đề tài điều khiển tốc độ quay của động cơ dc

Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ 4 C = ε.S/d ε: là hằng số điện môi d: là bề giày chất điện môi 1.2.2 Điện trở: Điện trở là linh kiện thụ động có tác dụng

Luận văn

Đề tài: Điều khiển tốc độ quay của động cơ DC

Việt Nam đang là một nước phát triển và giàu mạnh, để thay đổi nhanh chóng bộ mặt của đất nước Việt Nam như ngày hôm nay thì đã có nhiều đứa con Việt đã âm thầm, học tập, nghiên cứu trên mọi lĩnh vực Nắm bắt nhiều thành tựu vĩ đại của thế giới, đặc biệt là các lĩnh vực khoa học kĩ thuật nói chung và ngành điện tử nói riêng

Thế hệ trẻ của chúng ta không ngừng phấn đấu học hỏi thì chúng ta sẽ sớm thụt lùi và lạc hậu nhanh chóng Chính vì điều đó đã làm cho trường

“ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM” đã sớm chủ trương đào tạo theo hình thức sâu rộng, từ thấp đến cao Để tăng chất lượng học tập thì nhà trường nói chung và khoa điện tử nói riêng đã tạo điều kiện và tổ chức cho sinh viên làm các đồ án Chính vì làm các đồ án như thế này thì Sinh viên mới nắm bắt được hết những căn bản, từ đó dần nâng cao kiến thức của mình Vì lẽ đó mà nhóm chúng em đã tham khảo nhiều tài liệu và đi đến

quyết định là chọn đề tài: “Điều khiển tốc độ quay của động cơ DC”

MỤC LỤC

Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ

2

Phần 1: Giới thiệu các linh kiện trong mạch - 6

1.1 Các linh kiện sử dụng trong mạch - 6

1.2 Giới thiệu linh kiện và tính toán thiết kế mạch - 6

1.2.1 Tụ điện - 6

1.2.2 Điện trở - 7

1.2.3 Diode - 7

1.2.4 Led đơn - 8

1.2.5 Transistor - 8

1.2.6 IC 4017 - 9

1.2.7 IC 7408 - 12

1.2.8 IC 7805 - 14

1.2.9 Relay - 14

1.2.10 Encoder - 14

Phần 2: Sơ đồ khối và chức năng từng khối 2.1 Sơ đồ khối - 15

2.2 Chức năng từng khối - 16

Phần 3: Sơ đồ mạch (nguyên lí + mạch in) và nguyên lí hoạt động mạch 3.1 Sơ đồ nguyên lí - 17

3.2 Sơ đồ mạch in - 18

3.3 Hoạt động của mạch - 19

Phần 4: Kết luận - 20

Phần 5: Tài liệu tham khảo - 21

PHẦN 1

GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 1.1 CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH:

¾ Điện trở

¾ Tụ điện

¾ Diode 1N4007

¾ Cơng tắc DIP 10

¾ Transistor C1815, D718

¾ Relay 12V

¾ IC 7408, 4017, 7805

¾ Led đơn hiển thị

¾ Động cơ 12V + 1 Encoder

1.2 GIỚI THIỆU LINH KIỆN VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH

1.2.1 Tụ điện:

Tụ điện là một linh kiện thụ động cấu tạo của tụ

điện là hai bản cực bằng kim loại ghép cách nhau một

khoảng d ở giữa hai bản tụ là dung dịch hay chất điện mơi

cách điện cĩ điện dung C Đặc điểm của tụ là cho dịng điện xoay chiều đi qua, ngăn cản dịng điện một chiều

Khi tụ nạp điện thì tụ sẽ bắt đầu nạp điện từ điện áp là 0V tăng dần đến điện áp UDC theo hàm số mũ đối với thời gian t Điện áp tức thời trên hai đầu tụ của tụ được tính theo cơng thức:

Khi tụ xả điện thì điện áp trên tụ từ trị số VDC sẽ giảm dần đến 0V theo hàm số mũ đối với thời gian t Điện áp trên hai đầu tụ khi xả được tình theo cơng thức:

Trong đĩ:

t: thời gian tụ nạp, đơn vị là giây (s)

e = 2,71828

τ =RC (đơn vị là –s)

Cơng thức tính điện dung của tụ:

Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ

4

C = ε.S/d

ε: là hằng số điện môi

d: là bề giày chất điện môi

1.2.2 Điện trở:

Điện trở là linh kiện thụ động có tác dụng cản trở cả dòng

và áp.Điện trở đựơc sử dụng rất nhiều trong các mạch điện

tử

Điện trở của dây dẫn có trị số điện trở lớn hay nhỏ tùy thuộc vào vật liệu làm dây, tỉ lệ thuận với chiều dài và tỉ lệ nghịch với tiết diện dây dẫn Công thức tính:

R =ρℓ/S hoặc R=U/I Trong đó :

ℓ : là chiều dài của dây (m)

R : điện trở, Ohm (Ω)

Điện trở có đơn vị tính là Ohm, viết tắt là Ω

1.2.3 Diode:

Diode được cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn p-n được ghép với nhau Diode thông dụng nhất là 1N4007, có chức năng dùng để đổi điện xoay chiều – thường là điện thế 50Hz đến 60Hz sang điện thế 1 chiều Tùy lọai của Diode mà nó có thể chịu đựng được dòng từ vài trăm mA đến loại công

Silic Hai đặc tính kỹ thuật cơ bản của Diode chỉnh lưu là dòng thuận tối đa

và dòng ngược tối đa (điện áp đánh thủng) Hai đặc tính này sẽ do nhà sản xuất cho biết

1.2.4 Led đơn :

Led đơn là một dạng của Diode Thông thường dòng điện đi qua vật dẫn điện sẽ sinh ra năng lượng dưới dạng nhiệt Ở một số chất bán dẫn đặc biệt như (GaAs) khi có dòng điện đi qua thì có hiện tượng bức xạ quang (phát ra ánh sáng) Tùy theo chất bán dẫn mà ánh sáng phát ra có màu khác nhau Led có điện áp phân cực thuận cao hơn diode nắn điện nhưng điện áp phân cực ngược cực đại thường không cao

VD = 2V – 2,5V (led vàng)

Led thường được dùng trong các mạch trạng thái báo hiệu, chỉ thị trạng thái của mạch như báo nguồn, trạng thái thuận hay ngược…

1.2.5 Transistor :

C1815 là Transistor BJT gồm ba miền tạo bởi hai tiếp giáp p–n,

trong đó miền giữa là bán dẫn loại p Miền có mật độ tạp chất cao

nhất, kí hiệu n+ là miền phát (emitter) Miền có mật độ tạp chất

thấp hơn, kí hiệu n, gọi là miền thu (collecter) Miền giữa có mật độ tạp chất rất thấp, kí hiệu p, gọi là miền gốc (base) Ba chân kim loại gắn với ba miền tương ứng với ba cực emitter (E), base (B), collecter (C) của transistor

Đặc tính kỹ thuật của transistor :

-Điện áp giới hạn : có 3 loại :

Dòn

Dòn

Chứ

mạc

Khi

tran

1.2.

Đây

Hìn

IC 4

sau:

phép

ờng ĐHCN T

-Dòng đ

ng tối đa đư

ng tối đa đư

ức năng củ

ch điện

-Công s

có dòng

nsistor, côn

Ký hiệu

6 Giới thi

y là một IC

nh dáng của

4017 có tổ

:

p là trong k

Tp.HCM

điện giới h điện tối đa

ưa vào cực

ưa vào cực

ủa transisto

suất giới hạ điện qua

ng suất sinh u: transisto

ệu IC 401

C chia tần v

a IC 4017:

ng cộng số

Chân số 16 khoảng từ Chân số 8 l

hạn :

ở cực C và

c B là : 10m

c C là : 100

or chủ yếu

ạn : transisor

h ra được t

r loại NPN

7:

với hệ số ch

ố chân là 1

6 là chân n 3-15 V

à chân nối

Đồ án 1: Đ

mA

0mA

là khuyếc

sẽ sinh r tính theo cô

N

hia tần từ 2

16, trong đ nguồn Vcc

i mass

Điều khiển tố

òng điện tố

ch đại tín h

a 1 công ông thức :

2 tới 10

đó chức năn hoạt động

ốc độ quay c

ối đa ở cực

hiệu và đó

suất nhiệt

ng của từn

g với mức

của Động cơ

c b

ng ngắt cá

t làm nón

E

ng chân nh điện áp ch

ơ

ác

ng

hư

ho

Ngoài các chân nguồn và mass thì IC 4017 có các chân có chức năng hoạt động rất quan trọng là:

nhiệm vụ làm các ngõ ra sẽ đếm trở lại về vị trí hoạt động ban đầu Cụ thể

độc lập với các chân Clock 14 và 13

này có chức năng đưa xung clock từ bên ngoài vào để cấp cho IC hoạt động

Hai chân này có mối liên hệ tương quan như sau: khi ở trạng thái bình thường: chân 14 ở mức cao, chân 13 ở mức thấp thì IC sẽ hoạt động bình thường, các ngõ ra sẽ tuần tự xuất giá trị Trong quá trình các ngõ ra đang hoạt động, ta kích mức cao cho chân 13 thì giá trị nào đang ở mức cao sẽ giữ nguyên trạng thái, các ngõ ra còn lại sẽ ở trạng thái mức thấp hết

các giá trị xuất ra

sẽ hoạt động mức cao trong 5 giá trị xuất ra sau đó

Cấu tạo bên trong IC 4017:

Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ

8

Bảng sự thật:

1 H = trạng thái mức cao (điện thế dương hơn)

2 L = trạng thái mức thấp (điện thế

âm hơn)

3 X = phi trạng thái.

4 chuyển bậc thang - mức dương

5 chuyển bậc thang - mức thấp

Biểu diễn dạng tín hiệu ngõ ra theo tín hiệu vào xung Clock:

1.2.7 IC 7408:

IC 7408 là 1 trong các IC số thông dụng trong các mạch số Hình dáng các chân của IC:

Tron

cổng

đó

cho

thì h

Bản

Ở đ

Còn

chấp

Tron

hiệu

ờng ĐHCN T

ng IC này

g AND the

phép là từ

hoạt động t

ng sự thật c

đây khi 2 tí

n 1 trong c

p ngõ còn

ng mạch n

u cần thiết

Tp.HCM

có tổng cộ Chân 1, 2,

eo từng cặp Chân 3, 6, 8

Chân 14 nố

ừ 4,5 V đế tốt nhất C của IC 740

ín hiệu cùn

ác tín hiệu lại là mức này IC 74

để tạo ra g

ộng 4 bộ cổ

4, 5, 9, 10

p

8, 11 thì lầ

ối nguồn V

ến 5,5 V T Chân 7 nối m 8:

ng vào ở m

u vào là mứ cao hay th

08 được s giá trị cần s

Đồ án 1: Đ

ổng AND

0, 12, 13 lầ

ần lượt là tấ

VCC với m Thường thì mass

mức cao th

ức thấp thì hấp

sử dụng vớ

sử dụng

Điều khiển tố

Thứ tự các

ần lượt là

ất cả ngõ r

mức điện á

ì điện áp t

hì ngõ ra sẽ ngõ ra sẽ

ới mục đíc

ốc độ quay c

c chân như các ngõ và

ra của 4 bộ

áp hoạt độ trung bình

ẽ tích cực tích cực m

ch là AND

của Động cơ

ư sau:

ào của 4 b

ộ cổng AND

ng giới hạ khoảng 5V

ở mức cao mức thấp bấ

D những tí

ơ

bộ

D

ạn

V

o

ất

ín

1.2.8 IC 7805:

thiện đáp ứng quá độ của ổn áp Các tụ này phải đặt trên hay càng gần các

IC ổn áp càng tốt

1.2.9 Relay:

- Dòng chịu được 10 A

- Độ nhạy cao

- Điện áp đánh thủng cao

- Hình dạng nhỏ gọn

- Được dùng làm công tắc đóng mở

1.2.10 Encoder:

Là 1 thiết bị dùng để đếm số vòng quay của động cơ tạo xung ra làm tín

hiệu xung cấp vào IC 4017 Cấu tạo của Encoder gồm 1 bộ thu phát hồng

ngoại và 1 đĩa được xẻ thành các rãnh nhỏ (tùy thuộc vào từng Encoder sẽ

có số rãnh chia khác nhau; chẳng hạn như 16 rãnh, 50 rãnh hay 100 rãnh)

đủ để bộ thu phát hồng ngoại nhận được Sau mỗi lần động cơ quay qua 1

rãnh nhỏ đó thì bộ thu nhận tín hiệu từ bộ phát, tạo ra 1 xung Cứ đủ số rãnh

đó thì động cơ sẽ quay đúng 1 vòng Ở mạch này, nhóm em chỉ dùng 1 rãnh

nhỏ để tăng số vòng quay cũng như để dễ sử dụng hơn

Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ

12

PHẦN 2

SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI TRONG MẠCH 2.1 Sơ đồ khối:

KHỐI NGUỒN

KHỐI XỬ LÝ CÁC GIÁ TRỊ

CẤN NẠP CHO ĐỘNG CƠ

KHỐI ĐIẾU CHỈNH TỐC

ĐỘ QUAY CỦA ĐỘNG CƠ

CHỐT TÍN HIỆU

ĐƯA VÀO

ENCODER ĐẾM VÒNG QUAY ĐỘNG CƠ

2.2 Chức năng từng khối:

2.2.1 Khối nguồn:

Khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp nguồn hoạt động cho các khối trong mạch Cụ thể trong mạch này, ta sử dụng 2 nguồn riêng biệt

¾ Thứ nhất là nguồn 5VDC dùng để nuôi các IC hoạt động tạo ra các tín hiệu xuất ra chuẩn tránh trường hợp nhiễu khi điện thế không đúng với mức hoạt động của IC

¾ Thứ hai là nguồn dùng để nuôi động cơ hoạt động Ở đây ta dùng động cơ DC 12V nên sử dụng nguồn 12V riêng cho động cơ này

2.2.2 Khối xử lý các giá trị cần nạp cho động cơ:

Là một khối gồm nhiều bộ đếm tín hiệu 4017 (ở trong mạch là 4 bộ) có nhiệm vụ đếm tín hiệu được phát ra từ Encoder khi Encoder đếm vòng quay của động cơ để đưa vào khối chốt tín hiệu

2.2.3 Khối điều khiển tốc độ quay của động cơ:

Điện áp cấp từ nguồn sẽ qua C1815 được phân cực sao cho nó đủ để kích Transistor D718 hoạt động Sau khi kích cho D718 hoạt động ở chế độ tuyến tính thì động cơ sẽ thay đổi được tốc độ do sự thay đổi dòng điện từ D718 thông qua biến trở 100k

2.2.4 Encoder:

Đếm số vòng quay của động cơ rồi xuất tín hiệu đã đếm được đưa vào bộ đếm 4017

2.2.5 Khối chốt tín hiệu:

Gồm 4 bộ cổng AND Mỗi 1 bộ cổng AND sẽ chốt tín hiệu ở 1 bộ đếm tín hiệu 4017

Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ

14

PHẦN 3

SƠ ĐỒ MẠCH

3.1 Sơ đồ nguyên lí:

14 7

16 8

VCC GND

14 7

14 7

A

-+ MG

16 8

VCC GND

2

GND

16 8

VCC GND

16 8

VCC GND

3.2 Sơ đồ mạch in:

Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ

16

-3.3 Nguyên lí hoạt động:

Ý nghĩa của mạch này là kiểm soát động cơ DC quay theo ý của người sử dụng Tức là, ta có thể cho động cơ quay bao nhiêu vòng tùy ý Sau khi quay đúng số vòng mà ta ấn định cho động cơ ban đầu thì nó sẽ ngừng quay tức khắc Đầu tiên, ta chọn vòng quay cho động cơ bằng các công tắc Switch 10 Các Switch tượng trưng cho các hàng đơn vị, chục, trăm và

là sau khi động cơ quay đúng 1 vòng thì sẽ có 1 xung từ Encoder được cấp vào IC 4017 đầu tiên Ví dụ như ta chọn số vòng quay mà động cơ cần quay

là 20 vòng Lúc này ta gạt Switch 1 ở mức 1, Switch 2 ở mức 3 Sau đó, ta nhấn nút khởi động động cơ thì động cơ sẽ quay, Encoder bắt đầu đếm xung, đủ số vòng thì tín hiệu được chọn ban đầu sẽ được chốt bằng cổng AND Tín hiệu được chốt này sẽ kích cho Rơle đóng lại làm động cơ ngưng ngưng hoạt động Ngoài ra, để dễ dàng kiểm tra,ta có thể điều chỉnh được tốc độ quay của động cơ qua bộ khuyếch đại điện áp

PHẦN 4 KẾT LUẬN

Đồ án 1 là một bài tập lớn, một thử thách lớn đối với sinh viên, tuy nhiên với bài tập lớn này thì nó giúp cho sinh viên vận dụng một cách cụ thể kiến thức mà mình đã học trong suốt quá trình học tập Đây là cũng là 1 cách học theo phương pháp tư nghiên cứu, tìm tòi, và phong cách làm việc theo nhóm

để quen dần với cách làm đồ án tốt nghiệp sau này

Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ

18

-PHẦN 5 TÀI LIỆU THAM KHẢO

¾ www.alldatasheet.com

¾ www.dientuvietnam.net

¾ www.diendandientu.com.vn

¾ Linh kiện điện tử, Nguyễn Tấn Phước, NXB Tổng hợp TP.HCM