基于單片機的開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計

1 引言

開關(guān)磁阻電動機是磁阻電動機與電子開關(guān)驅(qū)動控制器組成的控制裝置，又稱開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)(Switched Reluctance Motor drive,簡稱SRD)。電機結(jié)構(gòu)簡單堅固，運行可靠，系統(tǒng)具有啟動轉(zhuǎn)矩高、啟動電流低、調(diào)速范圍寬、運行效率高，特別適用于頻繁啟停及正反轉(zhuǎn)運行，使得SRD成為交，直流電機驅(qū)動系統(tǒng)以及無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的強有力競爭者。目前，SRD已用于多個領(lǐng)域，如：電動車驅(qū)動、家用電器、伺服與調(diào)速系統(tǒng)等許多領(lǐng)域。

本文設(shè)計了一個以80C196單片機為控制核心的SRD的控制系統(tǒng)，充分利用了SRD電機控制方式靈活的特點，采用數(shù)字化控制系統(tǒng)對SR電機進行控制，簡化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的可靠性。

2 SR電機工作原理

SR電機運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到最小磁阻位置時，必使自己的主軸線與磁場的軸線重合。典型的SR電機結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

具體過程如下：當(dāng)A相繞組電流控制開關(guān)S1，S2閉合時，A相勵磁，所產(chǎn)生的磁場力使轉(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出)，則轉(zhuǎn)子便按逆時針方向連續(xù)轉(zhuǎn)動起來。反之，依次給B-A-D-C相繞組通電，則轉(zhuǎn)子會按順時針方向轉(zhuǎn)動。

圖1 SR電機結(jié)構(gòu)原理圖

由于是磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩，SR電機的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無關(guān)，僅取決于相繞組的通電順序，這使得能夠簡化功率變化器電路，當(dāng)S1或S2閉合時，A相繞組從電源上吸收電能，而S1或S2斷開時，繞組電流通過二極管VD1、VD2將剩余能量回饋給電源，因此SR電機具有能量回饋的特點，系統(tǒng)效率高。

2 SRD系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1系統(tǒng)基本組成

SRD系統(tǒng)主要由四部分組成：開關(guān)磁阻電機、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電動機是整個系統(tǒng)的執(zhí)行部件，采用雙凸極結(jié)構(gòu)的磁阻的電機、功率變換器向SR電動機提供運轉(zhuǎn)所需要的能量，位置檢測器是轉(zhuǎn)子位置及速度等信號的提供者，控制器是系統(tǒng)的中樞，它綜合處理速度指令、速度反饋信號及電流傳感器、位置傳感器的反饋信號，從而控制功率變換器中主開關(guān)器件的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對SR電動機運行狀態(tài)的最終控制。