Đồ án NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Đề tài : NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG
CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Giáo viên hướng dẫn : PHẠM VĂN KIÊM
Lớp : CĐTOK10
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN NAM
1
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN






















Ngày Tháng Năm

CHỮ KÝ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
1
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN






















Ngày Tháng Năm
CHỮ KÝ GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
2
Lời nói đầu.
Điện tử công suất và truyền động điện là một môn học hay và lý thú, cuốn hút được

nhiều sinh viên theo đuổi. Em muốn được tiếp cận và hiểu sâu hơn nữa bộ môn điện tử
công suất và truyền động điện.Vì vậy, đồ án môn học chế tạo sản phẩm là điều kiện tốt
giúp chúng em kiểm chứng được lý thuyết đã được học.Trong đồ án điện tử công suất
lần này, em đã được nhận đề tài “Nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển tốc độ động
cơ 1 chiều có đảo chiều ”. Sau thời gian nghiên cứu, chúng em đã chế tạo thành công
bộ điều khiển điện áp xoay chiều 1 pha đáp ứng được cơ bản yêu cầu của đề tài.
Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, em đã gặp một số vướng mắc về lý thuyết và khó
khăn trong việc thi công sản phẩm.Tuy nhiên, chúng em đã nhận được sự giải đáp và
hướng dẫn kịp thời của cô giáo "Phạm Văn Kiêm", sự góp ý kiến của các bạn sinh
viên trong lớp. Được như vậy em xin chân thành cảm ơn và mong muốn nhận được
nhiều hơn nữa sự giúp đỡ, chỉ bảo của thầy cô giáo và bạn trong các đồ án sau này.
Do kiến thức hạn chế nên trong quá trình thực hiện đồ án em không thể tránh khỏi sai
sót, mong quý thầy cô trong hội đồng bảo vệ bỏ qua và có những đóng góp ý kiến để
chúng em có thể hoàn thiện đồ án của mình tốt hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn!
3
Mục Lục
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 2
Lời nói đầu 3
Mục Lục 4
Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6
1.1. Động cơ điện 1 chiều 6
1.1.1. Khái niệm 6
1.1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều 6
1.1.3 . Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ 10
a) Mở máy động cơ điện một chiều 10
-Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng 13
a. Phương pháp thay đổi độ rộng xung 18
b. Phương pháp thay đổi tần số xung 18

1.2.3 Các dạng băm xung cơ bản 19
Sơ đồ nguyên lý: 21
d).Xung áp nối tiếp 22
1.3. Phương pháp PWM 24
1.3.1.Giới thiệu về phương pháp PWM 24
1.3.2. Nguyên lý của phương pháp PWM. 25
2.3.3.Các cách để tạo ra được PWM để điều khiển. 26
26
2.3.4.Một vài ứng dụng nổi bật của PWM 28
Chương 2 : TÍNH TOÁN LỰA CHỌN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG
MẠCH 31
2.1. Các thông số của động cơ 31
2.3.1. Điện trở 33
2.3.2. Tụ điện 35
2.3.3. IC LM324 37
3.1. Sơ đồ khối 39
39
Nguyên lý hoạt động : Khối nguồn cung cấp nguồn điện hoạt động cho
toàn mạch bao gồm cả khối điều khiển, khối công suất và động cơ.Trong đó
khối điều khiển và khối công suất sử dụng nguồn 12V DC.Đông cơ sử dụng
nguồn 24V DC.Tất cả đều được lấy chung từ 1 máy biến áp thông qua cầu
điode trở thành nguồn 1 chiều 39
4
Khối điều khiển khiển bao gồm 2 phần là phần đảo chiều và phần điều
khiển tốc độ động cơ.Khối điều khiển cấp điện áp điều khiển cho khối công
suất, khối công suất làm việc theo tín hiệu điều khiển nhận được từ khối
điều khiển sau đó điều khiển động cơ 39
3.2. Mạch lực 39
* Sơ đồ nguyên lý 39
Mạch công suất dùng 1 con MOSFET để băm xung cung cấp điện áp đặt

vào động cơ.Ngoài ra sử dụng 1 cầu chì để bảo vệ MOSTFET . 40
40
Hình 2.2.1.a-Sơ đồ nguyên lý mạch lực 40
3.3. Mạch điều khiển 40
3.3.1. Mạch đảo chiều động cơ 40
c). Khâu so sánh điện áp 43
3.3.3: Khối nguồn. 45
3.4. Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ bord mạch 46
*Phương hướng phát triển của đề tài 50
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học-công nghệ cũng như ứng
dụng điều chế bộ biến đổi xung áp một chiều bằng phương pháp PWM,
em đã ứng dụng và chế tạo thành công mô hình sản phẩm " Mạch điều
khiển tốc độ động cơ một chiều và có đảo chiều". Qua đây chúng em thấy
tính ứng dụng cao của đồ án này và có thể ứng dụng vào thực tế để chế
tạo một sản phẩm thực sự ngoài sản phẩm mô hình của em 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO 51
5
Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
1.1. Động cơ điện 1 chiều.
1.1.1. Khái niệm.
Động cơ điện nói chung và động cơ điện 1 chiều nói riêng là thiết bị điện từ quay,
làm việc theo nguyên lý điện từ. Khi đặt vào trong từ trường 1 dây dẫn cho dòng điện
chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng lực từ vào dòng điện (vào dây dẫn ) và làm
dây dân chuyển động. Động cơ điện biến đổi điện năng thành cơ năng.
1.1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều.
Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên nguyên lý của hiện tượng cảm ứng
điện từ.
Hình 1.1.2.a - Cấu tạo động cơ điện một chiều
Như ta đã biết thanh dẫn có dòng điện đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng lực từ.
Vì vậy khi cho dòng điện một chiều đi vào chổi than A và đi ra ở chổi than B thì các

thanh dẫn sẽ chịu tác dụng của lực từ. Bên cạnh đó do dòng điện chỉ đi vào thanh dẫn
nằm dưới cực N và đi ra ở các thanh dẫn chỉ nằm trên cực S nên dưới tác dụng của từ
trường lên các thanh dẫn sẽ sinh ra mô men có chiều không đổi và làm cho roto của máy
quay.
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch
kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động
cơ kích từ độc lập.
6
I
Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn U
kt
, dây cuốn kích từ sinh ra từ
thông Φ. Trong tất cả các trường hợp, khi mở máy bao giờ cũng phải đảm bảo có Φ
max
tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ R
kt
đến nhỏ nhất có thể. Cũng cần đảm bảo
không xảy ra đứt mạch kích thích vì khi đó Φ = 0, M = 0, động cơ sẽ không quay được,
do đó E
ư
= 0 và theo biểu thức U = E
ư
+ R
ư
I
ư
thì dòng điện I
ư
sẽ rất lớn làm cháy động
cơ. Nếu mômen do động cơ điện sinh ra lớn hơn mômen cản (M > M

c
) rôto bắt đầu quay
và suất điện động E
ư
sẽ tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n. Do sự xuất hiện và tăng lên của
E
ư
, dòng điện I
ư
sẽ giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm hơn.
*Cấu tạo chung:
Phần động cơ điện một chiều bao gồm hai phần chính là:
Phần tĩnh: Stato.
Phần quay: Roto.
* Stato : Stato gọi là phần cảm gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ
máy. Gắn với stato là các cực từ chính có dây quấn kích từ. Phần tĩnh bao gồm các bộ
phận sau: cực từ chính, cực từ phụ, gông từ và các bộ phận khác.
Hình 1.1.2.b- Cấu tạo stato
a. 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 cực từ được làm bằng các lá thép KTĐ hay thép cácbon dày 0.5 đến
1 mm ép lại và tán chặt.
Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được
bọc cách điện thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt lên trên các cực từ.
Các cuộn dây này được nối nối tiếp với nhau.
7
b.Cực từ phụ.
Cực từ phụ được đặt giữa các cực tù chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của
cực tù 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 các bulông.

c.Gông từ.
Gông từ được dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ , đồng thời làm v ỏ máy.
d. Các bộ phận khác.
Ngoài ba bộ phận chính trên còn có các bộ phận khác như: Nắp máy, cơ cấu chổi
than.
-Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hỏng dây quấn hay an
toàn cho người khỏi chạm phải điện.
-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 lên giá chổi than và cách điện với giá đó. Giá chổi có thể quay được để
đưa vị trí chổi than đúng chỗ.
*Roto: Roto của động cơ điện một chiều bao gồm các bộ phận sau: lõi sắt phần ứng,
dây quấn phần ứng, cổ góp và các bộ phận khác.
8
Hình 1.1.2.c- Cấu tạo roto
a. Lõi sắt phần ứng.
Dùng để dẫn từ. Thường làm bằng những tấm thép KTĐ (thép hợp kim silix) dày 0.5 mm
bôi cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên.
b.Dây quấn phần ứ.ng
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 kilowatt)
thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện
chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.
Để tránh khi bị văng ra do sức li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai
chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay ba-ke-lit.
c. Cổ góp.
Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều
thành một chiều. Cổ góp có nhiều phiến đồng có đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp
mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp
hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành góp có cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần

tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng.
9
d. Các bộ phận khác.
Cánh quạt: dùng dể quạt gió làm nguội động cơ. Động cơ điện một chiều thường được
chế tạo theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp động cơ có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên trục
động cơ. Khi động cơ quay, cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ. Gió đi qua vành góp,
cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội động cơ.
Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục động cơ thường
được làm bằng thép cácbon tốt.
1.1.3 . Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ.
a) Mở máy động cơ điện một chiều.
Phương trình cân bằng điện áp: U=E
ư
+ R
ư
I
ư
suy ra I
ư
= (U- E
ư
)/ R
ư
Khi mở máy, tốc độ n=0 suy ra E
ư
= k
E
nfi =0 suy ra I
ư
= U/ R

ư
Vì R
ư
rất nhỏ, dòng điện phần ứng I
ư
lúc mở máy rất lớn I
ư
=(20¸25) I
đm
, làm hỏng cổ góp,
chổi than và ảnh hưởng đến lưới điện.
Để giảm dòng điện mở máy, dùng các biện pháp :
- Dùng biến trở mở máy R
Mở.
Mắc biến trở mở máy vào mạch phần ứng, dòng điện mở máy lúc có biến trở mở máy:
I
ưMở
=U/( R
ư
+R
Mở
).
Lúc đầu để biến trở R
Mở
lớn nhất, trong quá trình mở máy, tốc độ tăng lên, điện trở mở
máy giảm dần đến không (hình 2.1.3.a ).
- Giảm điện áp đặt vào phần ứng.
Phương pháp này được sử dụng khi có nguồn điện một chiều có thể điều chỉnh được điện
áp
10

Hình 1.1.3.a – Sơ đồ mở máy động cơ bằng giảm điện áp đặt vào phần ứng
*Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều.
Theo lý thuyết máy điện ta có phương trình tính tốc độ động cơ sau:
nn
C
RRIU
C
E
n
e
fuu
e
∆−=
+−
==
0
.
)(
.
θθ
với







+
=∆

=
θ
θ
.
).(
.
0
e
fuu
e
C
RRI
n
C
U
n
hay
2
).(
.
θ
θ
eM
fu
e
CC
MRR
C
U
n

+
−=
Từ hai phương trình trên ta thấy n (tốc độ của động cơ) phụ thuộc vào θ (từ thông), R
(điện trở phần ứng), U (điện áp phần ứng). Vì vậy để điều chỉnh tốc độ của động cơ điện
một chiều ta có ba phương án.
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi bằng cách thay đổi điện trở phụ R
f
trên mạch
phần ứng.
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.
-Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ.
11
Hình 1.1.3 a- Sơ đồ thay thế.
Hình 1.1.3.b- Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi thay đổi từ thông θ.
Đồ thị hình trên cho thấy đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều ứng với các giá
trị khác nhau của từ thông. Khi từ thông giảm thì n
0
tăng nhưng ∆n còn tăng nhanh hơn
do đó ta mới thấy độ dốc của các đường đặc tính cơ này khác nhau. Chúng sẽ cùng hôi tụ
về điểm trên trục hoành ứng với dòng điện rất lớn: I
ư
= (U/R
ư
). Phương pháp cho phép
điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ định mức. Giới hạn trong việc điều chỉnh tốc độ quay
bằng phương pháp này là 1:2; 1:5; 1:8.
Tuy nhiên có nhược điểm khi sử dụng phương pháp là phải dùng các biện pháp khống
chế đặc biệt do đó cấu tạo và công nghệ chế tạo phức tạp, khiến giá thành máy tăng.
-Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng.

12
Ta có:
2
).(
.
θ
θ
eM
fu
e
CC
MRR
C
U
n
+
−=
Từ thông không đổi nên n
0
không đổi, chỉ có ∆n là thay đổi. Một điều dễ thấy nữa là, do
ta chỉ có thể đưa thêm R
f
chứ không thể giảm R
ư
nên ở đây chỉ điều chỉnh được tốc độ
dưới tốc độ định mức. Do R
f
càng lớn đặc tính cơ càng mềm nên tốc độ sẽ thay đổi nhiều
khi tải thay đổi (từ đồ thị cho thấy, khi I biến thiên thì ứng với cùng dải biến thiên của I
đường đặc tính cơ nào mềm hơn tốc độ sẽ thay đổi nhiều hơn).

Hình.1.1.3.c- Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi thay đổi điện trở phụ R
f
trên mạch phần ứng.
-Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
Hình 1.1.3d- Sơ đồ khối.
Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ cả trên và dưới định mức. Tuy nhiên do
cách điện của thiết bị thường chỉ tính toán cho điện áp định mức nên thường giảm điện áp
U. Khi U giảm thì n
0
giảm nhưng ∆n là const nên tốc độ n giảm. Vì vậy thường chỉ điều
13
chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức. Còn nếu lớn hơn thì chỉ điều chỉnh trong phạm vi
rất nhỏ.
Đặc điểm quan trọng của phương pháp là khi điều chỉnh tốc độ thì mô men không đổi vì
từ thông và dòng điện phần ứng đều không thay đổi (M = C
M
. θ. I
ư
).
Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ trong giới hạn 1:10, thậm chí cao hơn nữa có
thể đến 1:25.
Phương pháp này có từ thông không đổi nên đặc tính cơ có độ cứng không đổi.
Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào giá trị điện áp U
đk
của hệ thống, do đó có thể
nói phương pháp này điều khiển là triệt để.
Dải điều chỉnh tốc độ của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với điện
áp định mức và từ thông định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều khiển bị giới hạn bởi
yêu cầu về sai số tốc độ và mômen khởi động. Khi mômen tải là định mức thì các giá trị
lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có mômen
ngắn mạch là:
Trong đó K
M
là hệ số quá tải về mômen.Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng song song
nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết:
D =
Với xác định ở mỗi máy, vì vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc
tuyến tính vào giá trị của độ cứng β. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng của động cơ điện
14
một chiều bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp
khoảng 2 lần điện trở phần ứng động cơ. Do đó có thể tính sơ bộ được:
Do đó phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ không vượt quá 10 khi tải có đặc tính mômen
không đổi.
Phương pháp chỉ dùng cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập hoặc song song làm
việc ở chế độ kích từ độc lập.
Điều chỉnh động cơ DC bằng PWM chính là sử dụng phương pháp này
Hình 1.1.3.e- Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi thay đổi điện áp
Kết luận : Cả 3 phương pháp trên đều điều chỉnh được tốc độ động cơ điện một chiều
nhưng chỉ có phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng cách thay đổi điện
áp
Uu
đặt vào phần ứng của động cơ là tốt nhất và hay được sử dụng nhất vì nó thu được
đặc tính cơ có độ cứng không đổi, điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và không bị hao tổn.
b) Động cơ điện một chiều kích từ song song.
Để mở máy dùng biến trở mở máy R
Mở
, để điều chỉnh tốc độ thường điều chỉnh R
đc
.

Đường đặc tính cơ n = fi(M)
n = (U - R
ư
I
ư
)/ k
E
fi (1)
Mặt khác: M
đt
= k
M
I
ư
fi (2)
15
Từ (1) và (2) ta có:
n= U/ k
E
fi - R
ư
M/ (k
M
k
E
fi
2
)
Thêm điện trở Rp vào mạch phần ứng thì ta có:
n= U/ k

E
fi - (R
ư
+R
p
)M/ (k
M
k
E
fi
2
)
Hình 1.1.3.f - Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ song song.
*Đặc tính làm việc.
Các đường quan hệ giữa tốc độ n, mômen M, dòng điện phần ứng I
ư
và hiệu suất h theo
công suất cơ trên trục P
2.
Động cơ điện kích từ song song có đặc tính cơ cứng, và tốc độ hầu như không đổi khi
công suất trên trục P
2
thay đổi, chúng được dùng nhiều trong máy cắt kim loại, máy công
cụ.
1.2. Bộ biến đổi xung áp 1 chiều.
1.2.1. Đặt vấn đề.
Các bộ biến đổi điện áp một chiều dùng để biến đổi điện áp hiệu dụng đặt lên tải. Nguyên
lý của bộ biến đổi này là dùng các phần tử van bán dẫn nối tải với nguồn trong một
khoảng thời gian t
1

rồi lại cắt đi trong một khoảng thời gian t
0
theo một chu kỳ lặp lại T.
Bằng cách thay đổi độ rộng của t
1
hay t
0
trong khoảng T ta thay đổi được giá trị điện áp
trung bình ra trên tải. Nguyên lý này có ưu điểm là điều chỉnh điện áp ra trong một phạm
vi rộng và vô cấp, hiệu suất cao vì tổn thất trên các phân tử điện tử công suất rất nhỏ.
Phân loại: Có nhiều cách phân loại các bộ biến đổi xung áp môt chiều, tuỳ thuộc vào cách
mắc khoá điện từ song song hay nối tiếp mà người ta chia các bộ biến đổi xung áp thành
nối tiếp hay song song. Cũng có thể phân biệt bộ biến đổi tuỳ thuộc vào điện áp ra, ví dụ
16
như bộ biến đổi xung áp có bộ biến đổi xung áp có điện áp ra nhỏ hơn điện áp vào, còn
bộ biến đổi xung áp có bộ biến đổi xung áp có điện áp ra lớn hơn điện áp vào.Tuỳ thuộc
vào dấu điện áp mà người ta chia ra: bộ biến đổi xung áp không đảo chiềuhoặc bộ biến
đổi xung áp có đảo chiều.
1.2.2. Nguyên lí chung của bộ biến đổi xung áp 1 chiều.
Hình 1.2.2.a- Sơ đồ nguyên lý của bộ băm xung.
BX DC có chức năng biến đổi điện áp một chiều, nó có ưu điểm là có thể thay đổi điện
áp trong một phạm vi rộng mà hiệu suất của bộ biến đổi cao vỡ tổn thất của bộ biến đổi
chủ yếu trên các phần tử đóng cắt rất nhỏ.
So với các phương pháp thay đổi điện áp một chiều để điều chỉnh tốc độ động cơ một
chiều như phương pháp điều chỉnh bằng biến trở, bằng máy phát một chiều, bằng bộ biến
đổi có khâu trung gian xoay chiều, bằng chỉnh lưu có điều khiển thì phương pháp dùng
mạch băm xung có nhiều ưu điểm đáng kể: điều chỉnh tốc độ và đảo chiều dễ dàng, tiết
kiệm năng lượng, kinh tế và hiệu quả cao, đồng thời đảm bảo được trạng thái hãm tái
sinh của động cơ. Cùng với sự phát triển và ứng dụng ngày càng rộng rãi các linh kiện
bán dẫn công suất lớn đã tạo nên các mạch băm xung có hiệu suất cao, tổn thất nhỏ, độ

nhạy cao, điều khiển trơn tru, chi phí bảo trì thấp, kích thước nhỏ. Mạch băm xung đặc
biệt thích hợp với các động cơ một chiều công suất nhỏ.
Điện thế trung bình đầu ra sẽ được điều khiển theo mức mong muốn mặc dù điện thế đầu
vào có thể là hằng số (ắc qui, pin) hoặc biến thiên (đầu ra của chỉnh lưu), tải có thể thay
đổi.Với một giá trị điện thế vào cho trước, điện thế trung bình đầu ra có thể điều khiển
theo hai cách:
17
-Thay đổi độ rộng xung.
-Thay đổi tần số băm xung.
*Nguyên lý: Nguyên lý chung là biến đổi giá trị của điện áp một chiều ở các mức khác
nhau.
Hình 1.2.2.b -Sơ đồ. Hình 1.2.2.c Dạng sóng
a. Phương pháp thay đổi độ rộng xung
Nội dung của phương pháp này là thay đổi t
1
, giữ nguyên T. Giá trị trung bình của điện
áp ra khi thay đổi độ rộng là:
1
d
t .U
U .U
T
= = γ
Trong đó đặt:

1
t
T
γ=
Là hệ số lấp đầy, còn gọi là tỉ số chu kỳ

Như vậy theo phương pháp này thì dải điều chỉnh của U
ra
là rộng (0 <ε≤ 1).
b. Phương pháp thay đổi tần số xung
Nội dung của phương pháp này là thay đổi T, còn t
1
= const. Khi đó:
1
d 1
t
U .U t .f.U
T
= =
Vậy U
d
= U khi
1
1
t
f
=
và U
d
= 0 khi f = 0.
Ngoài ra có thể phối hợp cả hai phương pháp trên. Thực tế phương pháp biến đổi độ rộng
xung được dùng phổ biến hơn vì đơn giản hơn, không cần thiết bị biến tần đi kèm.
c. Kết luận
Ở đây ta chọn cách thay đổi độ rộng xung, phươg pháp này gọi là PWM (Pulse
Width Modulation), theo phương pháp này tân số băm xung sẽ là hằng số. Việc điều
khiển trạng thái đóng mỏ của van dựa vào viêc so sánh một điện áp điều khiển với một

18
sóng tuần hoàn (thường là dạng tam giác (Sawtooth)) có biên độ đỉnh không đổi. Nó sẽ
thiết lập tần số đóng cắt cho van, tần số đóng cắt này là không đổi với dải tẩn từ 2kHz
đến 200kHz. Khi U
control
> U
st
thì cho tín hiệu điều khiển mở van, ngược lại khóa van.
Hình 1.2.2.d-Dạng sóng sau khi sử dụng phương pháp PWM.
1.2.3 Các dạng băm xung cơ bản.
Dựa vào cách mắc khoá xung, các bộ lọc và nguồn cung cấp mà có các dạng sơ đồ:
a). Xung áp đảo dòng lớp B.
Sơ đồ nguyên lý:
Hình 1.2.3.a-Sơ đồ nguyên lý xung áp đảo dòng lớp B.
Tải là phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập đã được thay bởi mạch tương đương
R-L-E.
*Nguyên lý hoạt động.
19
Chế độ động cơ:
Trong khoảng 0 ≤ t ≤ , động cơ được nối nguồn qua , điện áp đặt lên động cơ là U.
Trong khoảng ≤ t ≤T ,
1
S
ngắt, động cơ được nối ngắn mạch qua
2
D
, điện áp đặt
lên động cơ là 0.
Chế độ hãm tái sinh:
Trong khoảng

0 t T
≤ ≤ γ
,
2
S
ngắt, động cơ được nối nguồn qua
1
D
, điện áp đặt lên động
cơ là U.
Trong khoảng
T t T
γ ≤ ≤
,
2
S
dẫn, động cơ được nối ngắn mạch qua
2
S
, điện áp đặt lên
động cơ là 0.
Khi S
1
mở dòng điện từ nguồn chảy qua S
1
qua tải và trở về âm nguồn .Khi S
1
khoá dòng
tải được ngắn mạch qua điod D
1

đảm bảo dòng tải là liên tục ngay cả khi S
1
khoá Để đảo
chiều dòng điện phần ứng động cơ (dòng i
d
) ta cho S
2
và D
2
vào vận hành còn S
1
ngắt.
Khi đó ,do quán tính động cơ vẫn quay theo chiều cũ mặc dù bị ngắt ra khỏi nguồn → E
> 0. Lúc này mạch tải chỉ có nguồn duy nhất E ngắn mạch qua S
2
→ xuất hiện dòng điện
chạy ngược lại chiều ban đầu .Công suất điện từ của động cơ là:P
đt
= I
d
.E > 0.
Công suất lúc này được tích luỹ trong cuộn cảm L. Khi S
2
ngắt, trên điện cảm L sinh ra
sức điện động tự cảm (∆U
L
) cùng chiều với E.Tổng hai sức điện động này lớn hơn điện
áp nguồn U
S
làm D

2
dẫn ngược dòng về nguồn và trả lại phần năng lượng đã tích luỹ
trong cuộn cảm L.
Để đảm bảo S
2
dẫn dòng điện ngược ngay khi dòng thuận qua D
1
tắt ta phát xung vào mở
S
2
đồng thời với việc phát xung khoá S
1
.
b). Xung áp đảo áp lớp B.
Hình 1.2.3.b- Sơ đồ nguyên lý xung áp đảo áp lớp B.
20
• •• •
L1
•
R E
i
d
• •
••
D
1
D
4
S
1

S
4
u
d
U
S
•
C
• •
•
D
2
D
3
S
2
S
3
•
S
1
,S
2
,S
3
,S
4
là cá van điều khiển hoàn toàn. Trong sơ đồ này cho phép điều chỉnh và đảo
chiều quay của động cơ một cách linh hoạt, đặc tính làm việc cả ở 4 góc phần tư. Tuy
nhiên, điều khiển các van sẽ rất phức tạp, ở đây ta chỉ nêu ra sơ đồ chứ không nghiên cứu

sâu.
c). Xung áp song song.
Sơ đồ nguyên lý:
Hình 2.2.3.c- Sơ đồ nguyên lý xung áp song song.
Đặc điểm của sơ đồ này là L mắc nối tiếp với tải, khoá K mắc song song với tải. Cuộn
cảm L không tham gia vào quá trình lọc gợn sóng mà chỉ có tụ C đóng vai trò này.
+ k đóng: dòng điện từ +Uqua L S -U. Khi đó D tắt vì trên tụ có U
c
(đã được tích điện
từ trước đó).
+ k ngắt: dòng điện từ +Uqua L D Tải -U. Vì từ thông trong cuộn cảm L không
giảm tức thời về không do đó trong L xuất hiện suất điện động tự cảm
e
L
= , có cùng cực tính với U. Do đó tổng điện áp: U
d
= U+e
L
. Như vậy ta có bộ biến
đổi tăng áp.
Đặc tính của bộ biến đổi này là tiêu thụ năng lượng từ nguồn U ở chế độ liên tục và năng
lượng truyền tải dưới dạng xung nhọn.
Đặc tính truyền đạt: W
I
=
21
U
D
HÌnh 1.2.3.d- Sơ đồ biểu diễn dạng sóng của điện áp ngõ ra, dòng Ic và It.
d).Xung áp nối tiếp.

Sơ đồ nguyên lý:
Hình 1.2.3.e-Sơ đồ nguyên lý xung áp nối tiếp.
Phần tử điều chỉnh quy ước là khoá K (thực tế là Tiristor hoặc Transistor). Đặc
điểm của sơ đồ này là khoá K,cuộn cảm và tải mắc nối tiếp. Tải có tính chất cảm hoặc
dung kháng. Bộ lọc L-C, Diode D mắc ngược U
d
có tác dụng thoát để thoát dòng tải khi
khoá K ngắt.
22
I
s
U
S
I
t
U
t
U
D1
I
D1
+ K đóng: U
s
được đặt vào đầu của bộ lọc. Lý tưởng thì U
tải
=U
s
(nếu bỏ qua sụt áp trên
các van).
+ K mở: Hở mạch giữa nguồn và tải, nhưng vẫn có dòng điện i

tải
do năng lượng tích luỹ
trong cuộn cảm L và L
tải
, dòng chạy qua D do đó U
ra
= U
tải
.
Như vậy, U
tải tb
U
s
. Tương ứng ta có bộ biến đổi hạ áp.
Đặc tính truyền đạt: W
I
= = .
,
Hình 1.2.3.f- Đồ thị điện áp, dòng điện ở chế độ liên tục.
Kết luận: trong đồ án này chúng em sử dụng xung áp nối tiếp do mạch điều khiển tốc độ
động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu bằng cách tăng giảm điện áp đặt vào động cơ thay
đổi từ 0v-24v.Do đó chúng em dùng xung áp nối tiếp để có thể hạ áp dòng từ 24v xuống
0v và để dòng điện chạy vào động cơ không vượt quá 24v có thể gây ra quá tải, hỏng
động cơ.
23
U
t
U
s
1.3. Phương pháp PWM.

1.3.1.Giới thiệu về phương pháp PWM.
Phương pháp điều chế PWM có tên tiếng anh là Pulse Width Modulation là phương
pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự
thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện áp ra.
Sử dụng PWM điều khiển nhanh chậm của động cơ hay cao hơn nữa nó còn được dùng
để điều khiển ổn định tốc độ động cơ. Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tải thì PWM
nó còn tham gia và điều chế các mạch nguồn như là : boot, buck, nghịch lưu 1 pha và 3
pha PWM chúng ta còn gặp nhiều trong thực tế và các mạch điện điều khiển. Điều đặc
biệt là PWM chuyên dùng để điều khiển các phần tử điện tử công suất có đường đặc tính
là tuyến tính khi có sẵn 1 nguồn 1 chiều cố định.
Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương
hoặc là sườn âm.
Hình 1.3.1- Dạng xung PWM
Sơ đồ trên là dạng xung điều chế trong 1 chu kì thì thời gian xung lên (Sườn dương)
nó thay đổi dãn ra hoặc co vào. Và độ rộng của nó được tính bằng phần trăm tức là độ
rộng của nó được tính như sau :
Độ rộng = (t1/T).100 (%)
Như vậy thời gian xung lên càng lớn trong 1 chu kì thì điện áp đầu ra sẽ càng lớn. Nhìn
trên hình vẽ trên thì ta tính được điện áp ra tải sẽ là :
+ Đối với PWM = 25% ==> Ut = Umax.(t1/T) = Umax.25% (V)
24