ĐỒ án điện tử CÔNG SUẤT đề tài điều khiển tốc độ động cơ từ xa

Là sinh viên Tự Động Hóa được giao cho đồ án với đề tài “Mạch điều khiển tốc độ động cơ từ xa”, người thực hiện đề tài đã cố gắng tìm hiểu kĩ về các phương án công nghệ saocho bản thiết

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Đề tài: Điều khiển tốc độ động cơ từ xa

GVHD: NGUYỄN HỮU

PHƯỚC SVTH: HUỲNH QUANG NHẬT

LỚP: CĐ ĐKTĐ 19A MSSV: 0309191058

Tp HCM, tháng 5 năm 2021

Ngày nay , trên tất cả các nước trên thế giới nói chung và nước

ta nói riêng ở đó các thiết bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp , nông nghiệp và cả trong lĩnh vực sinh hoạt Các nhà máy , xí nghiệp đã ứng dụng ngày càng nhiều

những thành tựu của công nghiệp điện tử công suất

Ứng dụng Điện tử công suất trong truyền động điện – điềukhiển tốc độ động cơ điện là lĩnh vực quan trọng và ngày càngphát triển Các nhà sản xuất không ngừng cho ra đời các sản phẩm

và công nghệ mới về các phần tử bán dẫn công suất và các thiết bịđiều khiển đi kèm Là sinh viên Tự Động Hóa được giao cho đồ án

với đề tài “Mạch điều khiển tốc độ động cơ từ xa”, người thực

hiện đề tài đã cố gắng tìm hiểu kĩ về các phương án công nghệ saocho bản thiết kế vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật , vừa đảm bảo yêucầu kinh tế Với hy vọng đồ án điện tử công suất này là một bảnthiết kế kĩ thuật có thể áp dụng được trong thực tế nên chúng em

đã cố gắng mô tả cụ thể , tỉ mỉ và tính toán cụ thể các thông sốtrong sơ đồ mạch

Trong thời gian học tập tại Trường Cao Đẳng Kĩ Thuật CaoThắng Ngời thực hiện đề tài đã được các thầy cô giảng dạy tậntình, truyền đạt những kiến thức bổ ích để có được những vốn kiếnthức rất quan trọng cho chuyên ngành của người thực hiện đề tàisau này Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắnliền với những nổ lực, phấn đấu, đổ mồ hôi để đạt được những mụcđích đã đặt ra để hướng tới thành công Bên cạnh đó cũng có sựgiúp đỡ của thầy cô, bạn bè dù nhiều hay ít, dù trực tiếp hay giántiếp Người thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn thầy NguyễnHữu Phước đã tận tình quan tâm hướng dẫn và tạo điều kiện đểchúng em hoàn thành môn học.

Người thực hiện đề tài xin kính chúc quý thầy cô ngày càngkhỏe mạnh để phấn đấu đạt thành tích cao trong công tác giảngdạy Chúc Trường Cao Đẳng Kĩ Thuật Cao Thắng sẽ mãi là niềmtin, nền tảng vững chắc cho nhiều thế hệ sinh viện với bước đườnghọc tập

Với điều kiện, thời gian cũng như kinh nghiệm cò hạn chế nênbáo cáo này không thể tránh khỏi những thiếu sót Người thực hiện

đề tài rất mong được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các quý thầy

cô để có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức, phục vụ tốt hơn côngtác thực tế sau này

Tp Hồ Chí Minh, Ngày … tháng … năm 2021 Giảng viên hướng dẫn MỤC LỤC Trang CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

1.2Mục tiêu yêu cầu của đề tài 1

1.3 Nội dung đề tài 2

1.4Giới hạn đề tài nghiên cứu 2

1.5Phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT CƠ SỞ VÀ LINH KIỆN 3

2.1 Khái niệm về ánh sáng hồng ngoại (Tia hồng ngoại) 3

2.2 Nguyên lý thu phát hồng ngoại 3

2.3 Tổng quan về linh kiện chính sử dụng trong mạch 4

2.3.1 IC phát tín hiệu hồng ngoại TSOP1738 4

2.3.2 Transistor BC547 6

2.3.4 Điện trở 8

2.3.5 Tụ điện 9

2.3.5 Diode 11

2.3.6 Động cơ DC 15

2.3.6 IC định thời 555 18

2.3.7 IC đếm 4017 23

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 27

3.1 Thiết kế mạch 27

3.1.1 Sơ đồ nguyên lí 27

3.1.2 Nguyên lí hoạt động 27

3.2 Thi công mạch 28

3.2.1 Limh kiện sử dụng trong mạch 28

3.2.2 Sơ đồ mạch in 29

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 30

4.2 Hướng phát triển của đề tài 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

Hình 2.1: Sơ đồ chân TSOP1738

Hình 2.2: Sơ đồ khối TSOP1738

Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý hoạt động diode

Hình 2.12: Phân cực thuận và đặc tuyến của Diode

Hình 2.13: Phân cực ngược cho Diode

Hình 2.14: Động cơ DC

Hình 2.15: Cấu tạo động cơ DC

Hình 2.16: Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor

Hình 2.17: Pha 2: Rotor tiếp tục quay

Hình 2.18: Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1

Hình 2.19: Cấu tạo IC định thời 555

Hình 2.20: Sơ đồ chân 19

Hình 2.21: Sơ đồ bên trong IC định thời 555

Hình 2.23: Giảng đồ xung của IC 4017 Hình 3.1: Sơ nguyên lí

Hình 3.2: Sơ đồ mạch in

Bảng 3.1: Linh kiện

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Khái quát vấn đề

Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹthuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đang ngày một thay đổi, vănminh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo rahàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như độ chính xáccao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết gópphần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng caohơn

Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện

tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành,lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trongcuộc sống hằng ngày Một trong những ứng dụng quan trọng củangành công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa bằng hồngngoại Sử dụng hồng ngoại được ứng dụng rất nhiều trong côngnghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với những thiết bịđiều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật caoxuất phát từ những ứng dụng đó, người thực hiện đề tài đã thiết kế

và thi công một mạch ứng dụng nhà trong thu phát hồng ngoại:

“Mạch điều khiển tốc độ động cơ từ xa” Đề tài này giúp người

thực hiện đề tài hiểu rõ hơn về nguyên lý thu phát và ứng dụngnhững lý thuyết được học vào thực tế Đồng thời tìm hiểu thêmnhững điều chưa được học và năng cao kỹ năng thực hành cũngnhư là những ứng dụng của mạch trong thực tế

Vì thời gian thực hiện còn hạn chế và những gì đã học và tìmhiểu được cũng có giới bạn nên để tài còn nhiều hạn chế Kínhmong nhận được sự chỉ dẫn và góp ý tận tình của thầy và các bạn

1.2 Mục tiêu yêu cầu của đề tài

Trong đề tài này, người thực hiện đề tài sẽ điều khiển tốc độđộng cơ DC không dây bằng hồng ngoại (IR -Infrared radiation)hay điều khiển từ xa (Remote) của Ti-Vi Trong mạch này, ngườithực hiện đề tài sẽ không sử dụng bất kỳ vi điều khiển nào Ngườithực hiện đề tài chỉ sử dụng các linh kiện cơ bản cùng với IC địnhthời 555 và IC đếm thập phân 4017 để hoàn thành nhiệm vụ này.Mạch này có thể điều khiển tốc độ động cơ DC ở 5 cấp độ khácnhau và bất kỳ điều khiển từ xa hồng ngoại nào như điều khiển từ

xa của TV / DVD, v.v đều có thể được sử dụng để điều khiểnmạch

1.3 Nội dung đề tài

 Thiết kế, thi công mạch

 Viết báo cáo

1.4 Ý nghĩa của đề tài

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Tham khảo các tài liệu trên mạng, sách trong thư viện

Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu Nóđược ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp Lượng thông tin có thểđạt 3 mega bits Lượng thông tin được truyền đi với ánh sáng hồngngoại lớn gấp nhiều lần so với sáng điện tử mà người ta vẫn dùng.Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém Trongđiều khiển từ xa bằng ta hồng ngoại, chùm tia hồng ngoại phát đihẹp, có hướng, do đó phải thu đúng hướng.

Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như ánhsáng (sự hội tụ qua thiếu kinh, tiêu cự ), ánh sáng thường và ánhsáng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong sự xuyên suốt qua vậtchất Ánh sáng hồng ngoại không bị yếu đi khi vượt quát các lớpbản dẫn để đi ra ngoài

2.2 Nguyên lý thu phát hồng ngoại

Tia hồng ngoại được sử dụng rất phổ biến và không bị ảnhhưởng bởi từ trường, vì thế nó được sử dụng tốt trong truyền thông

và điều khiển Nhưng nó vẫn có một số khuyết điểm, một số vậtphát hồng ngoại mạnh làm ảnh hưởng đến truyền thông và điềukhiển như quang phải mặt trời

Khó khăn khi sử dụng hồng ngoại là, REMOTE điều khiển TV VCRhoặc những ứng dụng khác và linh kiện rất tốn kém

Việc thu hoạc phát bức xạ hồng ngoại bằng nhiều phương tiệnkhác nhau, có thể nhận tia hồng ngoại tử ánh sáng mặt trời Nhiều

thứ có thể phát tia hồng ngoại như: là bức xạ, là điện,đèn, cơ thểngười

Để truyền tia hồng ngoại tốt phải tránh xung nhiễu, bắt buộcphải dùng mã phát và nhận ổn định để xác định xem đó là xungtruyền hay nhiễu Tần số làm việc tốt nhất là từ 30KHz đến 60KHz,nhưng thường sử dụng khoảng 36KHz Dùng tấn số 36 KHz đểtruyền tin hiệu thì dễ, nhưng khó thu và giải mã, phải sử dụng bộlọc để tín hiệu ngõ ra là xung vuông, nếu ngõ ra có xung nghĩa là

đã nhận được tin hiệu ngõ vào

2.3 Tổng quan về linh kiện chính sử dụng trong mạch 2.3.1 IC phát tín hiệu hồng ngoại TSOP1738

TSOP1738 là một bộ thu hồng ngoại (IR) được sử dụng rộng rãitrong một số lượng lớn các sản phẩm điện tử để nhận và giải điềuchế tín hiệu hồng ngoại

Các tín hiệu giải điều chế nhận được có thể dễ dàng giải mãbằng vi điều khiển Nó hỗ trợ mã RC5, mã RC6, định dang Sony(SIRCS), mã NEC, mã Sharp,

Khi tín hiệu nhiễu được áp dụng cho TSOP1738, nó vẫn có thểnhạn được tín hiệu dữ liệu Tuy nhiên, độ nhạy được giảm xuốngmức nào đó để không xảy ra xung đột

Một số ví dụ cho các tín hiệu nhiễu: ánh sáng DC (từ bóng đènvonfram hoặc ánh sáng mặt trời), tín hiệu liên tục ở 38kHz hoặc ởbất kì tần số nào, tín hiệu từ đèn huỳnh quang

Hình 2.1: Sơ đồ chân TSOP1738Mạch của TSOP1738 được thiết kế theo cách đó tránh được cácxung đầu ra không mong muốn do nhiễu hoặc tín hiệu nhiễu Một

bộ lọc bang thông, một tầng tích hợpvà một bộ điều khiển độ lợi tựđộng được sử dụng để ngăn chặn những nhiễu như vậy

Dấu hiệu phân biệt giữa tín hiệu dữ liệu và tín hiệu nhiễu là: tần

số sóng mang, độ dài cụm và chu kì làm việc

 Tín hiệu dữ liệu phải đáp ứng những điều kiện sau:

thông (ví dụ: 38kHz) Độ dài đợt nổ phải là 10 chu kỳ/đợthoặc lâu hơn

 Sau mỗi lần nổ khoảng từ 10 chu kỳ đến 70 chu kỳ mộtkhoản thời gianits nhất 14 chu kỳ là cần thiết

ứng là cần thiết tại một số thời điểm trong luồn dữ liệu.Khoản cách thời gian này ít nhất phải có cùng độ dài với thờigian nổ

 Có thể liên tục nhận tới 1400 lần nổ ngắn mỗi giây

 Đặc trưng:

 Tiêu thụ ít điện năng

truyền dữ liệu liên tục (lên đến 2400bps)

 Độ dài cụm từ 10 chu kỳ nổ

 Đầu ra hoạt động thấp ( 5V )

 Cải thiện khả năng che chắn chống lại diện trường

Hình 2.2: Sơ đồ khối TSOP1738TSOP1738 sẽ hoạt động bằng cách sử dụng một cảm biến ánhsáng cụ thể để phát hiện bước sóng ánh sáng chọn trong phổ hồngngoại (IR) Bằng cách sử dụng đèn LED tạo ra ánh sáng có cùngbước sóng với cảm biến đang tìm kiếm, bạn có thể xem cường độcủa ánh sáng nhận được Khi một vật ở gần cảm biến, ánh sáng từđèn LED bật ra khỏi vật thể và đi vào cảm biến ánh sáng Điều nàydẫn đến một bước nhảy lớn về cường độ, mà chúng ta đã biết cóthể được phát hiện bằng cách sử dụng một ngưỡng.

2.3.2 Transistor BC547

BC547 là transistor được sử dụng rộng rãi và nó có thể được sửdụng trong bất kỳ ứng dụng mục đích chung nào Nó cũng có thểđược sử dụng để thay thế cho nhiều transistor, do đó nó có thểđược sử dụng trong nhiều loại mạch điện tử, ví dụ chuyển đổi tải

nhỏ trên điện áp và dòng đầu vào rất thấp cũng như khuếch đại

âm thanh nhỏ và các tín hiệu khác

Hình 2.3: Sơ đồ chân BC547Tần số chuyển tiếp tối đa của transistor là 300MHz vì vậy nócũng sẽ hoạt động tốt trong các mạch RF dưới tần số 300MHz PNP

bổ sung BC547 là BC557 Thay thế và tương đương: 2N2222,2N3904,2N4401, BC337

 Nguyên lí hoạt động

Hình 2.4: Sơ đồ hoạt động BC547

 Cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E Trong đó(+) là nguồn vào cực C, (-) là nguồn vào cực E.

 Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòngvào hai cực B và E, trong đó cực (+) vào chân B và cực (-)vào chân E

 Khi công tắc mở, ta thấy rằng mặc dù hai cực C và E đã đượccấp điện nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua, lúc nàydòng IC = 0

 Khi công tắc đóng, mối P - N được phân cực thuận khi đó códòng điện chạy từ nguồn (+) UBE qua công tắc tới R hạn dòng

và qua mối BE về cực (-) tạo thành dòng IB

 Ngay khi dòng IB xuất hiện, lập tức dòng IC chạy qua mối CElàm bóng đèn phát sáng, khi đó dòng IC mạnh gấp nhiều lầndòng IB.

Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB, khi đó

có công thức

I C = β.I B

Trong đó:

IC: dòng chạy qua mối CE

IB: dòng chạy qua mối BE

β: hệ số khuếch đại của transistor

Khi có điện UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượtqua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng

IBE do lớp bán dẫn P tại cực rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vìvậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn nhỏ trong số các điện tử đó thểvào lỗ trống tạo thành dòng IB Còn lại phần lớn số điện tử bị hút

về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE tạo thành dòng ICEchạy qua transistor

 Thông số kỹ thuật

 Loại gói: TO-92

 Loại transistor: NPN

 Dòng cực thu tối đa (IC): 100mA

 Điện áp cực thu - cực phát tối đa (UCEO): 45V

 Điện áp cực thu - cực gốc tối đa (UCBO): 50V

 Điện áp cực phát - cực gốc tối đa (UEBO): 6V

 Tiêu tán cực thu tối đa (Pc): 500 mW

 Tần số chuyển đổi tối đa (FT): 300 MHZ

 Độ lợi dòng điện DC tối thiểu và tối đa (hfe): 110 - 800

 Nhiệt độ bảo quản và hoạt động tối đa phải là: -65 đến +150

độ C

Trong đó:

ρ : là điện trở suất của vật liệu

S: là tiết diện của dây

l: là chiều dài của dây

Điện trở là đại lượng vật lí đặc trưng cho tính chất cản trở dòngdiện của một vật thể dẫn điện Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệuđiện thế giữa hai đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó:

R=U/I

Trong đó:

U: là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đơn vị (V)

I : là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đơn vị (A)

R : là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng (Q2)

 Các loại tụ dùng trong mạch:

Hình 2.6: Tụ hóa, cấu tạo tụ hóa, tụ gốm

 Biểu tượng trên mạch điện:

Hình 2.7: Kí hiệu tụ

Công thức tính điện dung của tụ:

C =ε S/d

ε :là hằng số điện môiS: là diện tích bề mặt tụ m2

d: là bề dày chất điện môi

Tụ điện phẳng gồm hai bản phẳng kim loại diện tích đặt songsong và cách nhau một khoảng d

Cường độ điện trường bên trong tụ có trị số:

 Nguyên lý nạp xả: Tính chất đặc trưng và cũng là nguyên lý

cơ bản trong hoạt động của tụ điện Nhờ tính chất này mà tụđiện có khả năng dẫn điện xoay chiều

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lí hoạt động của tụ

 Tụ điện là linh kiện điện tử không thể thiếu trong các bomạch điều khiển từ công nghiệp đến dân dụng như : Tivi, tủlạnh, máy giặt,…

 Để khởi động – động cơ 1 pha thì bắt buộc phải dùng tụ điện

để kích hoạt motor Tùy vào nhu cầu sử dụng mà ta chọn tụđiện thích hợp Gồm có tụ ngậm và tụ đề

dùng nạp và phóng điện trong mạch khuếch đại Để làmnóng chảy kim loại thì cần một dòng điện khá lớn, máy hàn

cơ tăng dòng điện bằng lõi kim loại và dây đồng Nhược điểmtiêu thụ điện cao, trọng lượng nặng

 Ứng dụng của tụ điện trong thực tế lớn nhất là việc áp dụngthành công nguồn cung cấp năng lượng, tích trữ năng lượng

2.3.5 Diode 1N4007

Diode được cấu tạo gồm hai lớp bản dẫn p-n được ghép vớinhau Diode chỉ hoạt động dẫn dòng điện tử cực anode sang

cathode khi áp trên hai chân được phân cực thuận (V P>V N) và lớnhơn điện áp ngưỡng Khi phân cực ngược (V P<V N) thì Diode khôngdẫn điện.

Hình 2.9: Hình dạng diode 1N4007

1N4007 là một diode đa năng được sử dụng rộng rãi Nó thườngđược dùng làm bộ chỉnh lưu trong phần nguồn điện của các thiết bịđiện tử để chuyển đổi điện áp AC thành DC với các tụ lọc khác Nó

là một diode của dòng 1N400x, trong đó cũng có những diodetương tự khác từ 1N4001 đến 1N4007 và sự khác biệt duy nhấtgiữa chúng là điện áp ngược lặp lại tối đa

Nó cũng có thể được sử dụng trong bất kỳ ứng dụng chung nàocần diode Diode 1N4007 được chế tạo để làm việc với điện áp cao

và nó có thể dễ dàng xử lý điện áp dưới 1000V Với dòng điệntrung bình 1000mA hay 1A, công suất tiêu thụ 3W, kích thước nhỏ

và giá rẻ diode này rất lý tưởng cho nhiều ứng dụng khác nhau

Hình 2.10: Sơ đồ chân diode 1N4007

Để có được thời gian chạy tối đa của diode, bạn nên giữ ở mứcthấp hơn 30V đến 40V so với giá trị điện áp ngược lặp lại tối đa của

nó và các giá trị khác Luôn nối đúng cực, không chạy quá 1A tải.Không vận hành và lưu trữ ở nhiệt độ dưới -55 độ C và trên +175

độ C

 Nguyên lý hoạt động:

Diode hoạt động trên nguyên tắc, dòng điện đi từ cực Anodesang cực Katot mà không cho phép dòng điện đi theo chiều ngượclại

Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý hoạt động diode

Sơ đồ cho thấy dòng điện chạy qua một diode như sau :