全国免费热线:0731-89758608
鸿运国际首页
关于鸿运国际
产品展示
新闻动态
成功案例
联系我们

新闻动态

当前位置:主页 > 新闻动态 >

基于两步换相法的SR电机调速体系的计划

来源:沙巴体育发布时间:2019/11/27点击数:

  型磁阻(SR)电机调速系统(SRD)结构简单、坚固、成本低,调速性能优良,在宽广的调速范围内均具有较高的效率,应用前景十分广阔。但由于SR电机的双凸极结构和采用开关性的供电电源,、噪声是其突出的问题,这已成为SRD在更多范围内推广应用发挥其特长的主要障碍。过去人们对SRD的研究主要集中在SR电机本体设计、功率变换器及速度控制策略研究上,因为研究难度大,目前,只有少量文献论及SR电机振动、噪声研究。

  文基于时域分析,得出结论:SR电机相绕组关断所激发的冲击振动是最主要的振动、噪声来源。为削弱这一振动,文提出将相电流关断过程分成两步的“两步换相法”(参见图1):第一步仅关断K1,相电压Up由+Us负跃变至0 V;第二步再关断K2,这时Up由0 V负跃变到-Us。控制第二步与第一步时间间隔为定子固有频率对应周期的一半,这样,第二步与第一步产生的冲击振动相位差为180°,因而相互抵消。WUC.Y.等率先将“两步换相法”引入SRD系统设计,在CCC方式和APC方式两种工况下取得良好抑制振动、噪声效果,但其采用不对称半桥主电路,四相(8/6)SR电机需要8只主开关器件和8只续流二极管,未能充分体现单极性的SR电机功率变换器结构简单、开关器件少的优势,影响了系统的经济性。

  本文采用一种新型的只有6只主开关器件的四相率变换器,在以8098单片机为控制核心的SRD设计中,引入两步换相控制策略,在电压PWM和APC两种工况下,显着地抑制了SR电机的振动和噪声。

  为实现多数传动装置需要的转矩/转速特性:从静止到基速具有恒转矩,在基速以上具有恒功率特性,系统采取的控制策略为基速ωb以下,电压PWM控制,输出恒转矩特性;基速ωb以上,角度位置控制(APC),输出恒功率特性。为简化控制规律,采取将关断角θoff固定在一个由实验得到的最优角度22°处,仅调节起始开通角θon。

  8098单片机定时采样由转子位置传感器获得的反馈速度,与由键盘敲入的给定速度比较,误差经数字PI调节,再经软件处理,根据反馈速度的大小是否在基速以上转换成PWM脉冲或控制角度的APC单脉冲的控制参数。微机控制器根据转子位置控制对应相绕组的导通或关断,输出对应的PWM脉冲或APC单脉冲,经功率变换器,实现对SR电机的控制。为简化硬件电路,PWM控制、APC脉冲控制、速度检测、PI调节器均由软件实现;为提高过流保护动作的快速性,采用硬件过流保护电路。

  样机为0.75 k W四相(8/6)SR电机,功率变换器以GTR作为主开关器件,采用图2所示的功率主电路。

  图2电路的拓扑结构由Pollock等率先提出,其基本上保留了不对称半桥线路的优点,所用开关器件又较不对称半桥少,具有较高的性能/价格比。

  与常规SR电机直接数字控制系统(DDC)换相逻辑控制不同,既要满足SR电机电动运行换相要求,又要满足两步换相要求是制定6只主开关换相规则的原则,显然,这限制相绕组的最大导通角θc不得超过30°。

  由图3可见,控制器主要由8098单片机,外接EPROM27128、专用键盘8279、位置译码及换相控制电路、电流检测与过流保护电路组成。由于基速以下采用的是电压PWM方式,为防止GTR因过流而损坏,设计了过流保护电路。对四相SR电机,其交叉相(即A、C相和B、D相)的导通区间一般不会重叠,因此可采取A相和C相、B相和D相分别共用一个电流传感器(LEM模块),对四相电流检测,如图2所示。

  两路转子位置信号分别送8098的高速输入口HSI0和HSI1,HSI中断服务程序与高速输出HSO0~HSO3和位置译码及换相控制电路配合,用于控制6只主开关的导通、关断,实现SR电机电动运行的换相要求及两步换相要求,HSI中断服务程序还用于速度的采样。

  图2中K1、K3、K4、K6均作为第一步换相开关,与两绕组相连的公共开关K2、K5则作为第二步换相开关。位置检测采用如图4所示的光敏式转子位置传感器半数检测方案。转盘的齿、槽数与转子的凸极、凹槽数一样,均为6,且均匀分布,所占角度均为30°,转盘安装在转子轴上并同步旋转,图中S、P为光电脉冲发生器,当转盘凸齿转到开槽的S、P位置时,发光管被遮住而使其输出状态为0,没有被遮住时,其输出状态为1,则在一个转子角周期(60°)内,S、P产生2个相位差为15°,占空比为50%的方波信号,其组合成4种不同的状态,分别对应四相绕组不同的参考位置。设θc对应的时间为tc,两步换相的时间间隔为tm,则APC方式下SR电机逆时针换相规则(正转换相规则)为:

  (1)若S=0,且P由0跃变到1,则K1、K2同时导通,且分别经tc、tc+tm后关断;

  (2)若P=1,且S由0跃变到1,则K4、K5同时导通,且分别经tc、tc+tm后关断;

  (3)若S=1,且P由1跃变到0,则K3、K2同时导通,且分别经tc、tc+tm后关断;

  (4)若P=0,且S由1跃变到0,则K6、K5同时导通,且分别经tc、tc+tm后关断。

  (1)若S=0,且P由1跃变到0,则K1、K2同时导通,且分别经tc、tc+tm后关断;

  (2)若P=0,且S由0跃变到1,则K6、K5同时导通,且分别经tc、tc+tm后关断;

  (3)若S=1,且P由0跃变到1,则K3、K2同时导通,且分别经tc、tc+tm后关断;

  (4)若P=1,且S由1跃变到0,则K4、K5同时导通,且分别经tc、tc+tm后关断。

  利用8098硬件资源(HSI口、HSO口及P2.5)及少量外接的数字逻辑电路设计了实现上述换相控制的硬件电路。其中,HSO1、HSO3分别产生K2、K5的换相控制信号;HSO2、HSO0产生K1、K3、K4、K6的换相控制信号,因为采用外接逻辑电路构成了30°导通制的换相逻辑控。