Thiết kế mạch điều khiển Brushled Motor

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư – khóa 2006 GVHD: TS Nguyễn Trọng Thắng SVTH: Traàn Thanh Giang – MSSV: 20662034 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG VÀ ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ NGÀNH CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BRUSHLED MOTOR SVTH : TRẦN THANH GIANG MSSV : 20662024 GVHD : NGUYỄN TRỌNG THẮNG TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2011 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư – khóa 2006 GVHD: TS Nguyễn Trọng Thắng SVTH: Traàn Thanh Giang – MSSV: 20662034 2 LỜI MỞ ĐẦU ¶· Hiện nay thì tự động hoá nhà máy công nghiệp ở Việt Nam ngày càng được các nhà đầu tư quan tâm. Vì tự động hoá là chìa khoá cho mọi thành công nếu không tự động hoá thì chúng ta sẽ lạc hậu và thua các đối thủ cạnh tranh khác. Trong các hệ thống tự động hoá thì động cơ điện đóng vai trò truyền động cho các bộ phận khác, động cơ thực hiện truyền động làm cho các bộ phận khác quay theo ý muốn của người thiết kế. Trong công nghiệp thì loại động cơ một chiều và động cơ không đồng bộ được sử dụng phổ biến vì các ưu điểm của mình. Hiện nay thì những động cơ này vẫn được sử dụng nhưng các nhà chế tạo luôn có xu huớng sử dụng các loại động cơ khác để thực hiện truyền động. Động cơ một chiều không chổi than cũng là một đối tượng để nghiên cứu và chế tạo. Với các ưu điểm của mình thì động cơ BLDC không thua kém gì các loại động cơ khác. Động cơ BLDC có cấu tạo của rôto là các cặp cực nam châm vĩnh cửu nên khi động cơ quay không xảy ra chuyển mạch cơ khí nên không gây ra tia lửa. Đồng thời thì động cơ BLDC có đặc tính cơ giống động cơ một chiều là đường thẳng, có mômen khởi động lớn … Vì vậy việc bảo trì bảo dưỡng thay thế cũng được giám đi đáng kể. Ngoài những điều kiện thuận lợi của động cơ thì công nghệ vi xử lý, công nghệ chế tạo các loại van điện tử chịu được dòng điện cao, thời gian chuyển mạch thấp, độ tin cậy cao thì việc tiến tới thiết kế bộ điều khiển cho động cơ BLDC là có thể. Các nhà nghiên cứu có các công cụ để thực hiện các thuật toán điều khỉên động cơ đã được tính toán dựa trên lý thuyết mà chưa có điều kiện để kiểm tra liệu ác tính toán của mình đưa ra đã đúng hay chưa. Bên cạnh đó với công nghệ hỗ trợ thiết kế và vận hành bằng máy tính ngày càng được hoàn thiện. Vì vậy mà việc tiến gần đưa các điều kiện thực tế có ảnh hưởng đến động cơ vào trong quá trình thiết kế cũng như lắp ráp và vận hành được tốt hơn nên các thiết bị được sản xuất ra ngày càng có độ tin cậy cao hơn và độ chính xác ngày càng được tăng lên. Vì thế các nhà nghiên cứu về động Đồ án tốt nghiệp kỹ sư – khóa 2006 GVHD: TS Nguyễn Trọng Thắng SVTH: Traàn Thanh Giang – MSSV: 20662034 3 cơ cũng như các lĩnh vực khác trong công nghiệp thì điều có xu hướng thực hiện phát triển nghiên cứu lý thuyết đi đôi với làm thực tế. Trước đây thì đo công nghệ chưa phát triển nên các công cụ để thực hiện nghiên cứu các động cơ BLDC có công suất lớn là khó khăn nên xu thế chỉ thiết kế bộ điều khiển cho các động cơ có công suất bé mà tính áp dụng trong công nghiệp còn chưa cao. Đồ án tốt nghiệp kỹ sư – khóa 2006 GVHD: TS Nguyễn Trọng Thắng SVTH: Traàn Thanh Giang – MSSV: 20662034 4 LỜI CẢM ƠN ¶· Đồ án tốt nghiệp là đánh dấu kết thúc của một quá trình đào tạo ở Giảng đường Đại Học, đồng thời mở ra một chân trời mới, là hành trang giúp em bước vào đời. Em xin chân thành cảm ơn sự giảng dạy và giúp đỡ của các Thầy cô trong khoa Kỹ Thuật Công Nghệ nói chung và Thầy cô trong bộ môn động cơ điên nói riêng đã tận tình truyền đạt cho em những kinh nghiệm quí báu trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Thầy TS. NGUYỄN TRỌNG THẮNG đã hết lòng giúp đỡ và chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án. Khi thực hiên đồ án này, em đã cố gắn phân tích, tổng hợp những kiến thức mình đã học được tại trường và tham khảo thêm một số tài liệu chuyên môn nhằm đạt kết quả tốt nhất. Tuy nhiên, do tài liệu tham khảo, thời gian có hạn nên những thiếu sót là không thể tránh khỏi. Kính mong quí thầy cô, bạn bè đóng góp thêm những ý kiến quí báo để đề tài hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã đọc, phản biện vào đóng góp ý kiến để em hoàn chỉnh đề tài này. Xin chân thành cảm ơn đến tất cả bạn bè đã giúp đỡ tôi trong quá trình làm đồ án. TP. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2010 Sinh viên thực hiện Trần Thanh Giang Đồ án tốt nghiệp kỹ sư – khóa 2006 GVHD: TS Nguyễn Trọng Thắng SVTH: Traàn Thanh Giang – MSSV: 20662034 5 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ¶· TP. Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2010 Giáo viên hướng dẫn Đồ án tốt nghiệp kỹ sư – khóa 2006 GVHD: TS Nguyễn Trọng Thắng SVTH: Traàn Thanh Giang – MSSV: 20662034 6 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ¶· TP. Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2011 Giáo viên phản biện Đồ án tốt nghiệp kỹ sư – khóa 2006 GVHD: TS Nguyễn Trọng Thắng SVTH: Traàn Thanh Giang – MSSV: 20662034 7 MỤC LỤC 1. Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BRUSHLED MOTOR DCError! Bookmark not defined. 1.1.ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ BRUSHLED MOTOR DCError! Bookmark not defined. 1.2.CẤU TẠO CỦA BRUSHLED MOTOR DC Error! Bookmark not defined. 1.3.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BRUSHLED MOTOR DCError! Bookmark not defin 2. Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG ĐỀ TÀIError! Bookmark not de fi 2.1.ĐIỆNTRỞ Error! Bookmark not defined.6 2.2. TỤ ĐIỆN: Error! Bookmark not defined.8 2.3.DIODE: 24 2.4.IC 74HC245 27 2.5.IC ULN2803: Error! Bookmark not defined. 2.6.IC DAC0808: Error! Bookmark not defined.31 3. Chương 3: TỔNG QUAN VỀ GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH 36 3.1 TỔNG QUAN: 36 3.2 CỔNG SPP : 36 3.3 CỔNG EPP : 41 3.4 CỔNG ECP : 43 3.5 GHÉP NỐI HAI MÁY TÍNH : 45 4. Chương 4: TỔNG QUAN VỀ CHƯƠNG TRÌNH DELPHI 47 4.1 TỔNG QUAN: 47 4.2 CHƯƠNG TRÌNH CHO ĐỀ TÀI: 52 5. Chương 5: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ VÀ THI CÔNG MẠCH 54 5.1. THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN 54 5.1. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 54 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư – khóa 2006 GVHD: TS Nguyễn Trọng Thắng SVTH: Traàn Thanh Giang – MSSV: 20662034 8 5.3 THI CÔNG MẠCH NGUỒN 55 5.4 THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 56 6. Chương 6 : KẾT LUẬN: 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO DATASHEET CỦA IC Đồ án tốt nghiệp kỹ sư – khóa 2006 GVHD: TS Nguyễn Trọng Thắng SVTH: Traàn Thanh Giang – MSSV: 20662034 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BLUSHLED MOTOR DC: 1.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA BLUSHLED MOTOR DC: • Ngày nay BLDC được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngày kỹ thuật nhờ khả năng dễ dàng điều chỉnh tốc độ,công suất lớn,dễ lập trình cho quá trình tự động hóa….BLDC có khả năng đó nhờ nó tích hợp bộ cảm biến xác định vị trí của roto nhằm tạo ra các tín hiệu cho bộ chuyển mạch. • Động cơ BLDC mặc dù có tên là “một chiều không chổi than” nhưng nó thuộc nhóm động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chứ không phải là động cơ một chiều. • Dưới mỗi pha dẫn ta thấy đều có dòng điện 1 chiều và sức điện động 1 chiều, do đó động cơ BLDC có đặc tính cơ và đặc tính điều khiển giống với động cơ 1 chiều. • Chính vì thế mà động cơ này có tên gọi là “động cơ một chiều không chổi than” chứ thực ra nó là động cơ xoay chiều đồng bộ nam châm vĩnh cửu. • BLDC là một loại của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, nó sử dụng các bộ cảm biến vị trí và một bộ chuyển đổi (inverter) để điều khiển dòng điện phần ứng. • BLDC có sức phản điện động dạng hình thang.Điều này là do cấu tạo của roto có dán các thanh nam châm vĩnh cửu và cách quấn dây sức điện động hình thang của Stato tạo nên . • Với động cơ 1 chiều không chổi than 3 pha ta có 3 sức phản điện động hình thang.Mỗi sức phản điện động lệch pha nhau 120 độ. Đồ án tốt nghiệp kỹ sư – khóa 2006 GVHD: TS Nguyễn Trọng Thắng SVTH: Traàn Thanh Giang – MSSV: 20662034 10 • Có 2 loại BLDC chủ yếu: - dạng hình thang - dạng hình sin. • Đối với động cơ dạng hình thang thì sức điện động gây ra trên cuộn dây stato có dạng hình thang và pha của nó cần cung cấp dòng điện để tạo ra momen hoạt động hầu như không có gợn sóng . • Với động cơ hình sin thì sức điện động có dạng hình sin và dòng điện pha yêu cầu momen trơn.Hình dạng của sức điện động được xác định bởi hình dạng của nam châm Roto và cách phân bố cuộn dây Stato. • Động cơ hình sin cần cảm biến vị trí có độ chính xác cao bởi vị trí Roto phải được biết ngay tức thời tại mọi thời điểm để tối ưu cho hoạt động của động cơ.Nó cũng yêu cầu phải tổ hợp nhiều hơn cả về phần cứng và phần mềm kèm theo. • Động cơ hình thang lại khá hấp dẫn cho các ứng dụng để đơn giản hóa,rẻ hơn và hiệu suất cao hơn.Phần dưới đây chỉ tập trung miêu tả động cơ BLDC hình thang. 1.2 CẤU TẠO CỦA BLUSHLED MOTOR DC: . Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BRUSHLED MOTOR DCError! Bookmark not defined. 1.1.ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ BRUSHLED MOTOR DCError! Bookmark not defined. 1.2.CẤU TẠO CỦA BRUSHLED MOTOR DC Error! Bookmark. ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ NGÀNH CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BRUSHLED MOTOR SVTH : TRẦN THANH GIANG MSSV : 20662024 GVHD : NGUYỄN TRỌNG THẮNG . 1.2.CẤU TẠO CỦA BRUSHLED MOTOR DC Error! Bookmark not defined. 1.3.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BRUSHLED MOTOR DCError! Bookmark not defin 2. Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG ĐỀ TÀIError!