Thiết kế mạch cảnh báo khí gas

MỤC LỤC
Lời nói đầu……………………………………………………………………….3
Kế hoạch thực hiện đồ án………………………………………………………..4
CHƯƠNG 1.Giới thiệu chung…………………………………………………...6
1.1.Khái quát về đề tài……………...……………………………………………6
1.2. Giới thiệu về PLC Simatic S7-1200……..…………………………………7
1.2.1.Tổng quan về PLC S7-1200………………………………………..7
1.2.2. Hình dạng bên ngồi……………………………………………....9
1.2.3. Cấu trúc bên trong………………………………………………...10
1.2.4. Sơ đồ đấu dây……………………………………………………..11
1.2.5. Modul mở rộng……………………………………………………12
1.2.6. Nguyên lý hoạt động PLC………………………………………..14
1.3. Giới thiệu về động cơ điện 1 chiều………………………………………..14
1.3.1.Khái niệm………………………………………………………….14
1.3.2.Cấu tạo chung……………………………………………………...15
1.3.3.ứng dụng…………………………………………………………...19
1.4.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều, chọn phương pháp
điều chỉnh……………………………………………………………………….20
1.4.1.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ……………………..20
1.4.2.Giới thiệu phương pháp PWM……………………………………21
1.4.3.Nguyên lý hoạt động PWM……………………………………….22
1.4.4.Cách tạo ra PWM………………………………………………….24
1.4.5.Chọn phương pháp điều khiển tốc độ động cơ……………………26
CHƯƠNG 2.Thiết kế mạch…………………………………………………….27
2.1.Tìm hiểu vè những linh kiện sử dụng trong mạch…………………………27
2.1.1.Điện trở…………………………………………………………….27
2.1.2.Tụ điện……………………………………………………………..28
2.1.3.IC nguồn LM7805……………………………………………..…..28
2.1.4.IC cách ly quang PC817…………………………………………..29
1

2.1.5.Diode 1N4007……………………………………………………..29
2.1.6.IC L298…………………………………………………………….30
2.1.7.Động cơ điện encoder 334 xung mini…………………………….32
2.2.Thiết kế, chế tạo sản phẩm…………………………………………………36
2.2.1.Modul điều khiển động cơ DC L298……………………………...37
2.2.2.Sơ đồ kết nối………………………………………………………38
2.2.3.Sản phẩm thực tế………………………………………………….39
2.2.4.Tính thực tế, phương hướng phát triển đề tài…………………….39
KẾT LUẬN……………………………………………………………………..41

2


LỜI NÓI ĐẦU
Việt Nam ta ngày càng phát triển và giàu mạnh.Một trong những thay đổi
đáng kể là Việt Nam đã gia nhập “WTO”, một bước ngoặt quan trọng để đất nước
thay đổi bộ mặt của mình, để chúng ta con người Việt có cơ hội nắm bắt nhiểu
thành tựu vĩ đại của thế giới, đặc biệt là về các lĩnh vực khoa học kĩ thuật nói
chung và ngành Cơ Điện Tử nói riêng . Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ
thuật,cơ điện tử đang ngày càng được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực
của đời sống và đã mang lại hiệu quả kinh tế cao. Đặc biệt từ khi ra đời các linh
kiện bán dẫn với độ tích hợp cao thì điện tử ngày càng khẳng định được vị thế của
mình trong đời sống.
Thế hệ trẻ chúng ta khơng tự mình phấn đấu học hỏi khơng ngừng thì chúng
ta sẽ sớm lạc hậu và nhanh chóng thụt lùi. Nhìn ra được điều đó Trường ĐH SPKT
HƯNG YÊN đã sớm chủ trương hình thức đào tạo sâu rộng, từ thấp đến cao. Để
tăng chất lượng học tập của sinh viên nhà trường nói chung và ngành Cơ Điện Tử
nói riêng đã tổ chức cho sinh viên làm các đồ án môn học nhằm tạo nên tảng vững
chắc cho sinh viên khi ra trường, đáp ứng nhu cầu tuyển dụng việc làm. Chính vì

vậy nhóm chúng em đã chọn đề tài: “Mơ hình điều khiển động cơ 1 chiều”. Trong
quá trình thực hiện đề tài này, chúng em đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận
tình của thầy PHẠM THANH TÙNG và các thầy cơ giáo trong khoa. Nhóm sinh
viên chúng em xin chân thành cám ơn các thầy cô đã giúp đỡ chúng em thực hiện
đề tài này.

STT Tuần

Công việc thực hiện

Người thực hiện

-Nhận đồ án
Tìm hiểu về PLC S7-1200:

3


1

1

-

Tìm hiều cấu tạo.

-

Nguyên lý hoạt động cảu PLC S7-1200

Cả nhóm

Tìm hiểu modul mơ phỏng
Báo cáo kết quả vào cuối tuần
-Tìm hiểu động cơ điện một chiều và sơ đồ
mạch lực của mạch điều khiển
2

2

-Giới thiệu các phương án điều khiển tốc độ

Cả nhóm

động cơ điện một chiều
-Lựa chọn phương án
-Thiết kế mạch:
+ Tìm hiểu về những linh kiện sử dụng
3

3+4

trong mạch: hình dáng, ngun lý hoạt động

Cả nhóm

+ Thiết kế mạch mô phỏng trên phần mềm
Báo cáo kết quả vào cuối tuần
Chế tạo mạch:

4

-Tìm kiếm các linh kiện trên thị trường
5+6

-Lắp ráp chạy thử trên panel

Cả nhóm

-Đo, kiểm tra tín hiệu
5

6

Tiến hành hồn thiện sản phẩm:
7

-in mạch trên nhựa mica

Cả nhóm

9

-hàn giắc cắm với mạch
Làm lý thuyết, đóng quyển

Cả nhóm

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

................................................................................................
................................................................................................
................................................................................................
4


................................................................................................
................................................................................................
................................................................................................
................................................................................................
................................................................................................
................................................................................................
................................................................................................
................................................................................................
................................................................................................
................................................................................................
Hưng yên , ngày…tháng…năm 2021
Giáo viên hướng dẫn

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.Khái quát về đề tài
Trong các ngành công nghiệp, công tác điều khiển vận hành các thiết bị theo
một quy trình nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm
đồng thời tiết kiệm chi phí sản xuất giữ một vị trí quan trọng.
Với ưu điểm là điều khiển tốc độ động cơ dễ dàng, độ ổn định tốc độ cao nên
động cơ một chiều đã được sử dụng khá phổ biến như: truyền động cho một số máy

5

như máy nghiền, máy nâng, vận chuyển, điều khiển băng tải, điều khiển các
robot…
Trong quá trình làm việc, tốc độ của động cơ thường bị thay đổi do sự biến
thiên của tải, của nguồn và do đó gây ra sai lệch tốc độ thực với tốc độ đặt, làm
giảm năng suất của máy sản xuất Như ta biết rằng hầu hết các máy sản xuất đều
địi hỏi có nhiều tốc độ, nhưng tuỳ theo từng công việc, điều kiện làm việc mà ta
lựa chọn các tốc độ khác nhau. Muốn có được các tốc độ khác nhau trên máy, ta có
thể thay đổi cấu trúc cơ học của máy như tỉ số truyền hoặc thay đổi tốc độ của
động cơ truyền động chính… Nhưng ở đây chúng ta chỉ khảo sát theo phương
pháp thay đổi tốc độ của động cơ truyền động. Ở động cơ một chiều, việc điều
chỉnh tốc độ động cơ có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác. Động cơ
điện một chiều không những có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc
mạch lực, mạch điều khiển lại đơn giản hơn các loại động cơ khác và đạt chất
lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh rộng.
Chính vì vậy việc điều khiển tốc độ động cơ là một yêu cầu cần thiết và tất yếu
đối với các máy sản xuất trong các ngành công nghiệp hiện nay.

1.2 Giới thiệu về PLC Simatic S7 – 1200
1.2.1. Tổng quan PLC Simatic s7-1200
PLC ( Programmable Logic Controller ) là thiết bị điều khiển lập trình
được cho phép thực hiện linh hoạt các thực tốn điều khiển logic thơng qua một
ngơn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình
tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích tác động
vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định kì hay thời gian
được đếm. Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF các thiết
bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình

6

sẽ liên tục lặp trong chương trình do người sử dụng lập ra chờ tín hiệu ở ngõ
vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dung dây nối, người
ta đã chế tao bộ điều khiển plc nhẳm thoả mãn các yêu cẩu sau:
+ Lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ học.
+ Gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa.
+ Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình
phức tạp.
+ Hồn tồn tin cậy trong mơi trường cơng nghiệp.
+ Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như máy tính,
nối mạng, các module mở rộng.
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay cho các phần cứng Relay dây nối và
các logic thời gian. Tuy nhiên bên canh đó việc địi hỏi tăng cường dung lượng
nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lí cũng như giá cả….
Chính điều này đã tạo ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC
trong công nghiệp, các tập lệnh nhanh chống đi từ các lệnh logic đơn giản đến
các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch…Sự phát triển các máy tính dẫn đến
các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều hơn.
Trong PLC phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho q
trình điều khiển và sử lí hệ thống, chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ
được xác định bằng một chương trình. Chương trình này sẽ được nạp sẵn vào
bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này.
Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng cửa quy trình cơng nghệ.
Ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ PLC. Việc thay đổi hay mở
rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng mà khơng cần một sự can
thiệp vật lí nào so với các bộ dây nối hay Relay.

7

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho
S7-200. So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:
- S7-1200 là một dịng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm sốt
nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh
mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hồn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng
với S7-1200.
- S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp
sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO).
- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương
trình điều khiển:
+Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào
PLC.
+Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của
mình.
- S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.
Ngồi ra bạn có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485
hoặc RS232.

8


- Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ
ba ngơn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp
trong TIA Portal 11 của Siemens.
- Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã
bao gồm cả mơi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.
1.2.2 Hình dạng bên ngoài

1.2.3. Cấu trúc bên trong
Cũng giống như các PLC cùng họ khác, PLC S7-1200 gồm 4 bộ phận cơ

bản : Bộ xử lý , bộ nhớ , bộ nguồn , giao tiếp nhập / xuất.
- Bộ xử lý còn được gọi là bộ xử lý trung tâm ( CPU ), chứa bộ xử lý , biên dịch
các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được
lưu trong bộ nhớ của PLC. Truyền các định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến
các thiết bị xuất.

9


- Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển điện áp AC thành điện áp DC ( 24V ) cần thiết
cho bộ xử lý và các mạch điện trong các module giao tiếp nhập và xuất hoạt
động.
- Bộ nhớ là nơi lưu trữ chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều
khiển dưới sự kiếm soát của bộ vi xử lý.
- Các thành phần nhập và xuất ( input/output ) là nơi bộ nhớ nhận thông tin từ
các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị điều khiển.Tín hiệu
nhập có thể từ các cơng tắc, các bộ cảm biến…Các thiết bị xuất có thể là các
cuộn dây của công tắc, các bộ cảm biến…Các thiết bị xuất có thể là các cuộn
dây của bộ khởi động động cơ, các van...
- Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ nhờ sự trợ giúp của bộ lập trình
hay bằng máy vi tính

1.2.4. Sơ đồ đấu dây

10


Nguồn cung cấp cho PLC là 100 – 230 VAC với tần số từ 47Hz – 63Hz .
Điện áp có thể thay đổi trong khoảng từ 85V – 264V . Ở 264V dòng điện tiêu
thụ là 20A.

Nguồn cung cấp là 24VDC. Điện áp có thể thay đổi trong khoảng 20.4V
– 28.8V dòng điện tiêu thụ là 12A.
Các ngõ vào được tác động ở mức điện thế tiêu biểu là 24VDC. Các ngõ
ra của PLC ở mức 0 khi công tắc hở hay điên áp <= 5VDC . Ngõ vào ở mức 1
khi cơng tắc đóng hay điện áp => 15VDC. Thời gian đổi trạng thái từ ‘0’ lên ‘1’
và từ ‘1’ xuống ‘0’ tối thiêu là 0.1us để PLC nhận biết được.
Các ngõ ra có thể là 5VDC – 30 VDC hay 5 VAC – 250 VAC . Tùy theo
yêu cầu thực tế mà ta có thể nối nguồn khác nhau để phù hợp với ứng dụng của
nó.
1.2.5 Module mở rộng

11


Họ PLC S7-1200 cung cấp nhiều nhất 8 module tín hiêu đa dạng và 1
mạch tín hiệu cho bộ xử lý có khả năng mở rộng. Ngồi ra bạn cũng có thể cài
đặt thêm 3 module giao tiếp nhờ vào các giao thức truyền thông.

1.2.6 Nguyên lý hoạt động của PLC

12


CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và
kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện từng
lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ
ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi và toàn bộ các họat
động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ
trong bộ nhớ.
Hệ thống bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều

đường tín hiệu song song:
+ Address bus:bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ tới các
module khác nhau
+ Data bus:bus dùng để truyền dữ liệu
+ Control bus:bus điều khiển dung để truyen các tín hiệu định
thì và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC
Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ
và I/O. Bên cạnh đó CPU được cung cấp một xung clock có tần số từ 1, 8
Mhz.
Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu
tố về định thời, đồng hồ của hệ thống.về PLC S7 – 1200.
1.3. Giới thiệu về động cơ điện 1 chiều
1.3.1 Khái niệm.
Động cơ điện nói chung và động cơ điện 1 chiều nói riêng là thiết bị điện từ quay,
làm việc theo nguyên lý điện từ. Khi đặt vào trong từ trường 1 dây dẫn cho dịng
điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng lực từ vào dòng điện (vào dây
dẫn ) và làm dây dân chuyển động. Động cơ điện biến đổi điện năng thành cơ
năng.
1.3.2. Cấu tạo chung

13


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

I

Hình 1 - Cấu tạo động cơ điện một chiều
Như ta đã biết thanh dẫn có dịng điện đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng

lực từ. Vì vậy khi cho dịng 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 dịng 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 mơ men có chiều khơng đổi và làm
cho roto của máy quay.
Khi nguồn điện một chiều có cơng suất khơng 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 khơng 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
dịng 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

14


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.
*Cấu tạo chung:
Phần động cơ điện một chiều bao gồm hai phần chính là:
Phần tĩnh: Stato.
Phần quay: Roto.
* Stato : Stato gọi là phần cảm gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là
vỏ máy. Gắn với stato là các cực từ chính có dây quấn kích từ. Phần tĩnh bao gồm
các bộ phận sau: cực từ chính, cực từ phụ, gơng từ và các bộ phận khác.

Hình 2 - Cấu tạo stato

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.

15


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 cịn 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 ngồi. 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 có thể
quay được để đưa vị trí chổi than đúng chỗ.
*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.

16


Hình 3- Cấu tạo roto
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 dịng
điện xốy gây nên.
b.Dây quấn phần ứng.
Là phần sinh ra sức điện động và có dịng 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 trịn. 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.

17


Cổ góp (cịn 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 đi 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 thơng gió. Cánh
quạt lắp trên trục động cơ. Khi động cơ quay, cánh quạt hút gió từ ngồi vào động cơ.
Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngồi 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.
1.3.3. Ứng dụng
Động cơ điện một chiều có rất nhiều ứng dụng trong dân dụng và trong công
nghiệp:
Trong dân dụng: động cơ điện một chiều thường dùng là các động cơ hoạt
động với điện áp thấp
Trong công nghiệp: động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi có yêu
cầu Moment mở máy lớn hoặc phải thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng
Động cơ điện một chiều có một phần rất quan trọng là :
Bộ phận chỉnh lưu nó có nhiệm vụ làm đổi chiều dịng điện của cuộn Roto
trong khi chuyển động quay của Roto là liên tục, thông thường bộ phận này là bộ
phận gồm có các bộ chổi than và bộ cổ góp. Đây là nhược điểm chính của động cơ
điện một chiều cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, đắt tiền, kém tin cậy và nguy
hiểm trong môi trường dễ nổ khi sử dụng cần phải có nguồn một chiều hoặc bộ
chỉnh lưu.

18


1.4. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều, chọn phương pháp
điều chỉnh
1.4.1.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ
Để điều khiển được động cơ một chiều,hay nói cách khác là điều chỉnh tốc độ
động cơ điện một chiều thì có nhiều cách khác nhau như:
+ Mắc thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng.
+ Thay đổi từ thơng kích từ
+ Thay đổi điện áp phần ứng.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch phần

ứng để tăng Rư chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dưới tốc độ quay
định mức và luôn kèm theo tổn hao năng lượng trên điện trở phụ, làm giảm hiệu
suất của động cơ điện. Vì vậy phương pháp này ít dùng và chỉ dùng trong cần trục.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách mắc thay đổi từ thông ( Φ ) đựơc
sử dụng trong hệ truyền động có cơng suất lớn hoặc có yêu cầu về tốc độ làm việc
lớn hơn tốc độ cơ bản. Vì phương pháp này được thực hiện trên mạch kích từ của
động cơ ( phần kích từ có cơng suất rất nhỏ so với cơng súât động cơ) nên dễ dàng
thay đổi tốc độ và đạt hiệu quả kinh tế. Tuy nhiên, ta chỉ có thể điều chỉnh theo
hướng giảm từ thông, tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức và
giới hạn điều chỉnh bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí và đổi chiều của máy.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
không gây thêm tổn hao trong động cơ điện nhưng địi hỏi phải có nguồn riêng, có
điện áp điều chỉnh được. Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ quay dưới
tốc độ định mức vì khơng thể nâng cao điện áp hơn điện áp định mức của động cơ
điện.
Và để thực hiện việc điều chỉnh tốc độ theo các phương pháp điều chỉnh tốc độ
trên thì cần có các bộ biến đổi. Các bộ biến đổi đó sẽ cấp điện áp cho mạch phần

19


ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ. Các bộ biến đổi được sử dụng phổ biến
trong công nghiệp hiện nay là:
+ Bộ biến đổi máy điện : gồm có động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc
máy điện khuếch đại
+ Bộ biến đổi từ : Khuếch đại từ
+ Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn : Chỉnh lưu Thysistor
+ Bộ biến đổi xung áp một chiều : Thysistor hoặc Tranzitor
Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động như
sau :

+ Hệ truyền động máy phát - động cơ ( F - Đ)
+ Hệ truyền động máy điện khuếch đại - động cơ (MĐKĐ – Đ)
+ Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ ( KĐT- Đ)
+ Hệ truyền động chỉnh lưu thysistor - động cơ ( T- Đ)
+ Hệ truyền động xung áp - động cơ ( XA – Đ)…
Ở đây chúng em sử dụng phương pháp điều xung (tức thay đổi độ rộng xung),
sử dụng PLC S7-1200, độ rộng xung càng lớn thì động cơ quay càng nhanh:
Phương pháp PWM
1.4.2.Giới thiệu 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 cịn
được dùng để điều khiển ổn định tốc độ động cơ. Ngồi lĩnh vực điều khiển hay
ổn định tải thì PWM nó cịn 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
20


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.

Hình 4: Đồ thị dạng xung điểu chế PWM
1.4.3. Nguyên lý hoạt động PWM
Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng cắt nguồn của tải
và một cách cho chu kỳ theo điều chỉnh thời gian đóng cắt phần tử thực hiện
nhiệm vụ đó trong mạch các van bán dẫn

Xét hoạt động cắt của các van bán dẫn. Dùng van đóng cắt bằng Mosfet
Giản đồ xung:

21


Hình 5: Sơ đồ dạng xung của van điều khiển và đầu ra
Nguyên lý: trong khoảng thời gian 0 -> to van G mở toàn bộ điện áp nguồn U d
được đưa ra tải
Trong khoảng từ to -> 0 cho van G khóa, cắt nguồn cung cấp cho tải
Cơng thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải:
Ud = UMax (T1/T) (V)  Ud = Umax
T1 : Thời gian ở sườn dương ( khóa mở )
T : Thời gian xung của cả sường âm, sườn dương
Umax: là điện áp nguồn cung cấp cho tải
D = T1/T hệ số điều chỉnh tính bằng % tức là PWM từ đồ thị điều chế xung ta
có: Điện áp trung bình trên tải là:
Ud = 12 x 20 % = 24V (D = 20%)
Ud = 12 x 40 % = 4,8V (D = 40 %)
Ud = 12 x 90% = 10,8V (D = 90%)
1.4.4 .Cách tạo ra PWM điều khiển
Để tạo được ra PWM thì hiện nay có hai cách thơng dụng : Bằng phần cứng
và bằng phần mềm. Trong phần cứng có thể tạo bằng phương pháp so sánh hay là

22


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
a.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 cơng suất điều chế (Tín hiệu
DC)
Xét sơ đồ mạch sau :

Hình 6: Tạo xung vng bằng phương pháp so sánh

23


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 Ur max
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.
b. Tạo bằng phương pháp dùng IC dao động
Như chúng ta đã biết 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. Em lấy ví dụ dùng dao động IC555 vì
con IC này vừa đơn giản lại dễ kiếm

Hình 7. Mạch tạo xung đơn giản dùng NE555
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. Ngồi 555 ra cịn rất nhiều các IC tạo xung
vuông khác

24


c.Tạo xung vuông bằng phần mềm
Đây là cách tối 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.
1.4.5.Chọn phương pháp điều khiển tốc độ động cơ
Với loai động cơ công suất nhỏ chúng em lựa chọn phương pháp điều khiển
bằng PWM , tạo xung vuông bằng phần mềm, mạch đơn giản dễ thiết kế và điều
khiển , độ chính xác cao về tần số và xung.

CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ MẠCH

25