CN206620078U - 一种开关磁阻电机控制系统 - Google Patents

Abstract

一种开关磁阻电机控制系统，包括隔离变压器、调压器、整流电路、起动电路、滤波电路、功率变换电路、DSP控制器、电流检测电路、位置传感器、按键和液晶显示器，其中，380V交流电源经过隔离变压器后，由调压器进行调压，通过整流电路得到所需的直流电，为功率变换电路提供电源，电流检测电路检测开关磁阻电机的绕组的相电流，位置传感器检测开关磁阻电机的转子位置，并且检测到的相电流和转子位置被输入到DSP控制器进行运算处理，DSP控制器输出的PWM信号用于驱动功率变换电路中的开关器件，所述按键和液晶显示器和DSP控制器连接。该开关磁阻电机控制系统可以控制电机实现低压启动，并良好运行，减小了电机的转矩脉动和电磁噪声。

Description

一种开关磁阻电机控制系统

技术领域

本实用新型涉及的是一种开关磁阻电机控制系统。

背景技术

开关磁阻电机调速系统作为近些年新兴起的一种无级调速系统，它涉及到微电子、电力电子技术、机械设计及制造、微型计算机控制，机电一体化工程应用等多个学科与领域，具有传统异步电机、直流电机调速系统所不具备的一些优点。

(1) 电机结构较为简单，制作工艺简易，生产成本低。电机转子侧没有绕组，转动惯量小，能够高转速运行而不产生形变，机械强度超过其他类型电机。电机绕组集中在定子侧，易于电机冷却，能适合于高温、强振等恶劣环境；

(2) 较强的容错能力。功率变换器为单极性，主开关与电机的绕组串联，不会出现交流调速系统或者直流无刷电机中功率变换器可能出现的短路可能；功率变换器由直流电源提供电压，在磁路和电路上各相之间相互独立，可缺相运行，可靠性大大提高；

(3) 起动时转矩较大，电流较小，因此对电网产生的影响小，可应用于重载起动以及负载频繁变化的场合；电机的调速系统效率高，调速范围宽，容易实现正反转控制运行。

(4) 可控参数多，调整性能好。控制开关磁阻电机能够实现的可控参数有开通角，关断角，相电流大小及绕组电压等，根据对电机的运行要求，选择不同的控制方法和参数可以使电机的运行状态达到最优。

但同时也存在许多问题需要优化解决。开关磁阻电机结构为双凸极并采用开关形式的供电电源，使运行过程中的边缘磁通引起电流变化的非线性，同时由于转矩与转子角度和电流之间的关系为非线性，导致电机的合成转矩不能保持稳定，存在着不可避免的转矩脉动问题。此外，电机在换相期间，由于相电流快速变化使电机定子径向振动产生的电磁噪声也不能忽略。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种开关磁阻电机控制系统，用于减小转矩脉动和电磁噪声。

本实用新型提出的一种开关磁阻电机控制系统，包括隔离变压器、调压器、整流电路、起动电路、滤波电路、功率变换电路、DSP控制器、电流检测电路、位置传感器、按键和液晶显示器，其中，380V交流电源经过隔离变压器后，由调压器进行调压，通过整流电路得到所需的直流电，为功率变换电路提供电源，电流检测电路检测开关磁阻电机的绕组的相电流，位置传感器检测开关磁阻电机的转子位置，并且检测到的相电流和转子位置被输入到DSP 控制器进行运算处理，DSP控制器输出的 PWM 信号用于驱动功率变换电路中的开关器件，所述按键和液晶显示器和DSP控制器连接。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

图1是根据本实用新型的一种开关磁阻电机控制系统的结构图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图详细描述本实用新型提供的实施例。

该开关磁组电机控制系统主要包括电源、隔离变压器、调压器、功率变换电路、整流滤波电路、电流检测电路及位置检测电路等。其中，380V交流电源经过隔离变压器后，由调压器进行调压，通过整流滤波电路得到所需的直流电，为功率变换器提供电源。DSP 输出的 PWM 信号，经过光耦隔离后，送到 IGBT 驱动模块，进而驱动功率变换电路中的开关器件。电流检测分别由霍尔电流传感器来实现，经过信号调理电路送到 DSP 的 ADC 模块来实现检测。

本实用新型选择性能更为强大的TMS320F28335作为DSP控制芯片的主控制器。TMS320F28335的时钟频率高达150 MHz ，具有高性能的32位单精度浮点单元(FPU)，采用哈佛总线架构，快速处理中断响应，有2M×16位的寻址范围，片内闪存256 K ×16 位，34K×16位SARAM，内部集成I²C总线，具有低功耗和省电模式，功能非常强大。

该控制系统的电源分为高压和低压两部分，其中高压电源主要为开关磁阻电机供电，低压电源主要用于控制以及数据通信。

从电网引出的三相交流电经过三相干式隔离变压器和三相接触式调压器后作为高压电源。隔离变压器的作用是为了提高用电安全性及电能质量。其工作原理与普通干式变压器相同，在一次测与二次侧上电气隔离，通过电磁感应原理工作，而且隔离变压器二次侧对地悬浮，与大地之间没有电位差，此外，变压器的铁芯可以抑制高频杂波干扰。隔离变压器的变比为 1，需要增加调压器来改变电压大小。接触式调压器本质上是一种自耦变压器，其输出电压可以连续调节。接触式调压器的绕组采用绝缘铜线，去掉部分线圈表面的绝缘层，当电刷沿着线圈表面滑动时，就会连续地改变变压器匝数比，实现平滑调压。系统中采用的调压器输入电压为 380V ，输出0－430 V，变压器容量为15 kVA 。

低压电源包括+24V，±15V，+5V 电源。+24V 主要用于继电器供电，由 AC/DC 开关电源提供。±15V主要用于霍尔传感器供电，IGBT 驱动电路供电，集成运算放大器供电等，由 AC/DC 开关电源提供。开关电源有体积小，集成度好，效率高等优点，内置 EMI滤波器，输出波纹小，电压稳定。+5V 电源主要用于位置传感器供电，光耦电源等，由DC/DC 模块电源 WD5-12s05A1 提供。其输入电压为 9－18V，输出5V。

整流电路采用三相整流模块来实现，可以降低电路成本并简化电路设计。经过计算后选用 MDS 100A1600V 三相整流桥模块，该整流桥模块是一个由六个二极管组成的三相桥式电路，主要作用是将三相交流电整流为直流电，输出的最大电流为 100A ，最大电压为1600V 。

380 V 交流电经过三相整流模块输出电压为脉动的直流电压，为此需要在整流电路后加入滤波电路。整流桥输出电压平均值为输入相电压的2.34－2.45倍，即 514－539V。本实用新型中采用 4 个330 μF/450V 电解电容，首先将两个串联，然后并联，以提高电压容量。采用 1 个大容量的吸收电容接在母线的两侧，其型号为 C12P47K 941 - F.47MFD 。通过大容量电容的滤波作用，就可以得到输出稳定无脉动的高压直流电。

由于滤波电容在起动瞬间由于充电会造成很大的冲击电流，进而影响母线上并联器件的正常工作，甚至可能烧毁器件，为此设计了电阻与继电器并联电路作为起动电路。起动电路中，电机起动时电容经过充电电阻后充电，减小了过大的尖峰电流，电容充电一段时间后，控制继电器使其吸合，将电阻短路，完成整个起动过程。

功率变换器主要负责为开关磁阻电动机提供电能，通过对功率开关管发出开通与关断的控制信号来达到对电机的控制。功率变换器设计是整个驱动系统中的核心部分。功率变换器包括电路结构的选择以及主开关器件的选择。综合考虑电机性能与设计成本，本实用新型采用不对称半桥型。

电流检测电路是开关磁阻电机速度控制系统的一个重要组成部分，用来检测绕组的相电流，将检测到的数据反馈到 DSP 控制芯片进行运算处理，以实现对电机的转速控制。本实用新型中相电流由霍尔电流传感器来测量。传感器型号为 TBC50PH，该系列霍尔传感器为双闭环，初级与次级之间绝缘，具有精度高、反应时间迅速，而且抗干扰能力强的优点，可用于测量直流、交流以及脉动电流。TBC50PH 电源电压为15V ，额定输入电流 50A，测量直流电流范围0－150V ，匝数比为 1：3125，内部测量电阻为250Ω。

电机的相电流经过霍尔传感器，霍尔元件在磁动势平衡稳定后，依据传感器匝数比输出电流并流过内部测量电阻，在传感器输出端就可以得到与被测电流数量关系成一定比例的电压。由于 DSP 控制芯片的输入电压不能超过 3.3V，而且为了防止功率变换电路产生的高频干扰信号影响电流检测结果，需要对传感器检测到的信号量增加信号调理电路，才可以送入 DSP 的 A/D 转换模块。

开关磁阻电机转子位置检测是为了得到定转子的相对位置，要满足检测的准确度，可靠性，抗干扰能力等要求。常见的位置传感器有光敏式，磁敏式，霍尔式，光电编码器等，其输出均为数字信号。

本实用新型中采用光敏式位置传感器，它包括光电脉冲发生器及遮光盘，其中遮光盘的齿，槽数与转子凸极，凹槽数相等。光电脉冲发生器和接收器固定在定子机壳上，遮光盘则固定在转子轴上，随着转子旋转。

该开关磁阻电机控制系统可以控制电机实现低压启动，并良好运行，减小了电机的转矩脉动和电磁噪声。

Claims (1)

1.一种开关磁阻电机控制系统，包括隔离变压器、调压器、整流电路、起动电路、滤波电路、功率变换电路、DSP控制器、电流检测电路、位置传感器、按键和液晶显示器，其中，380V交流电源经过隔离变压器后，由调压器进行调压，通过整流电路得到所需的直流电，为功率变换电路提供电源，电流检测电路检测开关磁阻电机的绕组的相电流，位置传感器检测开关磁阻电机的转子位置，并且检测到的相电流和转子位置被输入到 DSP 控制器进行运算处理，DSP控制器输出的 PWM 信号用于驱动功率变换电路中的开关器件，所述按键和液晶显示器和DSP控制器连接。