基于單片機的開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計
1 引言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/170752.htm開關(guān)磁阻電動機是磁阻電動機與電子開關(guān)驅(qū)動控制器組成的控制裝置,又稱開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)(Switched Reluctance Motor drive,簡稱SRD)。電機結(jié)構(gòu)簡單堅固,運行可靠,系統(tǒng)具有啟動轉(zhuǎn)矩高、啟動電流低、調(diào)速范圍寬、運行效率高,特別適用于頻繁啟停及正反轉(zhuǎn)運行,使得SRD成為交,直流電機驅(qū)動系統(tǒng)以及無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的強有力競爭者。目前,SRD已用于多個領(lǐng)域,如:電動車驅(qū)動、家用電器、伺服與調(diào)速系統(tǒng)等許多領(lǐng)域。
本文設(shè)計了一個以80C196單片機為控制核心的SRD的控制系統(tǒng),充分利用了SRD電機控制方式靈活的特點,采用數(shù)字化控制系統(tǒng)對SR電機進行控制,簡化了硬件電路,提高了系統(tǒng)的可靠性。
2 SR電機工作原理
SR電機運行原理遵循磁阻最小原理——磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合,因磁場扭曲而產(chǎn)生切向的磁拉力,當(dāng)具有一定形狀的鐵心在移動到最小磁阻位置時,必使自己的主軸線與磁場的軸線重合。典型的SR電機結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。
具體過程如下:當(dāng)A相繞組電流控制開關(guān)S1,S2閉合時,A相勵磁,所產(chǎn)生的磁場力使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子軸線與定子軸線重合的位置,從而產(chǎn)生磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。順序給A-B-C-D相繞組通電(B、C、D各相繞組在圖中未畫出),則轉(zhuǎn)子便按逆時針方向連續(xù)轉(zhuǎn)動起來。反之,依次給B-A-D-C相繞組通電,則轉(zhuǎn)子會按順時針方向轉(zhuǎn)動。
圖1 SR電機結(jié)構(gòu)原理圖
由于是磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩,SR電機的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無關(guān),僅取決于相繞組的通電順序,這使得能夠簡化功率變化器電路,當(dāng)S1或S2閉合時,A相繞組從電源上吸收電能,而S1或S2斷開時,繞組電流通過二極管VD1、VD2將剩余能量回饋給電源,因此SR電機具有能量回饋的特點,系統(tǒng)效率高。
2 SRD系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1系統(tǒng)基本組成
SRD系統(tǒng)主要由四部分組成:開關(guān)磁阻電機、功率變換器、控制器及傳感器。它們之間的關(guān)系如圖2所示。
圖2 SRD基本組成結(jié)構(gòu)圖
SR電動機是整個系統(tǒng)的執(zhí)行部件,采用雙凸極結(jié)構(gòu)的磁阻的電機、功率變換器向SR電動機提供運轉(zhuǎn)所需要的能量,位置檢測器是轉(zhuǎn)子位置及速度等信號的提供者,控制器是系統(tǒng)的中樞,它綜合處理速度指令、速度反饋信號及電流傳感器、位置傳感器的反饋信號,從而控制功率變換器中主開關(guān)器件的工作狀態(tài),實現(xiàn)對SR電動機運行狀態(tài)的最終控制。
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