Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử

MỤC LỤC
Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ. ..................................................................................... 3
1.1. Lời nói đầu. ..................................................................................................... 3
1.2. Kế hoạch thực hiện đồ án ................................................................................ 4
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .................................................... 5
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. .......................................................................... 6
2.1. Động cơ điện 1 chiều. ..................................................................................... 6
2.1.1. Khái niệm. .................................................................................................... 6
2.1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều. .............................................. 6
2.1.3 . Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ. ..................................................... 10
2.2. Bộ biến đổi xung áp 1 chiều. ......................................................................... 17
2.2.1. Đặt vấn đề. ................................................................................................. 17
2.2.2. Nguyên lí chung của bộ biến đổi xung áp 1 chiều. ...................................... 18
2.2.3 Các dạng băm xung cơ bản. ......................................................................... 20
2.3. Phương pháp PWM. ...................................................................................... 25
2.3.1.Giới thiệu về phương pháp PWM. ............................................................... 25
2.3.2. Nguyên lý của phương pháp PWM. ............................................................ 27
2.3.3.Các cách để tạo ra được PWM để điều khiển. .............................................. 29
2.3.4.Một vài ứng dụng nổi bật của PWM ............................................................ 31
Chương 3: THIẾT KẾ MẠCH. ............................................................................ 33
3.1. Sơ đồ khối. .................................................................................................... 33
3.2. Mạch lực. ...................................................................................................... 34
3.2.1. Sơ đồ nguyên lý. ......................................................................................... 34
3.2.2. Tính chọn. .................................................................................................. 35
3.2.2.1.Tính chọn MOSTFET ............................................................................... 35
3.2.2.2 Tính chọn cầu chì. .................................................................................... 36
3.3. Mạch điều khiển. ........................................................................................... 36
3.3.1. Mạch đảo chiều động cơ. ............................................................................ 36

sự giải đáp và hướng dẫn kịp thời của cô giáo "Nguyễn Phương Thảo", sự góp ý
kiến của các bạn sinh viên trong lớp. Được như vậy chúng em xin chân thành cảm
ơn và mong muốn nhận được nhiều hơn nữa sự giúp đỡ, chỉ bảo của thầy cô giáo và
bạn trong các đồ án sau này.
Do kiến thức hạn chế nên trong quá trình thực hiện đồ án chúng em không thể tránh
khỏi sai sót, mong quý thầy cô trong hội đồng bảo vệ bỏ qua và có những đóng góp
ý kiến để chúng em có thể hoàn thiện đồ án của mình tốt hơn nữa.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Trang 3


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
1.2. Kế hoạch thực hiện đồ án
STT Tuần
1

1

C ng iệ

hự hiện

-Nhận đồ án.

Người hự hiện
Cả nhóm

-Đưa ra ý tưởng thục hiện.


- áp mạch, khảo sát trên panel.

Cả nhóm

-Đo đạc, kiểm tra tín hiệu.
6

8

Tiến hành làm sản phảm.

Cả nhóm

-Lắp ráp
7

9

-Chuẩn bị nội dung làm bản lí thuyết.

Cả nhóm

-Chuẩn bị bảo vệ

Cả nhóm

Trang 4



Trang 5


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
2.1. Động cơ điện 1 chiều.
2.1.1. 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 dòng 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.
2.1.2. Nguyên lý làm iệ

ủa động ơ điện 1 hiều.

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

I

Hình 2.1.2.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


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
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.
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.
*Roto: oto 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.

Trang 8



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.
2.1.3 . Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ.
a) Mở máy động cơ điện một chiều.
Phương trình cân bằng điện áp: U=Eư + RưIư suy ra Iư= (U- Eư)/ Rư
Khi mở máy, tốc độ n=0 suy ra Eư = kE nfi =0 suy ra Iư= U/ Rư
Vì Rư rất nhỏ, dòng điện phần ứng Iư lúc mở máy rất lớn Iư=(20¸25) Iđm , 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 RMở.
Mắc biến trở mở máy vào mạch phần ứng, dòng điện mở máy lúc có biến trở mở máy:
IưMở =U/( Rư+RMở).
Lúc đầu để biến trở

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 ).

Trang 10


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
- Giảm điện áp đặt vào phần ứng.
Phương pháp này được sử dụng khi có nguồn điện một chiều có thể điều chỉnh được
điện áp

C M C e 2

Từ hai phương trình trên ta thấy n (tốc độ của động cơ) phụ thuộc vào θ (từ thông),
(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 R f trên mạch
phần ứng.

Trang 11


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.
-Điều hỉnh ố độ bằng á h hay đổi ừ h ng θ.

Hình 2.1.3..a- Sơ đồ thay thế.

Hình 2.1.3.b- Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi thay đổi từ thông θ.
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 n0 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

Trang 12


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử


Trang 13


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
-Điều chỉnh tố độ bằng á h hay đổi điện áp phần ứng

Hình 2.1.3d- Sơ đồ khối.
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 n0 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 = C M. 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 này có từ thông không đổi nên đặc tính cơ có độ cứng không đổi.
Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào giá trị điện áp U đk của hệ thống, do đó có thể
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:
đ

Trang 14



Trang 15


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử

Hình 2.1.3.e- Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi thay đổi điện áp
Kế luận : 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.
b) Động ơ điện mộ

hiều kí h ừ song song.

Để mở máy dùng biến trở mở máy

Mở

, để điều chỉnh tốc độ thường điều chỉnh

đc

.

Đường đặc tính cơ n = fi(M)
n = (U - RưIư)/ kEfi (1)
Mặt khác: Mđt = kM Iư fi (2)
Từ (1) và (2) ta có:

cách mắc khoá điện từ song song hay nối tiếp mà người ta chia các bộ biến đổi xung
áp thành nối tiếp hay song song. Cũng có thể phân biệt bộ biến đổi tuỳ thuộc vào điện

Trang 17


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
áp ra, ví dụ như bộ biến đổi xung áp có bộ biến đổi xung áp có điện áp ra nhỏ hơn điện
áp vào, còn bộ biến đổi xung áp có bộ biến đổi xung áp có điện áp ra lớn hơn điện áp
vào.Tuỳ thuộc vào dấu điện áp mà người ta chia ra: bộ biến đổi xung áp không đảo
chiềuhoặc bộ biến đổi xung áp có đảo chiều.
2.2.2. Nguyên lí hung ủa bộ biến đổi xung áp 1 hiều.

Hình 2.2.2.a- Sơ đồ nguyên lý của bộ băm xung.
BX DC có chức năng biến đổi điện áp một chiều, nó có ưu điểm là có thể thay đổi điện
áp trong một phạm vi rộng mà hiệu suất của bộ biến đổi cao vỡ tổn thất của bộ biến
đổi chủ yếu trên các phần tử đóng cắt rất nhỏ.
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.

Trang 18


T Là hệ số lấp đầy, còn gọi là tỉ số chu kỳ
Như vậy theo phương pháp này thì dải điều chỉnh của Ura là rộng (0

đặt

lên động cơ là 0.
Chế độ hãm tái sinh:
Trong khoảng 0  t  T , S2 ngắt, động cơ được nối nguồn qua D1 , điện áp đặt lên
động cơ là U.
Trong khoảng T  t  T , S2 dẫn, động cơ được nối ngắn mạch qua S2 , điện áp đặt lên
động cơ là 0.
Khi S1 mở dòng điện từ nguồn chảy qua S1 qua tải và trở về âm nguồn .Khi S1 khoá
dòng tải được ngắn mạch qua điod D1 đảm bảo dòng tải là liên tục ngay cả khi S1 khoá
Để đảo chiều dòng điện phần ứng động cơ (dòng id) ta cho S2 và D2 vào vận hành còn
S1 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

Trang 21


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
hiện dòng điện chạy ngược lại chiều ban đầu .Công suất điện từ của động cơ là:Pđt=
Id.E > 0.
Công suất lúc này được tích luỹ trong cuộn cảm L. Khi S2 ngắt, trên điện cảm L sinh ra
sức điện động tự cảm (UL) cùng chiều với E.Tổng hai sức điện động này lớn hơn
điện áp nguồn US làm D2 dẫn ngược dòng về nguồn và trả lại phần năng lượng đã tích
luỹ trong cuộn cảm L.
Để đảm bảo S2 dẫn dòng điện ngược ngay khi dòng thuận qua D 1 tắt ta phát xung vào
mở S2 đồng thời với việc phát xung khoá S1.
b). Xung áp đảo áp lớp B.




id
S4




ud

D4


S3

D3



Hình 2.2.3.b- Sơ đồ nguyên lý xung áp đảo áp lớp B.

S1,S
 2,S3,S4 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:

UD

Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
d).Xung áp nối tiếp.
Sơ đồ nguyên lý:

US

Is
It
UD1

Ut
ID1

Hình 2.2.3.e-Sơ đồ nguyên lý xung áp nối tiếp.
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 Ud có tác dụng thoát để thoát dòng tải khi
khoá K ngắt.
+ K đóng: Us được đặt vào đầu của bộ lọc. Lý tưởng thì Utải=Us (nếu bỏ qua sụt áp trên
các van).
+ K mở: Hở mạch giữa nguồn và tải, nhưng vẫn có dòng điện itải do năng lượng tích
luỹ trong cuộn cảm L và Ltải , dòng chạy qua D do đó Ura= Utải.
Như vậy, Utải tb

Us. Tương ứng ta có bộ biến đổi hạ áp.

Đặc tính truyền đạt: W I =

ả