基于555定时器的直流电机调速.docVIP

2. 电路的设计 2.1电路的原理框图 　　　首先，控制部分用来调节定时器波形的输出；其次，通过波形输出部分和稳压部分的联合作用，以达到对转动部分调速的目的，其电路原理框图如下图2-1。 　　　　　　　　　　　　　　图2-1电路的原理框图 2.2电路图其工作及原理 　　　电路工作原理，电路如图2-2由四部分构成：控制部分，矩形波输出部分，稳压部分，转动部分。控制部分主要由变阻器组成，通过调节电阻值来改变555定时器的充放电时间，起到调节是由555定时器输出矩形波的目的；矩形波输出部分由555定时器和相关电子器件组成的多谐振荡电路，通过输出矩形波来控制三极管的通断，也达到了通过调节555振荡器的充电时间常数来调节电动机转速的目的；稳压部分由单个稳压管构成，用于稳定场效应管栅极电压，防止击穿场效应管；转动部分是以小直流电动机为核心，配以必要的电器元件构成，直流电机可以采用电枢电压调速，电动机实现稳定准确调速是整个电路的目的。另外，电源由直流电源发生器提供，选取合适的电源电压是电路正常工作的关键。调速过程如下：合上电源开关，555定时器输出矩形脉冲，在输出高电平时，电动机得电运转，输出低电平时，电动机失电，只能依靠自己的惯性运转。调节控制电路的滑变电阻器，就能改变555振荡器的充电时间常数，从而改变输出高电平、低电平的占空比，也就达到了调节电动机转速的目的。 　　　 　　　 　　　　　　　　　　　　　　图2-2电动自行车脉冲调速装置电路 2.3主要元器件介绍 2.3.1直流电动机 　　　如图2-3，其中，固定部分有磁铁，这里称为主磁极；固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。其中2个小圆圈是为了方便的表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的 　　　图2-3表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。 　　 图2-3直流电机的物理模型图 　　　直流电机的基本工作原理如下：对图2-4所示的直流电机，如果去掉原动机，并给两个电刷加上直流电源，如2-4图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到如2-4图（b）所示的位置，电刷 A 和换向片2接触，电刷 B 和换向片1接触，直流电流从电刷 A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷 B 流出。此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。 实用中的直流电动机转子上的绕组也不是由一个线圈构成，同样是由多个线圈连接而成，以减少电动机电磁转矩的波动，绕组形式同发电机。 　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　图2-4直流电机工作原理 　　　直流电机的调速原理: 　　　众所周知，直流电机转速n的表达式为: 2 - 1 式中:U-电枢端电压;I-电枢电流;R-电枢电路总电阻;Φ-每极磁通量;K-与电机结构有关的常数 由上式可知，直流电机转速n的控制方法有三种: 1调节电枢电压U。改变电枢电压从而改变转速，属恒转矩调速方法，动态响应快，适用于要求大范围无级平滑调速的系统; 2改变电机主磁通中只能减弱磁通，使电动机从额定转速向上变速，属恒功率调速方法，动态响应较慢，虽能无级平滑调速，但调速范围小; 3改变电枢电路电阻R在电动机电枢外串电阻进行调速，只能有级调速，平滑性差、机械特性软、效率低。 改变电枢电路电阻的方法缺点很多，目前很少采用:弱磁调速范围不大，往往与调压调速配合使用;因此，自动调速系统以调压调速为主，这也是论文中设计系统所采用的方法。 　　　改变电枢电压主要有三种方式:旋转变流机组、静止变流装置、脉宽调制（PWM）变换器或称直流斩波器。 l旋转变流机组用交流电动机和直流发电机组成机组以获得可调直流电压，简称G-M系统，国际上统称Ward-Leonard系统，这是最早的调压调速系统。G-M系统具有很好的调速性能，但系统复杂、体积大、效率低、运行有噪音、维护不方便