MẠCH THAY ĐỔI TỐC ĐỘ VÀ ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ 12V DC

MẠCH THAY ĐỔI TỐC ĐỘ VÀ ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ 12V DC

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG KĨ THUẬT CAO THẮNG

1

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

2

LỜI NÓI ĐẦU

Với xu hướng giáo dục hiện nay, học thì phải đi đôi với hành Do

đó ,bên cạnh việc học những lý thuyết cơ bản trong trường lớp thì đòi hỏi học sinh ,phải biết ứng dụng những gì đã học vào thực tiễn ,có vậy mới giúp chúng ta nắm bắt những kiến thức đã học

Đồng thời cũng giúp phát huy khả năng năng động sáng tạo Nhất là đối với những sinh viên ,học sinh ngành kỹ thuật , trong đó có điện tử- tin học

Trong môn điện tử công suất nhóm chúng em có làm một đề tài nhỏ là: ”MẠCH THAY ĐỐI TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 12V DC BẰNG

PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP” dùng Ic 556

Tuy nhiên , do kiến thức của chúng em còn hạn chế không thể đề cập hết các vấn đề trong đề tài này ,do đó không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được nhận sự đóng góp ý kiến của thầy và các bạn

Xin cám ơn Nhóm: _ ĐẶNG MINH TÂM

_LƯU KIM PHÁT _NGUYỄN HOÀNG VŨ _MAI THÁI DUY

3

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể giáo viên khoa ĐIỆN TỬ -TIN HỌC TRƯỜNG CAO ĐẲNG KĨ THUẬT CAO THẮNG ,đặc biệt là sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của giáo viên TỐNG THANH NHÂN đã hết lòng giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài

chúng em cũng chân thành cảm ơn quý thầy cô trong trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng đã tạo nền móng kiến thức cho chúng em Xin gửi lời chúc sức khỏe và lòng tri ân chân thành đến quí thầy cô

4

MỤC LỤC

CHƯƠNG DẪN NHẬP

I.ĐẶT VẤN ĐỀ………

II.GIỚI HẠN ĐỀ TÀI………

III.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU………

IV.MỤC ĐÍCH –YÊU CẦU………

V.THỜI GIAN THỰC HIỆN………

CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT MẠCH CHỈNH LƯU CHƯƠNG III:VI MẠCH ĐỊNH THÌ 556 I.GIỚI THIỆU ic 556……….

II.MẠCH ĐA HÌA PHI ỔN DÙNG IC 555……….

III.MẠCH ĐA HÀI ĐƠN ỔN DÙNG IC 555………

IV.IC 555 GIAO TIẾP VỚI CÁC LOẠI TẢI ……….

CHƯƠNG IV:PHÂN TÍCH- THIẾT KẾ I.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ………

II.PHÂN TÍCH – THIẾT KẾ………

1.MẠCH CHỈNH LƯU ………

2.MẠCH ĐA HÀI PHI ỔN SỬ DỤNG IC556………

3.MẠCH ĐƠN ỔN SỬ DỤNG IC556………

4.CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH………

III.THI CÔNG MẠCH

CHƯƠNG IV:KẾT LUẬN

5

CHƯƠNG DẪN NHẬP

I Đặt vấn đề:

Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như công nghiệp Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi nối với nguồn điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử

Nhưng mạch điện tử được thiết kế như thế nào để diều chỉnh tốc độ của động

cơ ? Để trả lời câu hỏi trên thì nhóm xin giòi thiệu một mạch diều chỉnh tốc độ động cơ khá hiệu quả sử dụng IC556

II Giới hạn đề tài:

Do thời gian nghiên cứu và trình độ còn hạn chế nên nội dung trình bày trong phần đồ án điện tử công suất chỉ trình bày nội dung điều chỉnh tốc độ động cơ

Có 2 phương pháp thay đổi tốc độ của động cơ là :

-Thay đổi tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi dòng điện

- Thay đổi tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi điện áp

Trong phần này tập trung nghiên cứu phương pháp thay đổi tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi điện áp đặt lên động cơ

Có rất nhiều mạch thay đổi tốc độ động cơ , trong phần này xin giới thiệu mạch thay đổi tốc độ động cơ dùng IC556

Mục đích hàng đầu của mạch thay đổi tốc độ động cơ dùng ic 556 là nghiêncứu mạch ứng dụng IC556 để thay đổi điện áp ngõ ra từ đó thay đổi tốc độ quay của động cơ

6

Qua quá trình nghiên cứu mạch cũng tạo điều kiện cho sinh viên hệ thống lạinhững kiến thức đã học trong bộ môn điện tử công suất qua đó thấy được tầm quantrọng của môn học này , đồng thời góp phần nâng cao khả năng ứng dụng những gì

đã học của sinh viên vào thực tiễn

Thiết kế mạch điện dùng để thay đổi tốc độ động cơ và đảo chiều quay

CHƯƠNG I I: LÝ THUYẾT MẠCH CHỈNH LƯU

I .Khái niệm về chỉnh lưu:

Một mạch chỉnh lưu là một mạch điện bao gồm các linh kiện điện - điện tử,dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.Mạch chỉnh lưu

có thể được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp dòng điện một chiều, hoặc trong các mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến điện trong các thiết bị vô tuyến Phần tử tích cực trong mạch chỉnh lưu có thể là các điốt bán dẫn, các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác

Khi chỉ dùng một điốt đơn lẻ để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều, bằng cách khóa không cho phần dương hoặc phần âm của dạng sóng đi qua mạch điện, thì mạch chỉnh lưu được gọi là chỉnh lưu nửa chu kỳ hay chỉnh lưu nửa sóng Trong các bộ nguồn một chiều người ta hay sử dụng các mạch chỉnh lưu nhiều điốt (2 hoặc 4 điốt) với các cách sắp xếp khác nhau để có thể biến đổi từ xoay chiều thành một chiều bằng phẳng hơn trường hợp sử dụng một điốt riêng lẻ Trước khi các điốt bán dẫn phát triển, người ta còn dùng các mạch chỉnh lưu sử dụng đèn điện từ chân không, đèn chỉnh lưu thủy ngân, các dãy bán dẫn đa tinh thể seleni

Các máy thu thanh vô tuyến đầu tiên, người ta gọi là các máy tinh thể, dùng một sợi “râu mèo” hoặc một kim nhọn tiếp xúc nhẹ vào một điểm trên một khối tinh thể galena (sunphát chì) để tạo ra một điốt tiếp điểm, hoặc một bộ tách sóng tinh thể Trong hệ thống sấy đốt khí, các bộ phát hiện lửa có thể dùng Hai điện cựctrong một vỏ bọc kín có thể sản sinh ra dòng điện và có thể chỉnh lưu được một dòng điện xoay chiều, nhưng chỉ khi chúng nhìn thấy ngọn lửa

II Mạch chỉnh lưu nửa sóng

7

Một mạch chỉnh lưu nửa sóng chỉ một trong nửa chu kỳ dương hoặc âm có thể dễ dàng đi ngang qua điốt, trong khi nửa kia sẽ bị khóa, tùy thuộc vào chiều lắpđặt của điốt Vì chỉ có một nửa chu kỳ được chỉnh lưu, nên mạch chỉnh lưu nửa sóng có hiệu suất truyền công suất rất thấp Mạch hỉnh lưu nửa sóng có thể lắp bằng chỉ một đi ốt bán dẫn trong các mạch nguồn một pha.

III Mạch chỉnh lưu toàn sóng:

Mạch chỉnh lưu toàn sóng biến đổi cả hai thành phần cực tính của dạng sóngđầu vào thành một chiều Do đó nó có hiệu suất cao hơn Tuy nhiên trong mạch điện không có điểm giữa của biến áp người ta sẽ cần đến 4 điốt thay vì một như trong mạch chỉnh lưu nửa sóng Điều này có nghĩa là đầu cực của điện áp ra sẽ cần đến 2 điốt để chỉnh lưu, thí dụ như 1 cho trường hợp điểm X dương, và 1 cho trường hợp điểm X âm Đầu ra còn lại cũng cần chính xác như thế, kết quả là phải cần đến 4 điốt Các điốt dùng cho kiểu nối này gọi là cầu chỉnh lưu

Bộ chỉnh lưu toàn sóng biến đổi cả 2 nửa chu kỳ thành một điện áp đầu ra

có một chiều duy nhất: dương (hoặc âm) vì nó chuyển hướng đi của dòng điện của nửa chu kỳ âm (hoặc dương)của dạng sóng xoay chiều Nửa còn lại sẽ kết hợp với nửa kia thành một điện áp chỉnh lưu hoàn chỉnh

Đối với nguồn xoay chiều một pha, nếu dùng biến áp có điểm giữa, chỉ cần 2điốt nối đâu lưng với nhau (nghĩa là anode-với-anode hoặc cathode-với-cathode)cóthể thành một mạch chỉnh lưu toàn sóng

8

IV Chỉnh lưu cầu 1 pha có tụ lọc

Các đi ốt trong mạch chỉnh lưu cầu tự nhiên ít khi chúng bị hỏng, chúng chỉ hỏng khi điện áp 300V DC bị chập, khi đó dòng qua đi ốt tăng cao làm cho đi ốt bị chập hoặc đứt

- Điện áp AC 220V đầu vào có hai cực, một cực tiếp đất có giá trị 0V, cực kia

có hai pha âm và dương đảo chiều liên tục

- Khi cực trên có pha dương, dòng điện sẽ đi từ +220V qua đi ốt D2 => qua

R tải => qua D4 rồi trở về 0V

- Khi cực trên có pha âm, dòng điện đi từ 0V đi qua đi ốt D3 => qua R tải =>qua D1 rồi trở về điện áp -220V

=> Trong mỗi pha điện chỉ có hai đi ốt mắc đối xứng hoạt động, hai đi ốt kiatạm thời tắt

- Nếu một đi ốt bất kỳ bị đứt hoặc có hai đi ốt đối diện bị đứt thì điện áp đầu

ra có dạng nhấp nhô thưa cách quãng

9

V Datasheet của diode

10

VI Datasheet của ic ổn áp

12

Các chân của ic 556 bao gồm các chận sau:

Cấu trúc bên trong của ic 556:

Cấu trúc bên trong ic 555:

19

Hình a

20

1) Cầu phân áp gồm 3 điện trở 5k nối từ nguồn vcc xuống masscho ra hai điện áp chuẩn là 1/3 vcc và 2/3 vcc

2) Opamp (1) là mạch khuyếch đại so sánh có ngõ In nhận điện ápchuẩn 2/3 vcc, còn ngỏ In thì nối ra ngoài chân 6 Tùy thuộcđiện áp của chân 6 so với điện áp chuẩn 2/3 vcc mà opamp(1)

có điện áp ra mức cao hay mức thấp để làm tín hiệu R(Reset),điều khiến flip-flop

3) Opamp(2) là mạch khuyếch đại so sánh có ngõ In nhận điện ápchuẩn 1/3 vcc , còn ngõ In thì nối ra ngoài chân 2 Tùy thuộcđiện áp của chân 2 so với điện áp chuẩn 1/3 vcc mà opamp (2)

có ngõ ra mức thấp hay mức cao để điều khiển tín hiệu S(Set) ,điều khiển flip-flop

4) Mạch flip-flop là mạch lưỡng ổn kích một bên khi chân set cómức điện áp cao thí điện áp này kích đổi trạng thái của flip-flop

ở ngõ Q lên mức cao và ngõ ra Q có mức thấp khi ngõ Setđang ở mức cao xuống mức thấp thì mạch flip-flop không đổitrạng thái khi chân R có điện áp cao thì diện áp nầy kích đổitrạng thái của flip-flop làm ngõ Q lên mức cao và ngõ ra Qxuống mức thấp khi ngõ Reset đang ở mức cao xuống thấp thìmạch flip-flop không đổi trạng thái

5) Mạch output là mạch khuyếch đại ngõ ra để tăng độ khuyếchđại dòng cấp cho tải đây là mạch khuyếch đại đảo có ngõ vào

là chân Q của flip-flop nên khi ngõ vào Q ở mức cao thì ngõ ra

ở chân 3 sẽ có mức thấp và ngược lại

6) Transistor T1 có chân E nối với điện áp chuẩn 1,4 v ,là loạitransistor PNP, cực B nối ra ngoài bởi chân 4 có điện áp caohơn 1,4 v thì T1 ngưng dẫn , nên T1 không ảnh hưởng gì dếnmạch khi chân 4 có điện trở nhỏ thích hợp nối mass thì T1 dẫnbảo hòa đồng thời làm mạch output dẫn bảo hòa và ngõ raxuống thấp chân 4 còn gọi là chân reset có nghĩa là nó reset ic

555 bất chấp tình trạng ở ngõ vào khác Do đó chân 4 dùng đểkết thúc xung ra sớm khi cần nếu không dung chức năng resetthì nối chân 4 với vcc dể tránh mạch bị reset do nhiễu

7) Transistor T2 có cực C dể hở nối ra chân 7 Do cực B đượcphân cực bởi mức điện áp Q nên khi Q ở mức cao thì T2 bảohòa và cực C coi như nối mass Lúc đó ngõ ra chân 3 cũng ởmức thấp khi Q ở mức thấp thì T2 ngưng dẫn cực C của T2xem như bị hở.lúc đó ngõ ra chân 3 ở mức cao

21

 Datasheet của ic 556 :

22

II Mạch đa hài phi ổn dùng ic 555:

số 2 , nên hai chân này có chung điện áp là điện áp trên tụ C, để so với điện áp chuẩn là 2/3 và 1/3 bởi opamp (1) và opamp(2) ,chân 5 có tụ nhỏ 1uF nối mass

để lọc nhiều tần số cao có thể làm ảnh hưởng đến điện áp chuẩn 2/3vcc

Chân 4 nối với nguồn +Vcc nên không dùng chức năng reset, chân 7 xả điện được nối vào giữa 2 điện trở Ra và Rb tạo đường xả điện cho tụ tạo đường xả điện cho tụ ,ngõ ra chân 3 có điện trở giới hạn dòng 1,2K và led để biểu hiện mức điện

áp ra –chỉ có thể dùng trong trường hợp tần số dao động có trị số thấp từ

30

20Hztro73 xuống vì ở tần số cao hơn 40Hz , trạng thái sáng tắt của led khó có thể nhận biết bằng mắt thường Để phân tích nguyên lý của mạch cần phối hợp mạch ứng dụng hình.a và himh2.b.

Khi điện áp trên tụ tăng đến 2/3vcc thì opamp(1) đổi trạng thái, ngõ R ở mứccao(R=1)

Mạch F/F có R=1 nên Q=1 và ngõ ra ở chân 3 có điện áp thấp khi đó ngõ T2 dẫn bảo hòa và chân 7 nối mass ngăn tụ c nạp điện mà phải xả điện qua RB qua T2 xuống mass Tụ C xả điện với hằng số thời gian là :

T xã=0.69.Rb.CKhi điện áp trên tụ giảm xuống dưới 2/3 vcc thì opamp(1) đổi trạng thái R=0 khi R xuống mức thấp thì F/F không đổi trạng thái nên điện áp ngõ ra vẫn ở mức thấp.khi điện áp trên tụ giảm xuống đến mức 1/3 vcc thì opamp(2) đổi trạng thái tức S=1 nên ngõ ra chân 3 có mức cao đồng thời T2 mất phân cực nên ngưng dẫn và chấm dứt giai đoạn xả của tụ như vậy mạch lại trở lại trạng thái ban đầu và tiếp tục nạp lên từ mức điện áp là 1/3vcc lên đến 2/3 vcc

Hiện tượng trên sẽ tiếp diễn liên tục và tuần hoàn

Lưu ý: Khi mới mở điện tụ C sẽ từ 0V lên 2/3Vcc rồi sau đó tụ xả điện là 2/3Vcc xuống 1/3 Vcc chứ không xả xuống 0V những chu kỳ sau ,tụ sẽ tụ từ 1/3Vcc lên 2/3Vcc chứ không nạp từ 0 nữa

31

Thời gian tụ nạp là thời gian Vo=+Vcc, led sáng thời gian tụ xả là thời gianVo=0V,led tắt.

Thời gian tụ nạp và xả được tính theo công thức :

Thời gian nạp : T nạp =0,69.(Ra+Rb)C

32

khi khảo sát dạng điện áp tại các chân cần lưu ý :khi mới mở điện thì tụ C sẽ nạp từ 0V lên đến 2/3Vcc ,nhưng khi xả chỉ xả đến 1/3Vcc Để tính chu kỳ của tín hiệu , người ta chỉ tính các lần nạp sau chứ không xét các lần nạp đầu tiên.

Khi tụ nạp thì chân 7 có điện áp cao hơn 2-6,nhưng khi tụ xả thì chân 7 giảm nhanh xuống 0V-do T2 trong Ic chạy bảo hòa – chứ không giảm theo hàm số mũ trên tụ C

4.Mach phi ổn đối xứng :

Trong mạch phi ổn cơ bản ,do thời gian nạp và thời gian xả của tụ không bằng nhau nên dạng điện áp ở ngõ ra không đối xứng

33

T xả =0,69.Rb.CNếu chọn trị số Ra bằng Rb thì mạch sẽ tạo ra tín hiệu hình vuông đối xứng Thực ra ,trong mạch điện hình.c khi tụ nạp dòng điện qua Ra và điện trở thuần của diot, nên thời gian nạp vẫn lớn hơn thời gian xả một ít

4.Mạch phi ổn điều chỉnh tần số:

Hai yêu cầu thường có trong thiết kế của mạch đa hài phi ổ là :

_Thay đổi tần số f mà vẫn giữ nguyên chu trình làm việc (đối xứng )

_Thay đổi chu trình làm việc mà vẫn giữ nguyên tần số f

Để có thể thay đổi tần số của tín hiệu hình vuông ra mà vẫn có tín hiệu đối xứng thì

34

hai điện trở Ra và Rb phải được điều chỉnh sao cho cùng tăng hay cùng giảm trị số Lúc đó trong mạch điện có thêm 2 biến trở VRa và VRb ghép nối tiếp như hình d

Để thay đổi chu trình làm việc tức là thay đổi tỉ lệ thời gian tín hiệu có điện áp cao

và thời gian tín hiệu có điện áp thấp , hay là thời gian nạp và thời gian xả của tụ nhưng vẫn giữ nguyên tầng số (nghĩa là chu kỳ T bằng hằng số )

Hai điện trở Ra và Rb phải được điều chỉnh sao cho khi Ra tăng thì Rb giảm cùng một giá trị thay đổi Lúc đó trong mạch có thêm hai biến trở VRa và VRB ghép nốitiếp như sơ đồ hinh.d nhưng hai biến trở được điều chỉnh ngược hướng

III Mạch đa hài đơn ổn dùng ic 555:

1 Mạch đa hài đơn ổn cơ bản:

Để có thể phân tích nguyên lý của mạch đơn ổn một cách rõ ràng , dễ hiểu,chúng ta sử dụng kết hợp hai sơ đồ hình.e và hình.a ,sơ đồ hình e vẽ mạch ứngdụng Ic 555 làm mạch đơn ổn , sơ đồ hình a kết hợp với sơ đồ cấu trúc bên trongIc555

35

Trong mạch này chân ngưỡng số 6 và chân xả số 7 được nối vào điểmchung của mạch định thì RT.C Lúc này chân nhận tín hiệu từ bên ngoài là chân thứ

2

Đặc điểm của mạch đơn ổn là khi có xung âm hẹp có giá trị lớn hơn 1/3 vcctác động vào chân số 2 thì mạch sẽ thay đổi trạng thái và ngõ ra chân thứ 3 sẽ cóxung dương ra Độ rộng xung dương ở ngõ ra không phụ thuộc vào độ rộng củaxung kích mà phụ thuôc vào mạch định thì RT.C, sau đó mạch sẽ trở lại trạng tháiban đầu

Hình.e

2 Nguyên lý mạch đơn ổn

Khi mới mở điện tụ C nối chân 6 và chân 7 xuống mass làm opamp (1) cóngõ In+ nhỏ hơn ngõ In- nên ngõ ra V01 = 0V, ngõ R =0 có mức thấp lúc đóopamp(2) có ngõ In+ nhỏ hơn ngõ In- nên ngõ ra V01 = 0V nên ngõ ra V02 = 0V ,

36

ngõ S=0 có mức thấp mach F/F có R=0 và S=0 nhờ cấu trúc của mạch chi tiết nênF/F có ngõ ra Q mức cao và qua mạch đảo ngõ ra ở chân 3 có mức thấp gần 0V.khi ngõ ra Q đảo có mức cao tạo pga6n cực bảo hòa cho T2 nên làm cho T2 dẫnnối chân 7 nối mass Chân 6 cũng bị nối mass nên tụ điện C không thể nạp điện,mạch sẽ ở mãi trạng thái này nếu không có tác động từ bên ngoài

Khi đóng khoa K sẽ có xung âm tác động vào chân trigger số 2 làm opamp(2) đổi trạng thái, ngõ S lên mức cao , mức cao của ngõ S điều khiển làm F/F đổitrạng thái, ngõ Q đảo xuống mức thấp , ngõ ra mạch đảo sẽ lên mức cao và chân 3

có điện áp dương ở ngõ ra.lúc đó Q đảo ở mức thấp nên T2 ngưng dẫn để tụ C nạpđiện qua Rt Trong thời gian nạp điện mạch vẫn giữ nguyên trạng thái này nên ngõ

Thời gian xung dương ra tức là thời gian nạp điện từ 0V lên 2/3 Vcc đượctính như sau:

Điện áp nạp trên tụ tăng theo hàm số mũ là :

Vc =Vcc (1- e −t/T

) trong đó :T =Rt.CThời gian tụ nạp được điện thế từ 0V lên 2/3Vcc là t được tính bởi :

Vc =Vcc(1- e −t/T

) =2/3VccSuy ra: (1- e −t/T

như vậy : t =T ln3 (ln=1,1)

37