基于單片機(jī)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是磁阻電動(dòng)機(jī)與電子開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)控制器組成的控制裝置，又稱開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(Switched Reluctance Motor drive,簡(jiǎn)稱SRD)。電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，運(yùn)行可靠，系統(tǒng)具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩高、啟動(dòng)電流低、調(diào)速范圍寬、運(yùn)行效率高，特別適用于頻繁啟停及正反轉(zhuǎn)運(yùn)行，使得SRD成為交，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)者。目前，SRD已用于多個(gè)領(lǐng)域，如：電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)、家用電器、伺服與調(diào)速系統(tǒng)等許多領(lǐng)域。

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)以80C196單片機(jī)為控制核心的SRD的控制系統(tǒng)，充分利用了SRD電機(jī)控制方式靈活的特點(diǎn)，采用數(shù)字化控制系統(tǒng)對(duì)SR電機(jī)進(jìn)行控制，簡(jiǎn)化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的可靠性。

2 SR電機(jī)工作原理

SR電機(jī)運(yùn)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(chǎng)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(dòng)到最小磁阻位置時(shí)，必使自己的主軸線與磁場(chǎng)的軸線重合。典型的SR電機(jī)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

具體過(guò)程如下：當(dāng)A相繞組電流控制開(kāi)關(guān)S1，S2閉合時(shí)，A相勵(lì)磁，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(huà)出)，則轉(zhuǎn)子便按逆時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。反之，依次給B-A-D-C相繞組通電，則轉(zhuǎn)子會(huì)按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。

圖1 SR電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖

由于是磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩，SR電機(jī)的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無(wú)關(guān)，僅取決于相繞組的通電順序，這使得能夠簡(jiǎn)化功率變化器電路，當(dāng)S1或S2閉合時(shí)，A相繞組從電源上吸收電能，而S1或S2斷開(kāi)時(shí)，繞組電流通過(guò)二極管VD1、VD2將剩余能量回饋給電源，因此SR電機(jī)具有能量回饋的特點(diǎn)，系統(tǒng)效率高。

2 SRD系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)基本組成

SRD系統(tǒng)主要由四部分組成：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、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(dòng)機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，采用雙凸極結(jié)構(gòu)的磁阻的電機(jī)、功率變換器向SR電動(dòng)機(jī)提供運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的能量，位置檢測(cè)器是轉(zhuǎn)子位置及速度等信號(hào)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(hào)及電流傳感器、位置傳感器的反饋信號(hào)，從而控制功率變換器中主開(kāi)關(guān)器件的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)SR電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的最終控制。