Thiết kế mạch điều khiển động cơ điện một chiều sử dụng IC 555
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.2 MB, 39 trang )
Đồ án tốt nghiệp
MỤC LỤC
LỜINÓIĐẦU......................................................................................................... 3
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... 4
PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................... 5
I. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 5
II. Giới hạn đề tài .................................................................................................. 5
III. Mục đích nghiên cứu ....................................................................................... 5
IV. Kết quả ............................................................................................................ 5
PHẦN NỘI DUNG................................................................................................. 6
CHƯƠNGI.CƠSỞLÝTHUYẾT ............................................................................ 6
1.1. Giớithiệuvề phươngphápPWM ...................................................................... 6
1.1.1. Nguyênlý củaphươngphápPWM ................................................................. 7
1.1.2. Cáccáchđể tạorađượcPWMđể điềukhiển .................................................... 9
1.1.2.1.Tạobằngphươngphápso sánh ..................................................................... 9
1.1.2.2.TạobằngphươngphápdùngICdaođộng ..................................................... 10
1.1.2.3.Tạoxungvuôngbằngphầnmềm ................................................................. 10
1.1.3. Mộtvài ứngdụng nổibật củaPWM ............................................................. 10
1.1.3.1. PWMtrongđiềukhiểnđộngcơ .................................................................. 10
1.1.3.2.Trongcácbộbiếnđổixungáp ...................................................................... 11
1.1.4.Ưunhược điểmcủamạchPWMdùnglàmmạchđiềukhiểnđộngcơDC12
1.1.4.1.Ưu điểm ................................................................................................... 12
1.1.4.2. Nhược điểm ............................................................................................ 12
1.2. Giới thiệu về mạch cầu H............................................................................. 12
1.2.1. CácdạngcủamạchcầuH .............................................................................. 13
1.2.2. Nguyêntắc hoạtđộngchungcủamạchcầuH ................................................. 14
1.2.3.Ưu nhượcđiểmcủacầuH.............................................................................. 15
1.3. Tìm hiểu về vi mạch IC 555 ......................................................................... 16
1.3.1. Thông số .................................................................................................... 16
SVTH: Đinh Xuân Toàn
1
Đồ án tốt nghiệp
1.3.2. Chức năng của 555 .................................................................................... 16
1.3.3. Bố trí chân và sơ đồ nguyên lý.................................................................. 17
1.3.4. Chức năng từng chân................................................................................. 17
CHƯƠNGII.GIỚITHIỆUVỀĐỘNGCƠĐIỆNMỘTCHIỀU ............................... 23
2.1 Nguyên lý chung ........................................................................................... 23
2.2Cấu tạo chung.................................................................................................. 24
2.2.1.Stato ............................................................................................................ 25
2.2.1.1Cực từ chính ............................................................................................. 25
2.2.1.2.Cựctừphụ ................................................................................................. 25
2.2.2.Roto ............................................................................................................ 25
2.2.2.1. Lõi sắt phần ứng. .................................................................................... 26
2.2.2.2. Dây quấn phần ứng ................................................................................ 26
2.2.2.3. Cổgóp. .................................................................................................... 26
2.2.2.4. Các bộ phận khác. .................................................................................. 26
2.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều .................................................. 26
2.3.1.Điềuchỉnhtốcđộbằngcáchthayđổitừthôngθ ................................................. 27
2.3.2.ĐiềuchỉnhtốcđộbằngcáchthayđổiđiệntrởphụRftrênmạchphầnứng............. 28
2.3.3.Điềuchỉnhtốcđộbằngcáchthayđổiđiệnáp. ................................................... 29
CHƯƠNG III. PHÂN TÍCH - THIẾT KẾ .......................................................... 31
3.1. Sơ đồ ngyên lý .............................................................................................. 31
3.2. Nguyên lí hoạt động ..................................................................................... 31
3.3. Phân tích – thiết kế ....................................................................................... 31
3.3.1. Mạch chỉnh lưu.......................................................................................... 31
3.3.2. Mạch đa hài phi ổn sử dụng IC 555 (mạch 1)........................................... 33
3.3.3. Mạch đơn ổn sử dụng IC 555 (mạch 2) .................................................... 34
3.3.4. Các thông số của mạch .............................................................................. 35
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 39
SVTH: Đinh Xuân Toàn
2
Đồ án tốt nghiệp
LỜINÓIĐẦU
Ngày nay công nghệ khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển.Trong đó
ngành 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
cũngđã có những bước phát triển vượt bậc.Trong thời đại hiện nay máy móc đã
và đangdần thay thế con nguời 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 Nguyễn Văn Đoài. Em đã thực hiện đề tài:
“Thiết kế mạch điều khiển động cơ điện một chiều sử dụng IC 555”.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 Nguyễn Văn Đoài đã nhiệt tình giúp đỡem
hoàn thành tốt bản đồ án này.
Sinhviênthựchiện:
Đinh Xuân Toàn
SVTH: Đinh Xuân Toàn
3
Đồ án tốt nghiệp
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể giáo viên khoa kỹ thật công
nghệ trường Đại Học Quảng Bình,đặc biệt là sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệttình
của thầyNguyễn Văn Đoàiđã hết lòng giúp đỡ chúng em trong quá trình thực
hiện đề tài.
Em cũng chân thành cảm ơn quý thầy cô trong trường Đại Học Quảng Bình
đã tạo nền móng kiến thức cho chúng em.
Xin gửi lời chúc sức khỏe và lòng tri ân chân thành đến quý thầy cô.
SVTH: Đinh Xuân Toàn
4
Đồ án tốt nghiệp
PHẦN MỞ ĐẦU
I. Đặt vấn đề
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.
Sau đây em xin giới thiệu một mạch điều chỉnh tốc độ động cơ khá hiệu
quả sử dụng IC555.
II. Giới hạn đề tài
Đề tài trình bày nội dung điều chỉnh tốc độ động cơ.
Có cácphương pháp thay đổi tốc độ của động cơ là:
-Thay đổi tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi dòng điện.
- Thay đổi tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi điện áp.
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng.
Trong phần này tập trung nghiên cứu phương pháp thay đổi tốc độ động cơ
bằng phương pháp thay đổi điện áp đặt lên động cơ.
Có rất nhiều mạch thay đổi tốc độ động cơ, trong phần này xin giới thiệu
mạch thay đổi tốc độ động cơ dùng IC555.
III. Mục đích nghiên cứu
Mục đích hàng đầu của mạch thay đổi tốc độ động cơ dùng IC555 là
nghiên cứumạch ứng dụng IC555 để thay đổi điện áp ngõ ra từ đó thay đổi tốc
độ quay của động cơ.
Qua quá trình nghiên cứu mạch cũng tạo điều kiện cho sinh viên hệ thống
lại những kiến thức đã học, đồng thời góp phần nâng cao khả năng ứng dụng
những gì đã học của sinh viên vào thực tiễn.
IV.Kết quả
Thiết kế mạch điện dùng để thay đổi tốc độ động cơ và đảo chiều quay
SVTH: Đinh Xuân Toàn
5
Đồ án tốt nghiệp
PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNGI.CƠSỞLÝTHUYẾT
1.1.Giớithiệuvề phươngphápPWM
PhươngphápđiềuchếPWMcó
phươngphápđiềuchỉnhđiệnáp
ra
têntiếnganhlà
PulseWidthModulationlà
tảihaynóicáchkháclà
phươngphápđiềuchế
dựatrênsựthayđổiđộrộngcủachuỗixungvuôngdẫnđếnsựthayđổiđiệnáp ra.
SửdụngPWMđiềukhiểnnhanhchậmcủađộngcơhaycaohơnnữanócònđược
dùngđể
điềukhiểnổnđịnhtốc
độđộngcơ.Ngoàilĩnh
vựcđiềukhiểnhayổnđịnh
tảithìPWMnócònthamgiavà điềuchếcácmạchnguồnnhưlà:boot,buck, nghịchlưu
1phavà
3pha...
PWMchúngta
còngặpnhiềutrongthựctếvà
các
mạchđiệnđiềukhiển.Điềuđặcbiệtlà PWMchuyêndùngđể điềukhiểncácphần tử
điệntử côngsuấtcó đườngđặctínhlà tuyếntínhkhicó sẵn1nguồn1chiềucố định.
CácPWMkhibiếnđổithìcó
cùng1tần
số
và
khácnhauvềđộrộngcủasườndươnghoặclà sườnâm.
Để dễ hiểuhơnta có hìnhvẽ sau:
Hình1.1.Đồthị dạngxungđiềuchếPWM
Sơ
đồtrênlà
dạngxungđiềuchếtrong1chukì
thìthờigianxunglên(sườn
dương)nóthayđổidãnra hoặcco vào. Vàđộrộngcủanóđượctínhbằngphần trămtứclà
độrộngcủanóđượctínhnhưsau:
SVTH: Đinh Xuân Toàn
6
Đồ án tốt nghiệp
độrộng=(t1/T).100(%)
Nhưvậythờigianxunglêncànglớntrong1chukìthìđiệnáp đầura sẽ cànglớn.
Nhìntrênhìnhvẽ trênthìta tínhđượcđiệnápra tảisẽ là:
+ĐốivớiPWM=25%==>Ut=Umax.(t1/T)=Umax.25%(V)
+ĐốivớiPWM=50%==>Ut=Umax.50%(V)
+ĐốivớiPWM=75%==>Ut=Umax.75%(V)
Cứnhưthế ta tínhđượcđiệnápđầura tải vớibất kì độrộngxungnào.
1.1.1.Nguyênlý củaphươngphápPWM
Đâylà
phươngphápđượcthựchiệntheonguyêntắcđóngngắtnguồntới
tảivàmộtcáchcó
chukìtheoluậtđiềuchỉnhthờigianđóngcắt.
Phầntửthựchiệnnhiệmvụđótrongmạchcácvanbándẫn.
Xéthoạtđộngđóngcắtcủamộtvanbándẫn.DùngvanđóngcắtbằngMosfet.
Hình1.2.Sơđồđóngngắtnguồn vớitải
SVTH: Đinh Xuân Toàn
7
Đồ án tốt nghiệp
Hình1.3.Đồthịxungcủavanđiềukhiểnvà đầura
Trênlà mạchnguyênlý điềukhiểntải bằngPWMvàgiảnđồ xungcủachânđiều
khiểnvà dạngđiệnáp đầura khidùngPWM.
*Nguyênlý:Trongkhoảngthờigian0-tota chovanG mởtoànbộđiệnáp nguồn.
Udđượcđưara tải, còntrongkhoảngthờigianto-T chovanG khóa,cắt nguồn
cungcấpchotải.Vìvậyvớitothayđổitừ
0chođếnT
ta
sẽcungcấptoànbộ,một
phầnhaykhóahoàntoànđiệnáp cungcấpchotải.
+Côngthứctínhgiátrị trungbìnhcủađiệnápra tải:
Gọitolà
thờigianxungởsườn
dương(khóamở)cònT
làthờigiancủacả
sườnâmvà dương,Umaxlà điệnáp nguồncungcấpchotải.
==>Ud=Umax.(t1/T)(V)hayUd=Umax.D
vớiD =t1/Tlà hệ số điềuchỉnhvàđượctínhbằng%
Nhưvậyta
nhìntrênhìnhđồthịdạngđiềuchếxungthìta
có:Điệnáptrungbình
trêntảisẽ là:
+Ud=12.20%=2.4V(vớiD =20%)
+Ud=12.40%=4.8V(VóiD=40%)
+Ud=12.90%=10.8V(VớiD =90%)
SVTH: Đinh Xuân Toàn
8
Đồ án tốt nghiệp
1.1.2.Cáccáchđể tạorađượcPWMđể điềukhiển
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.Tạobằngphươngphápso 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 hiệutựalà mộtđiệnáp chuẩnxácđịnhmứccôngsuấtđiềuchế(TínhiệuDC).
Xétsơđồmạchsau:
Hình1.4.Tạoxungvuôngbằngphươngphápso sánh
Chúngta sửdụngmộtbộso sánhđiệnáp 2đầuvàolà 1xungrăngcưa(Saw)và
1tínhiệu1chiều(Ref).
+KhiSaw
Nhưvậymỗikhichúngta thayđổiRefthìOutputlạicó chuỗixungđộrộng.
SVTH: Đinh Xuân Toàn
9
Đồ án tốt nghiệp
1.1.2.2.TạobằngphươngphápdùngICdaođộng
Nhưchúngta đã biếtthìcó rất nhiềuICcó thể tạo đượctrựctiếp ra
xungvuôngmà
khôngcầnphảitạo
tínhiệutamgiáclàmgìvìtrongđónóđã
tíchhợpsẵnhếtcả rồi và ta chỉ việclắp vàolà xong.Tôilấy vídụdùngdaođộngIC555
vìICnàyvừađơngiảnlạidễ kiếm.
Hình1.5.Mạchtạo xungđơngiảndùng 555
Vớitần số xácđịnhđượclà f=1/(ln.C1.(R1+2R2)nênchỉ cầnđiềuchỉnhR2làcó
thểthayđổiđộrộngxungdễ
dàng.Ngoài555ra
cònrất
nhiềucácICtạo
xung
vuôngkhác.
1.1.2.3.Tạoxungvuôngbằngphầnmềm
Đâylà
cáchtốiưutrongcáccáchđể
tạođượcxungvuông.Vớitạo
bằngphầnmềmchođộ chínhxáccaovề tần số và PWM,mạchcủachúngta đơngiảnđi
rất nhiều.Xungnàyđượctạo dựatrênxungnhịpcủaCPU.
1.1.3.Mộtvài ứngdụngnổibật củaPWM
1.1.3.1.PWMtrongđiềukhiểnđộngcơ
Điềumàchúngta dễ nhậnthấyrằnglà PWMrất hayđượcsử dụngtrongđộngcơ
để điềukhiểnđộngcơnhưlà nhanh,chậm,thuận, nghịch vàổnđịnhtốc độcho
SVTH: Đinh Xuân Toàn
10
Đồ án tốt nghiệp
nó.Nênđượcứngdụngnhiềutrongđiềukhiểnđộngcơ1chiều và sơ đồ nguyênlý
củamạchđiềukhiểnđộngcơDClà:
Hình1.6.Sơđồnguyênlý củamạchđiềukhiểnđộngcơDC
Đâylà
mạchđơngiảnđiềukhiểnđộngcơ.Nếumuốnđiềukhiểnđộngcơquaythuậnquayngượct
hìphảidùngđếncầuH.
1.1.3.2.Trongcácbộbiếnđổixungáp
Trongcácbộbiếnđổixungáp
thìPWMđặcbiệtquantrọngtrongviệcđiềuchỉnh
dòngđiệnvà điệnáp ra tải.Bộbiếnđổixungáp có nhiềuloạinhư là biếnđổixung áp
nốitiếp và bộbiếnđổixungáp songsong.
Hình1.7.Sơđồ mạchnguyênlý củamạchnguồnBoot
SVTH: Đinh Xuân Toàn
11
Đồ án tốt nghiệp
Đâylà nguyênlý củamạchnguồnBoot.Dùngxungđiềukhiểnđể tạo tíchlũyđể
tạo điệnáp ra tảilớnhơnđiệnáp vào.
NgoàinhữngcáitrênthìPWMcònđượcsửdụngtrongcácbộchuyểnđổiDCAC,haytrongbiếntần,nghịchlưu.
1.1.4.ƯunhượcđiểmcủamạchPWMdùnglàmmạchđiềukhiểnđộngcơDC:
1.1.4.1.Ưuđiểm
-Transistorởlốirachỉcó
duynhấthaitrạngthái(ONhoặcOFF)dođóloạibỏ
đượcmấtmátvề nănglượngđốtnónghaynănglượngrò rỉtạilốira.
-Dảiđiềukhiểnrộnghơnso vớimạchđiềuchỉnhtuyếntính.
TốcđộmôtơquaynhanhhơnkhicấpchuỗixungđiềuchếtheokiểuPWMsovớikhicấpm
ộtđiệnáp tương đươngvớiđiệnáp trungbìnhcủachuỗixungPWM.
1.1.4.2.Nhượcđiểm:
-Cầncácmạchđiệntửbổtrợ-giáthànhcao.
-Cácxungkíchlên12Voltcó thể gâynêntiếngồnnếumôtơkhôngđượcgắn chặtvà
tiếngồnnàysẽtănglênnếugặpphảitrườnghợpcộnghưởngcủavỏ.
-Ngoàira việcdùngchuỗixungđiềuchếPWMcó thểlàmgiảmtuổithọcủamôtơ.
1.2.Giớithiệuvề mạchcầuH
MạchcầuH là đượcgọilà mạchcầuH vìnóđượccấutạobởi4transitorhaylàFet.
ĐôikhimạchcầuH cũngđượccấutạobởi2transitorhayFet.
Tácdụngcủatransitorvà
Fetlà
cácvanđóngmởdẫndòngđiệntừnguồnxuốngtảivớicôngsuấtlớn.
Tínhiệuđiềukhiểncácvanlà tínhiệunhỏ(điệnáp haydòngđiện)và chodẫndòngvà
điệnáp lớnđể cungcấpchotải.
MạchcầuH
có
thểđảochiềudòngđiệnquatảinênthếnóhayđượcdùngtrongcácmạchđiềukhiểnđộngc
ơDCvà
cácmạchbămáp.Đốivớimạchđiềukhiển
độngcơthìmạchcầuH
có
thểđảochiềuđộngcơ đơn giản.Chỉcầnmở khóacácvanđúngchiềumàmìnhmuốn.
SVTH: Đinh Xuân Toàn
12
Đồ án tốt nghiệp
1.2.1.CácdạngcủamạchcầuH
MạchcầuH đượccấutạobởi3dạngchính:
a, Dạng1
Đượccấutạobởi4transitor(Fet)CùngkênhN.Nguyênlý
mạchđượccấutạonhư
sau(dùngtransitorđể minh họa).
Hình1.8.Sơđồnguyếnlý mạchcầuH dùngTransistor
ĐốivớidạngnàythìđượccấutạobởicáctransitorcùngkênhNvà
chỉcần2tín
hiệuđiềukhiểnkíchmởcáctransitor.
b, Dạng2
Đượccấutạobởi2cặpđôitransitorP,NhayFET(thuận ngược).Sơđồnguyên lý
cấutạocủanóđượccấutạo nhưsau:
Hình1.9.Sơđồnguyênlý mạchcầuHdùngTransistorP,NhayFet
SVTH: Đinh Xuân Toàn
13
Đồ án tốt nghiệp
Đốivớithiếtkế nàyquảlà thấykhálà ổnđịnh.Vànhư thếchúngta sẽ thấylà
cần4tínhiệuđiềukhiểnnhưngtrongthựctếmìnhchỉcần2tínhiệuđiềukhiểnđã
có
thểđiềukhiểnđượcchonênkiểudạng2nàyđượcsửdụngnhiềutronglĩnhvực
điềukhiểnhơn.
c, Dạng 3
MạchcầuH
dùngRơle:Làmộtdạng“côngtắc”(switch)cơđiện(electrical
mechanicaldevice),chúnggồmcáctiếpđiểmcơđượcđiềukhiểnđóngmởbằng
dòngđiện.Vớikhảnăngđóngmởcáctiếpđiểm,rơle
là
mộtlựachọntốtđể
làmkhóachomạchcầuH.Thêmnữachúnglạiđượcđiềukhiểnbằngtínhiệu điện,nghĩalà
chúngta
có
thểdùngAVR(haybấtkỳchipđiềukhiểnnào)để
điều
khiểnRơle,quađóđiềukhiểnmạchcầuH.
Hình1.10.Cấutạo và hìnhdángcủarơlethôngdụng
1.2.2.Nguyêntắc hoạtđộngchungcủamạchcầuH
Tronghình1,hãyxem2đầuV vàGNDlà 2đầu(+)và (-)củaắc quy,“đốitượng” là
độngcơDCmàchúngta
đíchđiềukhiểnlà
cầnđiềukhiển,“đốitượng”nàycó
2đầuA
và
chophépdòngđiệnqua“đốitượng”theochiềuAđếnB
đếnA.Thànhphầnchínhtạo
R2(L:Left,R:Right).Ở
nênmạchcầuH
chínhlà
4“khóa”
hoặcB
L1L2,R1và
điềukiệnbìnhthường4khóanày“mở”,mạchcầuH
hoạtđộng.Tiếptheota
B,mục
không
khảosáthoạtđộngcủamạchcầuH
thôngquacáchìnhminhhọa1.11avà 1.11b.
SVTH: Đinh Xuân Toàn
14
Đồ án tốt nghiệp
Hình1.11.Nguyênlý hoạtđộngmạchcầuH
Giảsửbằngcáchnàođómà2khóaL1và R2được“đónglại”(L1và R1vẫnmở), dễ
dànghìnhdungcó
mộtdòngđiệnchạytừ
quađốitượngđếnđầuB
1.11a).Nhưthế,vớigiả
AđếnB.Bây
V
quakhóaL1đếnđầuA
củanótrướckhiquaR2và
sử
giờhãygiả
nàysẽ
có
sử
về
và
xuyên
GND(nhưhình
dòngđiệnchạyquađốitượngtheochiềutừ
khácđi
rằngR1vàL2đóngtrongkhiL1và
R2mở,dòngđiệnlạixuấthiệnvà lần nàynósẽ chạyquađốitượng theochiềutừ B đếnA
nhưtronghình1.11b(V->R1->A->L2->GND).Như
mạchcầuH
đểđảochiềudòngđiệnquamột“đối
vậychúngta
tượng”(haycụ
có
thểdung
thểlà
đảochiều
độngcơ).
1.2.3. Ưu nhượcđiểmcủacầuH.
a,Ưu điểm:SửdụngcầuH làmchomạchtrởnênđơngiảnhơnvà chỉcần1nguồn
điện.
b,Nhượcđiểm:Nếunhưmạchđiềukhiểnthìcùngbật2côngtắcởcùng1nửacầu
thìsẽ
mạchđộnglựccủachúngta
bị
ngắnmạchnguồn.Nếuhiệntượng
xảyra
trong1thờigianngắn(quáđộ)sẽxuấthiệndòngtrùngdẫnquavancôngsuấtlàmtăngcôn
gsuấttiêutántrênvan.
Nếuthờigiantrùngdẫnđủdài,dòngtrùngdẫnsẽ
lớn
làmcháyvancôngsuất.
SVTH: Đinh Xuân Toàn
15
Đồ án tốt nghiệp
1.3.Tìm hiểu về vi mạch IC 555
IC thời gian 555 được du nhập vào những năm 1971 bằng công ty Signetics
Corporation bằng 2 dòng sản phẩm SE555/NE555 và được gọi là máy thời gian
và cũng là loại có đầu tiên. Nó cung cấp cho các nhà thiết kế mạch điện tử với
chi phí tương đối rẻ, ổn định và những mạch tổ hợp cho những ứng dụng cho
đơn ổn và không ổn định.
Từ đó thiết bị này được làm ra với tính thương mại hóa, 10 năm qua một số
nhà sản suất ngừng sản suất loại IC này bởi vì sự cạnh tranh và những lý do
khác. Tuy thế những công ty khác lại sản suất ra những dòng này.IC 555 hiện
nay được sử dụng khá phổ biến ở các mạch tạo xung, đóng cắt hay là những
mạch dao động khác.
1.3.1. Thông số
+ Điện áp đầu vào: 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555: LM555, NE555,
NE7555...)
+ Dòng tiêu thụ: 6mA - 15mA.
+ Điện áp logic ở mức cao: 0.5 - 15V.
+ Điện áp logic ở mức thấp: 0.03 - 0.06V.
+ Công suất tiêu thụ (max) 600mW.
1.3.2. Chức năng của 555
+ Tạo xung.
+ Điều chế được độ rộng xung (PWM).
+ Điều chế vị trí xung (PPM) (hay dùng trong thu phát hồng ngoại). . .
SVTH: Đinh Xuân Toàn
16
Đồ án tốt nghiệp
1.3.3. Bố trí chân và sơ đồ nguyên lý
Hình 1.12. Hình dạng IC 555
Loại 8 chân hình tròn và loại 8 chân hình vuông.Nhưng ở thị trường Việt
Nam chủ yếu là loại chân vuông.
1.3.4. Chức năng từng chân:
Hình 1.13 Sơ đồ bố trí chân IC
IC NE555 N gồm có 8 chân
+ Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi
là chân chung.
+ Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và
được dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần số áp.Mạch so sánh ở đây
dùng các transitor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc.
+ Chân số 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệura logic.
Trạng thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1.1 ở đây là mức cao nó
tương ứng với gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V
SVTH: Đinh Xuân Toàn
17
Đồ án tốt nghiệp
nhưng mà trong thực tế mức 0 này ko được 0V mà nó trong khoảng từ (0.35 0.75V).
+ Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối
masse thì ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái
ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo được dao
động thường hay nối chân này lên VCC.
+ Chân số 5 (CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn
trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối
GND. Chân này có thể không nối cũng đượcnhưng mà để giảm trừ nhiễu người
ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các
tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định.
+ Chân số 6 (THRESHOLD): là một trong những chân đầu vào so sánh
điện áp khác và cũng được dùng như 1 chân chốt.
+ Chân số 7 (DISCHAGER): có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và
chịu điều khiển bởi tầng logic của chân 3.Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này
đóng lạingược lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC
555 dùng như 1 tầng dao động.
+ Chân số 8 (Vcc): Chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động. Nó được
cấp điện áp từ 2V - 18V (Tùy từng loại 555 thấp nhất là con NE7555).
1.3.5. Cấu trúc bên trong IC 555
SVTH: Đinh Xuân Toàn
18
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.14. Sơ đồ nguyên lý của IC 555
SVTH: Đinh Xuân Toàn
19
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.15. Sơ đồ nguyên lý các linh kiện trông IC 555
1) Cầu phân áp gồm 3 điện trở 5k nối từ nguồn vcc xuống mass cho ra
hai điện áp chuẩn là 1/3 Vcc và 2/3 Vcc.
2) Opamp (1) là mạch khuyếch đại so sánh có ngõ In nhận điện áp chuẩn
2/3 Vcc, còn ngõ In thì nối ra ngoài chân 6. Tùy thuộc điện áp của chân 6 so với
điện áp chuẩn 2/3 Vcc mà opamp(1) có điện áp ra mức cao hay mức thấp để làm
tín hiệu R(Reset), điều khiến flip-flop.
3) Opamp(2) là mạch khuyếch đại so sánh có ngõ In nhận điện áp chuẩn
1/3 Vcc, còn ngõ Inthì nối ra ngoài chân 2. Tùy thuộc điện áp của chân 2 so với
điện áp chuẩn 1/3 Vcc mà opamp (2) có ngõ ra mức thấp hay mức cao để điều
khiển tín hiệu S (Set),điều khiển flip-flop.
4) Mạch flip-flop là mạch lưỡng ổn kích một bên, khi chân set có mức điện
áp cao thí điện áp này kích đổi trạng thái của flip-flop ở ngõ Q lên mức cao và
ngõ ra Q có mức thấpkhi ngõ Set đang ở mức cao xuống mức thấp thì mạch flipflop không đổi trạng tháikhi chân Rcó điện áp cao thì diện áp nầy kích đổi trạng
thái của flip-flop làm ngõ Q lên mức cao và ngõ ra Q xuống mức thấpkhi ngõ
Reset đang ở mức cao xuống thấp thì mạch flip-flop không đổi trạng thái.
5) Mạch output là mạch khuyếch đại ngõ ra để tăng độ khuyếch đại
dòngcấp cho tải, đây là mạch khuyếch đại đảo có ngõ vào là chân Q của flipflop nên khi ngõ vào Q ở mức cao thì ngõ ra ở chân 3 sẽ có mức thấp và ngược
lại.
6) Transistor T1 có chân E nối với điện áp chuẩn 1,4V,là loại transistor
PNP, cực B nối rangoài bởi chân 4 có điện áp cao hơn 1,4V thì T1 ngưng dẫn,
nên T1 không ảnh hưởng gì dến mạch. Khi chân 4 có điện trở nhỏ thích hợp nối
mass thì T1 dẫn bảo hòa đồng thời làm mạch output dẫn bão hòa và ngõ ra
xuống thấp, chân 4 còn gọi là chân reset có nghĩa là nó reset IC 555 bất chấp
tình trạng ở ngõ vào khác. Do đó chân 4 dùng để kết thúc xung ra sớm khi cần.
nếu không dung chức năng reset thì nối chân 4 với Vcc dể tránh mạch bị reset
do nhiễu.
SVTH: Đinh Xuân Toàn
20
Đồ án tốt nghiệp
7) Transistor T2 có cực C dể hở nối ra chân 7. Do cực B được phân cực bởi
mức điện áp Q nên khi Q ở mức cao thì T2 bảo hòa và cực C coi như nối mass.
Lúc đó ngõ ra chân 3 cũng ở mức thấp, khi Q ở mức thấp thì T2 ngưng dẫn, cực
C của T2 xem như bị hởlúc đó ngõ ra chân 3 ở mức cao.
1.5.IC555 giao tiếp với các loại tải
IC555 có thể giao tiếp với nhiều loại tải khác nhau và tùy trường hợp mỗi
loại tải đều có mắc theo hai cách:
- Tải được cấp điện khi ngõ ra có điện áp thấp lúc đó, IC sẽ nhận dòng điện
tải theo chiều từ nguồn qua tải rồi qua IC. Dòng điện tải trường hợp này được
gọi là I nhận.
- Tải được cấp điện khi ngõ ra có điện áp cao, lúc đó IC sẽ cấp dòng điện
cho tải theo chiều từ nguồn qua IC rồi qua tải.Dòng điện tải trong trường hợp
này được gọi là I nguồn.
Khả năng cung cấp dòng điện và điện áp của IC 555 như sau:
1.5.1. Điện áp ra ở mức thấp
Với Vcc= 15Vđiện áp Vo chính là Vce2 khi T2 bão hòa.
I L = 10mA =>
Vo = 0,1V
I L = 50mA =>
Vo = 0,4V
SVTH: Đinh Xuân Toàn
21
Đồ án tốt nghiệp
I L = 100mA
=>
Vo = 2V
I L = 200mA
=>
Vo = 2,5V
1.5.2. Điện áp ra ở mức cao
Với Vcc = 15V. Điện áp Vo = Vcc – Vce2 khi t1 bão hòa.
I L = 100mA
=>
Vo = 13,3V =>
Vce2 = 1,7V
I L = 200mA
=>
Vo = 12,5V =>
Vce2 = 2,5V
1.5.3. Tải là led
Điện áp ra ở mức thấp
Điện áp ra mức cao
Nếu tải là led thì phải dùng diện trở ghép nối tiếp với led để giới hạn dòng
qua led.
Tùy theo cách mắc tải mà dòng điện qua led có công thức tính khác nhau.
1.5.4. Tải là Rơle
IC555 có thể giao tiếp với các loại role điều khiểncác loại role này có dòng
thường nhỏ dưới 100mA và điện áp cũng thường ở mức thấp như6V-12V-24V.
SVTH: Đinh Xuân Toàn
22
Đồ án tốt nghiệp
Điện áp ra ở mức thấp
Điện áp ra mức cao
Trong mạch tải rơle có diot D ghép song song để nối tắt điện áp ngược do
cuộn dây của rơle tạo ra khi mất điện đột ngột.
CHƯƠNGII.GIỚITHIỆUVỀĐỘNGCƠĐIỆNMỘTCHIỀU
Trongnềnsảnxuấthiệnnay,độngcơđiệnkhông đồng bộđangchiếm ưuthếso
vớiđộng
cơđiệnmộtchiều.Đólàdosựrađờicủacácmáybiếntần,tuyvậyviệc
điềuchỉnhtốcđộđộngcơđiệnkhôngđồngbộvẫncònlàviệckhókhăn.Dovậy,
cơđiệnmộtchiềuvớiđặctínhđiềuchỉnh
động
tốcđộrấttốtvẫncònđượcdùng
nhiềutrongtrongcácngànhcôngnghiệpcó yêucầucaovề điềuchỉnhtốc độ.
Sauđâychúngta sẽ tìmhiểuvề độngcơđiệnmộtchiềudướicácgócđộ:
-Nguyênlý hoạtđộngchung.
-Cấutạochung.
-Cácphươngphápđiềuchỉnhtốc độ.
-Cácchếđộkhởiđộngcủađộngcơđiệnmộtchiều.
2.1 Nguyên lý chung
Độngcơđiệnmộtchiềuhoạtđộngdựatrênnguyênlýcủahiệntượngcảmứngđiệntừ
.
SVTH: Đinh Xuân Toàn
23
Đồ án tốt nghiệp
Hình2.1.Cấutạo độngcơđiệnmộtchiều
Nhưtađãbiếtthanhdẫncódòngđiệnđặttrong
từtrườngsẽchịutácdụng
lựctừ.VìvậykhichodòngđiệnmộtchiềuđivàochổithanAvàđiraởchổithan
điệnchỉđi
Bthìcácthanhdẫnsẽchịutácdụngcủalựctừ.Bêncạnhđódodòng
vàothanhdẫnnằmdướicựcNvàđiraởcácthanhdẫnchỉnằmtrêncựcSnên
dướitácdụngcủatừtrườnglêncácthanhdẫnsẽsinhramômencóchiềukhôngđổivà
làmchorotocủamáyquay.
Khinguồnđiệnmộtchiềucócôngsuấtkhông
ứngvàmạchkíchtừmắcvàohainguồnmộtchiều
đủlớnthìmạchđiệnphần
độclậpvớinhau,lúcnàyđộng
cơđượcgọilà độngcơkíchtừ độclập.
Đểtiếnhànhmởmáy,đặtmạchkíchtừvàonguồnUkt,dâycuốnkíchtừ
sinhratừthôngΦ.Trongtấtcảcáctrườnghợp,khimởmáybaogiờcũngphải
đảmbảocóΦmaxtứclàphảigiảmđiệntrởcủamạchkíchtừRktđếnnhỏnhấtcó
thể.Cũngcầnđảmbảokhông
xảyrađứtmạchkíchthíchvìkhiđóΦ
độngcơsẽkhôngquayđược,dođóEư
=
0vàtheobiểuthứcU
=0,M
=Eư
+
=
0,
RưIưthì
dòngđiệnIưsẽrấtlớnlàmcháyđộngcơ.Nếumômendođộngcơđiệnsinhralớn
hơnmômencản
(M
>
Mc)rôtobắtđầuquayvàsuấtđiệnđộng
vớitốcđộquayn.DosựxuấthiệnvàtănglêncủaEư,
Eưsẽtănglêntỉlệ
dòngđiệnIưsẽgiảmtheo,
M
giảmkhiếnntăngchậmhơn.
2.2Cấu tạo chung
Độngcơđiệnmộtchiềubaogồmhaiphầnchínhlà:
- Phầntĩnh:Stato
- Phầnquay:Roto
SVTH: Đinh Xuân Toàn
24
Đồ án tốt nghiệp
2.2.1.Stato
Đâylàphầnđứngyêncủamáy.Phầntĩnhbaogồmcácbộphậnsau:cựctừchính,cựct
ừ phụ,gôngtừvà cácbộphậnkhác.
2.2.1.1. Cực từ chính
Làbộphậnsinhratừtrườnggồmcólõisắtcựctừvàdâyquấnkíchtừlồng
ngoàilõisắtcựctừ.LõisắtcựctừđượclàmbằngcácláthépKTĐhaythép
cácbondày0.5đến1mmép lạivà tánchặt.
Dâyquấnkíchtừđượcquấnbằngdâyđồngbọccáchđiệnvàmỗicuộndây
đềuđượcbọccáchđiệnthành
mộtkhốivà
tẩmsơncáchđiệntrướckhiđặt
lêntrên
cáccựctừ.Cáccuộndâynàyđượcnốinốitiếpvớinhau.
2.2.1.2.Cựctừphụ
Cựctừphụđượcđặtgiữacáccựctùchínhvàdùng
đểcảithiệnđổichiều.Lõithépcủacựctùphụthườnglàmbằngthépkhốivàtrênthâncựctừ
phụcóđặtdâyquấnmàcấutạogiốngnhư dâyquấncựctừchính.Cựctừphụđượcgắnvào
vỏnhờ cácbulông.
2.2.1.3.Gôngtừ
Gôngtừđượcdùngđểlàmmạchtừnốiliềncáccựctừ,đồngthờilàmvỏmáy.
2.2.1.4.Các bộ phận khác
Ngoàiba
bộphậnchínhtrêncòncó
cácbộphậnkhácnhư:Nắpmáy,cơcấu
chổithan.
- Nắpmáy:Đểbảovệmáykhỏibịnhữngvậtngoàirơivàolàmhỏngdây quấnhayan
toànchongườikhỏichạmphảiđiện.
-
Cơcấuchổithan:Đểđưa
dòngđiệntừphầnquayrangoài.Cơcấuchổi
thangồmcóchổithanđặttronghộpchổithanvànhờmộtlòxotìchặtlên
cổgóp.Hộpchổithanđượccốđịnhlêngiáchổithanvàcáchđiệnvớigiá
đó.Giáchổithancóthểquayđượcđểđiềuchỉnhvịtrí chổithanđúngchỗ.
2.2.2.Roto
Rotocủađộngcơđiệnmộtchiềubaogồmcácbộphậnsau:lõisắtphầnứng,dâyquấn
phầnứng,cổ gópvà cácbộphậnkhác.
SVTH: Đinh Xuân Toàn
25
