第2章SRD(二版)

1、特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制2.1 SRM 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)2.2 SRM 基本方程與性能分析基本方程與性能分析2.3 SRD的的 控制原理控制原理2.4 SRD 的功率變換器的功率變換器2.5 SRD 傳動(dòng)系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)傳動(dòng)系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)2.6 基于基于DSP的的SRD控制系統(tǒng)硬件控制系統(tǒng)硬件2.7 基于基于DSP的的SRD控制系統(tǒng)軟件控制系統(tǒng)軟件2.8 SRM電磁計(jì)算電磁計(jì)算2.9 開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 位位置置檢檢測(cè)測(cè) 功功率率變變換換器器 SR電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī) 電電流流檢檢測(cè)測(cè) 控控制制信信號(hào)號(hào) 控控制制器器 電電 源源 負(fù)負(fù) 載載 特種電機(jī)及其

2、控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制1、雙凸極結(jié)、雙凸極結(jié)構(gòu)構(gòu)2、定子集中、定子集中繞組，單方繞組，單方向通電向通電 3、轉(zhuǎn)子無(wú)繞、轉(zhuǎn)子無(wú)繞組組特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制磁通總要沿著磁阻最小路徑閉合，一定形狀的鐵心磁通總要沿著磁阻最小路徑閉合，一定形狀的鐵心在移動(dòng)到最小磁阻位置時(shí)，必定使自己的軸線(xiàn)與主在移動(dòng)到最小磁阻位置時(shí)，必定使自己的軸線(xiàn)與主磁場(chǎng)的軸線(xiàn)重合磁場(chǎng)的軸線(xiàn)重合特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制)22kNNkmNsrs1 1、為了避免單邊磁拉力，徑向必須對(duì)稱(chēng)，所以、為了

3、避免單邊磁拉力，徑向必須對(duì)稱(chēng)，所以雙凸極的雙凸極的定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)應(yīng)為偶數(shù)。定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)應(yīng)為偶數(shù)。2 2、定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)不相等，但應(yīng)盡量接近。、定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)不相等，但應(yīng)盡量接近。因?yàn)楫?dāng)定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)相近時(shí)，就可能加大定因?yàn)楫?dāng)定子和轉(zhuǎn)子齒槽數(shù)相近時(shí)，就可能加大定子相繞組電感隨轉(zhuǎn)角的平均變化率，這是提高電子相繞組電感隨轉(zhuǎn)角的平均變化率，這是提高電機(jī)出力的重要因素。機(jī)出力的重要因素。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 相數(shù)相數(shù) 3 4 5 6 7 8 9定子極數(shù)定子極數(shù) 6 8 10 12 14 16 18轉(zhuǎn)子極數(shù)轉(zhuǎn)子極數(shù) 4 6 8 10 12 14 16

4、步進(jìn)角步進(jìn)角(度度) 30 15 9 6 4.28 3.21 2.5 SR電機(jī)常用方案電機(jī)常用方案相數(shù)越大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越小，但成本越高，故常相數(shù)越大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越小，但成本越高，故常用三相、四相，還有人在研究?jī)上?、單相用三相、四相，還有人在研究?jī)上唷蜗郤RM低于三相的低于三相的SRM 沒(méi)有自起動(dòng)能力沒(méi)有自起動(dòng)能力特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 PM PM 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制常規(guī)兩相SR 電動(dòng)機(jī) 定子磁極偏移的兩相SR 電動(dòng)機(jī) 在定、轉(zhuǎn)子磁極中心線(xiàn)對(duì)齊位置在定、轉(zhuǎn)子磁極中心線(xiàn)對(duì)齊位置(對(duì)對(duì)齊位置齊位置)和定子極中心與轉(zhuǎn)子槽中心和定子極中心與轉(zhuǎn)子槽中心對(duì)齊位置對(duì)齊位置(不對(duì)齊位置不對(duì)

5、齊位置)也不具備自也不具備自起動(dòng)能力，而且還存在較大的轉(zhuǎn)矩起動(dòng)能力，而且還存在較大的轉(zhuǎn)矩“死區(qū)死區(qū)”為了可靠地自起動(dòng)，兩相為了可靠地自起動(dòng)，兩相SR 電動(dòng)電動(dòng)機(jī)可采用不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)或不對(duì)機(jī)可采用不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)或不對(duì)稱(chēng)定子結(jié)構(gòu)。稱(chēng)定子結(jié)構(gòu)。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制轉(zhuǎn)子不對(duì)稱(chēng)兩相轉(zhuǎn)子不對(duì)稱(chēng)兩相SR電機(jī)電機(jī)特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制常見(jiàn)三相和四相常見(jiàn)三相和四相SR電機(jī)電機(jī)特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制1)1)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、適用于高速電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、適用于高速, , 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比通常認(rèn)為最簡(jiǎn)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比通常認(rèn)為最簡(jiǎn)單的鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還要簡(jiǎn)單。單的

6、鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還要簡(jiǎn)單。2)2)功率電路簡(jiǎn)單可靠功率電路簡(jiǎn)單可靠 因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方向因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方向與繞組電流方向無(wú)關(guān)，即只需單方向繞與繞組電流方向無(wú)關(guān)，即只需單方向繞組電流，故功率電路可以做到每相一個(gè)組電流，故功率電路可以做到每相一個(gè)功率開(kāi)關(guān)。功率開(kāi)關(guān)。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制3)3)各相獨(dú)立工作，可構(gòu)成極高可靠性系統(tǒng)各相獨(dú)立工作，可構(gòu)成極高可靠性系統(tǒng) 從從電動(dòng)機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)上看，各相繞組和磁路相電動(dòng)機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)上看，各相繞組和磁路相互獨(dú)立，各自在一定軸角范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)互獨(dú)立，各自在一定軸角范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。而不像在一般電動(dòng)機(jī)中必須在各相繞組矩。而不像在一般電動(dòng)機(jī)中必須在各相繞

7、組和磁路共同作用下產(chǎn)生一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，和磁路共同作用下產(chǎn)生一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。4)4)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低起動(dòng)電流高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低起動(dòng)電流 控制器從電源側(cè)控制器從電源側(cè)吸收較少的電流，在電機(jī)側(cè)得到較大的起動(dòng)吸收較少的電流，在電機(jī)側(cè)得到較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是本系統(tǒng)的一大特點(diǎn)。轉(zhuǎn)矩是本系統(tǒng)的一大特點(diǎn)。 （SR:0.4IN,1.4TN IM:6-7IN,2-3TN）特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制5)5)適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)運(yùn)行適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)運(yùn)行 SRDSRD系統(tǒng)具有的高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低起動(dòng)電流系統(tǒng)具有的高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，低起動(dòng)電流的特點(diǎn)，使之在起動(dòng)過(guò)程中電流沖擊的特點(diǎn)

8、，使之在起動(dòng)過(guò)程中電流沖擊小，電動(dòng)機(jī)和控制器發(fā)熱較連續(xù)額定小，電動(dòng)機(jī)和控制器發(fā)熱較連續(xù)額定運(yùn)行時(shí)還小。運(yùn)行時(shí)還小。6)6)可控參數(shù)多，調(diào)速性能好可控參數(shù)多，調(diào)速性能好 控制開(kāi)關(guān)控制開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)行參數(shù)和常用方磁阻電動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)行參數(shù)和常用方法至少有四種法至少有四種: :相開(kāi)通角相開(kāi)通角, ,相關(guān)斷角相關(guān)斷角, , 相電流幅值相電流幅值, ,相繞組電壓。相繞組電壓。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制7)7)效率高，損耗小效率高，損耗小 SRDSRD系統(tǒng)是一種系統(tǒng)是一種非常高效的調(diào)速系統(tǒng)。非常高效的調(diào)速系統(tǒng)。8)8)可通過(guò)機(jī)和電的統(tǒng)一協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)滿(mǎn)可通過(guò)機(jī)和電的統(tǒng)一協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足各種特殊使用要求足

9、各種特殊使用要求 。9)9)缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、振動(dòng)、噪聲，缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、振動(dòng)、噪聲， 但可通過(guò)特殊設(shè)計(jì)克服但可通過(guò)特殊設(shè)計(jì)克服特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制航空工業(yè)航空工業(yè) ：F-16戰(zhàn)斗機(jī)，戰(zhàn)斗機(jī)，SR起動(dòng)起動(dòng)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，技發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，技術(shù)指標(biāo)為：術(shù)指標(biāo)為：013400r/min 恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩177N m起動(dòng)，起動(dòng)，1340026000r/min恒電壓恒電壓270VDC、3 125kW發(fā)電，發(fā)電，系統(tǒng)效率為系統(tǒng)效率為90，功率，功率/重量比為重量比為2.5kW/kg。F-35工業(yè)節(jié)能：工業(yè)節(jié)能：SR電動(dòng)機(jī)良好的起動(dòng)性能使它特別適合于需電動(dòng)機(jī)良好的起動(dòng)性能使

10、它特別適合于需要起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、低速性能好、頻繁正反轉(zhuǎn)等場(chǎng)合，如在龍門(mén)刨要起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、低速性能好、頻繁正反轉(zhuǎn)等場(chǎng)合，如在龍門(mén)刨床、平網(wǎng)印花機(jī)、可逆軋機(jī)等應(yīng)用中都取得了良好的效果。同床、平網(wǎng)印花機(jī)、可逆軋機(jī)等應(yīng)用中都取得了良好的效果。同時(shí)，在采煤機(jī)械、油田抽油機(jī)等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景，特別時(shí)，在采煤機(jī)械、油田抽油機(jī)等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景，特別是應(yīng)用于抽油機(jī)替代異步電動(dòng)機(jī)，可取得是應(yīng)用于抽油機(jī)替代異步電動(dòng)機(jī)，可取得1030以上的節(jié)電以上的節(jié)電效果。效果。 電動(dòng)車(chē)電動(dòng)車(chē)電動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)的最佳選擇之一電動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)的最佳選擇之一 ，采用和大力發(fā)展該方采用和大力發(fā)展該方案的公司有奔馳公司、沃爾沃公司、菲壓特公司、通用

11、汽車(chē)公司等。案的公司有奔馳公司、沃爾沃公司、菲壓特公司、通用汽車(chē)公司等。如，在如，在2010 年年9 月的巴黎車(chē)展上，捷豹推出了使用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)和微月的巴黎車(chē)展上，捷豹推出了使用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)和微燃機(jī)技術(shù)的燃機(jī)技術(shù)的C-X75 插電增程式超跑概念車(chē)。插電增程式超跑概念車(chē)。 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制vSR電機(jī)設(shè)計(jì)研究：電機(jī)設(shè)計(jì)研究：鐵心損耗計(jì)算、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪聲、優(yōu)化設(shè)計(jì)等理論鐵心損耗計(jì)算、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪聲、優(yōu)化設(shè)計(jì)等理論vSR電機(jī)的控制策略研究電機(jī)的控制策略研究(DITC、TSF、ANN)最優(yōu)控制，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、降低噪聲最優(yōu)控制，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、降低噪聲具有較高動(dòng)態(tài)性能、算法簡(jiǎn)單、可抑制參數(shù)變

12、化、擾動(dòng)及具有較高動(dòng)態(tài)性能、算法簡(jiǎn)單、可抑制參數(shù)變化、擾動(dòng)及各種不確定性干擾的新型控制策略各種不確定性干擾的新型控制策略智能控制策略智能控制策略vSR電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制vSR電機(jī)的振動(dòng)、噪聲研究電機(jī)的振動(dòng)、噪聲研究v無(wú)軸承無(wú)軸承SR電機(jī)研究（磁懸?。╇姍C(jī)研究（磁懸浮）vSR電機(jī)應(yīng)用研究：電動(dòng)車(chē)、發(fā)電機(jī)、一體化電機(jī)等電機(jī)應(yīng)用研究：電動(dòng)車(chē)、發(fā)電機(jī)、一體化電機(jī)等特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 J轉(zhuǎn)子與負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)子與負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 K 粘性摩擦系數(shù)粘性摩擦系數(shù) TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Te K J TL R1 d 1/dtt1 u1 + - . . . Rm d m/d

13、t um + - 耦合磁場(chǎng)耦合磁場(chǎng) i1 im 不計(jì)磁滯、渦流及繞組間互感時(shí)，不計(jì)磁滯、渦流及繞組間互感時(shí)，m相相SR電電機(jī)系統(tǒng)示意圖機(jī)系統(tǒng)示意圖 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制第第k相繞組的相電壓平衡方程相繞組的相電壓平衡方程:dtdiRukkkk式中式中 uk第第k相繞組的端電壓；相繞組的端電壓；ik 第第k相繞組的電流；相繞組的電流；Rk第第k相繞組的電阻；相繞組的電阻； k第第k相繞組的磁鏈。相繞組的磁鏈。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制所以：所以：電阻壓降電阻壓降dtdLidtdiiLiLiRdtddtdiiiRUkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkiiL),(繞組電感繞組電

14、感特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制LeTdtdKdtdJT22特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制diiWi0m),(),(miWTediTmNTrNerav/20),(2-iWm特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 不計(jì)磁路飽和，假定繞組電感與電流無(wú)關(guān)，不計(jì)磁路飽和，假定繞組電感與電流無(wú)關(guān)，此時(shí)電感只與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)此時(shí)電感只與轉(zhuǎn)子位置有關(guān) 1 0 2 3 0 4 5 SR電機(jī)相電感隨轉(zhuǎn)子位置變化電機(jī)相電感隨轉(zhuǎn)子位置變化特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制stator = 1位置位置rotor轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置 1特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制stato

15、r =0o位置位置rotor定子磁極軸線(xiàn)與轉(zhuǎn)子凹槽中心重合定子磁極軸線(xiàn)與轉(zhuǎn)子凹槽中心重合 =0o特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制stator = 2位置位置rotor轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置 2特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制stator = 3位置位置轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置rotor 3特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制stator = 4位置位置rotor轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置 4特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制stator = 5位置位置rotor轉(zhuǎn)子凹槽

16、前沿與定子磁極前沿相遇位置轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置 5特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 1 0 2 3 0 4 5 =0 定子磁極軸線(xiàn)與轉(zhuǎn)子凹槽中心重合定子磁極軸線(xiàn)與轉(zhuǎn)子凹槽中心重合 1( 5) 轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置 2 轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置 3 轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置轉(zhuǎn)子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置 4 轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置轉(zhuǎn)子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制SR電機(jī)繞組電感的分段線(xiàn)性解析式：電機(jī)繞組電感的分段線(xiàn)性解析式：-544

17、max43max32min221min)()()(KLLLKLLK=(Lmax-Lmin)/(3-2)= (Lmax-Lmin)/sLmin為定子磁極軸線(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子凹槽中心時(shí)的電感為定子磁極軸線(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子凹槽中心時(shí)的電感, Lmax定子磁極軸線(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子磁極軸線(xiàn)的電感定子磁極軸線(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子磁極軸線(xiàn)的電感 。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制相電流解析分析相電流解析分析-zonzoffsoffonsUU,0uk特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制忽略電阻，相繞組電壓方程：忽略電阻，相繞組電壓方程：而：而： =L idtdUSdidLdidLUsLiLidtdtdtd相電流解析分析相電流解析分析sdidLULidtds

18、UdidLLidd特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制minsUdiLdmin( )sonUiL -特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制min2()sUCLKi-min2min2min2()()()()sUdidLdiLiLKiKddddidiLKKiKdddid K iLKdd-特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制min2()( )()sonUiLK-特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制min2(2)( )()soffonUiLK-max(2)( )soffonUiL-max4(2)( )()soffonUiLK-特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制12min2min23min234max45max4()()(

19、2)()()(2)(2)()sonsonoffsoffonoffsoffonsoffonULULKUiLKULULK-開(kāi)通角開(kāi)通角關(guān)關(guān)斷斷角角特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 on 2 :電感上升，使繞組電感上升，使繞組電流下降電流下降 off 3 : 在電感達(dá)最大之前，繞組在電感達(dá)最大之前，繞組關(guān)斷，繞組續(xù)流。關(guān)斷，繞組續(xù)流。 3 z 4)，繞組電流將產(chǎn)生制動(dòng)，繞組電流將產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此，主開(kāi)關(guān)的關(guān)斷不能太遲。但關(guān)斷過(guò)早轉(zhuǎn)矩，因此，主開(kāi)關(guān)的關(guān)斷不能太遲。但關(guān)斷過(guò)早也會(huì)由于電流有效值不夠而導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩減小，且在最也會(huì)由于電流有效值不夠而導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩減小，且在最大電感期間，繞組也不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，因此取關(guān)斷

20、角大電感期間，繞組也不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，因此取關(guān)斷角 off =( 2+ 3)/2，即電感上升區(qū)的中間位置，是比較好的，即電感上升區(qū)的中間位置，是比較好的選擇。選擇。 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制結(jié)構(gòu)一定，在結(jié)構(gòu)一定，在onon和和offoff不變時(shí)，不變時(shí)，繞組電流隨外加電壓的增大而增大，隨轉(zhuǎn)速繞組電流隨外加電壓的增大而增大，隨轉(zhuǎn)速的升高而減小；通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)角和關(guān)斷角也的升高而減??；通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)角和關(guān)斷角也可以影響繞組電流，從而就間接地使電動(dòng)機(jī)可以影響繞組電流，從而就間接地使電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩增大。的電磁轉(zhuǎn)矩增大。 ：外加電源電壓外加電源電壓U Us s、角、角速度速度 、開(kāi)通角、開(kāi)通角onon、

21、關(guān)斷角、關(guān)斷角offoff、最大電、最大電感感Lmaxmax、最小電感、最小電感Lminmin、定子極弧、定子極弧s s等。等。 線(xiàn)性模型忽略了許多因素，計(jì)算結(jié)果誤差很線(xiàn)性模型忽略了許多因素，計(jì)算結(jié)果誤差很大，只能定性地說(shuō)明影響電流、轉(zhuǎn)矩的因素。大，只能定性地說(shuō)明影響電流、轉(zhuǎn)矩的因素。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制為避免繁瑣計(jì)算，又近似考慮磁路的飽和效應(yīng)，常為避免繁瑣計(jì)算，又近似考慮磁路的飽和效應(yīng)，常借助準(zhǔn)線(xiàn)性模型：將實(shí)際非線(xiàn)性磁化曲線(xiàn)分段線(xiàn)性，借助準(zhǔn)線(xiàn)性模型：將實(shí)際非線(xiàn)性磁化曲線(xiàn)分段線(xiàn)性，且不考慮磁耦合且不考慮磁耦合一段為飽和段，視為與一段為飽和段，視為與 =0的位置的的位置的磁化曲線(xiàn)平行

22、磁化曲線(xiàn)平行,斜率為斜率為L(zhǎng)min；一段為非飽和段，為；一段為非飽和段，為L(zhǎng)( ,i)的的 不飽和段。不飽和段。2.2.3準(zhǔn)線(xiàn)性模型分析準(zhǔn)線(xiàn)性模型分析實(shí)際磁化曲線(xiàn)實(shí)際磁化曲線(xiàn)分段線(xiàn)性磁化曲線(xiàn)分段線(xiàn)性磁化曲線(xiàn)i1特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制準(zhǔn)線(xiàn)性模型繞阻電感準(zhǔn)線(xiàn)性模型繞阻電感L(i, ):特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 基于準(zhǔn)線(xiàn)性模型，基于準(zhǔn)線(xiàn)性模型，L(i, )是可解析的，可以是可解析的，可以分別求出繞阻磁鏈與磁共能的分段解析式，由分別求出繞阻磁鏈與磁共能的分段解析式，由此得到此得到SR電機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的分段解析式：電機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的分段解析式：特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制)21)(2m

23、inmax2min2222LLLUNmToffonoffSrav-特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制2.3 SR電機(jī)的控制原理電機(jī)的控制原理F為以電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)為以電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)(m，Nr， 2，Lmax，Lmin)和和控制參數(shù)控制參數(shù)( on , off)為變量的函數(shù)為變量的函數(shù)/savUFT 整理得：整理得：對(duì)一定電機(jī)，結(jié)構(gòu)參數(shù)一定。如對(duì)一定電機(jī)，結(jié)構(gòu)參數(shù)一定。如Us、 on 、 off一定，則一定，則電機(jī)的固有機(jī)械特性電機(jī)的固有機(jī)械特性為：為：Tav=k/ 2 P=k/ 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 恒轉(zhuǎn)矩區(qū)恒轉(zhuǎn)矩區(qū) 恒功率區(qū)恒功率區(qū) 串勵(lì)特性區(qū)串勵(lì)特性區(qū) CCC 方式方式 APC 方式方

24、式 1 2 c固定固定 o T 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制SR電機(jī)的基速電機(jī)的基速vSR電機(jī)的固有機(jī)械特性類(lèi)似與直流電機(jī)電機(jī)的固有機(jī)械特性類(lèi)似與直流電機(jī)的串勵(lì)特性。的串勵(lì)特性。v對(duì)給定對(duì)給定SR電機(jī)，在最高電壓電機(jī)，在最高電壓Us和最大允和最大允許電流條件下，存在一個(gè)臨界角速度。即許電流條件下，存在一個(gè)臨界角速度。即SR電機(jī)得到最大轉(zhuǎn)矩的最高角速度，稱(chēng)電機(jī)得到最大轉(zhuǎn)矩的最高角速度，稱(chēng)為為特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制SR電機(jī)控制策略：電機(jī)控制策略：可控量為：可控量為：Us、 on 、 off控制法控制法1：固定：固定 on , off，通過(guò)電流斬波限，通過(guò)電流斬波限制電流，得到恒轉(zhuǎn)矩制

25、電流，得到恒轉(zhuǎn)矩控制法控制法2：固定：固定 on , off，由速度設(shè)定值和，由速度設(shè)定值和實(shí)際值之差調(diào)制實(shí)際值之差調(diào)制Us，進(jìn)而改變轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而改變轉(zhuǎn)矩*基速以上，角度位置控制基速以上，角度位置控制(APC)，輸出恒功率，輸出恒功率特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 O i Imin Imax 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 O i Imax 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 O i 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 O Te off on增增大大 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制0 0 Amin Cmaxn 2 1 電電流流斬?cái)夭ú煽煽乜貐^(qū)區(qū) 起起動(dòng)動(dòng)斬?cái)夭ú?定定角角度度斬?cái)夭ú?變變角

26、角度度斬?cái)夭ú?APC控控制制 可可變變角角度度運(yùn)運(yùn)行行區(qū)區(qū) 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制-onSLUimin)(HonSCILU-2minmax特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制在角度控制方式下，繞組電流寬度相對(duì)較窄，往往在兩相脈在角度控制方式下，繞組電流寬度相對(duì)較窄，往往在兩相脈沖之間留有較寬的零轉(zhuǎn)矩區(qū)域，因此轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大；轉(zhuǎn)速越?jīng)_之間留有較寬的零轉(zhuǎn)矩區(qū)域，因此轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大；轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越大。最嚴(yán)重的情況是：在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下，低，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越大。最嚴(yán)重的情況是：在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下，SR 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在一個(gè)步距角范圍內(nèi)降為零，此時(shí)的速度電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在一個(gè)步距角范圍內(nèi)降為零，此時(shí)的速度

27、就是角度控制的最低限速就是角度控制的最低限速Amin 。根據(jù)能量守恒原理得。根據(jù)能量守恒原理得變角度運(yùn)行的最變角度運(yùn)行的最低限速低限速特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 A B C D D A B C D D Te 30 O 導(dǎo)導(dǎo)通通相相控控制制 60 Tstmin 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 D A C AB BC CD DA Te 30 O 導(dǎo)導(dǎo)通通相相控控制制 60 B D 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 on off 導(dǎo)導(dǎo) 通通 區(qū)區(qū) 正正 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) on off 導(dǎo)導(dǎo) 通通 區(qū)區(qū) 反反 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) O L O Te Te L,Te轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) L,Te轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) L 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制

28、L i L, , i O Te - -Te r/2 on r off 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制v功率變換器是直流電源和功率變換器是直流電源和SRM的接口，起的接口，起著將電能分配到著將電能分配到SRM繞組中的作用，同時(shí)繞組中的作用，同時(shí)接受控制器的控制。接受控制器的控制。 v由于由于SRM遵循遵循“最小磁阻原理最小磁阻原理”工作，因工作，因此只需要單極性供電的功率變換器。功率此只需要單極性供電的功率變換器。功率變換器應(yīng)能迅速?gòu)碾娫唇邮茈娔?，又能迅變換器應(yīng)能迅速?gòu)碾娫唇邮茈娔?，又能迅速向電源回饋能量。速向電源回饋能量。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制（1）較少數(shù)量的主開(kāi)關(guān)元件；）較少數(shù)量

29、的主開(kāi)關(guān)元件；（2）可將全部電源電壓加給電動(dòng)機(jī)相繞組；）可將全部電源電壓加給電動(dòng)機(jī)相繞組；（3）主開(kāi)關(guān)器件的電壓額定值與電動(dòng)機(jī)接）主開(kāi)關(guān)器件的電壓額定值與電動(dòng)機(jī)接近；近；（4）具備迅速增加相繞組電流的能力；）具備迅速增加相繞組電流的能力；（5）可通過(guò)主開(kāi)關(guān)器件調(diào)制，有效地控制）可通過(guò)主開(kāi)關(guān)器件調(diào)制，有效地控制相電流；相電流；（6）能將能量回饋給電源。）能將能量回饋給電源。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制1、雙開(kāi)關(guān)型、雙開(kāi)關(guān)型每相有兩只主開(kāi)關(guān)每相有兩只主開(kāi)關(guān)和兩只續(xù)流二極管和兩只續(xù)流二極管。當(dāng)兩只主開(kāi)關(guān)當(dāng)兩只主開(kāi)關(guān)VTVT1 1和和VTVT2 2同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，電源電源U US S 向電

30、機(jī)相向電機(jī)相繞組供電繞組供電 ；當(dāng)當(dāng)VTVT1 1和和VTVT2 2同時(shí)關(guān)斷時(shí)，同時(shí)關(guān)斷時(shí)，將電機(jī)的磁場(chǎng)儲(chǔ)能將電機(jī)的磁場(chǎng)儲(chǔ)能以電能形式迅速回以電能形式迅速回饋電源，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫饋電源，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫換相。換相。 。 + US - - VD1 VD2 VT1 VT2 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制雙開(kāi)關(guān)型電路特點(diǎn)：雙開(kāi)關(guān)型電路特點(diǎn)：1）適用于任意相數(shù)）適用于任意相數(shù)SR電機(jī)；電機(jī)；2 2）相控獨(dú)立性：獨(dú)立；）相控獨(dú)立性：獨(dú)立；3 3）相電壓電源電壓；）相電壓電源電壓；4 4）器件數(shù)量）器件數(shù)量: :多多 。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 + US - - VD1 VD4 VT1 VT4 VD2 VD5

31、 VT2 VT5 VD3 VD6 VT3 VT6 A B C 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 2. 2. 雙繞組型電路雙繞組型電路主開(kāi)關(guān)主開(kāi)關(guān)S1S1導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，電源對(duì)主繞組電源對(duì)主繞組A A供供電；電；當(dāng)其關(guān)斷時(shí)，當(dāng)其關(guān)斷時(shí)，靠磁耦合將主繞靠磁耦合將主繞組組A A的電流轉(zhuǎn)移到的電流轉(zhuǎn)移到副繞組，通過(guò)二副繞組，通過(guò)二極管極管D1D1續(xù)流，向續(xù)流，向電源回饋電能，電源回饋電能，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫換相。實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫換相。早期使用的雙繞組結(jié)構(gòu)，每相有主、早期使用的雙繞組結(jié)構(gòu)，每相有主、副兩個(gè)繞組，主、副繞組雙線(xiàn)并繞，副兩個(gè)繞組，主、副繞組雙線(xiàn)并繞，同名端反接，其匝數(shù)比為同名端反接，其匝數(shù)比為1 1：1 1。

32、特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1 1）由于主、副繞組之）由于主、副繞組之間不可能完全耦合，間不可能完全耦合，在在S1S1關(guān)斷的瞬間，因關(guān)斷的瞬間，因漏磁及漏感作用，其漏磁及漏感作用，其上會(huì)形成較高的尖峰上會(huì)形成較高的尖峰電壓，故電壓，故S1S1需要有良需要有良好的吸收回路。好的吸收回路。2 2）由于采用主、副兩）由于采用主、副兩個(gè)繞組，因而電機(jī)槽個(gè)繞組，因而電機(jī)槽及銅線(xiàn)利用率低。銅及銅線(xiàn)利用率低。銅耗增加、體積增大。耗增加、體積增大。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：適用于任何相數(shù)的適用于任何相數(shù)的SRMSRM，尤其適宜于低壓直流電源供尤其適宜于低壓直流電源供電電場(chǎng)合場(chǎng)合特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其

33、控制兩個(gè)相串聯(lián)的電容兩個(gè)相串聯(lián)的電容C1和和C2將電源電壓一分為二將電源電壓一分為二, ,構(gòu)成中構(gòu)成中點(diǎn)電位。每相只有一個(gè)主開(kāi)關(guān)點(diǎn)電位。每相只有一個(gè)主開(kāi)關(guān)S和一只續(xù)流二極管和一只續(xù)流二極管D。 當(dāng)當(dāng)S1導(dǎo)通時(shí)，上導(dǎo)通時(shí)，上側(cè)電容側(cè)電容C1對(duì)對(duì)A相相繞組放電，電源繞組放電，電源對(duì)對(duì)A相供電，經(jīng)相供電，經(jīng)下側(cè)電容下側(cè)電容C2構(gòu)成構(gòu)成回路；當(dāng)回路；當(dāng)S1關(guān)斷關(guān)斷時(shí)，時(shí)，A相電流經(jīng)相電流經(jīng)D1續(xù)流，向下側(cè)續(xù)流，向下側(cè)電容電容C2充電。充電。 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制1）只適用于偶數(shù)）只適用于偶數(shù)相相SR電機(jī)電機(jī)2）主開(kāi)關(guān)數(shù)較少）主開(kāi)關(guān)數(shù)較少3）相控獨(dú)立性：）相控獨(dú)立性：不獨(dú)立不獨(dú)立4）電源利用

34、率低，）電源利用率低，每相電壓為電源電每相電壓為電源電壓的壓的1/2。5）需限制中點(diǎn)電）需限制中點(diǎn)電位漂移位漂移特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制比四相電容分壓型比四相電容分壓型功率變換器主電路功率變換器主電路少了兩個(gè)串聯(lián)的分少了兩個(gè)串聯(lián)的分壓電容，換相相的壓電容，換相相的磁能以電能形式一磁能以電能形式一部分回饋電源，另部分回饋電源，另一部分注入導(dǎo)通相一部分注入導(dǎo)通相繞組，引起中點(diǎn)電繞組，引起中點(diǎn)電位的較大浮動(dòng)。位的較大浮動(dòng)。它它要求每一瞬間必須要求每一瞬間必須上、下各有一相導(dǎo)上、下各有一相導(dǎo)通。通。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制1）只適用于）只適用于4的倍數(shù)相的倍數(shù)相SR電機(jī)電機(jī)2）主開(kāi)關(guān)數(shù)

35、較少）主開(kāi)關(guān)數(shù)較少3）相控獨(dú)立性：不獨(dú)立）相控獨(dú)立性：不獨(dú)立4）相繞組電壓浮動(dòng)）相繞組電壓浮動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)零壓續(xù)流，可以實(shí)現(xiàn)零壓續(xù)流，提高系統(tǒng)的控制性能。提高系統(tǒng)的控制性能。H橋型電路為橋型電路為4相相SR電機(jī)最常電機(jī)最常用的主電路形式用的主電路形式特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制單管斬波方式，需增加一個(gè)公共開(kāi)關(guān)單管斬波方式，需增加一個(gè)公共開(kāi)關(guān)V0, PWM斬波由斬波由V0完成，完成，V1-V4只負(fù)責(zé)換相只負(fù)責(zé)換相.V0導(dǎo)通導(dǎo)通 V0關(guān)斷關(guān)斷AB兩相導(dǎo)通時(shí)工作情況兩相導(dǎo)通時(shí)工作情況特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制主電路主電路續(xù)流續(xù)流特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制斬

36、波：V1關(guān)斷，續(xù)流換相：V2關(guān)斷，V1導(dǎo)通換相：V1關(guān)斷，V2關(guān)斷特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制三相不對(duì)稱(chēng)半橋型主電路三相不對(duì)稱(chēng)半橋型主電路:由三相工頻交流電經(jīng)全波整流后供電，其直流供電電壓的平由三相工頻交流電經(jīng)全波整流后供電，其直流供電電壓的平均值為均值為513V。電解電容。電解電容C1 和和C2 對(duì)整流電路的輸出起到濾波作用，工業(yè)用電解電容的對(duì)整流電路的輸出起到濾波作用，工業(yè)用電解電容的耐壓通常為耐壓通常為450V 和和400V，需串聯(lián)使用。電阻，需串聯(lián)使用。電阻R2、R3 均壓電阻。均壓電阻。R1 為合閘時(shí)的限流為合閘時(shí)的限流電阻，防止合閘時(shí)浪涌電流對(duì)濾

37、波電容有過(guò)大的電流沖擊。當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，延時(shí)電路電阻，防止合閘時(shí)浪涌電流對(duì)濾波電容有過(guò)大的電流沖擊。當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，延時(shí)電路延時(shí)延時(shí)35s，直流母線(xiàn)電壓達(dá)到額定直流電壓的，直流母線(xiàn)電壓達(dá)到額定直流電壓的(6080)%后，使接觸器后，使接觸器KM 閉合，將閉合，將R1 從電路中切除。從電路中切除。VT 和和Rb 構(gòu)成制動(dòng)放電電路，當(dāng)構(gòu)成制動(dòng)放電電路，當(dāng)SR 電動(dòng)機(jī)突然停車(chē)或制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)突然停車(chē)或制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)繞組中儲(chǔ)存的能量向電源回饋，致使電容兩端的電壓升高，當(dāng)直流母線(xiàn)電壓達(dá)到電機(jī)繞組中儲(chǔ)存的能量向電源回饋，致使電容兩端的電壓升高，當(dāng)直流母線(xiàn)電壓達(dá)到一定限值時(shí)一定限值時(shí)(如如680Vdc)，

38、VT 開(kāi)關(guān)管開(kāi)通，將多余的能量通過(guò)電阻開(kāi)關(guān)管開(kāi)通，將多余的能量通過(guò)電阻Rb 消耗。消耗。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制器件選用耐壓：三相橋式整流電路輸出的直流電壓的最大值為耐壓：三相橋式整流電路輸出的直流電壓的最大值為USm=537V ，輸出電壓的平均值為，輸出電壓的平均值為US=1.35380V513V。考。考慮慮2 倍的安全余量，功率開(kāi)關(guān)器件的耐壓應(yīng)選倍的安全余量，功率開(kāi)關(guān)器件的耐壓應(yīng)選1200V級(jí)。級(jí)?？紤]考慮23 倍的安全余量，整流橋選國(guó)產(chǎn)的三相全波整流橋倍的安全余量，整流橋選國(guó)產(chǎn)的三相全波整流橋MDS100-16 ，其耐壓為，其耐壓為1600V，電流定額為，電流定額為100A。整流

39、二極管的電流有整流二極管的電流有效值效值在過(guò)載在過(guò)載1.2 倍時(shí)，直倍時(shí)，直流側(cè)電流的有效值流側(cè)電流的有效值特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制器件選用考慮安全裕量，選功率器件的電流定額考慮安全裕量，選功率器件的電流定額為為200A, 電壓定額為電壓定額為1200V。主開(kāi)關(guān)器件選英飛凌公司生產(chǎn)的主開(kāi)關(guān)器件選英飛凌公司生產(chǎn)的FF200R12KT3 雙單元雙單元IGBT 模塊。模塊。一相繞組的電路連接如圖示，每個(gè)雙一相繞組的電路連接如圖示，每個(gè)雙IGBT 模塊只使用其中一個(gè)模塊只使用其中一個(gè)IGBT 單元，單元，另一個(gè)另一個(gè)IGBT 單元的單元的G、E 極短接，當(dāng)續(xù)極短接，當(dāng)續(xù)流二極管使用。流二極管使

40、用。功率開(kāi)關(guān)的電流峰值功率開(kāi)關(guān)的電流峰值特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制器件選用三相橋式整流電路中濾波電容需三相橋式整流電路中濾波電容需要供電的時(shí)間是整流輸出電壓的要供電的時(shí)間是整流輸出電壓的半個(gè)周期半個(gè)周期,即即電容提供的電流電容提供的電流濾波電容容量濾波電容容量設(shè)濾波電容輸出的電壓波動(dòng)峰峰值為設(shè)濾波電容輸出的電壓波動(dòng)峰峰值為Vr=40V，濾波電容選四只濾波電容選四只3300 F/400V 的電解電容兩串兩的電解電容兩串兩并。并。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 14 15 5 4 6 2 3 1 9 AMP 過(guò)流保護(hù)電路過(guò)流保護(hù)電路 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 15 6 2 3 1

41、9 4 5 14 10mEXB841 驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)信信號(hào)號(hào) 4.7k 1/2W 過(guò)過(guò)流流保保護(hù)護(hù)輸輸出出 TLP521 或或等等效效 47 F 47 F ERA34-10 RG IGBT ICC 20V 0V 隔隔離離電電源源 絞絞線(xiàn)線(xiàn) 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制即插即用型驅(qū)動(dòng)器即插即用型驅(qū)動(dòng)器英飛凌公司的英飛凌公司的2ED300C17-S雙通道雙通道驅(qū)動(dòng)器，每塊驅(qū)動(dòng)板可驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，每塊驅(qū)動(dòng)板可驅(qū)動(dòng)600V/1200V/1700V 全系列全系列IGBT兩兩個(gè)，其主要特點(diǎn)如下：個(gè)，其主要特點(diǎn)如下： 具有具有IGBT 短路、過(guò)流狀況監(jiān)短路、過(guò)流狀況監(jiān)測(cè)，故障時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)，故障時(shí)實(shí)現(xiàn)“軟關(guān)斷軟關(guān)斷”；

42、 內(nèi)部集成內(nèi)部集成DC-DC 電源模塊，電源模塊，只需一路只需一路15V電源供電；電源供電； 峰值輸出電流可達(dá)峰值輸出電流可達(dá)30A， 15V 驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)電壓， 信號(hào)延遲時(shí)間短，抗高頻干擾信號(hào)延遲時(shí)間短，抗高頻干擾能力強(qiáng)。能力強(qiáng)。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制2.5.1 靜止部分靜止部分運(yùn)動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)部分特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制=0，S=1,P=1。導(dǎo)通: ABABCDACDBSP順時(shí)針順時(shí)針-1制動(dòng)：制動(dòng)：CD1特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制=15，S=0,P=1 。導(dǎo)通: DAAB

43、CDACDBSP順時(shí)針順時(shí)針-21制動(dòng)：制動(dòng)：BC特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制=30，S=0,P=0 。導(dǎo)通: DCABCDACDBSP順時(shí)針順時(shí)針-31制動(dòng)：制動(dòng)：AB特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制=45，S=1,P=0 。導(dǎo)通: CBABCDACDBSP順時(shí)針順時(shí)針-41制動(dòng)：制動(dòng)：DA特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 =60，S=1,P=1 。導(dǎo)通: BA ABCDACDBSP順時(shí)針順時(shí)針-1(5)1制動(dòng)：制動(dòng)：CD特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 =0，S=1,P=0 。導(dǎo)通: ADABCDACDBSP逆時(shí)針逆時(shí)針-1制動(dòng)：制動(dòng)：BC特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 =15，S=

44、0,P=0 。導(dǎo)通: ABABCDACDBSP逆時(shí)針逆時(shí)針-2制動(dòng)：制動(dòng)：CD特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 =30，S=0,P=1 。導(dǎo)通: BCABCDACDBSP逆時(shí)針逆時(shí)針-3制動(dòng)：制動(dòng)：DA特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 =45，S=1,P=1 。導(dǎo)通: CDABCDACDBSP逆時(shí)針逆時(shí)針-4制動(dòng)：制動(dòng)：AB特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 =60，S=1,P=0 。導(dǎo)通: ADABCDACDBSP逆時(shí)針逆時(shí)針-5(1)制動(dòng)：制動(dòng)：BC特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制相位鎖定相位鎖定 Ui (fi) (fo) Ue U0 Ud (fo) 輸出信號(hào)

45、輸出信號(hào) 壓控振蕩器壓控振蕩器 相位比較器相位比較器 控制電壓控制電壓 低通濾波器低通濾波器 誤差電壓誤差電壓 輸入信號(hào)輸入信號(hào) 2.5.2角度檢測(cè)角度檢測(cè)1）硬件角度細(xì)分）硬件角度細(xì)分基于鎖相環(huán)（基于鎖相環(huán)（PLL）特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制鎖相環(huán)的應(yīng)用：如果輸入信號(hào)頻率如果輸入信號(hào)頻率fi 不等于不等于VCO 輸出信號(hào)頻率輸出信號(hào)頻率fo，而要求兩者保持一定的關(guān)系，例如比例關(guān)系或差值關(guān)系，則可以，而要求兩者保持一定的關(guān)系，例如比例關(guān)系或差值關(guān)系，則可以在外部加入一個(gè)運(yùn)算器，以滿(mǎn)足不同工作的需要。如果在相位比較器在外部加入一個(gè)運(yùn)算器，以滿(mǎn)足不同工作的需要。如果在相位比較器和壓控振蕩器之

46、間加一個(gè)和壓控振蕩器之間加一個(gè)N 分頻器，如圖示，則可完成倍頻功能，在分頻器，如圖示，則可完成倍頻功能，在壓控振蕩器輸出端獲得頻率為壓控振蕩器輸出端獲得頻率為fo=Nfi 的信號(hào)。的信號(hào)。fi 相位比較器相位比較器 低通濾波器低通濾波器 壓控振蕩器壓控振蕩器 分頻器分頻器( N) fo =Nfi 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制12 級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4040：當(dāng)當(dāng)CD4040的清零端為零時(shí)，在的清零端為零時(shí)，在時(shí)鐘脈沖下降沿作用下，作增量計(jì)數(shù)，時(shí)鐘脈沖下降沿作用下，作增量計(jì)數(shù)，Ql 是時(shí)鐘脈沖的是時(shí)鐘脈沖的2 分頻，分頻，Q2對(duì)對(duì)Ql 的輸出進(jìn)行的輸出進(jìn)行2

47、分頻，依此類(lèi)推。分頻，依此類(lèi)推。Q9（12腳）的分頻倍數(shù)是腳）的分頻倍數(shù)是29512特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制R5 R4 C4 + R7 R6 C3 S +5V Q VIN 16 3 4 14 6 7 13 9 11 12 5 8 CD4046 CD4040 8 11 10 12 16 CD4046鎖相環(huán)，鎖相環(huán)， CD4040十二級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器十二級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4040 分頻器，插在鎖分頻器，插在鎖相環(huán)的相環(huán)的VCO 輸出和比較輸出和比較器之間，當(dāng)鎖相環(huán)鎖定器之間，當(dāng)鎖相環(huán)鎖定時(shí)，計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)頻率與鎖相環(huán)的輸入信頻率與鎖相環(huán)的輸入信號(hào)頻率相等，從而在計(jì)號(hào)頻率

48、相等，從而在計(jì)數(shù)器時(shí)鐘輸人端數(shù)器時(shí)鐘輸人端(即即VCO 的輸出端的輸出端)得到倍頻輸出得到倍頻輸出信號(hào)。當(dāng)信號(hào)。當(dāng)CD4040的清零的清零端為零時(shí)，在時(shí)鐘脈沖端為零時(shí)，在時(shí)鐘脈沖下降沿作用下，作增量下降沿作用下，作增量計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)，Ql 是時(shí)鐘脈沖的是時(shí)鐘脈沖的2 分頻，分頻，Q2對(duì)對(duì)Ql 的輸出進(jìn)的輸出進(jìn)行行2 分頻，依此類(lèi)推。本分頻，依此類(lèi)推。本電路的分頻倍數(shù)是電路的分頻倍數(shù)是29512特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制采用高性能電機(jī)控制用微控制器為核心處理器，采用高性能電機(jī)控制用微控制器為核心處理器，利用其輸入捕獲功能對(duì)角度進(jìn)行細(xì)分，利用其輸入捕獲功能對(duì)角度進(jìn)行細(xì)分，輸入捕獲單元不僅可以自動(dòng)

49、檢測(cè)輸入信號(hào)狀態(tài)輸入捕獲單元不僅可以自動(dòng)檢測(cè)輸入信號(hào)狀態(tài)的變化，還可以自動(dòng)記錄狀態(tài)變化發(fā)生的相對(duì)的變化，還可以自動(dòng)記錄狀態(tài)變化發(fā)生的相對(duì)時(shí)刻。時(shí)刻。四相四相SR 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器發(fā)出的轉(zhuǎn)子位置電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器發(fā)出的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)信號(hào)S 和和P，經(jīng)高速光電隔離后送到，經(jīng)高速光電隔離后送到CAP1 和和CAP2。使捕獲單元工作在上升、下降沿方式，。使捕獲單元工作在上升、下降沿方式，S、P 信號(hào)每次電平變化都會(huì)引起捕獲中斷。在信號(hào)每次電平變化都會(huì)引起捕獲中斷。在捕獲單元的狀態(tài)寄存器中能讀到捕獲單元的狀態(tài)寄存器中能讀到S、P 信號(hào)的當(dāng)信號(hào)的當(dāng)前電平狀態(tài)及當(dāng)前中斷是哪一路信號(hào)引起的，前電平狀態(tài)及當(dāng)

50、前中斷是哪一路信號(hào)引起的，從時(shí)間寄存器中可以讀到每次中斷發(fā)生的時(shí)刻。從時(shí)間寄存器中可以讀到每次中斷發(fā)生的時(shí)刻。這樣，就可以得到相鄰兩次捕獲中斷期間標(biāo)準(zhǔn)這樣，就可以得到相鄰兩次捕獲中斷期間標(biāo)準(zhǔn)頻率的脈沖周期數(shù)。用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率的脈沖周頻率的脈沖周期數(shù)。用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率的脈沖周期數(shù)除以相鄰兩次捕獲中斷對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子角位移，期數(shù)除以相鄰兩次捕獲中斷對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子角位移，就得到每度對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率脈沖數(shù)。就得到每度對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率脈沖數(shù)。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制60nNfrp特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制當(dāng)輸入信號(hào)當(dāng)輸入信號(hào)S 的狀態(tài)改變的狀態(tài)改變時(shí)，定時(shí)電容器時(shí)，定時(shí)電容器C1 在電在電壓為壓為UCC/2

51、 和和0 之間線(xiàn)性地之間線(xiàn)性地充電或放電，其中泵入電充電或放電，其中泵入電容器的平均電流為容器的平均電流為iav=C1Uccfin，而輸出電路，而輸出電路會(huì)非常精確地把這一電流會(huì)非常精確地把這一電流送入負(fù)載電阻送入負(fù)載電阻R1 中，這樣，中，這樣，濾波后的電流被積分電容濾波后的電流被積分電容C2 積分后得到的輸出電壓積分后得到的輸出電壓(即轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)即轉(zhuǎn)速反饋信號(hào))為為Uo=KiavR4=KC1R1Uccfin，其中為增益常數(shù)，典型其中為增益常數(shù)，典型值為。值為。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制cNTpmn160M法測(cè)速：法測(cè)速：測(cè)規(guī)定時(shí)間測(cè)規(guī)定時(shí)間Tc內(nèi)的位置脈沖數(shù)內(nèi)的位置脈沖數(shù)m1pN每

52、轉(zhuǎn)的位置信號(hào)脈沖個(gè)數(shù)每轉(zhuǎn)的位置信號(hào)脈沖個(gè)數(shù) 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制fmT2測(cè)相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)子位置脈沖信號(hào)的測(cè)相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)子位置脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔時(shí)間間隔 設(shè)時(shí)鐘頻率為設(shè)時(shí)鐘頻率為f，兩個(gè)位置脈沖間的時(shí)鐘脈沖個(gè)，兩個(gè)位置脈沖間的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)為數(shù)為m2，則電機(jī)轉(zhuǎn)子位置脈沖信號(hào)的周期，則電機(jī)轉(zhuǎn)子位置脈沖信號(hào)的周期T為為特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 定時(shí)器定時(shí)器 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 總線(xiàn)總線(xiàn) 位置脈沖信號(hào)位置脈沖信號(hào) 記數(shù)器記數(shù)器 接口接口 總線(xiàn)總線(xiàn) 時(shí)鐘脈沖時(shí)鐘脈沖 位置脈沖信號(hào)位置脈沖信號(hào) 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制1260Nm fnp m D 觸觸發(fā)發(fā)器器 D CP Q Tc HSO.0

53、 HSI.0 HSI.1 SP Td Tc Td m1 m2 在稍大于規(guī)定時(shí)間在稍大于規(guī)定時(shí)間Tc的某一時(shí)間的某一時(shí)間Td內(nèi)，分內(nèi)，分別對(duì)位置信號(hào)的脈沖別對(duì)位置信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)個(gè)數(shù)m1和高頻時(shí)鐘脈和高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)沖個(gè)數(shù)m2進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù) 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制SRSR電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電阻采樣電阻采樣電流檢測(cè)電路：由電流檢測(cè)電路：由采樣電阻和光電隔離器以及信號(hào)調(diào)理電路構(gòu)成，采樣電阻和光電隔離器以及信號(hào)調(diào)理電路構(gòu)成，采樣電阻對(duì)相電流采樣后經(jīng)過(guò)阻容濾波送入隔離運(yùn)算放大器進(jìn)行隔離放大，再經(jīng)運(yùn)采樣電阻對(duì)相電流采樣后經(jīng)過(guò)阻容濾波送入隔離運(yùn)算放大器進(jìn)行隔離放大，再經(jīng)運(yùn)算放大器組成的差動(dòng)放大電路將信號(hào)

54、的幅值調(diào)理到合適的范圍，最后送入微控制器算放大器組成的差動(dòng)放大電路將信號(hào)的幅值調(diào)理到合適的范圍，最后送入微控制器的的ADC 口。工業(yè)上使用的采樣電阻是低電感、電阻溫度系數(shù)小的分流器，在分流口。工業(yè)上使用的采樣電阻是低電感、電阻溫度系數(shù)小的分流器，在分流器通過(guò)額定電流時(shí)其電壓為器通過(guò)額定電流時(shí)其電壓為75mV。 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制HCPL7840 隔離運(yùn)算放大器的的典型增益值為8，輸入范圍為：-0.2V+0.2V，為將75mV 的檢測(cè)電壓放大到3.3V，由寬頻帶、低噪聲運(yùn)算放大器LF356 構(gòu)成的差動(dòng)放大電路的放大倍數(shù)實(shí)際電路的放大倍數(shù)為R204/R211=R213/R212=12

55、/2.25.45，略小于5.5 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制LEM 模塊的最大優(yōu)點(diǎn)是借助模塊的最大優(yōu)點(diǎn)是借助“磁場(chǎng)補(bǔ)償磁場(chǎng)補(bǔ)償”的思想，保持鐵心磁通為零。被的思想，保持鐵心磁通為零。被測(cè)電流測(cè)電流IL通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)(一次側(cè)一次側(cè))產(chǎn)生的磁場(chǎng)，使霍爾元件產(chǎn)生的磁場(chǎng)，使霍爾元件HL 感應(yīng)出霍爾電壓感應(yīng)出霍爾電壓UH，UH 經(jīng)放大器放大后，產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償電流經(jīng)放大器放大后，產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償電流is，而，而is 流經(jīng)流經(jīng)Ns 匝線(xiàn)圈匝線(xiàn)圈(二次側(cè)二次側(cè))產(chǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)將抵消生的磁場(chǎng)將抵消IL 產(chǎn)生的磁場(chǎng)，使產(chǎn)生的磁場(chǎng)，使UH減小，減小，is 愈大，合成磁場(chǎng)愈小，直到愈大，合成磁場(chǎng)愈小，直到穿過(guò)霍爾元件的

56、磁場(chǎng)是零為止，這時(shí)補(bǔ)償電流穿過(guò)霍爾元件的磁場(chǎng)是零為止，這時(shí)補(bǔ)償電流is 便可可間接地反映出便可可間接地反映出IL 的數(shù)的數(shù)值。值。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制LEM 模塊需要模塊需要+15V 和和-15V 電源供電，可輸出雙方向電流。實(shí)際測(cè)量中，可根據(jù)電源供電，可輸出雙方向電流。實(shí)際測(cè)量中，可根據(jù)具體情況選擇合適的測(cè)量電阻具體情況選擇合適的測(cè)量電阻R01，并通過(guò)，并通過(guò)R128、R129 構(gòu)成的分壓電路將檢測(cè)到構(gòu)成的分壓電路將檢測(cè)到的電壓信號(hào)變換到適當(dāng)?shù)姆秶?。的電壓信?hào)變換到適當(dāng)?shù)姆秶?。如，一臺(tái)如，一臺(tái)SR 電機(jī)的最大電流電機(jī)的最大電流110A，選用額定電流為，選用額定電流為100A、匝比

57、為、匝比為1：1000 的電流的電流傳感器模塊，則可選傳感器模塊，則可選30/1W 的精密電阻為采樣電阻，選的精密電阻為采樣電阻，選R128=1k、R129=18k，輸入到微控制器輸入到微控制器ADC 口的最大檢測(cè)電壓為口的最大檢測(cè)電壓為特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制 + US - - VD1 VD4 VT1 VT4 VD2 VD5 VT2 VT5 VD3 VD6 VT3 VT6 A B C LEM 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制DSP 具具有有PWM發(fā)生單元，可產(chǎn)生發(fā)生單元，可產(chǎn)生16路路PWM 信號(hào)信號(hào); ;特種電機(jī)及其控

58、制特種電機(jī)及其控制：光電傳感器反饋轉(zhuǎn)子光電傳感器反饋轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。通過(guò)位置信號(hào)。通過(guò)F2407 的捕獲單元的捕獲單元(CAP14 4) 對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子位置信對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的檢測(cè)。號(hào)的檢測(cè)。CAP 單元不僅能檢測(cè)信號(hào)的變化單元不僅能檢測(cè)信號(hào)的變化,而且還能記錄兩次信號(hào)變化的時(shí)間間隔而且還能記錄兩次信號(hào)變化的時(shí)間間隔，由此由此，進(jìn)而準(zhǔn)確地控制各相的開(kāi)通和關(guān)進(jìn)而準(zhǔn)確地控制各相的開(kāi)通和關(guān)斷斷。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制使用磁場(chǎng)平衡式霍爾檢測(cè)器使用磁場(chǎng)平衡式霍爾檢測(cè)器(LEM 模塊模塊) 來(lái)檢測(cè)電機(jī)的三相電流。來(lái)檢測(cè)電機(jī)的三相電流。LEM的的輸出一方

59、面輸入到輸出一方面輸入到F2407 的的A/D 轉(zhuǎn)換口轉(zhuǎn)換口,轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后用以控制電流斬波限成數(shù)字信號(hào)后用以控制電流斬波限;一方面輸一方面輸入到保護(hù)電路入到保護(hù)電路,實(shí)現(xiàn)對(duì)功率變換器主開(kāi)關(guān)的過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)功率變換器主開(kāi)關(guān)的過(guò)流保護(hù)。流保護(hù)。5) 鍵盤(pán)、顯示電路鍵盤(pán)、顯示電路:特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制TMS320LF2407 接電接電源、晶振電路、復(fù)位源、晶振電路、復(fù)位電路、仿真器接口，電路、仿真器接口，就構(gòu)成了就構(gòu)成了DSP 工作的工作的最小系統(tǒng)。最小系統(tǒng)。此外，電路中還連接此外，電路中還連接了按鍵了按鍵S1、S2 和和S3 用于控制用于控制SR 電動(dòng)機(jī)正電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止；連轉(zhuǎn)

60、、反轉(zhuǎn)、停止；連接了電位器接了電位器VR，用于，用于給定轉(zhuǎn)速。給定轉(zhuǎn)速。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制將安裝在電機(jī)內(nèi)部的位置傳感器通過(guò)圖將安裝在電機(jī)內(nèi)部的位置傳感器通過(guò)圖2-73(b)中的中的J101 接口與控制電路相連。位接口與控制電路相連。位置信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦合器置信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦合器TLP521 隔離，并經(jīng)施密特反相器整形后送入隔離，并經(jīng)施密特反相器整形后送入DSP 捕捉單元的捕捉單元的CAP1、CAP2 和和CAP3 引腳用于測(cè)速，同時(shí)，將位置信號(hào)送入通用引腳用于測(cè)速，同時(shí)，將位置信號(hào)送入通用I/O 口口IOPE0、IOPE1 和和IOPE2用于換相邏輯控制。三路位置信號(hào)用于換相邏輯控制。三