【正文】 圖 23 電感與定轉(zhuǎn)子位置角的關(guān)系 兩種控制方式開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制參數(shù)主要有開通角、關(guān)斷角、主電路電壓以及相電流，因此開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制策略也就是針對(duì)這幾個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)．目前，主要的控制策略有兩種：一種是角度位置控制(Angular Position Control，簡(jiǎn)稱APC)；另一種是電流斬波控制(Chopped Current Control，簡(jiǎn)稱CCC)。通電時(shí)刻不同，通電持續(xù)時(shí)間不同電機(jī)的行速度轉(zhuǎn)矩不同，由此可以看出控制電流的起始（開通角）和關(guān)斷（關(guān)斷角）時(shí)間是SRM控制的一種方式，即APC控制。開通角on提前，則在最小電感區(qū)段電流上升時(shí)問加長(zhǎng)，電流波形加寬，波形的峰值和有效值增加，同時(shí)與電感波形的相對(duì)位置也產(chǎn)生變化。改變off一般不影響電流峰值，但影響電流波形寬度及其與電感波形的相對(duì)位置，電流有效值也隨之變化，因而對(duì)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速也有影響，但其影響遠(yuǎn)沒有改變on那么大。(2)同時(shí)導(dǎo)通相數(shù)可變同時(shí)導(dǎo)通相數(shù)多，電動(dòng)機(jī)出力較大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較小。(3)不適用于低速角度控制中，電流峰值主要由旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)限制。(4)電動(dòng)機(jī)效率高通過角度優(yōu)化，能使電動(dòng)機(jī)在不同負(fù)載下保持較高的效率。U為加在電機(jī)上的電壓。在零到基速范圍內(nèi)獲得恒轉(zhuǎn)矩輸出特性，可以通過固定開通角、關(guān)斷角，而斬波控制外加母線電壓的方法來實(shí)現(xiàn)。改變電流的限制值，即可控制輸出轉(zhuǎn)矩的變化，此方法是通常意義上的電流斬波控制方法，又叫“電流PWM控制”；第二種是用轉(zhuǎn)速的給定值和實(shí)際轉(zhuǎn)速的反饋值之差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，改變母線電壓加在導(dǎo)通相繞組上的有效時(shí)間寬度來改變外加在導(dǎo)通相繞組上電壓的有效值，從而改變輸出轉(zhuǎn)矩，這種方法又叫“電壓PWM控制”。其它特點(diǎn)則與電流斬波控制方式相反．適臺(tái)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，抗負(fù)載擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，缺點(diǎn)是低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大。圖 25 電壓斬波控制方式電壓電流波形 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)中開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是由開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、功率變換器、控制器、位置傳感器，顯示電路五部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)方框圖如圖2—4所示?？刂破魇钦麄€(gè)系統(tǒng)的大腦，它依據(jù)各種檢測(cè)信號(hào)，起決策和指揮作用，位置傳感器負(fù)責(zé)位置信號(hào)的檢測(cè)，是開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)自同步運(yùn)行和系統(tǒng)控制的重要基礎(chǔ)。以上各部分相輔相成，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體。位置傳感器由光電傳感元件和轉(zhuǎn)子模擬盤兩部分組成。由安裝底座1，紅外發(fā)光二極管2和紅外光電三極管3組成。其電路圖如圖25（a）所示，150和1K為外接電阻，當(dāng)槽中無遮擋物時(shí)，發(fā)光二極管的光照到光電三極管，光電三極管飽和導(dǎo)通，使輸出Uo為高電平。 （a） （b） 圖31 光電傳感器 a含兩個(gè)光電傳感器的接線電路 b單個(gè)的外形其中 1，底座 2，發(fā)光二極管 3，發(fā)光三極管 轉(zhuǎn)子模擬盤的結(jié)構(gòu)與原理在SR點(diǎn)擊轉(zhuǎn)軸上安裝有轉(zhuǎn)子模擬盤隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子模擬盤有鋁片制成，其形狀，齒數(shù)，位置都與實(shí)際轉(zhuǎn)子相同。E、F為位置傳感器，圖中只畫出一對(duì)定子極。當(dāng)模擬盤遮住發(fā)光二極管的光時(shí)，光電三極管截止，Uo輸出狀態(tài)為0；不遮住時(shí)，Uo輸出狀態(tài)為1，圖33是轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)兩個(gè)傳感器的輸出狀態(tài)波形，在轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過900，傳感器1和2產(chǎn)生兩個(gè)相位差為30的矩形波信號(hào)，組合成3中不同的狀態(tài)：、三種不同的信號(hào)組合代表轉(zhuǎn)子處于三種不同的位置，即實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)，將信號(hào)送入邏輯電路就可以控制繞組的通電狀況了。功率變換器主要有三個(gè)作用：開關(guān)作用，使繞組與電源接通或斷開；為SRM提供電能，滿足機(jī)械能的轉(zhuǎn)換；為繞組的儲(chǔ)能提供回饋途徑。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的功率變換器的主電路結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有以下的幾個(gè)條件：(1)最少數(shù)量的主開關(guān)器件；(2)同時(shí)適用于奇數(shù)相和偶數(shù)相的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)；(3)可以將全部電源電壓加在電動(dòng)機(jī)繞組上；(4)主開關(guān)器件的電壓額定值與電動(dòng)機(jī)接近；(5)具備迅速增加相繞組電流的能力；(6)可以通過主開關(guān)器件調(diào)制，有效的控制相電流：(7)在繞組磁鏈減少的同時(shí)，能將能量回饋給電源。 不對(duì)稱半橋型圖41為不對(duì)稱半橋型功率電路，A,B,C為SR電動(dòng)機(jī)的三相繞組，每相有兩個(gè)主開關(guān)器件共6個(gè)S1S6，VD1VD6為6只續(xù)流二極管，同一組的兩只開關(guān)用同一控制信號(hào)，若S1，S2同時(shí)導(dǎo)通，則A相繞組將通過二極管VD4，VD1續(xù)流，續(xù)流電路給電容充電，如圖中虛線所示。續(xù)流的過程是將磁場(chǎng)能量裝換位電能回饋給電源。圖41 不對(duì)稱板橋型功率電路 分裂式直流電源型圖42為采用分裂式直流電源功率電路，A、B、C、D為SR電機(jī)的相繞組，每相繞組配1只相開關(guān)和1只續(xù)流二極管，這種功率變換器的主電路結(jié)構(gòu)的外加直流電源Us被兩個(gè)裂相電容一分為二，兩相繞組的一端共同接至雙極性直流電源的中點(diǎn)，因此，這種功率變換器方案只適用于偶數(shù)相的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。若S1開通，則A相繞組留過電流ia，電容C2充電，電容C1充電，當(dāng)S1關(guān)斷時(shí)，A相繞組的續(xù)流電流ia流經(jīng)VD1向C2充電，A相繞組磁能轉(zhuǎn)換為電場(chǎng)能量貯于C2，C2兩端電壓Ud反向加于A相繞組上，強(qiáng)迫續(xù)流迅速衰減直至關(guān)斷。這種運(yùn)行方式適用于SR電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行。若SS3開通，則A、B兩相串聯(lián)流過電流，若S1關(guān)斷，S2開通，則A相繞組續(xù)流，流經(jīng)VD1向C2充電；B、C兩相繞組串聯(lián)流過電流，實(shí)現(xiàn)一次換相，接著S1關(guān)斷，S4開通，則B相早在換流，續(xù)流經(jīng)VD2向C1充電，C、D兩相繞組串聯(lián)流過電流，實(shí)現(xiàn)又一次換相。 中點(diǎn)懸空型功率電路圖43所示為中點(diǎn)懸空型功率電路，該電路每相只有一個(gè)開關(guān)元件，但工作時(shí)同時(shí)給兩相通電，當(dāng)給A、D兩相通電時(shí)，SS4開通，其余都為斷開，需要換相時(shí)，S1斷開,S4保持開通、S2開通，S3保持?jǐn)嚅_，這時(shí)為給B,D兩相通電，而A相通過VD1續(xù)流,當(dāng)再次換相時(shí)使D相斷開，C相導(dǎo)通，這時(shí)為給B、C兩相通電，如此下去每次都同時(shí)有兩相通電，換相時(shí)關(guān)斷一相同時(shí)開通另一相，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖44 公共開關(guān)型功率電路公共開關(guān)S為一只工作在開關(guān)狀態(tài)的電力電子元件，不過它的通斷不受位置傳感信號(hào)控制，而是按照1個(gè)固定頻率周期性地通斷。公共開關(guān)的作用一時(shí)輔助續(xù)流，另一重要作用是利用脈寬調(diào)節(jié)作用于公共開關(guān)S，改變S的通態(tài)時(shí)間，即改變占空比，使相繞組平均電壓改變，實(shí)現(xiàn)SR電動(dòng)機(jī)的調(diào)速目的。共公開關(guān)與相開關(guān)工作情況有4種，現(xiàn)以A相位例予以說明：S通，S1通，則電源電壓加于A相繞組，流過電流Ia，而VD和VD1截止。S斷，S1通，則VD1截止，VD導(dǎo)通，相繞組經(jīng)VD續(xù)流。公共開關(guān)型功率電路的特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單控制方便，但作為公共開關(guān)的電力電子元件，其功率比相開關(guān)大的多，各相電流均要流經(jīng)它。比較不對(duì)稱半橋型電路和共公開關(guān)型電路，對(duì)于小功率SR電動(dòng)機(jī)而言，后者需要更少的電力電子元件，節(jié)約成本，并且通過公共開關(guān)的開通占空比來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使控制方法大為簡(jiǎn)化。如圖45所示圖45公共開關(guān)型功率電路整流電路的進(jìn)線為三相三線電路，采用三相橋式不可控整流電路，由六個(gè)整流二極管組成。整流電路的電壓峰值為三相線電壓峰值，為：線=V （41）其平均值為：513V （42）需要使用兩電容器CC2串聯(lián)對(duì)整流輸出電壓平滑濾波，,R2是為了平衡C1，C2兩端的電壓兼有停機(jī)時(shí)為C1，C2提供放電回路的作用。就當(dāng)前電力電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀而苦，有普通晶閘管，可關(guān)斷晶閘(G1D)．電力晶體管(GTR)、功率MOS場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)可供選擇。GTO具有普通品閘管的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，如耐壓高、電流大、浪涌能力強(qiáng)和造價(jià)便直等；同州又具有GTR的一些優(yōu)點(diǎn)，如具有自關(guān)斷能力、工作頻率較高(12kHz)，尤其在大功率場(chǎng)合具有明顯優(yōu)勢(shì)。GTR的丌火頻率(25kHz)較高，正向壓降小，導(dǎo)通及關(guān)斷控制十分方便，近年來GTR實(shí)現(xiàn)了高頻化、模塊化，因此在中、小容量的SRD中得到廣泛的應(yīng)用。此外，GTR的電壓、電流過載能力差，容易因二次擊穿而損壞，保護(hù)較困難，驅(qū)動(dòng)功率大，因此限制了其在高壓、大功率場(chǎng)合的應(yīng)用。但由于種種原因，MOSFET單管功率很難做的很大，只用于小功率場(chǎng)合。目前已取代了原來GTR的市場(chǎng)，成為SRD的主導(dǎo)功率器件。而且MOSFET比IGBT成本低，故本設(shè)計(jì)中采用MOSFET管作為開關(guān)器件。就NMOS而言，Vgs大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接地時(shí)的情況（低端驅(qū)動(dòng)），只要柵極電壓達(dá)到4V或10V就可以了?！　≡贛OS管的結(jié)構(gòu)中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上就是對(duì)電容的充放電。選擇/設(shè)計(jì)MOS管驅(qū)動(dòng)時(shí)第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。而高端驅(qū)動(dòng)的MOS管導(dǎo)通時(shí)源極電壓與漏極電壓（VCC）相同，所以這時(shí)柵極電壓要比VCC大4V或10V。很多電機(jī)驅(qū)動(dòng)器都集成了電荷泵，要注意的是應(yīng)該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅(qū)動(dòng)MOS管。而且電壓越高，導(dǎo)通速度越快，導(dǎo)通電阻也越小。現(xiàn)在的MOS驅(qū)動(dòng)，有幾個(gè)特別的需求，1，低壓應(yīng)用當(dāng)使用5V電源，這時(shí)候如果使用傳統(tǒng)的圖騰柱結(jié)構(gòu)。同樣的問題也發(fā)生在使用3V或者其他低壓電源的場(chǎng)合。這個(gè)變動(dòng)導(dǎo)致PWM電路提供給MOS管的驅(qū)動(dòng)電壓是不穩(wěn)定的。在這種情況下，當(dāng)提供的驅(qū)動(dòng)電壓超過穩(wěn)壓管的電壓，就會(huì)引起較大的靜態(tài)功耗。3，雙電壓應(yīng)用在一些控制電路中，而功率部分使用12V甚至更高的電壓。這就提出一個(gè)要求，需要使用一個(gè)電路，讓低壓側(cè)能夠有效的控制高壓側(cè)的MOS管，同時(shí)高壓側(cè)的MOS管也同樣會(huì)面對(duì)1,2中的問題。于是我設(shè)計(jì)了一個(gè)相對(duì)通用的電路來滿足這三種需求。Q1和Q2組成了一個(gè)反置的圖騰柱，用來實(shí)現(xiàn)隔離，同時(shí)確保兩只驅(qū)動(dòng)管Q3和Q4不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。Q3和Q4用來提供驅(qū)動(dòng)電流，由于導(dǎo)通的時(shí)候，Q3和Q4相對(duì)Vh和GND最低都只有一個(gè)Vce的壓降。這個(gè)數(shù)值可以通過R5和R6來調(diào)節(jié)。必要的時(shí)候可以在R4上面并聯(lián)加速電容?！　?，用小幅度的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)高gate電壓需求的MOS管。6，PWM信號(hào)反相。第五章 控制電路及顯示電路 控制電路控制電路分為TL494芯片和邏輯電路兩個(gè)部分，位置傳感器輸出信號(hào)一方面直接送往邏輯電路，用來實(shí)現(xiàn)對(duì)功率電路三相開關(guān)的控制；另一方面經(jīng)過頻率電壓轉(zhuǎn)換器將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，而這里的電壓信號(hào)有兩個(gè)用途：1， 被作為反饋信號(hào)送入TL494芯片，與給定值對(duì)比來控制輸出PWM波的占空比，繼而控制功率電路主開關(guān)的工作。具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖51所示圖51 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 TL494芯片TL494 是美國(guó)德州儀器公司的產(chǎn)品，原是為開關(guān)電源設(shè)計(jì)的一種性能優(yōu)良的脈寬調(diào)制控制電路。TL494的結(jié)構(gòu)