基于DSP的开关磁阻电机控制器软硬件设计
基于 DSP 的开关磁阻电机控制器软硬件设计
一、概述
目前国内广泛使用的抽油机有游梁式和无游梁式两类,同样以游梁式抽油机为主,其所配电动机
大多数为 Y系列电动机.长期以来抽油机所配电机大都处于轻载运行状态,负载率极低,功率损耗
大,能源浪费严重,抽油机井电耗在油田生产用电中占有很大比例且冲程冲次调节十分不便.本课
题采用国内油田最新节能技术,对当今普遍使用的采油机的传动系统进行改造,运用开关磁阻电
机代替以往使用的电机,并对开关磁阻电机进行必要的优化控制,以达到油井节能降耗的目的.油
田节能采油机传动系统具有较好的运行效果,特别实现低转速、大转矩,在各种工况条件下均会
有良好的节电效果,及时调整抽油机的冲次,实现冲次的无级调速,使抽油机工作随时处在最佳运
行状态.再利用数字信号处理器 DSP 的智能控制,可根据油井的实际情况,实现上冲程、下冲程、
的速度调节,频繁起停及正反转运行.
二、开关磁阻电动机调速理论
开关磁阻电机调速系统基本过程分析:
SRD 的基本运行状态包括启动运行状态、稳定运行状态和制动运行状态.各种运行状态下系统
需求不同,采用的控制策略必然有所不同.
SRD 的基本控制策略为低速运行斩波控制和高速运行角度位置控制.但在具体应用中,笼统的视
运行速度切换这两种模式,系统的工作性能很难达到最优.
将斩波方式和角度位置调节有机的结合起来,可以改善电机高速运行性能.研究表明,根据不同的
运行需求采用组合式控制策略,可以获得更好的控制效果.
1.启动运行状态策略
SRM 由静止不动到正常运转必须经历一个启动过程.SRM 的启动比较简单,无需辅助设备,对于
三相以及三相以上的电动机可在任意转子位置正、反向启动.对于 12/8 结构的三相开关磁阻电
机,采用电压斩波控制.固定开通角 0度,导通 180 度电角度,起动没有死区,可以在任意位置实现正
反转转动.
2.稳定运行状态策略
SRD 的稳定运行是指在恒定负载、恒定转速下的运行.稳态运行是电机的主要运行方式,寻求合
适的稳态运行控制策略是决定系统性能优劣的关键.考虑到系统为具有低、中、高速运行的系
统,在低速和中速采用低压斩波控制,通过调节绕组上平均电压使得电机近似运行于恒转矩方式,
在高速时采用 APC 控制,通过调节开通角,优化导通角使得系统近似运行于恒功率方式,并且使得
系统的效率最优.
在高速运行时,开通角是主要的控制变量,电流调节器的输出为开通角,开通角对电机的出力和效
率影响很大.为使电机在高速时具有出力大、效率高,把开通角作为主要的调节变量.关断角影响
电流波形的宽度,高速时电路峰值比较大,如果导通宽度太大,电流可能续流到电感下降区,产生负
转矩,影响出力和效率.可以通过实验找到一定转速范围内的最优的导通宽度,确定关断角.
3.制动运行状态策略
所谓制动,就是在电动机轴上施加一个与旋转方向相反的转矩.
SRM 的制动运行包含两重意义,一是利用制动转矩降速,使电机尽快停转;而是发电工作.与直流
电机不同,SRM 只有再生制动方式,SRM 再生制动的实现非常方便,只要加大开通角,使相电流主
要在 dL/dq<0 区间段出现即可.所以对于制动状态,采用了固定开关角和电压斩波的控制策略.
三、基于 DSP 的开关磁阻电机控制器硬件设计系统硬件设计总体结构
本文采用 TMS320LF2812 为主控制器并配以高速逻辑电路,以四相8/6 极开关磁阻电动机为对
象,设计了一种性能优良的开关磁阻电机速度控制系统.介绍了系统的结构和工作原理,给出了位
置检测、电流检测、输出及故障保护等电路设计,利用的丰富外设资源,达到简化电路结构、提
高运行可靠性的目的.
控制系统以 TMS320LF2812 数字信号处理器控制核心,采用速度、电流双闭环控制结构.DSP 捕
摘要：
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基于DSP的开关磁阻电机控制器软硬件设计一、概述目前国内广泛使用的抽油机有游梁式和无游梁式两类,同样以游梁式抽油机为主,其所配电动机大多数为Y系列电动机.长期以来抽油机所配电机大都处于轻载运行状态,负载率极低,功率损耗大,能源浪费严重,抽油机井电耗在油田生产用电中占有很大比例且冲程冲次调节十分不便.本课题采用国内油田最新节能技术,对当今普遍使用的采油机的传动系统进行改造,运用开关磁阻电机代替以往使用的电机,并对开关磁阻电机进行必要的优化控制,以达到油井节能降耗的目的.油田节能采油机传动系统具有较好的运行效果,特别实现低转速、大转矩,在各种工况条件下均会有良好的节电效果,及时调整抽油机的冲次,实...
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作者：闻远设计
分类：非标机械电气自动化
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