Đang tải... (xem toàn văn)
Trong những thập niên gần đây công nghiệp hoá hiện đại hoá ngày càng phát triển mạnh mẽ. Kỹ thuật điện tử đã những bước phát triển mạnh đặc biệt là trong kỹ thuật điều khiển tự động, kỹ thuật vi điều khiển. Ở nước ta hiện nay, việc lập trình ghép nối máy tính sử dụng vi điều khiển đã và đang là công cụ được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực tự động hoá. Nó phát triển nhanh chóng, đã mang lại những thay đổi to lớn trong công nghệ cũng như trong đời sống hàng ngày. Động cơ một chiều được sử dụng từ lâu trong các hệ truyền động có điều khiển tốc độ yêu cầu dải điều chỉnh lớn, độ ổn định tốc độ cao và các hệ thường xuyên hoạt động ở chế độ khởi động, hãm và đảo chiều. Nhờ có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt nên được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp. Một số ứng dụng quan trọng của động cơ 1 chiều như truyền động cho xe điện, máy công cụ, máy nâng vận chuyển, máy cán, máy nghiền.... Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với những lời đóng góp ý kiến chân thành từ các Thầy(Cô) giáo cùng các bạn sinh viên, đặc biệt được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Phạm Văn Hải nhóm đồ án chúng em đã quyết định chọn và thực hiện đề tài: “Thiết kế mạch hiển thị tốc độ motor nâng hạ kính”
Nhận xét của giảng viên hướng dẫn ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Nhận xét của giáo viên Trong những thập niên gần đây công nghiệp hoá hiện đại hoá ngày càng phát triển mạnh mẽ. Kỹ thuật điện tử đã những bước phát triển mạnh đặc biệt là trong kỹ thuật điều khiển tự động, kỹ thuật vi điều khiển. Ở nước ta hiện nay, việc lập trình ghép nối máy tính sử dụng vi điều khiển đã và đang là công cụ được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực tự động hoá. Nó phát triển nhanh chóng, đã mang lại những thay đổi to lớn trong công nghệ cũng như trong đời sống hàng ngày. Động cơ một chiều được sử dụng từ lâu trong các hệ truyền động có điều khiển tốc độ yêu cầu dải điều chỉnh lớn, độ ổn định tốc độ cao và các hệ thường xuyên hoạt động ở chế độ khởi động, hãm và đảo chiều. Nhờ có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt nên được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp. Một số ứng dụng quan trọng của động cơ 1 chiều như truyền động cho xe điện, máy công cụ, máy nâng vận chuyển, máy cán, máy nghiền Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với những lời đóng góp ý kiến chân thành từ các Thầy(Cô) giáo cùng các bạn sinh viên, đặc biệt được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Phạm Văn Hải nhóm đồ án chúng em đã quyết định chọn và thực hiện đề tài: “Thiết kế mạch hiển thị tốc độ motor nâng hạ kính” Tuy nhiên, để có được sản phẩm có tính ổn định cao, đảm bảo về chất lượng là tương đối khó khăn. Vì thời gian để hoàn thành đồ án này cũng có hạn, và tầm hiểu biết của nhóm thực hiện vẫn còn hạn chế… nên đề tài khó tránh khỏi những thiếu sót, những khuyết điểm không mong muốn. Nhóm đồ án chúng em rất mong có được 2 những ý kiến đóng góp quý báu, chân thành của quý thầy cô cùng các bạn sinh viên để đề tài này được hoàn thiện hơn. 3 CHƯƠNG I: ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1.Định nghĩa !" #$%&!&'(& )*+, &&/!'#'0 $12%!&'(& &&/34356 1.2 . Phân loại động cơ điện một chiều (đây là cách phân loại theo cách kích từ) Động cơ điện 1 chiều phân loại theo kích từ thành những loại sau: -Kích từ độc lập. -Kích từ song song. -Kích từ nối tiếp. -Kích từ hỗn hợp. Động cơ điện một chiều có cấu trúc gồm 3 bộ phận chính: phần cảm, phần ứng, cổ góp và chổi than. Phẩn cảm là bộ phận tạo ra từ trường đặt ở stato, thông thường phần cảm là một nam châm điện gồm có cực từ N-S và cuộn dây kích từ. Phần ứng có lõi thép đặt ở rotor, có phay rãnh để đặt dây quấn phần ứng. Mỗi cuộn dây được nối tới hai lá góp của cổ góp điện. Trong chế độ máy phát, cần cấp điện một chiều cho cuộn kích từ và nối rotor với động cơ sơ cấp khác để quay rotor (máy lai động cơ). Khi rotor quay trong từ trường phần cảm, trong cuộn dây sẽ xuất hiện thế điện động, được cổ góp và chổi than nắn thành sđđ một chiều. Trong chế độ động cơ, cần cấp điện một chiều cho cuộn kích từ và cuộn dây phần ứng. Dòng điện chạy trong phần ứng sẽ tác dụng với từ trường gây bởi phần cảm tạo thành momen quay rotor. 4 ! " #$ "%&' %( 1.4.1. Đặc tính cơ của động cơ kích từ độc lập và song song !"#$%&'()) Đặc tính cơ là mối quan hệ hàm giữa tốc độ và momen điện từ =f(M), khi I =const. 5 1.4.2.Đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp * "#+,& 1.4.3. Đặc tính của động cơ kích từ hỗn hợp -"#./& Trên hình vẽ ta biểu diễn động cơ kích từ hỗn hợp và đặc tính cơ của nó, các dây quấn kích từ có thể nối thuận hoặc nối ngược làm giảm từ thông. Đặc tính cơ của động cơ kích từ hỗn hợp khi nối thuận (đường 1), sẽ là trung bình giữa đặc tính cơ của động cơ kích từ song song (đường 2) và nối tiếp (đường 3). Các động cơ làm việc nặng nề,dây quấn kích từ nối tiếp là dây quấn kích từ chính còn dây quấn kích từ song song là dây quấn kích từ phụ và được nối thuận. Dây quấn kích từ song song đảm bảo tốc độ động cơ không tăng quá lớn khi momen nhỏ. Động cơ kích từ hỗn hợp có dây quấn kích từ nối tiếp là kích từ phụ và nối ngược có đặc tính cơ rất cứng (đường 4) nghĩa là tốc độ quay của động cơ hầu như 6 không đổi. Ngược lại khi nối thuận sẽ làm cho động cơ có đặc tính mềm hơn, momen mở máy lớn hơn, thích hợp với máy nén, máy bơm, máy nghiền, máy cán… )*+% "%&' %( 1.5.1. Khởi động trực tiếp Đưa động cơ trực tiếp vào lưới điện không qua một thiết bị phụ nào, dòng khởi động được xác định bằng công thức:I= U/R Vì R nhỏ nên I có giá trị rất lớn (20/25), sự tăng dòng đột ngột làm xuất hiện tia lửa điện ở cổ góp làm hiện xung cơ học và giảm điện áp lưới, phương pháp này hầu như không sử dụng. 1.5.2. Khởi động điện trở khởi động Đặc tính cơ: 0 "121"1 Người ta đưa vào rotor 1 điện trở có khả năng điều chỉnh và gọi là điện trở khởi động dòng khởi động bây giờ có giá trị:I = U/ R(t) + R(kđ) Điện trở khởi động được ngắt dần ra theo sự tăng của tốc độ, nấc khởi động thứ nhất phải chọn sao cho dòng phần ứng không lớn quá và momen khởi động không nhỏ quá. Khi có cùng dòng phần ứng thì động cơ kích từ nối tiếp có momen khởi động lớn hơn của động cơ kích từ song song. Lưu ý: Với các động cơ kích từ song song khi dùng điện trở khởi động phải nối sao cho cuộn kích từ trong mọi thời gian đều được cấp điện áp định mức để đảm bảo lớn nhất. Nếu trong mạch kín từ có điện trở điều chỉnh thì khi khởi động điện trở này phải ngắn mạch. 7 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều dùng điện trở ở mạch rotor. ,%( -. "%&' %( Các phương trình điều chỉnh tốc độ. -Thay đổi điện áp nguồn nạp. -Thay đổi điện trở mạch rotor. -Thay đổi từ thông. /01"232045 1.7.1.Phương pháp điều xung PWM Phương pháp điều xung PWM (Pulse Width Modulation) là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải, hay nói cách khác, là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông, dẫn đến sự thay đổi điện áp ra. Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương hay sườn âm 3456,789 1.7.2.Ứng dụng của PWM trong điều khiển PWM được ứng dụng nhiều trong điều khiển. Điển hình nhất mà chúng ta thường hay gặp là điều khiển động cơ và các bộ xung áp, điều áp Sử dụng PWM điều khiển độ nhanh chậm của động cơ hay cao hơn nữa, nó còn được dùng để điều khiển sự ổn định tốc độ động cơ.Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tải thì PWM còn tham gia và điều chế các mạch nguồn như : boot, buck, nghịch lưu 1 pha và 3 pha PWM còn gặp nhiều trong thực tế ở các mạch điện điều khiển. Điều đặc biệt là PWM chuyên dùng để điều khiển các phần tử điện tử công suất có đường đặc tính là tuyến tính khi có sẵn 1 nguồn 1 chiều cố định .Như vậy PWM được ứng dụng rất 8 nhiều trong các thiết bị điện- điện tử. PWM cũng chính là nhân tố mà các đội Robocon sử dụng để điều khiển động cơ hay ổn định tốc độ động cơ. 1.7.3. Nguyên lý hoạt động của PWM Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn của tải một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt. Phần tử thực hiện nhiệm vụ đó trong mạch các van bán dẫn. :6 ' ";'(<2 Nguyên lý : Trong khoảng thời gian 0 - t0, ta cho van G mở, toàn bộ điện áp nguồn Ud được đưa ra tải. Còn trong khoảng thời gian t0 - T, cho van G khóa, cắt nguồn cung cấp cho tải. Vì vậy với t0 thay đổi từ 0 cho đến T, ta sẽ cung cấp toàn bộ, một phần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải. Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải : Gọi t1 là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở ) còn T là thời gian của cả sườn âm và dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải. Ta có: Ud = Umax.( t1/T) (V) hay Ud = Umax.D (Với D=t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % tức là PWM) Như vậy ta nhìn trên hình đồ thị dạng điều chế xung thì ta có : Điện áp trung bình trên tải sẽ là : Ud = 12.20% = 2.4V ( với D = 20%) Ud = 12.40% = 4.8V (Vói D = 40%) Ud = 12.90% = 10.8V (Với D = 90%) 9 10 [...]... toàn mạch Nguyên lí hoạt động: Sau khi cấp nguồn cho mạch hoạt động, trạng thái của các khối trên như sau: Các khối nguồn cho điện áp ra là 5VDC Khối giao tiếp máy tính ở trạng thái chờ Khối vi điều khiển AT89C51 thực thi chương trình được nạp với các điều kiện đầu là tốc độ bằng zero, tốc độ xuất ra lcd là 0 Khối hiển thị bốn số không Khối mạch động cơ hở mạch 28 Để điều khiển động cơ chạy ở tốc độ. .. Nguyên lí hoạt động: Sau khi cấp nguồn cho mạch hoạt động, trạng thái của các khối trên như sau: Các khối nguồn cho điện áp ra là 5VDC,12VDC Khối giao tiếp máy tính ở trạng thái chờ Khối vi điều khiển AT89C51 thực thi chương trình được nạp với các điều kiện đầu là tốc độ bằng zero, tốc độ xuất ra lcd là 0 Khối hiển thị bốn số không Khối mạch động cơ hở mạch Để điều khiển động cơ chạy ở tốc độ mong muốn,... cho các khối điều khiển, khối hiển thị và động cơ 3.3.2.2 Khối điều khiển Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lí khối điều khiển Chức năng: Trong khối điều khiển sử dụng 5 nút bấm để điều khiển động cơ Các nút bấm này được treo áp bởi điện trở băng RN1 có trị số 10K Trong khối dao động chúng ta sử dụng 2 tụ C2, C3 cùng thạch anh 12Mhz 26 3.3.2.3 Khối hiển thị Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lí khối hiển thị Chức năng : Khối... Cấp nguồn điều khiển phản RS = 0 chọn thanh ghi lệnh RS = 1 chọn thanh dữ Lệnh đến thanh ghi của LCD 15 1 2 4 6 5 7 8 A C E F 10 14 18 1C Xoá màn hình hiển thị Trở về đầu dòng Giả con trỏ (dịch con trỏ sang trái) Tăng con trỏ (dịch con trỏ sang phải) Dịch hiển thị sang phải Dịch hiển thị sang trái Tắt con trỏ, tắt hiển thị Tắt hiển thị, bật con trỏ Bật hiển thị, tắt con trỏ Bật hiển thị, nhấp nháy con... trong các bộ dao động tạo ra từ trường Vì do đóng cắt nhanh làm cho dòng điện biến thiên Nó thường thấy trong các bộ nguồn xung và cách mạch điều khiển điện áp cao 3.3 Thiết kế sơ đồ mạch 3.3.1 Sơ đồ khối của mạch Khối nguồn Khối hiển thi Khối điều khiển Hình 3.4: Sơ đồ khối của mạch điện 25 Khối công suất ( động cơ) 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý từng khối 3.3.2.1 Khối nguồn Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lí khối... số của động cơ Công suất P= 5W - Điện áp Uđm= 12VDC - Dòng Iđm= 500mA - Công suất điện Pđ= Uđm.Iđm = 12.0,5= 6 W (3.1) - Tốc độ nđm= 1000v/phút - Hiệu suất 0.84 (3.2) - Điện trở phần ứng Rư== 1,92Ω (3.3) - Tốc độ động cơ: = = = 104,7 rad/s (3.4) Từ phương trình (3.4): Dựa vào đồ thị hình 2.24 ta thấy dòng ngắn mạch xảy ra khi tốc độ , từ phương trình (3.4) ta tính được dòng ngắn mạch( dòng khởi động):... Trả hiển thị dịch về vị trí gốc DD RAM Đặt chế độ truy nhập không thay đổi Đặt hướng chuyển 1 0 0 0 0 0 0 0 1 / S dịch con trỏ và xác D 40 µs định dịch hiển thị các thao tác này được thực hiện khi đọc và ghi dữ liệu Đặt Bật/ tắt màn Điều khiển Bật/tắt hiển thị 0 0 0 0 0 0 1 D C B hình (D) Bật/ tắt con 40 µs trỏ (C) và nhấp nháy ký tự ở vị trí con trỏ Dịch hiển thị và con S R 0 0 0 0 0 1 / / trỏ hiển thị. .. Inm= = = 6,25 A Momen ngắn mạch: Mnm=K.Inm=0,1.6,25=0,625N.m Tốc độ không tải (khi I = 0): =120 rad/s Hình 3.1 Đường đặc tính cơ điện Dòng tính toán Itt>Ikđ Trên thực tế khi chế tạo động cơ các nhà sản xuất đã có các biện pháp hạn chế đòng khởi động như : roto rãnh sâu, ro to rãnh chéo, riêng động cơ không đồng bộ còn có roto lồng sóc kép 3.2 Chọn van điều khiển Điều khiển động cơ bằng phương pháp điều... Khối LCD có nhiệm vụ hiển thị tốc độ động cơ Trong mạch Port0 sẽ truyền trực tiếp dữ liệu cho LCD Các chân điều khiển RS, RE, EN được ghép nối với 3 chân P2.5, P2.6, P2.7 của vi điều khiển Các chân số 2, 1 cung cấp nguồn hoạt động cho LCD, chân số 3 là chân điều chỉnh độ tương phản được nối thẳng xuống mát Chân 15, 16 có nhiệm vụ cung cấp điện áp cho đèn led trong LCD và được hạn dòng bằng 1 điện trở... điều khiển Đến khối công suất phải qua Opto PC817 dùng để cách ly giữa bo điều khiển và Motor DC Sơ lược về hoạt động của mạch này như sau: khi nhận được tín hiệu điện kích vào chân 1 của Opto PC817 > chân 3 -4 Opto thông mạch >FET IRF540 dẫn dòng làm cho motor quay .Role có tác dụng đảo chiều động cơ Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lí khối công suất 27 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch Hình 3.9: Sơ đồ nguyên