thiết kế chế tạo động cơ bước dc có đảo chiều quay

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển tốc độ động cơ DC bằng phương pháp
PWM có đảo chiều quay
I. Dữ liệu cho trước
Tài liệu ĐTCS, phòng và thiết bị
II. Nội dung cần hoàn thành
1. Tổng quan về mạch điều khiển tốc độ động cơ DC
2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện DC
3. Tính toán, thiết kế chế tạo mạch điều khiển tốc độ động cơ điện DC
4. Sản phẩm của đề tài đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật sử dụng làm mô hình
giảng dạy.
5. Quyển thuyết minh mô tả đầy đủ và chính xác nội dung của đề tài.
III. Tài liệu tham khảo
1. Các tài liệu giáo trình chuyên môn có liên quan.
2. Trang thiết bị máy móc tại xưởng thực tập.

Giáo viên hướng dẫn

Ngày giao đề tài :
Ngày hoàn thành:

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................................4
1.1. IC 78xx..............................................................................................................4
1.1.1 Ký hiệu.............................................................................................................4
1.1.2 Các tham số cơ bản..........................................................................................5


1.2 MOSFET IRF 540 ..................................................................................................5
1.2.1 Cấu tạo của Mosfet..........................................................................................5

1.2.2 Ký hiệu.............................................................................................................6
2.2. Cấu tạo động cơ điện một chiều.........................................................................11
2.2.1. Phần tĩnh (stator) .........................................................................................11
2.2.2. Phần quay (rotor).........................................................................................11
2.3. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều...............................................12
2.4.1. Khái niệm chung:.........................................................................................14
2.4.1.1. Định nghĩa:...............................................................................................14
2.4.1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ:................14
2.5.2. Phương trình đặc tính cơ..............................................................................17
3.Xung PWM.............................................................................................................18
2.2. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................................24
2.2.1. Sơ đồ nguyên lý khối nguồn........................................................................24
2.2.3 Khối điều khiển ............................................................................................25
2.2.4 Khối mạch động lực ....................................................................................27
2.3.Nguyên lý toàn mạch...........................................................................................28
2.4.Sơ đồ mạch in toàn mạch.....................................................................................29


Lời nói đầu
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường
công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước. Ngành điện tử nói chung đã có những bước
tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể. Để thúc đẩy nề kinh tế của đất
nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ trước đủ kiến thức để
đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo
thì phải đưa ra các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có
như vậy thì trình độ của con người ngày càng cao mới đáp ứng được nhu của xã hội.
Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việc
hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy cũng như giúp sinh
viên có khả năng thực tế cao.
Để các sinh viên có tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế, chế

tạo chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án: “Thiết kế và chế tạo mạch điều
động cơ DC bằng phương pháp PWM ” nhằm củng cố về mặt kiến thức trong quá
trình thực tế.
Sau khi nhận đề tài, nhờ sự giúp đỡ tận tình của giáo viên hướng dẫn cùng với sự
lỗ lực cố gắng của cả nhóm, sự tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, đến nay đồ án của chúng
em về mặt cơ bản đã hoàn thành. Trong quá trình thực hiện dù đã rất cố gắng nhưng
do trình độ còn hạn chế kinh nghiệm còn ít nên không thể tránh khỏi sai sót. Chúng
em mong nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của cô thầy trong khoa để
đồ án của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn cô giáo cùng với các thầy giáo trong khoa đã
giúp chúng em hoàn thành đồ án.


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. IC sử dụng trong mạch
1.1. IC 78xx

IC ổn áp 7812,7805
1.1.1 Ký hiệu.

Kí hiệu IC 78XX
Note: XX là mức điện áp tùy chọn.
• Cách đơn giản nhất để tạo ra nguồn +12V là dùng IC nguồn 7812.
• Nhược điểm lớn nhất của họ 78XX là tỏa nhiệt rất nhiều, điện áp thừa sẽ được
cắt bỏ chuyển thành nhiệt năng tỏa ra trên IC.
Lưu ý rằng điện áp đầu vào cho 7812 chỉ nên cao hơn 2V-3V so với điện áp đầu
ra, họ 78XX là họ IC nguồn tạo ra điện áp dương tùy theo loại IC ta chọn.Ví dụ
như 7805 sẽ cho ra điện áp +5V.

1.1.2 Các tham số cơ bản

1.2 MOSFET IRF 540
1.2.1 Cấu tạo của Mosfet
Mosfet là Transistor hiệu ứng trường là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt
động khác với Transistor thông thường mà ta đã biết. Mosfet thường có công suất lớn
hơn rất nhiều so với BJT. Đối với tín hiệu 1 chiều thì nó coi như là 1 khóa đóng mở.
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 hợp cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu.
Khác với BJT, Mosfet có cấu trúc bán dẫn cho phép điều khiển bằng điện áp với
dòng điện điều khiển cực nhỏ.

Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N


G : Gate gọi là cực cổng
S : Source gọi là cực nguồn
D : Drain gọi là cực máng
Trong đó : G là cực điều khiển được cách lý hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn còn lại bởi
lớp điện môi cực mỏng nhưng có độ cách điện cực lớn dioxit-silic (Sio2). Hai cực còn
lại là cực gốc (S) và cực máng (D). Cực máng là cực đón các hạt mang điện.
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.
1.2.2 Ký hiệu

Ký hiệu và hình ảnh IRF 540

Van động lực được dùng trong sơ đồ này là loại transistor trường hay
MOSFET có tên là IRF 540 .Nó là MOSFET loại N (N-CHANNEL) có thể chịu được
dòng lên đến 25A và tần số đóng ngắt rất cao (1MHz).Nó dùng để đóng ngắt và
khuếch đại điện áp cung cấp cho động cơ DC.Xung điện áp được đưa vào qua chân G
của IRF 540,giả sử ban đầu xung điện áp có điện áp >0 IRF dẫn => có điện áp đầu


ra,tại thời điểm thứ 2 xung điện áp có giá trị =0 IRF khóa điện áp đầu ra là =0 và cứ
như vậy tạo ra điện áp đầu ra có dạng xung vuông. Một số thông số cơ bản của IRF
630 :

VDSS

Thông số

Min

Điện áp

300

Max

Đơn vị

Điều kiện

V

VGS = 0V,

--------------

đánh thủng
RDS(on)

ID = 250µA

Điện trở cực -------------

44

m

DS
VSD

ID = 16A

Điện áp

-------------

1,2

V

trước diot
VGS

Điện áp cực

IS = 16A,
VGS = 0V

2.0

4.0

V

cửa Gate
IDS

VGS= 10V,

VDS=VGS,
ID = 250µA

Dòng D-S

-------------

33

A

---------------

cực đại

1.2.3. Nguyên lý hoạt động
Mosfet hoạt động ở 2 chế độ đóng và mở. Do là một phần tử với các hạt mang
điện cơ bản nên Mosfet có thể đóng cắt với tần số rất cao. Nhưng mà để đảm bảo thời
gian đóng cắt ngắn thì vấn đề điều khiển lại là vẫn đề quan trọng .

Mạch điện tương đương của Mosfet


Mạch điện tương đương của Mosfet . Nhìn vào đó ta thấy cơ chế đóng cắt phụ
thuộc vào các tụ điện ký sinh trên nó.
+ Đối với kênh P : Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs0. Dòng điện sẽ đi từ S đến D
+ Đối với kênh N : Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs >0. Điện áp điều khiển đóng
là Ugs<=0. Dòng điện sẽ đi từ D xuống S.
Do đảm bảo thời gian đóng cắt là ngắn nhất người ta thường : Đối với Mosfet Kênh N
điện áp khóa là Ugs = 0 V còn Kênh P thì Ugs=~0.
+ Các thông số thể hiện khả năng đóng cắt của Mosfet
Thời gian trễ khi đóng/mở khóa phụ thuộc giá trị các tụ kí sinh Cgs.Cgd,Cds.
Tuy nhiên các thông số này thường được cho dưới dạng trị số tụ Ciss, Crss,Coss.
Nhưng dưới điều kiện nhất định như là điện áp Ugs và Uds. Ta có thể tính được giá trị
các tụ đó.
1.2.4. Xác định chân, kiểm tra-Mosfet
Thông thường thì chân của Mosfet có quy định chung không như Transitor.
Chân của Mosfet được quy định: chân G ở bên trái, chân S ở bên phải còn chân D ở
giữa.
+ Kiểm tra Mosfet
Mosfet có thể được kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng . Do có cấu tạo hơi khác so
với Transitor nên cách kiểm tra Mosfet cũng không giống với Transitor.
Mosfet còn tốt :Là khi đo trở kháng giữa G với S và giữa G với D có điện trở
bằng vô cùng ( kim không lên cả hai chiều đo) và khi G đã được thoát điện thì trở

kháng giữa D và S phải là vô cùng.
Bước 1 : Chuẩn bị để thang x1KW
Bước 2 : Nạp cho G một điện tích ( để que đen vào G que đỏ vào S hoặc D )
Bước 3 : Sau khi nạp cho G một điện tích ta đo giữa D và S ( que đen vào D que đỏ
vào S ) => kim sẽ lên.
Bước 4 : Chập G vào D hoặc G vào S để thoát điện chân G.


Bước 5 : Sau khi đã thoát điện chân G đo lại DS như bước 3 kim không lên.
=> Kết quả như vậy là Mosfet tốt.
+ Mosfet chết hay chập
Để đồng hồ thang x 1KW
Đo giữa G và S hoặc giữa G và D nếu kim lên = 0 W là chập
Đo giữa D và S mà cả hai chiều đo kim lên = 0 W là chập D S
+Đo kiểm tra Mosfet trong mạch.
Khi kiểm tra Mosfet trong mạch , ta chỉ cần để thang x1W và đo giữa D và S
=> Nếu 1 chiều kim lên đảo chiều đo kim không lên => là Mosfet bình thường, Nếu cả
hai chiều kim lên = 0 W là Mosfet bị chập DS.
1.2.5.Ứng dụng của Mosfet
Mosfet có khả năng đóng nhanh với dòng điện và điện áp khá lớn nên nó được
sử dụng nhiều trong các bộ dao động tạo ra từ trường. Vì do đóng cắt nhanh làm cho
dòng điện biến thiên. Nó thường thấy trong các bộ nguồn xung và cách mạch điều
khiển điện áp cao.

1.3. IC NE556
Sơ đồ cấu trúc IC NE 556

Sơ đồ chân IC NE556

IC NE 556 có khả năng tạo chính xác thời gian trễ hoặc tạo dao động. Trong
thời gian trễ đó ta có thể điều chỉnh được thời gian thông qua điện trở và tụ điện. NE
556 là loại linh kiện khá phổ biến với việc dễ dàng tạo xung vuông và thay đổi tần số
tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản, dễ dàng tạo độ rộng xung. IC NE 556 được ứng
dụng khá phổ biến trong các mạch đóng cắt hay là mạch dao động khác.

2. Động cơ một chiều.
2.1.Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều.
Động cơ điện một chiều là thiết bị quay biến đổi điện năng thành cơ năng.
Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Động cơ điện một chiều
được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông vận tải. Động cơ điện một
chiều gồm những loại sau đây:
-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


2.2. Cấu tạo động cơ điện một chiều.
2.2.1. Phần tĩnh (stator)
Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động
(rôtor).
Gồm các phần chính sau:
a. 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 cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện.
Cực từ được gắn chặt vào vỏ nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây
đồng bọc cách điện.
b. Cực từ phụ:
Cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều.
c. Gông từ:

Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.
d. Các bộ phận khác
- Nắp máy
- Cơ cấu chổi than.

2.2.2. Phần quay (rotor)
Gồm các bộ phận sau:
a. Lõi sắt phần ứng:
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. thông thường dùng những lá thép kỹ thuật điện
dày 0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh
để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào
b. Dây quấn phần ứng:
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua.
Thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ 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 với rãnh của lõi thép.
c. Cổ góp:
Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng
điện xoay chiều thành một chiều. cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn
cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn.
Đuôi vành góp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn
vào các phiến góp được dễ dàng.
d. Các bộ phận khác:
- 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. Trục máy thường
làm bằng thép Cacbon tốt.
2.3. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
b

A

F®t

+

n

I

a
I
c
F®t
d

B

-

Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều.
Khi cho điện áp 1 chiều U đặt vào 2 chổi than A và B trong dây quấn phần ứng
có dòng điện Iư các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực điện
từ Fđt tác dụng làm cho rotor quay, chiều lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay
trái. Khi phần ứng quay được nửa vòng vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau do có
phiến góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động cơ
có chiều quay không đổi. Khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng
sức điện động Eư chiều của s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải.
Ở động cơ điện một chiều sức điện động E ư ngược chiều với dòng điện I ư nên

Eư còn gọi là sức phản điện động.


Phương trình cân bằng điện áp: U= Eư+Rư.Iư
Trong đó:

Rư: điện trở phần ứng
Iư: dòng điện phần ứng
Eư: sức điện động

Theo yêu cầu của đề bài ta xét hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
kích từ độc lập. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có dòng điện kích từ không
phụ thuộc vào dòng điện phần ứng nghĩa là từ thông của động cơ không phụ thuộc vào
phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ.
+

U­

I

-

E
KT

IKT
+

UKT

-

Hình 1.7. Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.


2.4. Điều khiển tốc độ quay của động cơ điện một chiều.
2.4.1. Khái niệm chung:
2.4.1.1. Định nghĩa:
Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông
số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông… Từ
đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu.
Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:
Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển
tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản suất.
Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện. Phương pháp này làm giảm tính phức tạp
của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh. Vì vậy, ta khảo sát sự điều chỉnh tốc
độ theo phương pháp thứ hai.
Ngoài ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ khi phụ
tải thay đổi của động cơ điện.
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 dãy điều chỉnh tốc độ rộng.
2.4.1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ:
Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ vào
các chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện:
a. Hướng điều chỉnh tốc độ:
Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ lớn hơn hay
bé hơn so với tốc độ cơ bản là tốc độ làm việc của động cơ điện trên đường đặc tính cơ
tự nhiên.

b. Phạm vi điều chỉnh tốc độ (dãy điều chỉnh):
Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất n max và tốc độ bé nhất nmin mà
người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức:


Trong đó:

- nmax: Được giới hạn bởi độ bền cơ học.
- nmin: Được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động cơ, thông
thường người ta chọn nmin làm đơn vị.

Phạm vi điều chỉnh càng lớn thì càng tốt và phụ thuộc vào yêu cầu của từng hệ thống,
khả năng từng phương pháp điều chỉnh.
c. Độ cứng của đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ:

Độ cứng: β =

Khi β càng lớn tức ∆M càng lớn và ∆n nhỏ nghĩa là độ ổn định tốc

độ càng lớn khi phụ tải thay đổi nhiều. Phương pháp điều chỉnh tốc độ tốt nhất là
phương pháp mà giữ nguyên hoặc nâng cao độ cứng của đường đặc tính cơ. Hay nói
cách khác β càng lớn thì càng tốt.
d. Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ:
Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ. Độ liên tục khi điều chỉnh tốc
độ γ được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau:
ni

γ= n
i +1
Trong đó: ni : Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ i.

ni + 1: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ ( i + 1 ).
Với ni và ni + 1 đều lấy tại một giá trị moment nào đó.
γ tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục. Lúc này hai
cấp tốc độ bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi là điều chỉnh tốc độ vô cấp.
γ ≠ 1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp.
e. Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh tốc độ:
Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao là một hệ thống có hiệu suất làm việc
của động cơ η là cao nhất khi tổn hao năng lượng ∆Pphụ ở mức thấp nhất.


f. Tính kinh tế của hệ thống khi điều chỉnh tốc độ:
Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao nhất là một hệ
thống điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống. Đồng thời hệ
thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết
bị phổ thông nhất và các thiết bị máy móc có thể lắp ráp lẫn cho nhau.
2.5 Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện kích từ độc lập.
Đặc tính cơ là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen (M) của động cơ.
Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông...) động cơ vận hành ở chế độ định
mức với đặc tính cơ tự nhiên (Mđm , wđm).
Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các thông số nguồn hay
nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động cơ.
Để đánh giá, so sánh các đặc tính cơ người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính cơ β
được tính như sau:
∆β =

∆M
∆ω

β lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi
β nhỏ (đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng.

β → ∞ đặc tính cơ tuyệt đối cứng

2.5.1. Sơ đồ nguyên lý.

Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý động cơ điện 1 chiều.


Khi nguồn điện 1 chiều có công suất lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ
thường mắc song song với mạch phần ứng.
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch
kích từ mắc vào 2 nguồn một chiều độc lập.
2.5.2. Phương trình đặc tính cơ.
Trường hợp Rf= 0:
U= E + Iư.Rư

(1)

Trong đó: E= Ke. Φ .n
Ke =

(2)

p.n
60a

: hệ số sức điện động của động cơ

a: số mạch nhánh song song của cuộn dây
K=

p.n
: hệ số cấu tạo của động cơ
2aπ

ω : tốc độ góc tính bằng rad/s

p: số đôi cực chính
N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.
Thế (2) vào (1) ta có: ω =
Hoặc:

n=

Uu
R
− u Iu
K .φ K .φ

(3)

Uu
R
− u Iu
K e .φ K e .φ

(4)

Phương trình (4) biểu diễn mối quan hệ n= f(Iư) gọi là phương trình đặc tính cơ điện.
Mặt khác: M= M= K.Ф.Iư (5): là mômen điện từ của động cơ.
Suy ra: n=

Uu
Ru
−
.M
K e .φ K e .φ .K Φ

là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều

kích từ độc lập.
Hoặc: ω =

Uu
Ru
−
M = ω0 − ∆ω
K .φ ( K .φ ) 2

trong đó: ω 0 : tốc độ không tải lý tưởng
∆ω : độ sụt tốc độ


3.Xung PWM
Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn với tải
một cách có chu kỳ theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt. phần tử thực hiện nhiệm
vụ đó trong mạch các van bán dẫn .
Xét hoạt động đóng cắt của một van bán dẫn. dùng van đóng cắt bằng mosfet

Giản đồ xung.

Sơ đồ xung của van điều khiển đầu ra.
Trên là nguyên lý điều khiển tải bằng PWM và giản đồ xung của chân điều
khiển và dạng điện áp đầu ra khi dùng PWM


Nguyên Lý
Trong khoảng thời gian từ 0 – t O ta cho van G mở toàn bộ nguồn U d được đưa
ra tải. còn khoảng thời gian từ tO – T cho van G khóa, cắt nguồn cung cấp cho tải. Vì
vậy với thay đổi từ 0 cho đến T ta sẽ cung cấp toàn bộ, một phần hay khóa hoàn toàn
điện áp cung cấp cho tải.
+ Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải:
Gọi t1 là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở) còn T là thời gian của cả sườn âm và
sườn dương. Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải.
 Ud = Umax.( ) (V)

Hay Ud= Umax.D
Với D=

là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % tức là PWM

Như vậy ta nhìn trên đồ thị dạng điều chế xung thì ta có: điện áp trung bình trên tải sẽ
là:
+ Ud= 12.20% = 2,4V (với D=20%)
+ Ud= 12.40% = 4,8V (với D=40%)
+ Ud= 12.90% = 10,8V (với D=90%)


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 = (

Điện áp đầu ra : U0 = (

Uv

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.(

) = Umax.25% (V)

+ Đối với PWM = 50% ==> Ut = Umax.50% (V)


+ Đối với PWM = 75% ==> Ut = Umax.75% (V)
Cứ như thế ta tính được điện áp đầu ra tải với bất kì độ rộng xung nào.
Dưới đây là dạng sóng Oscilloscope

Độ rộng xung 50%.

Độ rộng xung 85%


Độ rộng xung lớn nhất

Trên thực tế thì xung PWM có dạng nhọn ở các góc chứ không vuông như xung
trên lý thuyết một phần do nhiễu và một phần do chất lượng của linh kiện dùng trong
mạch.

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ,TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN SẢN PHẨM
2.1. Sơ đồ khối toàn mạch

Khối tạo
xung bằng
NE 556

Khối điều
khiển bằng nút
nhấn biến trở

Khối nguồn toàn mạch

Khối động
lực


Khối nguồn toàn mạch: Tạo nguồn ổn định 12V cho mạch tạo xung PWM bằng NE
556. Tạo nguồn 5V cho mạch điều khiển.
Khối điều khiển : Điều khiển chạy- dừng và đảo chiều thuận nguộc động cơ. Đồng
thời cách ly giữa mạch điều khiển và động lực.
Khối động lực: Là mạch cầu H gồm 4 IRF nhận xung điều khiển để tăng giảm tốc độ
hay đảo chiều động cơ.
Khối tạo xung bằng NE 556: Tạo xung vuông PWM để điều khiển tốc độ động cơ.


2.2. Sơ đồ nguyên lý
2.2.1. Sơ đồ nguyên lý khối nguồn

- Biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều có giá trị thích hợp
với yêu cầu, ở đây biến đổi điện áp xoay chiều 220V thành điện áp xoay chiều có giá
trị là : 12V
- Mạch chỉnh lưu chuyển tiếp điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều không bằng
phẳng (có giá trị thay đổi nhấp nhô), ở đây +12V
C1, C3: có nhiệm vụ san bằng mức điện áp .
Vì 2 mạch ổn áp nối song song 
Áp dụng công thức:
C = Upp.
Trong đó : C : Điện dung
Upp : Điện áp đỉnh – đỉnh
T : Chu kì
I : Cường độ dòng điện
 C = 400 µF


 Giá trị điện dung mỗi mạch ổn áp cần tối thiểu là 400µF
Để mạch có nguồn ra ổn định cao nhất ta chọn tụ có giá trị C = 2200µF
+ Mạch ổn áp bằng IC 7812 tạo điện áp ổn định 12V.
+ Mạch ổn áp bằng IC 7805 tạo điện áp ổn định 5V.
2.2.2 Khối mạch tạo xung

IC NE556 thực chất là 2 x IC555 được tích hợp trong 1 công nghệ chế tạo bán
dẫn. Nửa 556 đầu được nối ghép làm mạch tạo dao động (như hình trên). Chân ra của
nửa 556 đầu dùng để tạo xung cho nửa 556 sau:
Chu kì dao động T =0,693.( R3 + 2.R6).C7
Nửa NE556 sau dùng để điều chế độ rộng xung, sau NE556 là mosfet khuếch
đại cho mạch điều khiển.
Khi thay đổi biến trở R4 thì điện áp chân 11 (control voltage ) của nửa 556 sau
thay đổi do đó theo trên độ rộng điện áp xung ra (chân 9) thay đổi => có thể điều chế

độ rộng xung.
2.2.3 Khối điều khiển