开关磁阻电机及其驱动和控制管理系统

产品描述：

  爱问共享资料开关磁阻电机及其驱动和控制管理系统文档免费下载，数万用户每天上传大量最新资料，数量累计超一个亿 ，null第2章开关磁阻电机及其驱动控制管理系统SRD第2章开关磁阻电机及其驱动控制管理系统SRD21SRM传动系统22SRM基本方程与性能分析23SRD的控制原理24SRD的功率变换器25SRD传动系统的反馈信号检测26SRD控制管理系统原理及其实现27基于单片机的SRD控制管理系统28基于DSP的SRD控制管理系统29开关磁阻发电机null21SRD传动系统211SRD传动系统的组成nullSR电动机定转子实际结构SR电机结构与原理SR电机结构与原理结构特点1双凸极结构2定子集中绕阻绕组为单方向通电3转子无绕阻212运行原理磁阻最小原理212运...

  null第2章开关磁阻电机及其驱动控制管理系统SRD第2章开关磁阻电机及其驱动控制管理系统SRD21SRM传动系统22SRM基本方程与性能分析23SRD的控制原理24SRD的功率变换器25SRD传动系统的反馈信号检测26SRD控制管理系统原理及其实现27基于单片机的SRD控制管理系统28基于DSP的SRD控制系统29开关磁阻发电机null21SRD传动系统211SRD传动系统的组成nullSR电动机定转子实际结构SR电机结构与原理SR电机结构与原理结构特点1双凸极结构2定子集中绕阻绕组为单方向通电3转子无绕阻212运行原理磁阻最小原理212运行原理磁阻最小原理电机原理演示磁通总要沿着磁阻最小路径闭合一定形状的铁心在移动到最小磁阻位置时必定使自己的轴线与主磁场的轴线与A-A重合B-B通电⃗2-2与B-B重合C-C通电⃗3-3与C-C重合D-D通电⃗1-1与D-D重合依次给A-B-C-D绕组通电转子逆励磁顺序方向连续旋转null128极三相开关磁阻电动机null以不同的颜色表示磁场强弱蓝色磁场最弱绿色强当某一相通电时磁极极尖处磁场强nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull1依次给A-B-C-A绕组通电转子逆励磁顺序方向连续旋转改变绕组导通顺序就可改变电机的转向2通电一周期转过一个转子极距tr360Nr3步距角qbtrm360mNr4转矩方向与电流无关但转矩存在脉动5应该要依据定转子相对位置投励不能像普通异步电机一样直接投入电网运行需要与控制器一同使用结论null213开关磁阻电动机的相数与结构相数与级数关系1为了尽最大可能避免单边磁拉力径向必须对称所以双凸极的定子和转子齿槽数应为偶数2定子和转子齿槽数不相等但应尽量接近因为当定子和转子齿槽数相近时就可能加大定子相绕组电感随转角的平均变化率这是提高电机出力的主要的因素nullSR电动机常用的相数与极数组合null相数3456789定子极数8转子极数步进角度125SR电机常用方案相数与转矩性能关系相数越大转矩脉动越小但成本越高故常用三相四相还有人在研究两相单相SRM低于三相的SRM没有自起动能力null外转子单相SR电动机null利用永磁体辅助起动的单相SR电动机null12-phase4statorpole2rotorpole24-phase8statorpole6rotorpole33-phase6statorpole4rotorpole45-phase10statorpole8rotorpole214SRD特点214SRD特点1电动机结构相对比较简单成本低适用于高速开关磁阻电动机的结构比通常认为最简单的鼠笼式感应电动机还要简单2功率电路简单可靠因为电动机转矩方向与绕组电流方向无关即只需单方向绕组电流故功率电路能做到每相一个功率开关SRD特点SRD特点3各相独立工作可构成极高可靠性系统从电动机的电磁结构上看

  各相绕组和磁路相互独立各自在一定轴角范围内产生电磁转矩而不像在一般电动机中必须在各相绕组和磁路共同作用下产生一个圆形旋转磁场电动机才能正常运作4高起动转矩低起动电流控制器从电源侧吸收较少的电流在电机侧得到较大的起动转矩是本系统的一大特点SR04IN14TNIM6-7IN2-3TNSRD特点SRD特点5适用于频繁起停及正反向转运行SRD系统具有的高起动转矩低起动电流的特点使之在起动过程中电流冲击小电动机和控制器发热较连续额定运行时还小6可控参数多调速性能好控制开关磁阻电动机的主要运行参数和常用方法至少有四种相开通角相关断角相电流幅值相绕组电压null7效率高损耗小SRD系统是一种非常高效的调速系统8可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用上的要求9缺点转矩脉动振动噪声但可通过特殊设计克服SRD特点null215SRD发展概况75kW1500rmin几种调速系统性能比较null航空工业家用电器物理运动精密伺服系统电动车216SRD的应用与研究动向应用SRD的研究方向SRD的研究方向SR电机设计研究铁心损耗计算转矩脉动噪声优化设计等理论SR电机的控制策略研究最优控制减小转矩脉动降低噪声具有较高动态性能算法简单可抑制参数变化扰动及各种不确定性干扰的新型控制策略智能控制策略SR电机的无位置传感器控制SR电机的振动噪声研究无轴承SR电机研究磁悬浮SR电机应用研究电动车发电机一体化电机等22SR电机基本方程与性能分析22SR电机基本方程与性能分析不计磁滞涡流及绕组间互感时m相SR电机系统示意图J转子与负载的转动惯量D粘性摩擦系数TL负载转矩电路方程电路方程第k相绕组的相电压平衡方程磁链方程磁链方程所以机械运动方程机械运动方程式中 Te电磁转矩 J系统的转动惯量 K摩擦系数 TL负载转矩电磁转矩电磁转矩磁共能的表达式为SR电机的瞬时电磁转矩Te可由磁共能Wc导出SR电机的平均电磁转矩Tav222基于理想线性模型的SR电动机分析222基于理想线性模型的SR电动机分析线性模型不计磁路饱和假定绕组电感与电流无关此时电感只与转子位置有关SR电机相电感随转子位置变化null1位置rotor转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置1null0o位置定子磁极轴线位置转子磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置2null3位置转子磁极前沿与定子磁极前沿重合位置rotor3null4位置转子凹槽前沿与定子磁极后沿重合位置4null5位置rotor转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置5null0定子磁极轴线转子凹槽前沿与定子磁极前沿相遇位置2转子磁极前沿与定子磁极前沿相遇位置3转子磁极前沿与定子磁极前沿重合位置4转子凹槽前沿与定子磁极后沿重合位置nullSR电机绕组电感的分段线性解析式KLmax-Lmin3-2Lmax-Lmins特征随定转子磁极重叠的增加和减少相电感在Lmax和Lmin之间线性地变化Lmin为定子磁极轴线对转子凹槽中心时的电感Lmax定子磁极轴线对转子

  磁极轴线的电感相电流解析分析相电流解析分析第k相绕组模型null忽略电阻相绕组电压方程所以而Li相电流解析分析同时能导出null1当12LLminUs为又ion0所以null2当2offLLminK-2Us为null由初始条件i2Us2-onLmin确定CUson所以2当2off时3当off3LLminK-2Us为-3当off3LLminK-2Us为-4当34LLmaxUs为-5当42off-on5LLmax-K-4Us为-nullnullon2在电感上升前开通迅速建立电流以获得足够转矩2电感上升使绕组电流下降off3在电感达最大之前绕组关断绕组续流3z4θz2θoff-θon在电感下降之前续流结束否则会产生反向转矩典型电流波形null特点开通角越小电流幅值越大续流时间越长null不同关断角下电流波形null变化趋势结构一定在θon和θoff不变时绕组电流随外加电压的增大而增大随转速的升高而减小通过调整开关角和关断角也可以影响绕组电流从而就间接地使电动机的电磁转矩增大影响绕组电流的因素外加电源电压Us角速度ωr开通角θon关断角θoff最大电感Lmax最小电感Lmin定子极弧βs等线性模型忽略了许多因素计算结果误差很大只能定性地说明影响电流转矩的因素准线性模型分析准线性模型分析为避免繁琐计算又近似考虑磁路的饱和效应常借助准线性模型将实际非线性磁化曲线分段线性且不考虑磁耦合两段线性处理一段为饱和段视为与0的位置的磁化曲线平行斜率为Lmin一段为非饱和段为Li的不饱和段null准线性模型绕阻电感Linull基于准线性模型Li是可解析的可以分别求出绕阻磁链与磁共能的分段解析式由此得到SR电机的瞬时转矩的分段解析式null在相电流为理想平顶波的情况下SR电机平均电磁转矩Tav的解析式当SR电动机运行在电流值很小的情况下磁路不饱和电磁转矩与电流平方成正比当运行在饱和情况下电磁转矩与电流的一次方成正比这个结论可当作制定控制策略的依据null1on是控制转矩的重要参数一定时若开通角on较小相电流直线上升时间较长从而增大电流提高转矩2在on一定时增大off平均转矩也相应增大但导通角coff-on有一个最佳值超过此值c增大平均转矩反而减小讨论23SR电机的控制原理23SR电机的控制原理SR电机固有机械特性F为以电机结构参数mNr2LmaxLmin和控制参数onoff为变量的函数对一定电机结构参数一定如Usonoff一定则电机的固有机械特性为Tavk2 PknullSR电动机的基本机械特性SR电机的基速SR电机的基速SR电机的固有机械特性类似与直流电机的串励特性对给定SR电机在最高电压Us和最大允许电流条件下存在一个临界角速度即SR电机得到最大转矩的最高角速度称为基速SR电机控制策略SR电机控制策略基速以下电流斩波控制CCC输出恒转矩可控量为Usonoff控制法1固定onoff通

  过电流斩波限制电流得到恒转矩控制法2固定onoff由速度设定值和实际值之差调制Us进而改变转矩基速以上角度位置控制APC输出恒功率null设定电流上下幅值的斩波图null设定电流上限和关断时间斩波图nullPWM斩波调压控制的电流波形nullAPC运行时Tav与onoff的关系null控制方式的合理选择null电流斩波的最高限速Cmax电流斩波的最高限速为nullSR电动机的起动运行四相SR电动机的矩角特性null两相起动时合成转矩波形nullSR电动机的四象限运行控制SR电动机正反转控制原理null制动状态下LiTe与转子位置角的关系示意图24SRM功率变换器24SRM功率变换器功率变换器是直流电源和SRM的接口起着将电能分配到SRM绕组中的作用同时接受控制器的控制由于SRM遵循最小磁阻原理工作因此只需要单极性供电的功率变换器功率变换器应能迅速从电源接受电能又能迅速向电源回馈能量对功率变换器主电路的要求对功率变换器主电路的要求1较少数量的主开关元件2可将全部电源电压加给电动机相绕组3主开关器件的电压额定值与电动机接近4具备迅速增加相绕组电流的能力5可通过主开关器件调制有效地控制相电流6能将能量回馈给电源241主电路常见形式241主电路常见形式1双开关型每相有两只主开关和两只续流二极管当两只主开关VT1和VT2同时导通时电源US向电机相绕组供电当VT1和VT2同时关断时将电机的磁场储能以电能形式迅速回馈电源实现强迫换相双开关型电路特点双开关型电路特点1适用于任意相数SR电机2相控独立性独立3相电压电源电压4器件数量多三相SR电机常采用双开关型主电路三相SR电机常采用双开关型主电路双开关型主电路又称为不对称半桥型主电路null双绕组型电路特点主开关S1导通时电源对主绕组A供电当其关断时靠磁耦合将主绕组A的电流转移到副绕组通过二极管D1续流向电源回馈电能实现强迫换相早期使用的双绕组结构每相有主副两个绕组主副绕组双线并绕同名端反接其匝数比为11null2双绕组型缺点1由于主副绕组之间不可能完全耦合在S1关断的瞬间因漏磁及漏感作用其上会形成较高的尖峰电压故S1需要有良好的吸收回路2由于采用主副两个绕组因而电机槽及铜线利用率低铜耗增加体积增大优点适用于任何相数的SRM尤其适宜于低压直流电源供电场合3电容分压型电源分裂式3电容分压型电源分裂式两个相串联的电容C1和C2将电源电压一分为二构成中点电位每相只有一个主开关S和一只续流二极管D当S1导通时上侧电容C1对A相绕组放电电源对A相供电经下侧电容C2构成回路当S1关断时A相电流经D1续流向下侧电容C2充电电容分压型电路的特点电容分压型电路的特点1只适用于偶数相SR电机2主开关数较少3相控独立性不独立4电源利用率低每相电压为电源电压的125需限制中点电位漂移4H桥型4H桥型该变换器比四相电容分压型功率变换器主电路少了两个串联的分压电容换相相的磁能以电能形式一部分回馈电源另一部分注入导通相绕组引起中点电位的较大浮动它要求每一瞬间必须上下各有一相导通工作制AB-BC-CD-D

  AH桥型电路的特点H桥型电路的特点1只适用于4的倍数相SR电机2主开关数较少3相控独立性不独立4相绕组电压浮动5本电路特有的优点能轻松实现零压续流提高系统的控制性能H桥型电路为4相SR电机最常用的主电路形式null相SR电机主电路工作方式4相86极SR电机主电路null方式1单管斩波方式需增加一个公共开关V0PWM斩波由V0完成V1-V4只负责换相null方式2四相斩波方式V1-V4不仅担负换相任务还要进行PWM斩波两导通相对应的开关V1V2同时开通或关断null方式3两相斩波方式主电路同方式2V1和V3进行PWM斩波控制工作情况较复杂null主电路设计实例系统的主要技术指标额定功率30kW额定转速1500rmin转速范围502000rmin电源三相交流380V50Hz双向运行停车制动起动转矩15190Nm过载能力120null功率变换器主电路null器件的选用IGBT模块结构图nullEXB841原理图IGBT驱动电路nullEXB841典型应用电路25SRM传动系统的反馈信号检测25SRM传动系统的反馈信号检测251位置检测与换相逻辑光电传感器静止部分运动部分红外发光二极管光敏三极管辅助电路与SRM转子同轴安装的遮光盘遮光盘有6个30o间隔的齿位置检测null位置信号检测电路原理图VG为光耦R1R2限流电阻两个非门对输出信号进行整形以消除毛刺和上升沿下降沿null槽型光电耦合开光null4相SR电机位置传感器安装说明示意图定子上安装两个相距75o的光敏器件SP分别与定子极中心线种不同状态代表定子绕组4种不同参考位置null位置10o导通相分析令转向为逆时针旋转则应为AB两相导通位置传感器信号S未遮输出高电平持续15oP被遮输出低电平持续30onull位置2转过15o导通相分析令转向为逆时针旋转则应为BC两相导通位置传感器信号S被遮输出低电平持续30oP被遮输出低电平持续15onull位置3转过30o导通相分析令转向为逆时针旋转则应为CD两相导通位置传感器信号S被遮输出低电平持续15oP未遮输出高电平持续30onull位置4转过45o导通相分析令转向为逆时针旋转则应为DA两相导通位置传感器信号S未遮输出高电平持续30oP未遮输出高电平持续15onull位置5转过60o导通相分析令转向为逆时针旋转则应为AB两相导通位置传感器信号S未遮输出高电平持续15oP被遮输出低电平持续30o定转子相对位置同位置160o一周期正转逻辑关系正转逻辑关系反转逻辑关系反转逻辑关系3相128极SR电机3相128极SR电机3相128极SR电机位置传感器示意图三个光电开关依次相隔15o安装产生占空比为50依次相差15°的三个信号合成六个不同状态代表电动机绕组不同参考位置光耦输出信号与转子位置关系光耦输出信号与转子位置关系null锁相环原理null角度细分电路Inull角度细分电路IInull软件角度细分电路Inull软件角度细分电路IInull252速度检测转子位置检测信号的频率与

  电机的转速成正比将测出的转子位置信号的频率经过转换即可得到转速由于SRD系统位置检测输出信号为数字信号故其转速检测不需要附加器件十分简单易行且便于与计算机接口null用LM2907构成的FV转换电路nullM法测速与T法测速M法适用于高速运行时的测速低速时测量精度较低因为在pN和Tc相同的条件下高转速时m1较大量化误差较小nullnullMT法测速null253电流检测SR电动机电阻采样电流检测电路null霍尔电流传感器检验测试电路null四相SR电动机电流检测null三相SR电动机电流检测26SRD控制管理系统原理及其实现26SRD控制管理系统原理及其实现SRD控制管理系统原理图27基于单片机的SRD控制管理系统27基于单片机的SRD控制管理系统null28基于DSP的SRD控制器基于DSP的SRD系统硬件介绍基于DSP的SRD系统硬件介绍1控制器TMS320F2407核心--实现数字控制DSP具有PWM发生单元可产生16路PWM信号DSP最小系统还包括32K的16位快速RAM20MHz时钟电路看门狗电路电压监测及复位电路与上位机进行通信的RS232通信电路给定速度通过DSP的ADC模块输入实际速度由位置传感器来检测通过捕获单元输入DSP利用PI算法通过比较单元和PWM发生单元输出PWM信号PWM信号经光电隔离输入到功率器件的驱动电路控制器件开关实现SRM闭环调速基于DSP的SRD系统硬件介绍基于DSP的SRD系统硬件介绍2位置信号输入电路光电传感器反馈转子位置信号通过F2407的捕获单元CAP1～4对脉冲信号进行实时检测来实现对转子位置信号的检测3转速计算CAP单元不仅能检测信号的变化而且还能记录两次信号变化的时间间隔由此能够确定电机转子的位置并可计算出电机的实际工作速度进而准确地控制各相的开通和关断基于DSP的SRD系统硬件介绍基于DSP的SRD系统硬件介绍4电流检测电路使用磁场平衡式霍尔检测器LEM模块来检测电机的三相电流LEM的输出一方面输入到F240的AD转换口转换成数字信号后用以控制电流斩波限一方面输入到保护电路实现对功率变换器主开关的过流保护5键盘显示电路F240有独立的IO空间和总线用IO口组成矩阵式键盘通过串行外设接口SPI显示运作时的状态控制策略控制策略为简化起见采用PID算法进行速度闭环调节由于SR电机具备比较好的动态性能实际只需PI调节控制策略控制策略1双闭环转速外环电流内环速度反馈信号取自位置传感器的转子信号被给定转速相减后作为电流指令值电流指令值与检测到的实际电流值比较形成电流偏差控制PWM信号的脉宽闭环调节PID或模糊控制ANN控制等2控制方式低速时固定开关角电流PWM斩波CCC高速时角度位置控制APCPWM控制null控制系统软件流程210开关磁阻发电机210开关磁阻发电机SRG系统组成双开关型SR发电机主电路--他励式双开关型SR发电机主电路--他励式双开关型SR发电机主电路----自励式双开关型SR发电机主电路----自励式nulla励磁状态b发电状态SR发电机一相绕组等效电路null开关磁阻发电机的典型相电流波形

  本文档为【开关磁阻电机及其驱动和控制管理系统】，请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑， 图片更改请在作品中右键图片并更换，文字修改请直接点击文字进行修改，也可以新增和删除文档中的内容。

  [版权声明] 本站所有资料为用户分享产生，若发现您的权利被侵害，请联系客服邮件，我们尽快处理。

  本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权，请谨慎使用。

  网站提供的党政主题相关联的内容(国旗、国徽、党徽..)目的是配合国家政策宣传，仅限个人学习分享使用，禁止用于任何广告和商用目的。