Mạch điều tốc motor có thể sử dụng đc điện áp 12v24v được ứng dụng cải tiến chế tạo bếp lò có thể cải tiến từ vặn cơ sang vạn bến trỏ điều tốc Có thể điều khiển tốc độ của động cơ DC Tải được các động cơ có công suất lớn Có thể ứng dụng vào nhiều vấn đề thực tiễn trong cuộc sống Hoạt động ốn định, bền bỉ
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT HƯNG YÊN KHOA: ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ QUẠT BẾP LÒ 24VDC Giáo viên hướng dẫn: Đặng Quang Đồng Sinh viên thực hiện: Phùng Thế Minh, 12221269 Nguyễn Công Minh, 12221257 Hưng Yên, tháng năm 2023 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Giảng viên hướng dẫn Đặng Quang Đồng LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô Khoa Điện-Điện tử Trường ĐHSPKT Hưng Yên với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập trường Và đặc biệt, học kỳ này, Khoa tổ chức cho chúng em tiếp cận với môn đồ án mơn học mà theo em hữu ích sinh viên ngành Tự Động Hóa Cơng Nghiệp tất sinh viên thuộc chuyên ngành khác.Giúp em tự tìm hiểu quà nghiên cứu nhiều kiến thức cho thân nói riêng Em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Quang Đồng thầy cô khác tận tâm hướng dẫn chúng em qua buổi học lớp buổi nói chuyện, thảo luận lĩnh vực sáng tạo Nếu lời hướng dẫn, dạy bảo thầy em nghĩ thu hoạch em khó hồn thiện Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy Là sinh viên ngồi ghế nhà trường, em trao đổi kiến thức chuyên môn môn ngành học Tuy học thực hành nhiều lớp phần nhỏ bé so với kiến thức thực tế ngày sau trường chúng em gặp phải Vì thế, em muốn vận dụng kiến thức học vào thực tiễn học hỏi thiếu Trong năm học tập, thực tập nghiên cứu vừa qua, giúp đỡ thầy cô môn, em học hỏi nhiều điều thực tế, tìm hiểu chung vấn đề, tài liệu liên quan giúp ích cho việc hồn thành báo cáo đồ án Vì sau cân nhắc góp ý thầy em chọn đề tài: “ Thiết kế mạch điều khiển tốc độ quạt bếp lò 24vdc” Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hện MỤC LỤC MỞ ĐẦU Phân tích yêu cầu đề Mục tiêu đề tài Các phương án thực Ý nghĩa đề tài 5 Kế hoạch thực CHƯƠNG TÌM HIỂU QUẠT BẾP LÒ 24VDC TRÊN THI ̣TRƯỜNG 1.1 Tìm hiểu số quạt bếp lị 24VDC thị trường 1.2 Tìm hiểu cấu tạo quạt bếp lò 24Vdc thị trường 1.2.1 Sơ đồ khối tổng quát 1.2.2 Máy biến áp 1.2.3 Khối chỉnh lưu 1.2.4 Khối lọc 10 CHƯƠNG 12 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ QUẠT BẾP LÒ 24VDC 12 2.1 Máy biến áp 12 2.2 Khối nguồn 13 2.3 Khối điều khiển công suất 18 2.4 Thực nghiệm 24 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 26 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Quạt bếp lị Hình 1.2 Sơ đờ khớ i chung Hình 1.3 Máy biến áp nhiều đầu Hình 1.4 Diod KBP 307 Hình 1.5 Tụ phân cực 10 Hình 2.1 Máy biến áp 12 Hình 2.2 Sơ đồ khối nguồn 13 Hình 2.3 Terminal chân 13 Hình 2.4 Diode KBP 206 14 Hình 2.5 Tụ lọc 15 Hình 2.6 IC 7812 16 Hình 2.7 Điện trở 16 Hình 2.8 Led đơn 17 Hình 2.9 Sơ đồ mạch vẽ Proteus 18 Hình 2.10 IC NE555 19 Hình 2.11 Tụ mica 2A104J 19 Hình 2.12 Tụ gốm 20 Hình 2.13 Điện trở 20 Hình 2.14 Diode 1N4148 21 Hình 2.15 Biến trở tinh chỉnh 22 Hình 2.16 MOSFET 23 Hình 2.17 Động điện chiều (DC) 23 Hình 2.18 Sơ đồ mạch in 24 Hình 2.19 Mạch in mô 3D 25 Hình 2.20 Hình ảnh hồn thiện 25 MỞ ĐẦU Phân tích yêu cầu đề Thiết kế hệ thống điều chỉnh tốc độ quạt bếp lò 24VDC Mục tiêu đề tài Ngành điện tử ngành quan trọng góp phần vào phát triển đất nước phát triển nhanh chóng Khoa học – Cơng nghệ làm cho ngành điện tử ngày phát triển đạt nhiều thành tựu Nhu cầu người ngày cao điều kiện thuận lợi cho ngành Điện tử phải không ngừng phát minh sản phẩm có tính ứng dụng cao, sản phẩm có tính năng, có độ bền độ ổn định ngày cao Nhưng điều sản phẩm bắt nguồn từ linh kiện: R, L, C, Diode, BJT, MOSFET mà tảng điện tử tương tự Mạch điện sau hoàn thiện phải đáp ứng đủ tiêu chí sau: Có thể điều khiển tốc độ động DC Tải động có cơng suất lớn Có thể ứng dụng vào nhiều vấn đề thực tiễn sống Hoạt động ốn định, bền bỉ Do nói,Mạch điều khiển tốc độ quạt bếp lò 24vdc sản phẩm tạo tảng phát triển sản phẩm Điện Tử phục vụ cho nhu cầu người Các phương án thực Thiết kế mạch điều khiển tốc độ quạt bếp lò 24vdc, chúng em dùng Motor để điều chỉnh tốc độ cánh quạt Ý nghĩa đề tài Để giúp sinh viên có thể củng cố kiến thức, tổng hợp nâng cao kiến thức chuyên ngành Đề tài cịn thiết kế chế tạo thiết bị, mơ hình để sinh viên trường đặc biệt sinh viên khoa Điện - Điện tử tham khảo, học hỏi tạo tiền đề nguồn tài liệu cho sinh viên khố sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu học tập Những kết thu sau hoàn thành đề tài trước tiên giúp cho chúng em hiểu sâu nguyên lý mạch nguồn, tự thiết kế Từ tích luỹ kiến thức cho năm học sau thực tế Kế hoạch thực Sau nhận đề tài chúng em bắt tay vào việc: Thời gian công việc cụ thể sau: Tuần 1: Gặp cô giáo hướng dẫn nhận đề tài Tuần 2: Tìm hiểu đề tài, lĩnh vực ứng dụng, tìm tài liệu liên quan đến đề tài Tuần 3: Tìm thiết kế sơ đồ ngun lý, tính tốn mạch chọn linh kiện Tuần 4: Test thử bo mạch hiệu chỉnh, xử lý cố Tuần 5: Thiết kế mạch in, lắp ráp sản phẩm, kiểm tra chạy thử sản phẩm Tuần 6: Hồn thành lý thuyết Thời gian đầu nhóm chúng em cố gắng gặp thầy liên tục lần tuần, qua lần gặp chúng em thầy “Đặng Quang Đồng” hướng dẫn nhiệt tình, cụ thể phương hướng thực thầy rõ chỗ cịn thiếu sót để chúng em khắc phục CHƯƠNG TÌM HIỂU QUẠT BẾP LÒ 24VDC TRÊN THI ̣TRƯỜNG 1.1 Tìm hiểu số quạt bếp lị 24VDC thị trường Hình 1.1 Quạt bếp lị Thơng số kỹ thuật quạt tản nhiệt: Chất liệu: Thép (Khung), nhựa (Vỏ) Màu sắc : Xanh Điện áp hoạt động: 24VDC 1.2 Tìm hiểu cấu tạo quạt bếp lò 24Vdc thị trường 1.2.1 Sơ đồ khối tổng qt Hình 1.2 Sơ đờ khớ i chung 1.2.2 Máy biến áp Chức năng: Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo từ trường Sự biến thiên từ thông cuộn dây tạo hiệu điện cảm ứng (hiện tượng cảm ứng điện từ) Cuộn dây N1 cuộn dây N2 quấn lõi thép khép kín Đặt điện áp xoay chiều U1 vào cuộn dây N1, cuộn dây xuất dòng điện I1 chạy dây dẫn, đồng thời dây dẫn xuất từ thơng móc vòng cho hai cuộn N1 N2 Cuộn dây N2 nối với tải cuộn N2 xuất dòng điện I2 với điện áp U2 Như vậy, lượng dòng điện xoay chiều truyền từ dây quấn sang dây quấn Hình 1.3 Máy biến áp nhiều đầu Thông số máy biến áp nhiều đầu ra: Biến Áp 1A Đầu Ra Tính Năng Sản Phẩm: Tạo điện áp DC qua module chuyển đổi Dùng làm nguồn cho mạch điện tử thiết bị Biến áp 1A thiết bị để biến đổi điện áp xoay chiều, cấu tạo bao gồm cuộn sơ cấp (đưa điện áp vào) hay nhiều cuộn thứ cấp (lấy điện áp sử dụng) quấn lõi từ thép lõi feri Cung cấp nhiều mức điện áp ra: 6V 9V 12V 18V 24V Thông Số Sản Phẩm: Đầu vào: AC 110-220V Đầu Ra: AC 6V 9V 12V 18V 24V Dòng đầu ra: 1A 1.2.3 Khối chỉnh lưu Chức năng: Mạch chỉnh lưu mạch điện cho phép chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện chiều (DC) Chỉnh lưu giống van cho phép dòng điện qua theo chiều định Hình 1.4 Diod KBP 307 Mô tả: Diode cầu 3A 700V KBP307 diode chỉnh lưu có cấu tạo gồm diode, gồm chân, thiết kế với vỏ nhôm, tản nhiệt tốt Dùng để chuyển đổi điện áp AC – DC Thơng số kỹ thuật: Điện áp tối đa 700V Dịng điện định mức: 3A Nhiệt độ hoạt động: -55~1500C Nguyên lý làm việc mạch chỉnh lưu: 2.2 Khối nguồn Hình 2.2 Sơ đồ khối nguồn Chức khối nguồn: Nguồn cấp vào từ 220VAC Mạch sử dụng ic ổn áp 7812 để ổn định điện áp ngõ 24V Với dòng điện tối đa 1A Diode D1 dùng để phân cực nguồn vào nhằm bảo vể mạch không bị ảnh hưởng cấp nguồn ngược Tụ C4 lọc nguồn vào lọc nhiễu cao tần từ nguồn vào, Tụ C6 nhằm lọc nhiễu nguồn lọc cao tần từ nguồn LED D1 báo nguồn, R4 điện trở hạn dòng cho LED 1) Terminal chân Hình 2.3 Terminal chân Chức năng: Kết cuối, nối dây vào mạch Cố định dây ốc vặn Có thể ghép nhiều với Dùng làm cọc nguồn Dùng mạch điện tử Thông số kỹ thuật: 13 Khoảng cách chân mm, có ốc vặn Loại chân thẳng Điện áp tối đa: 300 V Dòng điện tối đa: 10 A Trở kháng tiếp xúc: 20 milliohm Đường kính chân: 1.1 mm Số lượng chân: 2) Khối chỉnh lưu Chức năng: Mạch chỉnh lưu mạch điện cho phép chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện chiều (DC) Chỉnh lưu giống van cho phép dịng điện qua theo chiều định Hình 2.4 Diode KBP 206 Mơ tả: Diode cầu 2A 600V KBP 206 diode chỉnh lưu có cấu tạo gồm diode, gồm chân, thiết kế với vỏ nhôm, tản nhiệt tốt Dùng để chuyển đổi điện áp AC - DC Thông số kỹ thuật: Điện áp tối đa: 600V Dòng điện định mức: 2A Nhiệt độ hoạt động: -55~1650C Nguyên lý làm việc mạch chỉnh lưu 14 Trong nửa chu kỳ (+) diode dạng sóng AC đầu vào D1 D2 phân cực thuận, D3 D4 phân cực ngược Khi điện áp đến điện áp ngưỡng D1 D2 lúc dòng tải qua Ở nửa chu kỳ (-) dạng sóng AC đầu vào, Diode D3 D4 phân cực thuận, D1 D2 phân cực ngược Dòng tải lúc chạy qua D3 D4 Chúng ta thấy với chu kỳ điện áp AC đầu vào hướng dịng tải giống qua diode theo hướng, có nghĩa dịng điện theo chiều Do đó, việc sử dụng chỉnh lưu cầu dịng điện xoay chiều AC đầu vào chuyển đổi thay dòng điện chiều DC 3) Khối lọc Chức tụ: Mạch lọc nguồn mạch lặp lại cực phát đơn giản với tụ điện cực gốc điện trở cấp từ đầu vào đến cực gốc để bật transistor Một tụ điện từ cực gốc đến đất làm mịn Tác dụng chính: Cho điện áp xoay chiều AC qua chặn điện áp chiều DC Lọc nguồn, lọc nhiễu,… Thơng số tụ Phân loại: Tụ hố Dung lượng: 1000uF Điện áp đánh thủng: 35V Nhiệt độ hoạt động tối đa: 105 độ Kich thước: đường kính 13mm, chiều cao 25mm Hình 2.5 Tụ lọc Thơng số IC 7812: Điện áp ngõ ra: 12V 15 Điện áp ngõ vào: 15V - 36Vdc Dòng ngõ ra: 3A Nhiệt độ hoạt động: 00C – 1250C Công suất cực đại: 36W Chức IC 7812; IC 7812 tích hợp chức bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ nhiệt giữ linh kiện transitor công suất mạch làm việc ngưỡng an toàn để tránh trường hợp mạch có vấn đề khơng thể phá hủy IC IC 7812 chủ yếu làm nhiệm vụ điều chỉnh điện áp cố định Hình 2.6 IC 7812 4) Điện trở Hình 2.7 Điện trở 16 Thơng số: Giá trị: 10*102 ±5% Chức Tạo điện áp theo mục đích sử dụng từ điện áp có trước cách mắc điện trở thành cầu phân Điều chỉnh dịng điện có mức dẫn điện phù hợp với nhu cầu Có thể thực phân cực để bóng bán dẫn hoạt động Khi mắc nối tiếp với điện trở tạo sụt áp mạch Có khả điều chỉnh cường độ dòng điện chúng qua thiết bị điện 5) Led đơn Hình 2.8 Led đơn Thơng số: Điện áp: 2V – 2,2V IV led siêu sáng 5mm: 4000 - 5000 mcd Kích thước bóng: đường kính 5mm Số chân: chân Chiều dài chân: 28mm – 29mm Chức năng: Dùng mạch đèn nháy, bảng đèn led quảng cáo, Để báo hiệu có dịng điện chạy qua 17 2.3 Khối điều khiển công suất Hình 2.9 Sơ đồ mạch vẽ Proteus Giải thích nguyên lý hoạt động: Nguyên lí hoạt động mạch tạo xung PWM: Xung cưa tạo chân 2, mạch tạo dao động R, C Ta nhận thấy tụ C1 nạp đầu xung mức cao Và đầu mức thấp tụ C1 xả qua điện trở R2 Khi thay đổi biển trở RV1 tần số xung ngõ bị thay đổi độ rộng xung thay đổi từ - 100% thời gian nạp, xả tụ C1 thay đổi Diode D1 D2 dùng để ổn định tần số xung ngõ Tần số xung mạch phụ thuộc vào giá trị điện trở R2, biển trở RV1, tụ điện C1 Chọn tụ C1 tụ không phân cực thu tần số ngõ cao, dùng tụ hóa giá trị lớn thu tần số thấp Sau nhận xung từ NE555 đưa vào kích cho Mosfet IRF540N đóng mở với tốc độ cực nhanh làm thay đổi động DC với công suất cực lớn 1) IC NE555 18 Hình 2.10 IC NE555 Chức năng: Để tạo thời gian trễ (Time Delays) Để tạo xung (Oscillation) Thông số: Với nguồn điện áp đầu vào nằm dải từ – 18V; Dòng điện tiêu thụ: – 15mA; Công suất tiêu thụ lớn (Pmax): 600mW; Điện áp logic đầu mức cao (mức 1): 0.5 – 15V; Điện áp logic đầu mức thấp (mức 2): 0.03 – 0.06V; 2) Tụ Tụ mica 2A104J: Hình 2.11 Tụ mica 2A104J Thơng số kỹ thuật: Điện dung: 0.1uF Dòng điện cực đại: 2A Loại: Diện dung cố định 19 Sai số: 5% Tụ gốm: Hình 2.12 Tụ gốm Thông số: Điện dung: 0.1uf Điện áp: 50V Nhiệt độ làm việc: -25oC – 85oC Chức năng: Cho điện áp xoay chiều AC qua chặn điện áp chiều DC Lọc nguồn, lọc nhiễu, 3) Điện trở Hình 2.13 Điện trở Thơng số: Giá trị: 10*103 ±5% Chức Tạo điện áp theo mục đích sử dụng từ điện áp có trước cách mắc điện trở thành cầu phân Điều chỉnh dịng điện có mức dẫn điện phù hợp với nhu cầu Có thể thực phân cực để bóng bán dẫn hoạt động 20 Khi mắc nối tiếp với điện trở tạo sụt áp mạch Có khả điều chỉnh cường độ dịng điện chúng qua thiết bị điện 4) Diode 1N4148 Hình 2.14 Diode 1N4148 Thơng số kỹ thuật: Loại gói: DO-35 thủy tinh SMD Loa ̣i diode: diode chuyển mạch nhanh silicon epitaxial Điện áp ngược lặp lại tối đa là: 100 V Dòng chỉnh lưu trung bình tối đa là: 15A 150mA Cơng suất tiêu tán tối đa là: 5W Điện áp ngược là: 75V Nhiệt độ lưu trữ và hoạt động phải là: -65 đến +175 độ C Chức năng: 1N4148 sử dụng nhiều ứng dụng điện tử khác Nó sử dụng mạch có u cầu tạo dịng điện xoay chiều thành chiều Nó sử dụng để chặn xung điện áp để bảo vệ linh kiê ̣n điện tử không bị cháy bên hư hỏng Nó sử dụng mạch logic kỹ thuâ ̣t số Hơn cịn hoạt động tốt mạch sạc pin, mạch cấp nguồn mạch nhân đôi điện áp 5) Biến trở 21 Hình 2.15 Biến trở tinh chỉnh Thông số kỹ thuật: Độ dài núm chỉnh: 15mm Đường kính núm chỉnh: 7mm Tổng trở kháng: 1KΩ - 1MΩ Tổng dung sai kháng chiến: ± 20% Độ bền: Vòng quay: 10.000 chu kỳ Chức năng: Ứng dụng dùng để tăng / giảm hiệu suất động Ví dụ bạn muốn động tăng / giảm vận tốc ta dùng loại biến trở 6) Mosfet Thông số kỹ thuật: Loại transitor: loại N Điện áp tối đa từ cực máng đến cực nguồn: 100V Điện áp tối đa từ cực cổng đến cực nguồn phải là: ± 20V Công suất tiêu tán tối đa: 100W Điện áp tối thiểu cần thiết để dẫn điện: 2V - 4V Nhiệt độ bảo quản hoạt động là: -55~1500C 22 Hình 2.16 MOSFET Chức năng: IRF540N Mosfet Kênh N MOSFET điều khiển tải tối đa 23A hỗ trợ dòng điện cực đại lên đến 110A Có điện áp ngưỡng 4V, dễ dàng điều khiển với điện áp thấp 5V Do đó, chủ yếu sử dụng với Arduino vi điều khiển khác để chuyển đổi logic Điều khiển tốc độ động điều chỉnh độ sáng thực với Mosfet có đặc tính chuyển mạch tốt 7) Động điện chiều Hình 2.17 Động điện chiều (DC) 23 Chức năng: Trong đời sống: đồ chơi trẻ em, moto quạt mini, máy cắt tóc, Trong cơng nghiệp: băng tải, phanh, đảo chiều, Nguyên lý hoạt động: Khi có dịng điện chạy qua cuộn dây quấn xung quanh lõi sắt non, cạnh phía bên cực dương bị tác động lực hướng lên, cạnh đối diện lại bị tác động lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái Fleming Các lực gây tác động quay lên cuộn dây, làm cho rotor quay Thông số động cơ: Điện áp DC 24 V Dòng tức thời 6.5A Dòng hoạt động max 0.86 A Tốc độ: 3600 rpm 2.4 Thực nghiệm Hình 2.18 Sơ đồ mạch in 24 Hình 2.19 Mạch in mơ 3D Hình 2.20 Hình ảnh hoàn thiện 25 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Hạn chế Do thời gian điều kiện sinh viên nên sản phẩm chưa hoàn hảo đẹp mắt Hướng phát triển Đây mạch hoạt động với công suất nhỏ ứng dụng vào mạch lớn thuận tiện cần điện áp lớn hơn,motor khỏe hơn, áp dụng vào nhiều sống Nên kết hợp với Vi điều khiển để điều khiển nhiều thiết bị điều khiển theo ý muốn Trên đồ án môn học em sau thời gian ngun cứu tìm hiểu hồn thành.Vì kiến thức cịn hạn chế với thời gian có hạn đồ án cịn nhiều thiếu sót bất cập mong ý kiến đóng góp để em sửa đổi hồn thiện 26 Tài liệu tham khảo [1]: Trung tâm tự động hóa cơng nghiệp PLCTECH (2020) Truy cập từ: Điện Trở Là Gì? Khái Niệm, Cơng Thức Tính, Cách Đọc |PLCTECH ngày 02/06/2023 [2],[4],[5],[6],[7],[8];[11],[12]: Nguyễn Duy Mạnh, Giáo trình linh kiện mạch điện tử bản- Công ty CP Sách Đại Học – Dạy Nghề, Nhà Xuất Bản Giáo Dục Việt Nam giữ quyền công bố tác phẩm (2013) [3]: Công ty CP Thiết bị điện MBT (2009) Truy cập từ: Máy biến áp - Cấu tạo nguyên lý hoạt động (mbt.com.vn) ngày 02/06/2023 [9]:STMICROELECTRONICS(1999) Truy cập từ: LM324N pdf, LM324N Description, LM324N Datasheet, LM324N view ::: ALLDATASHEET ::: ngày 03/06/2023 [10]: Công ty TNHH Công Nghệ Đo Lường BFF (2020) Truy cập từ: https://www.bkaii.com.vn/tin-tuc/488-mosfet-la-gi-khai-niem-dac-diem-cau-tao-vanguyen-li-hoat-dong ngày 04/06/2023 27