Đồ án Điều chỉnh động cơ điện một chiều

Chương I: MỘT SỐ LINH KIỆN THỤ ĐỘNG 1. Điện trở 1.1. Khái niệm - Điện trở là sự cản trở dòng điện chảy trong vật dẫn điện - Ký hiệu: R - Được xác định bằng biểu thức R = U/I - Đơn vị là: Ohm 1.2. Phân loại 1.2.1. Phân loại theo cấu tạo Có 4 loại cơ bản : a. Điện trở than: Dùng bột than ép lại dạng thanh có trị số điện trở từ vài Ω đến vài chục MΩ, công suất 1/8 W đến vài W. Loại dùng chất Nicken-Crôm có trị số ổn định hơn điện trở than, giá thành cao .Công suất điện trở thường là 1/2 W. b. Điện trở ôxit kim loại: Dùng chất oxit-thiếc chịu được nhiệt độ cao và độ ẩm cao. Công suất điện trở thường là 1/2 W. c. Điện trở dây quấn: Dùng các loại hợp kim để chế tạo các loại điện trở cần trị số nhỏ hay cần dòng điện chịu đựng cao. Công suất điện trở vài W đến vài chục W. d. Điện trở xi măng: Thành phần cấu tạo chính là xi măng. Công dụng chính là dùng trong các mạch hạn dòng có công suất lớn. Ưu điểm chính của loại này là công suất lớn và ít bị cháy chập khi mạch bị quá tải. 1.2.2. Phân loại theo công dụng a. Biến trở Biến trở còn được gọi là chiết áp được cấu tạo gồm một điện trở màng than hay dây quấn có dạng hình cung góc quay 270 độ .Có một trục xoay, ở giữa nối một con trượt làm bằng than hay làm bằng kim loại có biến trở than, con trượt sẽ ép lên mặt điện trở để tạo kiểu nối tiếp xúc làm thay đổi trị số điện trở khi xoay trục. VR VR Hình 1.1: Kí hiệu và hình dáng của biến trở b. Nhiệt trở Là loại điện trở có trị số thay đổi theo nhiệt độ. Có hai loại nhiệt trở : Nhiệt trở có hệ số nhiệt âm: Là loại nhiệt trở khi nhận giá trị cao hơn thì trị số điện trở giảm xuống và ngược lại. Nhiệt trở có trị số nhiệt dương: Là loại nhiệt trở khi nhận nhiệt độ cao hơn thì trị số điện trở tăng lên. Nhiệt trở thường dùng để ổn định nhiệt cho các tầng khuếch đại công suất hay làm linh kiện cảm biến trong các hệ thống tự động điều khiển theo nhiệt độ. TH Hình 1.2: Kí hiệu ,hình dáng của nhiệt trở c. Quang trở Thường được chế tạo từ chất sulfur-catmium, lên trên kí hiệu thường ghi chữ CdS. Quang trở có trị số điện trở lớn hay nhỏ tuỳ thuộc cường độ chiếu sáng vào nó. Độ chiếu sáng càng mạnh thì điện trở có trị số càng nhỏ và ngược lại. Quang trở thường dùng trong các mạch tự động điều khiên bằng ánh sáng, báo động … CdS Hình 1.3. Kí hiệu hình dáng của quang trở d. Điện trở cầu chì Điện trở cầu chì có tác dụng bảo vệ quá tải như các cầu chì của hệ thống điện nhà nhưng nó được dùng trong các mạch điện tử để bảo vệ cho mạch nguồn hay các mạch có dòng tải lớn như các transistor công suất. Khi có dòng điện qúa lớn hơn trị số cho phép thì điện trở sẽ bị nóng và bị đứt. Điện trở cầu chì có trị số rất nhỏ khoảng vài Ohm. FUSISTỎRTOR Hình 1.4. Kí hiệu hình dáng của điện trở cầu chì e. Điện trở tuỳ áp: Viết tắt là VDR Đây là loại điện trở có trị số thay đổi theo điện áp đặt vào hai cực. Khi điện áp đặt vào giữa hai cực ở dưới trị số danh định thì VDR có trị số còn thấp coi như ngắn mạch. Điện trở tuỳ áp có hình dáng giống như nhiệt trở nhưng nặng như kim loại. Ứng dụng của điện trở Trong sinh hoạt, điển trở được dùng để chế tạo các loại dụng cụ điện như: Bàn ủi, bếp điện, bóng đèn … Trong công nghiệp, điện trở để chế tạo các thiết bị sấy, giới hạn dòng điện khởi động của động cơ … Trong lĩnh vực điện tử, điện trở được nạp cho pin nickel-cadmium. 2. Tụ điện 2.1. Khái niệm - Tụ điện là một loại linh kiện thụ động trong mạch điện tử. - Ký hiệu là : C - Đơn vị là: F 2.2. Phân loại Tụ điện được chia làm hai loại chính là: Tụ điện không phân cực tính dương và âm: Hình 2.1. Tụ điện không phân cực dương và âm Tụ điện phân cực tính được chia làm nhiều dạng: Hình 2.2. Tụ phân cực tính 2.2.1. Tụ oxit hóa (thường gọi là tụ hóa) Tụ hóa có điện dung lớn từ 1μF đến 10.000μF là loại tụ có phân loại cực tính dương và âm. Hình 2.3.Kí hiệu và hình dáng của tụ hóa 2.2.2. Tụ gốm - Tụ gốm có điện dung từ 1 ρF đến 1μF, là loại tụ không có cực tính, điện áp làm việc vài trăm volt. - Về hình dáng tụ gồm có nhiều dạng và có nhiều cách ghi trị số điện dung C khác nhau. 100 25V 22ŋ F .01 50V C=0,01μF C=100 ρF C=22ŋ F Hình 2.4. Kí hiệu, hình dáng, cách đọc tụ gốm 2.2.3. Tụ giấy Là loại tụ không có cực tính gồm có hai bản cực là các băng kim loại dài, ở giữa có lớp cách điện là giấy tẩm dầu cuộn lại thành ống. Điện áp đánh thủng đến vài trăm volt. Hình 2.5. Kí hiệu, hình dáng của tụ giấy 2.2.4. Tụ mica Là loại tụ không có cực tính, điện dung từ vài ρF đến vài trăm ŋF, điện áp làm việc rất cao, trên 1000V. Trên tụ mica được sơn các chấm màu để chỉ trị số điện dung và cách đọc giống như cách đọc trị số điện trở. Hình 2.6. Tụ mica 2.2.5. Tụ màng mỏng Là loại tụ có chất điện môi là các chất polyester (PE), polyetylen (PS), điện dung từ vài trăm ρF đến vài chục μF, điện áp làm việc đến hàng ngàn volt. Hình 2.7. Tụ màng mỏng 2.2.6. Tụ tang Là loại tụ có phân cực tính, điện dung có thể rất cao nhưng kích thước nhỏ từ 0.1μF đến 100μF, điện áp làm việc thấp chỉ vài chục volt. 2.3. Ứng dụng 2.3.1. Tụ dẫn diện ở tần số cao Tín hiệu âm tần, âm thanh bổng thuộc loại tần số cao nên tín hiệu âm bổng sẽ được qua tụ C để đưa vào loa bổng, có âm trầm có tần số thấp sẽ bị chặn lại. Do đó tín hiệu âm trầm chỉ đưa vào loa trầm. 2.3.2. Tụ nạp xả điện trong mạch Mạch nắn điện chỉ có tác dụng cho bán kỳ dương của dòng điện xoay chiều đi qua và không cho bán kì âm đi qua. Nếu có tụ C đặt song song với tải ở ngõ ra thì tụ sẽ nạp điện khi điện áp tăng lên và xả điện khi điện áp giảm xuống làm cho dòng điện được liên tục và giảm bớt mức gợn sóng của dòng điện xoay chiều hình sin. 3. Điốt 3.1. Cấu tạo Trong một tinh thể bán dẫn thể Si ( hay Gr) được pha để trở thành vùng bán dẫn loại N và vùng bán dẫn loại P, ở mối nối P – N có sự nhạy cảm đối với các tác động của điện, quang, nhiệt. Trong vùng bán dẫn P có nhiều lỗ trống, trong vùng N có nhiều electron thừa, khi hai vùng này tiếp xúc nhau sẽ có một số electron vùng N qua mối nối và tái hợp với lỗ trống của P. Tại mối nối xảy ra sự cho nhận electron và lỗ trống vùng N và P đến khi điện tích âm của vùng P đủ lớn để đẩy các electron không cho electron từ vùng N sang P nữa. Sự chênh lệch điện tích ở hai bên mối nối gọi là hàng dào điện áp hay còn gọi là vùng nghèo điện tử. Diot bán dẫn có cấu tạo như hình 3.1. Hình 3.1. 3.2. Nguyên lí hoạt động 3.2.1. Phân cực ngược - Khi ta cấp âm nguồn vào cực A ( cực P) của điôt, cực dương nguồn sẽ hút lỗ trống của vùng P và điện tích dương của nguồn sẽ hút electron của vùng N làm cho lỗ trống và hai bên lớp tiếp giáp càng xa nhau hơn nên hiện tượng tái hợp giữa electron và lỗ trống càng khó khăn. Tuy nhiên trường hợp này vẫn có một dòng điện rất nhỏ qua điôt từ N- > P gọi là dòng điện rỉ, trị số khoảng ŋA. - Dòng điện rỉ còn gọi là dòng điện bão hoà nghịch Is. Do dòng có trị số rất nhỏ nên trong nhiều trường hợp người ta coi như điốt không dẫn điện khi phân cực ngược. Hình 3.2 .Phân cực ngược cho diot 3.2.2. Phân cực thuận Diode. - Dùng một nguồn DC nối cực dương của nguồn vào chân P và cực âm của nguồn vào chân N của diode. Lúc đó điện tích dương của nguồn sẽ đẩy lỗ trống trong vùng P và điện tích của nguồn sẽ đẩy electron trong vùng N làm cho electron và lỗ trống lại gần mối nối hơn và khi lực đẩy tĩnh điện đủ lớn thì electron từ N sẽ sang mối nối qua P và tái hợp lỗ trống. - Khi vùng N mất electron trở thành mạng điện tích dương thì vùng N sẽ kéo điện tích âm của nguồn lên thế chỗ, khi vùng P nhận electron trở thành mạng điện tích âm thì cực dương của nguồn sẽ kéo theo điện tích âm từ vùng P về. Như vậy đã có một dòng electron chảy liên tục từ cực âm của nguồn qua diode về cực dương của nguồn, nói cách khác có dòng điện đi qua diode theo chiều từ P sang. Hình 3.3. Phân cực thuận cho diode 3.3. Đặc tính vôn-ampe của diode - Đặc tính vôn-ampe của diode biểu thị mối quan hệ giữa dòng điện chảy qua nó và điện áp giữa Anôt và Catôt. - Khi diode được phân cực thuận lúc đầu dòng điện qua diode tăng dần qua diode cho đ - Khi phân cực ngược cho diode nếu tăng điện áp âm thì ban đầu chỉ có một dòng điện đến khi điện áp đặt nên diode đạt ngưỡng mở là 0,6V với Si và 0,3V với Ge thì điện áp tăng vọt lên nên tiếp tục tăng điện áp nguồn thì điện áp giữa hai đầu diode vẫn giữ ở mức là 0,6 với Si và 0,3 với Ge. Hình 3.4.Đặc tuyến vôn-ampe của diot Nhận xét: Đường đặc tuyến của diode được chia làm 3 vùng: +Vùng 1 đánh thủng vùng này được phân cực thuận với dòng lớn(mA), điện áp nhỏ. + Vùng 2 vùng phân cực ngược dòng điện nhỏ, điện áp lớn. + Vùng 3 vùng đánh thủng. 3.4. Phân loại diode. Diode được phân làm nhiều loại như diode chỉnh lưu, diode tách sóng, diode biến tần, photodiode, diode phát quang… 3.4.1. Diode chỉnh lưu Được sử dụng trong các mạch lọc nguồn từ xoay chiều sang một chiều, do đặc tính của diode cho điện áp dương của tín hiệu xoay chiều đi qua nên trong các mạch chỉnh lưu người ta chia ra các loại mạch chỉnh lưu như chỉnh lưu nưả chu kỳ, chỉnh lưu toàn chu kỳ, chỉnh lưu cầu. 3.4.2. Photo diode Cấu tạo: Ứng dụng hiệu ứng quang áp, người ta chế tạo ra diode quang. Đó là một chuyển tiếp P – N có cấu trúc sao cho ánh sáng dễ dàng chiếu trực tiếp lên bề mặt bán dẫn. Khi làm việc, diode quang được phân cực nhờ nguồn điện áp E (hình dưới) mà do đó có một dòng điện ngược ban đầu I0 rất nhỏ. Khi được ánh sáng chiếu vào, có thêm dòng điện sáng I tạo ra bởi các hạt mang năng lượng của phôtôn và chảy cùng chiều với dòng điện ngược. Vì vậy, dòng tổng chảy qua tải Rt có trị số đáng kể và tăng theo cường độ ánh sáng chiếu vào. Đặc tuyến vôn – ampe Hình 3.5 .Đặc tuyến vôn-ampe Để thiết lập đặc tuyến vôn – ampe của chuyển tiếp P – N được chiếu sáng, ta gọi V là điện áp hj trên chuyển tiếp đó ( theo chiều thuận), và I là dòng điện tổng ( với chiều dương quy ước là chiều của dòng I, nghĩa là chiều của dòng điện ngược với chuyển tiếp P – N) Dưới tác dụng của điện áp V dòng chuyển tiếp P – N theo chiều thuận được xác định bởi: Is(e – 1) Vì vậy dòng tổng hộp chảy qua chuyển tiếp P – N được chiếu sáng ( theo chiều dòng điện ngược ) sẽ là: I = I . Is(e -1) Hoặc sau một vài lần biến đổi đơn giản sẽ có dạng khác: V = T .ln [ I – I/Is + 1 ] Hệ thức trên chính là biểu thức giải thích đặc tuyến vôn – ampe của chuyển tiếp P – N được chiếu sáng. Nó biểu thị quan hệ dòng điện I chảy qua chuyển tiếp P – N ( theo chiều ngược) và điện áp V đặt lên chuyển tiếp đó ứng với các trạng thái chiếu sáng khác nhau. Đặc tuyến năng lượng Hình 3.6 Đặc tuyến năng lượng I = f ứng với tổng điện áp phân cực khác nhau của phôtô diode Ta thấy khi quang thông không quá lớn thì dòng điện sáng I gần như tăng chủ yếu theo cường độ sáng. Mặt khác với cùng một quang thông như nhau, nếu điện áp phân cực ngược cho phôtôdiode càng lớn thì dòng I sang càng lớn. Sở dĩ như vậy là vì khi điện áp phân cực ngược lớn, miền nghèo thì sẽ mở rộng, do đó quãng đường mà hạt dẫn ohải khuyếch tán từ nơi sản sinh( nơi đươc chiếu sáng) đến biên giới vùng nghèo sẽ rút ngắn lại, khiến số lượng hạt dẫn bị hao hụt do tái hợp trên đường đi sẽ giảm, dòng điện sáng sẽ càng lớn. Thực ra ảnh hưởng của điện áp V đến trị số dòng điện I là rất yếu, bởi vì như ta đã thấy từ họ đặc tuyến Vôn – Ampe của phần diode, các đặc tuyến gần như song song với trục điện áp V. Ứng dụng Phôtôdiode thực chất là một chuyển tiếp P – N được chiếu sáng và phân cực ngược. Nó cung cấp một dòng điện ( theo chiều ngược ) tỷ lệ vơí cường độ sáng chiếu vào. Vì vậy, tương tự như quang trở, phôtôdiode được dùng làm phần tử cảm biến trong các thiết bị đo ánh sáng, trong các mạch điều khiển hoặc dùng như một điện trở có trị số R thay đổi theo cường độ sáng. 3.4.3. Diode phát quang Diode phát quang là một linh kiện bán dẫn thuộc nhóm điện quang, hoạt động dựa trên hiện tượng tái hợp bức xạ tức là hiện tượng giải phóng ra các photon khi có tái hợp trực tiếp giữa các lỗ trống. Điện áp thuận đặt vào LED thường cỡ 1V – 2 V tương ứng với dòng điện thuận cỡ vài chục mA. Trong phạm vi dòng điện nhỏ cường độ ánh sáng phát ra gần như tăng tuyến tính với trị số dòng điện thuận. Nhưng khi làm việc với dòng qúa lớn thì nhiệt độ toả ra lớn làm hiệu suất lượng tử giảm, do đó cường độ ánh sáng giảm. Về phía ngược, các LED có điện áp cực đại cho phép nhỏ hơn nhiều so với diode silic, thông thường chỉ cỡ từ 3V – 5V. LED được sử dụng rất rộng rãi nó thường được sử dụng trong các thiết bị hiển thị như màu các màn hình dùng ma trận LED, LED 7 thanh hay dùng trong quảng cáo, ngoài ra nó còn dùng làm thiết bị phát sáng hồng ngoại cung cấp cho các thiết bị thu hồng ngoại như photo diode, photo transistor … 3.5. Ký hiệu và đặc điểm nhận dạng một số loại diode . TT Ký hiệu loại diode Đặc điểm 1 Chỉnh lưu Côngsuất nhỏ - Kích thước nhỏ, thân màu xám hoặc đen. - Vòng màu trắng ký hiệu đầu catốt. 2 Chỉnh lưu Công suất lớn - Kích thước lớn, vỏ thường bằng kim loại để tản nhiệt 3 Chỉnh lưu cao tần - Kích thước nhỏ, vỏ thường làm bằng thuỷ tinh trong suốt. - Là diode tiếp điểm, vòng màu ký hiệu thường có màu đỏ hoặc xanh ký hiệu catốt. - Làm việc ở tần số cao. 4 Diode ổn áp - Kích thước nhỏ phụ thuộc vào công suất làm việc của nó. - Trên thân thường có ký hiệu giá trị điện áp ổn áp 5 Diode phát Quang - Vỏ thường có màu (xanh, đỏ, vàng). - Đối với diode hồng ngoại và một số loại khác thường được chế tạo trong suốt. - Một số loại có thể phát ra hai màu khác nhau. 6 Diode thu Quang - Vỏ thường có hai màu: Trong suốt và loại có màu đỏ đen có tác dụng chỉ cho tia hồng ngoại đi qua. 7 Cầu chỉnh lưu diode - Có hai đầu vào điện áp xoay chiều. - Cấu tạo bởi 4 diode mắc theo hình cầu. - Hai đầu ra âm và dương. - Có hai dạng như hình vẽ bên. 4. TRANSISTOR ( Bóng bán dẫn ) Nội dung đề cập : Cấu tạo, Ký hiệu và hình dáng, Thông số kỹ thuật, Cấp nguồn và phân cực và 3 cách mắc cơ bản.4.1. Cấu tạo của Transistor. ( Bóng bán dẫn ) Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N , nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận , nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược. về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau .Cấu tạo Transistor Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực , lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B ( Base ), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp.  Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát ( Emitter ) viết tắt là E, và cực thu hay cực góp ( Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được. 4.2. Ký hiệu & hình dáng Transistor . Ký hiệu của Transistor Hình ảnh thực tếTransistor công suất nhỏ Transistor công suất lớn 4.3. Các thông số kỹ thuật của Transistor, Transistor số (Digital transistor),4.3.1. Các thông số kỹ thuật của TransistorDòng điện cực đại : Là dòng điện giới hạn của transistor, vượt qua dòng giới hạn này Transistor sẽ bị hỏng. Điện áp cực đại : Là điện áp giới hạn của transistor đặt vào cực CE , vượt qua điện áp giới hạn này Transistor sẽ bị đánh thủng. Tấn số cắt : Là tần số giới hạn mà Transistor làm việc bình thường, vượt quá tần số này thì độ khuyếch đại của Transistor bị giảm . Hệ số khuyếch đại : Là tỷ lệ biến đổi của dòng ICE lớn gấp bao nhiêu lần dòng IBE Công xuất cực đại : Khi hoat động Transistor tiêu tán một công xuất P = UCE . ICE nếu công xuất này vượt quá công xuất cực đại của Transistor thì Transistor sẽ bị hỏng . 4.3.2. Một số Transistor đặc biệt .* Transistor số ( Digital Transistor ) : Transistor số có cấu tạo như Transistor thường nhưng chân B được đấu thêm một điện trở vài chục KΩTransistor số thường được sử dụng trong các mạch công tắc , mạch logic, mạch điều khiển , khi hoạt động người ta có thể đưa trực tiếp áp lệnh 5V vào chân B để điều khiển đèn ngắt mở.Minh hoạ ứng dụng của Transistor Digital* Transistor công xuất dòng ( công xuất ngang ) Transistor công xuất lớn thường được gọi là sò. Sò dòng, Sò nguồn vv..các sò này được thiết kế để điều khiển bộ cao áp hoặc biến áp nguồn xung hoạt động , Chúng thường có điện áp hoạt động cao và cho dòng chịu đựng lớn. Các sò công xuất dòng( Ti vi mầu) thường có đấu thêm các diode đệm ở trong song song với cực CE.Sò công xuất dòng trong Ti vi mầu 4.4. Cấp nguồn và phân cực cho Transistor Nội dung : Ứng dụng của Transistor, Cấp nguồn cho Transistor, phân cực cho Transistor hoạt động, Mạch phân cực có hồi tiếp. --------------------------------------------------------------------------------4.4.1. Ứng dụng của Transistor.Thực ra một thiết bị không có Transistor thì chưa phải là thiết bị điện tử, vì vậy Transistor có thể xem là một linh kiện quan trọng nhất trong các thiết bị điện tử, các loại IC thực chất là các mạch tích hợp nhiều Transistor trong một linh kiện duy nhất, trong mạch điện , Transistor được dùng để khuyếch đại tín hiệu Analog, chuyển trạng thái của mạch Digital, sử dụng làm các công tắc điện tử, làm các bộ tạo dao động v v...4.4.2. Cấp điện cho Transistor ( Vcc - điện áp cung cấp ) Để sử dụng Transistor trong mạch ta cần phải cấp cho nó một nguồn điện, tuỳ theo mục đích sử dụng mà nguồn điện được cấp trực tiếp vào Transistor hay đi qua điện trở, cuộn dây v v... nguồn điện Vcc cho Transistor được quy ước là nguồn cấp cho cực CE.Cấp nguồn Vcc cho Transistor ngược và thuậnTa thấy rằng : Nếu Transistor là ngược NPN thì Vcc phải là nguồn dương (+), nếu Transistor là thuận PNP thì Vcc là nguồn âm (-) 4.4.3.Phân cực cho Transistor .* Phân cực : là cấp một nguồn điện vào chân B ( qua trở định thiên) để đặt Transistor vào trạng thái sẵn sàng hoạt động, sẵn sàng khuyếch đại các tín hiệu cho dù rất nhỏ.* Tại sao phải định thiên cho Transistor nó mới sẵn sàng hoạt động ? : Để hiếu được điều này ta hãy xét hai sơ đồ trên :  - Ở trên là hai mạch sử dụng transistor để khuyếch đại tín hiệu, một mạch chân B không được phân cực và một mạch chân B được phân cực thông qua Rđt.  -Các nguồn tín hiệu đưa vào khuyếch đại thường có biên độ rất nhỏ ( từ 0,05V đến 0,5V ) khi đưa vào chân B( đèn chưa phân cực) các tín hiệu này không đủ để tạo ra dòng IBE ( đặc điểm mối P-N phaỉ có 0,6V mới có dòng chạy qua ) => vì vậy cũng không có dòng ICE => sụt áp trên Rg = 0V và điện áp ra chân C = Vcc  -Ở sơ đồ thứ 2 , Transistor có Rđt phân cực => có dòng IBE, khi đưa tín hiệu nhỏ vào chân B => làm cho dòng IBE tăng hoặc giảm => dòng ICE cũng tăng hoặc giảm , sụt áp trên Rg cũng thay đổi => và kết quả đầu ra ta thu được một tín hiệu tương tự đầu vào nhưng có biên độ lớn hơn. => Kết luận : phân cực nghĩa là tạo một dòng điện IBE ban đầu, một sụt áp trên Rg ban đầu để khi có một nguồn tín hiệu yếu đi vào cực B , dòng IBE sẽ tăng hoặc giảm => dòng ICE cũng tăng hoặc giảm => dẫn đến sụt áp trên Rg cũng tăng hoặc giảm => và sụt áp này chính là tín hiệu ta cần lấy ra .3. Một số mạch phân cực khác .* Mạch phân cực dùng hai nguồn điện khác nhau .* Mach phân cực có điện trở phân áp * Mạch phân cực có hồi tiếp . 4.5. Cách mắc Transistor căn bản.  4.5.1. Transistor mắc theo kiểu E chung.      Mạch mắc theo kiểu E chung có cực E đấu trực tiếp xuống mass hoặc đấu qua tụ xuống mass để thoát thành phần xoay chiều, tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực C,  mạch có sơ đồ như sau : Mạch khuyếch đại điện áp mắc kiểu E chung ,Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực C Rg : là điện trở ghánh , Rđt : Là điện trở định thiên, Rpa : Là điện trở phân áp .       Đặc điểm của mạch khuyếch đại E chung.  Mạch khuyếch đại E chung thường được định thiên sao cho điện áp UCE khoảng 60% ÷ 70 %  Vcc. Biên độ tín hiệu ra thu được lớn hơn biên độ tín hiệu vào nhiều lần, như vậy mạch khuyếch đại về điện áp. Dòng điện tín hiệu ra lớn hơn dòng tín hiệu vào nhưng không đáng kể. Tín hiệu đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào : vì khi điện áp tín hiệu vào tăng => dòng IBE tăng => dòng ICE tăng => sụt áp trên Rg tăng => kết quả là điện áp chân C giảm , và ngược lại khi điện áp đầu vào giảm thì điện áp chân C lại tăng  => vì vậy điện áp đầu ra ngược pha với tín hiệu đầu vào. Mạch mắc theo kiểu E chung như trên được ứng dụng nhiều nhất trong thiết bị điện tử.    4.5.2. Transistor mắc theo kiểu C chung.    Mạch mắc theo kiểu C chung có chân C đấu vào mass hoặc dương nguồn ( Lưu ý : về phương diện xoay chiều thì dương nguồn tương đương với mass ) , Tín hiệu được đưa vào cực B và lấy ra trên cực E , mạch có sơ đồ như sau : Mạch mắc kiểu C chung , tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực E        Đặc điểm của mạch khuyếch đại C chung . Tín hiệu đưa vào cực B và lấy ra trên cực E Biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào : Vì mối BE luôn luôn có giá trị khoảng 0,6V do đó khi điện áp chân B tăng bao nhiêu thì áp chân C cũng tăng bấy nhiêu => vì vậy biên độ tín hiệu ra bằng biên độ tín hiệu vào . Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào : Vì khi điện áp vào tăng => thì điện áp ra cũng tăng, điện áp vào giảm thì điện áp ra cũng giảm. Cường độ của tín hiệu ra mạnh hơn cường độ của tín hiệu vào nhiều lần :  Vì khi tín hiệu vào có biên độ tăng => dòng IBE sẽ tăng  => dòng ICE cũng tăng gấp β lần dòng IBE vì       ICE =  β.IBE   giả sử Transistor có hệ số khuyếch đại β = 50 lần thì khi dòng IBE tăng 1mA => dòng ICE sẽ tăng 50mA, dòng ICE chính là dòng của tín hiệu đầu ra, như vậy tín hiệu đầu ra có cường độ dòng điện mạnh hơn nhiều lần so với tín hiệu vào. Mạch trên  được ứng dụng nhiều trong các mạch khuyếch đại đêm (Damper), trước khi chia tín hiệu làm nhiều nhánh , người ta thường dùng mạch Damper để khuyếch đại cho tín hiệu khoẻ hơn . Ngoài ra mạch còn được ứng dụng rất nhiều trong các mạch ổn áp nguồn ( ta sẽ tìm hiểu trong phần sau )    4.5.3. Transistor mắc theo kiểu B chung. Mạch mắc theo kiểu B chung có tín hiệu đưa vào chân E và lấy ra trên chân C , chân B được thoát mass thông qua tụ. Mach mắc kiểu B chung rất ít khi được sử dụng trong thực tế. Mạch khuyếch đại kiểu B chung , khuyếch đại về điện áp và không khuyếch đại về dòng điện. 5 . IC KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN Nội dung : Giới thiệu chung, Cấu tạo, Mạch khuếch đại thuật toán lý tưởng, Nguyên lý hoạt động, Ứng dụng ( Mạch khuếch đại đảo, Mạch khuếch đại đảo, Mạch khuếch đại đệm, Mạch so sánh ) 5.1.Giới thiệu chung Từ khi mới ra đời, mạch khuếch đại thuật toán được thiết kế để thực hiện các phép tính bằng cách sử dụng điện áp như một giá trị tương tự để mô phỏng các đại lượng khác. Trong đó mạch khuếch đại thuật toán sẽ thực hiện các thuật toán như Cộng, Trừ, Tích phân và Vi phân vv... Tuy nhiên, mạch khuếch đại thuật toán lại rất đa năng, với rất nhiều ứng dụng khác ngoài các ứng dụng thuật toán. Các mạch khuếch đại thuật toán thực nghiệm, được lắp ráp bằng các transistor, các đèn điện tử chân không hoặc những linh kiện khuếch đại khác, được trình bày dưới dạng những mạch linh kiện rời rạc hoặc các mạch tích hợp đã tương hợp với những linh kiện Các mạch khuếch đại thuật toán thường có những thông số nằm trong những giới hạn nhất định, và có những vỏ ngoài tiêu chuẩn, cùng với nguồn điện cung cấp tiêu chuẩn. Chúng có rất nhiều ứng dụng trong lĩnh vực điện tử; chỉ cần một số ít linh kiện bên ngoài nó có thể thực hiện cả một dải rộng xử lý tín hiệu tương tự. 5.2. Cấu trúc chân IC IC khuếch đại thuật toán OP-AMPLY1 Ký hiệu IC khuếch đại thuật toán OP-Amply IC gồm các chân : _ Vcc : Chân điện áp cung cấp. _ Mass : Chân tiếp đất . _ IN 1 : Chân tín hiệu vào đảo. _ IN 2 : Chân tín hiệu vào không đảo. _ OUT : Chân tín hiệu ra. Mặc dù các thiết kế có thể khác nhau giữa các sản phẩm và các nhà chế tạo, nhưng tất cả các mạch khuếch đại thuật toán đều có chung những cấu trúc bên trong, bao gồm 3 tầng: Mạch khuếch đại vi sai Tầng khuếch đại đầu vào tạo ra độ khuếch đại tạp âm thấp, tổng trở vào cao, thường có đầu ra vi sai Mạch khuếch đại điện áp Tầng khuếch đại điện áp, tạo ra hệ số khuếch đại điện áp lớn, độ suy giảm tần số đơn cực, và thường có ngõ ra đơn Mạch khuếch đại đầu ra: Tầng khuếch đại đầu ra, tạo ra khả năng tải dòng lớn, tổng trở đầu ra thấp, có giới hạn dòng và bảo vệ ngắn mạch. 5.3.Mạch khuếch đại thuật toán lý tưởng Với mọi giá trị điện áp ở đầu vào, một mạch khuếch đại thuật toán "lý tưởng" có: Độ lợi vòng hở vô cùng lớn, Băng thông vô cùng lớn, Tổng trở đầu vào vô cùng lớn, (để cho dòng điện đầu vào bằng không), Điện áp bù bằng không, Tốc độ thay đổi điện áp vô cùng lớn, Tổng trở đầu ra bằng không và Tạp nhiễu (độ ồn) bằng không. Như thế, đầu vào của mạch khuếch đại thuật toán lý tưởng khi tính toán trong vòng hồi tiếp có thể mô phỏng bằng một khâu nullator, ngõ ra với một khâu norato và kết hợp cả 2 ( một mạch khuếch đại thuật toán lý tưởng hoàn chỉnh) bằng một khâu nullor 5.4. Nguyên lý hoạt động của OP-Amply OP-Amply hoạt động theo nguyên tắc: Khuếch đại sự chênh lệch giữa hai điện áp đầu vào IN1 và IN2 - Khi chênh lệch giữa hai điện áp đầu vào bằng 0 (tức IN2 – IN1 = 0V) thì điện áp ra có giá trị bằng khoảng 45% điện áp Vcc - Khi điện áp đầu vào IN2 > IN1 => thì điện áp đầu ra tăng lên bằng Vcc - Khi điện áp đầu vào IN2 thì điện áp đầu ra giảm xuống bằng 0V Sơ đồ bên trong của OP-Amply 5.5. Ứng dụng của OP-Amply 5. 5.1.Mạch khuếch đại đảo dùng OP-Amply - Nếu ta cho tín hiệu vào đầu vào đảo (cực âm) và đầu vào không đảo (cực dương) đem chập xuống mass ta sẽ được một mạch khuếch đại đảo. - Hệ số khuếch đại có thể điều chỉnh được bằng cách điều chỉnh giá trị các điện trở Rht và R1, hệ số khuếch đại bằng tỷ số giữa hai điện trở này. K = - Rht / R1 trong đó K là hệ số khuếch đại của mạch 5.5.2. Mạch khuếch đại không đảo dùng OP-Amply Đây là sơ đồ của mạch khuếch đại không đảo, về hệ số khuếch đại thì tương đương với mạch khuếch đại đảo nhưng điểm khác là điện áp ra Vout cùng pha với điện áp đầu vào Vin K = 1 + Rht / R1 5.5.3.Mạch khuếch đại đệm (khuếch đại dòng điện) dùng OP-Amply. Khi đem đầu ra đấu với đầu vào âm (hay đầu vào đảo) rồi cho tín hiệu vào cổng không đảo ta sẽ thu được một mach khuếch đại có hệ số khuếch đại điện áp bằng 1, tuy nhiên hệ số khuếch đại về dòng lại rất lớn, vì vậy mạch kiểu này thường được sử dụng trong các mạch khuếch đại về dòng điện. 5.5.4. Mạch so sánh dùng OP-Amply _ Khi V2 = V1 thì điện áp ra Vout = Khoảng 45% Vcc & không đổi _ Khi V2 > V1 hay V2 – V1 >0 thì Vout > 45% Vcc _ Khi V2 < V1 hay V2 – V1 <0 thì Vout < 45% Vcc _ Khi V1 = const thì Vout tỉ lệ thuận với V2 _ Khi V2 = const thì Vout tỉ lệ nghịch với V1 6. BIẾN ÁP Nội dung : Cấu tạo, Tỷ số vòng/ vol, Công suất, Phân loại biến áp.6.1. Cấu tạo của biến áp.Biến áp 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 ferit . Ký hiệu máy biến áp6.2. Tỷ số vòng / vol của biến áp .Gọi n1 và n2 là số vòng của quộn sơ cấp và thứ cấp. U1 và I1 là điện áp và dòng điện đi vào cuộn sơ cấp U2 và I2 là điện áp và dòng điện đi ra từ cuộn thứ cấp. Ta có các hệ thức như sau : U1 / U2 = n1 / n2 Điện áp ở trên hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp tỷ lệ thuận với số vòng dây quấn. U1 / U2 = I2 / I1 Dòng điện ở trên hai đầu cuộn dây tỷ lệ nghịch với điện áp, nghĩa là nếu ta lấy ra điện áp càng cao thì cho dòng càng nhỏ. 6.3. Công xuất của biến áp . Công xuất của biến áp phụ thuộc tiết diện của lõi từ, và phụ thuộc vào tần số của dòng điện xoay chiều, biến áp hoạt động ở tần số càng cao thì cho công xuất càng lớn.764. Phân loại biến áp .* Biến áp nguồn và biến áp âm tần:   Biến áp nguồn Biến áp nguồn hình xuyến * Biến áp nguồn thường gặp trong Cassete, Âmply .. , biến áp này hoạt động ở tần số điện lưới 50Hz , lõi biến áp sử dụng các lá Tônsilic hình chữ E và I ghép lại, biến áp này có tỷ số vòng / vol lớn. * Biến áp âm tần sử dụng làm biến áp đảo pha và biến áp ra loa trong các mạch khuyếch đại công xuất âm tần,biến áp cũng sử dụng lá Tônsilic làm lõi từ như biến áp nguồn, nhưng lá tônsilic trong biến áp âm tần mỏng hơn để tránh tổn hao, biến áp âm tần hoạt động ở tần số cao hơn , vì vậy có số vòng vol thấp hơn, khi thiết kế biến áp âm tần người ta thường lấy giá trị tần số trung bình khoảng 1KHz - đến 3KHz.* Biến áp xung & Cao áp . Biến áp xung Biến áp cao áp  Biến áp xung là biến áp hoạt động ở tần số cao khoảng vài chục KHz như biến áp trong các bộ nguồn xung , biến áp cao áp . lõi biến áp xung làm bằng ferit , do hoạt động ở tần số cao nên biến áp xung cho công xuất rất mạnh, so với biến áp nguồn thông thường có cùng trọng lượng thì biến áp xung có thể cho công xuất mạnh gấp hàng chục lần. CHƯƠNG 2: ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Trong nền sản xuất hiện nay, động cơ điện Không Đồng Bộ đang chiếm ưu thế so với động cơ điện một chiều. Đó là do sự ra đời của các máy biến tần, tuy vậy việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện Không Đồng Bộ vẫn còn là việc khó khăn. Do vậy, động cơ điện một chiều với đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt vẫn còn được dùng nhiều trong trong các ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ. Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu về động cơ điện một chiều dưới các góc độ: Nguyên lý hoạt động chung. Cấu tạo chung. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ. Các chế độ khởi động của động cơ điện một chiều. 1. NGUYÊN LÝ CHUNG Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên nguyên lý của hiện tượng cảm ứng điện từ. I Như ta đã biết thanh dẫn có dòng điện đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng lực từ. Vì vậy khi cho dòng điện một chiều đi vào chổi than A và đi ra ở chổi than B thì các thanh dẫn sẽ chịu tác dụng của lực từ. Bên cạnh đó do dòng điện chỉ đi vào thanh dẫn nằm dưới cực N và đi ra ở các thanh dẫn chỉ nằm trên cực S nên dưới tác dụng của từ trường lên các thanh dẫn sẽ sinh ra mô men có chiều không đổi và làm cho roto của máy quay. Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập. Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn Ukt, dây cuốn kích từ sinh ra từ thông Φ. Trong tất cả các trường hợp, khi mở máy bao giờ cũng phải đảm bảo có Φmax tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ Rkt đến nhỏ nhất có thể. Cũng cần đảm bảo không xảy ra đứt mạch kích thích vì khi đó Φ = 0, M = 0, động cơ sẽ không quay được, do đó Eư = 0 và theo biểu thức U = Eư + RưIư thì dòng điện Iư sẽ rất lớn làm cháy động cơ. Nếu mômen do động cơ điện sinh ra lớn hơn mômen cản (M > Mc) rôto bắt đầu quay và suất điện động Eư sẽ tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n. Do sự xuất hiện và tăng lên của Eư, dòng điện Iư sẽ giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm hơn. 2. CẤU TẠO CHUNG. Động cơ điện một chiều bao gồm hai phần chính là: Phần tĩnh: Stato. Phần quay: Roto. 2.1. STATO. Đây là phần đứng yên của máy. Phần tĩnh bao gồm các bộ phận sau: cực từ chính, cực từ phụ, gông từ và các bộ phận khác. a. Cực từ chính. Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ được làm bằng các lá thép KTĐ hay thép cácbon dày 0.5 đến 1 mm ép lại và tán chặt. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt lên trên các cực từ. Các cuộn dây này được nối nối tiếp với nhau. b. Cực từ phụ. Cực từ phụ được đặt giữa các cực tù chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực tù phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờ các bulông. c. Gông từ. Gông từ được dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ , đồng thời làm vỏ máy. d. Các bộ phận khác. Ngoài ba bộ phận chính trên còn có các bộ phận khác như: Nắp máy, cơ cấu chổi than. Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định lên giá chổi than và cách điện với giá đó. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than đúng chỗ. 2.2. Roto. Roto của động cơ điện một chiều bao gồm các bộ phận sau: lõi sắt phần ứng, dây quấn phần ứng, cổ góp và các bộ phận khác. a. Lõi sắt phần ứng. Dùng để dẫn từ. Thường làm bằng những tấm thép KTĐ (thép hợp kim silix) dày 0.5 mm bôi cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. b. Dây quấn phần ứng. Là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ (công suất dưới vài kilowatt) thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. Để tránh khi bị văng ra do sức li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay ba-ke-lit. c. Cổ góp. Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp có nhiều phiến đồng có đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành góp có cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng. d. Các bộ phận khác. Cánh quạt: dùng dể quạt gió làm nguội động cơ. Động cơ điện một chiều thường được chế tạo theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp động cơ có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên trục động cơ. Khi động cơ quay, cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ. Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội động cơ. Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục động cơ thường được làm bằng thép cácbon tốt. 3. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Theo lý thuyết máy điện ta có phương trình sau: với hay Từ hai phương trình trên ta thấy n (tốc độ của động cơ) phụ thuộc vào θ (từ thông), R (điện trở phần ứng), U (điện áp phần ứng). Vì vậy để điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều ta có ba phương án. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp. 3.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ M(Iư) θδ’’’ θδ’’ θδ’ θδđm n (vòng/phút) n0’’’ n0’’ n0’ n0đm Mđm(Iđm) Đồ thị hình trên cho thấy đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều ứng với các giá trị khác nhau của từ thông. Khi từ thông giảm thì n0 tăng nhưng ∆n còn tăng nhanh hơn do đó ta mới thấy độ dốc của các đường đặc tính cơ này khác nhau. Chúng sẽ cùng hôi tụ về điểm trên trục hoành ứng với dòng điện rất lớn: Iư = (U/Rư). Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ định mức. Giới hạn trong việc điều chỉnh tốc độ quay bằng phương pháp này là 1:2; 1:5; 1:8. Tuy nhiên có nhược điểm khi sử dụng phương pháp là phải dùng các biện pháp khống chế đặc biệt do đó cấu tạo và công nghệ chế tạo phức tạp, khiến giá thành máy tăng. 3.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng. Ta có: Từ thông không đổi nên n0 không đổi, chỉ có ∆n là thay đổi. Một điều dễ thấy nữa là, do ta chỉ có thể đưa thêm Rf chứ không thể giảm Rư nên ở đây chỉ điều chỉnh được tốc độ dưới tốc độ định mức. Do Rf càng lớn đặc tính cơ càng mềm nên tốc độ sẽ thay đổi nhiều khi tải thay đổi (từ đồ thị cho thấy, khi I biến thiên thì ứng với cùng dải biến thiên của I đường đặc tính cơ nào mềm hơn tốc độ sẽ thay đổi nhiều hơn). Tuy nhiên phương pháp này làm tăng công suất và giảm hiệu suất. n (vòng/phút) n0 Rf0 Rf1 Rf2 Rf3 Mđm(Iđm) M(Iư) 3.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp. n (vòng/phút) M(Iư) 4 2 3 1 (Uđm) Mđm(Iđm) Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ cả trên và dưới định mức. Tuy nhiên do cách điện của thiết bị thường chỉ tính toán cho điện áp định mức nên thường giảm điện áp U. Khi U giảm thì n0 giảm nhưng ∆n là const nên tốc độ n giảm. Vì vậy thường chỉ điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức. Còn nếu lớn hơn thì chỉ điều chỉnh trong phạm vi rất nhỏ.Đặc điểm quan trọng của phương pháp là khi điều chỉnh tốc độ thì mô men không đổi vì từ thông và dòng điện phần ứng đều không thay đổi (M = CM. θ. Iư).Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ trong giới hạn 1:10, thậm chí cao hơn nữa có thể đến 1:25.Phương pháp chỉ dùng cho động cơ điện một chiều kích thích độc lập hoặc song song làm việc ở chế độ kích từ độc lập.Điều chỉnh động cơ DC bằng PWM chính là sử dụng phương pháp này 4. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỘNG CƠ 1.Chỉ tiêu kỹ thuật Động cơ được chọn phải thích ứng với môi trường làm việc: Tuỳ theo môi trường: khô - ướt, sạch - bẩn, nóng - lạnh, hoá chất ăn mòn, dễ nổ, ..., mà chọn các động cơ kiểu: hở - kín, chống nước, chống hoá chất, chống nổ, nhiệt đới hoá, ... Động cơ được chọn phải thoả mãn điều kiện phát nóng khi làm việc bình thường cũng như khi quá tải (đây là điều kiện cơ bản) Động cơ được chọn phải đảm bảo tốc độ yêu cầu: tốc độ định mức, có điều chỉnh tốc độ hay không, phạm vi điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh trơn hay điều chỉnh có cấp. Chọn loại động cơ thông dụng hay động cơ có điều chỉnh tốc độ. ... Động cơ được chọn phải đảm bảo khởi động, hãm, đảo chiều ... tốt. 2.Chỉ tiêu kinh tế Động cơ được chọn phải làm việc với hiệu suất kinh tế cao. Vốn đầu tư bé, chi phí vận hành ít. CHƯƠNG 3-NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH ĐỘNG CƠ DC BẰNG PWM 1.Giới thiệu về PWM Phương pháp điều chế PWM ( Pulse Width Modulation) là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đếm sự thay đổi điện áp raĐể dễ hiểu hơn ta có hình vẽ sau : Sơ đồ trên là dạng xung điều chế trong 1 chu kì thì thời gian xung lên (Sườn dương) nó thay đổi dãn ra hoặc co vào. Và độ rộng của nó được tính bằng phần trăm tức là độ rộng của nó được tính như sau :độ rộng  =  (t1/T).100 (%)Như vậy thời gian xung lên càng lớn trong 1 chu kì thì điện áp đầu ra sẽ càng lớn. Nhìn trên hình vẽ trên thì ta tính được điện áp ra tải sẽ là :+ Đối với PWM = 25% ==> Ut = Umax.(t1/T) = Umax.25% (V)+ Đối với PWM = 50% ==> Ut = Umax.50% (V)+ Đối với PWM = 75% ==> Ut = Umax.75% (V)Cứ như thế ta tính được điện áp đầu ra tải với bất kì độ rộng xung nào. 2. Nguyên lý của PWM.Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn tới tải và một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt. Phần tử thực hiện nhiện vụ đó trong mạch các van bán dẫn.Xét hoạt động đóng cắt của một van bán dẫn. Dùng van đóng cắt bằng Mosfet Trên là mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM và giản đồ xung của chân điều khiển và dạng điện áp đầu ra khi dùng PWM.* Nguyên lý : Trong khoảng thời gian 0 - to ta cho van G mở toàn bộ điện áp nguồn Ud được đưa ra tải. Còn trong khoảng thời gian to - T cho van G khóa, cắt nguồn cung cấp cho tải. Vì vậy với to thay đổi từ 0 cho đến T ta sẽ cung cấp toàn bộ , một phần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải.+ Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải :Gọi to là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở )còn T là thời gian của cả sườn âm và dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải. ==> Ud = Umax.( t1/T) (V) hay Ud = Umax.Dvới D = t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % Như vậy ta nhìn trên hình đồ thị dạng điều chế xung thì ta có : Điện áp trùng bình trên tải sẽ là :+ Ud = 12.20% = 2.4V ( với D = 20%)+ Ud = 12.40% = 4.8V (Vói D = 40%)+ Ud = 12.90% = 10.8V (Với D = 90%) 3.Cách điều khiển độ rộng xung của PWMCó rất nhiều cách để điều chỉnh độ rộng xung đầu ra cho PWM .Với sơ đồ của đề tài này thì độ rộng xung đầu ra được điều chỉnh theo phương pháp so sánh Để tạo được bằng phương pháp so sánh thì cần 2 điều kiện sau đây : + Tín hiệu răng cưa : Xác định tần số của PWM+ Tín hiệu tựa là một điện áp chuẩn xác định mức công suất điều chế (Tín hiệu DC)Xét sơ đồ mạch sau :  Chúng ta sử dụng một bộ so sánh điện áp 2 đầu vào là 1 xung răng cưa (Saw) và 1 tín hiệu 1 chiều (Ref) + Khi Saw Ref thì cho ra điện áp là UrmaxVà cứ như vậy mỗi khi chúng ta thay đổi Ref thì Output lại có chuỗi xung độ rộng D thay đổi với tần số xung vuông Output = tần số xung răng cưa Saw. 4.Ưu nhược điểm của mạch PWM dùng làm mạch điều khiển động cơ DC: Ưu điểm: - Transistor ở lối ra chỉ có duy nhất hai trạng thái (ON hoặc OFF) do đó loại bỏ được mất mát về năng lượng đốt nóng hay năng lượng rò rỉ tại lối ra. - Dải điều khiển rộng hơn so với mạch điều chỉnh tuyến tính. - Tốc độ mô tơ quay nhanh hơn khi cấp chuỗi xung điều chế theo kiểu PWM so với khi cấp một điện áp tương đương với điện áp trung bình của chuỗi xung PWM. Nhược điểm: - Cần các mạch điện tử bổ trợ - giá thành cao- Các xung kích lên 12 Volt có thể gây nên tiếng ồn nếu mô tơ không được gắn chặt và tiếng ồn này sẽ tăng lên nếu gặp phải trường hợp cộng hưởng của vỏ. - Ngoài ra việc dùng chuỗi xung điều chế PWM có thể làm giảm tuổi thọ của mô tơ. CHƯƠNG 4.PHÂN TÍCH SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU KHIỂN mạch lặp Tạo xung vuông Tạo xung răng cưa Mạch so sánh Van động lực Hoạt động của từng khối : 1. Mạch lặp : Mạch lặp có chức năng ổn định điện áp đầu ra lấy từ cầu phân áp đưa vào đầu vào không đảo của ic khuếch đại thuật toán .Ta có: Vout=[R2/(R1+R2)]*Vin R1=R2=100K nên : Vout=[R2/2R2]*Vin =Vin/2=24v/2v=12V 2. Khâu tạo xung vuông và điện áp răng cưa : Hình IV.1.a hình IV.1.b Tạo điện áp tam giác bằng cách tích phân xung vuông ở OA1 như hình IV.1.a .Xung vuông có thể tạo bằng nhiều cách khác nhau . Tích phân xung này chính là quá trình nạp,xả tụ .Nếu điện áp vào khâu tích phân không đối xứng có thể xuất hiện sai số đáng kể . Điện áp răng cưa trên hình IV.1.b mang tính phi tuyến cao .Điện áp răng cưa sẽ nhận được tuyến tính hơn khi sử dụng sơ đồ hình IV.1.a .Khuếch đại OA 1 có hồi tiếp dương bằng điện trở R3,đầu ra có trị số điện áp nguồn và dấu phụ thuộc hiệu điện áp hai cổng V+ và V- . Đầu vào V+ có hai tín hiệu : một tín hiệu không đổi lấy từ đầu ra của OA 1,một tín hiệu biến thiên lấy từ đầu ra của OA 4 .Điện áp chuẩn so sánh để quyết định đổi dấu điện áp ra của OA 1 là trung tính vào V- .Giả sử đầu ra của OA 1 dương U1 > 0 khuếch đại OA 2 ,tích phân đảo dấu cho điện áp có phần đi xuống của điện áp răng cưa .Sườn đi xuống của điện áp tựa tới lúc điện áp vào R3,R5 trái dấu ,tới khi nào V+ = 0 đầu ra của OA 1 đổi đấu thành âm .Chu kỳ điện áp ra của OA 1 cứ luân phiên đổi dấu như vậy cho ta điện áp ra như hình IV.1.b. Tần số của điện áp răng cưa được tính : Bằng cách chọn các trị số của điện trở và tụ điện ta có được điện áp tựa có tần số như mong muốn . 3. Khâu so sánh điện áp: Khâu so sánh điện áp Hình IV.2 Tương tự như các mạch so sánh thường gặp .Khâu so sánh của PWM báo hiệu sự cân bằng giữa điện áp cần so sánh và điện áp chuẩn từ đó xác định thời điểm mở và khóa van bán dẫn .Đầu vào của khâu này gồm có hai tín hiệu : điện áp tựa(điện áp răng cưa) và điện áp một chiều làm điện áp điều khiển như trên hình IV.2. Từ hình IV.2 thấy rằng trong mỗi chu kỳ điện áp tựa(điện áp răng cưa) có hai thời điểm điện áp tựa bằng điện áp điều khiển .Tại các thời điểm đó đầu ra của khâu so sánh đổi đấu điện áp .Chẳng hạn điện áp đang ở mức âm sẽ chuyển xuống mức dương và ngược lại .Tương ứng với các thời điểm đột biến điện áp đầu ra của khâu so sánh cần có lệnh mở hoặc khóa van bán dẫn mà ở đây chính là điều khiển đóng ngắt IRF 540 .Bằng cách điều chỉnh biến trở để Udk thay đổi ta được dạng xung đầu ra thay đổi tương ứng điện áp sẽ thay đổi . 4. Van động lực: Van động lực được dùng trong sơ đồ này là loại transistor trường hay MOSFET có tên là IRF 540 .Nó là MOSFET loại N (N-CHANNEL) có thể chịu được dòng lên đến 25A và tần số đóng ngắt rất cao (1MHz).Nó dùng để đóng ngắt và khuếch đại điện áp cung cấp cho động cơ DC.Xung điện áp được đưa vào qua chân G của IRF 540,giả sử ban đầu xung điện áp có điện áp >0 IRF dẫn => có điện áp đầu ra,tại thời điểm thứ 2 xung điện áp có giá trị =0 IRF khóa điện áp đầu ra là =0 và cứ như vậy tạo ra điện áp đầu ra có dạng xung vuông. Một số thông số cơ bản của IRF 540 : Thông số Min Max Đơn vị Điều kiện VDSS Điện áp đánh thủng 100 -------------- V VGS = 0V, ID = 250µA RDS(on) Điện trở cực DS ------------- 44 mW VGS= 10V, ID = 16A VSD Điện áp trước diot ------------- 1,2 V IS = 16A, VGS = 0V VGS Điện áp cực cửa Gate 2.0 4.0 V VDS=VGS, ID = 250µA IDS Dòng D-S cực đại ------------- 33 A --------------- P Công suất cực đại ------------- 130 W --------------- Sơ đồ mạch thiết kế hoàn chỉnh: Các thông số trong mạch: Tên linh kiện Thông số Loại linh kiện Số lượng R1-R4 100K-1/4W Resistor 4 R5 47K-1/4W Resistor 1 R6-R7 3,3K-1/4W Resistor 2 R8 2,7K-1/4W Resistor 1 R9 470 Ω-1/4W Resistor 1 VR1 10K Variable resistor 1 C1 0,01 μF-25V Ceramic disk capacitor 1 C2-C5 0,1 μF-50V Ceramic disk capacitor 4 LED Led red 1 D1 1N4004 Silicon diode 1 Q1 IRF 540 N channel MOSFET 1 IC LM324 Quad OA 1 Sơ đồ mạch in vẽ trên eagle: Tài liệu tham khảo: 1.Điện tử công suất –Nguyễn Bính,Đỗ Công Thắng và Nguyễn Phương Thảo(Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật) 2.Truyền động điện-Bùi Quốc Khánh,Nguyễn Văn Liễn(Nhà xuất bản khoa hoc kỹ thuật) 3.Máy điện tập 1,2,3-Nguyễn Khánh Hà,Vũ Gia Hanh,Nguyễn Duy Bình(Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật) 4.Kỹ thuật điện tử-Đỗ Xuân Thụ(Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật) Một số website: www.tailieu.vn www.baigiang.violet.vn www.wikipedia.com