开关磁阻电机调速系统设计 二

开关磁阻电机调速系统设计

摘要：开关磁阻电机(简称SRM或SR电机)具有结构简单、成本低、控制灵活等优点，由其构成的调速系统(简称SRD)具有交、直流调速系统所没有的优点，所以目前对于SRD已经形成了理论研究与实际应用并重的发展态势。本文以SR电机的设计，控制理论及其系统设计为主题展开理论和应用研究。

    在介绍了SR电机及其控制系统设计研究的发展和现状之后，本文首先介绍了SRM的的结构和分类，建立了SR电机模型,分析了SRM的线形模型.在功率变换器的优化设计方面，本文在对于具有最少开关数的功率变换器拓扑结构进行研究的基础上，研究了其中H型功率变换器，分析了这种功率变换器的运行模式，给出了相关参数的估算公式。随后主要研究了SRD中的三个主要参数转子位置、电流、转速的检测问题。

最后，本控制系统以8098准16位单片机为核心，配以8279等外围接口芯片构成检测、给定、显示、保护等外围电路，再加以驱动电路、主电路及开关磁阻电动机，便构成完整的SRD系统。

关键词:开关磁阻电机;电流斩波控制（CCC）;角度位置控制（APC）;功率变换器;位置检测;单片机.

目 录

摘要………………………………………………………….………………………………..Ⅰ

Abstract……………………………………………………………………….………………Ⅱ

第1章 概述……………………………………………………………………………………1

1.1  SRM的发展概况和发展趋势………………………………………………………...1

1.2  SRM 的组成和工作原理…………………………………….………………………4

1.2.1  SRM……………………………………………………………….……………..4

1.2.2  功率变换器……………………………………………………………………...5

1.2.3  转子位置检测器………………………………………………………………...6

1.2.4  控制器…………………………………………………………………………...6

1.3  系统的性能特点……………………………………………………………………...7

第2章  SRM………………………………………………………………………………….8

2.1  SRM的结构与分类…………………………………………………………….……..8

2.1.1  单相开关磁阻电动机……………………………………………………………8

2.1.2  两相开关磁阻电动机…………………………………………………………….8

2.1.3  三相开关磁阻电动机……………………………………………………………9

2.1.4  四相开关磁阻电动机……………………………………………………………9

2.2  SRM的数学模型……………………………………………………………………...9

2.2.1  SRM的基本方程式……………………………………………………………...9

2.2.2  线形模型…………………………………………………………………….…..11

2.3  SRM的设计…………………………………………………………………………13

2.3.1  主要技术指标…………………………………………………………………...13

2.3.2  电动机的设计步骤……………………………………………………………..13

2.4  起动性能…………………………………………………………….……………...14

2.4.1  一相起动方式…………………………………………………………………..14

2.4.2  两相起动方式…………………………………………………………………..15

第3章  功率变换器…………………………………………………………………………16

3.1  功率变换器的主电路拓扑形式…………………………………………….……….16

3.2  主开关器件的选择…………………………………………………………………..18

3.2.1  主开关器件的种类选择…………………………………………………….…..18

3.2.2  主开关器件的额定电压………………………………………………………...18

3.2.3  主开关器件的额定电流………………………………………………………...19

3.3  大功率IGBT的驱动电路…………………………………………………………...20

    3.3.1  IGBT的驱动要求……………………………………………………………….20

    3.3.2  驱动电路………………………………………………………………………...20

3.4  功率变换器的保护电路……………………………………………………………..21

3.4.1  RCD关断保护电路……………………………………………………………..21

3.4.2  电压保护电路…………………………………………………………………...21

3.4.3  电流保护电路…………………………………………………………………...22

3.4.4  制动放电电路…………………………………………………………………...22

第4章  主要参数检测……………………………………………………………..………..23

4.1  转子角位移检测器………………………………………….………….……………23

4.2  电流检测器…………………………………………………………………………..24

4.3  转速检测…………………………………………………….……………………….25

第5章  控制器………………………………………………………………………………26

5.1  控制方式…………………………………………………….……………………….26

5.1.1  控制参数与电机性能…………………………………………………………...30

5.1.2  起动与制动控制………………………………………………………………...30

 5.2  实施办法…………………………………………………….……………………….31

 5.3  SRD的微机设计…………………………………………………………………….32

   5.3.1  控制系统的总体设计…………………………………………………………...32

  5.3.2  速度调节器的设计……………………………………………………………..33

   5.3.3  SRD控制系统的硬件设计……………………………………………………..36

   5.3.4  SRD控制系统的软件设计…………………………………………………......43

致谢…………………………………………………………………………………………...51

附录…………………………………………………………………………………………...52