Điều khiển động cơ bằng giải thuật PID

Điều khiển động cơ bằng giải thuật PID code mô phỏng layout

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

KHOA KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT MÁY TÍNH

-o0o -ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ LUẬN LÍ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ PID

Phụ lục nội dung

Chương 0: Lời nói đầu 4

Chương I: Giới thiệu đề tài 5

1 Một số khái niệm 5

a Điều khiển động cơ DC 5

b Khái niệm Servo 5

c Bộ điều khiển PID 5

2 Giải thuật PID 5

a Giải thuật tính toán bộ điều khiển PID 5

b Giải thuật điều khiển PID 6

3 Các vấn đề đặt ra và hướng giải quyết 9

a Đọc encoder 9

b Mạch cầu H - Mạch công suất 12

Chương II: Giới thiệu linh kiện sử dụng 13

1 IC HC00A 13

a Cấu trúc CMOS của cổng HC00A 13

b Kí hiệu và bảng chân trị 13

2 Opto EL 817 14

3 Diot zenner 12V 14

4 Fet IRF 540, IRF9540 15

4 Động cơ điện một chiều 18

6 LCD 20

a Hình dạng và kích thước 20

b Chức năng của các chân 21

c Tập lệnh LCD 22

7 Vi Điều Khiển 8951 23

a Giới thiệu cấu trúc phần cứng 8951 23

b Sơ đồ khối 25

c Sơ đồ chân 26

d Chức năng các chân của 8951 27

Chương III: Hiện thực phần cứng 29

1 Cấu trúc các module 29

2 Mạch nguyên lý các module 30

a Mạch cầu H 30

b Mạch điều khiển và hiển thị 31

3 Mạch thực tế các module 33

a Mạch điều khiển 34

Chương IV: Hiện thực phần mền 37

1 Giải thuật 37

a Đọc encoder 38

b Hiển thị LCD 38

c Giải thuật PID 38

2 Cấu trúc module trong chương trình 38

a Module Hiển thị LCD 38

b Module điều khiển 39

Chương V: Tổng kết 40

Phụ lục hình ảnh:

Hình 1 Cơ chế hoạt động của PID 6

Hình 2 Công thức 9

Hình 3 Encoder 10

Hình 4 Hai kênh cảm biến của encoder 11

Hình 5 Mạch cầu H 12

Hình 6 Cấu trúc của Cmos 13

Hình 7 Bảng chân trị của ic HC00A 13

Hình 8 Cấu tạo của Opto EL 817 14

Hình 9 Kí hiệu của zenner 15

Hình 10 Cấu tạo và ký hiệu của MOSFET 15

Hình 11 Ví dụ MOSFET kênh N điều khiển động cơ 16

Hình 12 Mạch cầu H dùng 2 MOSFET 17

Hình 13 Pha 1 của động cơ 1 chiều 18

Hình 14 Pha 2 của động cơ 1 chiều 19

Hình 15 Pha 3 của động cơ 1 chiều 19

Hình 16 Hình dạng LCD 20

Hình 17 Các chân của LCD 21

Hình 18 Tập lênh LCD 22

Hình 19 Tập lệnh LCD (tt) 23

Hình 20 Sơ đồ khối 9851 25

Hình 21 Sơ đồ chân 8951 26

Hình 22 Port 3 của 8951 27

Hình 23 Cấu trúc các Module 29

Hình 24 Mạch nguyên lý mạch cầu 30

Hình 25 Mạch điều khiển 31

Hình 26 Mạch hiển thị 32

Hình 27 Các phần phụ 33

Hình 28 Mạch trước khi gắn 89 và LCD 34

Hình 29 Mạch sau khi gắn 8951 và LCD 35

Hình 30 Mạch cầu H (lớp top) 35

Hình 31 Mạch cầu H (lớp bottom) 36

Hình 32 Giải thuật của chương trinh 37

Hình 33 Câu lệnh lcd_goto_xy 38

Chương 0: Lời nói đầu

Học kì 112 chúng em được học môn Đồ án môn học Thiết Kế Luận Lí vớimục đích củng cố kiến thức và giúp sinh viên tiếp cận thức tế Nhóm chúng emthực hiện đề tài thiết kế mạch điều khiển động cơ PID

Cấu trúc bản báo cáo bao gồm:

- Chương I: Giới thiệu đề tài.

- Chương II: Giới thiệu linh kiện sử dụng.

- Chương III: Hiện thực phần cứng.

- Chương IV: Hiện thực phần mềm.

- Chương V: Tổng kết.

Chương I: Giới thiệu đề tài

1 Một số khái niệm

a Điều khiển động cơ DC

Là một ứng dụng cơ bản của điều khiển tự động DC Motor được dùng nhiều nhất trong các hệ thống tự động (ví dụ robot)

b Khái niệm Servo

Dùng để chỉ một hệ thống hồi tiếp DC servo motor là động cơ

DC có bộ điều khiển hồi tiếp

c Bộ điều khiển PID

Một bộ điều khiển PID là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển (bộ điều khiển) tổng quát được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp Một bộ điều khiển PID tính toán một giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi

và giá trị mong muốn Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Tuy nhiên, để đạt được kết quả tốt nhất, các thông số PID sử dụng trong tính toán phải điều chỉnh theo tính chất của hệ thống-trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thông số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống

2 Giải thuật PID

a Giải thuật tính toán bộ điều khiển PID

- Bao gồm 3 thông số riêng biệt, do đó đôi khi nó còn đượcgọi là điều khiển ba khâu: các giá trị tỉ lệ, tích phân và đạo hàm,viết tắt là P, I, và D Giá trị tỉ lệ xác định tác động của sai số hiện tại, giá trị tích phân xác định tác động của tổng các sai số quá khứ, và giá trị vi phân xác định tác động của tốc độ biến đổisai số Tổng chập của ba tác động này dùng để điều chỉnh quá trình thông qua một phần tử điều khiển như vị trí của van điều khiển hay bộ nguồn của phần tử gia nhiệt Nhờ vậy, những giá trị này có thể làm sáng tỏ về quan hệ thời gian: P phụ thuộc vào

sai số hiện tại, I phụ thuộc vào tích lũy các sai số quá khứ và D

dự đoán các sai số tương lai, dựa vào tốc độ thay đổi hiện tại

- Bằng cách điều chỉnh 3 hằng số trong giải thuật của bộ điều khiển PID, bộ điều khiển có thể dùng trong những thiết kế

có yêu cầu đặc biệt Đáp ứng của bộ điều khiển có thể được mô

tả dưới dạng độ nhạy sai số của bộ điều khiển, giá trị mà bộ điều khiển vượt lố điểm đặt và giá trị dao động của hệ thống Lưu ý là công dụng của giải thuật PID trong điều khiển không đảm bảo tính tối ưu hoặc ổn định cho hệ thống

- Vài ứng dụng có thể yêu cầu chỉ sử dụng một hoặc hai khâu tùy theo hệ thống Điều này đạt được bằng cách thiết đặt đội lợi của các đầu ra không mong muốn về 0 Một bộ điều khiển PID sẽ được gọi là bộ điều khiển PI, PD, P hoặc I nếu vắng mặt các tác động bị khuyết Bộ điều khiển PI khá phổ biến, do đáp ứng vi phân khá nhạy đối với các nhiễu đo lường, trái lại nếu thiếu giá trị tích phân có thể khiến hệ thống không đạt được giá trị mong muốn

b Giải thuật điều khiển PID

- PID là cách viết tắt của các từ Propotional (tỉ lệ), Integral(tích phân) và Derivative (đạo hàm).Tuy xuất hiện rất lâu nhưng đến nay PID vẫn là giải thuật điều khiển được dùng nhiều nhất trong các ứng dụng điều khiển tự động Đề tài này điều khiển tốc độ của động cơ DC dùng giải thuật PIDcó thể được giải thích như sau:

Gọi F là lực quay động cơ Ban đầu động cơ ở vận tốc bằng 0, nhiệm vụ đặt ra là điều khiển lực F (một cách tự động) để làm quay động cơ đạt tới tốc độ đặt trước với các yêu cầu: chính xác (accurate), nhanh (fast response),

ổn định (small overshot)

- Một điều rất tự nhiên, nếu vận tốc hiện tại của động cơ rất xa vận tốc mong muốn, hay nói cách khác sai số (error) lớn, chúng ta cần tác động lực F lớn để nhanh chóng đưa vận tốc động cơ về tới vận tốc đặt trước Một cách đơn giản để công thức hóa ý tưởng này là dùng quan hệ tuyến tính:

sẽ gia tốc cho động cơ rất nhanh (định luật II của Newton: F=ma) Khi động cơ đã đến vận tốc đặt trước (tức e=0), thì tuy lực F=0 (vì F=Kp*e=F=Kp*0) nhưng do quán tính tốc độ động

cơ vẫn tiếp tục tăng, sai số e lại trở nên khác 0, giá trị sai số lúc này được gọi là overshot (vượt quá) Lúc này, sai số e là số âm, lực F lại xuất hiện nhưng với chiều ngược lại để hãm tốc độ động cơ về lại tốc độ đặt trước Nhưng một lần nữa, do Kp lớn nên giá trị lực F cũng lớn và có thể kéo tốc độ động cơ về thấp hơn tốc độ đặt trước Quá trình cứ tiếp diễn, tốc độ động cơ cứ mãi dao động quanh tốc độ đặt trước Có trường hợp tốc độ daođộng càng ngày xàng xa tốc độ đặt trước Bộ điều khiển lúc nàyđược nói là không ổn định Một đề xuất nhằm giảm overshot của động cơ là sử dụng một thành phần “thắng” trong bộ điều khiển Sẽ rất lý tưởng nếu khi tốc độ đang ở xa điểm O (tốc độ

đặt trước), bộ điều khiển sinh ra lực F lớn nhưng khi tốc độ động cơ đã tiến gần đến điểm O thì thành phần “thắng” sẽ giảm tốc độ động cơ lại Chúng ta đều biết khi một vật dao động quanh 1 điểm thì vật đó có vận tốc cao nhất ở tâm dao động (điểm O) Nói một cách khác, ở gần điểm O sai số e của tốc độ động cơ thay đổi nhanh nhất (cần phân biệt: e thay đổi nhanh nhất không phải e lớn nhất) Mặt khác, tốc độ thay đổi của e có thể tính bằng đạo hàm của biến này theo thời gian Như vậy, khitốc độ động cơ từ ban đầu tiến về gần O, đạo hàm của sai số e tăng giá trị nhưng ngược chiều của lực F (vì e đang giảm nhanh dần) Nếu sử dụng đạo hàm làm thành phần “thắng” thì có thể giảm được overshot của động cơ Thành phần “thắng” này chính là thành phần D (Derivative) trong bộ điều khiển PID mà chúng ta đang khảo sát Thêm thành phần D này vào bộ điều khiển P hiện tại, chúng ta thu được bộ điều khiển PD như sau:

F=Kp*e + Kd*(de/dt) (2)Trong đó (de/dt) là vận tốc thay đổi của sai số e và Kd là một hằng số không âm gọi là hệ số D (Derivative gain)

- Sự hiện diện của thành phần D làm giảm overshot của động cơ, khi vận tốc động cơ tiến gần về O, lực F gồm 2 thành phần Kp*e > =0 (P) và Kd*(de/dt) <=0 (D) Trong một số trường hợp thành phần D có giá trị lớn hơn thành phần P và lực

F đổi chiều, “thắng” động cơ lại, vận tốc của động cơ vì thế giảm mạnh ở gần điểm O Một vấn đề nảy sinh là nếu thành phần D quá lớn so với thành phần P hoặc bản thân thành phần Pnhỏ thì khi vận tốc động cơ tiến gần điểm O (chưa thật sự đến O), động cơ có thể không tăng tốc nữa, thành phần D bằng 0 (vìsai số e không thay đổi nữa), lực F = Kp*e Trong khi Kp và e lúc này đều nhỏ nên lực F cũng nhỏ và có thể không thắng đượclực ma sát tĩnh Bạn hãy tưởng tượng tình huống bạn dùng sức của mình để đẩy một xe tải nặng vài chục tấn, tuy lực đẩy tồn tại nhưng xe không thể di chuyển Như thế, động cơ sẽ không tăng tốc dù sai số e vẫn chưa bằng 0 Sai số e trong tình huống này gọi là steady state error (tạm dịch là sai số trạng thái tĩnh)

Để tránh steady state error, người ta thêm vào bộ điều khiển một thành phần có chức năng “cộng dồn” sai số Khi steady state error xảy ra, 2 thành phần P và D mất tác dụng, thành phần điều khiển mới sẽ “cộng dồn” sai số theo thời gian và làm tăng lực F theo thời gian Đến một lúc nào đó, lực F đủ lớn để

thắng ma sát tĩnh và tăng tốc động cơ tiến tiếp về điểm O Thành phần “cộng dồn” này chính là thành phần I (Integral - tích phân) trong bộ điều khiển PID Vì chúng ta điều biết, tích phân một đại lượng theo thời gian chính là tổng của đại lượng

đó theo thời gian Bộ điều khiển đến thời điểm này đã đầy đủ làPID:

- Như vậy, chức năng của từng thành phần trong bộ điều khiển PID giờ đã rõ Tùy vào mục đích và đối tượng điều khiển

mà bộ điều khiển PID có thể được lượt bớt để trở thành bộ điều khiển P, PI hoặc PD Công việc chính của người thiết kế bộ điều khiển PID là chọn các hệ số Kp, Kd và Ki sao cho bộ điều khiển hoạt động tốt và ổn định (quá trình này gọi là PID gain tuning)

3 Các vấn đề đặt ra và hướng giải quyết

a Đọc encoder

- Để điều khiển số vòng quay hay vận tốc động cơ thì chúng ta nhất thiết phải đọc được góc quay của motor Một số phương pháp có thể được dùng để xác định góc quay của motorbao gồm tachometer (thật ra tachometer đo vận tốc quay), dùng biến trở xoay, hoặc dùng encoder Trong đó 2 phương pháp đầutiên là phương pháp analog và dùng optiacal encoder (encoder quang) thuộc nhóm phương pháp digital Hệ thống optical encoder bao gồm một nguồn phát quang (thường là hồng ngoại-infrared), một cảm biến quang và một đĩa có chia rãnh Optical encoder lại được chia thành 2 loại: encoder tuyệt đối (absolute optical encoder) và encoder tương đối (incremental optical encoder) Trong đa số các DC Motor đều dùng incremental optical encoder

Hình 2 Công thức

- Encoder thường có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh I (Index) Trong hình 2 bạn thấy hãy chú ý một

lỗ nhỏ bên phía trong của đĩa quay và một cặp phat-thu dành riêng cho lỗ nhỏ này Đó là kênh I của encoder Cữ mỗi lần motor quay được một vòng, lỗ nhỏ xuất hiện tại vị trí của cặp phát-thu, hồng ngoại từ nguồn phát sẽ xuyên qua lỗ nhỏ đến cảm biến quang, một tín hiệu xuất hiện trên cảm biến Như thế kênh I xuất hiện một “xung” mỗi vòng quay của motor Bên ngoài đĩa quay được chia thành các rãnh nhỏ và một cặp thu-phát khác dành cho các rãnh này Đây là kênh A của encoder, hoạt động của kênh A cũng tương tự kênh I, điểm khác nhau là trong 1 vòng quay của motor, có N “xung” xuất hiện trên kênh

A N là số rãnh trên đĩa và được gọi là độ phân giải (resolution) của encoder Mỗi loại encoder có độ phân giải khác nhau, có khi trên mỗi đĩa chĩ có vài rãnh nhưng cũng có trường hợp đến hàng nghìn rãnh được chia Để điều khiển động cơ, bạn phải biết độ phân giải của encoder đang dùng Độ phân giải ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển và cả phương pháp điều khiển Không được vẽ trong hình 2, tuy nhiên trên các encoder

Hình 3 Encoder

còn có một cặp thu phát khác được đặt trên cùng đường tròn vớikênh A nhưng lệch một chút (lệch M+0,5 rãnh), đây là kênh B của encoder Tín hiệu xung từ kênh B có cùng tần số với kênh

A nhưng lệch pha 900 Bằng cách phối hợp kênh A và B người đọc sẽ biết chiều quay của động cơ

- Hình dưới thể hiện sự bộ trí của 2 cảm biến kênh A và B lệch pha nhau Khi cảm biến A bắt đầu bị che thì cảm biến B hoàn toàn nhận được hồng ngoại xuyên qua, và ngược lại Hình thấp là dạng xung ngõ ra trên 2 kênh Xét trường hợp motor quay cùng chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ trái sang phải Lúc tín hiệu A chuyển từ mức cao xuống thấp (cạnh xuống) thì kênh B đang ở mức thấp Ngược lại, nếu động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ phải qua trái Lúc này, tại cạnh xuống của kênh A thì kênh B đang ở mức cao Như vậy, bằng cách phối hợp 2 kênh A và B chúng ta không những xác định được góc quay (thông qua số xung) mà còn biết được chiều quay của động cơ (thông qua mức của kênh B ở cạnh xuống của kênh A)

Hình 4 Hai kênh cảm biến của encoder

b Mạch cầu H - Mạch công suất

- Mạch gồm 4 con FET mắc theo cặp thuận nghịch hoạt động không đồng thời giống như hình chữ H Mạch có thời gianđáp ứng nhanh hơn so với mạch công suất dùng relay nên thường được sử dụng cho robot tự động, động cơ PID

- Mạch phải đảm bảo nguyên tắc Q1 dẫn thì Q3 ngắt hoặc ngược lại, Q2 dẫn thì Q4 tắt và ngược lại

- Nguyên lí hoạt động của mạch: Q1 và Q4 cùng dẫn Dòng điện qua motor theo chiều từ Q1 sang Q4, động cơ quay Khi Q2 và Q3 dẫn, động cơ quay theo chiều ngược lại

Hình 5 Mạch cầu H

Chương II: Giới thiệu linh kiện sử dụng

Hình 6 Cấu trúc của Cmos

Hình 7 Bảng chân trị của ic HC00A

- Cấu tạo:

- Các

thông số của EL817 (TA = 25°C):

o Nhiệt độ hoạt động : –55°C to +110°C

o Khả năng chịu được sự quá nhiệt: 260°C /10 s

o Dòng vào cực Anôt của EL817 : IF = 50 mA

o Tổn hao công suất ở đầu vào: PI= 70 mW

o Dòng Colector : IC= 50 mA

o Công suất tiêu tán ở cực C : 150 mW

o Tổng công suất tiêu tán : 200 mW

o Điện trở cách điện : R=1011Ω

3 Diot zenner 12V

- Diode Zener, còn gọi là "điốt đánh thủng" hay "điốt ổn áp": là loại điốt được chế tạo tối ưu để hoạt động tốt trong miền đánh thủng Khi sử dụng điốt này mắc ngược chiều lại, nếu điện áp tại mạch lớn hơn điện áp định mức của điốt thì điốt sẽ cho dòng điện đi qua

- Khi được phân cực thuận diode Zener hoạt động giống diode bình thường Khi được phân cực nghịch, lúc đầu chỉ có dòng điện thậtnhỏ qua diode Nhưng nếu điện áp nghịch tăng đến một giá trị thích ứng: Vngược = Vz (Vz: điện áp Zener) thì dòng qua diode tăng mạnh,

Hình 8 Cấu tạo của Opto EL 817

nhưng hiệu điện thế giữa hai đầu diode hầu như không thay đổi, gọi làhiệu thế Zener.

- Kí hiệu diode zener trên sơ đồ điện:

4 Fet IRF 540, IRF9540

- MOSFET là viết tắt của cụm Meta Oxide Semiconductor Effect Transistor tức Transisor hiệu ứng trường có dùng kim loại và oxit bán dẫn

Field Cơ bản, đối với MOSFET kênh N, nếu điện áp chân G lớn hơn chân S khoảng từ 3V thì MOSFET bão hòa hay dẫn Khi đó điện trở giữa 2 chân D và S rất nhỏ (gọi là điện trở dẫn DS), MOSFET tương đương với một khóa đóng Ngược lại, với MOSFET kênh P, khi điện

áp chân G nhỏ hơn điện áp chân S khoảng 3V thì MOSFET dẫn, điện trở dẫn cũng rất nhỏ Vì tính dẫn của MOSFET phụ thuộc vào điện áp chân G (khác với BJT, tính dẫn phụ thuộc vào dòng IB), MOSFET được gọi là linh kiện điều khiển bằng điện áp, rất lý tưởng cho các mạch số nơi mà điện áp được dùng làm mức logic (ví dụ 0V là mức 0,

Hình 9 Kí hiệu của zenner

5V là mức 1).

- MOSFET thường được dùng thay các BJT trong các mạch cầu

H vì dòng mà linh kiện bán dẫn này có thể dẫn rất cao, thích hợp cho các mạch công suất lớn Do cách thức hoạt động, có thể hình dung MOSFET kênh N tương đương một BJT loại npn và MOSFET kênh Ptương đương BJT loại pnp Thông thường các nhà sản xuất MOSFET thường tạo ra 1 cặp MOSFET gồm 1 linh kiện kênh N và 1 linh kiện kênh P, 2 MOSFET này có thông số tương đồng nhau và thường đượcdùng cùng nhau Một ví dụ dùng 2 MOSFET tương đồng là các mạch

số CMOS (Complemetary MOS) Cũng giống như BJT, khi dùng MOSFET cho mạch cầu H, mỗi loại MOSFET chỉ thích hợp với 1 vị trí nhất định, MOSFET kênh N được dùng cho các khóa phía dưới và MOSFET kênh P dùng cho các khóa phía trên

- Ban đầu MOSFET không được kích, không có dòng điện trong mạch, điện áp chân S bằng 0 Khi MOSFET được kích và dẫn, điện trở dẫn DS rất nhỏ so với trở kháng của motor nên điện áp chân S gần bằng điện áp nguồn là 12V Do yêu cầu của MOSFET, để kích dẫn MOSFET thì điện áp kích chân G phải lớn hơn chân S ít nhất 3V, nghĩa là ít nhất 15V trong khi chúng ta dùng vi điều khiển để kích MOSFET, rất khó tạo ra điện áp 15V Như thế MOSFET kênh N không phù hợp để làm các khóa phía trên trong mạch cầu H (ít nhất là theo cách giải thích trên) MOSFET loại P thường được dùng trong

Hình 11 Ví dụ MOSFET kênh N điều khiển động cơ

trường hợp này Tuy nhiên, một nhược điểm của MOSFET kênh P là điện trở dẫn DS của nó lớn hơn MOSFET loại N Vì thế, dù được thiết

kế tốt, MOSFET kênh P trong các mạch cầu H dùng 2 loại MOSFET thường bị nóng và dễ hỏng hơn MOSFET loại N, công suất mạch cũng bị giảm phần nào

- Ta dùng 2 MOSFET kênh N IRF540 và 2 kênh P IRF9540 của hãng International Rectifier làm các khóa cho mạch cầu H Các MOSFET loại này chịu dòng khá cao (có thể đến 30A - danh nghĩa)

và điện áp cao nhưng có nhược điểm là điện trở dẫn tương đối lớn Phần kích cho các MOSFET kênh N bên dưới thì không quá khó, chỉ cần dùng vi điều khiển kích trực tiếp vào các đường L2 hay R2 Riêngcác khóa trên (IRF9540, kênh P) chúng em dùng thêm BJT 2N3904

để làm mạch kích Khi chưa kích BJT 2N3904, chân G của MOSFET được nối lên VS bằng điện trở 1K, điện áp chân G vì thế gần bằng VS cũng là điện áp chân S của IRF9540 nên MOSFET này không dẫn

Hình 12 Mạch cầu H dùng 2 MOSFET

Khi kích các line L1 hoặc R1, các BJT 2N3904 dẫn làm điện áp chân

G của IRF9540 sụt xuống gần bằng 0V (vì khóa 2N3904 đóng mạch) Khi đó, điện áp chân G nhỏ hơn nhiều so với điện áp chân S,

MOSFET dẫn Vi điều khiển có thể được dùng để kích các đường L1, L2, R1 và R2

4 Động cơ điện một chiều

- Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều:

Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều, 1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp

- Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo

ra chuyển động quay của rotor

Hình 13 Pha 1 của động cơ 1 chiều

- Pha 2: Rotor tiếp tục quay.

- Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa

stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1

- Cơ chế sinh lực quay của động cơ điện một chiều:

+ 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 Để làm cho rô to quay liên tục và đúng chiều, một bộ cổ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu kỳ Chỉ có vấn đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ trường Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90o so với phương ban đầu của nó, khi đó Rô to sẽ quay theo quán tính

+ Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều phiến góp khác nhau trên cổ góp Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục và hầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của Rô to

Hình 14 Pha 2 của động cơ 1 chiều

Hình 15 Pha 3 của động cơ 1 chiều