ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
KỸ SƯ NGÀNH CƠ – ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC LOẠI MÁY ĐIỆN ĐẶC BIỆT
TRONG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
CHUYÊN ĐỀ:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN
ĐỘNG CƠ SERVO MỘT CHIỀU

GVHD: Th.S NGUYỄN TRỌNG THẮNG
SVTH : BÙI TRÍ HOÀI
MSSV : 20460182

TP HCM, Tháng 01 - 2010


LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công
cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang diễn ra mạnh mẽ. Trước tình
hình đó đã có khá nhiều yêu cầu cấp bách và cũng là những thách thức được
đặt ra cho giới trí thức.
Ngày nay sự kết hợp giữa các ngành học trong lĩnh vực công nghiệp – tự
động hóa là rất cần thiết, cách tốt nhất để thực hiện sự kết hợp đó là đi sâu vào
tìm hiểu, thiết kế, nhằm phục vụ một giải pháp công nghiệp nào đó.
Vấn đề tự động hóa trong công nghiệp để giảm bớt lao động chân tay và
nâng cao năng suất lao động, là một trong những đề tài được các bạn sinh viên,
các thầy cô ở các trưởng kỹ thuật quan tâm và nghiên cứu nhiều nhất. Chính vì
vậy thực hiện đề tài: “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐIỀU

LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
Phần A

TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIỆN
MỘT CHIỀU ĐẶC BIỆT
CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG

1
1

CHƯƠNG 2: MÁY KHUẾCH ĐẠI ĐIỆN TỪ (MĐKĐ)

2

CHƯƠNG 3: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU KHÔNG TIẾP XÚC
I. CẤU TẠO
II. NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG

6
6
6

CHƯƠNG 4: ĐỘNG CƠ CHẤP HÀNH MỘT CHIỀU
I. KHÁI NIỆM CHUNG
II. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
CHẤP HÀNH MỘT CHIỀU
1. ĐIỀU KHIỂN PHẦN ỨNG
a) Đặc tính cơ
b) Đặc tính điều chỉnh

24
25
26


Phần B

GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ SERVO
I. GIỚI THIỆU
II. HOẠT ĐỘNG CỦA SERVO
III. SERVO VÀ ĐIỀU BIẾN ĐỘ RỘNG XUNG
IV. VAI TRÒ CỦA VÔN KẾ
V. CÁC GIỚI HẠN QUAY
VI. THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA SERVO
VII. CÁC KIỂU NỐI ĐẦU DÂY
VIII. MẠCH ĐIỀU KHIỂN SERVO
IX. ĐIỀU KHIỂN SERVO BẰNG IC ĐỊNH THÌ 555
X. GẮN CÁC LIÊN KẾT CƠ KHÍ VÀO SERVO
XI. GẮN BÁNH XE VÀO SERVO
XII. MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ ĐỘNG CƠ SERVO

27
27
28
29
30
30
32
32
35

1. GIAO TIẾP GIỮA MÁY TÍNH VÀ THIẾT BỊ NGOẠI VI 61
1.1 Giao tiếp bằng SLOT – CARD
61
1.2 Giao tiếp bằng cổng máy in
61
1.3 Giao tiếp bằng cổng COM
61
1.4 Chọn phương pháp giao tiếp và cổng kết
62
2. GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH
65
2.1 LED 7 ĐOẠN
65
2.1.1 DẠNG LED
65
2.1.2 LED ANODE CHUNG
65
2.1.3 LED CATHODE CHUNG
66
2.2 ĐIỆN TRỞ
68
2.3 TỤ ĐIỆN
69
2.4 DIODE
71
2.5 OPTO
72


2.6 GIỚI THIỆU CÁC LOẠI IC SỐ

81


TÀI LIỆU THAM KHẢO
GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN ĐẶC BIỆT
…...………………………………………………..NGUYỄN TRỌNG THẮNG
KỸ THUẬT SỐ 1
…………………………………………………………...NGUYỄN NHƯ ANH
GIÁO TRÌNH LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
…..……………………………………………………NGUYỄN TẤN PHƯỚC
ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH
…………………………………………………………………NGÔ DIÊN TẬP
MẠCH ĐIỆN TỬ 1, 2
……………………………………………………………..LÊ TIẾN THƯỜNG


Luận Văn Tốt Nghiệp Khóa 2004

GVHD: Th.S NGUYỄN TRỌNG THẮNG

PHẦN A:

TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIỆN MỘT
CHIỀU ĐẶC BIỆT
CHƯƠNG 1:

ĐẠI CƯƠNG
Máy điện một chiều chủ yếu được chế tạo thành động cơ hay máy phát điện,
nhưng trong nhiều ngành kỹ thuật chuyên môn đặc biệt máy điện một chiều được chế
tạo dưới nhiều dạng đặc biệt khác nhau, nó được dùng trong kỹ thuật hàn, điện phân,

khuếch đại là công suất đưa ra Pđm ở đầu vào máy phát, nhưng vì Pt =  (1  2)% Pđm,
nên hệ số khuếch đại rất nhỏ (kKĐ  50  100 ) nên máy phát điện kích thích độc lập
không được dùng như MĐKĐ.

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lí máy điện một chiều kích từ độc lập.
Máy điên khuyếch đại có kKĐ rất lớn, vì có hai bậc khuyếch đại:
k KĐ 

Pra U r I r

k v ki
Pvào U v I r

(2.1)

Trong đó:
kv 

Ur
: hệ số KĐ điện áp.
Uv

ki 

Ir
: hệ số KĐ dòng điện.
Iv

SVTH: BÙI TRÍ HOÀI


Pđk Uđk.Iđk
Dòng điện Tđk sinh ra từ thông dọc trục  đk ,  đk gây nên sđđ E1 ở 2 đầu
chổi than 1-1. Vì 1-1 mạch ngắn nên gây ra dòng I1 khá lớn chảy trong chổi than.
Dòng I1 gây nên từ thông 1 , dưới tác dụng của 1 sẽ gây nên sđđ E2 khá lớn, E2 tạo
nên điện áp U2 và cung cấp ra ngoài một dòng điện I2 nào đó.
P đk  U đk .I đk  P1  U 1 .I 1  P2  U 2 .I 2

Như vậy ta đã khống chế được công suất từ Pđk  P2 khá lớn.
SVTH: BÙI TRÍ HOÀI

Trang 3


Luận Văn Tốt Nghiệp Khóa 2004

GVHD: Th.S NGUYỄN TRỌNG THẮNG

Hệ số khuyếch đại công suất:
kp 

P2
P P
 2 . 1  k 2 .k1
Pđk P1 Pđk

(2.3)

K p có thể lên đến trị số 8000  10000 .

MĐKĐ có thể dùng để duy trì điện áp, dòng điện hay duy trì rốc độ quay của


Trang 5


Luận Văn Tốt Nghiệp Khóa 2004

GVHD: Th.S NGUYỄN TRỌNG THẮNG

CHƯƠNG 3:

MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU KHÔNG
TIẾP XÚC
Với sự phát triển của công nghệ bán dẫn, các nhà sản xuất máy điện đã chế tạo
ra các loại máy điện một chiều không sử dụng vành góp và chổi than hay còn gọi là
máy phát điện một chiều không tiếp xúc. Đặc điểm của loại máy điện này là làm việc
tin cậy, không tạo ra tia lửa điện, không gây nhiễu và có tuổi thọ cao hơn so với các
loại động cơ một chiều thông thường. Trong phần này sẽ trình bày loại động cơ này.

I. CẤU TẠO
Động cơ không tiếp xúc một chiều có cấu tạo từ ba thành phần chính sau:
Động cơ không tiếp xúc với cuộn ứng m - pha trên stato và rôto kích thích bằng
nam châm vĩnh cửu.
Cảm biến vị trí rôto, đặt cùng vỏ máy với động cơ, thực hiện chức năng tạo ra
tín hiệu điều khiển nhằm xác định thời điểm và thứ tự đổi chiều.
Bộ đổi chiều không tiếp xúc, thực hiện đổi chiều dòng điện trong cuộn ứng trên
stato theo tín hiệu điều khiển của cảm biến vị trí rôto.

Hình 1.5: Sơ đồ cấu trúc động cơ một chiều không tiếp xúc.

II. NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG

điện áp ngược chiều với hình vẽ.
Quá trình đổi chiều điện áp trên dây quấn stato phải đồng thời với sự thay đổi
chiều cực từ rôto. Điều này đảm bào chiều quay của mômen không đổi trong một vòng
quay.
Hình 1.7 trình bày quá trình kết hợp đổi chiều từ trường stato và từ trường rôto.

SVTH: BÙI TRÍ HOÀI

Trang 7


Luận Văn Tốt Nghiệp Khóa 2004

GVHD: Th.S NGUYỄN TRỌNG THẮNG

Hình 1.7: Quá trình đổi chiều từ trường stato và rôto.
Khi có dòng điện qua dây quấn stato, dưới sự tác động của từ trường rôto sẽ tạo
ra mômen quay.

M  k s  r Sin
Với

(3.1)

k: hệ số máy không đổi.
 s ,  r : từ thông cực từ stato và rôto

 : góc hợp bởi trục cực từ rôto và trục từ trường stato.
Khi mạch từ chưa bão hòa biểu thức trên có thể biểu diễn dưới dạng sau:



Luận Văn Tốt Nghiệp Khóa 2004

GVHD: Th.S NGUYỄN TRỌNG THẮNG

Hình 1.8: Sơ đồ kết nối giữa các pha động cơ không chổi than.
a- Đấu tam giác
b- Đấu sao
c- Đấu song song với nguồn
d- Đấu nối tiếp với nguồn
Trong các cách đấu trên thì đấu tam giác sẽ cho hiệu suất cao nhất, độ dao động
của mômen là bé nhất. Cách đấu song song có bộ đổi chiều đơn giản nhất.
Để hiểu rõ hơn vấn đề đảo chiều khi số cuộn dây tăng, ta phân tích nguyên lí
hoạt động của động cơ có ba pha và các pha được đấu song song với nguồn.

SVTH: BÙI TRÍ HOÀI

Trang 9


Luận Văn Tốt Nghiệp Khóa 2004

GVHD: Th.S NGUYỄN TRỌNG THẮNG

Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lí đơn giản của động cơ một chiều không chổi than
với stato có ba cuộn dây được nối song song với nguồn.
Cuộn dây phần ứng đặt trên các rãnh của stato gồm có ba pha A, B, C lệch nhau
trong không gian một góc 1200 và được nối song song với nguồn.
Phần tử tín hiệu có dạng hình tròn khuyết và được làm bằng vật liệu sắt từ.
Phần tử này được đặt trên trục của động cơ.

Quá trình trên cứ tiếp tục, tín hiệu điều khiển từ cảm biến vị trí được đưa vào các
transistor của bộ phận đổi chiều và làm cho chúng dẫn hoặc ngưng dẫn đúng lúc.

III. MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG CHỔI THAN
Hình 1.10 trình bày sơ đồ diều khiển động cơ không chổi than, có ba pha, kết
nối sao và có đảo chiều quay.

Hình 1.10: Sơ đồ mạch điều khiển động cơ không chổi than.
 Nguyên lí hoạt động của mạch
- Khi quay theo chiều kim đồng hồ: D=0
SVTH: BÙI TRÍ HOÀI

Trang 11


Luận Văn Tốt Nghiệp Khóa 2004

GVHD: Th.S NGUYỄN TRỌNG THẮNG

Trạng thái điều khiển các pha tương ứng với tín hiệu nhận được từ cảm biến vị
trí như được trình bày ở Hình 1.11
.

Hình 1.11: Trình tự điều khiển các pha động cơ không chổi than khi quay
theo chiều kim đồng hồ.
Giả sử ban đầu vị trí vùng khuyết của phần tử cảm biến tín hiệu nằm ở vị trí
như Hình 1.10. Ở vị trí này chỉ có phần tử cảm biến A tác động tương ứng với trạng
thái logic DCBA =0001. Bộ mã hóa vị trí sẽ tạo tín hiệu ứng với mã 1 điều khiển mở
transistor T1, T6 thông qua 2 cổng or 1 và 6, khi ấy cuộn dây A và C có điện tạo ra stđ
F AC. Nhờ sự tương tác giữa sức từ động F AC với từ thông của từ trường rôto bằng nam



Luận Văn Tốt Nghiệp Khóa 2004

GVHD: Th.S NGUYỄN TRỌNG THẮNG

CHƯƠNG 4:

ĐỘNG CƠ CHẤP HÀNH MỘT CHIỀU
I. KHÁI NIỆM CHUNG:
Là một máy biến tín hiệu điện áp thành tốc độ quay hoặc góc chuyển dịch để
đưa vào đối tượng điều khiển
Trong các hệ thống tự động và điều khiển từ xa, ĐCCH được sử dụng rất rộng
rãi.
So với ĐCCH xoay chiều ĐCCH một chiều có những ưu điểm sau:
- Chúng cho phép nhận được những tốc độ quay lớn, nhỏ tùy ý.
- Điều chỉnh tốc độ quay dễ dàng, bằng phẳng, kinh tế và có phạm vi điều chỉnh
rộng.
- Làm việc ổn định mọi tốc độ.
- Có đặc tính cơ và đặc tính điều chỉnh tuyến tính.
- Không có hiện tượng tự quay.
- Kích thước và trọng lượng nhỏ hơn từ 2 đến 3 lần so với ĐCCH không đồng bộ
có cùng công suất.
Tuy nhiên ĐCCH một chiều có những khuyết điểm sau:
Có vành góp và chổi than, nghĩa là có sự tiếp xúc trượt. Điện trở tiếp xúc quá
độ không phải là hằng số gây nên sự kém ổn định của các đặc tính làm việc. Tia lửa
điện dưới lửa than làm nóng động cơ không cho phép ĐCCH một chiều làm việc ở
những vị trí dễ gây nổ. Tia lửa điện còn là nguồn gây nhiễu vô tuyến điện, do đó yêu
cầu phải có bộ lọc nhiễu đặc biệt và lưới chắn.
Theo cấu trúc ĐCCH một chiều có thể phân loại thành:

Trong khuôn khổ giáo trình, chúng ta chỉ nghiên cứu ĐCCH một chiều thông
thường
II. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
CHẤP HÀNH MỘT CHIỀU.
Ở ĐCCH một chiều kích thích độc lập, điện áp điều khiển có thể đưa vào một
trong hai cuộn dây:
Nếu điệp áp điều khiển đưa vào cuộn phần ứng thì ta gọi là điều khiển phần
ứng.
Nếu điện áp điều khiển đưa vào cuộn kích thích thì ta gọi là điều khiển cực.
Ở ĐCCH một chiều nam châm vĩnh cửu, cuộn điều khiển chỉ có thể là cuộn dây
phần ứng nghĩa là chỉ có thể điều khiển phần ứng (hình 1.13).

a)
b)
Hình 1.13: Các phương pháp điều khiển ĐCCH một chiều:
a – điều khiển phần ứng
b – điều khiển cực
1. Điều khiển phần ứng
Cuộn dây kích thích nối trực tiếp vào lưới điện có điện áp Ukt = U = const.
Cuộn dây phần ứng đặt vào điện áp điều khiển có trị số thay đổi UĐK = var. Vì UKT =
const nên IKT = const và do đó  KT = const;
Có nghĩa là:  KT  IKT  UKT = const
hoặc:
 KT = C  UKT
SVTH: BÙI TRÍ HOÀI

(4.1)

Trang 15



M=

2
CM CU KTUĐK  CeCM C2UKT
.n

rĐK

Tín hiệu điều khiển  

.

(4.5)

U ĐK
chính là điện áp điều khiển trong hệ đơn vị tương
U KT

đối
Thay Uđk =  UKT vào biểu thức 4.5 ta được:

M=

2
2
CM CUKT
 CeCM C2UKT
.n


GVHD: Th.S NGUYỄN TRỌNG THẮNG

.

(4.8)

Thay (4.6) và (4.8) vào (4.7) ta được:
m =  - CeC  n
-Tốc độ quay tương đối:  

n
no

(4.9)
(4.10)

Trong đó: no là tốc độ quay không tải lý tưởng (khi m = 0,   1)
Thay điều kiện này vào (4.9) ta được:
no 

1
.
CeC

(4.11)

Thay (4.10) và (4.11) vào (4.9) ta có:
m    .
(4.12)
Nhận thấy rằng mômen quay m của ĐCCH một chiều khi điều khiển phần