一种简单实用的新型三相步进电机控制电路的设计

一种简单实用的新型三相步进电机控制电路的设计
作者：曹卫康
来源：《科技资讯》2011年第28期
摘要:设计了一种由NE555和74LS74芯片组成的三相步进电机的控制系统。

该系统采用弱电电路来控制强电电路,利用NE555的数字脉宽振荡电路产生时钟脉冲,通过二片74LS74中的三个D触发器,去控制驱动电路中的三个电磁继电器,驱动三相步进电机转动。

步进电动机转动的速度由脉冲信号的宽度来控制。

改变相线通电顺序可改变定子磁场旋转的方向,从而达到控制步进电动机正反转方向控制。

关键词:NE555 74LS74 D触发器三相步进电机
中图分类号:TM383 文献标识码:Ａ文章编号:1672-3791(2011)10(a)-0004-01
当前随着科学技术的发展,特别是数字电路技术在电器自动化控制中的广泛应用,给人们的生产和实践提供了多种选择。

自动化控制的电路设计,经历了从模拟电路设计、普通数字电路设计和信息化自动化控制电路设计三个阶段。

现在许多设备大量使用电机作为动力,而电机的控制是一个关键。

本文设计的是一种基于NE555和74LS74芯片组成的三相步进电机的控制系统。

该系统是以74LS74为核心、利用NE555的数字脉宽振荡电路产生时钟脉冲,再通过二片74LS74中的三个D触发器去控制驱动电路中的三个电磁继电器来驱动三相步进电机转动。

通过调节脉冲信号的宽度来控制步进电动机转动的速度;改变相线通电顺序,即改变定子磁场旋转的方向,从而达到控制步进电动机正反转方向控制(图1)。

1 三相步进电机驱动控制电路的组成
该电路可分为三个部分。

第一部分是数字时钟脉冲发生电路,它由NE555芯片和电阻R1、R2、电容器C1、C2和电位器RP组成。

本设计中采用了无级变速的设计方案,通过改变RP和电容器C1的充放电时间常数来改变NE555的脉宽输出信号宽度;电位器RP的阻值变大时,由于充放电时间延长,导致输出信号的脉冲变宽,周期变长,电机转速下降;反之,电机转速提升。

电阻R1和R2以及电容C2为NE555提供基准工作条件和参数。

第二部分是逻辑驱动信号发生和显示电路,他由R3、R4、R5、LED1、LED2、LED3和二片74LS74芯片组成;每个74LS74中有二个D触发器,二芯片中共有四个D触发器;本设计中使用了其中的三个D触发器,分别去控制三相步进电机的三个独立的驱动电路。

由R3和LED1组
成A相逻辑信号监视显示电路,同样由R4、LED2和R5、LED3组成B、C二相的逻辑信号监视显示电路。

第三部分是驱动控制电路,由VT1至VT6六个三极管、LED4至LED6三个发光二极管和H1至H3三个继电器组成;H1、LED4、VT1和VT2组成A相的驱动控制电路,同样由H2、LED5、VT3和VT4组成B相驱动控制电路,其它的是C相驱动控制电路。

2 三相步进电动机驱动控制原理和过程
2.1 启动前
由于三个D触发器的置位端均为零,虽然有时钟脉冲信号输入,但每个D触发器输出还是为零(低电平),LED1至LED3均不亮,六个三极管VT1-VT6因输入为低电平而截止,继电器H1-H3断开驱动控制显示LED4-LED6均不亮,三相步进电机因未得电而不会转动。

2.2 正转
当按下正转启动按钮时,A触发器输出被置1(高电平),LED1亮,A相驱动控制电路得电,继电器H1吸合,LED4亮,控制三相步进电机A相定子线圈导通;同时B、C二触发器输出被置0,而LED2和LED3不亮,B、C二相驱动控制电路中的VT3至VT6因输入低电平而截止,继电器
H2、H3未吸合,故三相步进电机B、C二相定子线圈不通;此时三个D触发器的输入分别为(A-1、B-0、C-0),三个D触发器在NE555的下一个时钟脉冲上升沿,同时打开传输门并迅速锁定输出(A-0、B-1、C-0),LED2、LED5亮,H1断开,H2吸合,三相步进电机A相线圈因H1断开而失电,B相线圈定子得电导通,C相因H3未吸合,保持不通,定子磁场旋转120度电角度,转子也跟着转过120度;同样在NE555的下一个时钟脉冲上升沿,LED3、LED6亮,三个D触发器输出为(A-0、B-0、C-1),三相步进电机A、B二相定子无电,C相导通,定子磁场又转过了120度的电角度,转子也跟着再转120度;再到下个时钟脉冲上升沿,三个D触发器、继电器回复到正转启动时的初始状态,定子线圈磁场和转子随着转过120度也回到初始状态,以后不断重复以上过程。

2.3 反转
当按下反转启动按钮,A触发器置0,B、C触发器置1同正转启动时正好相反。

从反转逻辑关系图(图1)中可以看出,D触发器状态同正转时相反,正转时是高电平后移,而反转时低电平后移,相当于高电平前移,从而实现三相步进电机定子磁场的反向旋转,电机也就能反向旋转了。

2.4 停止
电机的停止控制电路因比较简单所以在图中没有画出,只要在把74LS74二个芯片的电源输入端合并后连接一个常开按钮接入9V电源就行,无论正转,还是反转,只要按下停止按钮,二个芯片74LS74因断电而自动复位,所有的显示LED灭,继电器均断开,电机停止转动。

3 结语
设计了是一种由NE555和74LS74芯片组成的三相步进电机的控制系统。

在设计时,选用了结构简单但是性能可靠的硬件电路以及性价比很高的芯片和电子元器件,设计时用弱电电路来控制强电电路,具有成本低、体积小、功耗小、使用灵活、操作简单、可扩展性强、升级方便和运行安全可靠稳定的特点。

本设计经过启东机械设备制造厂在实践中的应用,发现社会效益和经济效益显著。