Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường nói chung, các thầy cô trong khoa Cơ khí — Cơ điện tử nói riêng đã giảng dạy, cung cấp kiến thức về các môn đại cương cũ
Trang 1THIET KE, CHE TAO MACH HA AP TU 220V AC VE 12V DC VA MACH DIEU KHIEN TOC DO DONG CO DC BANG BIEN DOI XUNG AP MOT CHIEU
5 Nguyễn Quang Huy 2013 Cơ điện tử 2 — K61
6 Đặng Quang Hà
Hà Nội 2024
Trang 2
Báo cáo môn học
Lời cảm ơn
Trong thời gian thực hiện đề tải, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp
ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô và bạn bè Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn
chân thành đến thầy Nguyễn Thanh Lịch, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình làm đề tài
Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường nói chung, các thầy cô trong khoa Cơ khí — Cơ điện tử nói riêng đã giảng dạy, cung cấp kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp cho chúng em có được cơ sở ly thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt quá trình học tập
Trang 3Báo cáo môn học
Lời Mé Đầu Trong thế giới công nghệ ngày nay, việc thiết kế chế tạo các mạch điện tử không chỉ là một nhu cầu mà còn là thách thức đầy sáng tạo Trên hành trình đó, việc chuyên đổi điện áp từ nguồn điện lưới chính thành nguồn điện phù hợp cho các ứng dụng như mạch 220V AC về 12V DC là một trong bước quan trọng Đồng thời, việc điều khiển tốc độ động co DC thông qua một mạch biển đổi xung áp một chiều (buck converter) là một phân không thẻ thiếu trong nhiều ứng dụng điện tử hiện đại
Trong bài báo cáo này, chúng tôi sẽ đề cập đến quá trình thiết kế và chế tạo hai mạch điện tử quan trọng: mạch hạ áp từ 220V AC xuống 12V DC và mạch điều khiển tốc độ của động cơ DC bằng biến đôi xung áp một chiều Chúng tôi sẽ trình bày từng phần của
quá trình này, bao gồm lựa chọn linh kiện, thiết kế mạch, các phép đo và thử nghiệm,
cũng như các ứng dụng tiềm năng của hai mạch này trong các lĩnh vực khác nhau của
công nghệ và tự động hóa
Hy vọng rằng thông qua bài báo cáo này, độc giả sẽ có cái nhìn tổng quan về quy
trình thiết kế và chế tạo mạch điện tử, cũng như hiểu rõ hơn về vai trò và ứng dụng của
hai mạch quan trọng này trong thế giới công nghệ ngày nay
Trang 4Báo cáo môn học
1.1 Mục tiêu nghiên cứu 5
CHƯƠNG 2: LÊN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MẠCH 5 G1111 HH1 HH HH H1 ng TT HH HT gu ke ó
2.1 Thiết kếvà mô phỏng mạch 6 Mạch được cấu tạo gồm các cụm chỉ tiết chính sau: 7 Mạch được cấu tạo gồm các cụm chỉ tiết chính sau: ọ 2.2 Nguyên lí hoạt động 10 2.2.1 Nguyên lí hoạt động mạch hạ áp 10 2.2.2 Nguyên lí hoạt động mạch Buck Converter : 11 2.2.3 Ưu điểm,nhược điểm và ứng dụng 12
J.181/208/7/1 14) 10 5N NH4Ả 1ó
Giáo trình điện tử công suất - TS.Nguyễn Thanh Lịch 5 cà SH HH HH HH HH ng Hung ngyệp 1ó
Trang 5Báo cáo môn học
Trang 6
Báo cáo môn học
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hinh 2.1: So'dé thiét kKemach _ ST CC - 9 Hinh 2.2:Téng quanmgchhadp _ CS CC -S 10 Hình 2.3: Mach Buck converter = -S-S 12 Hinh 2.4: D6 thi dong dién xoay chiéu(AC) _ CC CCE - 13
Hinh 3.14:Anhmachdéin _- 16 Hinh 3.1:Anh machhadphoanthién .- 17
Hinh 3.2: Anh mach Buck converter 17
Trang 7Đề tài: Thiết kế, chế tạo máy 1n lụa tự động khung phẳng A3
CHUONG 1: YEU CAU CONG NGHE VA YEU CAU DIEU KHIEN
1.1 Mục tiêu nghiên cứu
Đề tải có mục tiêu chính, bao gồm:
- Thiết kế và chế tạo một mạch điện tử có khả năng chuyên đổi điện áp từ nguồn điện
lưới chính AC (có điện áp đầu vào 220V AC) thành một nguồn điện một chiều ôn định với
điện áp đầu ra là 12V DC
- Thiết kế và chế tạo một mạch điều khiển tốc độ động cơ DC sử dụng buck converter,
giúp điều chỉnh và kiểm soát tốc độ quay của động cơ một cách hiệu quả
- Thử nghiệm và đánh giá hiệu suất ôn định của cả hai mạch bao gồm việc đo điện áp
đầu ra, hiệu suất chuyên đổi, tốc độ đáp ứng Yêu cầu công nghệ
- Hiệu suất: Sản phâm cần đạt được mức hiệu suất nhất định, bao gồm hiệu suất điện
năng và hiệu suất chuyền đối (trong trường hợp mạch chuyên đôi điện áp) - Độ ôn định: Đảm bảo rằng sản phẩm hoạt động ôn định trong mọi điều kiện, từ điện áp
đầu vào biến động đến điều kiện môi trường khắc nghiệt
- Kích thước và trọng lượng: Đặc tính này quan trọng trong các ứng dụng di động hoặc không gian hạn chế, nơi kích thước và trọng lượng của sản phâm cần được giảm thiêu
- Độ an toàn: Sản phẩm cần tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn quốc gia và quốc tế đề đảm bảo an toàn cho người sử dụng và môi trường.Phải có công tắc trước khi cho nguồn điện
vào, đảm bảo sự an toàn khi sử dụng và trình bày
1.2 Yêu cầu điều khiến - Độ chính xác: Yêu cầu điều khiến liên quan đến độ chính xác của hệ thống trong việc duy trì các thông số như điện áp đầu ra, tốc độ động cơ, hoặc nhiệt độ
- Đáp ứng nhanh: Hệ thống cần có khả năng đáp ứng nhanh chóng đối với các tín hiệu
điều khiến đề điều chỉnh hoạt động theo yêu câu
- Ôn định và bền bi: Hệ thống cần duy trì sự ôn định và bền bi trong suốt thời gian hoạt động, đặc biệt là trong môi trường công nghiệp hoặc môi trường khắc nghiệt
Trang 8Đề tài: Thiết kế, chế tạo máy 1n lụa tự động khung phẳng A3
CHƯƠNG 2: LÊN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MẠCH
2.1 Thiết kế và mô phỏng mạch
Hình 2.1 Mạch được thiết kế trên phần mềm proteus
® Ưu điểm: Nhỏ gọn, giá thành rẻ, dễ dàng sử dụng, đa dạng chất liệu in, linh hoạt
trong màu sắc in Phù hợp với các xưởng in gia đình, xưởng in nhỏ và vừa ® Nhược điềm: Năng suất thấp, tốn thời gian, chi phí lao công cao, hạn chế về
số lượng sản phẩm, yêu cầu kỹ thuật cao Từ đó, nhóm sinh viên đã kết hợp cùng Công Ty Chế Tạo Máy SVK nghiên cứu và cho ra đời dòng máy in lụa khung phẳng A3 như trong Hình 2.2
Ag are ne|—
Hình 2.1: Sơ đồ thiết kế mạch
Trang 9Đề tài: Thiết kế, chế tạo máy 1n lụa tự động khung phẳng A3
Hình 2.2: Tổng quan mạch hạ áp Mạch được cau tao gồm các cụm chỉ tiết chính sau:
1 Cục biến áp 2 Đèn Led 3 Chỉnh lưu cầu KBP210 4 Công đầu vào 5 Céng dau ra 6 Trở lk 7 IC 7812 8 Tụ hóa 1000u
Trang 10Đề tài: Thiết kế, chế tạo máy 1n lụa tự động khung phẳng A3
9 Tu 100nF
Trang 11Đề tài: Thiết kế, chế tạo máy 1n lụa tự động khung phẳng A3
Hình 2.3: Mach Buck converter
Mạch được cầu tạo gồm các cụm chỉ tiết chính sau: 1
2 IC NE555 MOSFPET IRFZ44E
Tu InF
Diot chỉnh lưu 1N4007
Điện trở lk
Trang 12Đề tài: Thiết kế, chế tạo máy 1n lụa tự động khung phẳng A3
2.2 Nguyên lí hoạt động 2.2.1 Nguyên lí hoạt động mạch hạ áp
Khi có dòng điện 220v AC vào cục hạ áp, ta chọn đầu ra cho cục là 12V AC Từ nguồn PV ta cho đi qua chỉnh lưu cầu KBP210 đề lọc cho dòng điện từ AC sang DC.Khi đi qua chính lưu cầu mạch đã sang dòng DC nhưng vẫn còn sóng, ta cho đi qua qua hóa để lọc tiếp thì khi đó dòng một chiều sẽ phẳng hơn Sau đó , dòng lại đi tiếp qua IC7812 dé dong ôn định là mức 12V DC và lại đi qua tụ hóa một lần nữa đề lọc cho dòng phăng hoàn toàn
hoặc dòng điện
thời gian
Hình 2.5: Đồ thị dòng điện một chiéu(DC)
Trang 13Đề tài: Thiết kế, chế tạo máy 1n lụa tự động khung phẳng A3
2.2.2 Nguyên lí hoạt động mạch Buck Converter :
- Giai doan 1: Mosfet bat:
Dòng điện từ nguồn đầu vào (Vin) chảy qua cuộn cảm (L) đến tai (load) và tụ điện (C)
Cuộn cảm lưu trữ năng lượng dưới dạng từ trường Diện áp tai dau ra (Vout) gân băng điện
áp đầu vào (Vin), tri đi một chút do điện trở nội của cuộn cảm và MOSFET
- Giai đoạn 2: Mosfet tat: Dòng điện qua cuộn cảm không thẻ thay đổi đột ngột, nên cuộn cảm sẽ duy trì dòng điện bằng cách giải phóng năng lượng lưu trữ Dòng điện từ cuộn cảm chảy qua diode và cung cấp năng lượng cho tải và tụ điện Tụ điện giúp duy trì điện áp đầu ra ồn định khi cuộn cảm giải phóng năng lượng
- Điều khiển PWM: Bộ điều khiển sử dụng kỹ thuật PWM đề điều khiển thời gian bật/tắt của MOSFET Thời
gian MOSFET bat (Duty Cycle) xac định mức độ điện áp dau ra Duty Cycle được tính bang ty 1é thoi gian MOSFET bat so với chu ky tong
- Công thức tính toán :
« Điện áp đấu ra (Vout): Vout = Dx Vin trong đó D là Duty Cycle, dude định nghĩa là:
Trang 14Đề tài: Thiết kế, chế tạo máy 1n lụa tự động khung phẳng A3
2.2.3 Ưu điểm,nhược điểm và ứng dụng 2.2.3.1 Ưu điểm
- Mạch nhỏ gọn, dễ tích hợp với các vi mạch khác - Giá thành rẻ Ộ - Hiệu suất cao , khả năng điều chỉnh điện áp đâu ra - Khả năng cung câp dòng điện tốt
Trang 15Đề tài: Thiết kế, chế tạo máy 1n lụa tự động khung phẳng A3 CHUONG 3: HOAN THIEN MACH THUC TE VA KET LUẬN
Hình 3.1: Ảnh mạch đề in
+ Một board 1 lớp đồng + Dụng cụ cắt, khoan: kéo, máy cắt, khoan + Hóa chất ăn mòn: Ferric chloride (FeC13) hoặc các dung dịch khác như ammonium persulfate
+ Đèn UV hoặc bàn ủi để làm nóng - _ Tiên hành làm mạch :
+ Ta đặt mạch đã ¡n trên giấy bóng lên board đồng, dùng bàn ủi nhiệt để mực trên giấy ¡n lên trên board
+ Tiếp theo, ta dùng dung dịch ăn mòn theo tý lệ hướng dẫn Ngâm board đồng đến khi đồng bị ăn mòn đề lại phần đồng mà mạch bảo vệ Rửa sạch lại board để sạch dung dịch ăn mòn và
sạch mực còn lại trên mạch
+ Ta khoan lỗ vừa với các chân linh kiện đã thiết kế + Kiểm tra lỗi và hàn linh kiện
Trang 16
Đề tài: Thiết kế, chế tạo máy 1n lụa tự động khung phẳng A3
Hình 3.1: Ảnh mạch hạ áp hoàn thiện Tương tự như vậy ta làm với mạch Buck converter
Hình 3.2: Ảnh mạch Buck converter
Trang 17Đề tài: Thiết kế, chế tạo máy 1n lụa tự động khung phẳng A3
3.2 Kết Luận Sau khi chạy mạch hạ áp từ 220V AC về 12V DC thấy:
- Điệnáp đầu ra ôn định, được duy trì ở mức dao động 12V
- _ Hiệu suất chuyên đối cao, ít tôn thất do phát sinh nhiệt
- _ Mạch chạy an toàn Sau khi chạy mạch Buck converter thấy:
- _ Hiệu quả chuyên đổi cao, giảm tốn thất năng lượng - _ Khả năng chịu tải tốt, không bị sụt quá khi lắp động cơ
- _ Mạch phản hồi khá nhanh
- Mosfet va cac linh kién được làm mát hiệu quả, giữ nhiệt độ ở mức an toàn
Trang 18Đề tài: Thiết kế, chế tạo máy 1n lụa tự động khung phẳng A3
TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình điện tử công suất — TS.Nguyễn Thanh Lịch