兩種自控式電動機驅動系統的電子控制
顧 宏 陳隆昌（西安交通大學）
【摘 要】介紹兩種自控式電動機驅動系統（永磁無刷直流電動機系統和開關磁阻電動機系統）的共性、速度閉環微機控制系統的實現及逆變器控制方法等。該系統在一種新研制的醫療器械上試運行表明，電機效率高、調速范圍寬而平穩、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速度控制閉環微機控制逆變器
1 引 言
隨著電力電子技術的發展和新型釹鐵材料的出現，在小功率驅動、伺服領域，由自控式電機組成的調速系統顯示出極大的優越性，國內外專家預計這種系統最終有取代其調速系統的趨勢(1，2)；目前國內外的研究表明，永磁無刷直流電機系統和開關磁阻電機系統是普遍采用的兩種自控式電機系統。
這兩種電機系統用作驅動系統具有調速特性好、效率高和易于維護等優點。對已研制的兩種驅動系統樣機進行試運行考核表明，這兩種系統完全適用于滌綸長絲高速紡機、制冷壓縮機、醫療器械、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，在中低速場合宜采用開關磁阻電機系統。
本文旨在介紹研制的永磁無刷直流電機系統和開關磁阻電機系統的經驗，結合一種交一直一交可控硅(scr)昀永磁無刷電機驅動系統和一種動力晶體管(gtr)四相六極開關磁阻電機驅動系統，討論兩種驅動系統的共性問題、速度閉環微機控制系統的實現及逆變器控制策略等。
2 電機一系統的共性
永磁無刷直流電機和開關磁阻電機無是其內部的電磁關系還是外部的控制系統有許多共性。從內部電磁關系看，理想的樞電流波形呈方波，由這一電流產生的磁是一個步進式的旋轉磁場，它與轉子呈近一拉開的周期關系，在平均意義上轉子保持同步。盡管在開關磁阻電機中，于電樞繞組電感隨位置的變化和功率器件遲關斷的作用而使電流波形畸變，但電樞流產生的磁場仍具有上述特點。
從外部控制系統的組成看，這兩種電系統都包括如下三個部分，變流器、轉子置檢測器和控制單元。由于兩種電機系統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。控單元對轉子位置信號進行處理、完成濾酒消除干擾和速度測定等；控制單元根據有：的轉子位置信號和電機的運行要求，完成．變器脈沖分配和觸發延時等，以實現對電：電流的相位控制；控制單元通過速度調節，（有時也需電流調節器）完成對整流器的：發角控制，構成一個速度閉環調壓調速系和保護等電路，硬件各部分承擔的功能簡統。圖1是自控式電機速度閉環控制的基本 述如下框圖。
上述系統的調速方式可有多種。比如對scr逆變器的系統，可通過調節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速的目的；而對gtr逆變器的系統，還可采用調制等手段。研究表明，把上述系統作為驅動系統時，其調速方式應首推調壓調速。其原因在于：①一般工業用驅動系統對轉速精度的要求不是十分嚴格，低速時一定的轉矩脈動是可承受的；③一般工業驅動系統對其成本和運行指標的要求是嚴格的，即應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****輸出轉矩狀態，逆變器控制所遵循的原則是應盡可能減少電樞電流和電勢（基波分量）之間的相位差。在scr無刷電機系統和gtr開關磁阻電機系統中，都對逆變器采取超前觸發導通的措施。對前一系統其目的是為了在保證負載換流安全的前提下提高輸出轉矩，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得到較好的運行指標。
3微機控制系統的軟硬件
采用單片機8031實現上述基本系統的硬件電路，一般要在最小系統的基礎上擴充輸入／輸出口、數模轉換、轉子位置信號處。
采用8255擴充輸入／輸出口，用于讀入濾波整形后的有效轉子位置信號，供控制逆變器觸發查詢用；用于輸出逆變器的觸發控制信號；用于讀入速度設定和改變當前運行速度。
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