哈工大-生产实习报告

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y

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

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．任务与意义

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．仪器与器件

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与VN相连，UN与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）；

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 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V 24U m =，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V 2.42*V 1.2U h ==，而此时整流

桥中的二极管的导通压降可计算为为

V 4.12*V 7.0U rec ==。 根据h m rec 0d 2U U U U U 9.0++==，可得到整流变压器副边电压有效值2U =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V 51U 2*1.1U 2=≥,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反向电压为2U 2，取两倍裕量为V 93U 222=，据此选择整流二极管1N5402。 电动机最大功率为W 36V 24*A 5.1P m ==，整流电路最大功率

rec P =1.5A*1.4V=2.1W ，斩波电路最大开通损耗为h P =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。