điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

Đại Học Đông Á - 1 - Khoa: Điện
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay đại đa số các lĩnh vực sản xuất, điều khiển, giám sát, đo lường…đều
được trang bị hệ thống tự động hóa. Một trong số vi mạch được sử dụng đó là kỹ
thuật vi điều khiển. Nhờ tính năng ưu việt của bộ vi điều khiển như: khả năng lập
trình phù hợp với thiết kế nhỏ và lớn cũng như giao tiếp với các thiết bị ngoại vi và
máy tính đã đem lại sự hoàn hảo, độ chính xác và tính mềm dẻo cao thông qua giao
tiếp giữa người và máy. Vi điều khiển quản lý và điều khiển hoạt động của hệ thống
thông qua phần mềm, nhờ vậy mà ta có thể mở rộng và thay đổi hoạt động một cách
dễ dàng bằng cách thay đổi một số thông số của chương trình.
Hệ thống điện tử số sử dụng bộ vi điều khiển và máy tính trong các dây
chuyền sản xuất công nghiệp, thực hiện nhiệm vụ điều khiển và giám sát hệ thống.
Ngoài ra vi điều khiển cũng có mặt trong các sản phẩm công nghiệp và tiêu dùng
như: lò vi ba, lò sưỡi, máy giặt, hệ thống cảnh báo và giám sát của các phương tiện
giao thông… và trong nhiều thiết bị công nghiệp khác.
Trong tập đồ án này em xin phép được giới thiệu về phương pháp điều chỉnh
tốc độ động cơ một chiều giao tiếp với máy tính sử dụng chip vi điều khiển 8051.
Việc định hướng xây đựng đề tài này xuất phát từ nhu cầu thực tế trong đời
sống hiện tại. Nội dung của đồ án gồm có 4 chương:
- Chương 1: TỔNG QUAN HỌ VI ĐIỀU KHIỂN
- Chương 2: TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
- Chương 3: THIẾT KẾ THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG
CƠ MỘT CHIỀU
- Chương 4: TÌM HIỀU VỀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TỪ MÁY
TÍNH VÀ LẮP RÁP MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN
Qua nổ lực nghiên cứu, tìm hiểu của bản thân cùng với sự hướng dẫn tận tình
chu đáo của Thầy giáo Lê Viết Vĩnh em đã hoàn thành đồ án này.
Với khoảng thời gian có hạn cũng như trình độ kiến thức em còn hạn chế nên
em tin chắc rằng hệ thống này hoạt động chưa được tối ưu và cũng sẻ không tránh
khỏi những thiếu sót. Em kính mong Thầy Cô thông cảm, giúp đỡ và chỉ bảo thêm
cho em những kinh nghiệm quý báu.

Em xin chân thành cảm ơn.!
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Đại Học Đông Á - 2 - Khoa: Điện
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HỌ VI ĐIỀU KHIỂN
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÁC HỌ VI XỮ LÝ VÀ CÁC HỌ VI ĐIỀU KHIỂN
THÔNG DỤNG.
1.1.1 Lịch sử phát triển của bộ vi xử lý và bộ vi điều khiển.
Sự ra đời và phát triển nhanh chóng của kỹ thuật vi điện tử mà đặc trưng là kỹ
thuật vi xử lý đã tạo ra một bước ngoặt quan trọng trong sự phát triển của khoa học
tính toán, điều khiển và xử lý thông tin. Kỹ thuật vi xử lý đóng một vai trò rất quan
trọng trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống và khoa học kỹ thuật, đặc biệt là lĩnh
vực Tin học và Tự động hóa.
Năm 1971, hãng Intel đã cho ra đời bộ vi xử lý (microprocessor) đầu tiên trên
thế giới tên gọi là Intel-4004, nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết của một công ty kinh
doanh là hãng truyền thông BUSICOM. Intel-4004 là kết quả của một ý tưởng quan
trọng trong kỹ thuật vi xử lý số. Đó là một kết cấu logic mà có thể thay đổi được
chức năng của nó bằng chương trình ngoài chứ không phát triển theo hướng tạo ra
một cấu trúc cứng chỉ thực hiện một số chức năng nhất định như trước đây.
Sau đó, các bộ vi xử lý mới liên tục được đưa ra thị trường và ngày càng được
phát triển, hoàn thiện hơn trong các thế hệ sau:
Vào năm 1971, hãng Intel đưa ra bộ vi xử lý 8-bit đầu tiên với tên Intel-8008.
Năm 1975, Intel chế tạo bộ vi xử lý 8-bit 8080 và 8085.
Cũng vào khoảng thời gian 1975, một loạt các hãng khác trên thế giới cũng đã
giới thiệu các bộ vi xử lý tương tự: 6800 của Motorola với 5000 tranzitor, Signetics
6520, 1801 của RCA, kế đến là 6502 của hãng MOS Technology và Z80 của hãng
Zilog.
Vào năm 1976 Intel giới thiệu bộ vi điều khiển (microcontroller) 8748, một
chip tương tự như các bộ vi xử lý và là chip đầu tiên trong họ vi điều khiển MCS-
48. 8748 là một vi mạch chứa trên 17000 transistor, bao gồm một CPU, 1K byte

EPRAM, 64 byte RAM, 27 chân xuất nhập và một bộ định thời 8-bit. IC này và các
IC khác tiếp theo của họ MCS-48 đã nhanh chóng trở thành chuẩn công nghiệp
trong các ứng dụng hướng điều khiển (control-oriented application).
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Đại Học Đông Á - 3 - Khoa: Điện
Năm 1978 xuất hiện Intel 8086 là loại bộ xi xử lý 16 bit với 29.000 tranzitor,
Motorola 68000 tích hợp 70.000 tranzitor, APX 432 chứa 120.000 tranzitor. Bộ vi
xử lý của Hewlet Pakard có khoảng 450.000 tranzitor. Từ năm 1974 đến 1984 số
tranzitor tích hợp trong một chip tăng khoảng 100 lần.
Năm 1983, Intel đưa ra bộ vi xử lý 80286 dùng trong các máy vi tinh họ AT
(Advanced Technology). 80286 sử dụng I/O 16 bit, 24 đường địa chỉ và không gian
nhớ địa chỉ thực 16MB. Năm 1987, Intel đưa ra bộ vi xử lý 80386 32-bit. Năm 1989
xuất hiện xuất hiện bộ vi xử lý Intel 80486 là cải tiến của Intel 80386 với bộ nhớ ẩn
và mạch tính phép toán đại số dấu phẩy động.
Năm 1992, xuất hiện Intel 80586 còn gọi là Pentium 64 bit chứa 4 triệu tranzitor.
Độ phức tạp, sự gọn nhẹ về kích thước và khả năng của các bộ vi điều khiển
được tăng thêm một bậc quan trọng vào năm 1980 khi Intel công bố chip 8051, bộ
vi điều khiển đầu tiên của họ vi điều khiển MCS-51. So với 8048, chip 8051 chứa
trên 60.000 transistor bao gồm 4K byte ROM, 128 byte RAM, 32 đường xuất nhập,
1 port nối tiếp và 2 bộ định thời 16-bit – một số lượng mạch đáng chú ý trong một
IC đơn.
Từ các bộ vi xử lý ban đầu chỉ là các bộ xử lý trung tâm trong một hệ thống,
không thể hoạt động nếu thiếu các bộ phận như RAM, ROM, bo mạch chủ Các
hãng đã phát triển các bộ vi xử lý này lên thành các bộ vi điều khiển để phục vụ các
mục đích riêng biệt, khác nhau trong công nghiệp. Một bộ vi điều khiển là một hệ vi
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Hình 1.1. Sự phát triển của Vi xủ lí, Vi điều khiển .
20042000199519901985198019751970
Số Transistor
10K

100K
1000K
10.000K
100.000K
Pentum IV
“Prescott 125M”
Pentum IV
(42M)
Pentum III
(9.5M)
Pentum II
(7.5M)
80486
(1.2M)
80386
(275K)
8088
(29K)
8080
(6K)
4004
(2.3K)
80286
(134K)
Đại Học Đông Á - 4 - Khoa: Điện
xử lý thật sự được tổ chức trong một chip (trong một vỏ IC) bao gồm một bộ vi xử
lý (microprocessor), bộ nhớ chương trình (ROM), bộ nhớ dữ liệu (RAM), tuy không
bằng dung lượng RAM ở các máy vi tính nhưng đây không phải là một hạn chế vì
các bộ vi điều khiển được thiết kế cho một mục đích hoàn toàn khác, ngoài ra trên
chip còn có bộ xử lý số học-logic (ALU) cùng với các thanh ghi chức năng, các

cổng vào/ra, cơ chế điều khiển ngắt, truyền tin nối tiếp, các bộ định thời Hiện nay,
các bộ vi điều khiển được sử dụng rất rộng rãi và ngày càng được chuẩn hóa để có
thể sử dụng rộng rải trong các ngành công nghiệp, có mặt trong nhiều máy móc,
trong các hàng tiêu dùng.
1.1.2 Ưu và khuyết điểm của các bộ vi điều khiển.
Các công việc được thực hiện bởi các bộ vi điều khiển thì không mới. Điều mới là
các thiết kế hiện thực với ít thành phần hơn so với các thiết kế trước đó. Các thiết kế
trước đó đòi hỏi phải vài chục hoặc vài trăm IC để thực hiện nay chỉ cần một ít
thành phần trong đó bao bộ vi điều khiển. Số thành phần được giảm bớt, hiệu quả
trực tiếp của tính khả lập trình của các bộ vi điều khiển và độ tích hợp cao trong
công nghệ chế tạo vi mạch, thường chuyển thành thời gian phát triển ngắn hơn, giá
thành khi sản xuất thấp hơn, công suất tiêu thụ thấp hơn và độ tin cậy cao hơn.
Vấn đề ở đây là tốc độ. Các giải pháp dựa trên bộ vi điều khiển không bao giờ
nhanh bằng giải pháp dựa trên các thành phần rời rạc. Những tình huống đòi hỏi
phải đáp ứng thật nhanh đối với các sự kiện (thường chiếm thiểu số trong các ứng
dụng) sẽ được quản lý tồi khi dựa vào các bộ vi điều khiển.
Tuy nhiên trong vài ứng dụng, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến con
người, các khoảng thời gian trễ tính bằng nsec, µsec hoặc thậm chí msec là không
quan trọng. Việc giảm bớt các thành phần là một điều lợi như đã đề cập, các thao
tác trong chương trình điều khiển làm cho thiết kế có thể thay đổi bằng cách thay
đổi phần mềm. Điều này có ảnh hưởng tối thiểu đến chu kỳ sản xuất. Do đó các bộ
vi điều khiển có thể được ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng phục vụ con người.
Để có thể hiểu rõ hơn về các bộ vi điều khiển, chúng ta sẽ tìm hiểu về một số
các họ vi điều khiển của một số hãng điện tử điển hình đang được sử dụng rộng rãi
trong khoa học kỹ thuật và đời sống.
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Đại Học Đông Á - 5 - Khoa: Điện
1.2 GIỚI THIỆU VỀ HỌ VI ĐIỀU KHIỂN MCS-51.
1.2.1 Tóm tắt phần cứng:
Họ vi điều khiển MCS-51 được hãng Intel cho ra đời vào năm 1980 với bộ vi

điều khiển đầu tiên của nó là chip 8051.
Cấu trúc cơ bản của chip vi điều khiển 8051 được biểu diễn như hình 1.2.
Hình 1.3 cho ta sơ đồ chân của chip 8051. Như ta thấy, 32 trong số 40 chân
của 8051 có tác dụng xuất/nhập, hình thành 4 port 8-bit. Với các thiết kế yêu cầu
một mức tối thiểu bộ nhớ ngoài hoặc các thành phần bên ngoài khác, ta có thể sử
dụng các port này làm nhiệm vụ xuất/nhập, 8 đường cho mỗi port có thể được xử lý
như là một đơn vị giao tiếp với các thiết bị song song như máy in, bộ biến đổi
D/A,.v.v… hoặc mỗi đường có thể hoạt động độc lập giao tiếp với một thiết bị đơn
bit như chuyển mạch, LED, tranzistor, cuộn dây, động cơ
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Hình 1.2- Sơ đồ khối của chip 8051
Đại Học Đông Á - 6 - Khoa: Điện
Port 0.
Port 0 có 2 tác dụng. Trong các thiết kế ứng dụng tối thiểu, không có giao tiếp
với các thành phần bên ngoài như RAM ngoài, ROM ngoài , port 0 được sử dụng
như một cổng xuất/nhập thông thường. Khi thiết kế hệ thống mà cần sử dụng bộ
nhớ ngoài, port 0 được sử dụng là cổng địa chỉ và dữ liệu đa hợp. Port 0 nếu là cổng
địa chỉ thì nó sẽ là phần byte thấp của bus địa chỉ.
Port 1.
Port 1 chỉ có một tác dụng là cổng xuất nhập. Nó chỉ dùng để giao tiếp với
thiết bị ngoại vi khi có yêu cầu. Không có chức năng nào đặc biệt cho các chân của
port 1. Tuy nhiên với các bộ vi điều khiển khác như 8052 thì các chân P1.0 và P1.1
còn được sử dụng làm các đường ngõ vào cho mạch định thời thứ ba.
Port 2.
Port 2 có hai tác dụng, hoặc làm nhiệm vụ là cổng xuất nhập, hoặc là phần
byte cao của bus địa chỉ 16-bit cho các thiết kế hệ thống cần nhiều hơn 256 byte bộ
nhớ ngoài.
Port 3.
Port 3 có hai tác dụng, ngoài nhiệm vụ như một cổng xuất nhập thông thường.
Khi không hoạt động xuất nhập thì mỗi chân của port 3 đều có một chức năng riêng

như: Ngắt, phát và thu tín hiệu truyền thông, dùng cho các bộ định thời và ghi đọc
bộ nhớ ngoài.
Chân cho phép bộ nhớ ngoài /PSEN - Program Store Enable.
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Hình 1.3- Sơ đồ chân 8051 và hình thực tế của một chip cùng họ
Đại Học Đông Á - 7 - Khoa: Điện
Chân này thường được nối với chân cho phép xuất /OE (Output Entable) của
EPRROM (hoặc của ROM) để cho phép đọc các byte lệnh. Tín hiệu /PSEN ở lôgic
‘0’ trong suốt thời gian tìm nạp lệnh. Các mã nhị phân của chương trình (opcode)
được đọc từ EPROM, qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh IR của 8051
để được giải mã. Khi thực thi một chương trình trong ROM nội, /PSEN được duy
trì ở lôgic không tích cực (logic 1).
Chân cho phép chốt địa chỉ ALE - Address Latch Enable.
Là tín hiệu xuất ra để giải đa hợp bus địa chỉ và bus dữ liệu. Trong 1/2 chu kỳ
đầu bộ nhớ, chân ALE xuất tín hiệu để chốt địa chỉ (byte thấp của bus địa chỉ 16
bit) vào thanh ghi ngoài khi ta sử dụng port 0 làm byte thấp địa chỉ. Trong 1/2 chu
kỳ bộ nhớ còn lại port 0 sẽ xuất/nhập dữ liệu. Tín hiệu ALE có tần số bằng 1/6 tần
số của mạch dao động bên trong chip vi điều khiển và có thể làm xung clock cho
các phần còn lại của hệ thống (trường hợp ngoại lệ khi thực hiện lệnh MOVX, một
xung ALE (và cả /PSEN) sẽ bị bỏ qua). Chân ALE còn được dùng để nhập xung
ngõ vào lập trình cho EPROM hoặc Flash ROM trên chip đối với chip có loại ROM
này.
Chân truy xuất ngoài /EA - External Address.
Chân này được nối lên 5V khi thực thi chương trình trong RAM nội và được
nối đất khi thực thi chương trình bộ nhớ ngoài. Chú ý đối với các chip không có
RAM nội /EA phải được nối đất. Các chip họ 8051 có EPRAM còn nhận chân
/ALE làm chân nhận điện áp cấp điện 12V cho việc lập trình (nạp) cho EPRAM
nội.
Chân RESET (RST).
Dùng để thiết lập lại trạng thái ban đầu của hệ thống hay gọi tắt là reset hệ.

thống khi được treo ở mức logic 1 ít nhất 2 chu kỳ máy. Các thanh ghi bên trong
của 8051 được nạp các giá trị thích hợp cho việc khởi động lại hệ thống.
Các chân XTAL1 và XTAL2 .
Mạch dao động bên trong chip 8051 được ghép với thạch anh bên ngoài ở 2
chân XTAL1 và XTAL2. Thường tần số là 12MHz và các tụ ổn định có giá trị trong
khoảng 30pF ÷ 33 pF.
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Đại Học Đông Á - 8 - Khoa: Điện
1.2.2 Tổ chức bộ nhớ của 8051.
Các chip vi điều khiển dùng làm thành phần trung tâm trong các thiết kế
hướng điều khiển. Bộ nhớ thường có dung lượng bé hơn nhiều so với một hệ vi xử
lý. Nó còn không có ổ đĩa và hệ điều hành. Chương trình điều khiển phải thường trú
trong RAM. Do vậy, chương trình vẫn được lưu giữ ngay cả khi mất điện.
Do lý do trên, chip 8051 có không gian bộ nhớ riêng cho chương trình và dữ
liệu. Cả bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu đều nằm trong chip. Tuy nhiên ta có
thể mở rộng bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu bằng cách sử dụng các chip nhớ
bên ngoài với dung lượng tối đa là 64K cho bộ nhớ chương trình và 64K cho bộ nhớ
dữ liệu.
1.2.2.1 Bộ nhớ chương trình (RAM).
Bộ nhớ chương trình lưu giữ chương trình điều khiển chip 8051.
Sau khi RESET, CPU bắt đầu thực hiện chương trình từ địa chỉ 0000H. Khi
chương trình lớn quá kích thước bộ nhớ chương trình bên trong chip, chương trình
này phải được nạp vào bộ nhớ chương trình ngoài. Nếu chương trình nằm trong
RAM nội, chân /EA của 8051 phải được treo lên 5V. Nếu chương trình ở RAM
ngoài, chân /EA phải nối đất. Việc truy xuất chương trình ở bộ nhớ ngoài phải kết
hợp với chân tín hiệu truy xuất bộ nhớ ngoài /PSEN.
1.2.2.2 Bộ nhớ dữ liệu (RAM).
8051 có 128 byte RAM ở bên trong chip. Chúng được chia làm nhiều vùng
khác nhau: vùng RAM đa mục đích, vùng RAM định địa chỉ bit, các dãy thanh ghi,
và các thanh ghi chức năng đặc biệt. Ta hãy xem xét từng vùng RAM cụ thể.

- Vùng RAM đa mục đích: Có địa chỉ từ 30H đến 7FH (80 byte). Vùng RAM
này có thể truy xuất bằng cách định địa chỉ trực tiếp hoặc định địa chỉ gián tiếp. Nó
có thể dùng để chứa các biến trong chương trình hay dùng để định địa chỉ cho các
cổng ngoại vi tùy theo mục đích của người sử dụng.
- Vùng RAM định địa chỉ từng bit : Có 128 bit chứa trong các byte ở địa chỉ
từ 20H đến 2FH và 32 byte chứa các thanh ghi (00H đến 1FH).
- Các dãy thanh ghi từ Bank 0 tới Bank 3: Nằm ở 32 byte thấp nhất của
vùng nhớ dữ liệu. Khi RESET hệ thống dãy thanh ghi mặc định là Bank 0. Có thể
chọn Bank bởi thanh ghi từ trạng thái chương trình (PSW- Program Status Word).
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Đại Học Đông Á - 9 - Khoa: Điện
Các lệnh sử dụng các thanh ghi từ R0 đến R7 là các lệnh ngắn và thực hiện nhanh
hơn so với các lệnh tương đương sử dụng kiểu định địa chỉ trực tiếp. Các giá trị dữ
liệu thường được sử dụng nên chứa ở một trong các thanh ghi này.
1.2.2.3Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR- Special Function Register).
Có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt chiếm phần trên của RAM nội có địa chỉ
từ 80H đến FFH. Các địa chỉ được định nghĩa trong vùng RAM này gồm các thanh
ghi điều khiển của 8051, các thanh ghi đệm, và các cổng vào ra.
- Thanh ghi từ trạng thái PSW - Program Status Word: Có địa chỉ là
D0H chứa các bit trạng thái có chức năng khác nhau.
- Thanh ghi chứa ACC: Có địa chỉ là A0H thường được dùng làm biến nhớ
trung gian trong các phép tính toán số học.
- Thanh ghi B: Có địa chỉ là F0H thường được dùng chung với thanh ghi
ACC trong các phép toán nhân chia.
- Các cổng giao tiếp song song: Đó là các cổng P0, P1, P2, P3 được định
địa chỉ tương ứng là 80H, 90H, A0H, B0H.
- Các thanh ghi phục vụ cho truyền thông nối tiếp: SCON (Serial port
CONtrol) và SBUF (Serial data BUFfer): Thanh ghi SCON dùng để thiết lập các
thông số cho việc truyền thông nối tiếp. Còn thanh ghi SBUF dùng làm vùng nhớ
đệm (buffer) cho việc truyền thông.

- Thanh ghi PCON - Power CONtrol: Đây là thanh ghi điều khiển nguồn
cấp cho 8051. Có thể dùng thanh ghi này để đặt bộ vi điều khiển vào chế độ Power
Down hoặc IDE.
- Các thanh ghi điều khiển ngắt :IP (Interrupt Priority) và IO (Interrupt
Onable): Thanh ghi IO dùng để cho phép các ngắt hoạt động/không hoạt động. Còn
thanh ghi IP dùng để xác định mức ưu tiên cho các ngắt của 8051.
- Các thanh ghi điều khiển bộ định thời: Đó là các thanh ghi TMOD,
TCON, TH0, TL0, TH1, TL1. Các thanh ghi này được sử dụng để điều khiển bộ
định thời 0 và 1.
- Thanh ghi SP - Stack Pointer: Thanh ghi con trỏ ngăn xếp (stack), SP
chứa địa chỉ của dữ liệu hiện đang ở đỉnh stack. Nội dung mặc định của SP khi khởi
động là 07H. Thao tác cất vào stack đầu tiên sẽ lưu dữ liệu vào vị trí nhớ có địa chỉ
08H vì cơ chế làm việc của chip 8051 là tăng nội dung SP lên 1 trước khi thực hiện
lưu dữ liệu vào ngăn xếp.
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Đại Học Đông Á - 10 - Khoa: Điện
- Con trỏ dữ liệu DPTR - Data PoinTeR : được dùng để truy xuất bộ nhớ
chương trình ngoài hoặc bộ nhớ dữ liệu ngoài. DPTR là thanh ghi 16 bit gồm 2
phần là DPH và DPL.
1.2.3 Các hoạt động chức năng chính của 8051.
1.2.3.1 Hoạt động định thời.
Các bộ định thời dùng để tạo ra các khoảng thời gian khác nhau, dùng để đếm
sự kiện hoặc dùng để tạo tốc độ baud cho việc truyền thông nối tiếp. Trong 8051 có
hai bộ định thời là T0 và T1. Việc lựa chọn chế độ hoạt động cho các Timer này
nhờ vào thanh ghi TMOD. Còn việc điều khiển các Timer hoạt động nhờ vào thanh
ghi TCON. Có 4 mode hoạt động cho các Timer. Mode 0 là chế độ định thời 13-bit,
Mode 1 là chế độ định thời 16-bit, Mode 2 là chế độ định thời tự nạp lại 8-bit, Mode
3 là chế độ định thời chia sẻ và có hoạt động khác nhau cho từng bộ định thời.
1.2.3.2 Hoạt động của port nối tiếp.
Chức năng cơ bản của port nối tiếp là chuyển đổi dữ liệu từ song song thành

nối tiếp khi phát và từ nối tiếp thành song song khi thu. Dữ liệu được truyền đi hoặc
nhận về thông qua bộ đệm dữ liệu nối tiếp SBUF (Serial data BUFfer). Khi truyền
đi, dữ liệu được chuyển từ song song sang nối tiếp thông qua chân TxD. Khi thu, dữ
liệu được chuyển từ nối tiếp sang song song thông qua chân RxD. Thanh ghi SBUF
có địa chỉ 99H. Việc ghi dữ liệu cho SBUF tức là phát dữ liệu, việc đọc SBUF tức
truy xuất dữ liệu nhận được (thu dữ liệu). Điều khiển port nối tiếp thông qua thanh
ghi SCON có địa chỉ là 98H, thanh ghi này là thanh ghi định địa chỉ từng bit cho ta
xác định được các chế độ làm việc của port nối tiếp (thông qua hai bit MS0 &
MS1).
1.2.3.3 Hoạt động của ngắt trong 8051.
Có 5 nguyên nhân để tạo ra ngắt trong 8051. Đó là 2 ngắt ngoài, hai ngắt do
bộ định thời và một ngắt do port nối tiếp. Khi ta thiết lập trạng thái ban đầu (sau khi
RESET), tất cả các ngắt đều bị vô hiệu hoá và sau đó chúng được cho phép riêng rẽ
bằng phần mềm.
Khi chương trình đang thực hiện, nếu có ngắt với ưu tiên cao xuất hiện, trình
phục vụ ngắt cho ngắt có mức ưu tiên thấp tạm dừng. Ta không thể tạm dừng một
chương trình ngắt có mức ưu tiên cao hơn. Khi có 2 ngắt khác nhau xuất hiện đồng
thời, ngắt có mực ưu tiên cao sẽ được phục vụ trước. Khi 2 ngắt có cùng mức ưu
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Đại Học Đông Á - 11 - Khoa: Điện
tiên xuất hiện đồng thời, chuỗi vòng cố định sẽ xác định ngắt nào được phục vụ
trước. Chuỗi vòng này sẽ là ngắt ngoài 0, ngắt ngoài 1, ngắt do bộ định thời 0, ngắt
do bộ định thời 1, ngắt do port nối tiếp, ngắt do bộ định thời 2 (đối với 8052).
Khi một ngắt được chấp nhận, giá trị được nạp cho bộ đếm chương trình được
gọi là véc tơ ngắt. Véc tơ ngắt là địa chỉ bắt đầu của trình phục vụ ngắt của các ngắt
tương ứng. Các véc tơ ngắt được cho ở bảng sau:
Nguồn ngắt Cờ Địa chỉ vector ngắt
Reset hệ thống RST 0000H
Ngắt ngoài 0 IE0 0003H
Bộ định thời 0 TF0 000BH

Ngắt ngoài 1 IE1 0013H
Bộ định thời 1 TF1 001BH
Port nối tiếp RI or TI 0023H
Bộ định thời 2 TF2 or EXF2 002BH
1.2.3.4 Hoạt động RESET của 8051.
8051 được reset bằng cách giữ chân RST ở mức cao tối thiểu hai chu kỳ máy
và sau đó chuyển về mức thấp. Trạng thái của tất cả các thanh ghi sau khi reset hệ
thống như sau :
Thanh ghi
Nội dung
Thanh ghi
Nội dung
Bộ đếm chương
trình PC
0000H IP Xxx00000B
Thanh chứa A 00H IE 0xx00000B
Thanh ghi B 00H
Các thanh ghi
định thời
00H
PSW 00H SCON 00H
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Bảng 1.2- Giá trị của các thanh ghi sau khi
Bảng 1.1- Các vectơ ngắt của 8051
Đại Học Đông Á - 12 - Khoa: Điện
SP 07H SBUF 00H
DPTR 0000H PCON ( HMOS) 0xxxxxxxB
Port 0 đến port 3 FFH PCON ( CMOS) 0xxx0000B
Khi reset hệ thống thanh ghi PC được nạp địa chỉ 0000H, khi đó chương trình
sẽ bắt đầu từ địa chỉ đầu tiên trong bộ nhớ chương trình. Nội dung của RAM trên

chip không bị ảnh hưởng khi ta reset hệ thống.
1.2.4 Một số đặt tính kỹ thuật của vi điều khiển AT89S8252.
Đây là chíp được chọn làm vi điều khiển trung tâm cho bộ điều khiển, là một
trong những sản phẩm mới của hãng ATMEL thuộc họ vi điều khiển 8051. Vì vậy
AT89S8252 đầy đủ c ác tính năng của dòng 8051 ngoài ra thì nó còn có những đặt
tính kỹ thuật sau:
- Có 8KB Flash ROM, 2KB EEPROM .
- Nạp dữ liệu cho chip bằng cổng ISP, không cần mạch nạp riêng bên ngoài.
- Có 3 bộ Timer (T0, T1, T2).
- Hỗ trợ tần số làm việc đến 33 MHz.
- Có 2 con trỏ dữ liệu.
- Có 6 nguồn ngắt.
- Có chế độ Power Down và Idle để tiết kiệm điện năng của hệ thống.
- Có chức năng Insystem-programming.
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Đại Học Đông Á - 13 - Khoa: Điện
Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được xem là một loại
máy quan trọng. Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát hay dùng trong những
điều kiện làm việc khác.
Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy máy được
dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ
như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải .
Tuy vậy máy điện một chiều cũng có những nhược điểm của nó như: So với
máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn, sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo
và bảo quản cổ góp phức tạp Nhưng do những ưu điểm của nó nên máy điện một
chiều vẫn có một tầm quan trọng nhất định trong sản xuất .
Công suất lớn nhất của máy điện một chiều hiện nay vào khoảng 10.000 kW,
điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000 V. Hướng phát triển hiện nay là cải tiến

tính năng của vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của máy và chế tạo nhũng máy công
suất lớn hơn .
2.1 CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU.
Hình 2.1 Cấu tạo của máy điện một chiều.
2.1.1 Phần tĩnh hay stato .
Đây là một phần đứng yên của máy. Phần tĩnh gồm các bộ phận tĩnh sau:
2.1.1.1 Cực từ chính.
Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn
kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cục từ làm bằng những lá thép kỹ thuật
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Đại Học Đông Á - 14 - Khoa: Điện
điện hay thép cácbon dày 0.5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong máy diện nhỏ có
thể làm bằng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông
Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng cách điện và mỗi cuộn dây đều
được bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các
cực từ. Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này được nối nối tiếp với nhau.
2.1.1.2 Cực từ phụ.
Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi
thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây
quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờ
những bulông.
2.1.1.3 Gông từ.
Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. trong
máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại, Trong máy điện lớn
thường dùng thép đúc. Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.
2.1.1.4 Các bộ phận khác.
Các bộ phận khác gồm có :
-Nắp máy: để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây
quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong máy điện nhỏ và vừa, nắp
máy còn có tác dụng làm giá đở ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm

bằng gang.
-Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than
gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp
chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể
quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chổ. Sau khi điều chỉnh xong thì
dùng vít cố định chặt lại.
2.1.2 Phần quay rotor .
Phần quay gồm có những bộ phận sau :
2.1.2.1 Lõi sắt phần ứng .
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỷ thuật điện
(thép hợp kim silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Đại Học Đông Á - 15 - Khoa: Điện
giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau
khi ép lại thì đặt dây quấn vào .
2.1.2.2 Dây quấn phần ứng .
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua.
Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện
nhỏ (công suất dưới vài kW ) thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện
vừa và lớn, thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn
thận với rảnh của lõi thép .
2.1.2.3 Cổ góp.
Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều ) dùng để đổi chiều dòng điện
xoay chiều thành dòng điện một chiều .
2.1.2.4 Các bộ phận khá .
-Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy .
-Trục máy : Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp cánh quạt và ổ bi. Truc máy
thường làm bằng thép cacbon tốt .
2.1.3 Các trị số định mức.
Chế độ làm việc định mức của máy điện một chiều là chế độ làm việc trong

những điều kiện mà xưởng chế tạo đã quy định. Chế độ đó đươc đặc trưng bằng
những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức. Trên nhãn
máy thường ghi những đại lượng sau :
Công suất định mức P
đm
(KW hay W);
Điện áp định mức U
đm
(V);
Dòng điện định mức I
đm
(A);
Tốc độ định mức n
đm
(vg/ph).
Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ và các số
liệu về điều kiện sử dụng .
2.2. ĐẶC TIÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC
LẬP
2.2.1 Khái niêm chung.
Đặc tính cơ của động cơ là quan hệ giữa tốc độ và moment của động cơ :
ω = f (M) hoặc n = f (M) .
Đặc tính cơ trên có thể biểu diễn ở dạng hàm thuận hoặc hàm ngược,
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Đại Học Đông Á - 16 - Khoa: Điện
Ví dụ : ω = f (M) hay M = f(ω ).
Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ điện một chiều người ta còn sử dụng đặc
tính cơ điện. Đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điện trong
mạch động cơ : ω = f (I) hay n = f (I) .
Trong các biểu thức trên :

ω - tốc độ góc , rad/s.
n - tốc độ quay , v/p.
M - moment , N.m.
Trong nhiều trường hợp để đơn giản trong tính toán hoặc dễ dàng so sánh,
đánh giá các chế độ làm việc của truyền động điện, người ta có thể dùng hệ đơn vị
tương đối Muốn biểu diễn một đại lượng nào đó dưới dạng tương đối ta lấy trị số
của nó chia cho trị số cơ bản của đại lượng đó. Các đại lương cơ bản thường được
chọn là :
U
*
=
dm
U
U
hoặc U
*
% =
%100
dm
U
U
Tương tự các thông số khác :
I


=
dm
I
I
, M


=
dm
M
M
,
φ

=
dm
φ
φ
, R


=
cb
R
R
, ω

=

dm
ω
ω
hoặc ω

=
o

ω
ω

Việc chọn các đại lượng cơ bản là tuỳ ý, sao cho các biểu thức tính toán là đơn
giản thuận tiện như:
Tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập và kích từ hỗn hợp là tốc độ
không tải lý tưởng ω
o
, với động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ là tốc độ
đồng bộ ω
1
, còn với động cơ kích từ nối tiếp tốc độ cơ bản là ω
dm .
Trị số điện trở cơ bản là : R
cb

Với các động cơ điện một chiều : R
cb
=
dm
dm
I
U
.
2.2.2 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập .
Khi nguồn điện một chiều có công suất

vô cùng lớn và điện áp không đổi thì
mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ được gọi
là động cơ kích từ song song (H2-1).

SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
E
Hình 2.2. Sơ đồ nối dây của
động cơ kích tù song song
I
k
t
E
R
f
R
kt
U
ư
C
kt
Hình 2.3. Sơ đồ nói dây của
động cơ kích từ độc lập
U
kt
R
k
t
I
kt
C
kt
U
ư
R

f
Đại Học Đông Á - 17 - Khoa: Điện
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng
và mạch kích từ được mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau (H 2-1), lúc
này động cơ được gọi là động cơ điện một chiều kích từ độc lập .
2.2.2.1 Phương trình đặc tính cơ.
Theo sơ đồ H2-2 và H2-3, có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch
phần ứng như sau:
U
ư
= E
ư
+(R
ư
+R
f
).I
ư
, (2-1)
Trong đó :
U
ư
: điện áp phần ứng (V)
E
ư
: sức điện động phần ứng (V)
R
ư
: điện trở của mạch phần ứng (
Ω

)
R
f
: điện trở phụ trong mạch phần ứng (
Ω
)
I
ư
: dòng điện mạch phần ứng (A).
Với R
ư
= r
ư
+ r
cf
+r
b
+ r
ct
,
r
ư
: điện trở cuộn dây phần ứng,
r
cf
: điện trở cuộn cực từ phụ ,
r
ct
: điện trở tiếp xúc của chổi than.
Sức điện động E

ư
của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức :
E
ư
=
ωω
π
Φ=Φ K
a
pN
.2
, (2-2)
Trong đó :
p : số đôi cực từ chính ,
N : số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng ,
a : số đôi mạch nhánh song song ,
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Đại Học Đông Á - 18 - Khoa: Điện
φ
: từ thông kích từ dưới một cực từ , W
b
,
ω : tốc độ góc , rad /s ,
K =
a
pN
.2
π
: hệ số cấu tạo của động cơ .
Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì:

E
ư
= K
e
φ
n , (2-3)
Và ω =
55,960
.2 nn
=
π

Vì vậy E
ư
=
n
a
pN
Φ
60

Đặt K
e
=
a
pN
60
: Hệ số sức điện động của động cơ ,
K
e

=
K
K
105,0
55,9
≈
.
Từ (2-1) và (2-2 ) ta có :
ω =



I
K
RR
K
U
f
Φ
+
−
Φ
(2-4)
Biểu thức (2-4) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ .
Mặt khác moment điện từ M
đt
của động cơ được xác định bởi :
M
đt
= K

Φ
I
ư
(2-5)
Suy ra : I
ư
=
ΦK
M
dt
.
Thay giá trị I
ư
vào công thức (2-4) ta được :
ω =
dt
f
M
K
RR
K
U
2
)( Φ
+
−
Φ


(2-6)

Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì moment cơ trên trục động cơ
bằng moment điện từ, ta ký hiệu M. Nghĩa là M
đt
= M
cơ
= M.
ω =
M
K
RR
K
U
f
2
)( Φ
+
−
Φ


(2-7)
Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông
φ
= const, thì các phương trình
đặc tính cơ điện (2-4) và phương trình đặc tính cơ (2-7) là tuyến tính. Đồ thị của
chúng được biểu diễn trên hình H2-4 và H2-5 là những đường thẳng .
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
ω
Hình 2.5. Đặc tính cơ của động cơ

điện một chiều kích từ độc lập

I
M
ω
đm


ω
o
ω
Hình 2.4. Đặc tính cơ điện của động
cơ điện một chiều kích từ độc lập
ω
o
ω
đm

M
đm
M
nm
I
nm
I
đm
Đại Học Đông Á - 19 - Khoa: Điện

Theo các đồ thị trên , khi I
ư
= 0 hoặc M = 0 ta có :
ω =
o
U
ω
=
ΦK

, (2-8)
ω
o
dược gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ . Còn khi ω =0 ta có :
I
ư
=
nm
f
I
RR
U
=
+

, (2-9)
Và M = K
Φ
I

nm
= M
nm
, (2-10)
I
nm
, M
nm
được gọi là dòng điện ngắn mạch và moment ngắn mạch .
Mặt khác, phương trình đặc tính (2-4), (2-7) cũng có thể được viết ở dạng :
ω =
ωω
∆−=
Φ
−
Φ
o
K
RI
U
K

, (2- 11)
ω =
ωω
∆−=
Φ
−
Φ
o

K
RM
U
2
)(
K

, (2-12)
Trong đó : R = R
ư
+R
f
, ω =
ΦK

U
,

M
K
R
I
K
R
2
)( Φ
=
Φ
=∆


ω
,
ω
∆
được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M .
Ta có thể biểu diễn đặc tính cơ điện và đặc tính cơ trong hệ đơn vị tương đối ,
với điều kiện từ thông là định mức (
Φ
=
Φ
đm
),
Trong đó : ω

=
o
ω
ω
, I

=
dm
I
I
, M

=
dm
M
M

, R

=
cb
R
R
,
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
ω
o
TN (R
n
)
R
f1
R
f2
R
f
3
M
c
M
R
f4
Hình 2.6 . Các đặc tính của động cơ điện
một chiều kích từ độc lập khi thay đổi điện
trở phụ mạch phần ứng .
Đại Học Đông Á - 20 - Khoa: Điện
(R

cb
=
dm
dm
I
U
được gọi là điện trở cơ bản )
Từ (2-4) và (2-7) , ta viết đặc tính cơ điện và đặc tính cơ ở đơn vị tương đối :
ω

= 1- R

I

, (2-13)
ω

= 1- R

M

, (2-14)
2.2.2.2. Xét ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ .
Từ phương trình đặc tính cơ (2-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc
tính cơ : Từ thông
Φ
, điện áp phần ứng U
ư
và điện trở phần ứng động cơ . Ta lần
lượt xét ảnh hưởng của từng tham số đó .

-Ảnh hưởng của điện trở phần ứng .
Giả thiết U
ư
= U
đm
=const và
Φ
=
Φ
đm
= const .
Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R
f
vào mạch
phần ứng.
Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng là :
ω
o
=
const
K
U
dm
dm
=
Φ *
. (2-15)
Độ cứng của đặc tính cơ là :
var
)(

2
=
+
Φ
−=
∆
∆
=
f
RR
KM

ω
β
, (2-16).
Khi R
f
càng lớn β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng với R
f
= 0 ta
có đặc tính cơ tự nhiên :


R
K
dm
TN
2
)( Φ
−=

β
(2-17)
β
TN
có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả các
đường đặc tính cơ điện trở phụ .
Như vậy khi thay đổi điện trở phụ R
f
ta được một họ đặc tính biến trở có dạng
như hình H2-6. Ứng với một phụ tải M
c
nào đó, nếu R
f
càng lớn thì tốc độ động cơ
càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và moment ngắn mạch cũng giảm. Cho
nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh
tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ cơ bản .
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Đại Học Đông Á - 21 - Khoa: Điện
- Ảnh hưởng của điện áp phần ứng.
Giả thiét từ thông
Φ
=
Φ
đm
= const, điện trở phần ứng R
ư
= const. Khi thay
đổi điện áp phần ứng theo hướng giảm so với U
đm

, ta có :
Tốc độ không tải :
var=
Φ
=
dm
x
ox
K
U
ω

Độ cứng đặc tính cơ :
const
R
K
=
Φ
−=

2
)(
β
.
Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc
tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên như hình H2-6.
Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp )thì moment ngắn mạch, dòng điện
ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất
định. Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và
hạn chế dòng điện khi khởi động .

SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Hình 2.7. Các đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm áp đặt vào phần ứng
động cơ .
ω
u
2
u
1
TN u
đm
ω
o
ω
o1
ω
o2
ω
o3
M
c
u
3
M (I)
Đại Học Đông Á - 22 - Khoa: Điện

- Ảnh hưởng của từ thông.
Giả thiết điện áp của phần ứng U
ư
=U
đm

= const. Điện trở phần ứng R
ư
= const.
Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ I
kt
của động cơ .
Trong trường hợp này :
- Tốc độ không tải : ω
ox
=
var=
Φ
x
dm
K
U
,
- Độ cứng đặc tính cơ : β =
var
)(
2
=
Φ
−

R
K
x
Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên
khi từ thông giảm thì ω

ox
tăng, còn β sẽ giảm. Ta có một họ đặc tính cơ vớ ω
ox
tăng
dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông .
Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông :
Dòng điện ngắn mạch : I
nm
=
const
R
U
dm
=

Moment ngắn mạch : M
nm
= K.
Φ
x
.I
nm
= var
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
M
M
nm2
M
nm1
Mnm

dm
φ
M
C
0
ω
01
ω
02
ω
ω
0
ω
01
ω
02
ω
ω
2
φ
1
φ
TN
I
I
nm
a ) b )
2
φ
1

φ
Hình 2.8. Đặc tính cơ điện (a) và đặc tính cơ (b) của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
khi giảm từ thông
Đại Học Đông Á - 23 - Khoa: Điện
Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biểu
diễn trên H2-8a,b .
Với dạng moment phụ tải M
c
thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì
khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên (xem hình H2-8b) .
2.2.2.3 Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm .
Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra moment quay ngược chiều với tốc độ
quay. Trong tất cả các trạng thái hãm, động cơ điện làm việc ở chế độ máy phát.
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm: Hãm tái sinh,
hãm ngược và hãm động năng .
- Hãm tái sinh ( hãm trả năng lượng về lưới ).
Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý
tưởng. Khi hãm tái sinh E
ư
> U
ư
, động cơ làm việc như một máy phát điện song
song với lưới. So với với chế đọ động cơ, dòng điện và moment hãm đã đổi chiều
và được xác định theo biểu thức :
0<
Φ−Φ
=
−
=
R

KK
EU
I
o
h
ωω
R

, (2-18)
M
h
= K
Φ
I
h
<0 .
Trị số hãm lớn dần lên cho đến khi cân bằng với moment phụ tải của cơ cấu
sản xuất thì hệ thống làm việc ổn định với tốc độ ω
ođ
> ω
o
.
Vì sơ đồ nối dây của mạch động cơ vẫn không thay đổi nên phương trình đặc
tính cơ tương tự như công thức (2-7) nhưng moment có giá trị âm .
Đường đặc tính cơ ở trạng thái hãm tái sinh nằm trong góc phần tư thứ hai và
thứ tư của mặt phẳng toạ độ .
Trong trạng thái hãm tái sinh, dòng điện hãm đổi chiều và công suất được đưa
trả về lưới điện có giá trị P = (E - U)I. Đây là phương pháp hãm kinh tế nhất vì
động cơ sinh ra điện năng hưu ích .
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh

ω
ω
ôđ
ω
o
- ω
o

M
c
M
Hình 2.9. Đặc tính cơ hãm tái sinh của động cơ
kích từ độc lập
E
U
I
h
U
E
I
Đại Học Đông Á - 24 - Khoa: Điện
- Hãm ngược .
Trạng thái hãm ngược của động cơ xảy ra khi phần ứng dưới tác dụng của
động năng tích luỹ trong các bộ phận chuyển động hoặc do moment thế năng quay
ngược chiều với moment điện từ của động cơ. Moment sinh ra bởi động cơ, khi đó
chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất .
Ngoài hai cách hãm trên còn có hãm động năng .
2.3. CÁC NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT
CHIỀU
2.3.1 Khái niện chung .

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt
hơn so với các loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ
dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt
chất lượng điều chỉnh cao trong giải điều chỉnh tốc độ rộng .
Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một
chiều
- Điều chỉnh điện áp cấp cho phàn ứng động cơ
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ .
Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một
chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi. Các bộ biến đổi này cấp cho mạch phần ứng
động cơ hoặc mạch kích từ động cơ. Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng bốn
loại bộ biến đổi chính :
- Bộ biến đổi máy điện gồm :Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc
máy điện khuếch đại (MĐKĐ)
- Bộ biến đổi điện từ : Khuếch đại từ (KĐT).
- Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn : Chỉnh lưu Thyristor (CLT).
- Bộ biến đổi xung áp một chiều : Thyristor hoặc tranzito (BBĐXA).
Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động như :
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
Đại Học Đông Á - 25 - Khoa: Điện
- Hệ truyền động máy phát - động cơ (F-Đ).
- Hệ truyền động máy điện khếch đại -động cơ (MĐKĐ-Đ).
- Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ (KĐT - Đ).
- Hệ truyền động chỉnh lưu Thyristor - động cơ (T-Đ).
- Hệ truyền động xung áp - động cơ (XA-Đ).
Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ động cơ
điện một chiều có loại điều khiển theo mạch kín (ta có hệ truyền động điều chỉnh tự
động ) và loại điều khiển mạch hở (hệ truyền động điều khiển “hở” ). Hệ điều chỉnh
tự động truyền động điện có cấu trúc phức tạp, nhưng có chất lượng điều chỉnh cao
và dải điều chỉnh rộng hơn so với hệ truyền động “hở” .

Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều còn được
phân loai theo truyền động có đảo chiều quay và không đảo chiều quay. Đồng thời
tuỳ thuộc vào các phương pháp hãm, đảo chiều mà ta có truyền động làm việc ở góc
phần tư, hai góc phần tư và bốn góc phần tư .
Trong phạm vi mục này, chúng ta nghiên cứu các tính chất tổng quát, cũng
như tính chất riêng của hệ T-Đ.
2.3.2 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng .
Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ điện một chiều cần có thiết bị nguồn
như máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển vv Các
thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng nguồn điện xoay chiều thành một
chiều có sức điện động E
b
điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển U
đk
. Và nguồn
có công suất hữu hạn so vói động cơ, nên các bộ biến đổi này có điện trở trong R
b
và điện cảm L
b
khác không .
Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau :
E
b
- E
ư
= I
ư
(R
b
+ R

ưđ
)
ω =

d
I
K
RR
K
E
dm
b
dm
b
Φ
−
−
Φ
(2-19)
β
ωω
M
U
dko
−= )(
.
SVTH: Võ Thê Anh GVHD: KS.Lê Viết Vĩnh
b )
R
ư

đ
R
b
U
U
đ
k
LK
Đ
BB
Đ
E
b
(uđk
)
E
ư
I
a )
Hình 2.10. Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở
chế độ xác lập