角特性的交點(diǎn)則為最小起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 (Tstmin)。 首先介紹矩角特性。 微特電機(jī) 108 SR電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)有一相繞組通電起動(dòng)和兩相繞組通電起動(dòng)兩種方式，本節(jié)以四相 8/6極 SR電動(dòng)機(jī)為例定性分析 SR電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)運(yùn)行特點(diǎn)。兩相 SR電動(dòng)機(jī)可以從任意轉(zhuǎn)子位臵起動(dòng)，但只能單方向運(yùn)行。 0 ?0 ? A m i n ? C m a xn ?2 ? ?1 電流斬波可控區(qū) 起動(dòng)斬波 定角度斬波 變角度斬波 A P C 控制 可變角度運(yùn)行區(qū) 微特電機(jī) 105 其中 Ωo為起動(dòng)斬波的最高限速， Ω1為第一臨界角速度 (最大功率下的最低轉(zhuǎn)速或最大轉(zhuǎn)矩下的最高轉(zhuǎn)速 )， Ωcmax為電流斬波最高限速， Ω2為第二臨界角速度 (最大功率下的最高轉(zhuǎn)速 )， ΩAmin為變角度運(yùn)行的最低限速。 2 APC（ Angular position control)控制 （ 角度位置控制 ） O T qo f f qon增大 APC運(yùn)行時(shí) Tav與 qon、 qoff的關(guān)系 103 微特電機(jī) 微特電機(jī) 104 3. 組合控制方式 SR電動(dòng)機(jī)控制方式的選擇是依據(jù)轉(zhuǎn)速的高、低來(lái)決定的。 在 APC控制中，由于開(kāi)通角 θon 通常處于低電感區(qū) (θon θ2)，它的改變對(duì)相電流波形影響很大，從而對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生很大影響。 PWM斬波調(diào)壓控制的電流波形如左圖所示。調(diào)節(jié) PWM波的占空比可以調(diào)節(jié)直流側(cè)電源電壓，也可以調(diào)節(jié)各相繞組的電壓。 O i q （ Ш） PWM斬波調(diào)壓控制 。在每一個(gè)控制周期內(nèi)，關(guān)斷時(shí)間恒定，但電流下降多少取決于繞組電感量、電感變化率以及轉(zhuǎn)速等因素，因此，電流下降量并不一致。 100 微特電機(jī) 這種方式是：相電流 i與給定電流 Imax進(jìn)行比較，當(dāng) i≥ 時(shí)，控制功率開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷一段間后再導(dǎo)通。 (Ι)限制電流上、下幅值。在一個(gè)周期內(nèi)，由于相繞組電感不同，電流的變化率也不同，因此，斬波頻率疏密不均。 微特電機(jī) 98 O i q I m in I m ax 99 微特電機(jī) 在一個(gè)控制周期內(nèi)，檢測(cè)電流；與給定電流的上限幅 Imax和下限幅值Imin進(jìn)行比較，當(dāng) i≥Imax 時(shí)，則控制功率開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷；當(dāng) i≤ Imin 時(shí)，使該相的開(kāi)關(guān)器件重新導(dǎo)通。 變