Đồ án 1 cơ bản về điện – điện tử tên đề tài thiết kế và chế tạo mạch cắt nguồn khi quá áp 5v sử dụng rơ le

LỜI NÓI ĐẦU Với xu hướng phát triển các thiết bị điện – điện tử gắn liền với cuộcsống thì nhu cầu sử dụng điện năng trong đời sống sinh hoạt cũng nhưtrong các ngành công nghiệp, nông ng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN 1

CƠ BẢN VỀ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mạch cắt nguồn khi quá áp 5V sử

dụng rơ le

Sinh viên thực hiện : Phạm Hải Long Mã SV: 21012925 Trần Thành Long Mã SV: 21010872 Lớp: Project môn học-1-1-22(N01) Cán bộ hướng dẫn : TS Lương Văn Sử Khoa Điện – Điện tử

TS Đào Tô Hiệu Khoa Điện – Điện tử

Hà Nội 2022

-MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VÀ CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN: 6

1.1: Mở đầu : 6

1.2: Mạch Cắt Nguồn Khi Quá Áp 5V Sử Dụng Rơ Le (Relay) : 6 1.2.1: Định Nghĩa: 6

1.2.2: Cấu tạo Relay: 8

1.2.3: Chức Năng Chân Của Module Relay: 8

1.2.4: Thông Số Relay : 9

1.2.5: Nguyên tắc vận hành Relay : 9

1.2.6: Ứng dụng Relay : 10

1.3: Resistor ( Điện trở ): 10

1.3.1: Định nghĩa : 10

1.3.2: Ký Hiệu Và Quy Ước Của Điện Trở : 11

1.3.3: Đơn Vị Của Điện Trở : 12

1.3.4: Phân Loại Điện Trở: 12

1.3.5: Nguyên Lí Hoạt Động Của Điện Trở : 13

1.3.6: Sơ Đồ Mắc Điện Trở : 14

1.4: Transistor BC557 - IC Tl431: 15

1.4.1: Định nghĩa BC557: 15

1.4.2: Cấu Tạo Chân BC557 : 16

1.4.3: Thông Số Kỹ Thuật Transistor BC557: 17

1.4.4: Nguyên Lí Hoạt Động BC557 : 17

1.4.5: Định Nghĩa IC Tl431: 18

1.4.6: Cấu Tạo Chân IC Tl431: 19

1.4.7: Thông Số Kỹ Thuật IC Tl431: 19

1.4.8: Nguyên Lí Hoạt Động IC Tl431: 20

1.4.9 : Mạch Điện Ứng Dụng Của Ic Hồi Tiếp Tl 431: 21

1.4.10: Các Ứng Dụng Của Tl431: 22

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 23

2.1.: Sơ đồ khối : 23

2.1.1: Sơ đồ: 23

2.1.2: Nguyên Lý Hoạt Động : 24

2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển : 24

2.2.1: Sơ đồ : 24

2.2.2: Nguyên lí hoạt động : 24

2.2.3 : Linh Kiện Sử Dụng : 25

2.3 Kết luận : 25

CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN 25

3.1: Kết Qủa Thực Nghiệm : 26

3.2: Kết Luận Và Hướng Phát Triển Của Đề Tài: 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

PHIẾU ĐÁNH GIÁ QÚA TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN (theo mẫu 05 và kết thúc đồ án in đóng cùng quyển báo cáo)

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

(theo mẫu 02 và kết thúc đồ án in đóng cùng quyển báo cáo)

LỜI NÓI ĐẦU

Với xu hướng phát triển các thiết bị điện – điện tử gắn liền với cuộcsống thì nhu cầu sử dụng điện năng trong đời sống sinh hoạt cũng nhưtrong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ tăng không ngừng.Đây là cơ hội cũng như là thách thức cho ngành điện với việc phát triểnđiện năng, phục vụ nhu cầu xã hội Các thiết bị loại nhỏ ngày càng nhiềunhằm đáp ứng nhu cầu của xã hội Việc tạo ra các thiết bị như vậy đangngày càng thiết yếu Chính vì vậy nhóm chúng em đã bắt đầu thiết kế vàchế tạo mạch cắt nguồn khi quá áp 5V sử dụng rơ le Đây là nền móngcho các dự án lớn sau này của chúng em Từ việc thực hành tự chế tạo

dự án nhỏ này, chúng em đã tích lũy được những kinh nghiệm và các kỹnăng cần thiết cho các dự án sau này

Chúng em xin cảm ơn đại học Phenikaa đã đưa bộ môn “ Project mônhọc ” này vào chương trình dạy Môn này giúp chúng em tự mày mònguyên cứu các linh kiện điện, các phân mềm vẽ mạch và nguyên lí hoạtđộng của các linh kiện đó và mạch đó Đây là những kiến thức hữu íchcho chúng em

Do lần đầu làm dự án, chắc chắn phần làm của nhóm em không tránhkhỏi những thiếu sót Nhóm em rất mong nhận được những ý kiến đóng

góp từ các thầy cô trong Khoa và các bạn, anh chị cùng ngành Em xintrân trọng tiếp nhận các góp ý và sẽ xem xét để chỉnh sửa cho phù hợp Mọi góp ý liên quan đến quan đến project này vui lòng liên hệ quaemail: 21010872@st.phenikaa-uni.edu.vn - 21012925@st.phenikaa-uni.edu.vn E xin trân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VÀ CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN:

1.1: Mở đầu :

Trong lĩnh vực tự động hóa của các doanh nghiệp to

và nhỏ khác với nhà dân Thì khi sử dụng các thiết bị điềukhiển công nghệ như : bộ điều khiển, PLC, hệ thống điệnchiếu sáng, vận hành các thiết bị điện sẽ rất là lớn Đôikhi gây nguy hiểm nên ta sẽ cần 1 thứ cắt nguồn, nhưAptomat sập cầu giao của gia đình và thứ chúng ta dùng

và tìm hiểu trong đồ án này là Relay ( Rơ – le )

Bài viết này mình sẽ giới thiệu đến các bạn những thôngtin liên quan về chúng như khái niệm về relay ? Cấu tạo ?Chức năng của relay ? Nguyên lý hoạt động của nó ? Cáchthức ứng dụng trong thực tế cũng như các thông tin liênquan khác Từ đó chúng ta sẽ có thêm một cái nhìn tổngquan về loại thiết bị này

1.2: Mạch Cắt Nguồn Khi Quá Áp 5V Sử Dụng Rơ Le (Relay) :

1.2.1: Định Nghĩa:

Relay hay còn được gọi là rơ–le là tên gọi theo tiếng Pháp

Nó là một công tắc (khóa K) điện từ và được vận hành bởimột dòng điện tương đối nhỏ có thể bật hoặc tắt mộtdòng điện lớn hơn rất nhiều Trái tim của relay là một namchâm điện một cuộn dây trở thành một nam châm tạmthời khi dòng điện chạy qua nó

Rơ – le là một chuyển mạch hoạt động bằng điện Dòngđiện chạy qua cuộn dây của rơ-le tạo ra một từ trường hútlõi sắt non làm thay đổi công tắc chuyển mạch Dòng điệnqua cuộn dây có thể được bật hoặc tắt, vì thế rơ-le có hai

vị trí chuyển mạch qua lại Điện áp và dòng điện được rơ-le chuyển mạch sẽ khác nhiều so với tín hiệu được sửdụng để kích hoạt hoặc cấp điện cho rơ – le Nói tóm lạirơ- le là một thiết bị thông dụng, gọn nhẹ, giá thành cũnghợp với túi tiền Hiện nay chúng được sử dụng rộng rãitrong đời sống hằng ngày của chúng ta

Hình ảnh minh họa Relay - ( H.1)

Hình ảnh Relay 5V - (H.2)

1.2.2: Cấu tạo Relay:

*Relay [ rơ-le ] bao gồm 3 khổi cơ bản :

– Khối tiếp thu (cơ cấu tiếp thu): Có nhiệm vụ tiếp nhậntín hiệu đầu vào và sau đó biến nó thành đại lượng cầnthiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian.– Khối trung gian (cơ cấu trung gian): Tiếp nhận thông tin

từ khối tiếp thu và biến đối nó thành đại lượng cần thiếtcho rơ le tác động

– Khối chấp hành (cơ cấu chấp hành): làm nhiệm vụ pháttín hiệu cho mạch điều khiển

1.2.3: Chức Năng Chân Của Module Relay:

1.VCC: Chân cấp nguồn đầu vào cho mạch điều khiển vàcuộn dây relay

2.GND: Chân nguồn tham chiếu 0V

3 IN: Nhận tín hiệu ngõ vào

4 NO: Tiếp điểm ngõ ra thường hở của rơ le

5 COM: Chân tiếp điểm chung của rơ le

6 NC: Tiếp điểm ngõ ra thường đóng của rơ le

Hình ảnh 6 chân relay - (H.3)

1.2.4: Thông Số Relay :

Các thông số của module rơ – le cũng chính là các thông

số của hai bộ phận cấu thành nên chúng là rơ – le vàtransistor Cụ thể thì chúng sẽ có 2 điểm là :

- Hiệu điện thế kích tối ưu

- Hiệu điện thế và cường độ dòng điện tối đa

– Phần ứng động đóng/mở một hoặc nhiều tiếp điểm điện– Các tiếp điểm cho phép chuyển mạch điện sang tải nhưđộng cơ, bóng

đèn

– Sau khi điện áp cuộn bị loại bỏ từ trường biến mất cáctiếp điểm tách ra

thời kỳ đầu với vai trò điều hành mạch lô-gic.

-Rơ le trạng thái rắn kiểm soát mạch điện không có bộphận chuyển động

-Rơ le còn được dùng nhiều trong các khối máy thu phát -Ngày nay, rơ-le được ứng dụng nhiều trong việc khắcphục những vấn

đề liên quan đến công suất và cần sự ổn định cao và đòihỏi sự an toàn

trong quá trình thực hiện

-Chuyển mạch nhiều dòng điện hoặc điện áp sang các tảikhác nhau sử

dụng một tín hiệu điều khiển

1.3: Resistor ( Điện trở ):

1.3.1: Định nghĩa :

Điện trở (Resistor) là một linh kiện điện tử thụ động với

2 tiếp điểm nối Chức năng của nó dùng để điều chỉnhmức độ tín hiệu, hạn chế cường độ dòng điện chảy trongmạch Dùng để chia điện áp, kích hoạt các linh kiện điện

tử chủ động như transistor, tiếp điểm cuối trong đườngtruyền điện đồng thời có trong nhiều ứng dụng khác Trong điện tử và điện từ học, điện trở của một vật là đặctrưng cho tính chất cản trở dòng điện của vật đó Đạilượng nghịch đảo của điện trở là điện dẫn hay độ dẫnđiện, và là đặc trưng cho khả năng cho dòng điện chạyqua Điện trở có một số tính chất tương tự như ma sáttrong cơ học Đơn vị SI của điện trở là ohm (Ω), còn củađiện dẫn là siemens (S) (trước gọi là “mho” và ký hiệubằng ℧)

Điện trở công suất sẽ giúp tiêu tán 1 lượng lớn điệnnăng chuyển sang nhiệt năng trong các hệ thống phânphối điện, trong các bộ điều khiển động cơ Các điện trởthường có trở kháng cố định, ít bị thay đổi bởi nhiệt độ vàđiện áp hoạt động

Biến trở là loại điện trở có thể thay đổi được trở khang

và các núm vặn của nó đều có thể điều chỉnh được âmlượng

Các loại cảm biến có điện trở biến thiên như: cảm biếnnhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, lực tác động và các phản ứnghóa học

Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cảntrở dòng điện của vật liệu Điện trở được định nghĩa chính

là tỉ số của hiệu điện thế giữa 2 đầu vật thể đó với cường

độ dòng điện đi qua nó

R: chính là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω)

1.3.2: Ký Hiệu Và Quy Ước Của Điện Trở :

Tùy theo tiêu chuẩn của mỗi quốc gia mà trong sơ đồmạch điện thì điện trở được ký hiệu khác nhau Điện trở

có 2 loại ký hiệu phổ biến đó là: kiểu điện trở kiểu Mỹ và

Ký hiệu điện trở theo kiểu (IEC) Khi đọc tài liệu nướcngoài, các giá trị ghi trên điện trở thường được quy ướcbao gồm 1 chữ cái xen kẽ với các chữ số theo tiêu chuẩnIEC 6006 Nó giúp thuận tiện hơn trong việc đọc ghi cácgiá trị ngời ta phân cách các số thập phân bằng 1 chữ cái

Ví dụ 8k3 có nghĩa là 8.3 kΩ 1R3 nghĩa là 1.3 Ω, và 15R

có nghĩa là 15Ω

1.3.3: Đơn Vị Của Điện Trở :

Ohm (ký hiệu: Ω) là đơn vị của điện trở trong hệ SI, Ohmđược đặt theo tên Georg Simon Ohm Một ohm tươngđương với vôn / ampere.

Ngoài ohm thì các điện trở còn có nhiều giá trị khác nhau,nhỏ hơn hoặc lớn hơn gấp nhiều lần bao gồm:

Đơn vị điện trở là Ω (Ohm), mΩ (milliohm), KΩ (kilohm),

MΩ (megaohm)

1 mΩ = 0.001 Ω

1 KΩ = 1000 Ω

1 MΩ = 1000 KΩ = 1.000.000 Ω

1.3.4: Phân Loại Điện Trở:

Theo công suất , Có 3 loại điện trở thông dụng:

Điện trở thường: những loại điện trở có công suất nhỏ từ0.125W tới 0.5W

Điện trở công xuất: các điện trở có công xuất lớn từ 1W,2W, 5W và 10W

Điện trở sứ, điện trở nhiệt: các loại điện trở công xuất,điện trở này có vỏ bọc sứ khi hoạt động thì chúng tỏanhiệt

1.3.5: Nguyên Lí Hoạt Động Của Điện Trở :

Theo định luật Ohm: điện áp (V) đi qua điện trở tỉ lệ thuậnvới cường độ dòng điện (I) và tỉ lệ này là 1 hằng số điệntrở (R)

Công thức định luật Ohm: V=I*R

Điện trở thực tế cũng có một điện cảm và điện dung ảnhhưởng tới mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện trongmạch xoay chiều hiện nay

Bảng màu điện trở và cách đọc điện trở - ( H.4 )

Trong thực tế, để đọc được giá trị của 1 điện trở thì ngoàiviệc nhà sản xuất in trị số của nó lên linh kiện thì chũng

ta còn dùng 1 quy ước chung để đọc trị số điện trở và các

tham số cần thiết khác Giá trị được tính ra thành đơn vịOhm.

1.3.6: Sơ Đồ Mắc Điện Trở :

-Sơ đồ điện trở mắc nối tiếp:

Sơ đồ điện trở mắc nối tiếp - ( H.5 )

Các điện trở mắc nối tiếp có giá trị tương đương bằngtổng các điện trở thành phần cộng lại : Rtd = R1 +R2 +R3

Dòng điện chạy qua các điện trở mắc nối tiếp có giá trịbằng nhau và bằng

I = (U1/R1) = (U2/R2) = (U3/R3)

Từ công thức trên thì chúng ta thấy rằng, sụt áp trên cácđiện trở mắc nối tiếp tỷ lệ thuận với giá trị điện trở Tiếp

là điện trở mắc Song song (//) :

Sơ đồ mắc điện trở song song ( H.6 )

-Các điện trở mắc song song có giá trị tương đương (Rtd)được tính bằng công thức: (1/ Rt) = (1/ R1) + (1/ R2) +(1/ R3)

Nếu như mạch chỉ có 2 điện trở song song thì:

Rtd = R1.R2 / (R1 + R2)

I1 = (U / R1), I2 = (U/ R2), I3 = (U/R3)

Điện áp trên các điện trở mắc song song luôn bằng nhau-Sơ đồ điện trở mắc hỗn hợp

Mắc hỗn hợp các điện trở để tạo điện trở tối ưu hơn

Ví dụ như: nếu chúng ta cần 1 điện trở 9K ta có thể mắc 2điện trở 15K song song sau đó mắc nối tiếp với điện trở1.5K

1.4: Transistor BC557 - IC Tl431:

1.4.1: Định nghĩa BC557:

BC557 là transistor lưỡng cực PNP được sử dụng rộng rãisản xuất trong gói TO-92 nhỏ Nó là transistor PNP có mụcđích chung có thể được sử dụng như một bộ chuyển mạchhoặc bộ khuếch đại trong các mạch điện tử Định mứcHFE của nó là 125 đến 800, làm cho nó trở thànhtransistor lý tưởng để sử dụng làm bộ khuếch đại tín hiệunhỏ trong các mạch điện tử, ví dụ như để khuếch đại tínhiệu âm thanh, định mức HFE của BC557 có thể được xácđịnh bằng chữ cái cuối cùng sau số của nó, ví dụ BC557Ađịnh mức HFE là 110-220 Tiêu thụ cực góp tối đa là 500

mW cũng là một điểm tốt khác để sử dụng nó trong cáctầng khuếch đại Hơn nữa, nó cũng sẽ hoạt động tốt khiđược sử dụng như một công tắc cho tải dưới 100mA.Transistor có giá trị từ cực góp đến cực phát (VCE) là-45V, do đó bạn có thể dễ dàng sử dụng nó trong cácmạch sử dụng 40 đến 45V DC Bên cạnh những côngdụng này BC557 cũng là transistor PNP có mục đíchchung tốt để sử dụng trong các dự án điện tử sở thích, do

đó nên có transistor trong các lab điện tử

1.4.2: Cấu Tạo Chân BC557 :

Chân BC557 – ( H.7 )

Số

1.4.3: Thông Số Kỹ Thuật Transistor BC557:

Transistor PNP hai cực

Độ lợi dòng điện DC (h FE ) tối đa là 300

Dòng collector liên tục (I C ) là 100mA

1.4.5: Định Nghĩa IC Tl431:

TL431 là một IC diode điều chỉnh shunt đóng gói TO-92 vàcác gói khác Đây là một IC ba cực Điện áp đầu ra có thểđược điều chỉnh từ 2,5V đến 36V với sự trợ giúp của bộchia điện trở được nối với chân tham chiếu hoặc chân 1của nó Hơn nữa, IC này có thể hoạt động trong phạm vidòng điện từ 1mA đến 100mA với giá trị trở kháng đầu rađiển hình là 0,22 Ohm Nó cũng có khả năng cung cấphiệu suất ổn định trên phạm vi nhiệt độ rộng Nó có thểđược sử dụng để thay thế cho diode zener trong nhiềuứng dụng khác nhau vì nó hoạt động giống như diodezener, điểm khác biệt duy nhất là đầu ra của nó có thểđiều chỉnh được

TL431 có nhiều ứng dụng trong điện tử, các ứng dụng phổbiến nhất của nó là theo dõi điện áp thấp và quá điện áp,giám sát điện áp cửa sổ, và nó cũng có thể được tìmthấy trong các bộ nguồn như nguồn điện áp tham chiếu.Nhìn vào mạch sơ đồ khối bên trong, chúng ta có thể thấyrằng mạch bên trong của chip chứa một transistor NPN ởđầu ra được phân cực từ một opamp có điện áp chính xác2,5V

1.4.6: Cấu Tạo Chân IC Tl431:

Chân IC Tl431 – (H.8)

1.4.7: Thông Số Kỹ Thuật IC Tl431:

Sản xuất trong gói TO-92 và các gói nhỏ khácĐiện áp đầu ra có thể điều chỉnh từ 2,5 đến 36VDòng điện đầu ra điều chỉnh từ 1mA đến 100mA

Ổn định nhiệt độ

Giá thấp

Xác thực để sử dụng trong các thiết bị thương mại

1.4.8: Nguyên Lí Hoạt Động IC Tl431:

Ảnh minh họa nguyên lí – ( H.9 )

– Tl431 là một IC điều chỉnh Shunt có tham chiếu Điện ápngõ ra có thể được thiết lập giá trị bất kỳ nằm trongkhoản từ Vref(2,5V) đến 36V bằng 2 con điện trở nối ởmạch ngoài Có trở kháng đầu ra là 0.2 Ω Có tác dụngthay thế cho diode Zener trong các ứng dụng điều chỉnhchính xác điện áp nguồn, nhất là nguồn xung

*Khi nào Tl431 dẫn dòng Ika?

hợp Khi đó TL431 sẽ mở dòng Ika cho đến khi nào áp sosánh Vref giảm xuống bằng hoặc nhỏ hơn 2,5V thì nókhông dẫn nữa

quá 100mA và dòng Iref không được vượt quá 10mA Ápđặt vào Vka không được quá 36V Nếu quá thì Tl431 sẽhỏng

1.4.9 : Mạch Điện Ứng Dụng Của Ic Hồi Tiếp Tl 431:

- Bộ điều chỉnh dòng shunt cao:

Bộ điều chỉnh Shunt cao – (H.10)

Tải

Điện ápvào

Mạch chia áp để lấy điện ápmẫu = ½

2.1.2: Nguyên Lý Hoạt Động :

Điện áp được cấp vào mạch (U1) sẽ đi qua mạch chia áp

để lấy mẫu giá trị điện áp =1/2 giá trị điện áp ban đầu gọi

là (U2) Điện áp đi vào IC-TL431 (đóng vai trò là 1 mạch

so sánh điện áp dùng OPAMP có thể lập trình được )

So sánh với điện áp của TL431 Nếu :

+ Khi quá áp điên áp mẫu (U1) > Điện áp chuẩn củaTL431 thì sẽ cho dòng điện đi qua IC TL431 , khiến Relay

mở =)) Ngắt điện ở tải

+ Khi áp đầu vào nhỏ hơn 5V Điện áp mẫu (U1) < 2,5 Vtức nhỏ hơn điện áp chuẩn của IC TL431 Relay mở Tảihoạt động bình thường