Thiết kế mạch điều tốc motor 24v DC

Mạch điều tốc motor có thể sử dụng đc điện áp 12v24v được ứng dụng cải tiến chế tạo bếp lò có thể cải tiến từ vặn cơ sang vạn bến trỏ điều tốc Có thể điều khiển tốc độ của động cơ DC Tải được các động cơ có công suất lớn Có thể ứng dụng vào nhiều vấn đề thực tiễn trong cuộc sống Hoạt động ốn định, bền bỉ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT HƯNG YÊN

Hưng Yên, tháng 6 năm 2023

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Giảng viên hướng dẫn

Đặng Quang Đồng

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Điện-Điện

tử Trường ĐHSPKT Hưng Yên đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường Và đặc biệt, trong học kỳ này, Khoa đã tổ chức cho chúng em được tiếp cận với môn đồ

án môn học mà theo em là rất hữu ích đối với sinh viên ngành Tự Động Hóa Công Nghiệp cũng như tất cả các sinh viên thuộc các chuyên ngành khác.Giúp em tự tìm hiểu quà nghiên cứu được nhiều kiến thức cho bản thân nói riêng

Em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Quang Đồng và các thầy cô khác đã tận tâm hướng dẫn chúng em qua từng buổi học trên lớp cũng như những buổi nói chuyện, thảo luận về lĩnh vực sáng tạo Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy cô thì em nghĩ bài thu hoạch này của em rất khó có thể hoàn thiện được Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy

Là sinh viên còn đang ngồi trên ghế nhà trường, em đã được trao đổi những kiến thức chuyên môn môn của ngành học Tuy được học và thực hành nhiều trên lớp nhưng đó chỉ là một phần nào đó nhỏ bé so với kiến thức ngoài thực tế ngày nay và sau này khi ra trường chúng em sẽ gặp phải Vì thế, em rất muốn vận dụng những kiến thức đã được học vào thực tiễn và học hỏi những gì còn thiếu Trong những năm học tập, thực tập nghiên cứu vừa qua, được sự giúp đỡ của các thầy cô bộ môn, em

đã học hỏi được rất nhiều điều trong thực tế, cũng như tìm hiểu chung vấn đề, tài liệu liên quan giúp ích cho việc hoàn thành báo cáo đồ án này Vì thế sau khi cân nhắc và được sự góp ý của thầy cô em đã chọn đề tài: “ Thiết kế mạch điều khiển tốc độ quạt bếp lò 24vdc”

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hện

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 5

1 Phân tích yêu cầu của đề bài 5

2 Mục tiêu của đề tài 5

3 Các phương án thực hiện 5

4 Ý nghĩa của đề tài 5

5 Kế hoạch thực hiện 6

CHƯƠNG 1 7

TÌM HIỂU QUẠT BẾP LÒ 24VDC TRÊN THI ̣ TRƯỜNG 7

1.1 Tìm hiểu một số quạt bếp lò 24VDC trên thị trường 7

1.2 Tìm hiểu cấu tạo của quạt bếp lò 24Vdc trên thị trường 7

1.2.1 Sơ đồ khối tổng quát 7

1.2.2 Máy biến áp 8

1.2.3 Khối chỉnh lưu 9

1.2.4 Khối lọc 10

CHƯƠNG 2 12

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ QUẠT BẾP LÒ 24VDC 12

2.1 Máy biến áp 12

2.2 Khối nguồn 13

2.3 Khối điều khiển công suất 18

2.4 Thực nghiệm 24

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 26

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Quạt bếp lò 7

Hình 1.2 Sơ đồ khố i chung 7

Hình 1.3 Máy biến áp nhiều đầu ra 8

Hình 1.4 Diod KBP 307 9

Hình 1.5 Tụ phân cực 10

Hình 2.1 Máy biến áp 12

Hình 2.2 Sơ đồ khối nguồn 13

Hình 2.3 Terminal 2 chân 13

Hình 2.4 Diode KBP 206 14

Hình 2.5 Tụ lọc 15

Hình 2.6 IC 7812 16

Hình 2.7 Điện trở 16

Hình 2.8 Led đơn 17

Hình 2.9 Sơ đồ mạch vẽ trên Proteus 18

Hình 2.10 IC NE555 19

Hình 2.11 Tụ mica 2A104J 19

Hình 2.12 Tụ gốm 20

Hình 2.13 Điện trở 20

Hình 2.14 Diode 1N4148 21

Hình 2.15 Biến trở tinh chỉnh 22

Hình 2.16 MOSFET 23

Hình 2.17 Động cơ điện một chiều (DC) 23

Hình 2.18 Sơ đồ mạch in 24

Hình 2.19 Mạch in mô phỏng 3D 25

Hình 2.20 Hình ảnh hoàn thiện 25

MỞ ĐẦU

1 Phân tích yêu cầu của đề bài

Thiết kế hệ thống điều chỉnh tốc độ quạt bếp lò 24VDC

2 Mục tiêu của đề tài

Ngành điện tử là một trong những ngành quan trọng góp phần vào sự phát triển của đất nước sự phát triển nhanh chóng của Khoa học – Công nghệ làm cho ngành điện tử ngày càng phát triển và đạt được nhiều thành tựu mới Nhu cầu của con người ngày càng cao là điều kiện thuận lợi cho ngành Điện tử phải không

ngừng phát minh ra các sản phẩm mới có tính ứng dụng cao, các sản phẩm có tính năng, có độ bền và độ ổn định ngày càng cao Nhưng một điều cơ bản là các sản phẩm đó đều bắt nguồn từ những linh kiện: R, L, C, Diode, BJT, MOSFET mà nền tảng là điện tử tương tự

Mạch điện sau khi hoàn thiện phải đáp ứng đủ những tiêu chí sau:

Có thể điều khiển tốc độ của động cơ DC

Tải được các động cơ có công suất lớn

Có thể ứng dụng vào nhiều vấn đề thực tiễn trong cuộc sống

Hoạt động ốn định, bền bỉ

Do đó có thể nói,Mạch điều khiển tốc độ quạt bếp lò 24vdc là một trong những sản phẩm tạo nền tảng phát triển của những sản phẩm Điện Tử phục vụ cho nhu cầu của con người

3 Các phương án thực hiện

Thiết kế mạch điều khiển tốc độ quạt bếp lò 24vdc, chúng em sẽ dùng Motor

để điều chỉnh tốc độ của cánh quạt

4 Ý nghĩa của đề tài

Để giúp sinh viên có thể có thể củng cố kiến thức, tổng hợp và nâng cao kiến thức chuyên ngành Đề tài còn thiết kế chế tạo thiết bị, mô hình để các sinh viên trong trường đặc biệt là các sinh viên khoa Điện - Điện tử tham khảo, học hỏi tạo tiền đề

nguồn tài liệu cho sinh viên khoá sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu và học tập

Những kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là giúp cho chúng em hiểu sâu hơn về nguyên lý mạch nguồn, có thể tự thiết kế ra nó Từ đó tích luỹ được kiến thức cho các năm học sau và ngoài thực tế

5 Kế hoạch thực hiện

Sau khi nhận đề tài chúng em đã bắt tay ngay vào việc: Thời gian và công việc cụ thể như sau:

Tuần 1: Gặp cô giáo hướng dẫn nhận đề tài

Tuần 2: Tìm hiểu về đề tài, lĩnh vực ứng dụng, tìm các tài liệu liên quan đến đề tài Tuần 3: Tìm và thiết kế sơ đồ nguyên lý, tính toán mạch và chọn linh kiện

Tuần 4: Test thử trên bo mạch và hiệu chỉnh, xử lý sự cố

Tuần 5: Thiết kế mạch in, lắp ráp sản phẩm, kiểm tra chạy thử sản phẩm

Tuần 6: Hoàn thành lý thuyết

Thời gian đầu nhóm chúng em đã cố gắng gặp thầy liên tục 1 lần trên 1 tuần, qua những lần gặp như vậy chúng em đã được thầy “Đặng Quang Đồng” hướng dẫn nhiệt tình, cụ thể phương hướng thực hiện tiếp theo và thầy chỉ rõ những chỗ còn thiếu sót để chúng em khắc phục

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU QUẠT BẾP LÒ 24VDC TRÊN THI ̣ TRƯỜNG

1.1 Tìm hiểu một số quạt bếp lò 24VDC trên thị trường

Hình 1.1 Quạt bếp lò

Thông số kỹ thuật của quạt tản nhiệt:

Chất liệu: Thép (Khung), nhựa (Vỏ)

Màu sắc : Xanh

Điện áp hoạt động: 24VDC

1.2 Tìm hiểu cấu tạo của quạt bếp lò 24Vdc trên thị trường

1.2.1 Sơ đồ khối tổng quát

Hình 1.2 Sơ đồ khối chung

1.2.2 Máy biến áp

Chức năng:

Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường

Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng (hiện

tượng cảm ứng điện từ)

Cuộn dây N1 và cuộn dây N2 được quấn trên lõi thép khép kín Đặt một điện áp xoay chiều U1 vào cuộn dây N1, trên cuộn dây này sẽ xuất hiện dòng điện I1 chạy trong dây dẫn, đồng thời trong dây dẫn sẽ xuất hiện từ thông móc vòng cho cả hai cuộn N1 và N2 Cuộn dây N2 được nối với tải thì trên cuộn N2

sẽ xuất hiện dòng điện I2 với điện áp U2 Như vậy, năng lượng của dòng điện

xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2

Hình 1.3 Máy biến áp nhiều đầu ra

Thông số của máy biến áp nhiều đầu ra:

Biến Áp 1A 5 Đầu Ra

Tính Năng Sản Phẩm:

Tạo điện áp DC qua module chuyển đổi

Dùng làm nguồn cho các mạch điện tử và thiết bị

Biến áp 1A là thiết bị để biến đổi điện áp xoay chiều, cấu tạo bao gồm một cuộn sơ cấp (đưa điện áp vào) và một hay nhiều cuộn thứ cấp (lấy điện áp ra sử dụng) cùng quấn trên một lõi từ có thể là lá thép hoặc lõi feri Cung cấp nhiều mức điện áp ra: 6V 9V 12V 18V 24V

Diode cầu 3A 700V KBP307 là diode chỉnh lưu có cấu tạo gồm 4 diode, gồm

4 chân, được thiết kế với vỏ nhôm, tản nhiệt tốt Dùng để chuyển đổi điện áp AC –

Trong nửa chu kỳ (+) của diode dạng sóng AC đầu vào D1 và D2 được phân cực thuận, D3 và D4 phân cực ngược Khi điện áp được đến điện áp ngưỡng của D1

và D2 lúc này dòng tải sẽ được đi qua như hiển thị ở hình với đường dẫn màu đỏ

Ở nửa chu kỳ (-) của dạng sóng AC đầu vào, Diode D3 và D4 sẽ được phân cực thuận, D1 và D2 phân cực ngược Dòng tải lúc này sẽ chạy qua D3 và D4

Chúng ta có thể thấy với cả 2 chu kỳ của điện áp AC đầu vào thì hướng dòng tải đều giống nhau khi đi qua diode và đều theo 1 hướng, có nghĩa là dòng điện đi theo 1 chiều Do đó, bằng việc sử dụng 1 bộ chỉnh lưu cầu thì dòng điện xoay chiều

AC đầu vào sẽ được chuyển đổi thay dòng điện 1 chiều DC

Phân loại: Tụ hoá

Dung lượng: 1000uF

Điện áp đánh thủng: 35V

Nhiệt độ hoạt động tối đa: 105 độ

Kich thước: đường kính 13mm, chiều cao 25mm

Hình 1.5 Tụ phân cực

1.3 Nhược điểm của quạt bếp lò 24VDC

Hộp số cồng kềnh

Quấn máy biến áp khó thực hiện

CHƯƠNG 2 Thiết kế ma ̣ch điều khiển tốc đô ̣ qua ̣t bếp lò 24VDC

2.1 Máy biến áp

Thông số của máy biến áp:

Biến Áp Thường 1A, 6 Đầu Ra

Hình 2.1 Máy biến áp

Tính năng sản phẩm:

Tạo điện áp DC qua module chuyển đổi

Dùng làm nguồn cho các mạch điện tử và thiết bị

Biến áp 1A là thiết bị để biến đổi điện áp xoay chiều, cấu tạo bao gồm một cuộn sơ cấp (đưa điện áp vào) và một hay nhiều cuộn thứ cấp (lấy điện áp ra sử dụng) cùng quấn trên một lõi từ có thể là lá thép hoặc lõi feri Cung cấp nhiều mức điện áp ra: 6V 9V 12V 15V 18V 24V

2.2 Khối nguồn

Hình 2.2 Sơ đồ khối nguồn

Chức năng của khối nguồn:

Nguồn cấp vào từ 220VAC Mạch sử dụng ic ổn áp 7812 để ổn định điện áp ngõ ra 24V Với dòng điện tối đa 1A Diode D1 dùng để phân cực nguồn vào nhằm bảo vể mạch không bị ảnh hưởng khi cấp nguồn ngược Tụ C4 lọc nguồn vào và lọc nhiễu cao tần từ nguồn vào, Tụ C6 nhằm lọc nhiễu nguồn ra và lọc cao tần từ nguồn

ra LED D1 báo nguồn, R4 là điện trở hạn dòng cho LED

1) Terminal 2 chân

Hình 2.3 Terminal 2 chân

Chức năng:

Kết cuối, nối các dây vào trong mạch Cố định dây bằng ốc vặn

Có thể ghép nhiều cái với nhau

Dùng làm cọc nguồn

Dùng trong các mạch điện tử

Thông số kỹ thuật:

Khoảng cách 2 chân là 5 mm, có ốc vặn

Loại chân thẳng

Điện áp tối đa: 300 V

Dòng điện tối đa: 10 A

Trong nửa chu kỳ (+) của diode dạng sóng AC đầu vào D1 và D2 được phân cực thuận, D3 và D4 phân cực ngược Khi điện áp được đến điện áp ngưỡng của D1

và D2 lúc này dòng tải sẽ được đi qua

Ở nửa chu kỳ (-) của dạng sóng AC đầu vào, Diode D3 và D4 sẽ được phân cực thuận, D1 và D2 phân cực ngược Dòng tải lúc này sẽ chạy qua D3 và D4

Chúng ta có thể thấy với cả 2 chu kỳ của điện áp AC đầu vào thì hướng dòng tải đều giống nhau khi đi qua diode và đều theo 1 hướng, có nghĩa là dòng điện đi theo 1 chiều Do đó, bằng việc sử dụng 1 bộ chỉnh lưu cầu thì dòng điện xoay chiều

AC đầu vào sẽ được chuyển đổi thay dòng điện 1 chiều DC

Phân loại: Tụ hoá

Dung lượng: 1000uF

Điện áp đánh thủng: 35V

Nhiệt độ hoạt động tối đa: 105 độ

Kich thước: đường kính 13mm, chiều cao 25mm

Hình 2.5 Tụ lọc

Thông số của IC 7812:

Điện áp ngõ ra: 12V

để tránh trường hợp mạch có vấn đề nhưng không thể phá hủy IC

IC 7812 chủ yếu làm nhiệm vụ điều chỉnh điện áp cố định

Hình 2.6 IC 7812

4) Điện trở

Hình 2.7 Điện trở

Điều chỉnh dòng điện có mức dẫn điện phù hợp với nhu cầu

Có thể thực hiện phân cực để bóng bán dẫn hoạt động được

Khi mắc nối tiếp với nhau thì điện trở sẽ tạo ra sụt áp ở trên mạch

Có khả năng điều chỉnh cường độ dòng điện khi chúng đi qua các thiết bị điện

Dùng trong các mạch đèn nháy, bảng đèn led quảng cáo,

Để báo hiệu khi có dòng điện chạy qua

2.3 Khối điều khiển công suất

Hình 2.9 Sơ đồ mạch vẽ trên Proteus

Giải thích nguyên lý hoạt động:

Nguyên lí hoạt động của mạch tạo xung PWM: Xung răng cưa được tạo ở chân 2, 6 do mạch tạo dao động R, C Ta nhận thấy khi tụ C1 nạp thì đầu ra xung

ở mức cao Và đầu ra ở mức thấp khi tụ C1 xả qua điện trở R2 Khi thay đổi biển trở RV1 thì tần số xung ngõ ra bị thay đổi và độ rộng của xung không thể thay đổi từ 0 - 100% do thời gian nạp, xả của tụ C1 thay đổi Diode D1 và D2 dùng để

ổn định tần số xung ngõ ra Tần số xung của mạch phụ thuộc vào giá trị điện trở R2, biển trở RV1, tụ điện C1 Chọn tụ C1 là tụ không phân cực thu được tần số ngõ ra cao, dùng tụ hóa giá trị lớn sẽ thu được tần số thấp hơn Sau khi nhận xung

từ NE555 sẽ được đưa vào kích cho Mosfet IRF540N đóng mở với tốc độ cực nhanh làm thay đổi động cơ DC với công suất cực lớn

1) IC NE555

Hình 2.10 IC NE555

Chức năng:

Để tạo thời gian trễ (Time Delays)

Để tạo xung (Oscillation)

Thông số:

Với nguồn điện áp đầu vào nằm trong dải từ 2 – 18V; Dòng điện tiêu thụ: 6 – 15mA;

Công suất tiêu thụ lớn nhất (Pmax): 600mW;

Điện áp logic đầu ra ở mức cao (mức 1): 0.5 – 15V; Điện áp logic đầu ra ở mức thấp (mức 2): 0.03 – 0.06V;

Điều chỉnh dòng điện có mức dẫn điện phù hợp với nhu cầu

Có thể thực hiện phân cực để bóng bán dẫn hoạt động được

Khi mắc nối tiếp với nhau thì điện trở sẽ tạo ra sụt áp ở trên mạch

Có khả năng điều chỉnh cường độ dòng điện khi chúng đi qua các thiết bị điện

4) Diode 1N4148

Hình 2.14 Diode 1N4148

Thông số kỹ thuật:

Loại gói: DO-35 thủy tinh và SMD

Loại diode: diode chuyển mạch nhanh silicon epitaxial

Điện áp ngược lặp lại tối đa là: 100 V

Dòng chỉnh lưu trung bình tối đa là: 15A hoặc 150mA

Công suất tiêu tán tối đa là: 5W

Điện áp ngược là: 75V

Nhiệt độ lưu trữ và hoạt động phải là: -65 đến +175 độ C

Chức năng:

1N4148 được sử dụng trong nhiều ứng dụng điện tử khác nhau

Nó được sử dụng ở những mạch có yêu cầu tạo dòng điện xoay chiều thành một chiều

Nó có thể được sử dụng để chặn xung điện áp để bảo vệ các linh kiê ̣n điện tử không bị cháy bên trong hoặc hư hỏng

Nó cũng có thể được sử dụng trong mạch logic kỹ thuâ ̣t số Hơn nữa nó còn hoạt động tốt trong các mạch sạc pin, mạch cấp nguồn và mạch nhân đôi điện áp

5) Biến trở

Loại transitor: loại N

Điện áp tối đa từ cực máng đến cực nguồn: 100V

Điện áp tối đa từ cực cổng đến cực nguồn phải là: ± 20V

Công suất tiêu tán tối đa: 100W

Điện áp tối thiểu cần thiết để dẫn điện: 2V - 4V

Nhiệt độ bảo quản và hoạt động là: -55~1500C

Hình 2.16 MOSFET

Chức năng:

IRF540N là Mosfet Kênh N MOSFET có thể điều khiển tải tối đa 23A và

hỗ trợ dòng điện cực đại lên đến 110A Có điện áp ngưỡng 4V, dễ dàng điều khiển với điện áp thấp 5V Do đó, chủ yếu sử dụng với Arduino và các bộ vi điều khiển khác để chuyển đổi logic

Điều khiển tốc độ động cơ và bộ điều chỉnh độ sáng cũng có thể thực hiện được với Mosfet này vì nó có các đặc tính chuyển mạch tốt

7) Động cơ điện một chiều

Hình 2.17 Động cơ điện một chiều (DC)

Chức năng:

Trong đời sống: đồ chơi trẻ em, moto quạt mini, máy cắt tóc,

Trong công nghiệp: băng tải, phanh, đảo chiều,

Nguyên lý hoạt động:

Khi có một dòng điện chạy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt non, cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của

Fleming Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho rotor quay

Hình 2.19 Mạch in mô phỏng 3D

Hình 2.20 Hình ảnh hoàn thiện

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

Trên đây là đồ án môn học của em sau một thời gian nguyên cứu tìm hiểu

đã hoàn thành.Vì kiến thức còn hạn chế cùng với thời gian có hạn đồ án còn nhiều thiếu sót và bất cập rất mong mọi ý kiến đóng góp để em có thể sửa đổi và được hoàn thiện hơn