điều khiên động cơ bước dùng ic số 74194

Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề Tài : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC DÙNG IC SỐ Giảng viên hướng dẫn : Trần Ngọc Thái Nhóm thực : Đặng Tuấn Bản Phạm Văn chí Lớp : B03141 B0314002 B0314005 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, người với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến giới, thay đổi, văn minh đại Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ Đó yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động sản xuất, sinh hoạt người đạt hiệu ngày cao Điện tử trở thành ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đáp ứng đòi hỏi không ngừng ngành, lĩnh vực khác nhu cầu thiết yếu người sống hàng ngày Ngày điều khiển động điện không đơn giản trước Với thờ đại công nghiệp đại xuất nhiều toán động điện giải nhiều chức phức tạp, để giải vấn đề nhà khoa học nghiên cứu nhiều loại động điện Trong số có động bước, loại động điện có nguyên lý ứng dụng khác biệt so với động điện thông thường Chúng thực chất động đồng dùng để biến đổi tín hiệu dạng xung rời rạc thành chuyển động góc quay chuyển động roto có khả cố định roto vào vị trí cần thiết Xuất phát từ nhu cầu ứng dụng, chúng em thiết kế mạch điều khiển, “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC DÙNG IC SỐ” Nội dung báo cáo gồm Chương: Chương 1: Tổng quan đề tài Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Tính toán thiết kế thi công mạch Chương 4: Kết luận Mặc dù cố gắng hoàn thành báo cáo không tránh khỏi thiếu sót mong thầy bạn đóng góp ý kiến để nhóm hoàn thiện hơn.Chúng em xin chân thành cảm ơn Nhóm thực : Đặng Tuấn Bản Phạm Văn Chí Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU …………………………………………………………….….02 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN………………………………………….….05 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Lí chọn đề tài.……………………………………………………….….06 1.2 Mục tiêu đề tài.…………………………………………………….….06 1.3 Kế hoạch thực hiện.……………………………………………………… 06 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Điện trở biến trở …………………………………………………… 07 2.1.1 Điện trở…………………………………………………………………07 2.1.2 Biến trở………………………………………………………….….… 08 2.2 Tụ điện…………………………………………………………….…… 08 2.2.1 Cấu tạo……………………………………………………….…………08 2.2.2 Phận loại…………….………………………………………………….09 2.2.3 Kí hiệu hình dạng thực tế……………………………….…… 09 2.2.4 Điện dung đơn vị……………………………………………….… 10 2.2.5 Sự phóng nạp điện…………………………………………….….….10 2.2.6 Cách đọc giá trị điện dung tụ điện………………… ……….…….11 2.3 Diode…………………………………………… ……………………… 11 2.3.1 Cấu tạo diode bán dẫn……………………………….………….….11 2.3.2 Phân cực thuận cho diode………………………… ……………….….12 2.3.3 Phận cực ngược cho diode………………………………………… ….13 2.3.4 Phương pháp kiển tra diode……………………………… ……….13 2.3.5 Ứng dụng diode bán dẫn……………………………………… ….14 2.3.6 Diode xung………………………………………………………….….14 2.4 Transistor…………………………………………………………….…….15 2.4.1 Ký hiệu cấu tạo transistor…………………………… ……….15 2.4.2 Thông số kĩ thuật……………………………………………………….15 2.4.3 Phân cực cho transistor…………………….………………………… 15 2.4.4 Nguyên lý làm việc…………………………………………………… 16 2.4.5 Các cách mắc transistor bản……………………… ……………… 17 2.4.6 Hình dạng số transistor thực tế………….………………… 18 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử 2.4.7 Ứng dụng transistor…………………………………………….… 18 2.5 IC47194……………………………………………………………… … 19 2.6 NE555………………………………………………………………….… 21 2.6.1 Nguồn gốc NE555……………………………………………….…21 2.6.2 Thông số……………………………………………………………… 21 2.6.3 Chức NE555………………………………………………….21 2.6.4 Bố trí chức chân………………………………….….21 2.6.5 Nguyên lý hoạt động……………………………………………… ….22 2.6.6 Tính tần số điều chế độ rộng xung…………………………………… 23 2.6.7 Ứng dụng…………………………………………………………… 24 2.7 IC ổn áp……………………………………………………………… …24 2.7.1 Sơ lược ic ổn áp…………………………………………….…….…24 2.4.2 Ic 78xx (7812 7805)………………………………………… … …25 2.8 Led……………………………………………………………….…… …26 2.9 Công tắc………………………………………………………… ……… 27 2.10 Động bước…………………………………………………………… 27 2.10.1 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động động bước………………… 27 2.10.2 Hoạt động………………………………………………………….… 28 2.10.3 Ứng dụng…………………………………………………………… 28 2.10.4 Phân loại …………………………………………………………… 28 2.10.5 Đặc tính động bước phương pháp điều khiển………….……30 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THI CÔNG MẠCH 3.1 Thiết kế sơ đồ khối………………………………………………….….….31 3.2 Thế kế mạch nguyên lý……………………………………………… … 31 3.2.1 Mạch nguồn……………… ………………………………… ……31 3.2.2 Mạch tạo xung vuông……………… ………………………… ….…32 3.2.3 Mạch điều khiển………………………………………………… ….…32 3.2.4 Nguyên lý làm việc……………………………………………… ……34 3.3 Thi công mạch……………………………………………………….….…35 3.3.1 Thiết kế mạch in………………………………………….… ……… 35 3.3.2 Thi công mạch in…………………………………………… ……… 36 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 4.1 Kết quả…………………………………………………………………… 37 4.2 Kết luận……………………………………………………………… … 37 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử 4.3 Hướng phát triển………………………………………………….……… 37 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………… Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Lí chọn đề tài Ngành điện tử ngành quan trọng góp phần vào phát triển đất nước Sự phát triển nhanh chóng khoa học – công nghệ làm cho ngành điện tử ngày phát triển đạt nhiều thành tựu Nhu cầu người ngày cao điều kiện thuận lợi cho ngành điện tử phải không ngừng phát minh sản phẩm có tính ứng dụng cao, sản phẩm có tính năng, có độ bền độ ổn định ngày cao Mạch điều khiển động bước kết hợp môn học điện tử kỹ thuật số, sơ đồ mạch đơn giản, phần tử mạch bán nhiều thị trường, giá thành rẻ đặc biệt ứng dụng mạch cao Mạch điều khiển động bước ứng dụng nhiều ngành tự động hoá, chúng ứng dụng thiết bị cần điều khiển xác 1.2 Mục tiêu đề tài - Tìm hiểu nguyên lý, chức tác dụng động bước - Tìm hiểu chức năng, tác dụng cá linh kiện thiết bị điện tử - Hoàn thành sản phẩm mạch điều khiển động bước :quay thuận ,quay nghịch quay nhanh ,quay chậm - Rèn luyện cho sinh viên cách tự học, đôi với thực hành khả làm việc theo nhóm 1.3 Kế hoạch thực - Bước 1: Tìm hiểu lý thuyết chung mạch điều khiển động bước Bao gồm nguyên tắc hoạt động mạch số mạch để đưa lựa chọn tốt cho đề tài làm đồ án - Bước 2: Tìm hiểu linh kiện, thiết bị điện tử sử dụng mạch trên, từ tính toán lựa chọn linh kiện, thiết bị đạt yêu cầu sử dụng mạch - Bước 3: Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm vẽ mạch professional, Eagle từ đưa cách vẽ mạch điều khiển động bước hoàn thành mạch in mạch - Bước 4: Sau có mạch in tiến hành thi công hoàn thành sản phẩm Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Điện trở biến trở 2.1.1 Điện trở a) Khái niệm: Điện trở hay Resistor linh kiện điện tử thụ động mạch điện, hiệu điện hai đầu tỉ lệ với cường độ dòng điện qua theo định luật ohm: V=IR b) Ký hiệu: theo hai tiêu chuẩn US EU c) Hình dạng thực tế d) Mã màu điện trở cách đọc  Mã Mầu điện trở: Trong thực tế, để đọc giá trị điện trở việc nhà sản xuất in trị số lên linh kiện người ta dùng qui ước chung để đọc trị số điện trở tham số cần thiết khác Giá trị tính thành đơn vị Ohm (sau viết lại thành kilô hay mêga cho tiện) Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử (Để tránh lẫn lộn đọc giá trị điện trở, điện trở có tổng số vòng màu từ trở xuống không bị nhầm lẫn vị trí bị trống vòng màu đặt phía tay phải trước đọc giá trị Còn điện trở có độ xác cao có thêm tham số thay đổi theo nhiệt độ vòng màu tham số nhiệt nhìn thấy có chiều rộng lớn phải xếp bên tay phải trước đọc giá trị) Cách đọc: + Đối với điện trở vạch màu: vạch giá trị vạch đầu số, vạch thứ vạch mũ… vạch cuối sai số điện trở + Đối với điện trở 5,6 vạch: vạch đầu đọc giá trị điện trở, vạch vạch mũ, vạch sai số + Đối với điện trở dán giá trị điện trở hai số đầu, 10 mũ số thứ 2.1.2 Biến trở a) Khái niệm phân loại Biến trở loại điện trở thay đổi trị số theo yêu cầu ,thường gọi chiết áp Có loại biến trở dây quấn biến trở than b) Ký hiệu hình ảnh thực tế   Ký hiệu: Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử  Hình ảnh thực tế: 2.2 Tụ điện 2.2.1 Cấu tạo Cấu tạo tụ điện gồm hai cực đặt song song, có lớp cách điện gọi điện môi Hình ảnh cấu tạo: Hình ảnh cấu tạo 2.2.2 Phân loại Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi tụ điện phân loại theo tên gọi chất điện môi như: Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá 2.2.3 Ký hiệu hình dạng thực tế a) Ký hiệu : Tụ điện có ký hiệu C (Capacitor) b) Hình dạng thực tế: Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử Hình dạng tụ gốm Hình dạng tụ hoá 2.2.4 Điện dung đơn vị a) Khái niệm điện dung Điện dung : Là đại lượng nói lên khả tích điện hai cực tụ điện, điện dung tụ điện phụ thuộc vào diện tích cực, vật liệu làm chất điện môi khoảng cách giữ hai cực theo công thức C=ξ.S/d Trong C : điện dung tụ điện , đơn vị Fara (F) • ξ : Là số điện môi lớp cách điện • d : chiều dày lớp cách điện • S : diện tích cực tụ điện b) Đơn vị Đơn vị điện dung tụ : Đơn vị Fara (F) , 1Fara lớn thực tế thường dùng đơn vị nhỏ MicroFara (µF), NanoFara (nF), PicoFara (pF) • Fara = 1.000.000 µ Fara = 1.000.000.000 n F = 1.000.000.000.000 p F • µ Fara = 1.000 n Fara • n Fara = 1.000 p Fara 2.2.5 Sự phóng, nạp tụ điện Một tính chất quan trọng tụ điện tính chất phóng nạp tụ , nhờ tính chất mà tụ có khả dẫn điện xoay chiều 10 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử c) Âm dùng IC 555 • • 2.7 IC ổn áp 2.7.1 Sơ lược IC ổn áp Với mạch điện không đòi hỏi độ ổn định điện áp cao, sử dụng IC ổn áp thường người thiết kế sử dụng mạch điện đơn giản.Các loại ổn áp thường sử dụng IC 78xx, 79xx, với xx điện áp cần ổn áp Họ 78xx họ cho ổn định điện áp đầu dương Còn xx giá trị điện áp đầu 5V, 6V Họ 79xx họ cho ổn định điện áp đầu âm Còn xx giá trị điện áp đầu như: -5V, -6V… Sự kết hợp hai tạo nguồn đối xứng Về mặt nguyên lý hoạt động tương đối giống Trong mô hình sử dụng IC ổn áp dương nên nói đến IC 78xx 2.7.2 IC 78xx (7812 7805) a) Khái niệm 78xx loại dòng ic dùng để ổn áp dương đầu với điều khiện đầu lớn 3V, Và tùy loại ic 78 có giá trị điện áp đầu khác nhau, xx kí hiệu giá trị đầu Ví dụ: 7812 điện áp 12V… b) Cấu tạo 26 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử - IC 78xx nói chung: - 78xx gồm có chân: : In - Chân nguồn đầu vào, : GND - Chân nối đất, : OUT - chân nguồn đầu Như biết :Mạch ổn áp dùng Diode Zener có ưu điểm đơn giản nhược điểm cho dòng điện nhỏ ( ≤ 20mA ) Để tạo điện áp cố định cho dòng điện mạnh nhiều lần người ta mắc thêm Transistor để khuyếch đại c) Nguyên lý ổn áp Thông qua điện trở R2 D1 gim cố định điện áp chân Rt Transistor Q1, giả sử điện áp chân E đèn Q giảm => điện áp U BE tăng => dòng qua đèn Q1 tăng => làm điện áp chân E đèn tăng , ngược lại Mạch ổn áp đơn giản hiệu nên sử dụng rộng dãi người ta sản xuất loại IC họ LA78 để thay cho mạch ổn áp trên, IC LA78 Trong mạch sử dụng loại ic ổn áp 7812 7805 Ic 7812 Ic7805 Hai ic có cấu tạo trên, khác 781212V 78055V 2.8 Led a) LED 27 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử Led viết tắt Light-Emitting-Diode có nghĩa “đi-ốt phát sáng”, nguồn sáng phát sáng có dòng điện tác động lên Hoạt động LED dựa công nghệ bán dẫn Trong khối điốt bán dẫn, electron chuyển từ trạng thái có mức lượng cao xuống trạng thái có mức lượng thấp chênh lệch lượng phát xạ thành dạng ánh sáng khác Màu sắc LED phát phụ thuộc vào hợp chất bán dẫn đặc trưng bước sóng ánh sáng phát b) Nguyên lý Giống điốt thông thường, LED bao gồm hai lớp bán dẫn loại P N ghép vào Khối bán dẫn loại p(anốt) chứa nhiều lỗ trống có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối bán dẫn loại n(catốt), lúc khối bán dẫn loại p lại nhận electron từ khối bán dẫn loại n chuyển sang Kết hình thành khối p điện tích âm khối n điện tích dương Ở bề mặt tiếp giáp hai khối bán dẫn, electron bị lỗ trống thu hút có xu hướng tiến lại gần nhau, kết hợp với tạo thành nguyên tử trung hoà Quá trình giải phóng lượng dạng photon ánh sáng Bước sóng ánh sáng phát phụ thuộc vào cấu trúc phân tử làm chất bán dẫn Nếu bước sóng nằm dải bước sóng từ vùng hồng ngoại đến vùng tử ngoại, mắt cảm nhận màu sắc ánh sáng c) Ưu điểm LED - Hiệu quả: LED có hiệu suất phát sáng cao bóng sợi đốt - Màu sắc: LED phát màu sắc ý muốn mà không cần lọc màu theo phương pháp truyền thống - Kích thước: Kích thước bóng LED nhỏ(có thể nhỏ mm2) bố trí dễ dàng mạch in - Thời gian bật tắt nhanh: Led có thời gian bật tắt nhanh kể từ lúc có tác động(micro giây) Điều quan trọng thông tin liêc lạc, lĩnh vực yêu cầu có thời gian đáp ứng nhanh - Tuổi thọ đèn cao: Đây ưu điểm lớn đèn LED, tuổi thọ đèn d) Ứng dụng LED LED có nhiều ứng dụng thực tiễn ngày lại bao gồm ba lĩnh vực chính: 28 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử - LED làm phận hiển thị thiết bị điện điện tử, đèn quang cáo, trang trí, đèn giao thông - LED ứng dụng lĩnh vực chiếu sáng ưu điểm hoàn toàn thay nguồn sáng thông thường khác - LED ứng dụng lĩnh vực điện tử viễn thông thiết bị điều khiển từ xa, cảm biến hồng ngoại, công nghệ truyền liệu qua tia hồng ngoại (IrDA), LED UV khử trùng nước 2.9 Công tắc a) Hình ảnh thực tế: b) Nhiện vụ Công tắc tên thiết bị (xét mạch điện), linh kiện (xét thiết bị điện, sử dụng với mục đích để đóng/bật ngắt/mở/tắt dòng điện chuyển hướng trạng thái đóng-ngắt tổ hợp mạch điện có sử dụng chung công tắc Hay rõ hơn, mạng điện, công tắc lúc chuyển trạng thái đóng-ngắt cho nhiều mạch điện thành phần Cầu dao, khóa điện, Rơ le, dạng công-tắc đặc biệt, người Việt đặt tên riêng để phân biệt cách chế tạo, công sử dụng 2.10 Động bước 2.10.1 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động động bước - Động bước loại động điện có nguyên lý ứng dụng khác biệt với đa số động điện thông thường Chúng thực chất động đồng dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động góc quay chuyển động rôto có khả cố định rôto vào vị trí cần thiết - Về cấu tạo, động bước coi tổng hợp hai loại động cơ: động chiều không tiếp xúc động đồng giảm tốc công suất nhỏ 10.2 Hoạt động - Động bước không quay theo chế thông thường, chúng quay theo bước nên có độ xác cao mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ chuyển mạch điện tử đưa tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự tần số định Tổng số góc quay rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, chiều quay tốc độ quay rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi tần số chuyển đổi 2.10.3 Ứng dụng 29 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử - Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động bước cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu thực trung thành lệnh đưa dạng số - bước ứng dụng nhiều ngành Tự động hoá, chúng ứng dụng thiết bị cần điều khiển xác - công nghệ máy tính, động bước sử dụng cho loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in 2.10.4 Phân loại - Về có loại động bước: loại từ trở biến đổi (Variable Reluctance), loại nam châm vĩnh cửu (permanent magnet) loại lai (hybrid) Chúng khác cấu tạo việc dùng rotor nam châm vĩnh cửu và/hoặc lõi sắt với thép stato - Loại có từ trở biến đổi (Variabke Reluctance) + Thông thường có cuộn dây nối chung đầu Đầu chung nối với nguồn dương, đầu lại cho thông với đất để quay Rotor Cả Stator Rotor có Rotor làm vật liệu dẫn từ (sắt non) có từ trở thay đổi theo góc quay Chiều quay động không phụ thuộc vào chiều dòng điện mà phụ thuộc vào thứ tự cấp điện cho cuộn dây + Loại động có số bước lớn, tần số làm việc cao, chuyển động êm mômen đồng nhỏ Hình 1.8.1 :Loại lai (Hybrid) + Loại động cấu tạo giống với động bước kiểu đơn cực Tuy nhiên có đầu So với động kiểu đơn cực loại có chụng hai đầu điểm cuộn dây Ưu điểm động bước loại dòng điện chạy qua cuộn dây (cuộn 1, cuộn 2) tạo mômen lớn Tuy nhiên mạch điều khiển loại động phức tạp hơn, phải đảo chiều dòng điện cho cuộn dây Mạch điều khiển sử dụng mạch cầu H 30 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử - Loại động bước nam châm vĩnh cửu có rotor nam châm vĩnh cửu, điều cho phép trì momen động bị lượng cấp vào Động bước nam châm vĩnh cửu yêu cầu công suất thấp để hoạt động Chúng có đặc tính chống rung tốt Góc bước loại có nhiều mức: 60-450 Trên hình sơ đồ cấu tạo động bước nam châm vĩnh cửu với m=4 2p=2 Động bước nam châm vĩnh cửu chia thành: +Động bước đơn cực (Unipolar Stepper Motor): +Động bước lưỡng cực (Bipolar Stepper Motor) +Động bước kiểu hỗn hợp (Hybrid stepping Motor) +Động bước kiểu bối dây kép (Bifilar Stepper Motor) + Động bước đơn cực có Rotor cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu Chia thành N, S xen kẽ Stator cấu tạo cuộn dây bố trí trực giao với Mỗi cuộn dây lại chia thành phần bố trí xuyên tâm đối Giữa cuộn dây có đầu để nối với dương nguồn Động loại thường có đầu Đầu 1, thường nối với cực dương Các đầu 1a, 1b, 2a 2b nối đất định chiều quay động Máy khoan mạch in tự động sử dụng loại động bước động có mạch điều khiển đơn giản, điều khiển dễ dàng, rẻ dễ mua thị trường 2.10.5 Đặc tính động bước phương pháp điều khiển - Tuỳ thuộc vào mô men yêu cầu trục động tốc độ quay mà ta áp dụng phương pháp điều khiển khác cho động bước Trong vùng tốc độ thấp cần sử dụng phương pháp điều khiển điện áp trực tiếp, dòng điện giới hạn nội trở cuộn dây động Tuy nhiên vùng tốc độ cao, tiếp tục sử dụng phương pháp này, mô men bị giảm nghiêm trọng tính cảm cuộn dây giới hạn khả tăng 31 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử dòng điện Một phương pháp thường áp dụng để cải thiện tình hình sử dụng điện trở nối thêm vào cuộn dây động Khi số thời gian động giảm (vì L/nR thay L/R) dòng điện tăng nhanh làm đặc tính động cứng Tuy vậy, động cần điện áp điều khiển lớn nhiều 70% công suất nguồn nuôi toả nhiệt điện trở nối thêm Chính lí mà phương pháp điều khiển kiểu băm (băm xung) thường sử dụng nhằm nâng cao hiệu suất, tăng độ cứng cho đặc tính động bước - Trong thực tế, phương pháp điều khiển băm xung (băm xung) sử dụng rộng rãi Phương pháp băm xung trì tần số không đổi (đây phương pháp phổ biến nhất) chia thành loại sau đây: a Phương pháp băm xung pha b Phương pháp băm xung có bảo vệ (inhibit băm xung) c.Phương pháp băm xung trì thời gian t off không đổi d Phương pháp băm xung với tần số băm xung tự - Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng mục đích sử dụng khác CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 3.1 Thiết kế sơ đồ khối - Mạch điều khiển động bước :bước thuận ,bước nghịch,bước nhanh ,bước chậm gồm 3khối : - Khối :Khối nguồn :Gồm tụ 2200 uF tụ 104;2 IC 7805 VÀ 7812;điện trở 1k 560 - Khối 2: Mạch tạo xung vuông : Gồm IC NE555và biến trở 50k ; 32 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử điện trở1k; tụ điện (47uF 104) - Khối 3:Điều khiển:Gồm IC 74194; tip41c; điện trở 560 điot 1N4004  Sơ đồ khối mạch điện 3.2 Thiết kế mạch nguyên lý 3.2.1.Mạch nguồn - Xuất phát từ linh kiện mạch điện IC số có nguồn nuôi 5Vvà động bước có nguồn nuôi 12V.Chúng em thiết kế nguồn chiều 5V 12V sau: - Bộ nguồn gồm có biến áp 220V-15V ,1 IC 7805.1 IC7812 điện trở, tụ lọc cần thiết Tính toán cho linh kiện: - Do biến áp có số đầu 15V dòng điện 1A.Mạch rẽ làm nhánh suy nhánh có điện áp 15V dòng ½ dòng 0,5A - Khi qua 7805 7812 dòng đầu trì mức 1A - Chọn tụ theo chuẩn 10uF-1mA lên ta chọn tụ hóa có chị số 2200uF  33 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử - Ta biết dòng qua led đơn khoảng 20mA sụt áp led đỏ 2,4V suy R1=(12-2,4)/20mA=480ohm.chọn R1=1K.tương tự cho R2=560ohm 3.2.2.Mạch tạo xung vuông Mạch tạo xung dùng để cấp cho khối điều khiển: Tính toán cho mạch: - mạch tạo xung gồm IC NE555.Chân nối mát chân chân nối dương nguồn - tụ C5 tụ 104 nối vào chân 5,chân chân đầu - R4=1k,VR=50k,C6=47uF - tần số f=1/(ln2*(R4+2VR)*C6) 3.2.3.Mạch điều khiển - Khối điều khiển gồm IC 74194 Tip 41C.IC 74194 dùng để tạo bít điều khiển cho động cơ.Tip 41C có chức đảo tín hiệu  Sơ đồ mạch:  34 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử 35 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử 3.2.4 Phân tích nguyên lý hoạt động mạch Khi ta cấp nguồn 220 V AC cho cuộn sơ cấp máy biến áp,thì cuộn thứ cấp máy biến áp cho nguồn điện từ – 15 V AC với tần số 50Hz ( Điện áp xoay chiều sau qua cầu chỉnh lưu đươc biến đổi nguồn chiều ) Sau đưa dạng điện áp chiều nguồn điện áp tụ lọc san phẳng điện áp Tại điện áp chiều đưa vào chân V in IC ổn áp 7805 7812 Từ chân IC ổn áp ta thu nguồn điện +5V, +12V Ta cấp nguồn điện chiều +5V vào để chạy NE555 tạo xung IC 74194.Nguồn +12v cấp vào để chạy động bước Tín hiệu điện áp chiều từ chỉnh lưu cấp vào mạch tạo xung vuông Các chân 4, NE555 nối dương nguồn , chân số nối mát , chân nối với tụ gốm 104 xuống mát,chân2 nối với tụ hóa nối vớichân 1,2 điều chỉnh biến trở ,chân số NE 555 nối với điện trở nối chân số biến trở ,chân số NE 555 tạo xung vuông  Đối với trường hợp động quay thuận : Tín hiệu từ chân số NE555 cấp liên tục vào chân số 11 74194, cần gạt gạt phía phải, lúc chân IC 74194 nối mát tức mức logic “0”,còn chân 10 nối với dương nguồn tức mức logic”1” => Động quay thuận TIP41C có tác dụng dùng để ngăn cách nguồn điện áp +5v cấp cho IC điện áp +12v cấp cho động bước Các đầu C Tip41c cấp vào chân động bước Dải tín hiệu động bước quay thuận: THUẬN Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 Đối với trường hợp động quay ngược: Tín hiệu từ chân số NE555 cấp liên tục vào chân số 11 74194, ta gạt cần gạt sang phía trái,chân số 10 IC 74194 nối xuống mát tức mức logic “0” chân nối với dương nguồn tức mức logic “1” => Động quay ngược  36 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử Dải tín hiệu động bước quay ngược: NGƯỢC  Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 0 TIP41C có tác dụng dùng để ngăn cách nguồn điện áp +5v cấp cho IC điện áp +12v cấp cho động bước đảo tín hiệu từ chân đầu IC 74194 Các đầu C Tip41c cấp vào chân động bước 2.3 THI CÔNG 2.3.1 Thiết kế mạch in Sơ đồ mạch in  Sơ đồ dây 37 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử 2.3.2.Thi công mạch in - Chuẩn bị: phíp đồng, dung dịch ăn mòn, mỏ hàn, thiếc, linh kiện điện tử cần thiết, khoan - Các bước làm mạch in: + Sau có sơ đồ mạch in ta tiến hành in sơ đồ mạch giấy + Áp sơ đồ mạch in giấy lên phíp đồng cố định lại + Dùng bàn nhiệt lên mặt giấy mực giấy dính hết vào mặt phíp đồng ( khoảng từ 10-15 phút) + Sau mực dính hết vào mặt phíp đồng ta tiến hành bóc lớp giấy khỏi mặt phíp đồng ngâm phíp đồng vào dung dịch ăn mòn + Quá trình ăn mòn diễn khoảng từ 20-30 phút + Sau ăn mòn xong ta thu mạch in vị trí bị mực dính vào không bị ăn mòn + Kiểm tra vị trí mạch xem có bị đứt mạch hay không + Khoan lỗ để cắm chân linh kiện (tùy thuộc kích cỡ chân linh kiện mà ta chọn cỡ mũi khoan) + Sau khoan hết lỗ tiến hành hàn linh kiện 38 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 4.1 Kết Trong trình thực đồ án gặp nhiều khó khăn thực tế phát sinh thiết kế chế tạo nên mạch chúng em dạt độ xác chưa cao Sau thời gian làm đồ án chúng em rút nhiều kinh nghiệm cho thân ,đó nhờ dạy nhiệt tình thấy cô góp ý bạn Sau lần chúng em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn thầy “Trần Ngọc Thái”và thầy cô giáo khoa bạn giúp em hoàn thành đồ án 4.2 Kết luận * Một số ưu điểm động bước: - Giá thành rẻ - Có điều khiển mạch hở - Duy trì momen tốt (không cần phanh, biến tốc) - Mô men xoắn cao tốc độ thấp - Chi phí bảo dưỡng thấp - Định vị xác - Không phải điều chỉnh thông số diều khiển * Một số nhược điểm: - Tiêu thụ dòng điện không phụ thuộc vào tải - Kích cỡ hạn chế - Làm việc ồn - Mô men giảm theo tốc độ 4.3 Hướng phát triển Trong điều khiển truyền động kĩ thuật số,động bước cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu thực trung thành lệnh đưa ra.C húng sử dụng ngày rộng rãi hệ thống tự động,điều khiển từ xa nhiều thiết bị khác bật lĩnh vực sau:điều khiển đọc ổ cứng,ổ mềm máy in hệ thống máy tính,điều khiển robot,điều khiển tiêu cự quang học,điều khiển vị trí hệ quang khắc phức tạp,điều khiển bắt bám mục tiêu khí tài quan sát,điều khiển lập trình thiết bị gia công,cắt gọt,điều khiển cấu lái phương chiều máy bay Sau cùng, lần em xin chân thành cảm ơn Thầy Trần Ngọc Thái thầy cô khoa Điện- Điện Tử tận tình hướng dẫn em suốt thời gian làm Đồ Án Xin chân thành cảm ơn bạn lớp đóng góp ý kiến quý báu để đề tài hoàn thành tốt đẹp Sinh viên thực đồ án Đặng Tuấn Bản 39 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử Phạm Văn Chí 40 [...]... công năng sử dụng 2.10 Động cơ bước 2.10.1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của động cơ bước - Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng... quyết định chiều quay của động cơ Máy khoan mạch in tự động sử dụng loại động cơ bước này vì động cơ có mạch điều khiển đơn giản, điều khiển dễ dàng, rất rẻ và rất dễ mua trên thị trường 2.10.5 Đặc tính cơ động cơ bước và các phương pháp điều khiển - Tuỳ thuộc vào mô men yêu cầu trên trục động cơ và tốc độ quay mà ta có thể áp dụng các phương pháp điều khiển khác nhau cho động cơ bước Trong vùng tốc độ... được momen khi động cơ bị mất năng lượng cấp vào Động cơ bước nam châm vĩnh cửu yêu cầu công suất thấp hơn để hoạt động Chúng cũng có đặc tính chống rung tốt hơn Góc bước của loại này có nhiều mức: 60-450 Trên hình là sơ đồ cấu tạo của động cơ bước nam châm vĩnh cửu với m=4 và 2p=2 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu được chia thành: +Động cơ bước đơn cực (Unipolar Stepper Motor): +Động cơ bước lưỡng cực... cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ: động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ 10.2 Hoạt động - Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất... của động cơ bước Dải tín hiệu của động cơ bước khi quay thuận: THUẬN Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 Đối với trường hợp động cơ quay ngược: Tín hiệu ra từ chân số 3 của NE555 được cấp liên tục vào chân số 11 của 74194, và ta gạt cần gạt sang phía trái,chân số 10 của IC 74194 được nối xuống mát tức là ở mức logic “0” còn chân 9 được nối với dương nguồn tức là ở mức logic “1” => Động cơ sẽ... trường hợp động cơ quay thuận : Tín hiệu ra từ chân số 3 của NE555 được cấp liên tục vào chân số 11 của 74194, cần gạt được gạt về phía phải, lúc đó chân 9 của IC 74194 được nối mát tức là ở mức logic “0”,còn chân 10 được nối với dương nguồn tức là ở mức logic”1” => Động cơ quay thuận TIP41C có tác dụng dùng để ngăn cách nguồn điện áp +5v cấp cho IC và điện áp +12v cấp cho động cơ bước Các đầu ra C... thay đổi theo góc quay Chiều quay của động cơ không phụ thuộc vào chiều dòng điện mà chỉ phụ thuộc vào thứ tự cấp điện cho các cuộn dây + Loại động cơ này có số bước lớn, tần số làm việc cao, chuyển động êm nhưng mômen đồng bộ nhỏ Hình 1.8.1 :Loại lai (Hybrid) + Loại động cơ này về cấu tạo giống với động cơ bước kiểu đơn cực Tuy nhiên chỉ có 4 đầu ra So với động cơ kiểu đơn cực thì loại này có chụng... định Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi 2.10.3 Ứng dụng 29 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử - Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới dạng số - cơ bước được... Thiết kế sơ đồ khối - Mạch điều khiển động cơ bước :bước thuận ,bước nghịch ,bước nhanh ,bước chậm gồm 3khối chính : - Khối 1 :Khối nguồn :Gồm 2 tụ 2200 uF và tụ 104;2 IC 7805 VÀ 7812;điện trở 1k và 560 - Khối 2: Mạch tạo xung vuông : Gồm IC NE555và biến trở 50k ; 32 Trường Đại Học SPKT Hưng Yên Khoa Điện Điện - Tử điện trở1k; 2 tụ điện (47uF và 104) - Khối 3 :Điều khiển:Gồm IC 74194; tip41c; điện trở 560... là sử dụng điện trở nối thêm vào các cuộn dây động cơ Khi đó hằng số thời gian của động cơ sẽ giảm (vì L/nR thay vì L/R) dòng điện tăng nhanh hơn làm đặc tính cơ của động cơ cứng hơn Tuy vậy, động cơ sẽ cần một điện áp điều khiển lớn hơn nhiều và hơn 70% công suất nguồn nuôi sẽ toả nhiệt trên các điện trở nối thêm này Chính vì lí do này mà phương pháp điều khiển kiểu băm (băm xung) thường được sử dụng