開關磁阻電機調速系統的硬件方案設計

李夢瑤

摘 要：開關磁阻電動機調速系統（Switched Reluctance Motor Drive，簡稱SRD）是由開關磁阻電機，電力電子開關電路及驅動控制部分組成的高性能調速系統。相對于直流調速系統和PWM變頻調速系統，開關磁阻電機調速系統綜合性能優越，在實際應用中取得了較好的運行效果和顯著的經濟效益。本文以80C196KC單片機為數字控制器核心，進行了系統控制器的硬件設計，并給出了硬件電路原理示意圖：包括單片機及附屬電路、鍵盤與顯示電路、位置檢測電路、功率變換器電路的示意圖；

關鍵詞：開關磁阻電機；調速系統；80C196KC單片機

1 前言

開關磁阻電動機調速系統簡稱SRD，SRD主要由4部分組成：開關磁阻電機（簡稱SRM），功率變換器，數字控制器和檢測裝置。系統示意圖如圖1所示。

SRD運行時所需能量由功率變換器供給，功率變換器需要直流電源供電，一般情況下，直流電源由蓄電池或交流電整流后得到。檢測裝置包括位置檢測和電流檢測，它們作為系統反饋控制。控制器作為SRD的中樞，它綜合處理速度指令、速度反饋信號及電流傳感器、位置傳感器的轉子位置信息，控制功率變換器中主開關器件的工作狀態，實現對SRM運行狀態的控制。

2 80C196KC單片機簡介

本文選取了INTEL公司的80C196KC單片機。80C196KC單片機是16為MCS-96系列單片機的重要成員，在工程應用領域有著廣泛的應用。由于該單片機自身帶有A/D轉換器、PWM（D/A）輸出、高速輸入（HSI）、高速輸出（HSO）及多個硬件定時器等I/O功能部件，能進行帶符號和不帶符號的32位除16位、16位除8位以及16位乘16位、8位乘8位的算術運算，使其具有很強的數據處理能力，加上它的CPU采用了面向寄存器的結構，其一條指令相當于51系列等單片機的多條指令的功能。

3 開關磁阻電動機調速系統硬件設計

在SRD中，數字控制器是核心，SRD系統調速性能的優劣很大程度上取決于數字控制器的選取。單片機由于體積小、功耗低，數據處理能力和控制能力強等特點，使其在SRD中的應用也越來越廣泛。好多硬件實現的功能都可用單片機配合軟件編程來實現，從而簡化了硬件電路的設計，使控制方式靈活多變?？刂撇呗缘母淖冎恍枰淖兛刂栖浖涂梢酝瓿桑沂馆^為復雜的數學邏輯和先進的控制算法比較容易實現。

本設計中的單片機開關磁阻電動機調速系統的硬件系統的結構圖如圖2所示。

本單片機調速控制器的硬件系統由3部分組成：

（1）單片機最小系統。（2）輸入輸出部分：包括位置信號輸入，電流采樣信號輸入，主開關管控制信號輸出，PWM輸出等。（3）人機交互部分：人機交互部分主要由鍵盤和顯示電路構成，能夠使實驗人員更好的控制電機的運行以及實時觀測電機的運行狀況。

鍵盤和顯示電路是實現人機交互的重要環節。顯示部分用于實時顯示電機的運行情況，4個LED數碼管顯示電機的運行速度、PWM占空比、給定速度、故障等系統的運行狀態信息。SRD通過鍵盤上的8個按鍵（定速、啟動、步距、加速、減速、翻屏、停車、反轉）來實現對電機的實時控制。

4 結論

本設計中的基于單片機80C196KC的開關磁阻電動機調速系統，結構簡單，控制功能強大，能夠實現人機交互，能夠很好的完成開關磁阻電機的調速。使用了功能強大的80C196KC處理器作為控制主機來實現對電機的控制。通過位置檢測和電流檢測到的位置信息和電流信息作為整個控制系統的反饋，改善了開關磁阻電機的動靜態性能。由實驗可知，開關磁阻電機調速系統的動態性能和靜態性能良好，系統運行穩定。

參考文獻

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（作者單位：永城職業學院）