


 !"#$%&#'()# *+,-
.&/012
3#$!"#$45$6#7+,08
1
9:;<80+-=>?

Ngày Tháng Năm

-Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng 12
a. Phương pháp thay đổi độ rộng xung 17
b. Phương pháp thay đổi tần số xung 17
1.2.3 Các dạng băm xung cơ bản 18
Sơ đồ nguyên lý: 20
d).Xung áp nối tiếp 21
1EHE$%I#'/$/EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEGH
1.3.1.Giới thiệu về phương pháp PWM 23
1.3.2. Nguyên lý của phương pháp PWM 24
2.3.3.Các cách để tạo ra được PWM để điều khiển 26
26
2.3.4.Một vài ứng dụng nổi bật của PWM 27
$%I#'GP0.Q8.R3S>TU0
*EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEH2
GE1E5$V#'WX5YZBO#'5IEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEH2
2.3.1. Điện trở 32
2.3.2. Tụ điện 34
2.3.3. IC LM324 36
HE1E3IB[\$XEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEH]
EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEH]
'D^"#_`$ aBO#'$X#'D[#5D#'5b/#'D[#B6#$ aBO#'5$
 #ca5$dZ '[c5e\$XBD\$f#g\$X5V#'WDb!BO#'5IEh #'BA
\$XBD\$f#!\$X5V#'WDbWi(F#'#'D[#1G+>EV#'5IWi(F#'
#'D[#Gj+>Eb5eBDB%k5_b^5$D#'l1c^dm#/$V#'nDZ5CD
B (ohp$#$#'D[#15$DEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEH]
$XBD\$f#\$f#dZ '[cG/$C#_/$C#Be 5$D!/$C#BD
\$f#X5BOBO#'5IE$XBD\$f#5b/B6#/BD\$f#5$ \$X5V#'
3
WDbg\$X5V#'WDb_c!65$o q#$6DBD\$f##$r#B%k5l\$X
BD\$f#WZDBABD\$f#BO#'5IEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEH]

Hình 1.1.2.a - 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 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.
5
I
Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn U
kt
, 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 Φ
max
tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ R
kt
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 E
ư
= 0 và theo biểu thức U = E
ư
+ R
ư
I
ư
thì dòng điện I

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 v ỏ 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 có thể quay được để
đưa vị trí chổi than đúng chỗ.
|U  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.
7
Hình 1.1.2.c- 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 dòng điện xoáy
gây nên.
b.Dây quấn phần ứ.ng
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.

E
nfi =0 suy ra I
ư
= U/ R
ư
Vì R
ư
rất nhỏ, dòng điện phần ứng I
ư
lúc mở máy rất lớn I
ư
=(20¸25) I
đm
, làm hỏng cổ
góp, chổi than và ảnh hưởng đến lưới điện.
Để giảm dòng điện mở máy, dùng các biện pháp :
- Dùng biến trở mở máy R
Mở.
Mắc biến trở mở máy vào mạch phần ứng, dòng điện mở máy lúc có biến trở mở máy:
I
ưMở
=U/( R
ư
+R
Mở
).
Lúc đầu để biến trở R
Mở
lớn nhất, trong quá trình mở máy, tốc độ tăng lên, điện trở mở
máy giảm dần đến không (hình 2.1.3.a ).



+
=∆
=
θ
θ
.
).(
.
0
e
fuu
e
C
RRI
n
C
U
n
hay
2
).(
.
θ
θ
eM
fu
e
CC

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.
{D5$•#$X5BOd€#'55$$Z^B•B6#hp/$FUƒh"#ca5$/$C#„#'E
11
Ta có:
2
).(
.
θ
θ
eM
fu
e
CC
MRR
C
U
n
+
−=
Từ thông không đổi nên n
0
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 R
ư
nên ở đây chỉ điều chỉnh được tốc
độ dưới tốc độ định mức. Do R

nói phương pháp này điều khiển là triệt để.
Dải điều chỉnh tốc độ của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với
điện áp định mức và từ thông định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều khiển bị giới
hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mômen khởi động. Khi mômen tải là định mức thì
các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:
Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có mômen
ngắn mạch là:
Trong đó K
M
là hệ số quá tải về mômen.Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng song
song nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết:
D =
Với xác định ở mỗi máy, vì vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc
tuyến tính vào giá trị của độ cứng β. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng của động cơ
13
điện một chiều bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp
khoảng 2 lần điện trở phần ứng động cơ. Do đó có thể tính sơ bộ được:
Do đó phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ không vượt quá 10 khi tải có đặc tính
mômen không đổi.
Phương pháp chỉ dùng cho động cơ điện một chiều kích từ 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
Hình 1.1.3.e- Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi thay đổi điện áp
m_Dr# : Cả 3 phương pháp trên đều điều chỉnh được tốc độ động cơ điện một chiều
nhưng chỉ có phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng cách thay đổi
điện áp
Uu
đặt vào phần ứng của động cơ là tốt nhất và hay được sử dụng nhất vì nó
thu được đặc tính cơ có độ cứng không đổi, điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và không bị
hao tổn.

E
fi
2
)
Thêm điện trở Rp vào mạch phần ứng thì ta có:
n= U/ k
E
fi - (R
ư
+R
p
)M/ (k
M
k
E
fi
2
)
Hình 1.1.3.f - Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ song song.
*Đặc tính làm việc.
Các đường quan hệ giữa tốc độ n, mômen M, dòng điện phần ứng I
ư
và hiệu suất h
theo công suất cơ trên trục P
2.
Động cơ điện kích từ song song có đặc tính cơ cứng, và tốc độ hầu như không đổi khi
công suất trên trục P
2
thay đổi, chúng được dùng nhiều trong máy cắt kim loại, máy
công cụ.

So với các phương pháp thay đổi điện áp một chiều để điều chỉnh tốc độ động cơ một
chiều như phương pháp điều chỉnh bằng biến trở, bằng máy phát một chiều, bằng bộ
biến đổi có khâu trung gian xoay chiều, bằng chỉnh lưu có điều khiển thì phương
pháp dùng mạch băm xung có nhiều ưu điểm đáng kể: điều chỉnh tốc độ và đảo chiều
dễ dàng, tiết kiệm năng lượng, kinh tế và hiệu quả cao, đồng thời đảm bảo được trạng
thái hãm tái sinh của động cơ. Cùng với sự phát triển và ứng dụng ngày càng rộng rãi
các linh kiện bán dẫn công suất lớn đã tạo nên các mạch băm xung có hiệu suất cao,
tổn thất nhỏ, độ nhạy cao, điều khiển trơn tru, chi phí bảo trì thấp, kích thước nhỏ.
Mạch băm xung đặc biệt thích hợp với các động cơ một chiều công suất nhỏ.
16
Điện thế trung bình đầu ra sẽ được điều khiển theo mức mong muốn mặc dù điện thế
đầu vào có thể là hằng số (ắc qui, pin) hoặc biến thiên (đầu ra của chỉnh lưu), tải có thể
thay đổi.Với một giá trị điện thế vào cho trước, điện thế trung bình đầu ra có thể điều
khiển theo hai cách:
{Thay đổi độ rộng xung.
{Thay đổi tần số băm xung.
*Nguyên lý:Nguyên lý chung là biến đổi giá trị của điện áp một chiều ở các mức khác
nhau.
Hình 1.2.2.b -Sơ đồ. Hình 1.2.2.c Dạng sóng
a. Phương pháp thay đổi độ rộng xung
Nội dung của phương pháp này là thay đổi t
1
, giữ nguyên T. Giá trị trung bình của
điện áp ra khi thay đổi độ rộng là:
1
d
t .U
U .U
T
= = γ

= 0 khi f = 0.
17
Ngoài ra có thể phối hợp cả hai phương pháp trên. Thực tế phương pháp biến đổi độ
rộng xung được dùng phổ biến hơn vì đơn giản hơn, không cần thiết bị biến tần đi
kèm.
c. Kết luận
Ở đây ta chọn cách thay đổi độ rộng xung, phươg pháp này gọi là PWM
(Pulse Width Modulation), theo phương pháp này tân số băm xung sẽ là hằng số. Việc
điều khiển trạng thái đóng mỏ của van dựa vào viêc so sánh một điện áp điều khiển
với một sóng tuần hoàn (thường là dạng tam giác (Sawtooth)) có biên độ đỉnh không
đổi. Nó sẽ thiết lập tần số đóng cắt cho van, tần số đóng cắt này là không đổi với dải
tẩn từ 2kHz đến 200kHz. Khi U
control
> U
st
thì cho tín hiệu điều khiển mở van, ngược
lại khóa van.
Hình 1.2.2.d-Dạng sóng sau khi sử dụng phương pháp PWM.
1.2.3 Các dạng băm xung cơ bản.
Dựa vào cách mắc khoá xung, các bộ lọc và nguồn cung cấp mà có các dạng sơ đồ:
a). Xung áp đảo dòng lớp B.
Sơ đồ nguyên lý:
18
Hình 1.2.3.a-Sơ đồ nguyên lý xung áp đảo dòng lớp B.
Tải là phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập đã được thay bởi mạch tương
đương R-L-E.
|Nguyên lý hoạt động.
Chế độ động cơ:
Trong khoảng 0 ≤ t ≤ , động cơ được nối nguồn qua , điện áp đặt lên động cơ là
U.

lên động cơ là 0.
Khi S
1
mở dòng điện từ nguồn chảy qua S
1
qua tải và trở về âm nguồn .Khi S
1
khoá
dòng tải được ngắn mạch qua điod D
1
đảm bảo dòng tải là liên tục ngay cả khi S
1
khoá
Để đảo chiều dòng điện phần ứng động cơ (dòng i
d
) ta cho S
2
và D
2
vào vận hành còn
S
1
ngắt. Khi đó ,do quán tính động cơ vẫn quay theo chiều cũ mặc dù bị ngắt ra khỏi
nguồn → E > 0. Lúc này mạch tải chỉ có nguồn duy nhất E ngắn mạch qua S
2
→ xuất
hiện dòng điện chạy ngược lại chiều ban đầu .Công suất điện từ của động cơ là:P
đt
=
I

2
,S
3
,S
4
là cá van điều khiển hoàn toàn. Trong sơ đồ này cho phép điều chỉnh và đảo
chiều quay của động cơ một cách linh hoạt, đặc tính làm việc cả ở 4 góc phần tư. Tuy
nhiên, điều khiển các van sẽ rất phức tạp, ở đây ta chỉ nêu ra sơ đồ chứ không nghiên
cứu sâu.
c). Xung áp song song.
Sơ đồ nguyên lý:
Hình 2.2.3.c- Sơ đồ nguyên lý xung áp song song.
Đặc điểm của sơ đồ này là L mắc nối tiếp với tải, khoá K mắc song song với tải. Cuộn
cảm L không tham gia vào quá trình lọc gợn sóng mà chỉ có tụ C đóng vai trò này.
+ k đóng: dòng điện từ +Uqua L S -U. Khi đó D tắt vì trên tụ có U
c
(đã được tích
điện từ trước đó).
+ k ngắt: dòng điện từ +Uqua L D Tải -U. Vì từ thông trong cuộn cảm L không
giảm tức thời về không do đó trong L xuất hiện suất điện động tự cảm
e
L
= , có cùng cực tính với U. Do đó tổng điện áp: U
d
= U+e
L
. Như vậy ta có bộ
biến đổi tăng áp.
20
• •• •

3
•
U
D
Đặc tính của bộ biến đổi này là tiêu thụ năng lượng từ nguồn U ở chế độ liên tục và
năng lượng truyền tải dưới dạng xung nhọn.
Đặc tính truyền đạt: W
I
=
HÌnh 1.2.3.d- Sơ đồ biểu diễn dạng sóng của điện áp ngõ ra, dòng Ic và It.
d).Xung áp nối tiếp.
Sơ đồ nguyên lý:
Hình 1.2.3.e-Sơ đồ nguyên lý xung áp nối tiếp.
21
I
s
U
S
I
t
U
t
U
D1
I
D1
Phần tử điều chỉnh quy ước là khoá K (thực tế là Tiristor hoặc Transistor).
Đặc điểm của sơ đồ này là khoá K,cuộn cảm và tải mắc nối tiếp. Tải có tính chất cảm
hoặc dung kháng. Bộ lọc L-C, Diode D mắc ngược U
d

m_Dr#trong đồ án này chúng em sử dụng xung áp nối tiếp do mạch điều khiển tốc
độ động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu bằng cách tăng giảm điện áp đặt vào động
22
U
t
U
s
cơ thay đổi từ 0v-24v.Do đó chúng em dùng xung áp nối tiếp để có thể hạ áp dòng từ
24v xuống 0v và để dòng điện chạy vào động cơ không vượt quá 24v có thể gây ra quá
tải, hỏng động cơ.
1EHE$%I#'/$/E
1.3.1.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 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.
Hình 1.3.1- Dạng xung 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 :
23
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.