《哈工大生产实习报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《哈工大生产实习报告（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Harbin Institute of Technology生产实习报告（论文）课程名称：生产实习 设计题目：直流脉宽调速系统驱动电源的设计院 系：电气工程系 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 设计时间： 哈尔滨工业大学（威海）教务处哈尔滨工业大学（威海）生产实习任务书 姓 名： 院 （系）：电气工程 专 业：电气工程及其自动化 班 号： 任务起至日期：2015年07月 设计题目： 直流脉宽调速系统驱动电源的设计 已知技术参数和设计要求： 生产实习的主要任务是设计一个直流电动机的脉宽调速（直流PWM）驱动电源。被控直流永磁电动机参数：额定电压24V，额定电流1.5A，额定转速300
2、0rpm。驱动系统的调速范围：大于1：1000 工作量：1）主电路的设计，器件的选型。包括含整流变压器在内的整流电路设计和H桥可逆斩波电路的设计(要求采用IPM作为DC/DC变换的主电路，型号为PS21564)。2）PWM控制电路的设计（指以SG3525为核心的脉宽调节电路）。3）IPM接口电路设计（包括上下桥臂元件的开通延迟，及上桥臂驱动电源的自举电路）。4）DC15V 控制电源的设计（采用LM2575系列开关稳压集成电路，直接从主电路的直流母线电压经稳压获得）。3人组成1个设计小组，通过合理的分工和协作共同完成上述设计任务。设计的成果应包括：用PROTEL绘制的主电路和控制电路的原理图，电
3、路设计过程的详细说明书及焊装和调试通过的控制电路板。 工作计划安排： (学时安排为2周)l 第1周：周1，全体开会，布置任务，组成设计小组（每组3人），会后设计工作开始。答疑，审查设计方案，绘制电路图。l 第2周发放器件和装焊工具，调试电路，完成设计报告。 指导教师签字_ 年 月 日 教研室主任签字_ 年 月 日 / / 1 直流脉宽调速实验报告1设计题目直流脉宽调速系统驱动电源的设计。2任务和意义生产实习的主要任务是设计一个直流电动机的脉宽调速（直流PWM）驱动电源。由于直流电机的调速性能和转矩控制性能好，20世纪30年代起就开始使用直流调速系统。直流调速系统由最早的旋转变流机组控制，发展为
4、用静止的晶闸管变流装置和模拟控制器实现调速，到现在由大功率开关器件组成的PWM电路实现数字化的调速，系统的快速性、可靠性、经济性不断提高，应用领域不断扩展。直流PWM控制技术作为一门新型的控制技术，其发展潜力是相当大的。而且，直流PWM技术是电力电子领域广泛采用的各种PWM技术的典型应用和重要基础，掌握直流PWM技术对于学习和运用交流变频调速中SPWM技术有很大的帮助和借鉴作用。3仪器和器件IPM实验箱、示波器、数字万用表、电烙铁、烙铁座、焊锡、导线、通用板、螺丝刀、剥线钳、DIP插座、LM2575、74LS04、SG3525、独石电容、电解电容、电阻、多圈电位器、电感、二极管等。4. 设计指
5、标被控直流永磁电动机参数：额定电压24V，额定电流1.5A，额定转速3000rpm。驱动系统的调速范围：大于1：10004。 5设计内容1）主电路的设计，器件的选型：包括含整流变压器在内的整流电路设计和H桥可逆斩波电路的设计，采用IPM作为DC/DC变换的主电路，型号为PS21564；2）PWM控制电路的设计：指以SG3525为核心的脉宽调节电路；3）IPM接口电路设计：包括上下桥臂元件的开通延迟，及上桥臂驱动电源的自举电路；4）DC15V 控制电源的设计：采用LM2575系列开关稳压集成电路，直接从主电路的直流母线电压经稳压获得。6. 电路的焊接及调试在电路原理图的设计完成后，领取所需元器件
6、进行电路板的焊接工作。 1）焊接并调试LM2575模块，调节电位器使其输出为15V；2）调试PWM生成模块SG3525,使其输出波形为5kHz，并使其占空比为50%；3）焊接并调试死区发生电路，调节两个电位器使互补PWM波先开通后关断时间间隔都为5us；4）测试IPM中上桥臂驱动电源的自举电路，保证期电压差为15V左右；5）在保证UP和VN相连，UN和VP相连的前提下，闭合S2,调节占空比使电机正转和反转。7. 参考资料1）3525应用论文（电子文档）；2）IPM应用手册（电子文档）；3）LM2575数据手册（电子文档）；4）LM2575应用论文（电子文档）；5）SG3525数据手册（电子文档
7、）；6）SN74LS04数据手册（电子文档）；7）生产实习指导书（电子文档）；8）直流脉宽调速实验原理（电子文档）。2 主电路设计说明1. 主电路设计简述根据设计指标及直流脉宽调速的原理，设计主电路并选择主电路所需的器件。包括整流变压器在内的整流电路的设计和H桥可逆斩波电路的设计，根据要求采用IPM（型号为PS21564）作为DC/DC变换的主电路。并且要选择合适的变压器，满足系统的功率要求，整流桥的最大输出电流应该能够满足电路的要求。从安全角度考虑，在主电路中设有保险丝和手动开关，在电路故障时切断电路，在电路中，安装两个发光二极管，以示电路工作是否正常。2. 主电路拓扑结构主电路引入220V
8、交流电，经变压器变压后，由二极管整流桥把输入的交流电变为直流电。四只功率器件构成H桥，根据脉冲占空比的不同，在直流电机上可得到或的直流电压。图1 主电路拓扑结构图3变压器和整流电路单相无控整流桥采用四个二极管集成在一起的整流桥模块。电动机的额定电压为，通过查阅所用的IPM数据手册可知25时开关器件的通态导通压降最大值为，而此时整流桥中的二极管的导通压降可计算为为。根据，可得到整流变压器副边电压有效值=32.89V,取为33V，从而可知变压器的变比为220:33=20:3。滤波电容耐压取,实验箱上取耐压65V左右，电容值为2200uF的电解电容。根据电动机额定电流为1.5A，整流二级管承受的最大
9、反向电压为，取两倍裕量为，据此选择整流二极管1N5402。电动机最大功率为，整流电路最大功率=1.5A*1.4V=2.1W，斩波电路最大开通损耗为=2.1V*1.5A=6.3W。由此得变压器的功率为P=36W+2.1W+6.3W=44.4W，留有一定裕量取变压器功率为60W。4斩波部分H桥4.1 工作原理电机调速通过PWM技术实现，采用双极性H型PWM变换器。图2 双极性H型PWM变换器原理图（a）四个功率场效应管的基极驱动电压分为两组。VT1和VT4同时导通和关断，其驱动电压Ub1=Ub4；VT2和VT3同时动作，其驱动电压Ub2=Ub3=Ub1。第1阶段，在0t ton期间，Ug1、Ug4
10、为正，V1、V4导通，Ug2、Ug3为负，V2、V3截止，电流io沿回路1流通，负载两端电压Uo =+E ；第2阶段，在tontT期间，Ug1、Ug4为负，V1、V4截止，VD1、VD4续流，并钳位使V2、V3保持截止，电流io沿回路2流通，负载两端电压Uo =E。图3 双极性H型PWM变换器原理图（b）第3阶段，在tontT 期间，Ug2、Ug3为正，V2、V3导通，Ug1、Ug4为负，使V1、V4保持截止，电流io沿回路3流通，负载两端电压Uo= E；第4阶段，在 0tton期间，Ug2、Ug3为负，V2、V3截止，VD2、VD3续流，并钳位使V1、V4截止，电流io沿回路4流通，负载两端
11、电压Uo = +E 。双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为：这里占空比用r表示，定义电压系数g =Ud/E 。则在双极式控制的可逆变换器中g = 2r1。调速时，r的可调范围为01，1g 0.5时， g 为正，电机正转；当r 0.5时， g 为负，电机反转；当r = 0.5时， g = 0 ，电机停止。当电机停止时电枢电压并不等于零，而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。这个交变电流的平均值为零，不产生平均转矩，徒然增大电机的损耗，这是双极式控制的缺点。但它也有好处，在电机停止时仍有高频微振电流，从而消除了正、反向时的静摩擦死区，起着所谓“动力润滑”的作用。4.2 电路的实
12、现斩波部分H桥不采用分立元件，而是选用IPM（智能功率模块）PS21564来实现。该模块的主电路为三相逆变桥，在本设计中只采用其中U、V两相。在IPM中集成了功率器件的驱动电路，因此在控制电路中不需要设计驱动电路；而且为了简化设计，隔离环节也取消。IPM模块控制部分的接口信号中除了H桥中4个器件的驱动信号外，还应提供集成在IPM内部的4个器件的驱动电路的供电电源，为了简化设计，上桥臂两个器件，即V1和V3的驱动电源采用单电源的自举式供电，这样整个模块的控制部分只采用1个15V电源供电即可，而不必采用3路独立的电源。主电路图见附录。3 控制电路设计说明1. 控制电路设计简述控制电路的设计分为PW
13、M脉宽调制控制电路（SG3525）、IPM接口电路（PS21564）、开关稳压集成电路（LM2575T）。1）PWM脉宽调制控制电路（SG3525）采用电压型PWM控制器SG3525为核心，根据SG3525芯片的原理及各引脚的功能及参数，设计SG3525的外围电路，使其产生PWM波，并且满足系统的设计要求，即频率为5khz，占空比调节范围为0-1。2）IPM接口电路（PS21564）接口电路的设计只要包括上下桥壁元件的开通延迟和上桥壁驱动电源的设计。开通延迟可以通过电容的充放电来完成。上桥壁的驱动电源应该独立于下桥臂，本设计采用自举电路来实现。认真分析IPM的应用手册，理解其原理，保证设计电路
14、的合理性3）开关稳压集成电路（LM2575T）系统只能提供整流输出的约30V直流电，但SG3525和IPM的驱动电源所需的电压约为15V，故需要设计15V直流稳压电源。本设计采用LM2575-ADJ开关稳压集成电路，分析其应用资料，理解稳压原理，设计电路，通过调整输出级的电阻使输出稳定在15V。2. 脉宽调制控制电路（SG3525）控制电路采用以SG3525为核心的脉宽调节电路，工作原理如图4所示。SG3525的13脚输出占空比可调（通过改变2脚电压）的脉冲波形（占空比调节范围不小于0.10.9），同时频率可通过充放电时间的不同而改变。经过RC移相后，输出两组互为倒相，死区时间为5S左右的脉冲，经过光耦隔离后，分别驱动四只功率器件，其中V1、V4驱动信号相同，
