直流电动机及转速测量系统
设计
济南大学控制学院电子电路实验中心
第一部分 直流电机驱动部分
题目要求:
直流电源024V连续可调.
额定负载,额定转速下,电压降小于1.5V.
额定转速下,电网电压变化正负10%时,电机转速变化小于10%.
方案论证与比较
方案一:采用开关电源方案.由220v交流整流后,经开关电源稳压输出.电源自身功耗很小,电源效率较高.但纹波较大,在以后的电路中很难加以抑制,电机转动不稳定,有可能造成测量部分的失败和技术参数严重超标.
方案二:并联式稳压电源.并联式稳压电源简便易行,所用元器件相对较少,其突出的优点时刻承受输出端短路.但压降较大,效率低于串联式稳压电源,输出电压调节范围较小.
方案三:采用可控硅整流技术,通过对晶闸管的导通角的控制,从而达到024V的稳定电压,但经过试验表明此方案设计出的电源的电压和电流波动较大,原理见图1.
方案四:LM338是可调三端稳压器,输出电压范围是1.2V—32V.最大电流是5A,现通过串入二极管试图使电压从0V突然上升,电路如图,但在实际测试中,当电机空载转动是压降为0.8V,当电机带动额定负载时电压下降2.3V不符合要求.
串联式稳压电源:串联式稳压电源具有较宽的输出电压调节范围.合理的选择元器件可以达到较高的性能指标.如电压调节率,波形电压等.采用可调的三端集成稳压器提供稳定电压,且过流保护电路设计可简,精度较高,具体电路形式丰富,可借鉴的结构较多.

综上所述,方案(5)比较简洁,调整方便,且满足指标要求,所以我们选择此方案.
辅助电源部分:
采用LM317稳压源,论证过程从简.
电源部分的具体设计:
选用高精度基准芯片LM336,以提高系统的稳定性,减少纹波.
选用运放LM324实现误差放大,同时还可作为恒流源的比较放大,其成本低且容易购置.
选用2N3055作为功率调整管,其额定电压为100V,额定电流为15A,远远超出最大输出电流要求.
点流过流及短路保护电路:由于某种原因是输出电流I0超过
额定值时,晶体管BG3的集电极电流Ic3增加,是BG3的集
电极电位下降,当输出电流增加到预定的最大输出电流时,BG3饱和,是输出电流被限定在规定值上,起限流保护作用,当输出短路时,二极管D1因为正向偏置而导通,此时运放输出电流通过D1接地,从而使BG2截止,导致调整管BG截止,输出电流近于零.起了短路保护作用.排除短路故障后可自动恢复到正常状态.
显示单元采用三维数字表头,用切换开关选择不同量程以及电流/电压的转换.
调试图
第二部分 电机测速装置及显示
题目要求:
测速装置的测速范围为0—6000r/min
转速在600r/min---6000r/min时,测量精度小于1%
用四位数码管显示电机转速
方案设计与比较:
方案一:采用反光式测量,在电机轴上装有反光物质利用光线反射,回收的频率测量电机转速.但所用元件价格昂贵,精度要求很高,对于学生在短时间内完成有一定难度.
方案二:通过电机带动一个小功率发电机,根据电机输出电压的量值,经过专用的数模转换集成块7107后显示数据.思路简单,但发电机的电能来自电机转速的削弱,经试验,在750转以上,测量精度小于1%,所以不符合要求.
方案三:采用光码盘和光耦传感器队电机的转速进行测量.并通过集驱动,译码于一体的数码管显示转速.由于元器件成本低,测量精度高,结构简单所以本系统较为理想.
具体设计:
信号转换:见图3通过光耦传感器和光码盘把转速变为频率信号.它的特点是利用鼠标中的元件,自制一种简易光码盘,经济,实用,结构新颖.
分频电路:(电路如图所示集成块见表)通过对4M晶振的一系列分频,从CD4520的3脚输出0.5HZ的频率,与光电管输出频率FW相与后从11脚输出,分压后产生CP脉冲(见图).同时,经过MC14538和CD4011的3脚产生锁存与清零信号.
显示电路:(电路见图4)这种数码管集驱动,译码于一体.图为数码管计数器功能连接图.但如何将计数功能可以转化为转速,这又是本设计的一大特点.因为此数码管的清零,锁频,与分频电路的清零,锁存相连,所以产生精确的秒记数,而光码盘的刻度为六十个间隔,所以显示数字即为每秒CP的个数,也就是电机的转速(转/分钟).

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