兩種自控式電動機驅(qū)動系統(tǒng)的電子控制
顧 宏 陳隆昌（西安交通大學）
【摘 要】介紹兩種自控式電動機驅(qū)動系統(tǒng)（永磁無刷直流電動機系統(tǒng)和開關(guān)磁阻電動機系統(tǒng)）的共性、速度閉環(huán)微機控制系統(tǒng)的實現(xiàn)及逆變器控制方法等。該系統(tǒng)在一種新研制的醫(yī)療器械上試運行表明，電機效率高、調(diào)速范圍寬而平穩(wěn)、噪聲小，效果令人滿意。
【敘 詞】無刷直流電動機永磁電機磁阻電動機系統(tǒng)速度控制閉環(huán)微機控制逆變器
1 引 言
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和新型釹鐵材料的出現(xiàn)，在小功率驅(qū)動、伺服領(lǐng)域，由自控式電機組成的調(diào)速系統(tǒng)顯示出極大的優(yōu)越性，國內(nèi)外專家預(yù)計這種系統(tǒng)最終有取代其調(diào)速系統(tǒng)的趨勢(1，2)；目前國內(nèi)外的研究表明，永磁無刷直流電機系統(tǒng)和開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)是普遍采用的兩種自控式電機系統(tǒng)。
這兩種電機系統(tǒng)用作驅(qū)動系統(tǒng)具有調(diào)速特性好、效率高和易于維護等優(yōu)點。對已研制的兩種驅(qū)動系統(tǒng)樣機進行試運行考核表明，這兩種系統(tǒng)完全適用于滌綸長絲高速紡機、制冷壓縮機、醫(yī)療器械、小型電動工具等場合，一般在中高速場合宜采用永磁無刷直流電機系統(tǒng)，在中低速場合宜采用開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)。
本文旨在介紹研制的永磁無刷直流電機系統(tǒng)和開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)的經(jīng)驗，結(jié)合一種交一直一交可控硅(scr)昀永磁無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)和一種動力晶體管(gtr)四相六極開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)，討論兩種驅(qū)動系統(tǒng)的共性問題、速度閉環(huán)微機控制系統(tǒng)的實現(xiàn)及逆變器控制策略等。
2 電機一系統(tǒng)的共性
永磁無刷直流電機和開關(guān)磁阻電機無是其內(nèi)部的電磁關(guān)系還是外部的控制系統(tǒng)有許多共性。從內(nèi)部電磁關(guān)系看，理想的樞電流波形呈方波，由這一電流產(chǎn)生的磁是一個步進式的旋轉(zhuǎn)磁場，它與轉(zhuǎn)子呈近一拉開的周期關(guān)系，在平均意義上轉(zhuǎn)子保持同步。盡管在開關(guān)磁阻電機中，于電樞繞組電感隨位置的變化和功率器件遲關(guān)斷的作用而使電流波形畸變，但電樞流產(chǎn)生的磁場仍具有上述特點。
從外部控制系統(tǒng)的組成看，這兩種電系統(tǒng)都包括如下三個部分，變流器、轉(zhuǎn)子置檢測器和控制單元。由于兩種電機系統(tǒng)采用自控式運行方式，因此控制單元完成控制功能極為相似，一般為三個方面�？貑卧獙D(zhuǎn)子位置信號進行處理、完成濾酒消除干擾和速度測定等；控制單元根據(jù)有：的轉(zhuǎn)子位置信號和電機的運行要求，完成．變器脈沖分配和觸發(fā)延時等，以實現(xiàn)對電：電流的相位控制；控制單元通過速度調(diào)節(jié)，（有時也需電流調(diào)節(jié)器）完成對整流器的：發(fā)角控制，構(gòu)成一個速度閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系和保護等電路，硬件各部分承擔的功能簡統(tǒng)。圖1是自控式電機速度閉環(huán)控制的基本 述如下框圖。
上述系統(tǒng)的調(diào)速方式可有多種。比如對scr逆變器的系統(tǒng)，可通過調(diào)節(jié)輸入的直流電壓或通過改變電樞電流和電壓之間的相位差達到調(diào)速的目的；而對gtr逆變器的系統(tǒng)，還可采用調(diào)制等手段。研究表明，把上述系統(tǒng)作為驅(qū)動系統(tǒng)時，其調(diào)速方式應(yīng)首推調(diào)壓調(diào)速。其原因在于：①一般工業(yè)用驅(qū)動系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速精度的要求不是十分嚴格，低速時一定的轉(zhuǎn)矩脈動是可承受的；③一般工業(yè)驅(qū)動系統(tǒng)對其成本和運行指標的要求是嚴格的，即應(yīng)盡可能采用廉價的功率器件(scr和gtr)和低損耗的運行方式，而研究表明，采用spwm型逆變器供電時，其損耗將大于可控硅逆變器供電時的運行方式(4）。
為了使電機工作在****效率和****輸出轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，逆變器控制所遵循的原則是應(yīng)盡可能減少電樞電流和電勢（基波分量）之間的相位差。在scr無刷電機系統(tǒng)和gtr開關(guān)磁阻電機系統(tǒng)中，都對逆變器采取超前觸發(fā)導(dǎo)通的措施。對前一系統(tǒng)其目的是為了在保證負載換流安全的前提下提高輸出轉(zhuǎn)矩，而對后者是為了補償由于電流波形畸變而造成酌電流與電勢間的相位差，其目的是盡可能使系統(tǒng)得到較好的運行指標。
3微機控制系統(tǒng)的軟硬件
采用單片機8031實現(xiàn)上述基本系統(tǒng)的硬件電路，一般要在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上擴充輸入／輸出口、數(shù)模轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)子位置信號處。
采用8255擴充輸入／輸出口，用于讀入濾波整形后的有效轉(zhuǎn)子位置信號，供控制逆變器觸發(fā)查詢用；用于輸出逆變器的觸發(fā)控制信號；用于讀入速度設(shè)定和改變當前運行速度。
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