一種簡單實用的新型三相步進電機控制電路的設計

摘 要:設計了一種由NE555和74LS74芯片組成的三相步進電機的控制系統。該系統采用弱電電路來控制強電電路，利用NE555的數字脈寬振蕩電路產生時鐘脈沖，通過二片74LS74中的三個D觸發器，去控制驅動電路中的三個電磁繼電器，驅動三相步進電機轉動。步進電動機轉動的速度由脈沖信號的寬度來控制。改變相線通電順序可改變定子磁場旋轉的方向，從而達到控制步進電動機正反轉方向控制。

關鍵詞:NE555 74LS74 D觸發器 三相步進電機

中圖分類號:TM383\t\t文獻標識碼:Ａ\t\t文章編號:1672-3791(2011)10(a)-0004-01

當前隨著科學技術的發展，特別是數字電路技術在電器自動化控制中的廣泛應用，給人們的生產和實踐提供了多種選擇。自動化控制的電路設計，經歷了從模擬電路設計、普通數字電路設計和信息化自動化控制電路設計三個階段?，F在許多設備大量使用電機作為動力，而電機的控制是一個關鍵。本文設計的是一種基于NE555和74LS74芯片組成的三相步進電機的控制系統。該系統是以74LS74為核心、利用NE555的數字脈寬振蕩電路產生時鐘脈沖，再通過二片74LS74中的三個D觸發器去控制驅動電路中的三個電磁繼電器來驅動三相步進電機轉動。通過調節脈沖信號的寬度來控制步進電動機轉動的速度;改變相線通電順序，即改變定子磁場旋轉的方向，從而達到控制步進電動機正反轉方向控制(圖1)。

1 三相步進電機驅動控制電路的組成

該電路可分為三個部分。第一部分是數字時鐘脈沖發生電路，它由NE555芯片和電阻R1、R2、電容器C1、C2和電位器RP組成。本設計中采用了無級變速的設計方案，通過改變RP和電容器C1的充放電時間常數來改變NE555的脈寬輸出信號寬度;電位器RP的阻值變大時，由于充放電時間延長，導致輸出信號的脈沖變寬，周期變長，電機轉速下降;反之，電機轉速提升。電阻R1和R2以及電容C2為NE555提供基準工作條件和參數。

第二部分是邏輯驅動信號發生和顯示電路，他由R3、R4、R5、LED1、LED2、LED3和二片74LS74芯片組成;每個74LS74中有二個D觸發器，二芯片中共有四個D觸發器;本設計中使用了其中的三個D觸發器，分別去控制三相步進電機的三個獨立的驅動電路。由R3和LED1組成A相邏輯信號監視顯示電路，同樣由R4、LED2和R5、LED3組成B、C二相的邏輯信號監視顯示電路。

第三部分是驅動控制電路，由VT1至VT6六個三極管、LED4至LED6三個發光二極管和H1至H3三個繼電器組成;H1、LED4、VT1和VT2組成A相的驅動控制電路，同樣由H2、LED5、VT3和VT4組成B相驅動控制電路，其它的是C相驅動控制電路。

2 三相步進電動機驅動控制原理和過程

2.1 啟動前

由于三個D觸發器的置位端均為零，雖然有時鐘脈沖信號輸入，但每個D觸發器輸出還是為零(低電平)，LED1至LED3均不亮，六個三極管VT1-VT6因輸入為低電平而截止，繼電器H1-H3斷開驅動控制顯示LED4-LED6均不亮，三相步進電機因未得電而不會轉動。

2.2 正轉

當按下正轉啟動按鈕時，A觸發器輸出被置1(高電平)，LED1亮，A相驅動控制電路得電，繼電器H1吸合，LED4亮，控制三相步進電機A相定子線圈導通;同時B、C二觸發器輸出被置0，而LED2和LED3不亮，B、C二相驅動控制電路中的VT3至VT6因輸入低電平而截止，繼電器H2、H3未吸合，故三相步進電機B、C二相定子線圈不通;此時三個D觸發器的輸入分別為(A-1、B-0、C-0)，三個D觸發器在NE555的下一個時鐘脈沖上升沿，同時打開傳輸門并迅速鎖定輸出(A-0、B-1、C-0)，LED2、LED5亮，H1斷開，H2吸合，三相步進電機A相線圈因H1斷開而失電，B相線圈定子得電導通，C相因H3未吸合，保持不通，定子磁場旋轉120度電角度，轉子也跟著轉過120度;同樣在NE555的下一個時鐘脈沖上升沿，LED3、LED6亮，三個D觸發器輸出為(A-0、B-0、C-1)，三相步進電機A、B二相定子無電，C相導通，定子磁場又轉過了120度的電角度，轉子也跟著再轉120度;再到下個時鐘脈沖上升沿，三個D觸發器、繼電器回復到正轉啟動時的初始狀態，定子線圈磁場和轉子隨著轉過120度也回到初始狀態，以后不斷重復以上過程。

2.3 反轉

當按下反轉啟動按鈕，A觸發器置0，B、C觸發器置1同正轉啟動時正好相反。從反轉邏輯關系圖(圖1)中可以看出，D觸發器狀態同正轉時相反，正轉時是高電平后移，而反轉時低電平后移，相當于高電平前移，從而實現三相步進電機定子磁場的反向旋轉，電機也就能反向旋轉了。

2.4 停止

電機的停止控制電路因比較簡單所以在圖中沒有畫出，只要在把74LS74二個芯片的電源輸入端合并后連接一個常開按鈕接入9V電源就行，無論正轉，還是反轉，只要按下停止按鈕，二個芯片74LS74因斷電而自動復位，所有的顯示LED滅，繼電器均斷開，電機停止轉動。

3 結語

設計了是一種由NE555和74LS74芯片組成的三相步進電機的控制系統。在設計時，選用了結構簡單但是性能可靠的硬件電路以及性價比很高的芯片和電子元器件，設計時用弱電電路來控制強電電路，具有成本低、體積小、功耗小、使用靈活、操作簡單、可擴展性強、升級方便和運行安全可靠穩定的特點。本設計經過啟東機械設備制造廠在實踐中的應用，發現社會效益和經濟效益顯著。