【正文】 的功耗。這個(gè)電路提供了如下的特性：1，用低端電壓和PWM驅(qū)動(dòng)高端MOS管。最后，R1提供了對(duì)Q3和Q4的基極電流限制，R4提供了對(duì)MOS管的gate電流限制，也就是Q3和Q4的Ice的限制。R5和R6是反饋電阻，用于對(duì)gate電壓進(jìn)行采樣，采樣后的電壓通過(guò)Q5對(duì)Q1和Q2的基極產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的負(fù)反饋，從而把gate電壓限制在一個(gè)有限的數(shù)值。R2和R3提供了PWM電壓基準(zhǔn)，通過(guò)改變這個(gè)基準(zhǔn)，可以讓電路工作在PWM信號(hào)波形比較陡直的位置。電路圖如圖46所示圖46 MOS管驅(qū)動(dòng)電路Vl和Vh分別是低端和高端的電源，兩個(gè)電壓可以是相同的，但是Vl不應(yīng)該超過(guò)Vh。在這種情況下，圖騰柱結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足輸出要求，而很多現(xiàn)成的MOS驅(qū)動(dòng)IC，似乎也沒(méi)有包含gate電壓限制的結(jié)構(gòu)。兩個(gè)電壓采用共地方式連接。同時(shí)，如果簡(jiǎn)單的用電阻分壓的原理降低gate電壓，就會(huì)出現(xiàn)輸入電壓比較高的時(shí)候，MOS管工作良好，而輸入電壓降低的時(shí)候gate電壓不足，引起導(dǎo)通不夠徹底，從而增加功耗。為了讓MOS管在高gate電壓下安全，很多MOS管內(nèi)置了穩(wěn)壓管強(qiáng)行限制gate電壓的幅值。2，寬電壓應(yīng)用輸入電壓并不是一個(gè)固定值，它會(huì)隨著時(shí)間或者其他因素而變動(dòng)。這時(shí)候?，F(xiàn)在也有導(dǎo)通電壓更小的MOS管用在不同的領(lǐng)域里，但在12V電子系統(tǒng)里，一般4V導(dǎo)通就夠用了。上邊說(shuō)的4V或10V是常用的MOS管的導(dǎo)通電壓，設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)然需要有一定的余量。如果在同一個(gè)系統(tǒng)里，要得到比VCC大的電壓，就要專門的升壓電路了?！〉诙⒁獾氖?，普遍用于高端驅(qū)動(dòng)的NMOS，導(dǎo)通時(shí)需要是柵極電壓大于源極電壓。對(duì)電容的充電需要一個(gè)電流，因?yàn)閷?duì)電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會(huì)比較大。這個(gè)很容易做到，但是，我們還需要速度。 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)跟雙極性晶體管相比，一般認(rèn)為使MOS管導(dǎo)通不需要電流，只要GS電壓高于一定的值，就可以了。本設(shè)計(jì)中，SR電機(jī)功率為200W，我們?cè)诘诙乱呀?jīng)做過(guò)計(jì)算，1500r/min時(shí)開(kāi)關(guān)頻率最高的主開(kāi)頻率為300HZ，采用MOSFET管完全能符合要求。IGBT器件兼有GTR和MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，IGBT為電壓驅(qū)動(dòng)器件，開(kāi)關(guān)頻率高及抗干擾能力強(qiáng)，因而損耗小，性能好及工作可靠，此外大功率IGBT模塊本身絕緣，外殼不帶電，冷卻方便，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。MOSFET是一種單極型的電壓控制器件，具有驅(qū)動(dòng)功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)速度快(開(kāi)關(guān)時(shí)間為10100ns)、無(wú)二次擊穿問(wèn)題、安全工作區(qū)寬等顯著優(yōu)點(diǎn)。但GTR容量有限，主要是電流容量與耐壓之間尚有難以克服的矛盾。但GTO也有許多缺點(diǎn)，如管壓降比普通晶閘管高、工作頻率較GTR低，緩沖電路的損耗較大、門極控制較復(fù)雜等，因此在小功率高性能的SRD中，其與GTR、MOSFET、IGBT相比并不占優(yōu)勢(shì)。普通晶閘管具有成本低、容量大，電流峰值和平均電流定額比值高，電流、電壓過(guò)載能力強(qiáng)，能承受很大的浪涌電流，但其無(wú)自天斷能力，需設(shè)胃專門的換相電路，這就造成整機(jī)線路復(fù)雜、效率低、體積大，這使得其很難在SRD中使用。 開(kāi)關(guān)器件的選則SR電動(dòng)機(jī)功率變換器的主開(kāi)關(guān)器件選擇與電動(dòng)機(jī)的功率等級(jí)、供電電壓、峰值電流、成本等有關(guān)；另外還與主開(kāi)關(guān)器件本身的開(kāi)關(guān)速度、觸發(fā)難易、開(kāi)關(guān)損耗、抗沖擊性、耐用性、并聯(lián)運(yùn)行的難易性、峰值電流定額的比值大小及市場(chǎng)普及性有關(guān)。電路的交流輸入端為接三相電源，線電壓為380V，50HZ。所以本設(shè)計(jì)中采用的是公共開(kāi)關(guān)型功率電路。 功率電路的選型在本系統(tǒng)中選用的SR電機(jī)為3相結(jié)構(gòu)，故不能采用中點(diǎn)懸空型和采用裂相式直流電源型功率電路。S斷，S1斷，則VDVD均導(dǎo)通，相繞組經(jīng)VD電容及VD續(xù)流。S通，S1斷，則VD截止，VD1導(dǎo)通，相繞組續(xù)流，有VD1和S構(gòu)成續(xù)流通路。因此這種具有公共開(kāi)關(guān)的功率電路控制轉(zhuǎn)速的方法是應(yīng)用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速。這一點(diǎn)與受位置傳感信號(hào)控制的相開(kāi)關(guān)S1,S2,S3截然不同。圖43 中點(diǎn)懸空型功率電路 公共開(kāi)關(guān)型功率電路圖44為公共開(kāi)關(guān)型功率電路，比電源裂相式增加了1個(gè)公共開(kāi)關(guān)S，減少了3個(gè)續(xù)流二極管。這樣周而復(fù)始，始終有兩相繞組同時(shí)導(dǎo)通，且同時(shí)導(dǎo)通的兩相對(duì)中點(diǎn)來(lái)講左右對(duì)稱，所以這種兩相通電方式，中點(diǎn)點(diǎn)位比較穩(wěn)定。2. 兩相通電方式AB、BC、CD、DA兩相同時(shí)通電，循環(huán)導(dǎo)通工作。因電容量不可能很大，所以這種單向通電方式的中點(diǎn)點(diǎn)位不穩(wěn)定，尤其SR電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，中點(diǎn)點(diǎn)位變動(dòng)顯著。該類型功率電路有兩種工作方式：圖42 采用分裂式直流電源的功率變換器1． 單相通電方式A,B,C,D相繞組分別輪流通電。由于電源電壓反向加于續(xù)流的相繞組，使續(xù)流過(guò)程非常短，續(xù)流電流迅速降為零，緊接著S3,S4導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)可靠換相。若為蓄電池供電，則給蓄電池充電。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的功率變換器主電路結(jié)構(gòu)根據(jù)主開(kāi)關(guān)器件的定額大小、器件個(gè)數(shù)、能量回饋方式以及適用的場(chǎng)合，可以分為不對(duì)稱半橋型、分列式直流電源型、中點(diǎn)懸空型和公共開(kāi)關(guān)型功率電路。由于功率變換器只需要給SRM提供單向電流，故比異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速變換器簡(jiǎn)單、可靠。圖33 傳感器輸出電壓波形第四章 功率電路和驅(qū)動(dòng)電路的選型 四種不同的功率電路功率變換器的性能和形式將直接影響著SRD的效率、成本和可靠性，合理設(shè)計(jì)功率變換器是提高整個(gè)SRD性能／價(jià)格比的關(guān)鍵之一。圖32 模擬盤與位置傳感器的安裝圖中每齒的角度為300，每槽的度數(shù)為600，兩個(gè)傳感器分別位于定子某個(gè)凸極中心線的左右兩側(cè)150處。本設(shè)計(jì)中點(diǎn)動(dòng)機(jī)采用三相6/4極結(jié)構(gòu)，其模擬盤如圖32所示。當(dāng)槽中有遮擋物時(shí)，發(fā)光二極管的光無(wú)法照到光電三極管，光電三極管截止，輸出Uo為低電平。在發(fā)光二極管和光電三極管之間有一槽，進(jìn)入槽中的物體能擋住發(fā)光二級(jí)管射向光電三極管的光。 光電傳感元件本系統(tǒng)采用的光電傳感器的型號(hào)為H213A9088，其外形如圖25（b）所示。 第三章 位置傳感器及其工作原理在第二章中已經(jīng)介紹了開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理，那么什么時(shí)候該給哪一相通電該如何控制呢？這時(shí)候我們需就要用到位置傳感器。此外顯示電路可以顯示當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，便于進(jìn)行速度的調(diào)控與工作狀態(tài)的監(jiān)視。圖26 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖功率電路是系統(tǒng)的通道，承擔(dān)著電能功率輸入的任務(wù)。綜合考慮成本和性能需要，本設(shè)計(jì)中小功率SR電機(jī)選用了電壓PWM控制。電壓PWM控制有如下特點(diǎn)：電壓斬波控制是通過(guò)PWM方式調(diào)節(jié)繞組電壓平均值，間接調(diào)節(jié)和限制過(guò)大的繞組電流．既能用于高速運(yùn)行，又適合于低速運(yùn)行。具體的方法有兩種：一種是用電流的限制值來(lái)控制母線電壓加在導(dǎo)通相繞組上的有效時(shí)間，對(duì)于導(dǎo)通相，當(dāng)相電流大于電流上限時(shí)關(guān)斷主開(kāi)關(guān)器件；而當(dāng)相電流小于電流下限時(shí)開(kāi)通主開(kāi)關(guān)器件，從而實(shí)現(xiàn)磁鏈和相電流的限定和獲得恒轉(zhuǎn)矩特性。由此可見(jiàn)，當(dāng)開(kāi)通角，關(guān)斷角給定的情況下改變U的大小也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。 電流斬波控制（CCC）在一般情況下開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的機(jī)械特性可以近似地用下面的公式表示： (26)其中n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，M為電機(jī)轉(zhuǎn)矩，Ko為與電機(jī)結(jié)構(gòu)，開(kāi)通角和關(guān)斷角相關(guān)的常數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)減小，可使電流峰值超過(guò)允許值，因此角度控制一般適用于較高的轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機(jī)負(fù)載變化時(shí)，自動(dòng)增加或減少同時(shí)導(dǎo)通的相數(shù)是角度控制方式的特點(diǎn)。圖24 角度位置控制方式典型相電流波形角度控制具有以下特點(diǎn):(1)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)范圍大若定義電流存在區(qū)間t占電流周期T的比例tr為電流占空比，則角度控制下電流占空比的變化范圍幾乎從0～100％。因而改變使電感上升段電流發(fā)生變化，從而改變了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電機(jī)負(fù)載一定時(shí)，改變轉(zhuǎn)矩義改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變off和on，可改變電流波形和繞阻電感的相對(duì)位置，使該電流波形的主要部分位于電感波形上升段，則使電動(dòng)機(jī)電動(dòng)運(yùn)行；反之若使電流波形的主要部分位丁電感波形下降段，則電動(dòng)機(jī)制動(dòng)運(yùn)行。 角度位置控制(APC)在SR電動(dòng)機(jī)中，定子和轉(zhuǎn)子鐵心均為凸極型式，相繞組電感L隨轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)位置不同而變化，當(dāng)定子凸極軸線與轉(zhuǎn)子凸極軸線重合時(shí)，該相繞組電感為最大值Lmax，當(dāng)定子凸極軸線與轉(zhuǎn)子槽中心線重合時(shí)，該相繞組電感為最小值Lmin，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制的關(guān)鍵就在于能否在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻給該相繞組通電，斷電。由于SR電機(jī)的轉(zhuǎn)子凸極寬度都比定子凸極寬度稍大，所以，Lmax和Lmin有個(gè)區(qū)域范圍，且二者區(qū)域范圍相等，他們等于定子與轉(zhuǎn)子凸極的消弧之差。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組電感L在最大值與最小值之間周期性變化。由其原理知：定子磁極數(shù)Ns=2q，轉(zhuǎn)子極數(shù)Nr，相數(shù)為q的SR電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，即，定子q相繞組需要輪流通電Nr次，因此，SR電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和電源的輸出頻率的關(guān)系如下： （21）SRM每一相的開(kāi)關(guān)頻率為 （22）其中Nr為轉(zhuǎn)子極數(shù)。因此，可見(jiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與相繞組電流的方向無(wú)關(guān)，而僅僅于相繞組通電的順序有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)子極軸線l—l’與定子極軸線DD’重合時(shí)，D相勵(lì)磁繞組的電感到最大值。如圖所示，當(dāng)定子D—D’極上繞組通電受勵(lì)磁時(shí)，電機(jī)內(nèi)建立以D—D’為軸線的磁場(chǎng)，其磁通經(jīng)過(guò)定子軛、定子極、氣隙、轉(zhuǎn)子極、轉(zhuǎn)子軛閉合。 兩相4/2極SRM 四相8/6極SRM 三相6/4極SRM 五相10/8極SRM （a） （b） （c） （d） 圖21 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理圖2—2所示的是四相8／6極開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)理圖，圖中只畫出A相繞組及其供電電路，其它各相與之相同。目前國(guó)內(nèi)的研究與開(kāi)發(fā)主要集中于四相8/6結(jié)構(gòu)，但國(guó)外近期更重視三相6/4結(jié)構(gòu)，與四相8/6結(jié)構(gòu)相比，三相6/4結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)同樣具有均勻磁拉力且結(jié)構(gòu)和工藝都較簡(jiǎn)單、定子相數(shù)少等特點(diǎn)，在性能和經(jīng)濟(jì)性等方面不亞于四相8/，故用的是三相6/4極SRM。相數(shù)多，步距角小，利于減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且主開(kāi)關(guān)器件增多，成本高。轉(zhuǎn)子既無(wú)繞組也無(wú)永磁體，定子極上有集中繞組，徑向相對(duì)的兩個(gè)繞組串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)兩極磁極，稱為“一相”。本文將在后面詳細(xì)介紹這五個(gè)部分的主要功能。 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)