Thiết kế mạch điều khiển động cơ điện một chiều
Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc Luận văn Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1 1 Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay thế giới đã bước vào một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trong mọi lĩnh vực. Con người biết ứng dụng khoa học kĩ thuật vào sản xuất để nâng cao năng suất chất lượng rút ngắn thời gian sản xuất. Trong những năm gần đây, công nghệ vi điện tử phát triển. sự ra đời của các vi mạch với ưu điểm nhỏ gọn dung lượng lớn, cực lớn với giá thành hợp với khả năng của người sử dụng đã mang lại những thay đổi sâu sắc cho ngành kỹ thuật điện tử. Mạch số đã và đang thâm nhập vào tất cả các thiết bị điện tử thông dụng và chuyên dụng. Sự phát triển hối hả của nền đại công nghiệp nên sự cạnh tranh của các mặt hàng trên thị trường diễn ra càng mạnh. Do đó chúng em đã chọn đề tài môn học là “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU “ nhằm phục vụ cho thực tế của đời sống. 2 2 Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Dương Tấn Quốc chúng em đã thực hiện đề tài của mình với hết khả năng của mình. Cùng với sự lỗ lực của bản thân nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm còn hạn hẹp nên sẽ không tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong được sự giúp đỡ và tham khảo ý kiến của thầy cô cùng các bạn nhằm đóng góp để phát triển thêm đề tài. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI TÊN ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I.Dữ liệu sử dụng: - Vi Điều Khiển AT89C51, các linh kiện cần thiết liên quan. - Hệ thống có thể điều khiển được các động cơ có công suất <=60W, điện áp <=24VDC. - Thao tác điều khiển bao gồm đảo chiều, tăng giảm tốc độ bằng kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM). - Hệ thống có các phím nhấn điều khiển việc đảo chiều, tăng giảm tốc độ. - Hệ thống có cách ly về điện giữa mạch điều khiển và mạch động lực để đảm bảo chống nhiễu cho bộ điều khiển. 3 3 Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc Nội dung cần hoàn thành: - Bản báo cáo về tiến độ thực hiện các công việc theo từng tuần, từng tháng. - Thuyết minh đề tài (Phân tích yêu cầu, trình bày các giải pháp thực hiện, cơ sở lý thuyết, quá trình thiết kế và thi công mạch, hướng phát triển và phạm vi ứng dụng của đề tài). - Các bản vẽ thiết kế cho từng khối, cho toàn bộ module, đầy đủ và chính xác. - Sản phẩm phải hoạt động tốt, đảm bảo tính kỹ thuật, mỹ thuật, đáp ứng đúng các yêu cầu của giáo viên hướng dẫn. - Nộp thuyết minh và hoàn thành sản phẩm đúng thời gian quy định. Ý TƯỞNG THIẾT KẾ Thiết kế động cơ một chiều có chức năng thực hiện các yêu cầu điều khiển đảo chiều và điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. Các yêu cầu : - Điều khiển động cơ DC - Điều chỉnh tốc độ động cơ DC bằng phương pháp PWM - Mạch có hệ thống có cách ly về điện giữa mạch điều khiển và mạch động lực để đảm bảo chống nhiễu cho bộ điều khiển nên ta sử dụng IC opto để cách ly quang - Điều khiển chính xác, tin cậy và ổn định. - Thiết kế đơn giản 4 4 Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Các linh kiện thụ động: 1.1.1 Điện trở: -Khái niệm: Điện trở :Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn. -Hình dáng và ký hiệu : Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau. 5 5 Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc Hình1.1: Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử. Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý. - Đơn vị của điện trở • Đơn vị điện trở là Ω (Ohm) , KΩ , MΩ • 1KΩ = 1000 Ω • 1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω Các điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch -Phân loại điện trở. • Điện trở thường : Điện trở thường là các điện trở có công xuất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W • Điện trở công suất : Là các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W. • Điện trở sứ, điện trở nhiệt : Là cách gọi khác của các điện trở công xuất , điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt. Hình1.2: Các điện trở : 2W – 1W – 0,5W – 0,25W 6 6 Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc Hình 1.3: Điện trở sứ hay trở nhiệt 1.1.2 Biến trở, triết áp : Biến trở Là điện trở có thể chỉnh để thay đổi giá trị, có ký hiệu là VR chúng có hình dạng như sau : Hình1.4: Hình dạng biến trở ký hiệu trên sơ đồ Biến trở thường ráp trong máy phục vụ cho quá trình sửa chữa, cân chỉnh của kỹ thuật viên, biến trở có cấu tạo như hình bên dưới. Hình1.5: Cấu tạo của biến trở Triết áp : Triết áp cũng tương tự biến trở nhưng có thêm cần chỉnh và thường bố trí phía trước mặt máy cho người sử dụng điều chỉnh. Ví dụ như – Triết áp Volume, triết áp Bass, Tress v.v , triết áp nghĩa là triết ra một phần điện áp từ đầu vào tuỳ theo mức độ chỉnh. Hình 1.6: Hình dạng triết áp, cấu tạo trong triết áp 7 7 Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc 1.1.3 Tụ điện: - Cấu tạo của tụ điện : Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi. Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá. Hình 1.7: Cấu tạo tụ gốm, cấu tạo tụ hoá - Hình dáng thực tế của tụ điện. Hình1.8: Hình dạng của tụ gốm. 8 8 Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc - Điện dung đơn vị và ký hiệu của tụ điện: * Điện dung : Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức C = ξ . S / d • Trong đó C : là điện dung tụ điện , đơn vị là Fara (F) • ξ : Là hằng số điện môi của lớp cách điện. • d : là chiều dày của lớp cách điện. • S : là diện tích bản cực của tụ điện. * Đơn vị điện dung của tụ : Đơn vị là Fara (F), 1Fara là rất lớn do đó trong thực tế thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF), NanoFara (nF), PicoFara (pF). • 1 Fara = 1.000.000 µ Fara = 1.000.000.000 n F = 1.000.000.000.000 p F • 1 µ Fara = 1.000 n Fara • 1 n Fara = 1.000 p Fara * Ký hiệu : Tụ điện có ký hiệu là C (Capacitor) Ký hiệu của tụ điện trên sơ đồ nguyên lý. – Phân loại tụ điện Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ mica. (Tụ không phân cực ) Các loại tụ này không phân biệt âm dương và thường có điện dung nhỏ từ 0,47 µF trở xuống, các tụ này thường được sử dụng trong các mạch điện có tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu. 9 9 Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc Hình 1.9: Tụ gốm – là tụ không phân cực. Tụ hoá ( Tụ có phân cực ) Tụ hoá là tụ có phân cực âm dương, tụ hoá có trị số lớn hơn và giá trị từ 0,47µF đến khoảng 4.700 µF, tụ hoá thường được sử dụng trong các mạch có tần số thấp hoặc dùng để lọc nguồn, tụ hoá luôn luôn có hình trụ Hình 1.10: Tụ hoá – Là tụ có phân cực âm dương. Tụ xoay Tụ xoay là tụ có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung, tụ này thường được lắp trong Radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi ta dò đài. 1.1.4 Diode: – Diode (Điốt) Bán dẫn : Tiếp giáp P – N và Cấu tạo của Diode bán dẫn. Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N, nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P – N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm 10 10 [...]... cách ta có các loại động cơ điện loại: Có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng : - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập - Động cơ điện một chiều kích từ song song - Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp - Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp - Kích thích độc lập: khi nguồn một chiều có công suất ko đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên... niệm: Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết bị điện từ quay, làm việc theo nguyên lý điện từ, khi đặt vào trong từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lực từ vào dòng điện (vào dây dẫn) và làm dây dẫn chuyển động Động cơ điện biến đổi điện năng thành cơ năng - Ưu điểm của động cơ một chiều: Ưu điểm của động cơ điện một chiều là... án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc Trục Cổ góp mạch roto Hình 1.26: Hình ảnh động cơ điện một chiều có encoder 33 33 Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc Hình 1.27: Hình dạng thực tế của động cơ một chiều có encoder Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều: đặc tính cơ của động cơ điện một chiều là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen quay của động cơ: ϖ = f(M) hoặc n = f(M) trong đó : ϖ - tốc độ góc(rad/s)... có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau Song ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải Nếu như bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng... trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao Ngày nay hiệu suất của động cơ điện một chiều công suất nhỏ khoảng 75% ÷ 85%, ở động cơ điện công suất trung bình và lớn khoảng 85% ÷ 94% Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 100000kw điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000v Hướng phát triển là cải tiến tính nâng vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động. .. ta sẽ phân tích và đề cập sau này Cấu tạo của động cơ điện một chiều: Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh (stato) và phần động (roto) - phần tĩnh hay stato: hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường Gồm có mạch từ và dây cuốn kích thích lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích từ bằng nam châm điện) - mạch từ được làm bằng sắt từ (thép đúc, thép... đặc tính cơ : đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo: M ωđm ωntđm ωo ω Mđm M Mđm ω ωo ϖ0 ϖ0 ϖ0 ϖ0 ϖ0 ϖ0 ϖ0 a)Đặc tính cơ tự nhiên b) Đặc tính cơ nhân tạo Hình 1.28: đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo Phân loại: 34 34 Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ Theo đó... dẫn đổi chỗ cho nhau Do có phiếu góp nhiều dòng điện dữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi Khi quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư chiều của suất điện động được xác định theo qui tắc bàn tay phải, ở động cơ một chiếu sđđ Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động Phương trình cân bằng điện áp : diU = Eư + Rư.Iư +Iư dt Lõi thép Chổi... lý làm việc của động cơ điện một chiều Động cơ điện phải có hai nguồn năng lượng - Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ đẻ sinh ra từ thông kích từ - Nguồn phần ứng được đưa vào hai chổi than để đưa vào hai cổ góp của phần ứng Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện trong dây quấn phần ứng có điện Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay Chiều của lực được... Diode bán dẫn : * Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động 11 11 Đồ án chuyên ngành gvhd: Dương Tấn Quốc trong mạch chỉnh lưu Diode có thể được tích hợp thành Diode có dạng Hình 1.13: Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay chiều Các loại Diode - Diode Zener . kế động cơ một chiều có chức năng thực hiện các yêu cầu điều khiển đảo chiều và điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. Các yêu cầu : - Điều khiển động cơ DC - Điều chỉnh tốc độ động cơ DC. TÀI TÊN ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I.Dữ liệu sử dụng: - Vi Điều Khiển AT89C51, các linh kiện cần thiết liên quan. - Hệ thống có thể điều khiển được các động cơ có công. của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn. -Hình dáng và ký hiệu : Trong thiết bị điện tử điện