纺机专用一拖二变频器的设计与实现

摘要

随着我国纺织行业的越来越自动化，异步电机借助其独特的优势使得在纺织行业的应用越来越广泛，它容量多样性、转矩大、结构简单、成本低廉以及对工作环境要求低等。异步电机的控制领域也随之拓展开来，其中变频器的设计如雨后春笋般发展壮大。一个性能良好的变频器是由一套完整的控制系统、性能优异的控制器和性能优秀的功率器件组成的。这将使得电机的旋转更加的趋于稳定，发挥其最优性能，从而保障在工业生产中的效率和精度。
　　本文所研究是采用STM32加上两片IPM驱动单元设计的纺织行业专用一拖二变频器控制系统。首先对以交流异步电机为研究对象的变频器的发展概况进行了介绍，以及变频控制系统的基本组成部分，并针对该一拖二变频器的应用场景做了详细的阐述。其次针对异步电机的数学模型进行了推导和简化，使之更加适用于SPWM的控制方式，并在MATLAB的SIMULINK环境进行仿真，给出了仿真结果。最后在理论的支撑下，对系统的硬件和软件的设计做了详细的描述，并测试系统，得出最终的实验结果。
　　在硬件设计上，一片STM32结合两块IPM驱动单元为主线，高效的开关电源电路对整个系统作支撑，并有一套完整的保护系统和高速光耦隔离电路来保护系统的正常工作，除此之外的RS485通信结合自定义的通信协议使得系统在工业环境下完好的实现和上位机的通信工作。
　　在软件设计上，系统包含了实时正弦值的算法、电流跟踪型的PI调节器、S曲线的生成、多种应用场合的VF曲线和SPWM波的实现，自主提出和改进了各部分算法，为整个系统的流程奠定了基础。还针对每一部分的软件程序进行了分步调试，使软件趋于完善。
　　最后经实验室和实际工作现场的测试，测量了系统中关键的电流电压波形，归纳出了系统的指标参数，输出频率范围0.1~100Hz，频率精度可达0.1Hz，另外分析了系统产生误差的原因，提出了相应的改进措施。

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第1章 绪论

1.1 项目来源及其背景介绍

1.2 异步电机调速控制的研究现状和发展趋势

1.3 课题研究的目的意义和要求

1.4 本文的主要研究内容

第2章 一拖二变频调速系统方案设计

2.1 变频调速系统基础

2.2 感应电机基础

2.3 系统的整体结构组成及分析

2.4 本章小结

第3章 一拖二变频器系统硬件电路设计

3.1 主控制器电路的设计

3.2 电源部分电路的设计

3.3 PWM信号驱动电路及其隔离电路的设计

3.4 电流检测电路的设计

3.5 保护电路的设计

3.6 通信电路的设计

3.7 按键和显示电路

3.8 本章小结

第4章 系统软件设计

4.1 MDK集成开发环境简介

4.2 软件的总体框架

4.3 各部分算法的软件实现

4.4 通信协议的软件部分

4.5 本章小结

第5章 实验室调试与现场调试

5.1 系统的建模与SIMULINK仿真

5.2 实验平台与调试环境介绍

5.3 调试步骤

5.4 实验结果

5.5 实际应用

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 课题研究成果总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献

附录

作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目