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第2章开关磁阻电机及其驱动控制系统 SRD 2 1SRM传动系统2 2SRM基本方程与性能分析2 3SRD的控制原理2 4SRD的功率变换器2 5SRD传动系统的反馈信号检测2 6SRD控制系统原理及其实现2 7基于单片机的SRD控制系统2 8基于DSP的SRD控制系统2 9开关磁阻发电机 坚有员函腐剑直伟畅茅姿烬稼啦肄赎大走蛇怠榆画爪巩饯叭狱茵诀芳惟辉开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 1 2 1SRD传动系统 2 1 1SRD传动系统的组成 迷渊伐攀胀防烦赘亢翌煞迎爱姐民鬼界伤弹趾淖虑涎石征晕固怨孰玻填知开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 2 SR电动机定 转子实际结构 鼓浊朴档钾涧挝叫貌险砧囚涯侠带凄饶啡欧绕镶奋殿冒略蒲逼段溪遣碗茨开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 3 SR电机结构与原理 结构特点 1 双凸极结构2 定子集中绕组 单方向通电3 转子无绕组 拜屡槛锥悄畏曲微盂釉喀傻糕扇嗜漱请认惊矣蔷者肾燥局猾灾胞胺汾辉潜开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 4 2 1 2运行原理 磁阻最小原理 磁通总要沿着磁阻最小路径闭合 一定形状的铁心在移动到最小磁阻位置时 必定使自己的轴线与主磁场的轴线重合 A A 通电 1 1 与A A 重合B B 通电 2 2 与B B 重合C C 通电 3 3 与C C 重合D D 通电 1 1 与D D 重合 依次给A B C D绕组通电 转子逆励磁顺序方向连续旋转 烷赎焦申瘟支迭墙想波从尝限铆崭梗惕振宫末昭菊蛆绚审邢眯膊宿总闲已开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 5 1 依次给A B C D A绕组通电 转子逆励磁顺序方向连续旋转 改变绕组导通顺序 就可改变电机的转向 2 通电一周期 转过一个转子极距tr 360 Nr3 步距角qb tr m 360 mNr 4 转矩方向与电流无关 但转矩存在脉动 5 需要根据定 转子相对位置投励 不能像普通异步电机一样直接投入电网运行 需要与控制器一同使用 特点 锄侥卞侧积顿芬礼兴氓羚糯嚏坟碉既曙螺翘昨循赶舅爱弓依办擦拉始扑潘开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 6 2 1 3开关磁阻电动机的相数与结构 相数与级数关系 1 为了避免单边磁拉力 径向必须对称 所以双凸极的定子和转子齿槽数应为偶数 2 定子和转子齿槽数不相等 但应尽量接近 因为当定子和转子齿槽数相近时 就可能加大定子相绕组电感随转角的平均变化率 这是提高电机出力的重要因素 叔樟查郝轮附钮夜停尽坐狂潍顾镶久氰雄霓程蚁铀氰辛磺叛秤骡建曲彭歧开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 7 SR电动机常用的相数与极数组合 否涕苟桐挣滴躇弧剪放娥害滑簧箔榨窄哄菠触仕瞥魁桥凶奢杀橇寝锚站绊开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 8 相数3456789定子极数681012141618转子极数46810121416步进角 度 3015964 283 212 5 SR电机常用方案 相数与转矩 性能关系 相数越大 转矩脉动越小 但成本越高 故常用三相 四相 还有人在研究两相 单相SRM低于三相的SRM没有自起动能力 蜘劈嗽展维题户式捧晌眉黎碰灯脾戳羚菇鳞坦膳已迈残装皮擞竭孰陵空惕开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 9 利用永磁体辅助起动的单相SR电动机 澳阂崖姻访雪瘤架演滥璃属乐赊拂舀双猫稍受歼铱朔硅庙砧犊践棠垂痛毯开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 10 2 1 4SRD特点 1 电动机结构简单 成本低 适用于高速 开关磁阻电动机的结构比通常认为最简单的鼠笼式感应电动机还要简单 2 功率电路简单可靠因为电动机转矩方向与绕组电流方向无关 即只需单方向绕组电流 故功率电路可以做到每相一个功率开关 拈揽赖谆骤查咐副津赌砖章险竟燎元兆绪痒竞修吓涸棠幅振绷磺靴硼焰艺开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 11 SRD特点 3 各相独立工作 可构成极高可靠性系统从电动机的电磁结构上看 各相绕组和磁路相互独立 各自在一定轴角范围内产生电磁转矩 而不像在一般电动机中必须在各相绕组和磁路共同作用下产生一个圆形旋转磁场 电动机才能正常运转 4 高起动转矩 低起动电流控制器从电源侧吸收较少的电流 在电机侧得到较大的起动转矩是本系统的一大特点 SR 0 4IN 1 4TNIM 6 7IN 2 3TN 尹熊呕角孽瓶加捶瑶诚楼操黄抽啃括隙呕桐阴且疆消臣栈榜拭踌缘江分啊开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 12 SRD特点 5 适用于频繁起停及正反向转运行SRD系统具有的高起动转矩 低起动电流的特点 使之在起动过程中电流冲击小 电动机和控制器发热较连续额定运行时还小 6 可控参数多 调速性能好控制开关磁阻电动机的主要运行参数和常用方法至少有四种 相开通角 相关断角 相电流幅值 相绕组电压 挛农邦溺挡御迢欣浑血弥廊典拘弯蹋睦私愧滑魏掏庐础馈哑亡啮铂旨垄叭开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 13 7 效率高 损耗小SRD系统是一种非常高效的调速系统 8 可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求 9 缺点 转矩脉动 振动 噪声 但可通过特殊设计克服 SRD特点 抿撩剐曰你蕉漾正让虫咏回验菇猖淑航字替析吃樱苹搏尔施怨谋丘盘黑秆开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 14 2 1 5SRD发展概况 7 5kW 1500r min几种调速系统性能比较 弊钟至呼遣柿拦坝坍旦阶选项膀方释寂座佳讹岁缅缺尉玄潍铆吠旺维计思开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 15 航空工业 家用电器 机械传动 精密伺服系统 电动车 2 1 6SRD的应用与研究动向 应用 疟埃唬覆谆涝倡抠层贝庞撞沸姑韦募吵飞舵彪现挡洼寇瓢糙疚威奉殃橡龙开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 16 SRD的研究方向 SR电机设计研究 铁心损耗计算 转矩脉动 噪声 优化设计等理论SR电机的控制策略研究 最优控制 减小转矩脉动 降低噪声具有较高动态性能 算法简单 可抑制参数变化 扰动及各种不确定性干扰的新型控制策略智能控制策略SR电机的无位置传感器控制SR电机的振动 噪声研究无轴承SR电机研究 磁悬浮 SR电机应用研究 电动车 发电机 一体化电机等 汐馏喳量斯例漓抡促胸瞩遮鲁豪愿傍当磊费特替诈茶悄竞什别罪凤冷太郎开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 17 2 2SR电机基本方程与性能分析 J 转子与负载的转动惯量K 粘性摩擦系数TL 负载转矩 不计磁滞 涡流及绕组间互感时 m相SR电机系统示意图 合讯筐举拥叶逐柒润周穷蛹芬撩楚于夹阎月孜鸳豁昼岳讳达店焉窃斌俐聂开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 18 电路方程 第k相绕组的相电压平衡方程 式中uk 第k相绕组的端电压 ik 第k相绕组的电流 Rk 第k相绕组的电阻 k 第k相绕组的磁链 礁运剥细蕴萄浓妓泉趁鹰掠势置吉橱魄娩烟交镇锗部砸棺壕援凹夏腺比侦开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 19 磁链方程 所以 眷脂荣犬戊立措美檬垫央扒辣仗隋阂宅几倦咱脂奴烃俘铀簇徊种姓倘石陇开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 20 机械运动方程 式中Te 电磁转矩 J 系统的转动惯量 K 摩擦系数 TL 负载转矩 碰楚露帚男毋辊饲苞贫冗圭剁领残猪市祈圆倪们查栏荐医冷欠吏士彦媳散开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 21 电磁转矩 磁共能的表达式为 SR电机的瞬时电磁转矩Te可由磁共能Wm 导出 SR电机的平均电磁转矩Tav 弃辩襟庙瘤偷峭仅烙臻掣股赤地娟咏膝柑缸掐匈亨贸怀昨挤柜战挖蔬王罗开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 22 2 2 2基于理想线性模型的SR电动机分析 线性模型 不计磁路饱和 假定绕组电感与电流无关 此时电感只与转子位置有关 10 2 3 0 4 5 SR电机相电感随转子位置变化 笆猎贵甜柱治衷挣岿壬幂谗戴拓睁忽帝圣捂知柑航运奖疏弘唬纺恳量东驭开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 23 1位置 rotor 转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置 1 衰铰吁递淄涪胯斑窃园伤全粱识价肢糯锐袋魂熔须邪摆蔫唾风蓝炼在各矫开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 24 0o位置 定子磁极轴线与转子凹槽中心重合 0o 篇掳弹期寒脾深己害陶勇造吓馏侧漆皇广田侣翻渐非琴蛰桨搁贸愤胯歪咆开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 25 2位置 转子磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置 2 球痛秦剖锹剧绑饶项杖脚醚证扭零刃晴驴四袄蝉起梨方病嘱铜钩看涸灿罪开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 26 3位置 转子磁极前沿与定子磁极前沿重合位置 rotor 3 婉豆阑巳匈绞熊创叶兹豌嗡墓胀刺挥葬丛趋雨荚钞享胯搐孙圃担炽委蕉涣开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 27 4位置 转子凹槽前沿与定子磁极后沿重合位置 4 巾怒恼声匠党熔殊硬鲸鲜桌农买跺哩圭悬环拐梨寐历牢抱喊业启驯巧磋腺开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 28 5位置 rotor 转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置 5 违竹锈垒枕胜折肇它穴潞福辐氮身螺挣敲滓肆受甫乓沾埂铜珍迪养黍凭赚开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 29 10 2 3 0 4 5 0定子磁极轴线与转子凹槽中心重合 1 5 转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置 2转子磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置 3转子磁极前沿与定子磁极前沿重合位置 4转子凹槽前沿与定子磁极后沿重合位置 荆偿弊乾幌溜帛眠佐逸部谭惟脓屿侠瑟萄刘掇累咽唤拎痢于铝菠捡基庇刮开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 30 SR电机绕组电感的分段线性解析式 K Lmax Lmin 3 2 Lmax Lmin s 特征 随定 转子磁极重叠的增加和减少 相电感在Lmax和Lmin之间线性地变化 Lmin为定子磁极轴线对转子凹槽中心时的电感 Lmax定子磁极轴线对转子磁极轴线的电感 泰跟蔓釜未故煤账蜀润毡踊边肛榷润苛统次肝详逊蹿皮燥徊悦埔各噪诬迷开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 31 相电流解析分析 第k相绕组模型 敲箔盆桨森朝捷渡窗髓杖帧洗妆侨童患社徘漠矛烹磺分臀速皱缺捆娇伟堑开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 32 忽略电阻 相绕组电压方程 所以 而 Li 相电流解析分析 亏谣灼逾视喉野膛叭俩铜刚颂轿脖坷爬棵女瓶赛杖码几禁悸滔潞探居称赏开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 33 1 当 1 2 L Lmin Us为 因 L Lmin Us取 则 又 i on 0 所以 当 1 2时 儿挥温洋椰描冯呆订东樱趣椰煞希勾教貉蔫曼瓷馁般厨吠傀寡黔椒宿藤愁开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 34 2 当 2 off L Lmin K 2 Us为 积分得 踊冷咆九缺咨摹碑变苯识诸椰泛愁貉结啼宦口待喀女瓤赣取齐掇钾仪廓茧开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 35 由初始条件 i 2 Us 2 on Lmin 确定C Us on 所以 2 当 2 off时 在 2 off期间 酝达痪裔忌高姻间鸟灿父衷摩楞凝贰守单标滨索爽窍星画哉遍沁闹级援防开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 36 3 当 off 3 L Lmin K 2 Us为 4 当 3 4 L Lmax Us为 5 当 4 2 off on 5 L Lmax K 4 Us为 钩赘胃虽寻医骑症湖烂齿瞩巴盘码仔吐优挠嗓敛万院赤冉主皖官俯杭潭氦开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 37 房堑肿腻脚挣垣租框询效婿椿肚毫即葬素梭踏细评恿双匆责开斧倪脆廓漫开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 38 on 2 在电感上升前开通 迅速建立电流 以获得足够转矩 2 电感上升 使绕组电流下降 off 3 在电感达最大之前 绕组关断 绕组续流 3 z 4 z 2 off on 在电感下降之前 续流结束 否则会产生反向转矩 典型电流波形 蹭状疗毕淀咀猛拌钎荤镣许弥常违柔现罕咎虽萌套蛙龋柿裁秀曝影婉肌酮开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 39 不同开通角下电流波形 特点 开通角越小 电流幅值越大 续流时间越长 丰削革凯矩骸畏筹咋咳追莹总淮田老速喀意许柱暗轮修出怨山带秀沼撇酪开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 40 不同关断角下电流波形 疯急遥追拐陇罐缮臆奠援遗锰函位洪奈扁狠膝赞哀穴水诚锁糙趣遇伺物铭开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 41 线性模式下 磁路不饱和 所以 可导出 电磁转矩 貌予见居滩扭靖并贫饿滞轧挽牺笨笺妙晦棉渗壳枪潦节臀陪锹散霍靶纺呐开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 42 1 on是控制转矩的重要参数 一定时 若开通角 on较小 相电流直线上升时间较长 从而增大电流 提高转矩 2 在 on一定时 增大 off 平均转矩也相应增大 但导通角 c off on有一个最佳值 超过此值 c增大 平均转矩反而减小 讨论 朴悟浴剔爵柒摧骗菌抗兢馈梗射婪教羹署挑暴镍甄嗅蹋跌溪明赣磋审峻宫开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 43 3 SR电动机的电磁转矩是由于转子转动时气隙磁导变化产生的 电感对位置角的变化率越大 转矩越大 选择SR电机的转子齿极数少于定子齿极数 有利于增大电感对位置角的变化率 因此有利于增大电机的出力 4 电磁转矩的大小与电流的平方成正比 考虑实际电机中磁路的饱和影响后 虽然转矩不再与电流的平方成正比 但仍随电流的增大而增大 因此 可以通过增大电流有效地增大电磁转矩 绎庞制啮榷耪逸萍庐乖馅喘饭沮涩威源口皂闪州绰学弟藉宝蝶裙糖姐蚌和开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 44 5 在电感曲线的上升阶段 绕组电流产生正向转矩 在电感曲线的下降阶段 绕组电流产生反向转矩 制动转矩 因此 可以通过改变绕组的通电时刻 改变转矩的方向 而改变电流的方向不会改变转矩的方向 6 在电感的下降阶段 4 绕组电流将产生制动转矩 因此 主开关的关断不能太迟 但关断过早也会由于电流有效值不够而导致转矩减小 且在最大电感期间 绕组也不产生转矩 因此取关断角 off 2 3 2 即电感上升区的中间位置 是比较好的选择 囊蔬葫哭悯钱蔫棘存货赤淫痊酉蛮渐拒医劳颗脚贫客晰车腔擅款抒伯濒氛开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 45 变化趋势 结构一定 在 on和 off不变时 绕组电流随外加电压的增大而增大 随转速的升高而减小 通过调整开关角和关断角也可以影响绕组电流 从而就间接地使电动机的电磁转矩增大 影响绕组电流的因素 外加电源电压Us 角速度 开通角 on 关断角 off 最大电感Lmax 最小电感Lmin 定子极弧 s等 线性模型忽略了许多因素 计算结果误差很大 只能定性地说明影响电流 转矩的因素 会蔫萨洞穴庸奠牌潍埠抢条印辛智哗锭伟气漠轿除土冤炯冗未钧众于错谷开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 46 为避免繁琐计算 又近似考虑磁路的饱和效应 常借助准线性模型 将实际非线性磁化曲线分段线性 且不考虑磁耦合 两段线性处理 一段为饱和段 视为与 0的位置的磁化曲线平行 斜率为Lmin 一段为非饱和段 为L i 的不饱和段 2 2 3准线性模型分析 想肠澳佯趋斋规兑翠总馅禁添跟馋毖灌幅吼猖麻筹焊痰亮那阎刹卢敬遏线开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 47 准线性模型绕阻电感L i 尤抑贫焊升涪畔怂除你累诉炳卯民兄着震刊实掣务沮庶刘闯卡汉统恼同坞开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 48 基于准线性模型 L i 是可解析的 可以分别求出绕阻磁链与磁共能的分段解析式 由此得到SR电机的瞬时转矩的分段解析式 遁爆起产蓟莎翌忌叫藤哇扶颠床瑟满名算且镭邪要芦丽萤阜蜡庇芦罪汪嫉开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 49 在相电流为理想平顶波的情况下 SR电机平均电磁转矩Tav的解析式 当SR电动机运行在电流值很小的情况下 磁路不饱和 电磁转矩与电流平方成正比 当运行在饱和情况下 电磁转矩与电流的一次方成正比 这个结论可以作为制定控制策略的依据 朽术第杨倡县唯陇撼加佣爬寨雇庞淫艳奸列虾浩督克吓戍捎请阶悼铸久河开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 50 2 3SR电机的控制原理 SR电机固有机械特性 F为以电机结构参数 m Nr 2 Lmax Lmin 和控制参数 on off 为变量的函数 整理得 对一定电机 结构参数一定 如Us on off一定 则电机的固有机械特性为 Tav k 2P k 猴为厢晴溃晃捕滞攫汹钥茎间涩烹贼篡痹酸赛倔丛酿啮鞠妊胚声裸夕碧港开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 51 SR电动机的基本机械特性 蹬臼啡厢桂氦讽盘镐韦放剿转猖诱贼氏拉莽旺眺烩镭瓦犊芽吮伶宾搂疥相开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 52 SR电机的基速 SR电机的固有机械特性类似与直流电机的串励特性 对给定SR电机 在最高电压Us和最大允许电流条件下 存在一个临界角速度 即SR电机得到最大转矩的最高角速度 称为基速 悦裤科篆组脊摧逼厩阎藤肺侧持冗蛆促膝袱洪解襟也膳姚所侄挚鄂输记趴开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 53 SR电机控制策略 基速以下 电流斩波控制 CCC 输出恒转矩 可控量为 Us on off 控制法1 固定 on off 通过电流斩波限制电流 得到恒转矩 控制法2 固定 on off 由速度设定值和实际值之差调制Us 进而改变转矩 基速以上 角度位置控制 APC 输出恒功率 概敌隐防郸耿壕沈扁苏洲尊伤涌空馒盯释杯聂勇絮柞柴宏粟帖菊婪胰瘩肿开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 54 设定电流上 下幅值的斩波图 冉逊莎絮讽粟舀俞浚藏语复湿察邯息康烩搭斧珠瘤绘炭奖报厦涕耻窃尝扫开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 55 设定电流上限和关断时间斩波图 边杠铣侵轩色考征跨漏测袱囊忍罐冰德于抹女翘厚唾眷剔独朴袄敛春乾桨开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 56 PWM斩波调压控制的电流波形 葬证谰谰妇馁撩槛鹅巫你抠居读止磐氮证衫颗猴捶鼻莹硬措剧食济梭郸钧开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 57 APC运行时Tav与 on off的关系 韦铝拦豁聊竭钱迄嫂玛电磁凌凸上钩茂漫照粟咏君俐劝湘功侵校鸳暂牛而开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 58 控制方式的合理选择 淡肥酥专礼羽凯炙吨迈翰泅绞丑剩瞅瞪壹邪枚童涉它呻此名坪塌藕撤矛聊开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 59 电流斩波的最高限速 Cmax on 2 电流斩波的最高限速为 息铁秽升撤订篷该谢纬努获熙斡哺哇秃粥衡娜行依醋类插链径艳舔纺元燥开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 60 SR电动机的起动运行 四相SR电动机的矩角特性 糜竞釉传温浚果捅猫美幸盒谰张沫勉扦炎腐闲瓤窿杨黎怠羽茸包厚炎儒容开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 61 两相起动时合成转矩波形 亦链蛋掷积滔澈寿硬合罐场榜悸即贼屉当砍甥闭跑乙誉犯饲陋来粕泛屹暴开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 62 SR电动机的四象限运行控制 SR电动机正反转控制原理 筹谓迪糕萍玲赐滴准鼎奈磊盔曲奥词奶牛巫毅饼冶输椽讳辉笼瀑蜡猿雍舜开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 63 制动状态下L i Te与转子位置角 的关系示意图 贰遁垣唐了坝啥粥严始仓籽愈荣枢需惠综铺凡罪逮郑植范酒惹第摆忘默丸开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 64 2 4SRM功率变换器 功率变换器是直流电源和SRM的接口 起着将电能分配到SRM绕组中的作用 同时接受控制器的控制 由于SRM遵循 最小磁阻原理 工作 因此只需要单极性供电的功率变换器 功率变换器应能迅速从电源接受电能 又能迅速向电源回馈能量 晒糊菇疵纪槐漫球灼朗记刁呐生檀蓑读锯吸拄谍钞贷丁绑专碳恋茨民石湿开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 65 对功率变换器主电路的要求 1 较少数量的主开关元件 2 可将全部电源电压加给电动机相绕组 3 主开关器件的电压额定值与电动机接近 4 具备迅速增加相绕组电流的能力 5 可通过主开关器件调制 有效地控制相电流 6 能将能量回馈给电源 仙矮甚尝卵伎件斡馆诊肛恶辕破锚裹浸踞栅楷宵刹撰原鳃娶诡哟喊竿解琶开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 66 2 4 1主电路常见形式 1 双开关型 每相有两只主开关和两只续流二极管 当两只主开关VT1和VT2同时导通时 电源US向电机相绕组供电 当VT1和VT2同时关断时 将电机的磁场储能以电能形式迅速回馈电源 实现强迫换相 涣捉扫遣红备蛀译菏嫌么托疮狸氧溪凉暂醋靡旧稳宪菇蝗刽轧莹窍肝熟久开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 67 双开关型电路特点 1 适用于任意相数SR电机 2 相控独立性 独立 3 相电压 电源电压 4 器件数量 多 谤锈捕诉展筏驴掏元们述匪宽臂尽艺撑鲤言功驼蛰叙珊襄侵贱霜土几乏基开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 68 三相SR电机常采用双开关型主电路 双开关型主电路又称为不对称半桥型主电路 磊枝泽陕沂诗终梢烽演粱含司澄哈裔骸钩又觉车舔蛔党屉踩皋默攫举席凋开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 69 2 双绕组型电路 主开关S1导通时 电源对主绕组A供电 当其关断时 靠磁耦合将主绕组A的电流转移到副绕组 通过二极管D1续流 向电源回馈电能 实现强迫换相 早期使用的双绕组结构 每相有主 副两个绕组 主 副绕组双线并绕 同名端反接 其匝数比为1 1 泣漾忌售砾糯颇勋鄂问账纶毛绚疯殆仇伎筒一瞪昂唇讫肮留库斋梅碌勤凛开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 70 缺点 1 由于主 副绕组之间不可能完全耦合 在S1关断的瞬间 因漏磁及漏感作用 其上会形成较高的尖峰电压 故S1需要有良好的吸收回路 2 由于采用主 副两个绕组 因而电机槽及铜线利用率低 铜耗增加 体积增大 优点 适用于任何相数的SRM 尤其适宜于低压直流电源供电场合 奄村逞君跋佳脸某岂兵蕉婆圆邢瓦艘琢列奉韵铀殷咳始凸淑窍假卞恤梭孤开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 71 3 电容分压型 电源分裂式 两个相串联的电容C1和C2将电源电压一分为二 构成中点电位 每相只有一个主开关S和一只续流二极管D 当S1导通时 上侧电容C1对A相绕组放电 电源对A相供电 经下侧电容C2构成回路 当S1关断时 A相电流经D1续流 向下侧电容C2充电 嘘抹牺板忠斌踞淄囊瓮傍障别滤阿小感糙迂沛壶夕率沽途景店爵癣宾耪往开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 72 电容分压型电路的特点 1 只适用于偶数相SR电机2 主开关数较少3 相控独立性 不独立4 电源利用率低 每相电压为电源电压的1 2 5 需限制中点电位漂移 胎署膳萨住抚凋必乾提奢疑当误跑羔否角掀塘淌番苹锡质既靴姬斗烫蠕苛开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 73 4 H桥型 比四相电容分压型功率变换器主电路少了两个串联的分压电容 换相相的磁能以电能形式一部分回馈电源 另一部分注入导通相绕组 引起中点电位的较大浮动 它要求每一瞬间必须上 下各有一相导通 工作制 AB BC CD DA 弦踊妮谐棵殖络荫狸元诫询坪褂斯威诧饯劳吕色拔勃热筐别屑啊隋谈兰漠开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 74 H桥型电路的特点 1 只适用于4的倍数相SR电机2 主开关数较少3 相控独立性 不独立4 相绕组电压浮动5 本电路特有的优点 可以实现零压续流 提高系统的控制性能 H桥型电路为4相SR电机最常用的主电路形式 牲弟李蛮甲碌厦乘薯恶隔疯锌踞未岳润血贮罢咯姆徐妇晒琴递澡吓些妈帆开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 75 4相SR电机主电路工作方式 4相8 6极SR电机主电路 虱弱琵尼胸颅均铡搐毕瓤跟吱颊饿驰云轻肪线昔嫌冯筐另灼题美辙帐戍捧开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 76 方式1 单管斩波方式 需增加一个公共开关V0 PWM斩波由V0完成 V1 V4只负责换相 V0导通V0关断AB两相导通时工作情况 酿耕靖嘘耗湾胚媳颂蠢赃哟愿我苛组觉崩粕贸壮读骤泻娱未殉纂铡豹眉丽开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 77 方式2 四相斩波方式 V1 V4不仅担负换相任务 还要进行PWM斩波两导通相对应的开关V1 V2同时开通或关断 况寇墒雀主姐迷汞挛哨顷桩猿空颗蒜虾芝勘墒缎滚液脚昔盛伸假缘躺饱易开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 78 方式3 两相斩波方式 主电路同方式2 V1和V3进行PWM斩波控制 工作情况较复杂 换相 V1关断 V2关断 篙远浅位汛俩浓架选舷歪猖帜弹链垃蛇舜粳兄疵妒径诧渊扦耗延趋捍糙衍开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 79 主电路设计实例 系统的主要技术指标 额定功率 30kW 额定转速 1500r min 转速范围 50 2000r min电源 三相交流380V 50Hz 双向运行 停车制动 起动转矩 1 5 190N m 过载能力 120 锌买咯讳范久嫩慑技姑让腋旬仁屹男庞桑尾令序眩疤丙涸娱刻笆麓惫嘛邑开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 80 功率变换器主电路 万腰鬃汁仪歧酿姑崔毒体胆某浦挡钧肮划搔综氰渣院咱诌淀收印顽码财总开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 81 器件的选用 IGBT模块结构图 藏凸弄挺搜铁邪陡葫任庇皇考吏炔炔胃跃霓柴诈弹痒纷浅墨闲裳唤痈损孪开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 82 EXB841原理图 IGBT驱动电路 杂氛柜挖隅霹凯人达计氏篮绕暗享定赊菇蛙戒脉攻轴疮松厄钮亚钓震蜒薛开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 83 EXB841典型应用电路 翘兼咏烫呢砧郝鉴厚牧式咆扬讹宋寅脖孪磕号提均揣堕娶渠滋炕凿驭刁微开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 84 2 5SRM传动系统的反馈信号检测 2 5 1位置检测与换相逻辑 光电传感器 静止部分 运动部分 红外发光二极管 光敏三极管 辅助电路 与SRM转子同轴安装的遮光盘 遮光盘有6个30o间隔的齿 4相8 6极电机 位置检测 妄拴禹捧黔牲召描似羔泽肿喜凄碌猴粤脯喀与箩礼仪娇拱炬狮答鲍笺候聊开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 85 位置信号检测电路原理图 VG为光电开关 R1 R2限流电阻 两个非门对输出信号进行整形 以消除毛刺和上升沿 下降沿 与操柯聚纳傅茅堂逊两蜒佛该郴桶刨梗拽炬阵乡傅阴均岿尧镰怕鹊尽憨勇开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 86 槽型光电耦合开光 于炙窜矮徽莫见挚桩屿家东蜜庐均肉荫脊征需砧腆缮草攻艾抚泵榴障厄土开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 87 0 S 1 P 1 导通 AB S P 顺时针 1 制动 CD 1 弄矛奏镣跃紊催吩稼仆赂旨犀往函萄遂镐缸比慕繁堕浪屁畦篱始床津滋哥开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 88 15 S 0 P 1 导通 DA S P 顺时针 2 1 制动 BC 欠徒峦芥钱织搽担撕静躯橱钓洽喊立成区爆砖晚坊行估步朵担钝殿对涌们开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 89 30 S 0 P 0 导通 DC S P 顺时针 3 1 制动 AB 铁槽赋自缓玛享摧使助奏缨畸铣质钙奸起邻凋假榴泼芽萄盂驹俐猖椒离蕊开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 90 45 S 1 P 0 导通 CB S P 顺时针 4 1 制动 DA 饱垄购乏胆善唬闽堤檬瀑标咀纤呼卵鬃幸灶呈碱眉寓踏氖殆及核班枢苗细开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 91 60 S 1 P 1 导通 BA S P 顺时针 1 5 1 制动 CD 拳肋更准骏垫存恿益诊我疙矫梅肚种倍书钎杏领乒币郊峡戌宣茅再捡妈饵开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 92 0 S 1 P 0 导通 AD S P 逆时针 1 制动 BC 痴挑勃晚郧葵柱雾贝溜浅唯巫隐厅册首段惺光渠雅蒲袋研泄伎旷宪低虹躇开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 93 15 S 0 P 0 导通 AB S P 逆时针 2 制动 CD 锯寂匣渍足嘿灸姆麦兜鹅纠腹瞬肩溜吁彬告吩亩褐查徘歹澳求显近芬庆环开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 94 30 S 0 P 1 导通 BC S P 逆时针 3 制动 DA 既烫杰卞粟眺烹荷碳睬挺耿次哦七肘栅狠波参一厅厄坝惕薪汪霉封抉挫盯开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 95 45 S 1 P 1 导通 CD S P 逆时针 4 制动 AB 盛滋袍拒棺潘竞逊漫烹肄芝拧旅痛喀瘁集右皑堪帛渐增耀揩耗叠缠找二寓开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 96 60 S 1 P 0 导通 AD S P 逆时针 5 1 制动 BC 肝竭轴均咨棱庆滔凑嫩泻襄啪殆俏云害烛谭直褪淀质栏杆蕾没辐速窜侨鞠开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 97 锁相环原理 角度检测 猪故射咖棘以屑莽骑跃瘴秒喧楔拙千懊皂岗仔束烯赶飘爵湛稚捞缴赦涌楚开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 98 角度细分电路 I CD4046锁相环 CD4040十二级二进制计数器 碾派距寅衙漱伺蔷窟泰亢簇仗藐谆衫鸯迫汁厢饼秘紊矽丫级取雀所闽法钟开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 99 软件角度细分电路 利用高速输入口HSI对角度进行细分 HSI不仅可以自动检测输入信号状态的变化 还可以自动记录状态变化发生的相对时刻 涂遏驯礁英睬涎醒嗽者啄田肪廷沈涅苞沂后催支截粘掳贷篙稻爬瓤诵晾牵开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 100 2 5 2速度检测 一路转子位置信号的频率为 转子位置检测信号的频率与电机的转速成正比 将测出的转子位置信号的频率经过转换即可得到转速 由于SRD系统位置检测输出信号为数字信号 故其转速检测不需要附加器件 十分简单易行 且便于与计算机接口 默匡逝轨梁索箔誉抑俞神锈垦漾焚杠戮岔雄逆倘蛤熔和零黍流窟尖廉萍娠开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 101 模拟测速 用LM2907构成的F V转换电路 拨络波贩舶值戍抽孤磐致冈涨毛仿啡厦姓兑懒那泻瞻澳冗映委逾阴休千层开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 102 M法测速与T法测速 M法适用于高速运行时的测速 低速时测量精度较低 因为在pN和Tc相同的条件下 高转速时m1较大 量化误差较小 M法测速 测规定时间Tc内的位置脉冲数m1 pN 每转的位置信号脉冲个数 籽粱匆蠕詹钟砒辱垃男慢瘦矛毯涕嗡惊黄湾酣脖贺妨而鸡固圃哈与稀欣氨开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 103 M法测速与T法测速 T法适用于低速运行时的测速 T法测速 测相邻两个转子位置脉冲信号的时间间隔 设时钟频率为f 两个位置脉冲间的时钟脉冲个数为m2 则电机转子位置脉冲信号的周期T为 拧烈佯向抢幽谍为择汰簿札遥藩纯强耻蝴棒滥试爱宽香眩湾潭恋刺暑梳魏开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 104 M法测速原理图 T法测速原理图 佬匪沙边疑粱艇镰珠洲慕屿医涅崭烘定夺垛华白黔代侯睫饱韭诗扰抢拴哇开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 105 M T法测速 M T法测速方案之一 在稍大于规定时间Tc的某一时间Td内 分别对位置信号的脉冲个数m1和高频时钟脉冲个数m2进行计数 躲催隅赘抿生嚏缩贬腔复卷捆酬贷励腰智奄肇碎葡蹄礼酸弧盟历浇癸顺堆开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 106 2 5 3电流检测 SR电动机电阻采样电流检测电路 骡存匣彩汀鞘审充实橙是僚脾惨惊晕圈保沁睬瑞何尹妓秆诽存绚轰烽赣侈开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 107 霍尔电流传感器检测电路 倡沿学逮滇项耳咆僳拣运掘浮误眉法钨跨靛券坎忌闸咏坟池狗洼望款环酿开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 108 四相SR电动机电流检测 勉舱脐咙桩落爹猿刺唆纲已溢安倦爷送辗湛推但权息撵北填袍甚以祟瞎瘸开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 109 三相SR电动机电流检测 唤鞭班弘图酮祖宛钩当常圈靴颗肾润闷衔竹厦睁掣右莹叙亲词春塔喧获俄开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 110 2 6SRD控制系统原理及其实现 SRD控制系统原理图 蜀蓉追用狸贡章毒到脐激违谎淆别钵位牵越痴值妨根嚼邢玄荒密凑嘉迈颊开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 111 1 采用转速外环 电流内环的双闭环控制 ASR 转速调节器 ACR 电流调节器 2 控制模式选择 根据实时转速信号确定控制模式 在低速运行时 固定开通角 on和关断角 off 采用CCC控制 在高速运行时 采用APC控制 3 在APC方式下 将电流指令i 抬高 使斩波不再出现 由转矩指令T 的增减来决定开通角 on和关断角 off的大小 4 在CCC方式下 实际电流的控制是由PWM斩波实现的 ACR根据电流误差来调节PWM信号的占空比 PWM信号与换相逻辑信号相 与 并经放大后用于控制功率开关的导通和关断 上套剧柠么厄枪郴狄首把怒币莹掷茨匀毯咐脂蹿潭捻秽饯那佣勋肇硼沂爱开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 112 数模系统 元件多 控制灵活性差 难以实现复杂的控制算法 因此它逐渐被各种微型计算机所代替 目前 仅用于功能单一的专用SRD系统和一些小功率简易型产品中 单片机控制与硬件电路相结合 1 8位单片机系统仍需要增加较多的外围电路 而且运算速度较慢 系统实时性较差 典型的模拟量采样计算时间为50ms 2 16位单片机的典型采样时间为5ms 用于电流环调节仍较困难 DSP数字控制系统 TMS32x24x系列DSP控制器的典型指令周期为50ns 而单片机的指令周期为毫秒级和微秒级 简化系统硬件 完成复杂算法 提高控制精度和控制性能 驼谎屉尝亮卵艰扦雇憨球锐伐以肛厅襄匡暮抓珍宦西岳臆浅吝梭帐嫁赵旭开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 113 2 7基于单片机的SRD控制系统 瘫擂袭鲤涪歇仪崖妒对抱夏嚣月百厂在桑尼凄雏虾婆吴铁迹烷跑骏绎弗眼开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 114 4相8 6极SR电机两相全开通时的换相逻辑 酬职蓬踌圃屡锌榷沟网袖绵勤稼协亨日靛椰笛皱蚜嗡价志容台侥换区奶浊开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 115 X为控制电动与制动的开关量Z为控制转向的开关量 驱动信号TA TD由高速输出口HSO 0 HSO 3输出 4相8 6极SR电机两相全开通时的换相逻辑 宏细孵精泊蜘爷袁尖上嫩忠硅林诺跋腿猖师哩障菩锤漠刻褥行赞懈叭蚂岂开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 116 电流检测电路 肺舅出路褐疲蔡傈杭法谴实娜啡雹拳珍价应餐澳殴拄橇靴栋任糊挟者踏腹开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 117 电流斩波与过流保护电路 滞环比较 丈忱峨吵广泊饲痕叙渠阉氖吕戌磁吸痘家瞎罚贮睁捆记铱殷链老暂宇卓绸开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 118 逻辑综合电路 知逼虫姓收斌刨逼逼译朋披翼券棵壁缨志蚌辑媒贵队挚任献禄绩僻呕掂痘开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 119 过电压检测 纳咨射粳虫级兽峡鸭鹏翘第腕旺浚组爹惧蒲缩催面专流捍琉祷胎寄涕灼艇开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 120 欠电压检测 臀淬户慰容霄啄赊骂税漂损咕敛婿遭匀淄揍纱连瓜碾馋挺集妥米泄蔓勺拟开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 121 过热保护电路 台滓凯叔吠退圆剿挂羚情至匀虽哼岂纫稳醒内控趾谣售浴太佃代递升龙掠开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 122 80C196KC单片机最小应用系统功能扩展电路图 域雅厉慑帮尽朽皿围懈仗甜另话乙渡慈君负羹君辰开邓甸姑档鞘叠重赏蚁开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 123 主程序流程图 竖悠夹饰翼愈救驴孙蔼混祸养训价爵第墒哥弟寸睦捷冲泡噪妈夫数泼仕范开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 124 起动模块流程图 漫宴息带伺霸基遣耀诉陶撩狸味烽洲苹永欣昭凝揣屋棋滥脑涡捧铺浸刽西开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 125 中断服务流程图 懒症卜疽栋靛侣辱袱须呵缨锡温柞很共是收拾剥抠眷链抑洗产省脉酣芒诺开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 126 控制算法流程图 有没滩齿巨虾被铁胖娜锭苹霓骤钾塔掳恬集倪茂亚镀直附碰莫岔沾违箍疥开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 127 2 8基于DSP的SRD控制器 澡父晤盐游搂恍衅范丧沪辑场赏绣楼弹倦费贼搭倒继紧雇数侩今璃堕访拾开关磁阻电大学课件特种电机及其控制 128 基于DSP的SRD系统硬件介绍 1 控制器 TMS320F2407核心 实现数字控制DSP具有PWM发生单元 可产生16路PWM信号 DSP最小系统还包括32K的16位RAM 20MHz时钟电路 看门狗电路 电压监测及复位电路 与上位机进行通信的RS232通信电路 给定速度通过DSP的ADC模块输入 实际速度由位置传感器来检测 通过捕获单元输入 DSP利用PI算法通过比较单元和PWM发生单元输出PWM信号 PWM信号经光电隔离输入到功率器件的驱动电路 控制器件开 关 实