一種簡(jiǎn)單實(shí)用的新型三相步進(jìn)電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)

摘 要:設(shè)計(jì)了一種由NE555和74LS74芯片組成的三相步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用弱電電路來(lái)控制強(qiáng)電電路，利用NE555的數(shù)字脈寬振蕩電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，通過(guò)二片74LS74中的三個(gè)D觸發(fā)器，去控制驅(qū)動(dòng)電路中的三個(gè)電磁繼電器，驅(qū)動(dòng)三相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度由脈沖信號(hào)的寬度來(lái)控制。改變相線通電順序可改變定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向，從而達(dá)到控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)方向控制。

關(guān)鍵詞:NE555 74LS74 D觸發(fā)器 三相步進(jìn)電機(jī)

中圖分類號(hào):TM383\t\t文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:Ａ\t\t文章編號(hào):1672-3791(2011)10(a)-0004-01

當(dāng)前隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是數(shù)字電路技術(shù)在電器自動(dòng)化控制中的廣泛應(yīng)用，給人們的生產(chǎn)和實(shí)踐提供了多種選擇。自動(dòng)化控制的電路設(shè)計(jì)，經(jīng)歷了從模擬電路設(shè)計(jì)、普通數(shù)字電路設(shè)計(jì)和信息化自動(dòng)化控制電路設(shè)計(jì)三個(gè)階段。現(xiàn)在許多設(shè)備大量使用電機(jī)作為動(dòng)力，而電機(jī)的控制是一個(gè)關(guān)鍵。本文設(shè)計(jì)的是一種基于NE555和74LS74芯片組成的三相步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以74LS74為核心、利用NE555的數(shù)字脈寬振蕩電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，再通過(guò)二片74LS74中的三個(gè)D觸發(fā)器去控制驅(qū)動(dòng)電路中的三個(gè)電磁繼電器來(lái)驅(qū)動(dòng)三相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的寬度來(lái)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度;改變相線通電順序，即改變定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向，從而達(dá)到控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)方向控制(圖1)。

1 三相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路的組成

該電路可分為三個(gè)部分。第一部分是數(shù)字時(shí)鐘脈沖發(fā)生電路，它由NE555芯片和電阻R1、R2、電容器C1、C2和電位器RP組成。本設(shè)計(jì)中采用了無(wú)級(jí)變速的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)改變RP和電容器C1的充放電時(shí)間常數(shù)來(lái)改變NE555的脈寬輸出信號(hào)寬度;電位器RP的阻值變大時(shí)，由于充放電時(shí)間延長(zhǎng)，導(dǎo)致輸出信號(hào)的脈沖變寬，周期變長(zhǎng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降;反之，電機(jī)轉(zhuǎn)速提升。電阻R1和R2以及電容C2為NE555提供基準(zhǔn)工作條件和參數(shù)。

第二部分是邏輯驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生和顯示電路，他由R3、R4、R5、LED1、LED2、LED3和二片74LS74芯片組成;每個(gè)74LS74中有二個(gè)D觸發(fā)器，二芯片中共有四個(gè)D觸發(fā)器;本設(shè)計(jì)中使用了其中的三個(gè)D觸發(fā)器，分別去控制三相步進(jìn)電機(jī)的三個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電路。由R3和LED1組成A相邏輯信號(hào)監(jiān)視顯示電路，同樣由R4、LED2和R5、LED3組成B、C二相的邏輯信號(hào)監(jiān)視顯示電路。

第三部分是驅(qū)動(dòng)控制電路，由VT1至VT6六個(gè)三極管、LED4至LED6三個(gè)發(fā)光二極管和H1至H3三個(gè)繼電器組成;H1、LED4、VT1和VT2組成A相的驅(qū)動(dòng)控制電路，同樣由H2、LED5、VT3和VT4組成B相驅(qū)動(dòng)控制電路，其它的是C相驅(qū)動(dòng)控制電路。

2 三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制原理和過(guò)程

2.1 啟動(dòng)前

由于三個(gè)D觸發(fā)器的置位端均為零，雖然有時(shí)鐘脈沖信號(hào)輸入，但每個(gè)D觸發(fā)器輸出還是為零(低電平)，LED1至LED3均不亮，六個(gè)三極管VT1-VT6因輸入為低電平而截止，繼電器H1-H3斷開(kāi)驅(qū)動(dòng)控制顯示LED4-LED6均不亮，三相步進(jìn)電機(jī)因未得電而不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 正轉(zhuǎn)

當(dāng)按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕時(shí)，A觸發(fā)器輸出被置1(高電平)，LED1亮，A相驅(qū)動(dòng)控制電路得電，繼電器H1吸合，LED4亮，控制三相步進(jìn)電機(jī)A相定子線圈導(dǎo)通;同時(shí)B、C二觸發(fā)器輸出被置0，而LED2和LED3不亮，B、C二相驅(qū)動(dòng)控制電路中的VT3至VT6因輸入低電平而截止，繼電器H2、H3未吸合，故三相步進(jìn)電機(jī)B、C二相定子線圈不通;此時(shí)三個(gè)D觸發(fā)器的輸入分別為(A-1、B-0、C-0)，三個(gè)D觸發(fā)器在NE555的下一個(gè)時(shí)鐘脈沖上升沿，同時(shí)打開(kāi)傳輸門并迅速鎖定輸出(A-0、B-1、C-0)，LED2、LED5亮，H1斷開(kāi)，H2吸合，三相步進(jìn)電機(jī)A相線圈因H1斷開(kāi)而失電，B相線圈定子得電導(dǎo)通，C相因H3未吸合，保持不通，定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)120度電角度，轉(zhuǎn)子也跟著轉(zhuǎn)過(guò)120度;同樣在NE555的下一個(gè)時(shí)鐘脈沖上升沿，LED3、LED6亮，三個(gè)D觸發(fā)器輸出為(A-0、B-0、C-1)，三相步進(jìn)電機(jī)A、B二相定子無(wú)電，C相導(dǎo)通，定子磁場(chǎng)又轉(zhuǎn)過(guò)了120度的電角度，轉(zhuǎn)子也跟著再轉(zhuǎn)120度;再到下個(gè)時(shí)鐘脈沖上升沿，三個(gè)D觸發(fā)器、繼電器回復(fù)到正轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)的初始狀態(tài)，定子線圈磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子隨著轉(zhuǎn)過(guò)120度也回到初始狀態(tài)，以后不斷重復(fù)以上過(guò)程。

2.3 反轉(zhuǎn)

當(dāng)按下反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，A觸發(fā)器置0，B、C觸發(fā)器置1同正轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)正好相反。從反轉(zhuǎn)邏輯關(guān)系圖(圖1)中可以看出，D觸發(fā)器狀態(tài)同正轉(zhuǎn)時(shí)相反，正轉(zhuǎn)時(shí)是高電平后移，而反轉(zhuǎn)時(shí)低電平后移，相當(dāng)于高電平前移，從而實(shí)現(xiàn)三相步進(jìn)電機(jī)定子磁場(chǎng)的反向旋轉(zhuǎn)，電機(jī)也就能反向旋轉(zhuǎn)了。

2.4 停止

電機(jī)的停止控制電路因比較簡(jiǎn)單所以在圖中沒(méi)有畫出，只要在把74LS74二個(gè)芯片的電源輸入端合并后連接一個(gè)常開(kāi)按鈕接入9V電源就行，無(wú)論正轉(zhuǎn)，還是反轉(zhuǎn)，只要按下停止按鈕，二個(gè)芯片74LS74因斷電而自動(dòng)復(fù)位，所有的顯示LED滅，繼電器均斷開(kāi)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

3 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)了是一種由NE555和74LS74芯片組成的三相步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)時(shí)，選用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但是性能可靠的硬件電路以及性價(jià)比很高的芯片和電子元器件，設(shè)計(jì)時(shí)用弱電電路來(lái)控制強(qiáng)電電路，具有成本低、體積小、功耗小、使用靈活、操作簡(jiǎn)單、可擴(kuò)展性強(qiáng)、升級(jí)方便和運(yùn)行安全可靠穩(wěn)定的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)啟東機(jī)械設(shè)備制造廠在實(shí)踐中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。