直流电机调速控制器设计

电子技术课程设计报告

直流电机调速控制器设计

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2010年6月23号

摘要

直流电机在对调速和启动要求较高的场合应用广泛，并且具有交流电机不具有的特性，如启动转矩大、调速方法多、调速性能好。但是，传统直流电机串电阻调速方法，即不能实现无级调速，又造成部分电能浪费等不足。本设计便是基于以上调速的缺点，利用NE555时基电路构成一个占空比可调的多谐振荡器，产生PWM波，通过电位器调节占空比，以此达到无级调节电机转速的目的，以及实现节能减排的目标。

本电路设计的电路图由protel画制，电源模块由proteous仿真通过，其余各单元电路由multism 10.1仿真通过，并且各项指标符合预期设计的要求.

目录

摘要 .................................................................................................................................................. 2

目录 .................................................................................................................................................. 3

一、概述........................................................................................................................................... 1

1.1设计要求 ............................................................................................................................. 1

1.2设计目的 ............................................................................................................................. 1

二、系统总体方案 ........................................................................................................................... 1

系统的组成 ............................................................................................................................... 1

系统框图 ................................................................................................................................... 2

三、各部分功能模块设计 ............................................................................................................... 2

3.1 电源模块 ........................................................................................................................ 2

3.2 PWM波产生模块 ......................................................................................................... 3

换向模块 ................................................................................................................................... 7

四、系统电路总原理图 ................................................................................................................... 8

五、元器件清单； ........................................................................................................................... 9

六、设计总结 ................................................................................................................................... 9

附录 ................................................................................................................................................ 10

参考文献 ................................................................................................................................. 10

一、概述

1.1设计要求

利用7805制作一个纹波较小的直流稳压电源；

利用ne555产生占空比可调的PWM波；

实现电机正反转，并显示正反转；

占空比连续可调，并尽可能扩大调节范围；

1.2设计目的

学习课程设计的一般方法，会利用所学基本知识设计制作电路模板，掌握焊接、调试、检查实物电路的方法；

进一步了解芯片7805、NE555结构与原理，以及其基本应用电路；

二、系统总体方案

系统的组成

系统包括直流电源模块，PWM波产生模块，换向模块。

系统框图

三、各部分功能模块设计

3.1 电源模块

如图3.1首先通过变压器把生活用电交流220V降为交流12V，其次经由四个IN4007构成的桥式整流电路变为幅值变化直流电，再经电容滤波变为幅值变化较小的直流电，又利用直流稳压器7805使输出为稳定的+5V，最后经电容滤波，输出纹波较小的+5V直流电压源。

图3.1

电源性能参数

U0=+5.01V

Rs=0.097Ω

3.2 PWM波产生模块

（1）NE555内部结构原理

图3.2 NE555引脚图

图3.3 NE555内部结构图

555定时器由3个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中，1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V—3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V—18V范围内使用。

（2）555定时器工作时过程分析如下：

5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。 当VI1＞2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。

当VI1＜2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。

当VI1＞2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。

当VI1＜2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。

（3）PWM波产生原理

图1所示电路形式，电路利用D1,D2单向导电特性将电容器C充，放电回路分开，再加上电位器调节，变构成了占空比可调的多谐振荡器。图中，Vcc通过RA，D1向电容充电，充电的时间为

tPH≈0.7RA*C

电容器C通过D2，RB及555中的BJT放电，放电时间为

tPL≈0.7RB*C

因而，振荡频率为

f=1/(tPH+tPL)≈1.43/(RA+RB)*C

可见，这种振荡器输出波形的占空比为

q(%0=(RA/(RA+RB))*100%

图3.4

图3.4 占空比可调的方波发生器电路图

图3.5 电位器调到10%时的输出波形，此波形接近直流，

此时，tPL 0

图3.6

图3.6为电位器100%时输出波形

换向模块

利用多路开关，构成简单的手动换向器，

图3.7 换向器接线图

四、系统电路总原理图

图4.1

五、元器件清单；

六、设计总结

PWM波直流电机调速应用展望。由于PWM波调速直流电机具有无级调速、节能的优点。因此可以增加驱动级带动大型直流电机，应用于工业控制，以达到精确控制。 通过这次课程设计，加深了自己对电子设计与制作一般方法过程的了解与认识，以及模拟电子基本元器件实物的识别与应用，并且学会了如何把课本知识运用于实际设计制作，也在忙绿的过程中体会了制作东西的快乐。

附录

参考文献

《电子技术基础》（模拟部分）第四版，康华光编，高等教育出版社 《电子技术基础》（数字部分）第四版，康华光编，高等教育出版社 《模拟电子技术基础》艾永乐等编，中国电力出版社 2008年8月