Luận văn điều khiển tôc độ động cơ một chiều

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành
điện tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Trong lĩnh vực điều khiển, từ
khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật
điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều
khiển lắp ráp bằng các linh kiện rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm
việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ.
Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các
thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như
máy giặt, đồng hồ báo giờ, cân điện tử... đã giúp cho đời sống cuả chúng ta
ngày càng hiện đại và tiện nghi hơn.Truyền động điện một chiều sử dụng cho
các máy có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ và mômen. 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 lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lưọng điều chỉnh
cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng.
Vì vậy với đề tài đồ án môn học về “Điều khiển tôc độ động cơ một chiêu”
dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Đặng Văn Khanh rất đa dạng và phong
phú, có nhiều loại hình khác nhau dựa vào công dụng và độ phức tạp. Do tài
liệu tham khảo bằng Tiếng Việt còn hạn chế, trình độ có hạn và kinh nghiệm
trong thực tế còn non kém, nên đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Vì vậy rất
mong nhận được những ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành của các thầy cô
cũng như của các bạn sinh viên trong khoa.

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 1


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................

................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
.............................................................................................
Hưng Yên, Ngày

Tháng

Năm 2012.

Giáo Viên Hướng Dẫn

Đặng Văn Khanh
GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 2


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

Nhận Xét Của Giáo Viên Phản Biện
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................

................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
.....................................................................................................
Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2012
Giáo Viên Hướng Dẫn

Đặng Văn Khanh

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 3

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

MỤC LỤC
Phần I:Giới Thiệu Chung --------------------------------------------------------------------- 5
I.Tổng quan ------------------------------------------------------------------------------------ 5
II. Mục tiêu của đề tài ----------------------------------------------------------------------- 6
III.Phương pháp nghiên cứu --------------------------------------------------------------- 6
IV.Kết quả dự kiến -------------------------------------------------------------------------- 6
Phần II: Nội Dung Chính --------------------------------------------------------------------- 7
Chương I: Tìm Hiểu Về Linh Kiện Điện Tử Trong Đề Tài--------------------------- 7
I.Mosfet ---------------------------------------------------------------------------------------- 7
II. Vi Điều Khiển AT89C51 --------------------------------------------------------------- 9
III. Động cơ điện một chiều. ------------------------------------------------------------ 15
IV. Diode ------------------------------------------------------------------------------------ 23
Chương II: Thiết Kế Và Chế Tạo Phần Cứng------------------------------------------ 26
I .Tổng quát về các phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ một
chiều. ----------------------------------------------------------------------------------------- 26
II- Điều chế PWM để điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều. ------------------------ 27
III- Đảo chiều động cơ điện một chiều. ----------------------------------------------- 30
IV-Thiết kế ----------------------------------------------------------------------------------- 33
Chương III: Chương Trình Điều Khiển ----------------------------------------------- 37
Phần III : Kết Luận Và Hướng Phát Triển Của Đề Tài. ---------------------------- 41
I.Kết luận ------------------------------------------------------------------------------------ 41
II.Hướng phát triển của đề tài ----------------------------------------------------------- 41
Tài liệu tham khảo:--------------------------------------------------------------------------- 42

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 4


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

Phần I:Giới Thiệu Chung
I.Tổng quan
Trong quá trình làm việc, tốc độ của động cơ thường bị thay đổi do sự biến thiên
của tải, của nguồn và do đó gây ra sai lệch tốc độ thực với tốc độ đặt, làm giảm
năng suất của máy sản xuất. Chính vì vậy việc điều khiển tốc độ động cơ là một
yêu cầu cần thiết và tất yếu đối với các máy sản xuất. Như ta biết rằng hầu hết
các máy sản xuất đều đòi hỏi có nhiều tốc độ, nhưng tuỳ theo từng công việc, điều
kiện làm việc mà ta lựa chọn các tốc độ khác nhau. Muốn có được các tốc độ khác nhau
trên máy, ta có thể thay đổi cấu trúc cơ học của máy như tỉ số truyền hoặc thay đổi tốc
độ của động cơ truyền động chính…
Nhưng ở đây chúng ta chỉ khảo sát theo phương pháp thay đổi tốc độ của động cơ
truyền động.Ở động cơ một chiều, việc điều chỉnh tốc độ động cơ có nhiều ưu
việt hơn so với các loại động cơ khác. Động cơ một chiều không những có khả
năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lạc, mạch điều khiển lại đơn
giản hơn các loại động cơ khác và đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều
chỉnh rộng.
Do đông cơ một chiều rất quan trọng trong cuộc sống và rất phổ biến trong
cuộc sống lên học kỳ này chúng em được làm đồ án ‘’ Điều khiển đông cơ 1
chiều bằng vi điều khiển’’. Có thể nói động cơ 1 chiều có vai trò rất lớn trong

ngành điều khiển tự động.
Để điều khiển được động cơ một chiều,hay nói cách khác là điều chỉnh tốc độ
động cơ điện một chiều thì có nhiều cách khác nhau như:
-Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện trở mạch phần ứng.
-Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông của cuộn dây kích từ.
-Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện áp phần ứng.
Tuy nhiên như những cách trên thì việc điều khiển tốc độ động cơ trở lên khó
khăn và hiệu quả thấp. Do vậy ở đây chúng êm sử dụng phương pháp điều xung
(tức thay đổi độ rộng xung), sử dụng vi điều khiển AT89C51, độ rộng xung
càng lớn thì động cơ quay càng nhanh.
Để điều khiển được động cơ theo phương pháp này thì cần nhiều bước khác
nhau, từ việc đi thiết lập phần cứng điều khiển đến cấu trúc chương trình điều
khiển phải hợp logic. Nếu việc thiết lập phần cứng và chương trình điều khiển
không phù hợp nhau thì sẽ không điều khiển được động cơ.

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 5


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

II. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là: tạo ra một mô hình điều khiển cho động cơ 1 chiều, mô
hình điều khiển này có thể làm mô hình thí nghiệm cho các sinh viên nghiên
cứu để tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như các phương pháp
điều khiển hoạt động cho động cơ. Đặc biệt là việc điều khiển cho động cơ 1

chiều sử dụng vi điều khiển AT89C51.
III.Phương pháp nghiên cứu
- Đưa ra ý tưởng thiết kế (ứng dụng vi điều khiển).
- Thiết kế mạch phần cứng điều khiển: kết nối vi điều khiển, điều khiển
hoạt động của động cơ.
- Viết chương trình điều khiển.
- Vận hành mô hình và sửa lỗi:
- Cả ba thành viên tham gia đồ làm đồ án cùng nhau tập chung nghiên cứu,
thảo luận các vấn đề lý thuyết có liên quan và cùng tiến hành thực hành
để hoàn thành đề tài.
IV.Kết quả dự kiến
- Thứ nhất là tìm hiểu và biết được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của
động cơ điện một chiều.
- Thứ hai là biết được cấu tạo và nguyên lý hoạt động cũng như ứng dụng
của các linh kiện điện tử.
- Thứ ba là điều khiển được tốc độ động cơ điện một chiều và có đảo chiều
động cơ dùng vi điều khiển. Thứ tư là có thể hiểu và lập trình thành thạo
với vi điều khiển AT89C51.
- Hoàn thành mô hình đề tài đảm bảo đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu
đã được đề ra.

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 6


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

Phần II: Nội Dung Chính
Chương I: Tìm Hiểu Về Linh Kiện Điện Tử Trong Đề Tài
I.Mosfet
1.1 Giới thiệu về Mosfet
Mosfet là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field
Effect Transistor)là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với
Transistor thông thường mà ta đã biết, Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên
hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn
thích hợn cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu, Mosfet được sử dụng nhiều
trong các mạch nguồn Monitor, nguồn máy tính .

Hình 1.1 Transistor hiệu ứng trường Mosfet
- Những ứng dụng:
+ Bộ biến đổi DC – DC hiệu quả cao
+ UPS và điều khiển động cơ
- IRF 9540 là mosfet loại P
+ Hoạt động với điện áp VDSSMAX = -100V, RDS(ON) = 0,20Ω, ID = -19A.

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 7


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

1.2 Cấu tạo và ký hiệu của Mosfet.

Hình 1.2 Ký hiệu và sơ đồ chân tương đương giữa Mosfet và Transistor
* Cấu tạo của Mosfet.

Hình 1.3 Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 8


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ









Đồ Án Chuyên Ngành 1

G : Gate gọi là cực cổng
S : Source gọi là cực nguồn
D : Drain gọi là cực máng
Mosfet kện N có hai miếng bán dẫn loại P đặt trên nền bán dẫn N, giữa
hai lớp P-N được cách điện bởi lớp SiO2 hai miếng bán dẫn P được nối
ra thành cực D và cực S, nền bán dẫn N được nối với lớp màng mỏng ở

trên sau đó được dấu ra thành cực G.
Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vô
cùng lớn, còn 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.

II. Vi Điều Khiển AT89C51
2.1 Tìm hiểu về IC 89C51
Bắt đầu xuất hiện vào năm 1980, trải qua gần 30 năm, hiện đã có tới hàng
trăm biến thể (derrivatives) được sản xuất bởi hơn 20 hãng khác nhau, trong đó
phải kể đến các đại gia trong làng bán dẫn (Semiconductor) như ATMEL, Texas
Instrument, Philips, Analog Devices… Tại Việt Nam, các biến thể của hãng
ATMEL là AT89C51, AT89C52, AT89S51, AT89S52… đã có thời gian xuất
hiện trên thị trường khá lâu và có thể nói là được sử dụng rộng rãi nhất trong
các loại vi điều khiển 8 bit.
2.1.1 Cấu trúc bus
Bus địa chỉ của họ vi điều khiển 8051 gồm 16 đường tín hiệu (thường gọi là
bus địa chỉ 16 bit). Với số lượng bit địa chỉ như trên, không gian nhớ của chip
được mở rộng tối đa là 65536 địa chỉ, tương đương 64K. Bus dữ liệu của họ vi
điều khiển 8051 gồm 8 đường tín hiệu (thường gọi là bus dữ liệu 8 bit), đó là lý
do tại sao nói 8051 là họ vi điều khiển 8 bit. Với độ rộng của bus dữ liệu như
vậy, các chip họ 8051 có thể xử lý các toán hạng 8 bit trong một chu kỳ lệnh.
2.1.2 CPU (Central Processing Unit)
CPU là đơn vị xử lý trung tâm, đó là bộ não của toàn bộ hệ thống vi điện tử
được tích hợp trên chip vi điều khiển. CPU có cấu tạo chính gồm một đơn vị xử

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 9


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

lý số học và lôgic ALU (Arithmethic Logic Unit) - nơi thực hiện tất cả các phép
toán số học và phép lôgic cho quá trình xử lý.
2.1.3 Bộ nhớ chương trình (Program Memory)
Không gian bộ nhớ chương trình của AT89 là 64K byte, tuy nhiên hầu hết
các vi điều khiển AT89 trên thị trường chỉ tích hợp sẵn trên chip một lượng bộ
nhớ chương trình nhất định và chiếm dải địa chỉ từ 0000h trở đi trong không
gian bộ nhớ chương trình. AT89C51/AT89S51 có 4K byte bộ nhớ chương trình
loại Flash tích hợp sẵn bên trong chip. Đây là bộ nhớ cho phép ghi/xóa nhiều
lần bằng điện, chính vì thế cho phép người sử dụng thay đổi chương trình nhiều
lần. Số lần ghi/xóa được thường lên tới hàng vạn lần. Bộ nhớ chương trình dùng
để chứa mã của chương trình nạp vào chip. Mỗi lệnh được mã hóa bởi 1 hay vài
byte, dung lượng của bộ nhớ chương trình phản ánh số lượng lệnh mà bộ nhớ có
thể chứa được. Địa chỉ đầu tiên của bộ nhớ chương trình (0x0000) chính là địa
chỉ Reset của 8051. Ngay sau khi reset (do tắt bật nguồn, do mức điện áp tại
chân RESET bị kéo lên 5V...),
CPU sẽ nhảy đến thực hiện lệnh đặt tại địa chỉ này trước tiên, luôn luôn là như
vậy. Phần còn trống trong không gian chương trình không dùng để làm gì cả.
Nếu muốn mở rộng bộ nhớ chương trình, ta phải dùng bộ nhớ chương trình bên
ngoài có dung lượng như ý muốn. Tuy nhiên khi dùng bộ nhớ chương trình
ngoài, bộ nhớ chương trình onchip không dùng được nữa, bộ nhớ chương trình
ngoài sẽ chiếm dải địa chỉ ngay từ địa chỉ 0x0000.
2.1.4 Bộ nhớ dữ liệu (Data Memory)

Vi điều khiển họ 8051 có không gian bộ nhớ dữ liệu là 64K địa chỉ, đó
cũng là dung lượng bộ nhớ dữ liệu lớn nhất mà mỗi chip thuộc họ này có thể có
được (nếu phối ghép một cách chính tắc, sử dụng các đường tín hiệu của bus địa
chỉ và dữ liệu). Bộ nhớ dữ liệu của các chip họ 8051 có thể thuộc một hay hai
loại: SRAM hoặc EEPROM. Bộ nhớ dữ liệu SRAM được tích hợp bên trong
mọi chip thuộc họ vi điều khiển này, có dung lượng khác nhau tùy loại chip,
nhưng thường chỉ khoảng vài trăm byte. Đây chính là nơi chứa các biến trung
gian trong quá trình hoạt động của chip. khi mất điện, do bản chất của SRAM
mà giá trị của các biến này cũng bị mất theo. Khi có điện trở lại, nội dung của
các ô nhớ chứa các biến này cũng là bất kỳ, không thể xác định trước. Bên cạnh
bộ nhớ loại SRAM, một số chip thuộc họ 8051 còn có thêm bộ nhớ dữ liệu loại
EEPROM với dung lượng tối đa vài Kbyte, tùytừng loại chip cụ thể. Dưới đây
là một vài ví dụ về bộ nhớ chương trình của một số loại chip thông dụng thuộc
họ 8051.
GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 10


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

STT

Tên chip

Bộ nhớ SRAM

Bộ nhớ EEPROM

1

AT89C51

128 byte

O

2

AT89C52

256 byte

0

3

AT89C2051

128 byte

0

4

AT89S51

128 byte

0

5

AT89S8252

256 byte

0

6

AT89S8252

256 byte

2028 byte

Đối với các chip có bộ nhớ SRAM 128 byte thì địa chỉ của các byte SRAM
này được đánh số từ 00h đến 7Fh. Đối với các chip có bộ nhớ SRAM 256 byte
thì địa chỉ của các byte SRAM được đánh số từ 00h đến FFh. Ở cả hai loại chip,
SRAM có địa chỉ từ 00h đến 7Fh được gọi là vùng RAM thấp, phần có địa chỉ
từ 80h đến FFh (nếu có) được gọi là vùng RAM cao. Bên cạnh các bộ nhớ, bên
trong mỗi chip 8051 còn có một tập hợp các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR
– Special Function Register). Các thanh ghi này lien quan đến hoạt động của
các ngoại vi onchip (các cổng vào ra, timer, ngắt ...). Địa chỉ của chúng trùng
với dải địa chỉ của vùng SRAM cao, tức là cũng có địa chỉ từ 80h đến FFh.
2.2 Các thanh nghi đặc biệt SFR

2.2.1 Cổng vào ra song song (I/O Port)
8051 có 4 cổng vào ra song song, có tên lần lượt là P0, P1, P2 và P3. Tất cả
các cổng này đều là cổng vào ra hai chiều 8bit. Các bit của mỗi cổng là một
chân trên chip, như vậy mỗi cổng sẽ có 8 chân trên chip dùng cổng đó làm cổng
ra hay cổng vào) là độc lập giữa các cổng và giữa các chân (các bit) trong cùng
một cổng. Ví dụ, ta có thể định nghĩa cổng P0 là cổng ra, P1 là cổng vào hoặc
ngược lại một cách tùy ý, với cả 2 cổng P2 và P3 còn lại cũng vậy. Trong cùng
một cổng P0, ta cũng có thể định nghĩa chân P0.0 là cổng vào, P0.1 lại là cổng
ra tùy ý.
Cổng P0 không có điện trở treo cao (pullup resistor) bên trong, mạch lái
tạomức cao chỉ có khi sử dụng cổng này với tính năng là bus dồn kênh địa
chỉ/dữ liệu. Như vậy với chức năng ra thông thường, P0 là cổng ra open drain,
với chức năng vào, P0 là cổng vào cao trở (high impedance). Nếu muốn sử dụng
GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 11


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

cổng P0 làm cổng vào/ra thông thường, ta phải thêm điện trở pullup bên ngoài.
Giá trị điện trở pullup bên ngoài thường từ 4K7 đến 10K.
Các cổng P1, P2 và P3 đều có điện trở pullup bên trong, do đó có thể dùng
với chức năng cổng vào/ra thông thường mà không cần có thêm điện trở pullup
bên ngoài. Thực chất, điện trở pullup bên trong là các FET, không phải điện trở
tuyến tính thông thường, tuy vậy nhưng khả năng phun dòng ra của mạch lái khi
đầu ra ở mức cao (hoặc khi là đầu vào) rất nhỏ, chỉ khoảng 100 micro Ampe.

2.2.2 Cổng vào ra nối tiếp (Serial Port)
Cổng nối tiếp trong 8051 chủ yếu được dùng trong các ứng dụng có yêu cầu
truyền thông với máy tính, hoặc với một vi điều khiển khác. Liên quan đến cổng
nối tiếp chủ yếu có 2 thanh ghi: SCON và SBUF. Ngoài ra, một thanh ghi khác
là thanh ghi PCON (không đánh địa chỉ bit) có bit 7 tên là SMOD quy định tốc
độ truyền của cổng nối tiếp có gấp đôi lên (SMOD = 1) hay không (SMOD = 0).
2.2.3 Ngắt (Interrupt)
8051 chỉ có một số lượng khá ít các nguồn ngắt (interrupt source) hoặc có
thể gọi là các nguyên nhân ngắt. Mỗi ngắt có một vector ngắt riêng, đó là một
địa chỉ cố định nằm trong bộ nhớ chương trình, khi ngắt xảy ra, CPU sẽ tự động
nhảy đến thực hiện lệnh nằm tại địa chỉ này.
Với 8052, ngoài các ngắt trên còn có thêm ngắt của timer2 (do vi điều khiển
này có thêm timer2 trong số các ngoại vi onchip). Mỗi ngắt được dành cho một
vector ngắt kéo dài 8byte. Về mặt lý thuyết, nếu chương trình đủ ngắn, mã tạo
ra chứa đủ trong 8 byte, người lập trình hoàn toàn có thể đặt phần chương trình
xử lý ngắt ngay tại vector ngắt. Tuy nhiên trong hầu hết các trường hợp, chương
trình xử lý ngắt có dung lượng mã tạo ra lớn hơn 8byte nên tại vector ngắt, ta
chỉ đặt lệnh nhảy tới chương trình xử lý ngắt nằm ở vùng nhớ khác. Nếu không
làm vậy, mã chương trình xử lý ngắt này sẽ lấn sang, đè vào vector ngắt kế cận.
Để cho phép một ngắt, bit tương ứng với ngắt đó và bit EA phải được đặt
bằng 1. Thanh ghi IE là thanh ghi đánh địa chỉ bit, do đó có thể dùng các lệnh
tác động bit để tác động riêng rẽ lên từng bit mà không làm ảnh hưởng đến giá
trị các bit khác. Cờ ngắt hoạt động độc lập với việc cho phép ngắt, điều đó có
nghĩa là cờ ngắt sẽ tự động đặt lên bằng 1 khi có sự kiện gây ngắt xảy ra, bất kể
sự kiện đó có được cho phép ngắt hay không. Do vậy, trước khi cho phép một
ngắt, ta nên xóa cờ của ngắt đó để đảm bảo sau khi cho phép, các sự kiện gây
ngắt trong quá khứ không thể gây ngắt nữa.

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 12


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

8051 có 2 ngắt ngoài là INT0 và INT1. Ngắt ngoài được hiểu là ngắt
được gây ra bởi sự kiện mức lôgic 0 (mức điện áp thấp, gần 0V) hoặc sườn
xuống (sự chuyển mức điện áp từ mức cao về mức thấp) xảy ra ở chân ngắt
tương ứng (P3.2 với ngắt ngoài 0 và P3.3 với ngắt ngoài 1). Việc lựa chọn kiểu
ngắt được thực hiện bằng các bit IT (Interrupt Type) nằm trong thanh ghi
TCON. Đây là thanh ghi điều khiển timer nhưng 4 bit LSB (bit0..3) được dùng
cho các ngắt ngoài.
Khi bit ITx = 1 thì ngắt ngoài tương ứng được chọn kiểu là ngắt theo sườn
xuống, ngược lại nếu bit ITx = 0 thì ngắt ngoài tương ứng được sẽ có kiểu ngắt
là ngắt theo mức thấp. Các bit IE là các bit cờ ngắt ngoài, chỉ có tác dụng trong
trường hợp kiểu ngắt được chọn là ngắt theo sườn xuống. Khi kiểu ngắt theo
sườn xuống được chọn thì ngắt sẽ xảy ra duy nhất một lần khi có sườn xuống
của tín hiệu, sau đó khi tín hiệu ở mức thấp, hoặc có sườn lên, hoặc ở mức cao
thì cũng không có ngắt xảy ra nữa cho đến khi có sườn xuống tiếp theo. Cờ ngắt
IE sẽ dựng lên khi có sườn xuống và tự động bị xóa khi CPU bắt đầu xử lý ngắt.
Khi kiểu ngắt theo mức thấp được chọn thì ngắt sẽ xảy ra bất cứ khi nào tín hiệu
tại chân ngắt ở mức thấp. Nếu sau khi xử lý xong ngắt mà tín hiệu vẫn ở mức
thấp thì lại ngắt tiếp, cứ như vậy cho đến khi xử lý xong ngắt lần thứ n , tín hiệu
đã lên mức cao rồi thì thôi không ngắt nữa. Cờ ngắt IE trong trường hợp này
không có ý nghĩa gì cả.Thông thường kiểu ngắt hay được chọn là ngắt theo
sườn xuống.
2.2.4 Bộ định thời/Bộ đếm (Timer/Counter)

8051 có 2 timer tên là timer0 và timer1. Các timer này đều là timer 16bit,
giátrị đếm max do đó bằng 65536 (đếm từ 0 đến 65535). Hai timer có nguyên lý
hoạt động hoàn toàn giống nhau và độc lập. Sau khi cho phép chạy, mỗi khi có
thêm một xung tại đầu vào đếm, giá trị của timer sẽ tự động được tăng lên 1 đơn
vị, cứ như vậy cho đến khi giá trị tăng lên vượt quá giá trị max mà thanh ghi
đếm có thể biểu diễn thì giá trị đếm lại được đưa trở về giá trị min (thông
thường min = 0). Sự kiện này được hiểu là sự kiện tràn timer (overflow) và có
thể gây ra ngắt nếu ngắt tràn timer được cho phép (bit ETx trong thanh ghi IE =
1). Việc cho timer chạy/dừng được thực hiện bởi các bit TR trong thanh ghi
TCON (đánh địa chỉ đến từng bit).
Khi bit TRx = 1, timerx sẽ đếm, ngược lại khi TRx = 0, timerx sẽ không
đếm mặc dù vẫn có xung đưa vào. Khi dừng không đếm, giá trị của timer được
giữ nguyên. Các bit TFx là các cờ báo tràn timer, khi sự kiện tràn timer xảy ra,
cờ sẽ được tự động đặt lên bằng 1 và nếu ngắt tràn timer được cho phép, ngắt sẽ
GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 13


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

xảy ra. Khi CPU xử lý ngắt tràn timerx, cờ ngắt TFx tương ứng sẽ tự động được
xóa về 0. Giá trị đếm 16bit của timerx được lưu trong hai thanh ghi THx (byte
cao) và TLx (byte thấp). Hai thanh ghi này có thể ghi/đọc được bất kỳ lúc nào.
Tuy nhiên nhà sản xuất khuyến cáo rằng nên dừng timer (cho bit TRx = 0) trước
khi ghi/đọc các thanh ghi chứa giá trị đếm. Các timer có thể hoạt động theo
nhiều chế độ, được quy định bởi các bit trong thanh ghi TMOD (không đánh địa

chỉ đến từng bit).
Để xác định thời gian, người ta chọn nguồn xung nhịp (clock) đưa vào đếm
trong timer là xung nhịp bên trong (dành cho CPU). Nguồn xung nhịp này
thường rất đều đặn (có tần số ổn định), do đó từ số đếm của timer người ta có
thể nhân với chu kỳ xung nhịp để tính ra thời gian trôi qua. Timer lúc này được
gọi chính xác với cái tên “timer”, tức bộ định thời. Để đếm các sự kiện bên
ngoài, người ta chọn nguồn xung nhịp đưa vào đếm trong timer là tín hiệu từ
bên ngoài (đã được chuẩn hóa về dạng xung vuông 0V/5V). Các tín hiệu này sẽ
được nối với các bit cổng có dồn kênh thêm các tính năng T0/T1/T2. Khi có sự
kiện bên ngoài gây ra thay đổi mức xung ở đầu vào đếm, timer sẽ tự động tăng
lên 1 đơn vị giống như trường hợp đếm xung nhịp bên trong. Lúc này, timer
được gọi chính xác với cái tên khác: “counter”, tức bộ đếm (sự kiện). Nhìn vào
bảng mô tả thanh ghi TMOD bên trên, ta có thể nhận thấy có 2 bộ 4 bit giống
nhau (gồm GATEx, C/Tx, Mx0 và Mx1) dành cho 2 timer0 và 1. Ý nghĩa các
bit là như nhau đối với mỗi timer.
Bit GATEx quy định việc cho phép timer đếm (run timer). Nếu GATEx =
0,timerx sẽ đếm khi bit TRx bằng 1, dừng khi bit TRx bằng 0. Nếu GATEx = 1,
timerx sẽ chỉ đếm khi bit TRx = 1 và tín hiệu tại chân INTx = 1, dừng khi một
trong hai điều kiện trên không còn thỏa mãn. Thông thường người ta dùng timer
với GATE = 0, chỉ dùng timer với GATE = 1 trong trường hợp muốn đo độ
rộng xung vì lúc đó timer sẽ chỉ đếm thời gian khi xung đưa vào chân INTx ở
mức cao. Bit C/Tx quy định nguồn clock đưa vào đếm trong timer. Nếu C/Tx =
0, timer sẽ được cấu hình là bộ định thời, nếu C/Tx = 1, timer sẽ được cấu hình
là bộ đếm sự kiện. Hai bit còn lại (Mx0 và Mx1) tạo ra 4 tổ hợp các giá trị
(00,01,10 và 11) ứng với 4 chế độ hoạt động khác nhau của timerx. Trong 4 chế
độ đó thường chỉ dùng chế độ timer/counter 16bit (Mx1 = 0, Mx0 = 1) và chế
độ Auto Reload 8bit timer/counter (Mx1 = 1, Mx0 = 0).Trong chế độ
timer/counter 16bit, giá trị đếm (chứa trong hai thanh ghi THx và TLx) tự động
được tăng lên 1 đơn vị mỗi lần nhận được thêm một xung nhịp. Khi giá trị đếm
tăng vượt quá giá trị max = 65535 thì sẽ tràn về 0, cờ ngắt TFx được tự động đặt

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 14


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

= 1. Chế độ này được dùng trong các ứng dụng đếm thời gian và đếm sự kiện.
Trong chế độ Auto Reload 8bit, giá trị đếm sẽ chỉ được chứa trong thanh ghi
TLx, còn giá trị của thanh ghi THx bằng một số n (từ 0 đến 255) do người lập
trình đưa vào. Khi có thêm 1 xung nhịp, giá trị đếm trong TLx đương nhiên
cũng tăng lên 1 đơn vị như bình thường. Tuy nhiên trong trường hợp này, giá trị
đếm lớn nhất là 255 chứ không phải 65535 như trường hợp trên vì timer/counter
chỉ còn 8bit. Do vậy sự kiện tràn lúc này xảy ra nhanh hơn, chỉ cần vượt quá
255 là giá trị đếm sẽ tràn. Cờ ngắt TFx vẫn được tự động đặt = 1 như trong
trường hợp tràn 16bit. Điểm khác biệt là thay vì tràn về 0, giá trị THx sẽ được
tự động nạp lại (Auto Reload) vào thanh ghi TLx, do đó timer/counter sau khi
tràn sẽ có giá trị bằng n (giá trị chứa trong THx) và sẽ đếm từ giá trị n trở đi.
Chế độ này được dùng trong việc tạo Baud rate cho truyền thông qua cổng nối
tiếp. Để sử dụng timer của 8051, hãy thực hiện các bước sau:
- Quy định chế độ hoạt động cho timer bằng cách tính toán và ghi giá trị cho
các bit trong thanh ghi TMOD.
- Ghi giá trị đếm khởi đầu mong muốn vào 2 thanh ghi đếm THx và TLx. Đôi
khi ta không muốn timer/counter bắt đầu đếm từ 0 mà từ một giá trị nào đó để
thời điểm tràn gần hơn, hoặc chẵn hơn trong tính toán sau này. Ví dụ nếu cho
timer đếm từ 15535 thì sau 50000 xung nhịp (tức 50000 micro giây với thạch

anh 12MHz) timer sẽ tràn, và thời gian một giây có thể dễ dàng tính ra khá
chính xác = 20 lần tràn của timer (đương nhiên mỗi lần tràn lại phải nạp lại giá
trị 15535).
- Đặt mức ưu tiên ngắt và cho phép ngắt tràn timer (nếu muốn).
- Dùng bit TRx trong thanh ghi TCON để cho timer chạy hay dừng theo ý
muốn.
III. Động cơ điện một chiều.
3.1 Khái niệm động cơ điện một chiều.
Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều.
Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng
như công nghiệp. Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ
duy nhất khi nối với nguồn điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiều
quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp PWM.
Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt
động với điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ. Trong công nghiệp, động cơ

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 15


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc
yêu cầu thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng.
Một phần quan trọng của động cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó
có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong cuộn rotor trong khi chuyển động

quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này là bộ phận gồm có một bộ
cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp. Đây cũng chính là nhược điểm
chính của động cơ điện một chiều: cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, đắt tiền,
kém tin cậy và nguy hiểm trong môi trường dễ nổ, khi sử dụng phải có nguồn
điện một chiều kèm theo hoặc bộ chỉnh lưu.
Cấu tạo:
Gồm hai phần: - phần đứng yên (gọi là phần tĩnh ) .
- phần chuyển động (gọi là phần quay ).
3.2- Cấu tạo của động cơ điện một chiều.

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh(stato)
và phần động(roto)
3.2.1- Phần tĩnh ( stato ).
Stator hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường
.Gồm có mạch từ và dây cuốn kích thích lồng ngoài mạch từ(nếu động cơ được
kích từ bằng nam châm điện).
GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 16


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

- Mạch từ được làm bằng sắt từ (thép đúc, thép đặc )
- Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm
bằng dây điện từ (êmay).Các cuộn dây điện từ này được nối
tiếp với nhau.

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 làm bằng những lá thép kỹ thuật điện
hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện nhỏ có
thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây
quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được
bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực
từ. Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau.
b- Cực từ phụ
Cực từ phụ được đặt trên 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 rạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn
vào vỏ máy nhờ những bulông.
c- Gông từ
Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.
Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong
máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang
làm vỏ máy.
d- Các bộ phận khác
Bao gồm:
- Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây
quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp
máy còn có tác dụng làm giá đỡ 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 bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổ
góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 17


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi
điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.
3.2.2- Phần quay( roto ).
Là phần sinh ra suất điện động .Gồm có mạch từ được làm bằng vật liệu
sắt từ ( lá thép kĩ thuật ) xếp lại với nhau .Trên mạch từ có xẻ rãnh đẻ lồng dây
quấn phần ứng (làm bằng dây điện từ ).
Cuộn dây phần ứng gồm nhiều bôi dây nối vơi nhau theo một qui luật nhất
định .Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với
các phiến đồng gọi là phiến góp .
Các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi
là cổ góp hay vành góp.
Tỳ trên cổ góp là cặp trổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào
thành cổ góp nhờ lò xo.
a- Lõi sắt phần ứng
Dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm
phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy
gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì dặt dây quấn
vào.
Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông
gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục.
Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những
đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi

máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt.
Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào
trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto
có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto.
b- Dây quấn phần ứng
Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất 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 có công suất dưới vài kw thường dùng dây có tiết diện

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 18


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

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 quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để
đè chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit.
c- Cổ góp
Dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm
nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến
1,2mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình
chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi
vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các
phiến góp được dễ dàng.

3.3- Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Động cơ điện phải có hai nguồn năng lượng :
- Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ đẻ sinh ra từ thông kích từ
- Nguồn phần ứng được đưa vào hai chổi than để đưa vào hai cổ
góp của phần ứng .
Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện trong dây quấn phần ứng có
điện. Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm
rôto quay. Chiều của lực được xác định bằng qui tắc bàn tay trái.
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau.
Do có phiếu góp nhiều dòng điện dữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng
không thay đổi.
Khi quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư
chiều của suất điện động được xác định theo qui tắc bàn tay phải, ở động cơ một
chiếu sđđ Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động .
Phương trình cân bằng điện áp :
U = Eư + Rư.Iư +Iư.

GVHD:Đặng Văn Khanh

didt

Page 19


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Mạch roto

Đồ Án Chuyên Ngành 1

Cổ góp

Trục
Chổi than

Lõi thép

3.4- Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
đặc tính cơ của động cơ điện một chiều là quan hệ giữa tốc độ quay và
mômen quay của động cơ:
 = f(M) hoặc n = f(M)
trong đó :

 - tốc độ góc(rad/s)
n - tốc độ quay (v/ph)

Có hai loại đặc tính cơ : đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính



o

0

0

o

0

0
đm
ntđm

Mđm
0

a)Đặc tính cơ tự nhiên

M

Mđm

0

0

M

b) Đặc tính cơ nhân tạo

M – momen(Nm)

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 20


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

3.5- Phân loại
Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều
người ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ứng với mỗi
cách ta có các loại động cơ điện loại:
Có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng :
- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập .
- Động cơ điện một chiều kích từ song song.
- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp .
- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp .
3.5.1- Kích thích độc lập
khi nguồn một chiều có công suất ko đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch
kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên :

I = I ư.
3.5.2- Kích thích song song
khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp ko đổi, mạch
kích từ được mắc song song với mạch phần ứng nên :
I = Iu +It
3.5.3- Kích thích nối tiếp
cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích từ có tiết diện
lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo dễ dàng nên ta có :
I = Iư =It.
3.5.4- Kích thích hỗn hợp
Ta có:

I = Iu +It

Với mỗi loại động cơ trênlà tương ứng với các đặc tính, đặc điểm kỹ thuật
điều khiển và ứng dụng là tương đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều nhân tố, ở
đề tài này ta chỉ xét đên động cơ điện một chiều kích từ độc lập và biện pháp
hữu hiệu nhất để điều khiển loại động cơ này.

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 21


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

3.6- Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều
Đặc tính cơ n = f(M) của động cơ điện một chiều
n=

U  I u .R u
E
=
Ce
C e

(1-1)

và vì M = CMIư , biểu thức (37-1) có thể viết dưới dạng
n=

Ru M
U
C e  C M C e 2

(1-2)

Trong truyền động điện lực một vấn đề tương đối quan trọng đặt ra là
phair phối hợp tốt đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ của tải hoặc của
máy công tác. Tùy theo tính chất của truyền động có thể có những yêu cầu khác
nhau đối với động cơ điện, thí dụ tốc độ không thay đổi hoặc thay đổi nhiều khi
mômen cản thay đổi và để thỏa mãn những yêu cầu đó cần phải dùng các loại
động cơ điện khác nhau có đặc tính cơ thích hợp.
Sự phối hợp các đặc tính cơ của động cơ điện và tải còn phải sao cho luôn
đảm bảo được tính ổn định công tác trong chế độ làm việc xác lập cũng như quá
trình quá độ, thí dụ như khi điều chỉnh tốc độ. Để nghiên cứu điều kiện làm việc
ổn định của hệ truyền động, ta xét đặc tính M = f(n) của động cơ điện và Mc =
f(n) của tải . ở trường hợp của hình 35-3 , ta thấy sự tăng tốc độ ngẫu nhiên nào
đó (n = nlv + n) thì Mc>M và động cơ điện bị hãm lại để trở về tốc độ ban đầu
nlv, ứng với điểm P.
Cũng như vậy, khi xảy ra sự giảm tốc độ đột nhiên Mc< M động cơ điện
được gia tốc và đạt tốc độ nlv. Đây là trường hợp động cơ làm việc ổn định và từ
hình vẽ đó ta thấy điều kiện làm việc ổn định của động cơ như sau :

dM dM c
<
dn dn

(1- 3)

Ngược lại, nếu M = f(n) và Mc = f(n) có dạng như ở hình 3-3b thì việc
tăng tốc độ đột nhiên sẽ khiến cho động cơ điện có mômen gia tốc dương làm
cho tốc độ tiếp tục tăng mãi, hoặc sự giảm tốc độ sẽ đưa lại hậu quả làm cho tốc
độ tiếp tục giảm. Như vậy là truyền động làm việc không ổn định ứng với điều
kiện :

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 22


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

dM dM c
<
dn dn

(1-4)

Từ biểu thức 1-2 ta thấy rằng việc điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một
chiều có thể thực hiện được bằng cách tha đổi các đại lượng , Rư, và U.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi  được áp dụng tương
đối phổ biến, có thể thay đổi tốc độ được liên tục và kinh tế. Trong quá trình
điều chỉnh hiệu suất   Cte vì sự điều chỉnh dựa trên việc tác dụng lên mạch
kích thích có công suất rất nhỏ so với công suất động cơ. Cần chú ý rằng, bình
thường động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tói đa (=max) nên
chỉ có thể điều chỉnh theo chiều hướng giảm , tức là điều chỉnh tốc độ trong

vùng trên tốc độ định mức và giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế bởi các điều
kiện cơ khí và đổi chiêu của máy.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch cơ
điện có công suất nhỏ và trên thực tế thường dùng ở động cơ điện trong cần
trục.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ quay bằng cách thay đổi điện áp cũng chỉ
cho phép điều chỉnh tốc độ quay dưới tốc độ định mức vì không thể nâng cao
điện áp hơn điện áp định mức của động cơ điện. Phương pháp này không gây
thêm tổn hao trong động cơ điện, nhưng đòi hỏi phải có nguồn riêng có điện áp
điều chỉnh được.
IV. Diode
4.1- Khái niệm về diode
Điốt bán dẫn là các linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, cho phép dòng
điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại, sử dụng các tính
chất của các chất bán dẫn.
4.2- Cấu tạo của diode
Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một
tiếp giáp P - N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp
xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để
lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này
tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn.
Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo của Diode .

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 23


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

Hình 1.4 cấu tạo của diode

Hình 1.5 hình dạng của diode
4.3- Nguyên lý hoạt động của diode
Khối bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi
ghép với khối bán dẫn N (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu
hướng chuyễn động khuếch tán sang khối N. Cùng lúc khối P lại nhận thêm
các điện tử (điện tích âm) từ khối N chuyển sang. Kết quả là khối P tích điện âm
(thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N tích điện dương ( thiếu
hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).
Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi
chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các
nguyên tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh
sáng (hay các bức xạ điện từ có bướcsónggầnđó).Điện áp tiếp xúc hình thành.
Sự tích điện âm bên khối P và dương bên khối N hình thành một điện áp gọi là
điện áp tiếp xúc (UTX). Điện trường sinh ra bởi điện áp có hướng từ khối n đến
khối p nên cản trở chuyển động khuếch tán và như vậy sau một thời gian kể từ
lúc ghép 2 khối bán dẫn với nhau thì quá trình chuyển động khuếch tán chấm
dứt và tồn tại điện áp tiếp xúc. Lúc này ta nói tiếp xúc P-N ở trạng thái cân
bằng. Điện áp tiếp xúc ở trạng thái cân bằng khoảng 0.6V đối với điốt làm bằng

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 24


TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Đồ Án Chuyên Ngành 1

bán dẫn Si và khoảng 0.3V đối với điốt làm bằng bán dẫn Ge.
Điệp áp ngoài ngược chiều điện áp tiếp xúc tạo ra dòng điện.
Hai bên mặt tiếp giáp là vùng các điện tử và lỗ trống dễ gặp nhau nhất nên quá
trình tái hợp thường xảy ra ở vùng này hình thành các nguyên tử trung hòa. Vì
vậy vùng biên giới ở hai bên mặt tiếp giáp rất hiếm các hạt dẫn điện tự do nên
được gọi là vùng nghèo. Vùng này không dẫn điện tốt, trừ phi điện áp tiếp xúc
được cân bằng bởi điện áp bên ngoài. Đây là cốt lõi hoạt động của điốt.
Điệp áp ngoài cùng chiều điện áp tiếp xúc ngăn dòng điện.
Nếu đặt điện áp bên ngoài ngược với điện áp tiếp xúc, sự khuyếch tán của các
điện tử và lỗ trống không bị ngăn trở bởi điện áp tiếp xúc nữa và vùng tiếp giáp
dẫn điện tốt. Nếu đặt điện áp bên ngoài cùng chiều với điện áp tiếp xúc, sự
khuyếch tán của các điện tử và lỗ trống càng bị ngăn lại và vùng nghèo càng trở
nên nghèo hạt dẫn điện tự do. Nói cách khác điốt chỉ cho phép dòng điện qua nó
khi đặt điện áp theo một hướng nhất định.
4.4- Ứng dụng của diode
Vì điốt có đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều từ a-nốt đến ca-tốt khi phân
cực thuận nên điốt được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng
điện một chiều.
Ngoài ra điốt có nội trở thay đổi rất lớn, nếu phân cực thuận RD 0 (nối tắt),
phân cực nghịch RD (hở mạch), nên điốt được dùng làm các công tắc điện tử,
đóng ngắt bằng điều khiển mức điện áp, được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật
điện và điện tử.

GVHD:Đặng Văn Khanh

Page 25