Đề cương bài giảng thực tập lắp ráp và chế tạo thiết bị cơ điện tử ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÀI GIẢNG
HỌC PHẦN: THỰC TẬP LẮP RÁP, CHẾ TẠO THIẾT
BỊ CƠ ĐIỆN TỬ Ô TÔ
SỐ TÍN CHỈ: 02
LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Hưng Yên - 2015


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG
HỌC PHẦN: THỰC TẬP LẮP RÁP, CHẾ TẠO
THIẾT BỊ CƠ ĐIỆN TỬ Ô TÔ
SỐ TÍN CHỈ: 03
LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Hưng Yên, năm 2015


Bài 1: Thiết kế mạch nguyên lý
1.1. Cảm biến tốc độ động cơ loại quang
Cảm biến quang gồm hai loại, khác nhau chủ yếu ở phần tử cảm quang :
- Loại sử dụng một cặp LED - photo transistor.
- Loại sử dụng một cặp LED – photo diode.

Phần tử phát quang (LED – lighting emission diode) và phần tử cảm quang (photo
transistor hoặc photo diode ) được đặt trong một cụm bao kín (có thể lắp trong bộ chia
điện hoặc lắp ở trục cam). Đĩa cảm biến (đĩa tạo xung) được gắn vào trục và có số rãnh
xẻ tùy theo loại động cơ.
Điểm đặc biệt của hai loại phần tử cảm quang này là khi có dòng ánh sáng chiếu vào, nó
sẽ trở nên dẫn điện và ngược lại. Độ dẫn điện của chúng phụ thuộc vào cường độ ánh
sáng.

Hình 1.1 : Nguyên lý làm việc của cảm biến quang
Khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng từ LED (phần tử phát quang) chiếu rọi về phía
phần tử cảm quang sẽ bị ngắt quãng tạo ra hiện tượng dẫn - ngắt điện và bộ phận chuẩn
xung sẽ tạo ra các xung vuông.
Hình dạng và vị trí của các rãnh xẻ trên đĩa cảm biến sẽ quyết định biên dạng xung. Tùy
từng hệ thống đánh lửa mà người ta thiết kế đĩa có các kiểu xẻ rãnh khác nhau.

1


Hình 1.2: Hình dạng đĩa cảm biến và xung tín hiệu
a : Đĩa cảm biến và hai xung đơn NE và G
b : Đĩa cảm biến và xung kép NE và TDC
Mạch cảm biến tốc độ động cơ loại quang

2


Hình 3.3: Mạch cảm biến tốc độ động cơ loại quang
Phương pháp điều xung PWM (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.

Ứng dụng của PWM trong điều khiển
PWM được ứng dụng nhiều trong điều khiển. Điển hình nhất mà chúng ta thường hay
gặp là điều khiển động cơ và các bộ xung áp, điều áp... Sử dụng PWM điều khiển độ
nhanh chậm của động cơ hay cao hơn nữa, nó còn được dùng để điều khiển sự ổn định
tốc độ động cơ.
PWM còn gặp nhiều trong thực tế ở 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. Như vậy PWM được ứng dụng rất nhiều trong các
thiết bị điện-điện tử. PWM cũng chính là nhân tố mà các đội Robocon sử dụng để điều
khiển động cơ hay ổn định tốc độ động cơ.

3


Trên là đồ thị dạng xung khi điều khiển bằng PWM. Với độ rộng xung đầu ra tương ứng
và được tính bằng %. Tùy thích do chúng ta điều khiển.
Nguyên lý hoạt động của PWM
Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn của tải 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.
Mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM

Xét hoạt động đóng cắt của một van bán dẫn. Dùng van đóng cắt bằng Mosfet (Mosfet là
Transistor hiệu ứng trường - Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)

4


Nguyên lý: Trong khoảng thời gian 0 - t0, ta cho van G mở, toàn bộ điện áp nguồn Ud

được đưa ra tải. Còn trong khoảng thời gian t0 - T, cho van G khóa, cắt nguồn cung cấp
cho tải. Vì vậy với t0 thay đổi từ 0 cho đếnT, 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
dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải. Ta có:
Ud = Umax.( t1/T) (V)
hay Ud = Umax.D
(Với D = t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % tức là PWM)
Như vậy ta nhìn trên hình 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 (Vói D = 40%)
Ud = 12.90% = 10.8V (Với D = 90%)
Các cách để tạo ra được PWM để điều khiển

5


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 mền được tạo bằng các chip có thể lập trình được. Tạo bằng phần mền thì độ
chính xác cao hơn là tạo bằng phần cứng. Nên người ta hay sử dụng phần mền để tạo
PWM.
Ở đây ta tham khảo 2 cách điều chế PWM phổ biến: bằng phương pháp so sánh và tạo
xung vuông bằng phần mềm.
1- Tạo xung vuông bằng phương pháp so sánh
Để tạo được bằng phương pháp so sánh ta cần 2 điều kiện sau đây:

+ Tín hiệu răng cưa: Xác định tần số của PWM
+ Tín hiệu tựa (Ref) là tín hiệu xác định mức công suất điều chế (Tín hiệu DC).
Xét sơ đồ mạch sau :

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.
2- Tạo xung vuông bằng phần mềm

6


Đây là cách tối ưu trong các cách để tạo được xung vuông. Việc tạo bằng phần mền cho
độ chính xác cao về tần số và PWM. Và mạch đơn giản hơn rất nhiều. Xung này được tạo
dựa trên xung của CPU.
Lấy 1 đoạn ví dụ tạo PWM trong chip 8501 :

PWM trong điều khiển động cơ và trong các bộ biến đổi xung áp
1-Trong 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 hoạt động nhanh , chậm, thuận ,nghịch và ổn định
tốc độ cho nó. Cái này được ứng dụng nhiều trong điều khiển động cơ 1 chiều.
Sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển động cơ DC

7


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.
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 ví dụ 1 mạch

nguyên lý đơn giản trong bộ nguồn Boot đơn giản.
Đây là nguyên lý của mạch nguồn Boot. Dùng xung điều khiển để tạo tích lũy năng
lượng từ trường, từ đó tạo điện áp ra tải lớn hơn điện áp vào.
Ngoài ra, PWM còn được sử dụng trong các bộ chuyển đổi DC - AC, hay trong biến tần,
nghịch lưu.
Mạch nguyên lý điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều

8


9


Bài 2: Sử dụng phầm mềm protues để mô phỏng hoạt động của mạch
2.1. Hướng dẫn sử dụng phần mềm protues
Giao diện sử dụng

10


2.2. Mô phỏng hoạt động mạch cảm biến tốc độ động cơ loại quang
Lấy linh kiện

11


12


13

Các linh kiện sử dụng trong mạch cảm biến quang
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Led thu
Led phát
IC thuật toán LM324
Tụ điện
Điện trở
Biến trở

2.3. Mô phỏng hoạt động mạch điều khiển tốc độ động cơ
Cách lấy linh kiện tượng tự như trên
Các linh kiện sử dụng trong mạch điều khiển tốc độ động cơ
1.
2.
3.
4.
5.

LM555
Tụ điện
Điện trở
Biến trở

Đi ốt

14


Bài 3: sử dụng phần mềm protues để thiết kế mạch in
3.1. Thiết kế mạch in cảm biến tốc độ loại quang bằng phần mềm protues
Vẽ bản mạch in

15


16


17


18


19


20


21

22


3.2. Thiết kế mạch in điều khiển tốc độ động cơ bằng phần mềm protues
Tương tự như thiết kế mạch cảm biến

23