开关磁阻电机驱动电路设计
摘 要开关磁阻电机作为上世纪80年代研发的新型电机系统，拥有卓越的性能和广泛的发展前景。和原始的交、直流调速系统相对比，SR既拥有感应电机的许多优势，又具有控制器简单、运行可靠性高、控制灵活方便和价格便宜等突出特点。所以近来，成为电气传动领域的新势力。 本次毕业设计主要对开关磁阻电动机的驱动系统进行设计，以80C196单片机作为控制核心，研究出以位置传感器检测和电流检测为基础的控制方案。该毕业设计以开关磁阻电机的理想线性模型为理论基础，通过研究开关磁阻电动机的特性，设计出系统的硬件电路和软件控制。毕业设计通过对开关磁阻电动机驱动系统的每一个细节的设计，实现了电机的方便的正、反转控制和制动控制，并设计了比较完备的电流和电压保护环节，以保证系统的可靠运行。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2 SR电机与SR电机驱动系统概述 1
1.2.1开关磁阻电机的相数与结构 1
1.2.2开关磁阻电机的基本结构与工作原理 1
1.2.3开关磁阻电机SR的特点 2
1.3开关磁阻电机驱动系统国内外的研究现状及未来发展趋势 3
1.3.1SR电机的研究发展 3
1.3.2SR电机的传动系统 3
1.3.3SR电机的应用 4
1.4课题研究的主要内容 4
第二章 SR电机的基本方程和控制 6
2.1开关磁阻电机的基本方程 6
2.1.1电压方程 6
2.1.2磁链方程 6
2.1.3机械运动方程 7
2.1.4电磁转矩公式 7
2.2 SR电机的控制策略 8
2.2.1SR电动机的运行特性 8
2.2.2SR电动机的基本控制方式 9
2.2.3SR电动机的起动运行 12
2.2.4SR电动机的四象限运行控制 12
第三章 SRD系统的设计原理 14
3.1SR电动机的换相原理 14
3.2SRD控制系统原理 14
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
/> 3.2.1速度给定单元（SRD） 15
3.2.2转子位置检测单元 15
3.2.3数字速度PI调节器 17
3.2.4电流检测 18
3.2.5电流与电压斩波控制调节器 18
3.2.6综合逻辑控制单元 18
3.2.7功率变换器 19
第四章 SRD系统硬件电路设计 20
4.1SRD系统概述 20
4.2位置检测电路 21
4.3低速电流斩波器 21
4.4高速电压斩波电路 22
4.5故障检测电路 22
4.6逻辑综合电路 24
4.7功率主电路 24
4.8参数显示及外部接口电路 25
4.9系统总电路图 25
第五章 软件设计 26
5.1概述 26
5.2主程序模块 27
5.3起动控制模块 28
5.4位置中断模块 29
5.5控制算法模块 30
5.6转速PI调节模块 31
5.7定时器中断模块 31
5.8故障保护及处理模块 32
结束语 32
致 谢 33
参考文献 34
附录A 35
第一章 绪论
1.1课题背景
开关磁阻电机是20世纪80年代兴起的新型电机。1983年，TASC Drives公司把世界第一台SR电动机投入市场；1984年，又推出422kW4种规格的产品，联d邦德国在1984到1986年间也相继完成了1kW、1.2kW、5kW样机的制造。
SR电动机调速系统作为一种结构简单、鲁棒性好、价格便宜的新型调速系统，出现不久就引起各国电气传动届的广大发展，我国也在1984年开始对SR电机开始进行研究。80年代，SR电动机成为最热门的调速电动机；90年代后，其理论与实际并重发展。
1.2 SR电机与SR电机驱动系统概述
1.2.1开关磁阻电机的相数与结构
通常，多相SR电机的定、转子极数与相数及步距角之间的关系如下表：
表11 定、转子极数对应关系
相 数
2
3
4
5
6
定子极数
4
6
8
10
12
转子极数
2
4
6
8
10
步距角
90°
30°
15°
9°
6°
1.2.2开关磁阻电机的基本结构与工作原理
开关磁阻电动机传动系统（SRD）在电气传动领域得到了很多的应用。SR电动机（三相8/6极）的结构原理如下图所示，在SRD系统中起到机电能量转换的作用。由于开关磁阻电机低于三相时没有自起动能力，所以实际应用中常用的电机主要有三相6/4极与四相8/6极。
图11 四相8/6极SR电动机结构原理图
SR电动机的基本工作原理是磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合——“磁阻最小原理”。AA’通电：11’与AA’重合；BB’通电：22’与BB’重合；CC’通电：33’与CC’重合；DD’通电：11’与DD’重合；AA’通电：22’与AA’重合。依次给ABCD绕组通电，转子逆励磁顺序方向连续旋转。当m相绕组轮流通电一次，转子转过一个转子极距。SR电机的旋转方向只与定子绕组的通电顺序有关，而与通电电流的方向无关。
1.2.3开关磁阻电机SR的特点
开关磁阻电机SR具有以下优点：
（1）结构简单，成本较低。SR电动机的突出优点就是定、转子皆由硅钢片叠压而成，定子上也只有简单的绕组，结构简单，制造成本低。此外，与同样性能的其他一些交流调速系统相比，SR电动机功率变换器的拓扑结构也较简单，开关元器件的数目较少，每相可以仅使用一个，这极大地减少了功率变换器的成本。这样，整个SR电动机调速系统的成本在交流调速领域有很强的竞争力。
（2）可控参量多，调速性能较好。开关磁阻电动机的主要参控方法有控制开通角、关断角，控制相电流幅值和控制相绕组电压等多种。
（3）效率高，工作可靠。SR电机在广泛的转速、功率范围内皆具有高效率。此外，简单可靠的功率电路的使用，避免了直通短路现象，这样可以简化功率电路的保护电路，减低成本的同时，极大的提高了整个SRD系统的可靠性，降低了运行维护所需的人力物力，提高了市场竞争力。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2 SR电机与SR电机驱动系统概述 1
1.2.1开关磁阻电机的相数与结构 1
1.2.2开关磁阻电机的基本结构与工作原理 1
1.2.3开关磁阻电机SR的特点 2
1.3开关磁阻电机驱动系统国内外的研究现状及未来发展趋势 3
1.3.1SR电机的研究发展 3
1.3.2SR电机的传动系统 3
1.3.3SR电机的应用 4
1.4课题研究的主要内容 4
第二章 SR电机的基本方程和控制 6
2.1开关磁阻电机的基本方程 6
2.1.1电压方程 6
2.1.2磁链方程 6
2.1.3机械运动方程 7
2.1.4电磁转矩公式 7
2.2 SR电机的控制策略 8
2.2.1SR电动机的运行特性 8
2.2.2SR电动机的基本控制方式 9
2.2.3SR电动机的起动运行 12
2.2.4SR电动机的四象限运行控制 12
第三章 SRD系统的设计原理 14
3.1SR电动机的换相原理 14
3.2SRD控制系统原理 14
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
/> 3.2.1速度给定单元（SRD） 15
3.2.2转子位置检测单元 15
3.2.3数字速度PI调节器 17
3.2.4电流检测 18
3.2.5电流与电压斩波控制调节器 18
3.2.6综合逻辑控制单元 18
3.2.7功率变换器 19
第四章 SRD系统硬件电路设计 20
4.1SRD系统概述 20
4.2位置检测电路 21
4.3低速电流斩波器 21
4.4高速电压斩波电路 22
4.5故障检测电路 22
4.6逻辑综合电路 24
4.7功率主电路 24
4.8参数显示及外部接口电路 25
4.9系统总电路图 25
第五章 软件设计 26
5.1概述 26
5.2主程序模块 27
5.3起动控制模块 28
5.4位置中断模块 29
5.5控制算法模块 30
5.6转速PI调节模块 31
5.7定时器中断模块 31
5.8故障保护及处理模块 32
结束语 32
致 谢 33
参考文献 34
附录A 35
第一章 绪论
1.1课题背景
开关磁阻电机是20世纪80年代兴起的新型电机。1983年，TASC Drives公司把世界第一台SR电动机投入市场；1984年，又推出422kW4种规格的产品，联d邦德国在1984到1986年间也相继完成了1kW、1.2kW、5kW样机的制造。
SR电动机调速系统作为一种结构简单、鲁棒性好、价格便宜的新型调速系统，出现不久就引起各国电气传动届的广大发展，我国也在1984年开始对SR电机开始进行研究。80年代，SR电动机成为最热门的调速电动机；90年代后，其理论与实际并重发展。
1.2 SR电机与SR电机驱动系统概述
1.2.1开关磁阻电机的相数与结构
通常，多相SR电机的定、转子极数与相数及步距角之间的关系如下表：
表11 定、转子极数对应关系
相 数
2
3
4
5
6
定子极数
4
6
8
10
12
转子极数
2
4
6
8
10
步距角
90°
30°
15°
9°
6°
1.2.2开关磁阻电机的基本结构与工作原理
开关磁阻电动机传动系统（SRD）在电气传动领域得到了很多的应用。SR电动机（三相8/6极）的结构原理如下图所示，在SRD系统中起到机电能量转换的作用。由于开关磁阻电机低于三相时没有自起动能力，所以实际应用中常用的电机主要有三相6/4极与四相8/6极。
图11 四相8/6极SR电动机结构原理图
SR电动机的基本工作原理是磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合——“磁阻最小原理”。AA’通电：11’与AA’重合；BB’通电：22’与BB’重合；CC’通电：33’与CC’重合；DD’通电：11’与DD’重合；AA’通电：22’与AA’重合。依次给ABCD绕组通电，转子逆励磁顺序方向连续旋转。当m相绕组轮流通电一次，转子转过一个转子极距。SR电机的旋转方向只与定子绕组的通电顺序有关，而与通电电流的方向无关。
1.2.3开关磁阻电机SR的特点
开关磁阻电机SR具有以下优点：
（1）结构简单，成本较低。SR电动机的突出优点就是定、转子皆由硅钢片叠压而成，定子上也只有简单的绕组，结构简单，制造成本低。此外，与同样性能的其他一些交流调速系统相比，SR电动机功率变换器的拓扑结构也较简单，开关元器件的数目较少，每相可以仅使用一个，这极大地减少了功率变换器的成本。这样，整个SR电动机调速系统的成本在交流调速领域有很强的竞争力。
（2）可控参量多，调速性能较好。开关磁阻电动机的主要参控方法有控制开通角、关断角，控制相电流幅值和控制相绕组电压等多种。
（3）效率高，工作可靠。SR电机在广泛的转速、功率范围内皆具有高效率。此外，简单可靠的功率电路的使用，避免了直通短路现象，这样可以简化功率电路的保护电路，减低成本的同时，极大的提高了整个SRD系统的可靠性，降低了运行维护所需的人力物力，提高了市场竞争力。
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