护电路要实时检测母线电压，当母线电压超过过电压保护整定值（120%Udc ），或低于欠电压保护整定值(85%Udc)时，拉掉所有主开关的栅极驱动信号，使它们处于反向偏置状态，并发出过、欠电压信号。此外，还要实时检测中点电位的波动情况，若中点电位上升幅度较大，即上桥臂过压时，就要关断上桥臂的导通相，直到中点电位回落到允许范围之内，方能再次开通。此外，在功率变换器首次缓冲上电时，当母线电压达到一定值（70% Udc）时，应接通接触器，将上电电阻短路，使变换器正常工作。 3.4.3 电流保护电路

SR电机的相电流是单向脉动的，电流峰值与平均电流比值高，且IGBT作为一种快速开关器件，为避免因过流而损坏器件，过电流保护的优劣是变换器设计的关键。过电流保护可以通过LEM模块检测到的电流瞬时值，与开关管集电极电压自动调节驱动电流，

实施快速保护。

图3-8

3.4.4 制动放电电路

当开关磁阻电动机制动运行时，向功率电路回馈的电能多于从功率电路的到的电能。此时若采用可逆直流电源供电（如蓄电池、直流发电机等），则多出的电能可流向电源。但若采用交流供电时，则因整流电路的不可逆特性，多余的电能只能储存于滤波电容器中。若回馈的电能较多，或电动机长时间工作在制动运行状态中，则电容器电压会升高至超出允许范围，其直接后果将使功率电路元件损坏。为了防止这一现象的发生，应采取必要的限压措施。最理想的措施是使多余的电能返回交流电网，使多余的电能得到再利用，但由于其实现起来电路较复杂，在中小容量开关磁阻电动机的调速系统中一般使用下图所示制动放电电路。当直流母线电压高于限定值时，使功率开关S导通，多余的电能泄放到电阻RL中。

第4章 主要参数检测

开关磁阻电机调速系统是一种典型的机电一体化装置，其控制器实际上是一个典型的实时测控系统。所以，该系统首先要准确检测一些参数，然后综合这些信息给出控制量，实现各种运行方式的控制。SRD的主要参数一般包括位置、速度和电流三种反馈信号。

4.1 转子角位移检测

开关磁阻电动机借助于位置检测器的运行于自同步状态，位置闭环是SRD区别于步进电动机传动系统的重要标志之一。位置检测的目的是确定定、转子间的相对位置，然后将位置信号反馈至逻辑控制电路，各相主开关主开关器件便进行相应的逻辑切换，以确定相应相绕组的通断。适用于开关磁阻电动机调速系统的角位移传感器形式很多，其中最常用的是光电式。它的优点是结构简单，位置高，但比较怕灰尘，需有密封良好的

防尘罩。图表示四相8/6极电机的光电耦合式位置传感器的结构示意图，

图4-1

它一般由光电码盘和霍尔元件组成。光电码盘有与转子凸极、凹槽数等量的齿槽，且齿和槽均匀分布。在定子上，装有两个相距15°的槽形光耦S1、S2 ，转子上同轴安装有光电码盘。利用发光二极管和光电晶体管之间光量的耦合，通过有齿槽码盘和电动机同步旋转时的遮光和透光，使光敏元件产生导通和截止信号。

在一个转子角周期内，S1、S2产生两个相位差为15°、占空比为50%的方波信号，组成四种不同的状态，即01，11，10，00，对应单片机读入的数字量为00H、02H、08H、0AH。

4.2 电流检测

开关磁阻电动机在低速运行时，为了调节转矩和限制绕组电流的幅值，常采用电流斩波控制，这就要求能准确可靠地检测出相电流的大小。即使是高速运行时的APC方式，为防止系统过载或故障，也需实时检测绕组电流。可见。电流检测是低速斩波控制和主电路过电流保护的需要。在SRD系统中绕组工作电流是单向脉动波，没有负电流存在，但电流波形随着运行方式的不同而变化较大。因此要求电流传感器快速性能好、灵敏度高、能进行单向电流检测，且在一定工作范围内具有良好的线形度。同时要求其有电气隔离，以免主电路的高压影响控制电路。

目前电流检测的方法很多，如电阻采样、直流电流互感器、霍尔元件采样及磁敏电阻采样等。在电阻采样隔离中，输出电压与采样电流是非线形的，且存在附加功耗，一般只能作为过电流信号检测用。本系统采取的是磁场平衡式霍尔电流检测器（LEM模块）。这种电流传感器互感器、磁放大器、霍尔元件和电子线路集成在一起，具有测量、反馈、保护三重功能。LEM模块是通过磁场的补偿，保持铁心磁通为零。被测电流I1通过一次侧导线产生磁场，霍尔元件感应的信号经放大器放大幅度后，产生一补偿电流IS。而IS经二次侧后产生的磁场抵消I1磁场，直至零为止。那么被测电流的大小，便由电流在测量电阻上的压降间接地反映出，且有较大的线形度。

对四相SR电动机，电流传感器的实际应用（安装）方法有两种，

1） 在每相串入一个电流传感器LEM。这种方案可准确检测到每相电流，用于斩波控制和过流保护的电流采样信号比较准确。但该方案要用到四个传感器，无疑增加了成本，使系统复杂；

2)、在电动机运行时，相邻相的导通区可能产生重叠，但交叉相的导通区间一般不会重叠。所以可以采取A和C、B和D相分别共用一个电流传感器，即在上下桥臂的母线上各装一个LEM，这样可对四相电流分别进行斩波控制。但这种方案会导致当C相开

通时，A相仍在续流，造成电流传感器不能真实地反映各相电流水平，特别是当起动区采用30°导通时，两相电流重叠严重，且此时斩波频率及绕组电流都达到极值，稍有不慎会导致IGBT损坏。

4.3 转速检测

SRD作为一种性能优良的变速传动系统，为保证系统具有优良的动、静态性能，必须依靠速度环节进行速度闭环控制。所以要对电动机的瞬时速度进行实时检测，将测量的转速值与设定转速相比较，控制器根据转速差确定恰当的控制策略。

8098单片机有数条外部高速输入线（HSI.0～HSI.3），HSI不仅能检测某外部引脚上是否有事件发生，还能记录发生的时刻及当前引脚的状态。高速输入HSI只用定时器T1作为实时时钟来记录外部事件发生的时刻。在12MHZ晶振下，在无需CPU干预的情况下，高速输入口的分辨率为2us。将经过整形的位置传感器检测到的两路输出P、Q，分别送入单片机的高速输入口HSI.0和HSI.1。将这两个口设置为工作在中断方式，两路波形中的任意一路发生跳变，都向CPU申请中断，则电动机每转过15°便产生一次中断。在中断服务子程序中，HSI从状态寄存器HSI-STATUS读取引脚电平的当前状态，判断转子位置，确定导通相。从时间寄存器HSI-TIME读取该次中断的时间，由此可计算出转速

n=

60m?Nr??Ni?T0 （4-1）

式中m表示电动机的相数；Nr 为转子极数；?Ni = Ni –Ni-1为两次中断间隔时间计数值；T0为每个计数值所需时间。