伺服直流电动机的PWM调速系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 直流电动机具有良好的启动性能和调速特性，过载能力大，因此在传动控制性能要求较高的场合仍被广泛应用。脉宽调制 (利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其在对电机的转速控制方面，可节省能量。 为新型的自动化控制装置，用其实现直流电动机的 速，具有系统控制精度高，经济可靠，电机 运行稳定等特点。 本文重点研究了用 现直流电动机 速的控制技术 ,详细介绍了 24伏 100瓦直流电动机 系统包括电源回路、功率驱动回路、转速检测及显示回路。功 率驱动采用单极性 速采用霍尔开关，转速显示采用四位共阴极数码管来实现。该硬件系统与相应的 件配合，实现对 24伏 100瓦直流电动机的 控制系统功能包括电机的 正、反转，调速、测速及转速显示， 所有系统功能都己运行通过，经过实验验证，工作状态良好。 文中对 直流电动机结构、工作原理、 基本方程、机械特性和调速方法以及 序设计思路部分做了简单介绍。 关键词： 直流电动机； 速检测；扫描显示 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 C a of It So it is in of is an be in to in of as a of be in C it WM so C is WM 7A DC 4V, 100W 700of is of WM ED is of a 24V, 100W 700C WM 7of C of In it as C WM DC 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 1 绪论 . 1 流电动机概述 . 1 门子 述 . 2 7基本组成和接口模块 . 2 7功能及特点 . 4 设计所需要做的主要内容 . 5 2 直流电动机的原理及拖动 . 5 流电动机的结构及工作原理 . 5 流电动机的结构与分类 . 5 流电动机的工作原理 . 7 流电动机的基本方程 . 8 流电动机的电力拖动 . 9 流电动机的机械特性 . 9 流电动机调速的性能指标 . 10 流电动机的调压调速 . 11 流电动机的启动和正反转 . 13 流电动机的启动 . 13 流电动机的正反转 . 13 3 直流电动机的 制 系统 . 14 流电动机 速概述 . 14 流电动机 速系统的构成 . 15 流斩波器或脉宽调制变换器 . 15 制与变换器的数学模型 . 16 统的主要问题分析 . 17 换器的工作状态和电压、电流波形 . 17 流脉宽调速系统的机械特性 . 19 7现直流电动机的 速 . 20 4 24 伏 100 瓦直流电动机的 制系统硬件 . 22 制系统设计概述 . 22 制系统的电源设计 . 23 统的主电源回路设计 . 23 统的显示电源设计 . 26 统的功率驱动回路设计 . 27 制系统的转速测量及显示 . 29 尔开关的测速原理 . 29 尔开关的测速电路设计 . 30 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 统的转速显示设计 . 30 制系统的保护及硬件抗干扰设计 . 32 制系统的保护设计 . 32 制系统的硬件抗干扰考虑 . 32 制系统的软件设计 . 33 5 控制系统硬件设计的其它方案考虑 . 37 制系统主电源回路的设计 . 37 制系统转速测量回路的设计 . 37 结 论 . 39 参考文献 . 40 附录 1：硬件电路设计原理图 . 41 翻译部分 . 42 英文原文 . 42 中文译文 . 49 致 谢 . 59 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 绪论 本章 简要 介 绍 了直流电动机的产生、发展及应用领域和西门子 作原理，并 简单 描述了本设计所需要做的主要内容。 流电动机概述 直流电动机是由直流电源供电，将直流电能转换为机 械能，从而拖动生产机械完成生产任务。它具有良好的启动性能和调速特性，过载能力大，因此在启动、调速性能要求较高的场合，如大型矿井提升机、挖掘机、轧钢机、城市电车等，通常选用直流电动机拖动。在许多自动控制系统中，小容量直流电机也被广泛应用。 电机的发明和广泛应用是驱动第二次工业革命的车轮，在科学技术发展史上留下一个多世纪的发展轨迹。今天从只有 小型录音机电机到炼钢厂的数万千瓦的大型电动机， 60%电力就是通过这些大大小小的电动机将电能转换为机械能，为人们的生产和生活服务，提高了生产效率，创造了现 代文明。 电动机的发明，主要依赖于电磁理论的发展。从 1820 年早期电学及磁学的重大发现到电动机的诞生大约经历了半个世纪。这些重大发现包括如何制造电磁铁以及如何利用电磁现象使物体运动。 1821 年，法拉第制作了一台带电导体围绕磁铁旋转的实验模型。这就是近代电动机的“雏形”。 1831 年，美国科学家亨利利用一些简单的基本零件，包括一个电池、一个电磁铁和一个换向器构成连续运转的电动机。戴文波特（ 1837年第一个取得电动机专利，并发明了多种电动机。但是在电动机大规模应用方面，他的努力 始终未取得任何突破。造成这一现象的原因是当时电力成本太高，无法与廉价的蒸汽动力相比。 直到 19 世纪 60代，在发电机中发明了自激原理，由此带来电力供应的商品化。由于这些理论的发展，工程师制造出更有效率的发电机和电动机。对发电机和电动机作用原理的可逆性认识，使得直流发电机和电动机在这一时期得到发展。 19 世纪 70 年代是电力时代的开始，当时已经有实用化的电动机和发电机。 在一定条件下，同一台电机可以工作在发电机状态，也可以工作在电动机状态，发电机和电动机是电机的不同运行工况。但是，在 19 世纪人们认识这一现象 却是由于法国工程师佛唐在观察一名工人误接两部发电机而产买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 生的灵感。这一时期，直流电动机获得飞速发展。 20 世纪 60 年代以后，随着电力电子技术的发展，交流调速的方法不断进步和完善，其调速性能可与直流调速相媲美 , 目前，在很多应用场合交流电动机的调速已取代直流电动机调速。然而，直流拖动控制系统毕竟在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以直流电动机的控制仍然很重要。 直流电机由于具有起动转距大、体积小、重量轻、效率高、转距和转速容易控制，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑 调速等十分优良的特性，因而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。其缺点就是体积大、价格昂贵、维护复杂，频繁启动容易引起故障，以及直流电的传输距离有限。 门子 述 西门子公司的 一种叠装式结构的小型 指令丰富、功能强大、可靠性高、适应性好、结构紧凑、便于扩展、性能价格比高，深受用户欢迎，可以应用于各种小型自动化系统。 接口模块有数字量模块、模拟量模块、智能模块等。 7基本组成和接口模块 块由中央处理 单元 (电源以及数字量输入输出单元组成。这些都被紧凑地安装在一个独立的装置中。在 块的顶部端子盖内有电源及输出端子；在底部端子盖内有输入端子及传感器电源；在中部右侧前盖内有 作模式开关 (模拟量调节电位器和扩展 I/O 连接接口 ;在模块的左侧分别有状态 示灯、存储卡及通信口。图 1 块。 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 块可带 7 块扩展模块，且 7 个扩展模块中最多只能带 2个智能扩展模块。 块提供的主机 I/O 点有 24个数字量输入点和 16 个数字量输出点。 块集成了两路模拟量输入和一路模拟量输出，有两个 信口。 个有 12种工作模式的高速计数器和两点高速脉冲发生器 /脉冲宽度调制器。 高速计数器的最高计数频率为200速脉冲输出的最高频率为 100 机的内部电源单元提供 C+24它可以作为C+24果用户使用传感器的话，也可作为传感器的电源。如果使用 块内部的 4注意该 4V 电源的负载能力。使 块及各扩展模块所消耗电流的总和不超过该内部 4V 电源所提供的最大电流 (400 通信电缆是 来与个人计算机 (现通信的。可以用 线；使用通信处理器 (，可用多点接口 (缆；使用 时，可用 专用通信电缆。通过不同的通信模块， 以连接到以太网和现场总线 可以使用 P 和 议。通过 以用模拟电话线实现与远程 设备的通信。 拟量模块、智能模块等。 （ 1）数字量模块：包括数字量输入模块（ 数字量输出模块买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 （ 数字量输入输出模块（ 种； （ 2）模拟量模块：包括模拟量输入模块（ 模拟量输出模块（ 模拟量输入输出模块（ 种； （ 3）智能模块：常用的智能模块有 节模块、高速计数器模块、温度传感器模块、通信模块等。 智能模块为 功能扩展和性能提高提供了极为有利的条件。高速计数器模块专门对现场的高速脉冲信号计 数。由于 机的计数操作要受扫描速度的影响，当计数频率很高，计数脉冲信号宽度小于扫描周期时，会发生计数脉冲的丢失。这时，只有使用高速计数器模块进行计数。因为它是脱离 机的扫描周期而独立进行计数操作的，所以它能准确地对高速脉冲信号进行计数操作。 7功能及特点 两种工作方式，即 行 )模式与 止 )模式。在 和 “ 示当前的操作模式。在 式，通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能；在 式， 以用编程软件创建和编辑用户程序，设置 硬件功能，并将用户程序和硬件设置信息下载到 以通过以下三种途径来改变工作模式： （ 1）用模式开关改变工作模式； （ 2）在程序中改变工作模式； （ 3）用 程软件改变工作模式。 如果程序存在致命错误，在消除它之前不允许从停止模式进入运行模式。 作系统储存非致命错误供用户检查，但不会从运行模式自动进入停止模式。 工作方式为扫描工作方式。 （ 1）功能强大 （ 2） 先进的程序结构 （ 3）灵活方便的寻址方法 （ 4）功能强大、使用方便的编程软件 （ 5）简化复杂编程任务的向导功能 （ 6）强大的通信功能 （ 7）品种丰富的配套人机界面 （ 8）有竞争力的价格 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 （ 9）完善的网上技术支持 设计所需要做的主要内容 设计主要内容有： 1. 系统主回路设备理论计算及选型 2. 系统控制电路的设计 3. 控制系统的计算机仿真 4. 系统的硬件实现 5. 系统的软件流程图 通过此毕业设计，使学生充分掌握数字控制技术的基础理论和直流调速系统的设计技术，为今后工作打下坚实的基础。 2 直流电动机的原理及拖动 本章的主要内容为直流电动机的结构、工作原理、基本方程及机械特性，并分别介绍了流电动机的调速方法、启动、正反转及制动，详细介绍了调电压调速方法。 流电动机的结构及工作原理 流电动机的结构与分类 直流电动机在结构上是由固定部分（定子）和旋转部分（转子）组成的。定子主要用来产生磁通和作电机的机械支撑，其主要部件有主磁极、换向极、机座和电刷装置；转子通常称为电枢，用来产生感应电势和电磁转矩其主要部件有电枢铁心、电枢绕组和换向器。 图 2图。 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 各主要部件的作用如下： （ 1）主磁极：作用是产生主磁通建立气隙磁场，并使电枢表面的气隙磁通密度按一定的波形沿空间分布。 （ 2）换向极：作用是改善换向，消除或减小电刷与换向器之间的火花。 （ 3）机座：机座既作为电机的机械支撑，又是磁极间磁通的通路，称为定子磁轭。 （ 4）电枢铁心：电枢铁心是主磁路的一部分。当电枢在磁场中旋转时，铁心中的磁通方向不断变化，因而会产生涡流及磁滞损耗。为了减少磁损耗，铁心通常用 硅钢片叠成。 （ 5）电枢绕组：电枢绕组是直流电机的主要电路，是直流电机实现机电能量转 换的关键部件。当电枢在磁场中旋转时，电枢绕组中产生感应电动势；当电枢绕组中流过电流时，它在磁场中受力产生电磁转矩。 （ 6）换向器：将输入的直流电流转换成为电枢绕组元件中的交变电流，产生恒定方向的电磁转矩。 直流电动机按结构形式可分为开启式、防护式、封闭式和隔爆式几种；按容量大小可分为小型、中型和大型直流电动机；按励磁方式可分为他励、并励、串励、积复励和差复励直流电动机。 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 流电动机的工作原理 直流电机的工作原理是建立在电磁感应定律和电磁力定律基础上的。从本质上看，直流电机实际上就是一台装有换向器 的交流电机，借助换向器的作用，把交流电变换为直流电，或把直流电变换成交流电。 如图 2示，电动机运行时，由直流电源把直流电能经电刷 A、 B 引人电机，在图 2-2(a)所示的瞬间，导体 体b 的电流方向为垂直纸面向里，载流导体在磁场中受到电磁力作用，方向由左手定则确定， a、 b 导体所受的电磁力对轴形成一个顺时针方向的转矩 (电磁转矩 )。当电磁转矩大于阻力矩时，电枢沿顺时针方向旋转。在图 2-2(b)所示的瞬间，线圈转过 180，由于换向器的作用，电刷 A 只与处于 N 极下的导体相接触，电刷 极下的导体相接触，导体 体 见引入线圈中的电流是交变的。在导体位置对换的同时导体中电流的方向也同时改变，而所产生的电磁转矩方向不会改变，始终为顺时针方向，从而保证电动机沿一个方向转动。 综上所述，直流电动机的能量转换过程为：外加直流电源输人直流电能电枢线圈的交变电能转子的机械能。 实际直流电机的电枢绕组是根据实际应用情况，由多个线圈构成，线圈平均分布于电枢铁心表面的不同位置的槽中，并按照一定的规律连接。磁极也是根据需要， N、 对。 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 流电动机的基本方程 直流电动机具有良好的启动性能和调速性能，因此在启动、调速性能要求高的场合常常选用直流电动机拖动。直流电动机在稳态运行时，从电路、力学和能量守恒等三个方面考虑，可以建立电压、转矩和功率三种平衡方程式。 下面以他励直流发电机来讨论这些方程。 一、电压平衡方程式 由电机可逆原理知，电枢电势 方向与电枢电流人相反，具有反抗电源电压的性质，称之为反电势。根据电路的基尔霍夫电压定律，可以写出电枢回路的电压平衡方程式： I （ 2 式中 电枢电流； 电抠回路总电阻 (包括电枢回路中各串联绕组的电阻和电刷与换向器电阻 )。由直流电动机的电势平衡方程式可知：对于直流电动机来说， U 二、转矩平衡方程式 直流电动机的电磁转矩 拖动转矩，当它与轴上的机械负载转矩 0 相平衡时，电动机转速恒定，处于稳定运行状态。此时的转矩方程式为： 02 （ 2 式中 电磁转矩。 三、功 率平衡方程式 （ 1）功率平衡方程式 根据功率流程图可以很容易列出直流电动机的功率平衡方程式 221 （ 2 式中 P 为电动机的总损耗。 （ 2）功率传递与损耗之间的关系 当他励直流电动机接上电源时，电枢绕组中流过电流 网向电动机输入的电功率为 入的电功率一部分被电枢绕组消耗（电枢铜耗 其余部分便是电枢所吸收的电功率，此功率通过电磁感应转换成电机的机械买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 功率 (电磁功率 ) 子获得机械功率 。一部分被由电机转动引起的机械损耗 (铁耗 (附加损耗 (耗，其余便是通过电机的轴向负载输出的机械功率 上关系可以用功率流程图 2 P M +P eP P 1图 2 - 3 他励直流电动机的功率流程图直流电动机的效率 为电动机输出功率 电枢端输入的电功率 （ 2 流电动机的电力拖动 流电动机的机械特性 他励直流电动机 的机械特性是指当电源电压 U、气隙磁通 及电枢回路总电阻 （ c） 均为常数时，电动机的电磁转矩与转速之间的函数关系，即 n=f(他励直流电动机的机械特性方程式为： 2（ 2 %100)1(%100112 P 文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 当电动机外加电压为额定值 隙磁通也为额定值 N，且电枢回路不外串电阻 时，电动机的机械特性称为固有机械特性（也称自然机械特性），如图 2 所示。它是一条 略微向下倾斜的直线。 图 2 - 4 他 励 直 流 电 动 机 的 机 械 特 性T 1n 0n 02、主磁通 或外串电阻 可得到人工机械特性。图 2为电枢串电阻人工机械特性、直线3为改变电动机外加电压人工机械特性、直线 4为减小磁通的人工机械特性。 流电动机调速的性能指标 电动机的调速方法有多种，各种调速方法性能的好坏，常用调速的性能指标来衡量。主要的调速性能指标有以下几种，现分别说明。 （ 1）调速范围 调速范围是指电动机在额定负载时所能达到的最高 转速 比，用 D 表示，即 （ 2 最高转速受电动机换向条件及机械强度的限制；最低转速则受生产机械对转速的相对稳定性要求的限制。 （ 2）静差率 m a x买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 静差率是表示电动机在某一机械特性上运行时，由理想空载到额定负载所出现的转速降与理想空载转速之比，用百分数表示为（ 2 显然、在相同的 动机的机械特性越硬静差率就越小，相对稳定性就越好。静差率和机械特性的 硬度有关系，但又有不同之处。例如，两条互相平行的机械特性其硬度相同，但静差率不同。同样硬度的特性，转速越低，静差率越大，越难满足生产机械对静差率的要求。 （ 3）调速的平滑性 在一定的调速范围内调速的级数越多，则认为调速的平滑性越好。调速的平滑程度用平滑系数 来衡量， 是指两个相邻调速级 (如第 i 级与 1的转速之比，即 （ 2 值越接近于 1，调速的平滑性越好。 1 时称为无级调速，即转速连续可调，级数接近无穷多，此时调速的平滑性最好。不同的生产机械对调速的平滑性要求不同，例如，龙门刨床要求基本上近似无级调速（即 1 )。 （ 4）调速的经济性 调速的经济性是指对调速设备的投资、电能消耗和调速效率等经济效果的综合比较。 流电动机的调压调速 调速的 方法有机械调速、电气调速、机械电气配合调速。究竟用何种方案要全面考虑，有时要进行各种方案的技术经济比较，才能决定。本节只讨论在生产实践中应用最多的电气调速。所谓电气调速就是通过人为改变电动机参数来改变电动机的转速。从直流电动机的机械特性可知，电动机的转速由电动机的机械特性和负载机械特性的交点，即工作点决定。在调速过程中，如果电动机的转速可以连续地加以调节，称为无级调速。 %100% 00 n 文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 根据机械特性方程式： 2，可知，人为改变电枢电压 U、电枢回路电阻 主磁通 都可以改变电动 机的转速。所以，调速的方法有电枢回路串电阻调速、降低电枢电压调速和减弱磁调速三种。 保持他励直流电动机的磁通为额定值，电枢回路不串电阻，若将电源电压降低为 不同数值时，则可得到与固有机械特性互相平行的人为机械特性，如图 2示。从机械特性上可看到，降低电源电压后电动机的转速将降低。 U N U 1 U 22n 03n 01T - 5 降 低 电 枢 电 压 时 的 机 械 特 性降低电源电压调速的物理过程是：设电动机稳定运行在电源电压为 点，当电源电压突然降低为 ，瞬间 n 及 a 及 小，在 图 2，运行点即在相同的转速下由 A 点过渡到人为机械特性上的 B 点。在 B 点，由于 ，二极管 通。输出电压 -4(b)中的实线所示。 本设计中采用电解电容器耐压值为 50V，容量为 2200整流电路输出电压有效值为 28V，电容的耐压值 2 28V=以耐压值取 50容的容量越小越好，充放电时间短，回路灵敏度高；但不能太小，否 则整流后输出电压的脉动就会增大，本设计系统选用容量为 2200电解电容，即可满足系统需求。输出回路的较小容量的电解电容进行二次滤波，使电源的输出特性更好。 （ 4）稳压电路的选择：采用三端集成稳压器 7824，输出为 +24限输出电流值为 5A，其封装和引脚如图 47824集成稳压器广泛应用于各种电子设备，做电压稳定器时，虽是按固定输出电压设计的，但外部接少量元件也可以制成可调式稳压电源和恒流源。 为了使集成稳压器能正常工作，输入电压必须比输出电压要高 2至 3V，输入上限电压 40V。 主要参数：输出电流可达 5A，输出电压为 +24V，买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 输入电压范围为 24至 40V，芯片内部设有短路、过热保护和输出晶体管 路使用安全可靠。 为保证器件工作正常，应将器件本身的热量及时排散掉，使器件芯片的温度保持在允许的最高结温以下，这就要求器件应具有较强的散热能力，散热能力越强，器件所能承受的功率就越大。对于 7824 稳压器来说，其内部损耗为输入、输出之间的电压差与输出电流的乘积，为了器件能承受更大的负载能力，需要外加散热片，散热片选用 5 （ 5）电源指示电路：有 极管和限流电阻组成， 0右，压降约为 以限流电阻值应为 R=（ 于电路中存损耗，并且要使二极管的亮度大一点，限流电阻值选用 1k。 5 的普通红色发光二极管。 由于本设计中电动机不带负载，空载运行时，回路中的空载电流测定值为 动机直接启动时的瞬间启动电流为 虑适当的余量及显示回路的电流，本设计中变压器电流值实际选用 3A 24V 的。整流桥实际也选用 3耐压值不变；稳压回路中的集成稳 压器选用 3可以满足设计需要。 统的显示电源设计 显示回路电源采用 V 电源，其输入直接取自 4V 直流电源，所以该回路中没有整流电路，仅有滤波、稳压及指示电路组成，其原理图如 4 1 2 3 4 5 6 i t u m be r R e v i s i i z a t e : 4- J 0 08 S he e t o f F i l e : D : 毕业设计资料 03 硬件电路设计 电路图设计 控制系统主电路及转速显示回路原理图 r a w n B y : D 2绿色 + 24 + 5i o 图 4- 6 D C + 5V 电源回路原理图（ 1）滤波电路的选择：采用电解电容器组成滤波电路，由于稳压器输入直接取自 24V 直流电源，输入电压的性能已经很好，电解电容只需满足耐买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 压值，容量适当就行。耐压 2 24=用耐压值为 50V、容量为22出回 路的电解电容进行二次滤波，使电路的输出特性曲线更平滑。 （ 2）稳压电路的选择：采用三端集成稳压器 7805，输出为 +5V 直流电压，极限电流值为 1A，其封装及引脚如图 47805的输入电压为 58V，极限输入电压值为 35V，为了简化电路，提高回路的稳定性，直接取用 24可实现电路要求。 这样做的缺点是 7805的输入输出压差很大（ 19V），导致了稳压器的内部功耗较大，容易发热，对电路产生干扰，影响后面电路的性能。该 为转速显示回路供电，功率很小，主要解 决管子本身的发热问题，选用一个 1能够满足系统要求。 （ 3）电源指示电路：电路组成与 4不同的是电压值有 +245V，选用原则相同。限流电阻值应为 R=（ 220 ,由于电路中存损耗，并且要使二极管的亮度大一点，限流电阻器选用组阻值为 220的普通电阻。 的普通绿色发光二极管。 统的功率驱动回路设计 对于 速的电机驱动电路，主要考虑以下性能指标 :第一、输出电流和电压范围，它决定着电路能驱动多大功 率的电机；第二、效率，高的效率不仅可以节省电源，也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通 (H 桥电路可能出现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路 )；第三、对控制输人端的影响。功率电路对其输人端应有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离；第四、对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染，大电流可能导致地线电位浮动；第五、可靠性，电机驱动电路应该尽可能做到 :无论加上何种控制信号，何种无 源负载，电路都是安全的。 本设计采用单极性 由 4个功率达林顿管和 4个续流二极管组成，采用单电源供电，信号隔离电路采用光电耦合器，其原理图如图 4 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 2 3 4 5 6 i t u m be r R e v i s i i z a t e : 4- J 0 08 S he e t o f F i l e : D : 毕业设计资料 03 硬件电路设计 电路图设计 控制系统主电路及转速显示回路原理图 r a w n B y : 52 1- 1 52 1- 1822822822822Q 0 + 24 P 122 P 122 P 122 P 122G N D - P L 100 - 7 单极性 H 桥功率驱动回路H 桥电路的控制采用 号，将 号加在电机电枢的两端，通过调节 此来控制电机的转速或方向。基本工作原理：通过四个功率开关 （ 的导通和关断来控制电动机的速度和方向，当电动机正转时， 通工作， 止；当电动机反转时， 通工作 ， 止。调节 的模拟电位器，来改变输出 现平均电压的变化，电动机的转速随之改变。 功率开关管的选用达林顿， 达林顿管主要参数 (极限值 )有00V、 00V、 V， A、 A、 20温度范围 50度，可以满足控制系统回路最大电流要求。根据相关公式计算得，散热器选用 5A 的铝散热片。 功率电路的输人端应有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入主控制回路，可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离。这部分输入信号采用 电隔离器进行信号隔离 ,该光耦为四引脚光电隔离器，输入端为单个发光二极管，一般为砷化镓发光管，输出为光敏晶体管。工作时，把电信号加到输入端，使发光管发光，而敏感元件在光的照射下输出光电流，实现电 电的转换，输入电路和输出电路在电气上没有任何联系，实现输入信号与输出信号的隔离。 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 制系统的转速测量及显示 转速的测量方式有多种，数字测速具有测速精度高、分辨能力强、受器件影响小等优点，被广泛应用于调速要求高、调速范围大的调速系统。取脉冲信号用的传感器可以用光电式旋转编码器、霍尔接近开关或红外 线传感器，霍尔开关体积小、价格便宜、寿命长、功耗小、频率高 (可达 1安装方便、耐震动。鉴于它具有上述优点，本控制系统采用霍尔接近开关来做脉冲取样用的传感器。 尔开关的测速原理 霍尔开关是一种磁传感器，霍尔开关以霍尔效应为其工作基础。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。其优点是无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、位置重复精度高 (可达 。 （ a ） （ ）图 4 - 8 霍 尔 开 关 示 意 图 及 输 入 输 出 关 系输出+感应端霍尔开关示意图如图 4a）所示。适当的磁场接近感应端 时，内部晶体管 出电压等于 值很小，即输出低电平。当不存在磁场时， 止，输出高电平。这是一种无抖动的无触点开关，工作频率可达 100源范围大，容易与各种不同的输出负载接口，使用起来非常方便。 图 4b）表示输出电压与磁感应强度的关系，工作特性有一定的磁滞，使开关动作更为可靠， 工作点“开”的磁感应强度， ”的磁感应强度。霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲 , 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 检测出单位时间的脉冲数或两个相邻脉冲的时间 , 便可知被测转速。磁性转盘上 小磁铁数目的多少决定了传感器测量转速的分辨率，理论上说，小磁铁的数越多分辨率就越高 ,测速的范围就越宽。 尔开关的测速电路设计 霍尔接近开关的电源可以取自 设计为了简化带电路，取自 部 4V 直流电源。系统中采用 列的1010霍尔开关，其工作电压范围 5至 24V、工作电流可达 50效感应距离为 10出为低电平脉冲。输出的脉冲直接送至高速脉冲计数器，至于怎样来计算出转速，有控制系统的软件部分来完 成，这里不作介绍。 小磁铁的数目