Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỒ ÁN MÔN HỌC Sinh viên thực hiện: Lớp: Đ-ĐTK10.1 Tên đề tài : “Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển tốc độ đảo chiều quay động điện chiều, hiển thị tốc độ LCD” Thời gian thực hiện: - Ngay giao đề tài : - Ngày hoàn thành : Yêu cầu Nội dung a Tổng quan động điện chiều b Giới thiệu xung áp chiều c Giới thiệu vi điều khiển d Thiết kế mạch lực e Thiết kế mạch điều khiển hiệu chỉnh f Chế tạo mạch Sản phẩm a Một thuyết minh đề tài b Các vẽ mô tả nội dung nguyên lý đề tài c Mạch điều khiển hoạt động tốt Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Phương Thảo GVHD: Nguyễn Phương Thảo Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, điện tử công suất, vi điều khiển, truyền động điện đóng vai trò quan trọng trình công nghiệp hoá đất nước Sự ứng dụng hệ thống truyền động điện lớn nhỏ gọn phần tử bán dẫn việc dễ dàng tự động hoá cho trình sản xuất Các hệ thống truyền động điều khiển điện tử công suất đem lại hiệu suất cao Kích thước, diện tích lắp đặt giảm nhiều so với hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động Xuất phát từ yêu cầu thực tế sau học môn học : Điện tử công suất, Truyền động điện, Vi điều khiển máy điện chúng em giao thực đề tài: “Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển tốc độ đảo chiều quay động điện chiều, hiển thi tốc độ LCD” Với hướng dẫn Cô: Nguyễn Phương Thảo chúng em tiến hành nghiên cứu thiết kế đề tài Trong trình thực đề tài khả kiến thức thực tế có hạn nên tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC GVHD: Nguyễn Phương Thảo Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN .20 KẾT LUẬN .51 TÀI LIỆU THAM KHẢO .52 GVHD: Nguyễn Phương Thảo Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU 1.1 Giới thiệu tổng quan động điện chiều Như ta biết máy phát điện chiều dùng làm máy phát điện động điện Động điện chiều thiết bị quay biến đổi điện thành Nguyên lý làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ Động điện chiều sử dụng rộng rãi công nghiệp giao thông vận tải Động điện chiều gồm loại sau đây: - Động điện chiều kích từ song song - Động điện chiều kích từ nối tiếp - Động điện chiều kích từ hỗn hợ Hình 1.1- Động điện chiều 1.1.1 Cấu tạo Động điện chiều gồm có phần : - Stato (phần đứng yên) với cực từ (bằng Nam châm vĩnh cửu Nam châm điện ) GVHD: Nguyễn Phương Thảo Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC - Roto với cuộn dây quấn, cổ góp chổi điện 1.1.2 Nguyên tắc hoạt động Stato đứng yên Roto quay quanh so với Stato (phần kích từ thường đặt Stato ) tạo từ trường mạch từ, xuyên qua vòng dây điện chạy mạch phần cứng, dẫn phần cứng chịu tác đọng mách điện từ theo phương tuyến tính với mặt trụ Roto, làm cho Roto quay Chính xác lực điện từ đơn vị chiều dài dẫn tích có hướng vecto mật độ từ thông B vecto cường độ dòng điện I Dòng điện phần ứng đưa vào Roto thông qua hệ thống chổi than cổ góp Cổ góp giúp cho dòng điền phần cứng đổi chiều dẫn đến cực từ khác tên với cực từ mà qua (điều làm cho lực điện từ sinh luôn tạo momen theo chiều định) 1.1.3 Ứng dụng Động điện chiều có nhiều ứng dụng dân dụng công nghiệp Trong dân dụng: động điện chiều thường dùng động hoạt động với điện áp thấp Trong công nghiệp: động điện chiều sử dụng nơi có yêu cầu Moment mở máy lớn phải thay đổi tốc độ phạm vi rộng Động điện chiều có phần quan trọng : Bộ phận chỉnh lưu có nhiệm vụ làm đổi chiều dòng điện cuộn Roto chuyển động quay Roto liên tục, thông thường phận phận gồm có chổi than cổ góp Đây nhược điểm động điện chiều cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, đắt tiền, tin cậy nguy hiểm môi trường dễ nổ sử dụng cần phải có nguồn chiều chỉnh lưu GVHD: Nguyễn Phương Thảo Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC Động chiều sử dụng dân dụng thường hoạt động với điện áp 24V trở lại Một phương pháp điều khiển động điện chiều sử dụng mạch điều chế dộ rộng xung (PWM) 1.2 Giới thiệu phương pháp điều chỉnh tốc độ Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động điện chiều có nhiều ưu điểm so với loại động khác, có khả thay đổi tốc độ cách dễ dàng mà cấu trúc mạch lực , mạch điều khiển đơn giản đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao dải điều chỉnh tốc độ rộng Từ phương trình tốc độ: Suy điều chỉnh ta điều chỉnh: - Điều chỉnh - Điều chỉnh cách thêm vào mạch phần ứng - Điều chỉnh từ thông Φ dường d 1.2.1 Điều chỉnh tốc độ thêm RP vào phần ứng Khi thêm vào phần ứng làm cho tăng lên , ω giảm, độ dốc đường đặc tính giảm Các đường (1) (2) đặc tính tăng đường TN đặc tính tự nhiên GVHD: Nguyễn Phương Thảo Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC TN M (N.m) Me Hình 1.2.1- Đặc tính thêm vào mạch phần ứng Ưu điêm phương pháp đơn giản, tốc độ điều chỉnh liên tục thêm nên có tổn hao không kinh tế 1.2.2 Điều khiển từ thông Điều chỉnh từ thông động điện chiều điều chỉnh moment điện từ động M= K.Φ sức điện động quay động Khi từ thông giảm tốc độ quay động tăng lên phạm vi giới hạn việc thay đổi từ thông Nhưng theo công thức Φ thay đổi moment dòng điện I thay đổi lên khó tính xác dòng điều khiển moment tải 1.2.3 Điều khiển điện áp phần ứng Thực tế có hai phương pháp để điều khiển tốc độ động chiều điện áp GVHD: Nguyễn Phương Thảo Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC - Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động Trong người ta hay sử dụng phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng động Khi thay đổi điện áp phần ứng tốc độ động thay đổi theo phương trình : Vì từ thông động không đổi lên độ dốc động không đổi Tốc độ không tải lý tưởng tùy thuộc vào giá trị hệ thống , nói phương pháp điều khiển triệt để sử dụng nhiều Đặc tính làm việc (rad/s) TN M(N.m) Mc Hình 1.2.3 - Đặc tính thay đổi điện áp phần ứng động 1.3 Bộ xung áp chiều 1.3.1 Giới thiệu chung băm xung chiều GVHD: Nguyễn Phương Thảo Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC Nguốn cấp cho mạch xung áp chiều nguồn áp hay nguồn dòng Với nguồn áp điện áp điện trở nhỏ để sụt áp bên nguồn nhỏ.Với nguồn dòng dòng điện không đổi điện trở lớn để sụt dòng điện bên nguồn nhỏ a Nguyên lý Điện áp xoay chiều ba pha qua chỉnh lưu (hình tia ba pha, cầu ba pha ) cho điện áp chiều Us Bộ băm điện áp chiều cho phép từ nguồn điện chiều Us tạo điện áp tải U điện áp chiều điều chỉnh AC (3 pha) Bộ chỉnh lưu Bộ băm US áp chiều Ura Hình 1.3.1-Cấu trúc chung xung áp chiều Ura: dãy xung vuông (lý tưởng) có độ rộng t1 độ nghỉ t2 Điện áp giá trị trung bình điện áp xung: Ura = γ Us (γ=t1/T) Nguyên lý biến đổi dùng quy luật đóng mở van bán dẫn công suất cáchcó chu kỳ để điều chỉnh hệ số γ đảm bảo thay đổi giá trị điện áp trung bình tải b Cách loại mạch băm xung dùng van khác GVHD: Nguyễn Phương Thảo Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC Mạch băm xung dùng thyristor (hình a) Mạch băm xung dùng transistor (hình b) Mạch băm xung dùng mosfet (hình c) Mạch băm xung dùng van IGBT (hình d) Nguyên lý chung mạch là: Khi có tín hiệu điều khiểnvào van dẫn làm cho tải có điện áp ,còn tín hiệu van bị khóa lúc van không dẫn làm cho tải điện áp 1.3.2 Phân loại mạch băm xung điện áp chiều a Mạch băm áp chiều nối tiếp  Tải trở Hình 1.3.2.a.1-Băm áp chiều nối tiếp tải trở a-Sơ đồ nguyên lý , b- Dạng sóng điện áp Sơ đồ nguyên lý băm áp chiều nối tiếp giới thiệu hình 3.1 theo phần tử chuyển mạch tạo xung điện áp mắc nối tiếp với tải Điện áp chiều điều khiển cách điều khiển thời gian đóng khóa K chu kỳ đóng cắt Trong khoảng thời gian 0→t1 (hình b) khóa K đóng điện áp tải điện áp nguồn (Ud = U1), khoảng thời gian t1 →t2 khóa K mở điện áp tải 0.Trị số trung bình điện áp chiều tính: GVHD: Nguyễn Phương Thảo 10 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC Encoder t(s) Khi thay đổi u1 (thay đổi độ rộng), làm u2 thay đổi: - Khi u1 tăng , u2 giảm ngược lại Uđk nối vào đầu động , đầu lại động nối với nguồn cố định 24VDC, điều chỉnh độ rộng u1 để điều chỉnh UĐ từ dẫn đến thay đổi tốc độ động  Chức năng: Tín hiệu PWM từ khối điều khiển Đến khối công suất phải qua Opto PC817 dùng để cách ly bo điều khiển Motor DC Sơ lược hoạt động mạch sau: nhận tín hiệu điện kích vào chân Opto PC817 > chân -4 Opto thông mạch >FET IRF540 dẫn dòng làm cho motor quay .Role có tác dụng đảo chiều động • Tính toán chọn van Thông số động tính toán: Pđm = 200 (W) Uđm = 220 (V) Iđm = (A) Nđm = 2000 (v/p) Ta có: P = U.I.Cos(φ) Tính toán ta Cos(φ) = 0,91 Để động làm việc chế độ an toàn không gặp sư cố Thì : Ivan ≥ 4.Imax = 4.1=4(A) (chọn hệ số dự trữ Ki=4) Uvan ≥ 1,6.Umax = 1,6 = 352 (V) (chọn Ku =1,6) GVHD: Nguyễn Phương Thảo 39 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC Nhưng yêu cầu chế tạo mô hình lên thông số động sử dụng : Uđm = 24 (V) Pđm= 40(W) Iđm = (A) Nđm = 2000(v/p) Lựa chọn van : IRF 540 Imax=25(A) IRF 640 Imax= 18(A) IRF 250 Imax = 30(A) Chọn IRF 540 : Gía thành rẻ, sử dụng phổ biến đáp ứng nhu cầu sử dụng Thông số ki thuật IRF 540: Imax = 25(A) U = – 25(V) T0 = -55o C – 175oC fmax = 1(Mhz) • Tính toán chọn rơ le Chọn rơ le đóng ngắt thỏa mãn điều kiện I ≥ 1,67 (A), U ≥ 12 (V) Vậy chọn rơ le HK 19F- 12VDC Thông số kĩ thuật rơ le HK 19F-12VDC: Uđm = 125 VAC Uđm = 30 VDC Iđm = (A) Pmax= 60 (W) • Tính toán phân áp cho IRF540 Ug = Vcc R2/(R1 + R2 )=10(V) => 12.R2/(220 +R2)=10(V) GVHD: Nguyễn Phương Thảo 40 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC Chọn R1=220(Ω) => R2=10000 (Ω) c Khối điều khiển cách ly Hình 3.3.3- Khối điều khiển cách ly Chân P1.0 ; P1.1 kết nối với phím bấm điều khiển chế độ hoạt động Chân P3.7 xuất tín hiệu xung PWM đưa đến khối công suất để điều khiển tốc độ động Chân P1.0 xuất giá trị chế độ tăng tốc độ động Chân P1.1 xuất giá trị chế độ giảm tốc độ động GVHD: Nguyễn Phương Thảo 41 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC Chân 18 19 kết nối với thạch anh 12MH tạo dao động Khối ổn áp nguồn 5V cấp nguồn cho vi xử lý AT89C51 hoạt động Chân P3.5 kết nối với encoder để sửa xung cho encoder  Cách ly Opto PC817 giúp cách ly mạch công suất mạch điều khiển động chạy dòng dòng trả lớn chết số linh kiện mạch công suất , cách ly dòng lớn theo vi mạch làm vi điều khiển toàn linh kiện khác mạch bị ảnh hưởng d Khối hiển thị  Sơ đồ: Hình 3.3.4- Khối hiển thị LCD  Chức năng: Khối LCD có nhiệm vụ hiển thị tốc độ động Trong mạch Port0 truyền trực tiếp liệu cho LCD Các chân điều khiển RS, RW, E ghép nối với chân P2.0, P2.1, P2.2 vi điều khiển Các chân số 2, cung cấp nguồn hoạt động cho LCD, chân số chân điều chỉnh độ tương phản nối vào điện trở tinh chỉnh GVHD: Nguyễn Phương Thảo 42 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC Chân 15, 16 có nhiệm vụ cung cấp điện áp cho đèn led LCD hạn dòng điện trở 1K Điện trở tinh chỉnh có chức thay đổi độ tương phản LCD 3.2 Chế tạo mạch 3.2.1 Sơ đồ board mạch Hình 3.4.1- Sơ đồ board mạch 3.2.2 Lắp đặt, chạy thử, hiệu chỉnh Lập trình chương trình điều khiển cho VXL Tiến hành lắp đặt, test mach thí nghiệm panel, modul vv Tiến hành test tín hiệu khối máy sóng: GVHD: Nguyễn Phương Thảo 43 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC Chú thích: - Tín hiệu (xanh da trời): tín hiệu điều khiển (PWM) đưa vào đầu động - Tín hiệu (màu hồng): tín hiệu DC dùng làm nguồn cố định động - Tín hiệu (màu xanh lá): tín hiệu (xung) phản hồi từ encoder 3.2.3 Code lập trình r#include /***************Dinh nghi chan******************/ #define LCD_RS P2_0 #define LCD_EN P2_2 #define LCD_RW P2_1 #define LCD_D4 P2_4 #define LCD_D5 P2_5 #define LCD_D6 P2_6 #define LCD_D7 P2_7 #define UP P1_1 #define DOWN P1_2 #define DC P3_7 #define SOXUNG 100 /*******************Khai bao*********************/ GVHD: Nguyễn Phương Thảo 44 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện-Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC unsigned char cnt, Status; unsigned int speed , s_speed = 0; unsigned int temp; void Delay_ms(unsigned int t) { unsigned int x,y; for(x=0;x[...]... giao động , điều chế xung và các nút nhấn điều khiển , và giao tiếp với encoder Họa động dựa trên code lập trình được cài đặt trong vi xử lý  Khối cách ly : Sử dụng cách ly PC817 dùng để cách ly giữa mạch động lực và mạch điều khiển  Khối công suất : Bao gồm IRF540 và rơle dùng để cấp nguồn và đảo chiều cho động cơ  Encoder: Lắp đặt trên trục hoặc có thể được tichs hợp sẵn bên trong một số loại động. .. điều khiển) qua MOSFET IRF540 khuếch đại tín hiệu đưa vào đầu còn lại của động cơ động cơ vẫn quay theo chiều như trước nhưng tốc độ nhanh hơn Khi nhấn nút đảo chiều, cuộn hút rơle có điện tiếp điểm 1 và 2 của rơle đa tiếp điểm bị đảo trạng thái Điện áp đặt vào 2 đầu động cơ là khác nhau (~0V – 12`V), đồng thời vi điều khiển tạo 1 xung PWM trên chân 17 qua opto (cách ly quang, chống nhiễu cho vi điều. .. điều khiển) qua MOSFET IRF540 khuếch đại tín hiệu đưa vào đầu còn lại của động cơ động cơ quay ngược Khi nhấn nút giảm tốc độ VXL sẽ tạo thêm một xung PWM mới (giảm độ rộng xung âm) trên chân 17 qua opto (cách ly quang chống nhiễu cho vi điều khiển) qua MOSFET IRF540 khuếch đại tín hiệu đưa vào đầu còn lại của động cơ động cơ vẫn quay theo chiều như trước nhưng tốc độ chậm hơn Khi nhấn nút RESET vi điều. .. điểm hoat động ,tiếp điểm 2 không hoạt động Điện áp đặt vào 2 đầu động cơ là khác nhau (12V – ~0V), đồng thời vi điều khiển tạo 1 xung PWM trên chân 17 qua opto (cách ly quang chống nhiễu cho vi điều khiển) , qua MOSFET IRF540 khuếch đại tín hiệu đưa vào đầu còn lại của động cơ => động cơ quay thuận Khi nhấn nút tăng tốc độ VXL sẽ giảm một xung PWM mới (tăng độ rộng xung âm so với mức trước) trên chân... loại động cơ một chiều Cung cấp tín hiệu dưa về vi xử lý để hiển thị  tốc độ động cơ Hiển thị : Khối LCD có nhiệm vụ hiển thị tốc độ động cơ thông qua vi xử lý GVHD: Nguyễn Phương Thảo 19 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 2.1 Giới thiệu về IC 89s52: Năm 1980 khi intel tung ra chip 8051, bộ Vi điều khiển đầu tiên của họ MCS-51 và là chuẩn... trong điều khiển động cơ có thể đáo ứng các yêu cầu như: nhanh, chậm, thuận, nghich và ổn định tốc độ cho nó Được sử dụng nhiều trong điều khiển động cơ một chiều - Phương pháp xung – tần số: Cần sử dụng các bộ biến tần để điều khiển , mạch điều khiển phức tạp và giá thành rất cao - Phương pháp xung – thời gian: Cũng giống như phương pháp xung-tần số, cũng cần sử dụng các bộ biến tần để điều khiển , mạch. .. nguyên lý  Nguyên lí hoạt động Khi chưa nhấn nút chân 2 và 3 (P1.1 và P1.2) của AT 89S52 ở mức 1, điện áp ở 2 đầu của động cơ bằng U vào 0v , độngcơ không hoạt động Khi nhấn nút , tín hiệu được đưa đến vi điều khiển, vi điều khiển nhận và xử lí tín hiệu sau đó đưa tín hiệu qua chân 17 (P3.7) và. Chân 17 tích mức 0, tiếp GVHD: Nguyễn Phương Thảo 35 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC điểm... rộng xung điện áp (γ); điện cảm tải (L d) và chu kỳ chuyển mạch khóa K (Tck) Các thông số: điện áp nguồn cấp, độ rộng xung điện áp phụ thuộc vào yêu cầu điều khiển điện áp tải, điện cảm tải L d là thông số của tải Do đó để cải thiện chất lượng dòng điện tải ( giảm nhỏ ∆I) có thể tác động vào Tck Như vậy, nếu chu kỳ chuyển mạch càng bé (hay tần số chuyển mạch càng lớn ) thì biên độ đập mạch dòng điện càng... chất lượng dòng điện 1 chiều càng cao Do đố bộ điều khiển này thường được thiết kế với tần số cao hàng chục Khz Hình 1.3.2.a.3- Giản đồ dòng điện điện áp cho hai tần số khác nhau  Băm áp đảo chiều GVHD: Nguyễn Phương Thảo 12 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện Tử - ĐỒ ÁN MÔN HỌC Sơ đồ hình vẽ Hình 1.3.2.a.4- Băm áp đảo chiều Theo chiều chạy thuận, điều khiển T1, T3, dòng điện tải iT có chiều hướng xuống... qua lỗ hay không Khi trục quay, giả sử trên đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, cứ mỗi lần con mắt thu nhận được tín hiệu đèn led, thì có nghĩa là đĩa đã quay được một vòng CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH GVHD: Nguyễn Phương Thảo 34 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện Tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3.1 Thiết kế mạch Thiết kế, chạy thử mạch trên các phần mềm thông dụng như : eagle, proteus và trên panel vv 3.1.1 Sơ đồ ... phát - động Xuất phát từ yêu cầu thực tế sau học môn học : Điện tử công suất, Truyền động điện, Vi điều khiển máy điện chúng em giao thực đề tài: Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển tốc độ đảo chiều. .. gồm loại sau đây: - Động điện chiều kích từ song song - Động điện chiều kích từ nối tiếp - Động điện chiều kích từ hỗn hợ Hình 1.1- Động điện chiều 1.1.1 Cấu tạo Động điện chiều gồm có phần :... suất để điều khiển tốc độ động Chân P1.0 xuất giá trị chế độ tăng tốc độ động Chân P1.1 xuất giá trị chế độ giảm tốc độ động GVHD: Nguyễn Phương Thảo 41 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện- Điện Tử