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文檔簡介
1、生產(chǎn)實(shí)習(xí)說明書(論文)課程名稱:生產(chǎn)實(shí)習(xí) 設(shè)計題目:直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動電源的設(shè)計院 系: 班 級: 設(shè) 計 者: 學(xué) 號:指導(dǎo)教師: 設(shè)計時間: 生產(chǎn)實(shí)習(xí)任務(wù)書 姓 名: 院 (系):電氣工程 專 業(yè): 班 號: 任務(wù)起至日期: 年 月 日至 年 月 日 設(shè)計題目: 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動電源的設(shè)計 已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求: 生產(chǎn)實(shí)習(xí)的主要任務(wù)是設(shè)計一個直流電動機(jī)的脈寬調(diào)速(直流PWM)驅(qū)動電源。被控直流永磁電動機(jī)參數(shù):額定電壓20V,額定電流1A,額定轉(zhuǎn)速2000rpm。驅(qū)動系統(tǒng)的調(diào)速范圍:大于1:1000 工作量:1)主電路的設(shè)計,器件的選型。包括含整流變壓器在內(nèi)的整流電路設(shè)計和H橋可逆斬
2、波電路的設(shè)計(要求采用IPM作為DC/DC變換的主電路,型號為PS21564)。2)PWM控制電路的設(shè)計(指以SG3525為核心的脈寬調(diào)節(jié)電路)。3)IPM接口電路設(shè)計(包括上下橋臂元件的開通延遲,及上橋臂驅(qū)動電源的自舉電路)。4)DC15V 控制電源的設(shè)計(采用LM2575系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路,直接從主電路的直流母線電壓經(jīng)穩(wěn)壓獲得)。2人組成1個設(shè)計小組,通過合理的分工和協(xié)作共同完成上述設(shè)計任務(wù)。設(shè)計的成果應(yīng)包括:用PROTEL繪制的主電路和控制電路的原理圖,電路設(shè)計過程的詳細(xì)說明書及焊裝和調(diào)試通過的控制電路板。 工作計劃安排: (學(xué)時安排為2周)l 第1周:周1,全體開會,布置任務(wù),組成設(shè)
3、計小組(每組2人),會后設(shè)計工作開始。(詳見附錄1 設(shè)計指南)l 第2周周1,答疑,審查設(shè)計方案,發(fā)放器件和裝焊工具。周25,每班1天時間到實(shí)驗室調(diào)試已裝焊好的電路板,并完成相關(guān)測試和記錄。)其它時間,完成設(shè)計報告。 同組設(shè)計者及分工:王燕霞:查詢資料,熟悉電路圖中各芯片的功能和用法。張曠世:按照電路圖,焊接電路中各元件。焦云飛:幫助焊接電路,并負(fù)責(zé)檢查焊接的電路。 指導(dǎo)教師簽字_ 年 月 日 教研室主任意見: 教研室主任簽字_ 年 月 日1 直流脈寬調(diào)速實(shí)驗報告1任務(wù)和意義: 生產(chǎn)實(shí)習(xí)的主要任務(wù)是設(shè)計一個直流電動機(jī)的脈寬調(diào)速(直流PWM)驅(qū)動電源。縱觀運(yùn)動控制的發(fā)展歷史,交、直流兩大電氣傳動
4、并存于各個應(yīng)用領(lǐng)域。由于直流電機(jī)的調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩控制性能好,20世紀(jì)30年代起就開始使用直流調(diào)速系統(tǒng)。直流調(diào)速系統(tǒng)由最早的旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組控制,發(fā)展為用靜止的晶閘管變流裝置和模擬控制器實(shí)現(xiàn)調(diào)速,到現(xiàn)在由大功率開關(guān)器件組成的PWM電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的調(diào)速,系統(tǒng)的快速性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性不斷提高,應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。盡管目前對交流系統(tǒng)的研究比較“熱門”,但是其控制性能在某些方面還達(dá)不到直流PWM系統(tǒng)的水平。直流PWM控制技術(shù)作為一門新型的控制技術(shù),其發(fā)展?jié)摿€是相當(dāng)大的。而且,直流PWM技術(shù)是電力電子領(lǐng)域廣泛采用的各種PWM技術(shù)的典型應(yīng)用和重要基礎(chǔ),掌握直流PWM技術(shù)對于學(xué)習(xí)和運(yùn)用交流變頻調(diào)速中SPWM技術(shù)有
5、很大的幫助和借鑒作用。2設(shè)計內(nèi)容:1)主電路的設(shè)計,器件的選型。包括含整流變壓器在內(nèi)的整流電路設(shè)計和H橋可逆斬波電路的設(shè)計(要求采用IPM作為DC/DC變換的主電路,型號為PS21564)。2)PWM控制電路的設(shè)計(指以SG3525為核心的脈寬調(diào)節(jié)電路)。3)IPM接口電路設(shè)計(包括上下橋臂元件的開通延遲,及上橋臂驅(qū)動電源的自舉電路)。4)DC15V 控制電源的設(shè)計(采用LM2575系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路,直接從主電路的直流母線電壓經(jīng)穩(wěn)壓獲得)。2 主電路設(shè)計說明1簡要概述二極管整流橋把輸入的交流電變?yōu)橹绷麟?。四只功率器件?gòu)成H橋,根據(jù)脈沖占空比的不同,在直流電機(jī)上可得到或的直流電壓。主電路原理
6、圖2設(shè)計說明1)整流部分采用4個二極管集成在一起的整流橋模塊。2)斬波部分H橋不采用分立元件,而是選用IPM(智能功率模塊)PS21564來實(shí)現(xiàn)。該模塊的主電路為三相逆變橋,在本設(shè)計中只采用其中U、V兩相即可。(針對本設(shè)計的特點(diǎn),即小功率直流PWM調(diào)速,在實(shí)際工程中,一般采用P. MOSFET構(gòu)成H橋,本設(shè)計中為了讓大家了解和掌握IPM的特點(diǎn)和使用方法,所以指定采用PS21564作為主電路)3)在主電路設(shè)計中,應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求,計算出整流部分的交流側(cè)輸入電壓和電流,作為設(shè)計整流變壓器、選擇整流橋和濾波電容的依據(jù)。該電路的整流輸出電壓較低,所以在計算變壓器副邊電壓時應(yīng)考慮在電流到達(dá)負(fù)載之前,整流
7、橋和逆變橋中功率器件的通態(tài)壓降。4)在本實(shí)習(xí)過程中,因為主電路是已經(jīng)設(shè)計好的,所以我們只需要了解明白主電路中的各部分電路及芯片的功能,然后設(shè)計控制電路,并將其與主電路相連接。3 控制電路設(shè)計說明1. 簡要概述SG3525的13腳輸出占空比可調(diào)(通過改變2腳電壓)的脈沖波形(占空比調(diào)節(jié)范圍不小于0.10.9),同時頻率可通過充放電時間的不同而改變。經(jīng)過RC移相后,輸出兩組互為倒相,死區(qū)時間為5S左右的脈沖,經(jīng)過光耦隔離后,分別驅(qū)動四只功率器件,其中V1、V4驅(qū)動信號相同,V2、V3驅(qū)動信號相同??刂齐娐分械乃胁糠侄夹枰M(jìn)行設(shè)計、焊裝和調(diào)試,因此控制電路是本生產(chǎn)實(shí)習(xí)中的核心內(nèi)容。2設(shè)計說明1)在
8、設(shè)計SG3525外圍電路時,我們采用該集成芯片的DIP封裝形式。脈沖的頻率定為5KHz(是根據(jù)IPM中IGBT的開關(guān)速度而確定的),設(shè)定頻率的電阻可采用電位器,以便于調(diào)試。由于SG3525輸出的兩路脈沖是互補(bǔ)形式,在本設(shè)計中其輸出并聯(lián)使用(即11,14管腳短接,從13管腳通過外部上拉電阻輸出V1、V4驅(qū)動脈沖,利用后續(xù)門電路反相后再驅(qū)動V2、V3),以達(dá)到01.0的占空比調(diào)整范圍。3525典型應(yīng)用電路2)為防止同一橋臂,上下兩管在驅(qū)動信號翻轉(zhuǎn)時出現(xiàn)瞬時直通現(xiàn)象,我們設(shè)計了兩路驅(qū)動信號的開通延時電路。即利用RC移相電路后,為每路驅(qū)動信號產(chǎn)生5S左右的開通延時。這部分電路中的門電路采用6反向器74
9、LS04;移相環(huán)節(jié)中的R和C的取值,應(yīng)根據(jù)5S的延遲時間來計算,其中R可采用電位器,以便于調(diào)試。注:指定移相電路中C的取值為0.01F。3)IPM中集成了功率器件的驅(qū)動電路,因此在控制電路中不需要設(shè)計驅(qū)動電路;而且為了簡化設(shè)計,隔離環(huán)節(jié)也取消。IPM模塊控制部分的接口信號中除了H橋中4個器件的驅(qū)動信號外,還應(yīng)提供集成在IPM內(nèi)部的4個器件的驅(qū)動電路的供電電源,為了簡化設(shè)計,上橋臂兩個器件,即V1和V3的驅(qū)動電源采用單電源的自舉式供電,詳細(xì)設(shè)計可參考IPM的設(shè)計手冊。這樣整個模塊的控制部分只采用1個15V電源供電即可,而不必采用3路獨(dú)立的電源,簡化了設(shè)計。4)應(yīng)設(shè)計一個DC 15V的控制電源,為
10、SG3525及IPM模塊的驅(qū)動電路供電。為了減小損耗,采用LM2575TADJ系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路,將主電路的直流母線電壓作為輸入,通過電位器的調(diào)節(jié),經(jīng)穩(wěn)壓后獲得15V的直流電源??刂齐娐肥疽鈭D4 調(diào)試結(jié)果及討論1. 調(diào)試步驟1全面檢測電路板及元器件,確定無短路后,接通電源。2只將控制板的J3接口與主電路板相連,J6和J7均不連接。再將LM2575T插在電路板的對應(yīng)插座上。在模擬盒上斷開S2開關(guān),閉合S1開關(guān),控制板將通過J3接口獲得直流母線電壓。然后調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路中的電位器,使用示波器觀察控制電路輸出電壓PWM OUT的變化情況,其正確波形應(yīng)為一個矩形波。3接下來調(diào)試脈寬調(diào)制信號發(fā)生電路。首先將SG3525插在電路板的對應(yīng)插座上。在模擬盒上斷開S2開關(guān),閉合S1開關(guān),給控制板上電。然后調(diào)節(jié)相應(yīng)電位器,獲得頻率為5KHz,占空比可在01之間調(diào)節(jié)的脈寬調(diào)制信號。4測試IPM中上橋臂驅(qū)動電源的自舉電路。將控制板的J6和J7接口與主電路板相連。在模擬盒上斷開S2開關(guān),閉合S1開關(guān),給控制板上電。測量通過自舉電路提供的上橋臂驅(qū)動電源是否正常。5. 上述單元電路均調(diào)試通過后,在模擬盒上斷開S2開關(guān),閉合S1開關(guān),給控制板上電。將驅(qū)動信號的占空比調(diào)整到50附近。閉合S2開關(guān),
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