电力电子技术课程指导书

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1、电力电子技术课程设计指导书直流脉宽调速系统驱动电源的设计哈尔滨工业大学电气工程系2007年3月“直流脉宽调速系统驱动电源的设计”任务书任务和意义：课程设计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。纵观运动控制的发展历史，交、直流两大电气传动并存于各个应用领域。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

2、不断提高，应用领域不断扩展。尽管目前对交流系统的研究比较“热门”，但是其控制性能在某些方面还达不到直流PWM系统的水平。直流PWM控制技术作为一门新型的控制技术，其发展潜力还是相当大的。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。技术指标：被控直流永磁电动机参数：额定电压20V，额定电流1A，额定转速2000rpm。驱动系统的调速范围：大于1：1000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

3、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，电路设计过程的详细说明书及焊装和调试完毕的控制电路

4、板。时间安排：(学时安排为1周，但考虑实验的安排，需分散在2周内完成)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。（详见附录1设计指南）本周内将安排1次实验和1次答疑。实验是15在实验室教学设备上完成直流脉宽调速系统的实验，体会系统的组成和性能，为自行设计增加感性认识。（2学时/班，详见附录2实验指导）其余时间自行安排，完成设计工作。l第2周周1，提交电路图，教师审查设计方案，发放器件和装焊工具，并答疑。从周开始，每班1整天时间到实验室调试已装焊好的电路板，并完成相关测试和记录。（详见附录3焊装

5、指南和附录4调试指南）之后，撰写设计报告。考核方法：由三部分成绩组成：实验部分：10分电路调试：50分设计报告：40分设计报告要求：依据“课程设计说明书”（电子文档）的模板格式撰写。内容应包括：1）直流脉宽调速实验报告2）主电路设计说明3）控制电路设计说明4）调试过程的详细记录及实验结果讨论（说明是否达到设计指标的要求）5）附录：主电路和控制电路原理图参考资料：1）电力电子技术教材及补充教材（直流脉宽调速）。2）电力电子实验台（直流脉宽调速部分）使用说明书（电子文档）。3）IPM模块PS21564使用说明书及参考资料（电子文档）。

6、4）SG3525使用说明书及参考资料（电子文档）。5）LM2575使用说明书及参考资料（电子文档）。6）74LS04说明书（电子文档）。7）主电路原理图（附录5）。15附录1：设计指南直流脉宽调速（直流PWM）驱动电源的原理框图如图1。在结构上分为两部分：主回路和控制回路。图1直流PWM电路结构示意图1．主电路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。主电路部分的设计要求如下：1）整流部分采用4个二极管集成在一起的整流桥模块。2）斩波部分H桥不采用分立元件

7、，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两相即可。（针对本设计的特点，即小功率直流PWM调速，在实际工程中，一般采用P.MOSFET构成H桥，本设计中为了让大家了解和掌握IPM的特点和使用方法，所以指定采用PS21564作为主电路）3）在主电路设计中，应根据负载的要求，计算出整流部分的交流侧输入电压和电流，作为设计整流变压器、选择整流桥和滤波电容的依据。该电路的整流输出电压较低，所以在计算变压器副边电压时应考虑在电流15到达负载之前，整流桥和逆变桥中功率器件的通态

8、压降。主电路作为电能变换的功率平台已事先做好，因此主电路部分只需要进行理论设计，而不用实际制作。2．控制电路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0.1~0.9），同时频率可通过充放电时间的不同而改变