光纤连接器研磨机高速电主轴变频驱动系统的研究

摘要

随着电子电力技术的发展,变频调速技术的应用也越来越广泛,由于它的显著节能效果和灵活多变的运行方式,因此在很多的数控机床都获得了广泛采用,但是由于变频器价格昂贵,影响了它的普及和推广应用。如何在提高变频器性能的同时尽量降低其成本,是一个非常值得研究的问题。本文正是针对这一情况,采用单片机AT89S52、波形发生器专用集成电路SA4828和IGBT开关器件FGA25N120ANTD开发了一个低价格、高性能、具有实用价值的电主轴变频调速系统。本系统能够把频率固定的两相交流电变换成频率电压均可调的三相交流电驱动电主轴,它主要包括交直变换电路、逆变电路、控制电路和继电保护电路。该系统首先把输入的交流电经整流滤波后变成直流电,然后把直流电逆变成频率和电压大小可调的三相交流电,驱动电主轴。控制电路部分包括SPWM信号产生电路、驱动电路以及直流稳压电源。文中重点研究了芯片SA4828的应用特性,该芯片生成SPWM波形的电路设计简单,控制编程也方便;另外还研究了开关器件IGBT的驱动芯片IR2130,并设计了基于IR2130的驱动电路,该电路具有稳定性高、可靠性强的特点。直流稳压电源主要是用于对系统中的控制电路、驱动电路以及各种保护电路提供恒压电源,使得系统能够正常工作。为了提高系统运行的可靠性和稳定性,系统中设计了相应的过压、欠压、限流、过流、过载等保护功能。论文设计实现了变频器的基本功能、辅助功能等。本系统采用常用的U/F控制方式和正弦脉宽调制(SPWM)控制技术,具有变频器的基本控制运行功能和完善的保护电路,设计的人机接口电路,以及采用新型集成电路和成熟控制算法,使得系统控制参数的修改和变频器运行状态的控制都非常方便,同时大大缩减了整个系统的开发周期,降低了系统成本,提高了系统可靠性。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

第1节 课题背景及研究意义

第2节 电主轴简介

第3节 国内外电主轴驱动研究现状

第4节 课题来源

第5节 本文内容安排

第2章 三相SPWM 逆变原理

第1节 PWM 技术简介

第2节 变频调速的基本原理

一、异步电动机变频调速的理论

二、变频调速的控制技术

第3节 SPWM 波形的生成原理

一、SPWM 控制的基本原理

二、单极性和双极性SPWM 脉宽调制

三、同步调制和异步调制

四、SPWM 脉冲的生成方法

第4节 本章小结

第3章 SPWM 变频调速系统硬件设计

第1节 主电路的设计

一、整流电路的确定

二、中间滤波电路

三、逆变电路各参数的确定

四、IGBT 缓冲电路参数

第2节 驱动电路的设计

一、IR2130 主要功能

二、IR2130 管脚分布和内部结构图

第3节 系统控制电路的设计

一、SA4828 波形生成IC

二、单片机 AT89S52

三、人机接口电路设计

四、直流稳压电源

第4节 系统保护电路的设计

一、过压、欠压保护

二、短路、过电流保护

第5节 本章小结

第4章 SPWM 变频调速的软件设计

第1节 主程序设计

第2节 SA4828 编程

一、初始化编程

二、控制寄存器编程

第3节 人机交互程序设计

一、频率输入程序设计

二、显示程序的设计

第4节 控制运行程序设计

第5节 中断保护程序设计

第6节 本章小结

第5章 总结与展望

第1节 总结

第2节 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研情况说明

致谢