两种自控式电动机驱动系统的电子控制
顾 宏 陈隆昌（西安交通大学）
【摘 要】介绍两种自控式电动机驱动系统（永磁无刷直流电动机系统和开关磁阻电动机系统）的共性、速度闭环微机控制系统的实现及逆变器控制方法等。该系统在一种新研制的医疗器械上试运行表明，电机效率高、调速范围宽而平稳、噪声小，效果令人满意。
【叙 词】无刷直流电动机永磁电机磁阻电动机系统速度控制闭环微机控制逆变器
1 引 言
随着电力电子技术的发展和新型钕铁材料的出现，在小功率驱动、伺服领域，由自控式电机组成的调速系统显示出极大的优越性，国内外专家预计这种系统最终有取代其调速系统的趋势(1，2)；目前国内外的研究表明，永磁无刷直流电机系统和开关磁阻电机系统是普遍采用的两种自控式电机系统。
这两种电机系统用作驱动系统具有调速特性好、效率高和易于维护等优点。对已研制的两种驱动系统样机进行试运行考核表明，这两种系统完全适用于涤纶长丝高速纺机、制冷压缩机、医疗器械、小型电动工具等场合，一般在中高速场合宜采用永磁无刷直流电机系统，在中低速场合宜采用开关磁阻电机系统。
本文旨在介绍研制的永磁无刷直流电机系统和开关磁阻电机系统的经验，结合一种交一直一交可控硅(scr)昀永磁无刷电机驱动系统和一种动力晶体管(gtr)四相六极开关磁阻电机驱动系统，讨论两种驱动系统的共性问题、速度闭环微机控制系统的实现及逆变器控制策略等。
2 电机一系统的共性
永磁无刷直流电机和开关磁阻电机无是其内部的电磁关系还是外部的控制系统有许多共性。从内部电磁关系看，理想的枢电流波形呈方波，由这一电流产生的磁是一个步进式的旋转磁场，它与转子呈近一拉开的周期关系，在平均意义上转子保持同步。尽管在开关磁阻电机中，于电枢绕组电感随位置的变化和功率器件迟关断的作用而使电流波形畸变，但电枢流产生的磁场仍具有上述特点。
从外部控制系统的组成看，这两种电系统都包括如下三个部分，变流器、转子置检测器和控制单元。由于两种电机系统采用自控式运行方式，因此控制单元完成控制功能极为相似，一般为三个方面。控单元对转子位置信号进行处理、完成滤酒消除干扰和速度测定等；控制单元根据有：的转子位置信号和电机的运行要求，完成．变器脉冲分配和触发延时等，以实现对电：电流的相位控制；控制单元通过速度调节，（有时也需电流调节器）完成对整流器的：发角控制，构成一个速度闭环调压调速系和保护等电路，硬件各部分承担的功能简统。图1是自控式电机速度闭环控制的基本 述如下框图。
上述系统的调速方式可有多种。比如对scr逆变器的系统，可通过调节输入的直流电压或通过改变电枢电流和电压之间的相位差达到调速的目的；而对gtr逆变器的系统，还可采用调制等手段。研究表明，把上述系统作为驱动系统时，其调速方式应首推调压调速。其原因在于：①一般工业用驱动系统对转速精度的要求不是十分严格，低速时一定的转矩脉动是可承受的；③一般工业驱动系统对其成本和运行指标的要求是严格的，即应尽可能采用廉价的功率器件(scr和gtr)和低损耗的运行方式，而研究表明，采用spwm型逆变器供电时，其损耗将大于可控硅逆变器供电时的运行方式(4）。
为了使电机工作在****效率和****输出转矩状态，逆变器控制所遵循的原则是应尽可能减少电枢电流和电势（基波分量）之间的相位差。在scr无刷电机系统和gtr开关磁阻电机系统中，都对逆变器采取超前触发导通的措施。对前一系统其目的是为了在保证负载换流安全的前提下提高输出转矩，而对后者是为了补偿由于电流波形畸变而造成酌电流与电势间的相位差，其目的是尽可能使系统得到较好的运行指标。
3微机控制系统的软硬件
采用单片机8031实现上述基本系统的硬件电路，一般要在最小系统的基础上扩充输入／输出口、数模转换、转子位置信号处。
采用8255扩充输入／输出口，用于读入滤波整形后的有效转子位置信号，供控制逆变器触发查询用；用于输出逆变器的触发控制信号；用于读入速度设定和改变当前运行速度。
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