Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát tốc độ động cơ điện (nguyễn duy an)

lOMoARcPSD|2935381

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG
KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN LIÊN MÔN
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA (PBL2)
ĐỀ TÀI :
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ
GIÁM SÁT TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Người hướng dẫn: PGS TS: LÊ TIẾN DŨNG
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN DUY AN
LƯU KIM NAM
PHAN NGUYỄN BẢO QUỐC
HỒ NGUYÊN QUỐC HIẾU
Nhóm HP/lớp: 20N33A
Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Đà Nẵng 2022

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU............................................................................................................................3
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.......................................................................4
CHƯƠNG 0: TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN..................................................................................5
1.1

Lý do chọn đề tài........................................................................................................5

1.2 Mục tiêu của dự án........................................................................................................5
1.3 Sản phẩm của dự án.........................................................................................................5
1.4 Các yêu cầu về kĩ thuật....................................................................................................5
1.5 Kế hoạch công việc..........................................................................................................5
a) Bảng tóm tắc cơng việc................................................................................................5
b) sơ đồ giantt.....................................................................................................................6
1.6 Bản vẽ mơ hình hệ thống...............................................................................................7
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU BÀI TỐN, TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN ĐỘNG LỰC.........8
1.1 Mơ tả dự án......................................................................................................................8
1.2 Phân tích u cầu hệ thống.............................................................................................10
1.2.1 Tính tốn đặc tính tải yêu cầu................................................................10
CHƯƠNG II : THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT...................................................................15
2.1. Mạch cầu H..................................................................................................................15
2.1.1. Giới thiệu tổng quát.............................................................................................15
2.1.2 Mạch cầu H dùng MOSFET................................................................................15


MOSFET.......................................................................................................................15
2.1.3 Thiết kế mạch cầu H.............................................................................................17
2.1.4 Lý do chọn..............................................................................................................18

2.2 Tính chọn mạch cơng suất điều khiển tốc độ động cơ...................................................18
2.2.1 Chọn van cơng suất...............................................................................................18
Hình 2.4: IRF9540...............................................................................................................19
Thơng số :.............................................................................................................................19
2.2.2 Tính toán bộ lọc.....................................................................................................21
2.3. Thiết kế mạch biến áp...................................................................................................22
2.3.1 Yêu cầu...................................................................................................................22

2.3.2 Thiết kế mạch cấp nguồn......................................................................................23
2.4 Mô phỏng bộ biến đổi cơng suất....................................................................................23
2.4.1 Mạch chỉnh lưu......................................................................................................23
c)

Có mạch cầu H và có điều khiển..........................................................................28

2.5 Thiết kế mạch phát xung cho bộ điều khiển...................................................................29
2.5.1 Nguyên lý điều khiển của mạch điều khiển độ rộng xung.................................29
1

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

2.5.2 Nguyên lý điều khiển.............................................................................................30
2.5.3 Cách tạo ra xung PWM bằng phần mềm (Arduino).........................................31
CHƯƠNG III : TÍNH CHỌN PHẦN ĐO LƯỜNG, BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ HOÀN THIỆN
SƠ ĐỒ MẠCH PHẦN CỨNG TOÀN HỆ THỐNG...............................................................34
3.1 Đo lường và cảm biến..................................................................................................34
3.1.1. Cảm biến tốc độ:...................................................................................................34
3.2. Tính chọn cảm biến dịng điện:..............................................................39
3.2.1. Cấu tạo :................................................................................................................40
..........................................................................................................................................40
3.2.2. Nguyên lý hoạt động :..........................................................................................40
3.3 Nguyên lý hoạt động tồn hệ thống :.............................................................................41
CHƯƠNG IV : THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ....................................................42
4.1 Khái quát chung về ARDUINO.....................................................................................42
4.1.2 Các chân của Arduino uno....................................................................................43

4.1.3. Lập trình cho arduino bằng phần mền arduino IDE........................................44
4.2. TÌM HIỂU PID TRONG VI ĐIỀU KHIỂN..................................................................45
4.2.1. PID rời rạc ( PID số).............................................................................................46
4.2.2 Viết chương trình PID..........................................................................................46
4.3 Code điều khiển hồn chỉnh hệ thống............................................................................47
CHƯƠNG V : MƠ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB/SIMULINK..............................51
5.1 Mô phỏng nguyên lý ( Matlab Simulink):......................................................................51
5.1.2Mơ phỏng khi chưa có bộ điều khiển...................................................................51
5.1.3 : Mơ phỏng khi có bộ điều khiển tốc độ .............................................................52
5.2 Mơ hình thực tế :............................................................................................................53
5.2.1 Mạch cầu H............................................................................................................53
5.2.2 Mạch chỉnh lưu......................................................................................................55
5.2.3 Mơ hình hồn thiện...............................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................57

2

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

LỜI MỞ ĐẦU



LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đối với các thầy cô của trường Đại Học
Bách khoa – Đà Nẵng, đặc biệt là các thầy cơ khoa Điện – Điện Tự Động Hóa

của trường đã truyền đạt cho chúng em nhiều kiến thức bổ ích trong suốt thời
gian học trên lớp. Và em cũng xin chân thành cám ơn thầy Lê Tiến Dũng đã
nhiệt tình hướng dẫn hướng dẫn em hoàn thành tốt bài báo cáo đồ án môn học
truyền động điện tự động. Nếu khơng có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy
thì em nghĩ bài báo cáo này của nhóm em rất khó có thể hồn thành được.
Trong q trình làm bài báo cáo đồ án mơn học khó tránh khỏi sai sót, rất
mong thầy bỏ qua. Đồng thời do kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn
hạn chế nên bài báo cáo khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong
nhận được ý kiến đóng góp thầy để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ
hoàn thành bài báo cáo tốt hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

3

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................

...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................

Đà Nẵng, ngày….tháng…. năm….
Giáo viên hướng dẫn

CHƯƠNG 0: TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN
4

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()

lOMoARcPSD|2935381

1.1 Lý do chọn đề tài
Trong bối cảnh Việt Nam đã là thành viên của tổ chức thương mại thế giới
(WTO),xu thế hội nhập ngày càng sâu rộng dẫn đến sự giao lưu hợp tác trên
nhiều lĩnh vực, trong đó có lĩnh vực khoa học kỹ thuật. Các dây chuyền sản xuất
mới có kỹ thuật hiện đại đã dần thay thế những dây chuyền lạc hậu, lỗi thời.
Trong một dây chuyền sản xuất hiện đại thì khâu truyền động giữ một vai trò
quan trọng. Tùy theo yêu cầu và mục đích của dây chuyền mà truyền động thực
hiện các cơng đoạn khác nhau trong một quy trình sản xuất. Do đó nó ảnh
hưởng tới việc nâng cao chất lượng sản phẩm và năng suất sản xuất.
Và xuất phát từ mong muốn hiểu rõ hệ thống Băng chuyền, một trong những
hệ thống vô cùng quan trọng trong hệ thống dây chuyền sản xuất của các nhà
máy, xí nghiệp. Hệ thống băng chuyền nhờ những tính năng ưu việt đã có nhiều
sự ứng dụng quan trọng sự phát triển của các doanh nghiệp sản xuất. Vì vậy
nhóm chúng em đã chọn đề tài này để nghiên cứu.
1.2 Mục tiêu của dự án
Dự án tập trung vào việc mô phỏng hệ thống điều khiển và giám sát các thông
số của hệ thống với mục đích duy trì ổn định tốc độ của băng chuyền so với giá
trị mong muốn khi có tác động của nhiễu vào đối tượng.
Bên cạnh đó, các thành viên mong muốn được nâng cao kiến thức, kỹ năng và
thái độ làm việc của bản thân
1.3 Sản phẩm của dự án
Bản vẽ mơ hình hệ thống tải, mạch ngun lý, sơ đồ mô phỏng, mô phỏng bộ
điều khiển động cơ khi mang tải, đo lường giá trị tốc độ, dòng điện và phần
giám sát.
1.4 Các yêu cầu về kĩ thuật
Các kết quả mơ phỏng phải thể hiện chính xác các tính chất của tải, động cơ
để hạn chế tối đa các lỗi kỹ thuật trong quá trình xây dựng mạch và mơ hình
thực tế.

1.5 Kế hoạch cơng việc
a) Bảng tóm tắc công việc

5

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

Hình 1.1 Bảng tóm tắt cơng việc
b) Sơ đồ giantt
8/22/2022 9/11/2022 10/1/2022 10/21/202211/10/202211/30/202212/20/2022
Tìm hi ểu dự án, phân cơng nhi ệm vụ
Tổng quan hệ thơống
Thiếốt kếố mơ hình, tính tốn yếu câầu tải
Tính chọn đ ộng cơ, ki ểm nghiệm qua mô phỏng
Thiếốt kếố m ạch công suâốt + Báo cáo
Tính chọn phâần đo lường + Báo cáo
Thiếốt kếố m ạch nguôần + m ạch điếầu khi ển + Báo cáo
Mô phỏng matlab - simulink
Mua thiếốt bị
Lắốp m ạch, kiểm tra
Thử mạch + chỉnh sửa
Đo lường lâốy sôố li ệu
Mô phỏng tồn hệ thơống
Hồn thiện mơ hình
Hồn thiện báo cáo

Hình 1.2 Sơ đồ giantt

6

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

1.6 Bản vẽ mơ hình hệ thống

Hình 1.3 mơ hình băng tải

7

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU BÀI TỐN, TÍNH TỐN
THIẾT KẾ PHẦN ĐỘNG LỰC

1.1 Mơ tả dự án

Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát của hệ thống

 Thiết kế hệ thống điều khiển truyền động điện sử dụng động cơ điện 1
chiều kích từ độc lập.

Hình 2.2: Cấu trúc của tải

Yêu cầu đặt ra là thiết kế hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều để vận
hành tải như hình 2.2 chạy theo tốc độ như hình bên dưới.
8

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

Đồồ th ị tồố c đ ộ mong muồố n

u (m/s)

0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
0
-0.05
-0.1
-0.15
-0.2
-0.25

0.2

2

0.2

4

6

8

10

0

0

12

14

0

16

18

20

-0.2

22

24

26

28

-0.2

t (s)

Hình 1.3: Tốc độ yêu cầu của tải
Chọn tốc độ băng tải : 0,2m/s ; chọn m=1,5Kg ; =1
Với yêu cầu như trên, ta cần xây dựng một hệ thống có khả năng tự động điều
chỉnh để kéo tải hoạt động mà không cần phải điều khiển thô bằng tay, tuy
nhiên tốc độ tải vẫn phải đảm bảo và hoạt động ổn định.

Hệ thống bao gồm:
Nguồn điện xoay chiều 220 V
Bộ biến đổi: Bộ chỉnh lưu biến đổi nguồn xoay chiều 3 pha thành nguồn
1 chiều.
Động cơ điện 1 chiều để kéo tải.
Tải
Cảm biến tốc độ (Encoder): Đo tốc độ thực của động cơ
Cảm biến dòng: Đo dòng điện phần ứng động cơ
Bộ điều khiển: Tính tốn, xử lí để đưa ra điện áp điều khiển cần thiết
Mạch phát xung: Nhận tín hiệu từ bộ điều khiển và phát xung để điều
khiển bộ biến đổi.
Ngun lí chung:
•

Tín hiệu về tốc độ và dòng điện đầu ra của động cơ được đo bởi cảm biến
và truyền về cho bộ điều khiển.
•
Bộ điều khiển có chức năng tính tốn, xử lí một cách tự động để xuất ra
tín hiệu điều khiển cần thiết cho mạch phát xung.
9

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

•
Mạch phát xung làm thay đổi các góc kích mở của bộ biến đổi nên làm
thay đổi điện áp cấp cho phần ứng của động cơ, từ đó tốc độ thay đổi theo giá trị
mong muốn ban đầu.
1.2 Phân tích u cầu hệ thống

Hình 1.4: Sơ đồ cơng nghệ của tải
là momen quán tính của tải
M là khối lượng của tải
r là bán kính của rulo
Áp dụng định luật II Newton cho tải M:
F - Fl = M
Trong đó:
u= rωm
Khi thiết kế có thể bỏ qua Fl, suy ra momen phụ tải như sau:
T=r.Fe =
Momen qn tính nhỏ có thể bỏ qua, momen điện cần thiết của động cơ là:
Tem=T=r.Fe=.M.

1.2.1
Tính tốn đặc tính tải u cầu
a) Chọn tốc độ
• Bán kính Rulo :
=0,017m
• Tốc độ quay Rulo :
=
• Tỷ số truyền động :
( )
10

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

b) Xác định momen tải, qn tính
• Từ 0 2 Động cơ từ = 0 = 11,76
• Từ 2 10 Động cơ giữ nguyên = 11,76
• Từ 10 12 Động cơ quay chậm từ = 11,76 về = 0
• Từ 12 14 Động cơ nghỉ = 0
• Từ 14 16 Động cơ tăng tốc theo chiều ngược lại từ = 0 = -11,76
• Từ 16 24 Động cơ giữ nguyên tốc độ = -11,76
• Từ 24 26 Động cơ tắt dần từ = -11,76 về = 0
 Momen tải :
Do

không đáng kể ta bỏ qua momen quán tính
=

0s 2s : =0,252Nm
2s 10s : =0,25Nm
10s 12s: = -0,252Nm
12s 14s: = 0,25Nm
14s 16s: = -0,252Nm
16s 24s: =0,25Nm
24s 26s: =0,252Nm

c) Quy đổi momen tải về quy đổi trục động cơ
 Chọn tỷ số truyền =
0s 2s : =0,252Nm
2s 10s : =0,25Nm
10s 12s: = -0,252Nm
12s 14s: = 0,25Nm
14s 16s: = -0,252Nm
16s 24s: =0,25Nm
11

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

24s 26s: =0,252Nm

Đồồ thị momen tải động cơ
0.3

0.25
0.25

0.25

0.25

0.25
0.25 0.25

0.2
0.1
T (N.m)

0
0
-0.1

2

-0.2

4

6

8

10

12

0 0 0 0
14 16 18

20

-0.25 -0.25 -0.25 -0.25

-0.3
t (s)

Hình 1.5: Đồ thị momen theo thời gian
d) Công suất động cơ

 P= .
• T = 0s : = 0W
• T = 2s :
= 2,96W
= 2,94W
• T = 10s : = 2,94W
= 2,96W
• T = 1214s : = 0W
= 2,96W
• T = 16s : = 2,96W
= 2,94W
• T = 24s : = 2,94W
= 2,96W
• T = 26s : = 0W

12

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()

22

24

26


lOMoARcPSD|2935381

Đôầ thị công suâốt độnng cơ
3.5

2.962.942.942.96

3

2.96
2.94

2.96
2.94

2.5
2

P (W)
1.5
1

0.5

0

0
0

0 0
2

4

6

0 0 0
8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

t (s)

Hình 1.6: Đồ thị cơng suất động cơ
e) Chọn Mđm và Pđm
• Momen đẳng trị
= 0,125 Nm
• Cơng suất đẳng trị
= 2,83 W
• Cơng suất điện : = . 1,4 = 3,962 ( W )

Chọn động cơ giảm tốc :







DC Motor : 25GA370
Công suất : 5 W
Tốc độ
: 500 v/ph
Động cơ kích thước 25mm *(L + 31)mm
Đường kính trục kích thước 4mm
Vòng quay CW, CCV

13

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

Hình 1.7 Động cơ giảm tốc

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT
2.1. Mạch cầu H
2.1.1. Giới thiệu tổng quát

14

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

Khi đóng S1 và S4, dịng điện sẽ đi từ nguồn qua S1 qua động cơ rồi qua S4 về
mass làm cho động cơ chạy theo chiều thuận. Chiều dòng điện sẽ ngược lại khi
ta đóng S2 và S3, động cơ sẽ quay nghịch.
Khơng được đóng cùng lúc S1 và S2 hoặc S3 và S4 vì sẽ tạo ra một đường dẫn
trực tiếp từ Vcc xuống GND và gây nên hiện tượng ngắn mạch. Có thể hỏng
nguồn thậm chí gây cháy nổ mạnh.
Và cũng khơng nên đóng cùng lúc cả 4 cơng tắt. Vì khi làm như vậy cả 2 đầu
của động cơ sẽ có cùng một mức điện áp. Sẽ khơng có dịng điện nào chạy qua.
Đây cũng có thể coi là một cách hãm động cơ nhưng không phải lúc nào cũng
có tác dụng

2.1.2 Mạch cầu H dùng MOSFET
 MOSFET
Mosfet có khả năng đóng nhanh với dịng điện và điện áp khá lớn nên nó được
sử dụng nhiều trong các bộ dao động tạo ra từ trường. Vì do đóng cắt nhanh làm
cho dịng điện biến thiên. Nó thường thấy trong các bộ nguồn xung và cách
mạch điều khiển điện áp cao.
Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N:
15

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo MOSFET

- G (Gate): cực cổng. G là cực điều khiển được cách lý hoàn tồn với cấu
trúc bán dẫn cịn lại bởi lớp điện mơi cực mỏng nhưng có độ cách điện cực lớn
dioxit-silic
- S (Source): cực nguồn
- D (Drain): cực máng đón các hạt mang điện
Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vơ
cùng lớn, cịn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch
giữa cực G và cực S (UGS)
Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 do
hiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện
trở RDS càng nhỏ.
Phân loại:
- N-MOSFET: chỉ hoạt động khi nguồn điện Gate là zero, các electron

bên trong vẫn tiến hành hoạt động cho đến khi bị ảnh hưởng bởi nguồn điện
Input.
- P-MOSFET: các electron sẽ bị cut-off cho đến khi gia tăng nguồn điện
thế vào ngỏ Gate
Nguyên lý hoạt động
Mosfet hoạt động ở 2 chế độ: đóng và mở. Do là một phần tử với các hạt
mang điện cơ bản nên Mosfet có thể đóng cắt với tần số rất cao. Nhưng mà để
đảm bảo thời gian đóng cắt ngắn thì vấn đề điều khiển lại là vấn đề quan trọng .
Mạch điện tương đương của Mosfet. Nhìn vào đó ta thấy cơ chế đóng cắt
phụ thuộc vào các tụ điện ký sinh trên nó.

16

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

Đối với kênh P : Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs0. Dòng điện sẽ đi
từ S đến D
Đối với kênh N : Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs >0. Điện áp điều
khiển đóng là Ugs <= 0. Dòng điện sẽ đi từ D xuống S.
Do đảm bảo thời gian đóng cắt là ngắn nhất: Mosfet kênh N điện áp khóa
là Ugs = 0 V cịn kênh P thì Ugs ~ 0.
2.1.3 Thiết kế mạch cầu H
Ban đầu MOSFET khơng được kích, khơng có dịng điện trong mạch,
điện áp chân S bằng 0. Khi MOSFET được kích và dẫn, điện trở dẫn DS rất nhỏ
so với trở kháng của motor nên điện áp chân S gần bằng điện áp nguồn là 12V.
Do yêu cầu của MOSFET, để kích dẫn MOSFET thì điện áp kích chân G phải
lớn hơn chân S ít nhất 3V, nghĩa là ít nhất 15V trong khi chúng ta dùng vi điều

khiển để kích MOSFET, rất khó tạo ra điện áp 15V. Như thế MOSFET kênh N
khơng phù hợp để làm các khóa phía trên trong mạch cầu H. MOSFET loại P
thường được dùng trong trường hợp này. Tuy nhiên, một nhược điểm của
MOSFET kênh P là điện trở dẫn DS của nó lớn hơn MOSFET loại N. Vì thế, dù
được thiết kế tốt, MOSFET kênh P trong các mạch cầu H dùng 2 loại MOSFET
thường bị nóng và dễ hỏng hơn MOSFET loại N, công suất mạch cũng bị giảm
phần nào. Dùng 2 MOSFET kênh N IRF540 và 2 MOSFET kênh P IRF9540
làm các khoá cho mạch cầu H. Dùng vi điều khiển để kích các MOSFET, sử
dụng Opto để cách ly.

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi mạch cầu H

17

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

Hình 2.3: Sơ đồ mạch cầu H
2.1.4 Lý do chọn
-Ta chọn mạch cầu H dùng để điều khiển động cơ vì động cơ chúng ta sử dụng
là động cơ một chiều công suất thấp, tải nhỏ. Mạch cầu H đáp ứng được tiêu chí
về mặt kinh tế giá thành hợp lý, độ ổn định và độ bền của hệ thống cũng rất cao,
có thể điều khiển chinhs xác được tốc độ động cơ.

2.2 Tính chọn mạch cơng suất điều khiển tốc độ động cơ
2.2.1 Chọn van công suất
Chọn MOSFET làm van công suất :
MOSFET kênh P (Q3 và Q4) IRF9540

Loại gói: TO-220, TO-220AB và các gói khác
Loại transistor: Kênh P
Điện áp tối đa từ cực máng đến cực nguồn: -100V
Điện áp tối đa từ cực cổng đến cực nguồn: ± 20V
Dòng cực máng liên tục tối đa: -19A
Điện trở cực máng đến cực nguồn trong trạng thái bật: 200 Ohm
Dòng xung cực máng tối đa: -76A
Công suất tiêu tán tối đa: 150W
Nhiệt độ lưu trữ và hoạt động tối đa: -55 đến +175 độ C.

18

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

Hình 2.4: IRF9540
Thơng số :

Chọn MOSFET kênh N (Q1 và Q2) IRF540 :
Loại gói: TO-220
Loại transistor: Kênh N
Điện áp tối đa từ cực máng đến cực nguồn: 100V
Điện áp tối đa từ cực cổng đến cực nguồn phải là: ± 20V
Dòng cực máng liên tục tối đa là: 23A (Các nhà sản xuất khác nhau có định mức
19

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()

lOMoARcPSD|2935381

hơi khác nhau về dòng cực máng liên tục)
Dòng cực máng xung tối đa là: 92A (Các nhà sản xuất khác nhau có định mức
hơi khác nhau về dịng cực máng liên tục)
Công suất tiêu tán tối đa là: 100W
Điện áp tối thiểu cần thiết để dẫn điện: 2V đến 4V
Nhiệt độ bảo quản và hoạt động phải là: -55 đến +150 độ C

HÌNH 2.5: IRF540
Thơng số:

Chọn OPTO PC817
Loại gói: Dip 4 chân và SMT
Loại transistor: NPN
20

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

Dịng cực góp tối đa (IC): 50mA
Điện áp cực góp - cực phát tối đa (VCEO): 80V
Điện áp bão hòa cực góp - cực phát: 0,1 đến 0,2
Điện áp cực phát - cực gốc tối đa (VEBO): 6V
Công suất tiêu tán cực góp tối đa (Pc): 200 mW
Nhiệt độ lưu trữ và hoạt động phải là: -55 đến +120 độ C để lưu trữ và -30 đến
+100 để hoạt động

Hình 2.6 : Opto PC817
Thơng số :

2.2.2 Tính tốn bộ lọc
21

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

- Để ổn định điện áp sau mạch chỉnh lưu ta mắc song song với một tụ điện.
- Để đánh giá hiệu quả của bộ lọc, sử dụng hệ số san bằng ksb với:
k sb 

qin
qout

Trong đó : qin là hệ số đập mạch đầu vào, là hệ số đập mạch của sơ đồ
chỉnh lưu trước bộ lọc, trong trường hợp chỉnh lưu cầu một pha khơng điều
khiển thì qin 0.67
qout là hệ số đập mạch đầu ra, đặc trưng cho khả năng giảm độ
đập mạch của bộ lọc
qout 

qin 0.67

0.083
ksb

8

- Chọn k sb 8 , suy ra
- Giả sử dòng xoay chiều chỉ qua tụ điện,dòng 1 chiều sẽ qua tải động cơ ,
giá trị
C

106
106

 958.76  F
2  f p R qout 2 50 2 20 0.083

tụ lọc tính gần đúng :
 Chọn tụ có dung kháng giá trị 1000uF

Hình 2.7 : Tụ 100uF
2.3. Thiết kế mạch biến áp
2.3.1 Yêu cầu
Để đưa được đến tải một điện áp ra Ud theo yêu cầu, cần phải tính đến nhiều
yếu tố nhằm bù hết các sụt áp trên đường ra tải. Các sụt áp như sụt áp trên điện
22

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

kháng máy biến áp, trên điện trở cuộn dây, điện trở dây dẫn, sụt áp trên các van,
sụt áp do hiện tượng chuyển mạch. Vì vậy điện áp một chiều ra đến tải lúc này

được xác định:

Trong đó:
+ Udi là điện áp chỉnh lưu lý tưởng, trong trường hợp chỉnh lưu một pha hình
cầu thì
là tổng tất cả các sụt
áp đến khi ra tải.
2.3.2 Thiết kế mạch cấp nguồn
 Điện áp đầu vào : 15VAC.
 Điện áp đầu ra 15VDC .
 Có bảo vệ chống dịng ngược.
Các linh kiện cần có trong mạch:






Cầu chỉnh lưu 3A.
Diode 3A.
Tụ điện hóa 1000uF
Tụ điện không phân cực 100nF.
Led báo nguồn và điện trở Led.

Nguyên lý : Cho dòng điện xoay chiều 220V qua máy biến áp để hạ điện
áp, rồi lại qua một bộ chỉnh lưu cầu một pha để biến dòng điện xoay
chiều thành dòng điện một chiều. Tiếp tục là qua tụ lọc 10000 F để san
phẳng điện áp rồi qua mạch ổn áp để lấy nguồn 15V và 5V.
- 15V cấp cho mạch cầu H.
-

Hình 2.8: Sơ đồ mạch cấp nguồn
2.4 Mô phỏng bộ biến đổi công suất
2.4.1 Mạch chỉnh lưu

23

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()


lOMoARcPSD|2935381

a) Khi chưa lọc

Hình 2.9 : Sơ đồ khối chưa lọc

Hình 2.10 :Mơ phỏng simulink chưa lọc
Ngun lý mạch chỉnh lưu không sử dụng tụ lọc như sau:
+ Ở bán kỳ dương Vs > 0: Dòng điện đi từ nguồn qua D1, qua R, qua D2 về
nguồn âm. Điện áp và dòng điện tải dương, điện áp tải bằng với điện áp nguồn
Vo = Vs.
24

Downloaded by EBOOKBKMT VMTC ()