CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
ĐIỆN 1 CHIỀU
I. Nguyên lý điều khiển động cơ điện 1 chiều.
1. Đặc điểm của Động Cơ một chiều:
Động cơ điện một chiều có quán tính cơ tương đối nhỏ. Dễ thay đổi tốc độ
trong một khoảng khá rộng.
Cấu tạo phức tạp do có chổi quét trên vành bán nguyệt dẫn tới tuổi thọ động cơ
không cao, phải bảo dưỡng định kỳ, dễ phát sinh tia lửa điện nên không làm việc ở
những nơi có khí gas hầm lò, chống cháy nổ.
Công suất của động cơ điện một chiều thường thấp vì có cấu tạo phức tạp. Nếu
cống suất cao thì sẽ cồng kềnh, đắt tiền.
Hiệu suất không cao so với các loại động cơ điện khác.
Tuy vậy, do ưu điểm của động cơ điện một chiều là có nhiều phương pháp thay
đổi tốc độ và dễ dàng thay đổi tốc độ, chiều quay nên các động cơ một chiều công suất
nhỏ vẫn thường được sử dụng hiện nay.
Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều khiển tốc độ động cơ
điện một chiều có loại điều khiển theo mạch kín (hệ truyền động điều khiển tự động) và
loại điều khiển mạch hở. Hệ truyền động điều khiển tự động có cấu trúc phức tạp,
nhưng có chất lượng điều khiển cao và dải điều khiển rộng hơn so với hệ truyền động
hở.
Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều còn phân
loại theo truyền động có đảo chiều quay và không đảo chiều quay. Đồng thời tùy thuộc
vào các phương pháp hãm, đảo chiều mà ta có truyền động làm việc ở một góc phần
tư, hai góc phần tư và bốn góc phần tư.
2.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.
Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn
so với loại động cơ khác, không những nó có khả năng thay đổi tốc độ một cách dễ
dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng
điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng.
Từ phương trình tính tốc độ:

là đường đặc tính tự nhiên của động cơ ban đầu.
ω
ω
o
TN
1
2
M
M
c
Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, tốc độ điều chỉnh liên tục, nhưng do
thêm R
p
nên tổn hao tăng, không kinh tế.
2.2.Điều khiển từ thông:
Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh
moment điện từ của động cơ
u
M K I= Φ
và sức điện động quay của động cơ
u
E K
ω
= Φ
. Khi từ thông giảm thì tốc độ quay của động cơ tăng lên trong phạm vi giới
hạn của việc thay đổi từ thông. Nhưng theo công thức trên khi Φ thay đổi thì mômen,
dòng điện I cũng thay đổi nên khó tính được chính xác dòng điêù khiển và mômen tải
=> phương pháp này cũng ít dùng.
2.3.Điều khiển điện áp phần ứng:
Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều khiển tốc độ động cơ điện một

1
TN
ω
2
1
2
M
M
c
Nguyên lý điều khiển:
Người ta thường dùng phương pháp điều chế độ rộng xung để thay đổi điện áp
động cơ:
Mạch nguyên lý:
3

Trong đồ thị trên : i
dk
là dòng điều khiển, U là điện áp điều khiển.
t
1
là độ rộng xung, t
2
=T-t
1
là độ rỗng xung.
Ta có :
U
d
= U.t
1

đếm ở đây là 8 bit được thành lập bằng cách nối ghép 2 IC đếm 74193 (mỗi IC là 4 bit
–modun 16) ta được bộ đếm modun 16x16 =256:
5

Để khởi động cho bộ đếm ta dùng 1 D-Flip flop 74LS74 như hình vẽ. Các chân
ra của bộ đếm là 3,2,6,7 được nối trực tiếp với các đầu vào của DAC. Ta được các giá
trị tổ hợp A1÷A8 từ 0 ÷ 255 và giá trị điện áp sau DAC được tính theo công thức:
)
256
8
......
4
2
2
1
(
AAA
VV
refout
+++=
)
256
8
......
4
2
2
1
(
AAA

refoutdk
+++==
Chọn R1 = 1K, R2 có thể thay đổi (để điều chình Udk ở đầu output thích hợp).
Mạch tạo xung : mạch tạo xung để tạo xung đồng bộ cho bộ đếm, đầu ra của mạch tạo
xung nối với chân clk của Flip-Flop.
Để tạo xung có 2 cách, ta có thể dùng thạch anh, nhưng do cần tần số xung có
thể thay đổi được ta phải thiết kế mạch tạo dao động (ossillator) dùng 555 để tạo xung
cho bộ đếm.
Thiết kế mạch tạo xung 555 theo sơ đồ sau:
6

Xung ra (chân 3 của 555) là xung vuông độ rộng T1, độ rỗng T2, chu kỳ
T =T1 + T2, tính theo công thức:
T
1
= 0,693.( Ra + Rb).C
T
2
= 0,693. Rb.C
=> T =0,693.( Ra + 2.Rb).C
Tần số f =1/T.
Ở đây ta chọn Ra có thể thay đổi (VR) để khi điều chỉnh Ra => thay đổi T =>
thay đổi được số xung phát ra trong 1s. Chẳng hạn trong mạch chọn:
Ra = 5K, Rb = 2,2 K; C = 1uF thì ta được xung dao động có :
T
1
= 0,693.( Ra + Rb).C = 0,693.( 5 + 2,2). 10
3
. 10
-6

Ta vẫn có : T
1
= 0,693.Ra .C
T
2
= 0,693. Rb.C
T =0,693.( Ra + Rb).C
Nhưng : Ra = R1 + R21

Rb = R3 + R22
R1, R3, R21+R22 =R2 không đổi suy ra (Ra + Rb) không đổi => T
không đổi.
3. Một số mạch khác điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều dùng phương
pháp PWM
3.1. So sánh xung tam giác để điều chế độ rộng xung.
Sơ đồ mạch:
Trong mạch trên ta có :
IC U1c : có chức năng tạo điện áp chuẩn 6V cho 2 IC: U1a và U1d.
IC U1a : tạo xung vuông.
IC U1b : bộ tích phân biến đổi xung vuông thành xung tam giác.
9

IC U1b : là bộ so sánh giữa xung tam giác ở đầu vào 5 với điện áp 1 chiều ở đầu
vào 6 có thể thay đổi nhờ chỉnh biến trở VR1:
U6 = 12.
72
76
RVR
VRRR
+

V
kk
kVcc
=
+
KK
UVcc
K
UU
5010
3
50
310
+
−
=
−

=> U10 =
6
3
103
6
)312.(5 U
U
U
+=+
−
=10,…
Như vậy chân 10 của ½ 556 sau luôn ở mức cao khi U2 >U3 tức ½ NE556 sau