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

BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………............................................................

Ngày 10 tháng 8 năm 2010
Giảng viên hướng dẫn

1


MỤC LỤC
MỤC LỤC..............................................................................................................................................2
CHƯƠNG I:CƠ SỞ LÝ THUYẾT..........................................................................................................4
1.1.Giới thiệu về phương pháp PWM.............................................................................................4

1.1.1.Nguyên lý của phương pháp PWM....................................................................................6
1.1.4.1.Ưu điểm:........................................................................................................................11
1.2.1.Các dạng của mạch cầu H.................................................................................................11
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..........................................................................................................................15
2.1. NGUYÊN LÝ CHUNG.................................................................................................................15
2.2. CẤU TẠO CHUNG.....................................................................................................................16
2.2.1. STATO...............................................................................................................................16
2.2.2. Roto..................................................................................................................................17
2.3. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU................................................................18
2.3.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ..........................................................19
2.3.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng................20
2.3.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp...............................................................21
............................................................................................................................................................22
CHƯƠNG III:PHÂN TÍCH SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH THIẾT KẾ.......................................................22
3.1.Sơ đồ khối của mạch điều khiển.............................................................................................22
3.2.Hoạt động của từng khối.........................................................................................................22
3.2.1 Mạch lặp...........................................................................................................................22
3.3.Một số yêu cầu đối với mạch điều khiển................................................................................25
3.3.1.Xung điều khiển phải đảm bảo yêu cầu về độ lớn của điện áp và dòng điều khiển :....25
3.3.2.Độ lớn xung điều khiển ...................................................................................................25
........................................................................................................................................................28
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................................................38

2

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 .
3


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 “”. 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 em hiểu vấn đề được sâu
sắc hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy “ Trần Quang Phú” đã nhiệt tình giúp em
hoàn thành tốt bản đồ án này
Sinh viên thực hiện:

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

4


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 :
5


+ 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

6


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
7


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
8

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 :

9


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.

10


1.1.4.Ưu nhược điểm mạch PWM 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:
11


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
12


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
13


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
14


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.

I

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
15


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.

16


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
17


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

hay n =

( 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
Rf trên mạch phần ứng.
• Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.

18


2.3.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ
n (vòng/phút)
n0’’’
n0’’

θδ’’’
θδ’’
θδ’
θδđm

n0 ’
n0đm

Mđm(Iđm)

M(Iư)

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.

19


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.

n (vòng/phút)
n0

Rf0
Rf1

Rf2
Mđm(Iđm)

M(Iư)

Rf3

Hình.2.3.Đồ thị đặc tính khi tải thay đổi

20


2.3.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.

n (vòng/phút)

4
1 (Uđm)
2
3

Mđm(Iđm)

M(Iư)

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

21


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
22


3.2 .2 Khõu to xung vuụng v in ỏp rng ca :

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

23


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

24


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 can 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
Từ hình 3.5 thấy rằng trong mỗi chu kỳ điện áp tựa (in
ap 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 ap ang mc dng s
chuyn xung mc am 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 iu khin ong ngt IRF
Z44. Bng cach iu chnh bin tr Udk thay i ta c
dng xung u ra thay i tng ng in ỏp s thay i
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 ti ca mch cú in cm ln thỡ dũng in chm nờn phi tng rng
xung iu khin.Thụng thng rng xung iu khin khụng nh hn
0,5às.
3.3.3.Chia dc.
Ngi ta chia dc xung iu khin lm hai phn: dc sn trc v
dc sn sau. m Thyristor cú th 25ung sn phớa no cng c
nhng ngi ta thng s dng sn sau m Thyristor. Vỡ vy, dc
sn trc xung iu khin cng cao thỡ Thyristor cng tt. Thụng thng
25