基于STM32的交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：本文主要介紹交流電機(jī)的控制使用，主要因?yàn)榻涣麟姍C(jī)已經(jīng)取代以前直流電機(jī)的重要作用，因此進(jìn)一步研究交流調(diào)速控制，對(duì)于我們以后工業(yè)發(fā)展和節(jié)能減排等有著十分現(xiàn)實(shí)的意義。

關(guān)鍵詞：STM32；交流電機(jī)；SVPWM

中圖分類號(hào)：TP23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 緒論

如今生產(chǎn)生活中交流電機(jī)的使用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了直流電機(jī)，而在交流電機(jī)中由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速不同，分成了異步電動(dòng)機(jī)和同步步電動(dòng)機(jī)。前者由于負(fù)載的轉(zhuǎn)速與輸入電網(wǎng)的頻率之比可以不為定值。[1]它與后者相比內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用和維護(hù)方便、運(yùn)行可靠，而且質(zhì)量輕，花費(fèi)成本低，因此我們把交流異步電動(dòng)機(jī)作為研究對(duì)象。[2]

2 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的主電路采用交-直-交變壓型電路。該系統(tǒng)主電路主要由整流，濾波以及IPM等部分組成。本文選擇的控制部分也是當(dāng)今使用最為廣泛的STM32F1系列單片機(jī)，可用來處理反饋環(huán)節(jié)返回來的變量以及產(chǎn)生精確地SVPWM波來驅(qū)動(dòng)IPM模塊，總體框圖如圖1所示。

2.1 電流采樣電路

它的主要作用是采集系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的電流，通過該模塊處理后返回到MCU中，電流采樣電路如圖2所示。

2.2 測(cè)速模塊

本系統(tǒng)中我們采用的是M法，我們將它的A和B兩個(gè)引腳同時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于它每一次旋轉(zhuǎn)都可以產(chǎn)生產(chǎn)生1024個(gè)脈沖。兩個(gè)引腳同時(shí)計(jì)數(shù)可以讓我們的結(jié)果更加精確。將這兩個(gè)引腳的輸入到MCU的IO口中進(jìn)行處理。

2.3 主電路設(shè)計(jì)

它是來執(zhí)行變頻調(diào)速的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該電路采用的是交-直-交變壓變頻。如圖中間經(jīng)過的是直流，它采用的是大電容來進(jìn)行濾波操作。本系統(tǒng)采用的整流器是二極管，最右側(cè)輸出的波形接近正弦波。

2.4 IPM選擇

在選用它時(shí)，我們首先要考慮的是系統(tǒng)能正常運(yùn)行。

額定電壓值計(jì)算：

Un1.5Ud=1.5×540=810V

額定電流值計(jì)算：

In=（1.2～2）*λ*Im

=（1.2～2）×1.5×2×8

=20.34～33.9A

該式中的為我們通常所說的安全裕量。λ為所有電機(jī)的過載倍數(shù)，最終選擇的IPM型號(hào)為PM50RSA120。該型號(hào)的最大耐壓為1200V，電流為50A。[3]

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

大體分為兩部分即首先是主程序設(shè)計(jì)，它包括我們使用的各模塊的初始化，以及使用的MCU的各部分功能的初始化，還要加一個(gè)循環(huán)語句確保程序一直可以執(zhí)行。其次另外一部分是中斷設(shè)計(jì)，它的作用是在上一部分程序完成的基礎(chǔ)上，執(zhí)行各種矢量算法，以及輸出SVPWM波形來進(jìn)行調(diào)制IPM。當(dāng)有一些故障出現(xiàn)時(shí)也要進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)，處理或者運(yùn)行新程序使系統(tǒng)停止，這些程序都是在keil 5下操作完成的。

4 結(jié)語

本文在深入學(xué)習(xí)了解交流變頻調(diào)速控制方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套基于STM32 和 IPM 模塊的交流異步電機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。介紹了主電路、控制電路等部分電路的硬件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)做了仿真與測(cè)試，驗(yàn)證了本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可行性與優(yōu)越性。

參考文獻(xiàn)：

[1]常紅軍.交流傳動(dòng)系統(tǒng)PSpice與Matlab仿真技術(shù)的研究[D].河北工業(yè)大學(xué)，2006.3.

[2]任曉剛.永磁同步電機(jī)無速度傳感器控制的研究[D].西南交通大學(xué)，2014.

[3]陳桂.基于MATLAB的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的仿真[J].電子機(jī)械程，2003，（05）：48-50.

作者簡(jiǎn)介：李帥男（1990-），男，漢族，吉林梅河口人，碩士，助教，研究方向：電機(jī)、PLC、電力電子、單片機(jī)。