小功率直流电机控制器设计与制作

电子技术综合训练

设计报告

题目：小功率直流电机控制器设计与制作

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日期：2013 年

摘要

目前，以小型电动机为中心的机电一体化技术已经获得了显著的进步，其应用领域也不断的扩展。从而对于实现直流电机的控制则显得尤其重要。对于小功率直流电动机实现其正、反转和调速的控制。通过H桥可以实现电动机的正、反转控制。通过调节PWM的占空比所产生的不同波形来实现对转速的控制。实际应用中，往往还需要对电机的转速进行测量，该模块可用光电转换模块将电机的转速间接的转换成电脉冲，然后通过计数、锁存、译码、显示等模块将其显示出来。

关键词：H桥ＰＷＭ调速转速测量

目录

1 设计任务和要求 (4)

1.1设计任务 (4)

1.2设计要求 (4)

2 系统设计 (5)

2.1系统要求 (5)

2.2方案设计 (5)

2.3系统工作原理 (5)

3 单元电路设计 (7)

3.1 电源模块 (7)

3.1.1电路结构及工作原理 (7)

3.1.2电路仿真 (7)

3.1.3元器件的选择及参数确定 (8)

3.2 PWM调速模块 (8)

3.2.1电路结构及工作原理 (8)

3.2.2电路仿真 (10)

3.2.3器件的选择及参数确定 (12)

3.3 H桥模块 (12)

3.3.1电路结构及工作原理 (12)

3.3.2电路仿真 (13)

3.3.3元器件的选择及参数确定 (13)

3.4 光电转换 (14)

3.4.1电路结构及工作原理 (14)

3.4.2元器件的选择及参数确定 (15)

3.5 测速模块 (15)

3.1.1电路结构及工作原理 (15)

3.1.2电路仿真 (7)

3.1.3元器件的选择及参数确定 (8)

4 电路仿真……………………………………………………………………?.

5 电路安装、调试与测试……………………………………………………?

5.1电路安装………………………………………………………………?

5.2电路调试………………………………………………………………?

5.3系统功能及性能测试…………………………………………………?

5.3.1测试方法设计………………………………………………………?

5.3.2测试结果及分析……………………………………………………?

6 结论…………………………………………………………………………?

7 参考文献……………………………………………………………………?

8 总结、体会和建议

附录：

电路原理图

元器件清单

一、设计任务及要求

设计并制作一个小型直流电机控制器，

基本要求如下：

1、能够实现电机的正、反转控制；

2、电机的速度能够通过PWM方式控制；

3、按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试，撰写设计报告。

发挥部分：

1、能够测量并显示电机的转速；

2、其它恰当的功能。

二、系统设计

２.１系统要求

要求系统能够使小功率直流电机实现正、反转控制和对直流电机的无级调速控制。并能对电机的转速进行简单的测量和显示。整个系统由电源整流模块、PWM调速模块、电机正反转模块和测速模块组成。

2.2 方案设计

电源整流模块可将220V 50HZ 交流电通过降压、整流、稳压后得到。PWM 调速模块将555制作成多谐振荡器，通过改变占空比来进行调速。利用三极管构建H桥，控制电机的正、反转。对于测速模块，应用发光二极管和接收管先将转速这一物理量转换为脉冲形式的电信号，再应用计数器对采集到的脉冲数进行计数，最后进行译码显示。

2.3系统工作原理

系统方框图如图2.1

工作原理：

如图2.1所示，对交流电源通过降压、整流、稳压之后，得到直流电源，将直流电源用作PWM调制模块的输入电压，采用PWM调制原理，通过改变占空比，使PWM调制模块的输出电压平均值发生改变，将PWM模块的输出电压加在H

桥上，这样可实现对电机的控制。再在电机轴上加装转盘，在转盘上剪一个缺口，利用转盘两侧的发光二极管和接受管实现对转速信号的采集，最后译码输出并显示。

三、单元电路设计

3.1电源模块

3.1.1电路的结构及工作原理

直流电源电路原理图见图3.1

图3.1 直流电源电路原理图

如3.1图所示，首先将220V50HZ的交流电经变压器T1变为12V50Hz的交流电，再由单相桥式整流电路将12V50Hz的交流电变为12V的直流电，然后通过LM7812CT的稳压和C4的滤波将稳定的12V直流电输出。在上面的电路中，C1的作用是为了防止整个电路产生自己振荡，C2是为了减少高频信号对电路的影响，C3是为了减少低频信号对电路的影响，C4则是滤波电容。

3.1.2电路仿真

将图3.1所示的电路图经Multism仿真后的波形

图3.2 直流电源电路Multism仿真波

由图3.2可知，电源整流后的输出电压为12.557V,在误差允许的范围内，该设计满足实验所需的要求，故该设计是正确的。

3.1.3元器件的选择及参数的确定

交流电流源选择220V50Hz的工频电源，变压器选择变比为N=18的将压变压器，电容C1=40uF,C2=100nF，C3=1uF，C4=400uF。并且C1、C4均为电解电容C2、C3为普通电容。

3.2 PWM调速模块

3.2.1 电路的结构及工作原理

PWM调速原理的电路图如图3.3所示