二极管在直流电机控制中的应用实例

  为了更好的直掌握流电机的控制技术,在此设计了一套关于直流电机控制的实验。所谓对直流电机的控制就是对它的起停和转向切换等控制。最简单的控制电路如图1所示,它是一个利用双刀三位开关通过以上接线来实现的。但是,在实际的应用中靠这种控制电路是无法对电机的起停位置控制的十分准确,更谈不上自动控制。本文所介绍的控制电路是利用二极管和继电器的巧妙配合作为控制电路的核心部件,再加上一些辅助的电子电路就可以实现对直流电机转向的自动切换、行程限位以及制动的控制功能。为叙述方便,这里以一个应用在自动调光窗帘的电路为例,具体电路如图2所示。

 
  1 电路的组成
  1.1电源电路  
  该电路由220/12V降压变压器、全桥、三端稳压块W7805,滤波电容C₁,C₂组成。它为整个电路提供了两种工作电压,一种是14V左右的直流电压,它可供维电器线和直流电机使用,同时又为三端稳压器W7805提供输入电压。另一种是W7805输出的5V直流稳压,它专供集成电路使用。  
  1.2磁控行程、制动电路 
  该电路由1/2 74LS00构成一个S触发器,它的置I和置O端分别由磁控开关S₁,S₂来控制。对S₁,S₂位置的设置即是对电机行程的设置。白触发器来驱动开关管T₁从而控射继电器线Ja的工作状态。电路中的D₁为继电器续流二极管,是用来保护开关管T₁的。D₃是指示触发器输出状态的发光二极管。C₃是惯性电容,以防触发器因干扰而误翻转。继电器Ja的各触点及D₅,D₆,D₇,D₈是对电机的行程及制动实行控制的执行部件分。
 
  1.3光控转向切换电路
  三极管T₂是用来控制继电器Jb线圈的工作状态的,为了使T₂稳定地工作在开关状态特通过反向器G₃对信号整形后来做驱动并且加了惯性电容C₄以防干扰。反向器的输入端的电平V_A是由电阻R₃和光敏三极管T₃及电位器Rp的分压比来确定。由于光线的强弱可使T₃的等效电阻Rce发生剧烈的变化,从而实现光控之目的。Rp是用来调节光线强弱的。继电器Jb是用于电源极性转换的。为了灵活应用,电路中还没有手控开关K₁，K₂。在通常的自动状态下K₁处于靠闭状态,K₂处于常开状态。如果由于某种需要在强光下要打开窗帘则将K₁断开(这是的K₂仍保持常开状态)即可。相反,如果在暗光或晚上需要将窗帘拉上则闭合k₂(K₁为任意状态)即可实现。
 
  1.4电机运行电路
  继电器Ja的一组触点Ja_1-1,Ja_1-2和二极管D₅,D₆组成了电机的行程开关。另一组触点Ja_2-1,Ja_2-2和二极管D₇,D₈组成对电机制动的阻尼开关。继电器J_b的两组触点J_h1-1,J_b1-2，J_b2-1，J_b2-2构成了电源极性转换电路。M为12V直流电机。
 
  2 工作原理
  电路图2是在弱光条件下窗帘完全打开时的状态,触发器和反向器输出均为0。因此,T₁,T₂均截止,各继电器均为常态。这时电机M因D₂的反向阻断而停止转动。当光线达到所设置的强度时,A点的电位将低于阈值电压,则反向器G₃输出高电平,这时T₂饱和导通,J_b因线圈得电而双触点发生切换。这时加在负载电路上的电压极性发生了变化。二极管D₅由反向截止变为正向导通,电机开始转动拖动窗布闭合,同吋固定在窗帝上的小磁铁随着窗帘一起移动,当窗帘完全闭合时小磁铁正好与固定在窗框上的干簧管S₂接近,在磁场的作用下S₂的触点闭合,触发器G置“1”,使T₁饱和导通，继电器Ja的触点切换,即Ja_1-1，Ja_2-1断开,Ja_1-2,Ja_2-1接通。在二极管D₆的反向阻断的作用下电机应停止转动,但由于惯性作用仍将持续一段时间,这在实际当中是不容许的,我们知道直流电动机本身也是一个发电机,根据右手定则可知在此惯性状态下所产生的电流方向与原来的电流方向相反。因此利用D₇和Ja_2-1对电机的短路阻尼作用,可在极短的时间内就能使电机制动。此刻的Ja_1-2和D₆的状态为电机的正转提供了预备条件,一但J_b的触点切换,电机即可正转。

  当光线变时,T₃电阻变大,A点电位升高,一但V_A高于阔值电压时反向器即可翻转输出低电平使T₂截止,J_b恢复常态,电机正转带动窗帘使其打开。当到达极限位置时,固定在窗框上的干管S₁在磁场的作用下闭合,触发器G置0致使T₁截止,Ja恢复常态。这时电机在D₅的阻断下失去电源，紧接着电机在Ja_2-1、D₈短路阻尼的作用下迅速制动。如此反复来实现光控窗帘的自动开闭。
 
 
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