Báo cáo bài tập lớn vật lí bán dẫn Đề tài tìm hiểu về mạch cầu h – mạch lái Động cơ

Mạch cầu H cho phép kiểm soát và thay đổi hướng chuyển động của động cơ bằng cách tắt và bật các công tắc điện tử tương ứng.. Mạch cầu H thường được sử dụng trong robot, xe tự hành và cá

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- 

 -BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN VẬT LÍ BÁN DẪN

Đề

tài:

TÌM HIỂU VỀ MẠCH CẦU H – MẠCH LÁI ĐỘNG CƠ

Giáo viên hướng dẫn: T.S Trần Hoàng Linh

Nhóm: L09- 20

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 06 năm 2024

DANH SÁCH SINH VIÊN VÀ BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

Sinh viên thực hiện MSSV Nhiệm vụ

1 Hoàng Diệu Linh

 Cấu tạo - nguyên lí - ứng dụng của mạch cầu H

2 Lê Thị Vũ Hạ 2311821  Thiết kế powerpoint

3 Trần Hoài Nam 2311831  Mô phỏng trên phần mềm Proteus

4 Huỳnh Ngọc Lộc 2311946  Phân tích mạch và vai trò của linh kiện

 Tổng hợp báo cáo

LỜI MỞ ĐẦU

Mạch cầu H - mạch lái động cơ là một lĩnh vực quan trọng trong kỹ thuật điện tử và tự động hóa Nó liên quan đến việc điều khiển và quản lý hoạt động của các loại động cơ, bao gồm động cơ DC, động cơ bước, và động cơ xoay Mạch lái động cơ đảm bảo rằng động cơ hoạt động hiệu quả, an toàn và theo đúng yêu cầu của ứng dụng Các chuyên gia trong lĩnh vực này phải nắm vững kiến thức về điện tử, điều khiển và cơ học để thiết kế, triển khai và duy trì các hệ thống động cơ phức tạp

Mạch cầu H là một mạch đơn giản dùng để điều khiển động cơ DC quay thuận hoặc

quay nghịch Nó bao gồm bốn công tắc điện tử được kết hợp thành một cấu trúc hình chữ

H. Mạch cầu H cho phép kiểm soát và thay đổi hướng chuyển động của động cơ bằng cách tắt và bật các công tắc điện tử tương ứng Nó có nhiều ứng dụng trong việc điều khiển động

cơ DC và động cơ bước 2 cặp cực

Nguyên lý hoạt động của mạch cầu H dựa trên việc đảo chiều dòng điện qua đối tượng, cho phép thay đổi hướng quay của động cơ. Vì hình dạng của mạch này giống chữ “H” nên được gọi là mạch cầu H

Mạch cầu H là một phần quan trọng trong điện tử công suất và điều khiển động cơ Nó cho phép kiểm soát hướng quay của động cơ DC bằng cách tắt và bật các công tắc điện tử tương ứng Mạch cầu H thường được sử dụng trong robot, xe tự hành và các ứng dụng khác liên quan đến động cơ Dưới đây là phân trình bày về việc tìm hiểu chi tiết về nguyên lý hoạt động và ứng dụng của mạch cầu H

PHẦN I: CẤU TẠO-NGUYÊN LÍ-ỨNG DỤNG MẠCH CẦU H

1 Giới thiệu về mạch cầu H

Mạch cầu H là một mạch điện được sử dụng để điều khiển và đảo ngược hướng dòng điện của một tải điện Nó còn được gọi là mạch đảo hai pha hoặc mạch đảo cầu

Mạch bao gồm bốn công tắc điện tử (thường là transistor hoặc MOSFET) được kết nối theo hình dạng hình chữ H Các công tắc này được điều khiển bởi tín hiệu từ một bộ điều khiển, thường là một vi điều khiển hoặc mạch điều khiển

Hình 1: Mạch cầu H sử dụng MOSFET

Hình 2: Mạch cầu H sử dụng BJT

5

Một số dạng mạch cầu H:

- Mạch cầu H với transistor NPN/PNP

- Mạch cầu H với MOSFET

- Mạch cầu H đa cấp

- Mạch cầu H tích hợp

2 Nguyên lý hoạt động của mạch cầu H

Nguyên lý hoạt động của mạch cầu H là khi hai công tắc điện tử đối diện được kích hoạt, dòng điện có thể chạy qua tải theo một hướng Khi hai công tắc còn lại được kích hoạt, dòng điện sẽ chạy qua tải theo hướng ngược lại Điều này cho phép mạch cầu H thực hiện chức năng đảo ngược dòng điện, điều khiển chuyển động và hướng quay của động cơ, hay thậm chí tạo ra một nguồn điện xoay chiều từ nguồn điện một chiều

Hình 3: Minh họa một mạch cầu H a) Q1, Q2, Q3 và Q4 mở

Khi cả 4 transistor đều mở, không có dòng điện chạy trong mạch, mạch cầu không hoạt động

b) Q1 và Q4 đóng, Q2 và Q3 mở

Ở phía A, transistor Q1 đóng, Q2 mở Ở phía B, transistor Q4 đóng, Q3 mở Do đó, dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn đến Q1, qua động cơ đến Q4 để về GND Giả s

ử lúc này động cơ quay theo chiều thuận

c) Q2 và Q3 đóng, Q1 và Q4 mở

Ở phía A, transistor Q2 đóng, Q1 mở Ở phía B, transistor Q3 đóng, Q4 mở Do đó, dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn đến Q3, qua động cơ đến Q2 để về GND Lúc này, động cơ quay theo chiều ngược

7

d) Q1 và Q2 (hoặc Q3 và Q4) đóng

Khi đóng cả Q1 và Q2 (hoặc Q3 và Q4) sẽ tạo ra một đường dẫn trực tiếp từ nguồn xuống GND và gây ra hiện tượng ngắn mạch Nguồn sẽ bị hỏng và nghiêm trọng hơn có thể cháy nổ mạch

e) Q1 và Q3 (hoặc Q2 và Q4) đóng

Với trường hợp này, cả 2 phía A, B của động cơ cùng nối với một mức điện áp, sẽ không có dòng điện nào chạy qua, mạch cầu H không hoạt động Đây có thể coi là một cách

“thắng” động cơ (nhưng không phải lúc nào cũng có tác dụng) Nói chung, chúng ta nên tránh trường hợp này xảy ra, nếu muốn mạch cầu không hoạt động thì nên mở tất cả các khóa thay vì dùng trường hợp này

3 Ứng dụng của mạch cầu H

Mạch cầu H có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực điện tử và điều khiển Dưới đây là một số ví dụ về các ứng dụng phổ biến của mạch cầu H:

 Điều khiển động cơ DC: Mạch cầu H được sử dụng để điều khiển động cơ DC trong các ứng dụng như xe điều khiển từ xa, robot, máy in 3D và các thiết bị tự động khác

Nó cho phép thay đổi hướng quay của động cơ và kiểm soát tốc độ quay

 Điều khiển động cơ bước (Stepper motor): Mạch cầu H cũng được sử dụng để điều khiển động cơ bước Động cơ bước được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu chính xác vị trí, như máy CNC, máy in, robot công nghiệp và thiết bị y tế

 Hệ thống điều khiển năng lượng mặt trời: Mạch cầu H được sử dụng trong các hệ thống năng lượng mặt trời để điều khiển động cơ hoặc bơm điều chỉnh vị trí của bảng pin mặt trời Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất thu năng lượng mặt trời bằng cách đảm bảo bảng pin luôn hướng về ánh sáng mặt trời

 Điều khiển servo motor: Mạch cầu H cũng được sử dụng để điều khiển servo motor Servo motor thường được sử dụng để điều khiển các cơ cấu di chuyển như cánh tay robot, cánh quạt và cơ cấu cầm tay Mạch cầu H giúp điều chỉnh góc quay của servo motor để đạt được vị trí và góc quay chính xác

 Hệ thống lái xe tự động: Trong lĩnh vực xe tự động, mạch cầu H được sử dụng để điều khiển động cơ và hệ thống truyền động của xe Nó cho phép thay đổi hướng di chuyển và tốc độ của xe theo tín hiệu từ hệ thống điều khiển

9

PHẦN II: PHÂN TÍCH MẠCH VÀ VAI TRÒ LINH KIỆN

1 Sơ đồ mạch cầu H

2 Các linh kiện được sử dụng

 Các thành phần chính:

o Bốn transistor 2N2222 (Q1, Q2, Q3, Q4): Đây là những transistor NPN

lưỡng cực (BJT) Chúng hoạt động như các "công tắc" điện tử, bật hoặc tắt để điều khiển dòng điện qua động cơ

o Bốn điện trở (R1, R2, R3, R4): Các điện trở này giới hạn dòng điện qua các

transistor khi chúng được bật, bảo vệ chúng khỏi bị hư hỏng

o Nguồn điện 9V (BAT1): Cung cấp năng lượng cho toàn bộ mạch Ở đây là

một cục pin 9V

o Động cơ DC (MOTOR)

o Công tắc SPDT (SW1): Được sử dụng để đảo chiều quay của động cơ bằng

cách thay đổi kết nối giữa các transistor

 Nguyên lý hoạt động:

o Để động cơ quay nghịch (ngược chiều kim đồng hồ): Q1 và Q4 được bật,

Q2 và Q3 được tắt Dòng điện chạy từ cực dương của pin, qua R1, qua Q1, qua động cơ ,qua R3, qua Q4 và trở về cực âm của pin

o Để động cơ quay thuận (thuận chiều kim đồng hồ): Q2 và Q3 được bật,

trong khi Q1 và Q4 được tắt Dòng điện sẽ chạy từ cực dương của nguồn điện qua R4, Q2, động cơ, R2, Q3 và trở về cực âm của nguồn

PHẦN III: MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS

1 Motor quay thuận chiều kim đồng hồ

2 Motor quay ngược chiều kim đồng hồ

11

PHẦN IV: KẾT LUẬN BÁO CÁO

PHẦN V: TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]

[2]

 Qua việc thực hiện đề tài, nhóm em đã đạt được những kết quả sau:

- Hiểu rõ hơn về các lý thuyết về mạch cầu H

- Cải thiện kĩ năng viết tiểu luận, báo cáo đồ án

- Sử dụng phần mềm Proteus để mô phỏng mạch

13