Luận văn Điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ điện một chiều

Luận văn
Điều khiển tốc độ và đảo
chiều động cơ điện một chiều


Mục lục


BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………….....
………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….....
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………….
………………………………………
Ngày ….tháng …. Năm 2010
Giảng viên hướng dẫn
(Ký,ghi rõ họ và tên)

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay công nghệ khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển .Trong đó
nghành kỹ thuật điện tử đã đạt được nhiều thành tựu to lớn trong cuộc sống của
con người.Cùng với sự phát triển đó ngành công nghệ kỹ thuật điện-điện tử cũng
đã có những bước phát triển vượt bậc.Trong thời đại hiện nay máy móc đã và đang
dần thay thế con người làm việc và để làm được việc đó các động cơ điện cũng rất
quan trọng trong việc truyền động cho các cơ cấu đó.Gắn liền với việc sử dụng
động cơ là quá trình điều khiển động cơ sao cho phù hợp với yêu cầu thực tế .
Với mong muốn tìm hiểu, ứng dụng những tiến bộ của khoa học kỹ thuật hiện đại
vào phục vụ sản xuất và phục vụ đời sống con người hơn nữa được sự hướng dẫn
và giúp đỡ của thầy “ Vũ Hồng Sơn ”.Nhóm em đã thực hiện đề tài: “ Điều khiển
tốc độ và đảo chiều động cơ điện một chiều ” .Do trình độ hiểu biết còn hạn chế,
nên dù cố gắng hết sức trong việc thực hiện đề tài cũng không tránh khỏi thiếu
sót .Mong các thầy(cô) chỉ bảo thêm để chúng em hiểu vấn đề được sâu sắc hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy “ Vũ Hồng Sơn ” đã nhiệt tình giúp đỡ chúng em
hoàn thành tốt bản đồ án này
Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Tần
Lý Trung Tấn.

CHƯƠNG I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT


1.1.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.
Để dễ hiểu hơn ta có hình vẽ sau :

Hình 1.1.Đồ thị dạng xung điều chế 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)
+ 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.
1.1.1.Nguyên lý của phương pháp PWM
Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn tới tải và
một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt. Phần tử thực hiện nhiện
vụ đó trong mạch các van bán dẫn.
Xét hoạt động đóng cắt của một van bán dẫn. Dùng van đóng cắt bằng Mosfet

Hình.1.2.Sơ đồ đóng ngắt nguồn với tải

Hình 1.3.Đồ thị xung của van điều khiển và đầu ra


Trên là mạch 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 0 - to ta cho van G mở toàn bộ điện áp nguồn
Ud được đưa ra tải. Còn trong khoảng thời gian to - T cho van G khóa, cắt nguồn
cung cấp cho tải. Vì vậy với to 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 to là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở )còn T là thời gian của cả sườn
âm và dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải.
==> Ud = Umax.( t1/T) (V) hay Ud = Umax.D
với D = t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng %
Như vậy ta nhìn trên hình đồ thị dạng điều chế xung thì ta có : Điện áp trùng bình
trên tải sẽ là :
+ Ud = 12.20% = 2.4V ( với D = 20%)
+ Ud = 12.40% = 4.8V (Vói D = 40%)
+ Ud = 12.90% = 10.8V (Với D = 90%)
1.1.2.Các cách để tạo ra được PWM để điều khiển
Để tạo được ra PWM thì hiện nay có hai cách thông dụng : Bằng phần cứng và
bằng phần mềm. Trong phần cứng có thể tạo bằng phương pháp so sánh hay là từ
trực tiếp từ các IC dao động tạo xung vuông như : 555, LM556...Trong phần mềm
được tạo bằng các chip có thể lập trình được. Tạo bằng phần mềm thì độ chính xác
cao hơn là tạo bằng phần cứng. Nên người ta hay sử dụng phần mềm để tạo PWM
1.1.2.1 Tạo bằng phương pháp so sánh
Để tạo được bằng phương pháp so sánh thì cần 2 điều kiện sau đây :
+ Tín hiệu răng cưa : Xác định tần số của PWM
+ Tín hiệu tựa là một điện áp chuẩn xác định mức công suất điều chế (Tín hiệu
DC)

Xét sơ đồ mạch sau :

Hình.1.4.Tạo xung vuông bằng phương pháp so sánh
Chúng ta sử dụng một bộ so sánh điện áp 2 đầu vào là 1 xung răng cưa (Saw) và 1
tín hiệu 1 chiều (Ref)


+ Khi Saw < Ref thì cho ra điện áp là 0V
+ Khi Saw > Ref thì cho ra điện áp là Urmax
Và cứ như vậy mỗi khi chúng ta thay đổi Ref thì Output lại có chuỗi xung độ rộng
D thay đổi với tần số xung vuông Output = tần số xung răng cưa Saw.
Với tần số xác định được là f = 1/(ln.C1.(R1+2R2) nên chỉ cần điều chỉnh R2 là có
thể thay đổi độ rộng xung dễ dàng. Ngoài 555 ra còn rất nhiều các IC tạo xung
vuông khác
1.1.2.2 Tạo bằng phương pháp dùng IC dao động
NHư chúng ta đã bít thì có rất nhiều IC có thể tạo được trực tiếp ra xung vuông mà
không cần phải tạo tín hiệu tam giác làm gì vì trong đó nó đã tích hợp sẵn hết cả
rồi và ta chỉ việc lắp vào là xong. Tôi lấy ví dụ dùng dao động IC555 vì con IC này
vừa đơn giản lại dễ kiếm

Hình 1.5.Mạch tạo xung đơn giản dung 555
Với tần số xác định được là f = 1/(ln.C1.(R1+2R2) nên chỉ cần điều chỉnh R2 là có
thể thay đổi độ rộng xung dễ dàng. Ngoài 555 ra còn rất nhiều các IC tạo xung
vuông khác
1.1.2.3 Tạo xung vuông bằng phần mềm.
Đây là cách tôi ưu trong các cách để tạo được xung vuông. Với tạo bằng phần
mềm cho độ chính xác cao về tần số và PWM. Với lại mạch của chúng ta đơn giản
đi rất nhiều. Xung này được tạo dựa trên xung nhịp của CPU
1.1.3.Một vài ứng dụng nổi bật của PWM
1.1.3.1.PWM trong điều khiển động cơ

Điều mà chúng ta dễ nhận thấy rằng là PWM rất hay được sử dụng trong động cơ
để điều khiển động cơ như là nhanh , chậm, thuận ,nghịch và ổn định tốc độ cho
nó. Cái này được ứng dụng nhiều trong điều khiển động cơ 1 chiều. và sơ đồ


nguyên lý của mạch điều khiển động cơ DC là :

Hình 1.6.Sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển động cơ DC
Đây là mạch đơn giản điều khiển động cơ. Nếu muốn điều khiển động cơ quay
thuận quay ngược thì phải dùng đến cầu H.
1.1.3.2. Trong các bộ biến đổi xung áp
Trong các bộ biến đổi xung áp thì PWM đặc biệt quan trọng trong việc điều chỉnh
dòng điện và điện áp ra tải.Bộ biến đổi xung áp có nhiều loại như là biến đổi xung
áp nối tiếp và bộ biến đổi xung áp song song. Lấy 1 mạch nguyên lý đơn giản
trong bộ nguồn Boot đơn giản.Đây chỉ là mạch nguyên lý.

Hình 1.7.Sơ đồ mạch nguyên lý của mạch nguồn Boot
Đây là nguyên lý của mạch nguồn Boot. Dùng xung điều khiển để tạo tích lũy


năng lượng từ trường để tạo điện áp ra tải lớn hơn điện áp vào.
Ngoài những cái trên thì PWM còn được sử dụng trong các bộ chuyển đổi DC -AC
, hay trong biến tần, nghịch lưu.
1.1.4.Ưu nhược điểm của mạch PWM dùng làm mạch điều khiển động cơ DC:
1.1.4.1.Ưu điểm:
- Transistor ở lối ra chỉ có duy nhất hai trạng thái (ON hoặc OFF) do đó loại bỏ
được mất mát về năng lượng đốt nóng hay năng lượng rò rỉ tại lối ra.
- Dải điều khiển rộng hơn so với mạch điều chỉnh tuyến tính.
- Tốc độ mô tơ quay nhanh hơn khi cấp chuỗi xung điều chế theo kiểu PWM so
với khi cấp một điện áp tương đương với điện áp trung bình của chuỗi xung PWM.

1.1.4.2.Nhược điểm:
- Cần các mạch điện tử bổ trợ - giá thành cao
- Các xung kích lên 12 Volt có thể gây nên tiếng ồn nếu mô tơ không được gắn
chặt và tiếng ồn này sẽ tăng lên nếu gặp phải trường hợp cộng hưởng của vỏ.
- Ngoài ra việc dùng chuỗi xung điều chế PWM có thể làm giảm tuổi thọ của mô
tơ.
1.2.Giới thiệu về mạch cầu H
Mạch cầu H là được gọi là mạch cầu H vì nó được cấu tạo bởi 4 transitor hay là
Fet. Đôi khi mạch cầu H cũng được cấu tạo bởi 2 transitor hay Fet
Tác dụng của transitor và Fet là các van đóng mở dẫn dòng điện từ nguồn xuống
tải với công suất lớn. Tìn hiệu điều khiển các van là tín hiệu nhỏ (điện áp hay dòng
điện) và cho dẫn dòng và điện áp lớn để cung cấp cho tải.
Hiểu như thế này tín hiệu điều khiển của mình là nhỏ thường là tín hiệu đầu ra
của vi điều khiển là nhỏ hơn 5V (do các điều chế PWM) mà điều khiển động cơ
cần dòng điện và điện áp lớn. Các van điều khiển hay các chân điều khiển chỉ cần
tín hiệu nhỏ (Điện áp hay dòng điện) là mở khóa (Transitor) dẫn dòng cho tải. Nên
thế mới dùng mạch cầu H
Mạch cầu H có thể đảo chiều dòng điện qua tải nên thế nó hay được dùng trong
các mạch điều khiển động cơ DC và các mạch băm áp. Đối với mạch điều khiển
động cơ thì mạch cầu H có thể đảo chiều động cơ quá là đơn giản. Chỉ cần mở
khóa các van đúng chiều mà mình muốn.
1.2.1.Các dạng của mạch cầu H
Mạch cầu H được cấu tạo bởi 3 dạng chính:
a,Dạng 1
Được cấu tạo bởi 4 transitor (Fet) Cùng kênh N.Nguyên lý mạch được cấu tạo như
sau (dùng transitor để mình họa)


Hình 1.8. Sơ đồ nguyến lý mạch cầu H dùng Transistor
Đối với dạng này thì được cấu tạo bởi các transitor cùng kênh N. và chỉ cần 2 tín

hiệu điều khiển kích mở các transitor
b,Dang 2
Được cấu tạo bởi 2 cặp đôi transitor P,N hay FET (Thuận Ngược). Sơ đồ nguyên lý
cấu tạo của nó được cấu tạo như sau

Hình 1.9.Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H dùng Transistor P,N hay Fet

Đối với thiết kế này quả là thấy khá là ổn định .Và như thế chúng ta sẽ thấy là cần
4 tín hiệu điều khiển nhưng trong thực tế mình chỉ cần 2 tín hiệu điều khiển đã có
thể điều khiển được Cho nên kiểu dạng 2 này được sử dụng nhiều trong lĩnh vực
điều khiển hơn.


c,Dạng 3
Mạch cầu H dùng Rơle:Là một dạng “công tắc”(switch) cơ điện (electrical
mechanical device),chúng gồm các tiếp điểm cơ được điều khiển đóng mở bằng
dòng điện .Với khả năng đóng mở các tiếp điểm ,rơ le đúng là một lựa chọn tốt để
làm khóa cho mạch cầu H.Thêm nữa chúng lại được điều khiển bằng tín hiệu
điện,Nghĩa là chúng ta có thể dùng AVR (hay bất kỳ chip điều khiển nào) để điều
khiển Rowle, qua đó điêu khiển mạch cầu H.

Hình 1.10 Cấu tạo và hình dáng của rơle thông dụng
1.2.2.Nguyên tắc hoạt động chung của mạch cầu H
Trong hình 1, hãy xem 2 đầu Vvà GND là 2 đầu (+) và (-) của ắc quy, “đối tượng”
là động cơ DC mà chúng ta cần điều khiển , “đối tượng” này có 2 đầu A và B, mục
đích điều khiển là cho phép dòng điện qua “đối tượng” theo chiều A đến B hoặc B
đến A.Thành phần chính tạo nên mạch cầu H chính là 4 “khóa” L1.L2,R1 VÀ
R2(L:Left,R:Right). Ở điều kiện bình thường 4 khóa này “mở”,mạch cầu H không
hoạt động.Tiếp theo ta khảo sát hoạt động của mạch cầu H thông qua các hình
minh họa 1.11a và 1.11b

Hình 1.11.Nguyên lý hoạt động mạch cầu H
Giả sử bằng cách nào đó mà 2 khóa L1 và R2 được “đóng lại” (L1 và R1 vẫn mở),
dễ dàng hình dung có một dòng điện chạy từ V qua khóa L1 đến đầu A và xuyên
qua đối tượng đến đầu B của nó trước khi qua R2 và vè GND (Như hình
1.11a).Như thế, với giả sử này sẽ có dòng điện chạy qua đối tượng theo chiều từ A
đến B.Bây giờ hãy giả sử khác đi rằng R1 và L2 đóng trong khi L1 và R2 mở
,dòng điện lại xuất hiện và lần này nó sẽ chạy qua đối tượng theo chiều từ B đến A
như trong hình 1.11b (V->R1->A->L2->GND).Vậy là đã rõ chúng ta có thể dung
mạch cầu H để đảo chiều dòng điện qua một “đối tượng”(hay cụ thể là đảo chiều
động cơ)
1.2.3 Ưu nhược điểm của cầu H.
a ) Ưu điểm : Sử dụng cầu H làm cho mạch trở nên đơn giản hơn và chỉ cần 1 nguồn
điện.
b) Nhược điểm : Nếu như mạch điều khiển thì cùng bật 2 công tắc ở cùng 1 nửa cầu
thì sẽ mạch động lực của chúng ta bị ngắn mạch nguồn. Nếu hiện tượng xảy ra trong
1 thời gian ngắn (Quá độ ) Sẽ xuất hiện dòng trùng dẫn qua van công suất làm tăng
công suất tiêu tán trên van. Nếu thời gian trùng dẫn đủ dài, dòng trùng dẫn sẽ lớn
làm cháy van công suất.
CHƯƠNG II.GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Trong nền sản xuất hiện nay, động cơ điện Không Đồng Bộ đang chiếm ưu thế so
với động cơ điện một chiều. Đó là do sự ra đời của các máy biến tần, tuy vậy việc
điều chỉnh tốc độ động cơ điện Không Đồng Bộ vẫn còn là việc khó khăn. Do vậy,
động cơ điện một chiều với đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt vẫn còn được dùng
nhiều trong trong các ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ.
Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu về động cơ điện một chiều dưới các góc độ:
•

Nguyên lý hoạt động chung.

•

Cấu tạo chung.

•

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ.

•

Các chế độ khởi động của động cơ điện một chiều.

2.1. NGUYÊN LÝ CHUNG
Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên nguyên lý của hiện tượng cảm
ứng điện từ.


Hình 2.1.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.
Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn Ukt, 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 Φmax tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ Rkt 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 Eư = 0 và theo biểu thức U = Eư + RưIư thì
dòng điện Iư sẽ rất lớn làm cháy động cơ. Nếu mômen do động cơ điện sinh ra lớn
hơn mômen cản (M > Mc) rôto bắt đầu quay và suất điện động Eư sẽ tăng lên tỉ lệ
với tốc độ quay n. Do sự xuất hiện và tăng lên của Eư, dòng điện Iư sẽ giảm theo,
M giảm khiến n tăng chậm hơn.
2.2. CẤU TẠO CHUNG.
Động cơ điện một chiều bao gồm hai phần chính là:
•

Phần tĩnh: Stato.

•

Phần quay: Roto.


2.2.1. STATO.
Đây là phần đứng yên của máy. Phần tĩnh bao gồm các bộ phận sau: cực từ
chính, cực từ phụ, gông từ và các bộ phận khác.
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.
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 vỏ
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 than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than đúng chỗ.

2.2.2. 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.


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 ứng.
Là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần
ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ (công suất
dưới vài 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.
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.

2.3. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.

Theo lý thuyết máy điện ta có phương trình sau:


U − I u ( Ru + R f )
E
=
= n0 − ∆n
C e .θ
C e .θ

n=

n=

hay

với

U

n0 = C .θ
e


∆n = I u .( Ru + R f )

C e .θ

( Ru + R f ).M
U

−
C e .θ
C M C eθ 2

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.

2.3.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ

Hình.2.2.Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
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: Iư =
(U/Rư). 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.
2.3.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng.
Ta có:
n=

( Ru + R f ).M
U
−
C e .θ
C M C eθ 2


Từ thông không đổi nên n0 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 Rư nên ở đây chỉ
điều chỉnh được tốc độ dưới tốc độ định mức.
Do Rf 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).
Tuy nhiên phương pháp này làm tăng công suất và giảm hiệu suất.

Hình.2.3.Đồ thị đặc tính khi tải thay đổi
2.3.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.

Hình.2.4.Đồ thị đặc tính khi thay đổi điện áp
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 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 = CM. θ. Iư).
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 chỉ dùng cho động cơ điện một chiều kích thích 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

CHƯƠNG III.PHÂN TÍCH SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH THIẾT KẾ

3.1.Sơ đồ khối của mạch điều khiển


Tạo
xung
vuông

mạch
lặp

Tạo xung
răng cưa

Mạch

Van

so

động

sánh

lực

Hình.3.1.Sơ đồ khối mạch điều khiển
3.2.Hoạt động của từng khối
3.2.1 Mạch lặp

Hình 3.2.Mạch lặp
Mạch lặp có chức năng ổn định điện áp đầu ra lấy từ cầu phân áp đưa vào đầu vào
không đảo của ic khuếch đại thuật toán .Ta có:

Vout=[R2/(R1+R2)]*Vin

R1=R2=100K nên :
Vout=[R2/2R2]*Vin
=Vin/2=24v/2v=12V
3.2 .2 Khâu tạo xung vuông và điện áp răng cưa :


Hỡnh 3.3.a

Hỡnh 3.3.b
Tạo điện áp tam giác bng cỏch tích phân xung vuông OA 1 nh hình 3.3.a .Xung
vuông có thể tạo bằng nhiều cách khác nhau. Tích phân xung này chính là quá
trình nạp, xả tụ. Nếu điện áp vào khâu tích phân không đối xứng có thể xuất hiện
sai số đáng kể.
Điện áp rng ca trên hình 3.3.b mang tính phi tuyến cao. Điện áp rng ca s
nhận đợc tuyến tính hơn khi sử dụng sơ đồ hình 3.3.a. Khuếch đại OA 1 có hồi

tiếp dơng bằng điện trở R3, đầu ra có trị số điện áp nguồn và dấu phụ thuộc hiệu
điện áp hai cổng V+, V-.

Đầu vào V+ có hai tín hiệu, một tín hiệu không đổi lấy từ đầu ra của OA 1, một tín
hiệu biến thiên lấy từ đầu ra của OA 4. Điện áp chuẩn so sánh để quyết định đổi
dấu điện áp ra của OA 1 là trung tính vào V-. Giả sử đầu ra củaOA 1 dơng U1 > 0
khuếch đại OA 2 tích phân đảo dấu cho điện áp có sờn đi xuống của điện áp rng
ca. Sờn đi xuống của điện áp tựa tới lúc điện áp vào R3, R5 trái dấu, tới khi nào
V+ = 0 đầu ra của OA 1 đổi dấu thành âm. Chu kỳ điện áp ra của OA 1 cứ luân
phiên đổi dấu nh vậy cho ta điện áp ra nh hình3.1.b.
Tần số của điện áp rng ca đợc tính


F= =

=500Hz

Bằng cách chọn các trị số của điện trở và tụ điện ta có đợc điện áp tựa có tần số
nh mong muốn.
3.2.3.Khõu so sỏnh in ỏp:

Hỡnh 3.4.Mch so sỏnh in ỏp

Hỡnh 3.5. th so sỏnh in Uk vi Urc
Tơng tự nh các mạch so sánh thờng gặp. Khâu so sánh của PWM báo hiu s cõn
bng gia in ỏp cn so sỏnh v in ỏp chun t ú xác định thời điểm mở và
khoá van bán dẫn. Đu vào của khâu này gồm có hai tín hiệu, điện áp tựa (điện áp
tam giác) và điện áp một chiều làm điện áp điều khiển nh trờn hỡnh 3.5

Từ hình 3.5 thấy rằng trong mỗi chu kỳ điện áp tựa (in ỏp rng ca) có hai thi
điểm điện áp tựa bằng điện áp điều khiển. Tại các thời điểm đó, đầu ra của khâu so
sánh đổi dấu điện áp chng hn in ỏp ang mc dng s chuyn xung
mc õm v ngc li. Tơng ứng với các thời điểm đột biến điện áp đầu ra của
khâu so sánh cần có lệnh mở hoặc khoá van bán dẫn mà õy chớnh l iu
khin úng ngt IRF 540. Bng cỏch iu chnh bin tr Udk thay i ta
c dng xung u ra thay i tng ng in ỏp s thay i

3.2.4 Van ng lc:

Hỡnh 3.6.Van ng lc

Van ng lc c dựng trong s ny l loi transistor trng hay MOSFET cú
tờn l IRF 540 .Nú l MOSFET loi N (N-CHANNEL) cú th chu c dũng lờn
n 25A v tn s úng ngt rt cao (1MHz).Nú dựng úng ngt v khuch i
in ỏp cung cp cho ng c DC.
3.3.Mt s yờu cu i vi mch iu khin
3.3.1.Xung iu khin phi m bo yờu cu v ln ca in ỏp v dũng iu
khin :
-Giỏ tr nh nht khụng vt quỏ giỏ tr cho phộp ca nh sn xut .
-Giỏ tr nh nht cng phi m bo m c thyristor trong mi iu kin
-Tn hao cụng sut trờn cỏc cc iu khin phi nh hn giỏ tr cho phộp .
3.3.2. ln xung iu khin .


-Khi tải của mạch có điện cảm lớn thì dòng điện chậm nên phải tăng độ rộng
xung điều khiển.Thông thường độ rộng xung điều khiển không nhỏ hơn 0,5µs.
3.3.3.Chia độ dốc.
Người ta chia độ dốc xung điều khiển làm hai phần: Độ dốc sườn trước và độ dốc
sườn sau.Để mở Thyristor có thể ung sườn phía nào cũng được nhưng người ta

thường sử dụng sườn sau để mở Thyristor. Vì vậy, độ dốc sườn trước xung điều
khiển càng cao thì Thyristor càng tốt. Thông thường yêu cầu độ dốc của xung điều

khiển là: d

di k
= 0,1
dt

( A/ µs).

3.3.4.Độ đối xứng của xung trong các kênh điều khiển .
Trong bộ biến đổi nhiều pha, nhiều van, độ đối xứng của các xung điều
khiển giữa các kênh sẽ quyết định đến đặc tính ra của hệ .Nếu xung điều
khiển không đối xứng thì dòng điện trong các pha sẽ có gí trị và hình dạng
khác nhau làm mất cân bằng sức từ động của máy biến áp. Do đó làm tăng
công suất máy biến áp.
3.3.5.Độ tin cậy .
Mạch điều khiển phải đảm bảo làm việc tin cậy trong mọi điều kiện như
nhiệt độ môi trường thay đổi, tín hiệu nhiều tầng….
Xung điều khiển phải ít phụ thuộc vào sự dao động của nhiệt độ, dao
động của điện áp nguồn, khử được nhiễu cảm ứng và không để Thyristor
mở ngoài ý muốn .
3.3.6.Lắp ráp và vận hành.
Mạch điều khiển cũng như mạch điện phải sử dụng hết các thiết bị có sẵn,
dễ lắp ráp,dễ thay thế,dễ điều chỉnh , lắp lẫn và mỗi khối có khả năng làm
việc độc lập.


3.4.Sơ đồ chân của một số IC trong mạch

Sơ đồ chân của IC LM324

Hình 3.7.Sơ đồ chân LM324

Hình 3.8 .Sơ đồ chân 7402
Bảng 3.1 Bảng trạng thái


4.Sơ đồ mạch thiết kế các khối hoàn chỉnh:
Khối điều khiển tốc độ
Khối đảo chiều thuận ngược
Khối nguồn