TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG - - ĐỒ ÁN MÔN HỌC VI ĐIỀU KHIỂN TRONG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN Đề tài: Điều khiển - đo tốc độ động giao tiếp với máy tính Giáo viên hướng dẫn :Ths Lê Thị Vân Anh Lớp: D7 – CNTD Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Tùng Nguyễn Hữu Tùng Lê Đức Vượng Nguyễn Thị Hồng Vân Hà Nội - Ngày 15 tháng năm 2015 Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển Mục Lục Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, nhu cầu học tập nghiên cứu ứng dụng công nghệ Vi điều khiển ngày tăng trưởng mạnh mẽ Các công trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ phong phú, đa dạng Vi điều khiển thay người ứng dụng thực tiễn, số ứng dụng thực tiễn Vi điều khiển như: Điều khiển tốc độ động cơ, thiết kế bảng led điện tử, đếm sản phẩm, đo khống chế nhiệt độ… Với ưu điểm điều khiển tốc độ động dễ dàng, độ ổn định tốc độ cao nên động chiều sử dụng phổ biến như: truyền động cho số máy máy nghiền ,máy nâng vận chuyển, điều khiển băng tải, điều khiển robot… Để điều khiển tốc độ động chiều có nhiều phương pháp, đồ án chúng em xin trình bày điều khiển động dùng họ vi điều khiển 8051 phương pháp đếm xung (dùng động có sử dụng encoder) Trong đồ án chúng em sử dụng IC 89S52 để lập trình điều khiển động chiều DC nhỏ 24V, sử dụng IC L298N để tăng công suất Tuy chúng em có nhiều cố gắng song báo cáo Điều khiển - đo tốc độ động giao tiếp với máy tính chúng em không tránh khiếm khuyết, thiếu sót Kính mong thầy cô giáo thông cảm có ý kiến đóng góp giúp chúng em rút kinh nghiệmvà để báo cáo hoàn thiện Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Lê Thị Vân Anh trực tiếp giảng dạy hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án Hà Nội – 2015 Nhóm SV thực Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển CHƯƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ Đặt vấn đề Trong sản xuất sống hàng ngày động chiều sử dụng rộng rãi Vì vấn đề đặt cần phải tìm cách đo điều khiển tốc độ động điện chiều cho động hoạt động cách phù hợp với mục đích sử dụng Ngày có nhiều phương pháp đo tốc độ động sử dụng hai phương pháp đo phổ biến là: • Phương pháp dùng encoder • Phương pháp dùng cảm biến tiệm cận Phương pháp đo tốc độ động thông dụng dùng cảm biến quang hay gọi encoder Tín hiệu encoder tạo dạng xung vuông có tần sốthay đôi vào tốc độ động Do xung vuông đưa vào bộvi xử lý để đếm số xung khoảng thời gian cho phép từ ta tính giá trịvận tốc động Đây phương pháp mà người ta sửdụng để ổn định tốc độ động cơhay điều khiển nhanh chậm Cảm biến tiệm cận bao gồm tất loại cảm biến phát vật thể không cần tiếp xúc công tắc hành trình mà dựa mối quan hệ vật lý cảm biến vật thể cần phát Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu chuyển động xuất vật thể thành tín hiệu điện Có hệ thống phát để thực công việc chuyển đổi này: hệ thốngsử dụng dòng điện xoáy phát vật thể kim loại nhờ tượng cảm ứng điện từ, hệ thống sử dụng thay đổi điện dung đến gần vật thể cần phát hiện, hệ thống sử dụng nam châm hệ thống chuyển mạch cộng từ Trong đồ án chúng em xin trình bày phương pháp đo điều khiển tốc độ động điện chiều sử dụng encoder vi điều khiển 8051 cụ thể vi điều khiển AT89S52 hãng ATMEL sản xuất Nguyên lý đo tốc độ động : để đo tốc độ ta dùng phương pháp đếm số xung khoảng thời gian đo (T) Như với phương pháp ta lựa chọn encorder để biến tốc độ thành dãy xung có tần số tỷ lệ với tốc độ quay động Tính toán kết đo : Phương pháp đo đếm số xung khoảng thời gian đo (T), số xung đếm thời gian đo T NX Thời gian T phút Số xung NX Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh Số vòng NX/l n=? Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển n= Trong đó: n tốc độ động l số vòng/xung Vi điều khiển AT89S52: • Kbyte nhớ Flash lập trình lặp vơi 1000 chu kỳ đọc xoá • Hoạt động tĩnh đầy đủ : Từ HZ đến 24 MHZ • Khoá nhớ chương trình ba cấp • 128x8 bit RAM nội • 32 đường xuất nhập lập trình • Hai timer / counter không bit • Một port nối tiếp sang cổng lập trình • Mạch đồng hồ dao động chíp AT89S52 dòng họ 8051, có đầy đủ tính chất tính họ 8051 Sơ lược họ vi điều khiển 8051 Sơ đồ chân chức họ 8051 Hình 1.1: Sơ đồ chân chức họ 8051 Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển 2.1 Port ( P0.0- P0.7) Port gồm chân, chức xuất nhập, Port bus đa hợp liệu địa chỉ(AD0-AD7) Hình 1.2: Sơ đồ chân Port 2.2 Port ( P1.0- P1.7) Port có chức xuất nhập theo bit byte Ngoài ra, ba chân P1.5, P1.6, P1.7 dùng để nạp ROM theo chuẩn ISP, hai chân P1.0 P1.1 dùng cho Timer Hình 1.3: Sơ đồ chân Port 2.3 Port (P2.0-P2.7) Là port có công dụng kép, đường xuất nhập byte cao bus địa thiết bị đồng nhớ mở rộng Hình 1.4: Sơ đồ chân Port Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển 2.4 Port (P3.0- P3.7) Mỗi chân Port ngoai chớc xuất nhập có chớc riêng, cụ thể sau : Bit Tên Chức P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho port nối tiếp P3.2 INT0 Ngắt bên P3.3 INT1 Ngắt bên P3.4 T0 Ngõ vào Timer/counter P3.5 T1 Ngõ vào Timer/ counter P3.6 /WR Xung ghi nhớ liệu P3.7 /RD Xung đọc nhớ liệu 2.5 Chân /PSEN ( Program store Enable) /PSEN chân điều khiển đọc chương trình nhớ ngoài, nối với chân /OE phép đọc byte mã lệnh ROM /PSEN mức thấp thời gian đọc mã lệnh Mã lệnh đọc từ nhớ qua bus liệu (Port 0) ghi lệnh để giải mã Khi thực chương trình ROM nội /PSEN mức cao 2.6 Chân ALE (Address Latch Enable) ALE tín hiệu điều chỉnh chốt địa có tần số 1/6 tần số dao động vi điều khiển Tín hiệu ALE dùng phép vi mạch chốt bên 74373, 74573 chốt byte địa thấp khỏi bus đa hợp địa / liệu (Port 0) 2.7 Chân /EA (External Access) Tín hiệu /EA cho phép chọn nhớ chương trình nhớ hay vi điều khiển Nếu EA mức cao (nối với vcc), vi điều khiển thi hành chương trình ROM nội Nếu /EA mức thấp (nối với GND), vi điều khiển thi hành chương trình từ nhớ 2.8 RST (Reset), VCC, GND Ngõ vào RST chân ngõ Reset 8051 Khi tín hiệu đưa lên mức cao, ghi vi điều khiển tải giá trị thích hợp để khởi động hệ thống 8051 dùng nguồn điện áp chiều có dải điện áp từ 4V đến 5,5V cấp qua chân 20 40 2.9 XTAL1, XTAL2 8051 có dao động chíp, thường nối với với dao động thạch anh có tần số lớn 33MHZ, thông thường 12MHZ Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển Hình 1.5: Hình cách nối dao động thạch anh Sơ lược Encoder Encoder mục đích dùng để quản lý vị trí góc đĩa quay Đĩa quay bánh xe, trục động cơ, thiết bị quay cần xác định vị trí góc Trong toán đo tốc độ động cơ, máy CNC dùng để xác định khoảng dịch chuyển đối tượng thông qua đếm số vòng quay trục 3.1 Khái niệm Encoder đo lường dịch chuyển thẳng góc Đồng thời chuyển đổi vị trí góc vị trí thẳng thành tín hiệu nhị phân nhờ tín hiệu xác định vị trí trục bàn máy Tín hiệu Encoder cho dạng tín hiệu số Encoder sử dụng làm phần tử chuyển đổi tín hiệu phản hồi máy CNC robot Trong máy công cụ điều khiển số, chuyển động bàn máy dẫn động từ động qua vít me đai ốc bi tới bàn máy Vị trí bàn máy xác định nhờ encoder lắp cụm truyền dẫn 3.2 Phân loại a Encoder tuyệt đối (absolute encoder): sử dụng đĩa theo mã nhị phân mã Gray b.Encoder tương đối (incremental encoder): có tín hiệu tăng dần theo chu kỳ • Encoder tương đối kiểu thẳng • Encoder tương đối kiểu quay 3.3 Chi tiết nguyên lý hoạt động Nguyên lý encoder, đĩa tròn xoay, quay quanh trục Trên đĩa có lỗ (rãnh) Người ta dùng đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ lỗ, đèn led không chiếu xuyên qua Chỗ có lỗ, đèn led chiếu xuyên qua Khi đó, phía mặt bên đĩa, người ta đặt mắt thu( photosensor) Với tín hiệu có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận đèn led có chiếu qua lỗ hay không Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển Khi trục quay, giả sử đĩa có lỗ nhất, lần mắt thu nhận tín hiệu đèn led, có nghĩa đĩa quay vòng Đây nguyên lý encoder Tuy nhiên, vấn đề đặt để xác định xác vị trí đĩa quay (mịn hơn) làm để xác định đĩa quay theo chiều nào? Đó vấn đề để tìm hiểu encoder Hình 1.6: Cấu tạo chung encoder Các bạn thấy hình có đĩa mask, không quay, đĩa cố định Thực để che khe hẹp ánh sáng qua, giúp cho việc đọc encoder xác mà Chúng không để cập đến đĩa Vấn đề quan tâm vấn đề độ mịn encoder Có nghĩa làm biết đĩa quay 1/2 vòng, 1/4 vòng, 1/8 vòng hay 1/n vòng, biết đĩa quay vòng Dưới vào cụ thể loại encoder  Encoder tuyệt đối (absolute encoder) Sơ đồ nguyên lý, kết cấu: Encoder kiểu tuyệt đối, kết cấu gồm phần sau: phát ánh sáng(LED phát), đĩa mã hóa (chứa dải băng mang tín hiệu) thu ánh sáng nhạy với ánh sáng từ phát (bộ thu thường photosensor) Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển Hình 1.7: Nguyên lý kết cấu Đĩa mã hóa chế tạo từ vật liệu suốt Người ta chia mặt đĩa thành góc đường tròn đồng tâm Các đường tròn đồng tâm bán kính giới hạn góc hình thành phân tố diện tích Tập hợp phân tố diện tích giới hạn hai vòng tròn đồng tâm gọi dảy băng Số dải băng mặt đĩa tùy thuộc khả công nghệ, ứng với dải băng ta có đèn LED photosenser Trên dải băng, diện tích phân tố có phân tố suốt (ánh sáng xuyên qua được) có phân tố phủ lên lớp mà ánh sáng chiếu xuyên qua Sự suốt không suốt đặc trưng đặc tính phân tố Nguyên lý hoạt động: Ba phận quan trọng cấu thành encoder tuyệt đối đèn LED, đĩa mã hóa photosensor Ánh sáng chiếu từ đèn LED qua đĩa mã hóa đến photosensor Số đèn LED với số dải băng (hay gọi vòng lỗ) đĩa mã hóa với số photosensor ( dùng đèn LED công suất đèn phải lớn, ánh sáng phải chiếu phủ hết dải băng đĩa mã hóa) Trên encoder, đèn LED, dải băng photosensor phải xếp nằm đường thẳng Đèn LED photosensor gắn cố định vỏ encoder Còn đĩa mã hóa quay quanh trục mang tín hiệu mã hóa nhằm xác định góc quay Khi ánh sáng từ nguồn sáng chiếu tới đĩa mã hóa, đối diện với tia sáng vùng diện tích suốt, ánh sáng xuyên qua đĩa đến photosensor làm xuất dòng chảy qua photosensor ( lúc photosensor nhận tín hiệu mã nhị phân) Nếu đối diện với tia sáng vùng diện tích bị phủ lớp chắn sáng, ánh sáng không đến photosensor (lúc photosensor nhận tín hiệu mã nhị phân) Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 10 Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển Về encoder tương đối encoder tuyệt đối giống khác đĩa mã hóa Ở encoder tương đối đĩa mã hóa gồm dải băng tạo xung Trên dải băng chia làm nhiều lỗ cách (lỗ thây vật liệu suốt cho ánh sáng truyền qua) Khi đĩa từ quay qua lỗ photosensor nhận tín hiệu từ đèn LED chiếu qua encoder tăng lên giá trị biến đếm Chẳng hạn với đĩa mã hóa gồm 360 lỗ, đĩa quay qua 90 lỗ photosensor nhận 90 lần tín hiệu biến đếm tăng lên 90 Từ ta biết đĩa quay góc 90 độ Tuy nhiên, vấn đề để biết encoder quay hết vòng? Nếu đếm vô hạn biết quay hết vòng Chưa kể, lần có rung động mà ta không quản lý được, encoder bị sai xung Khi đó, hoạt động lâu dài, sai số tích lũy Ngày hôm sai xung, ngày hôm sau sai xung Đến cuối cùng, động quay vòng bạn đếm vòng Hình 1.11: Lỗ định vị encoder tương đối kiểu quay Để tránh điều tai hại xảy ra, người ta đưa vào thêm lỗ định vị để đếm số vòng quay encoder Như vậy, cho dù có lệch xung, mà thấy encoder ngang qua lỗ định vị này, biết encoder bị đếm sai Nếu rung động mà không thấy encoder qua lỗ định vị, từ số xung việc qua lỗ định vị, biết rõ tượng sai encoder Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 13 Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển Nguyên lý hoạt động: Hình 1.12: Nguyên lý hoạt động encoder tương đối kiểu quay Encoder tương đối gồm phận nguồn phát( đèn LED), đĩa quay( đĩa mã hóa), cảm biến (photosensor) Khi đĩa quay qua lỗ cảm biến nhận tín hiệu lúc encoder tăng lên giá trị biến đếm Cho đến cảm biến bên nhận tín hiệu thông qua lỗ định vị ta biết đĩa quay song vòng Giá trị biến đếm mà encoder nhận cho ta biết góc độ mà đĩa quay Ứng với dải băng có nhiều lỗ góc đếm nhỏ mà encoder đếm nhỏ (càng mịn) Encoder tương đối kiểu thẳng: Encoder kiểu thẳng có thành phần nguyên lý động encoder kiểu quay khác chổ đĩa mã hóa thước thẳng dùng để đo kích thước thẳng Chiều dài Encoder thẳng phải tổng chuyển động thẳng tương ứng có nghĩa chiều dài cần đo phải chiều dài thước Vì Encoder thẳng thường đắt nhiều so với Encoder dạng quay 3.4 Ứng dụng thực tiễn encoder: Trên máy CNC encoder trang bị để đo tìm xác vị trí trục máy vị trí dao cắt Nhờ trình gia công thực xác Kết encoder đo gửi phận kiểm tra tích cực máy để điều chỉnh lại vị trí chi tiết hay vị trí dao cắt nhằm sữa chữa lỗi hạn chế phế phẩm Encoder trang bị động thang máy để biết xác vị trí thang máy Đảm bảo thang máy dừng cửa vào Trên rô bốt công nghiệp encoder thiếu Nó dùng để quản lý cử động khớp nối, cử động cánh tay rô bốt để đảm bảo sác vị trí cử động Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 14 Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển Trong thi robocon Tín hiệu gởi encoder giúp ta biết vị trí robocon sân đấu Ở khúc cua vận tốc bánh xe phải bánh xe trái không giống Nhờ có encoder mà ta tính toán lập trình số vòng quay bánh xe khúc cua Lựa chọn linh kiện 4.1 LCD Hình 1.13: Màn hình LCD LCD nói mục có 16 chân, chức chân cho bảng Bảng 1.1: Các chân hình LCD Chân Ký hiệu Vss Vcc Vee I/O - RS I R/W I Mô tả Đất Dương nguồn V Cấp nguồn cho điều khiển RS= chọn ghi lệnh RS= chọn ghi liệu R/W= đọc liệu R/W = ghi liệu Cho phép E I/O DB0, 1, 2, 3, 4, I/O Các bit liệu 5, 6, 7, Chân RS dùng để chọn ghi sau: Nếu RS = ghi mã lệnh chọn phép người dùng gửi đến lệnh xóa hình, trỏ đầu dòng… Nếu RS = ghi liệu chọn cho phép người dùng gửi liệu cần hiển thị LCD Chân cho phép E sử dụng LCD để chốt thông tin hữu chân liệu nó, liệu cấp đến chân đữ liệu mức xung từ cao xuống thấp phải áp Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 15 Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển đến chân để LCD chốt liệu chân chốt liệu Xung phải rộng tối thiểu 450ns 4.2 Led Button LED (viết tắt : Light Emitting Diode) cấu tạo từ khối bán dẫn loại p ghép với khối bán dẫn loại n, đèn LED tạo nhiều ánh sáng hơn, tỏa nhiệt so với thiết bị chiếu sáng khác tiêu thụ điện Hình 1.14: led 4.3 L298N L298N drive chip tích hợp sẵn hai mạch cầu H bên với chuẩn điều khiển TTL, diode nội bảo vệ Mosfet Chịu tải tối đa cầu 2A, điện áp 40VDC Logic ‘0’ ngõ vào lên tới 1.5V (khả khử nhiễu cao) Hình 1.15: Buttom Hình 1.16: L298N Hình 1.17: Sơ đồ chân L298N Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 16 Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển Encoder, Trở băng Encoder mục đích dùng để đọc xung xung khoảng thời gian đo (T) 4.4 Hình 1.18: Encoder Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 17 Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển Trong mạch người ta dùng điện trở để treo áp Hình 1.19: Trở băng Động chiều 5.1 Cấu tạo máy điện chiều Sau số sơ đồ máy điện chiều: Hình 1.20: Sơ đồ máy điện chiều với phận kích từ song song Hình 1.21: Mạch từ máy điện cực Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 18 Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển Hình 1.22: Cuộn dây kích từ cực từ Hình 1.23: Cấu tạo cổ góp Hình 1.24: Cấu tạo chổi than Máy điện chiều gồm phần mạch điện: mạch kích từ mạch phần ứng Mạch kích từ hay hay gọi stator gồm phần tĩnh cuộn dây quấn quanh cực từ stator Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 19 Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển Số cực từ chẵn chúng xếp xen kẽ theo cực tính nam-bắc Cuộn kích từ, dòng điện thông lượng cực từ Các cuộn dây kích từ nối tiếp với Dòng điện cung cấp cho cuộn kích từ nhằm tạo từ thông động Mạch kích từ mạch tiêu thụ công suất nguồn động Mạch phần ứng mạch tiêu thụ công suất động nằm phần roto Các cuộn dây phần ứng đặt đặt rảnh phân bố bề mặt roto, độ rộng cuộn dây gọi bước cuộn Các cuộn dây phần mạch ứng nối với thành mạch kín, kết thúc cuộn bắt đầu cuộn kết thúc cuộn cuối bắt đầu cuộn đầu tiên, dòng chiều đưa vào hay lấy từ dây phần ứng thông qua chổi than tỳ lên cổ góp.Cổ góp kết cấu hình trụ bề mặt có nhiều phiến góp, số phiến góp số cuộn dây chúng cách điện với mica 5.2 Nguyên lý hoạt động động chiều Khi đặt vào từ trường giây dẫn cho dòng điện chạy qua dây dẫn từ trường tác dụng lựcvào dòng điện làm dây dẫn chuyển động.Chiều lực xác định quy tắc bàn tay trái Đây nguyên lý làm việc động nói chung Về động chiều : Từ trường động tạo từ cuộn dây gọi cuộn cảm hay cuộn kích từ Do stator động có đặt cuộn cảm nên thường gọi phần cảm.Từ trường cuộn cảm tạo tác dụng lực vào dây dẫn rotor đặt rảnh rotor có dòng điện chạy qua Cuộn dây gọi cuộn ứng Dòng điện đưa vào cuộn ứng qua chổi than cổ góp.Phần rotor mang phần ứng nên gọi phần ứng Hình 1.25: Sơ đồ cấu tạo động chiều Giả sử dây dẫn cuộn ứng rotor có dòng điện hướng vào dây dẫn cuộn ứng nửa rotor có dòng điện hướng hình vẽ Từ lực F tác dụng vào dây dẫn rotor có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái tạo mômen làm rotor quay ngược chiều kim đồng hồ Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 20 Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển Khi động làm việc cuộn cảm tạo từ trường Φ d dọc trục cực từ phân bố đối xứng với cực từ Mặt phẳng 00’ có đặt chổi than ,vừa mặt phẳng trung tính hình học mặt phẳng trung tính vật lý Đồng thời dòng điện cuộn ứng tạo từ trường riêng Φn hướng ngang trục cực từ Từ trường tổng động tính đối xứng dọc trục mặt phẳng trung tính vật lý quay góc β ( ngược chiều quay rotor) so với mặt phẳng trung tính hình học Dòng điện cuộn ứng lớn Фn mạnh đồng thời góc quay β lớn Phạm vi ứng dụng động chiều 5.3 5.3.1 Ưu điểm Động chiều có: - Mômen mở máy lớn - Khả điều chỉnh tốc độ phẳng - Phạm vi điều chỉnh rộng, dễ điều chỉnh - Tiết kiệm điện - Tuổi thọ lớn 5.3.2 Nhược điểm - Giá thành đắt - Công suất không cao Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 21 Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển 5.3.3 Phạm vi ứng dụng Động điện chiều sử dụng máy công nghiệp có yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải có tầm quan trọng định sản xuất Các phương pháp điều chỉnh (tốc độ) động chiều 6.1 Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng Sơ đồ : Phương trình cân áp: = +(+) Do = k nên = k + ( + ) ω= - Do M = k.Φ nên = ω= -.M ω = () Vì từ thông động giữ không đổi nên độ cứng đặc tính không đổi, tốc độ không tải lý tưởng tùy thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uđk hệ thống Xác định dải điều chỉnh tốc độ: D= Khi mômen tải định mức giá trị lớn nhỏ tốc độ là: = = Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 22 Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển Để thỏa mãn khả tải đặc tính thấp dải điều chỉnh phải có mômen ngắn mạch là: = = hệ số tải mômen Vì họ đặc tính đường thẳng song song nhau, nên theo định nghĩa độ cứng đặc tính ta viết sau: = ( – ) = ( - 1) D= = Hình 1.27 : Xác định phạm vi điều chỉnh Với cấu máy cụ thể giá trị , Mđm, KM xác định, phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị độ cứng Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động thiết bị nguồn điều chỉnh điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động Do đó: ||/ ≤ 10 Vì với tải có đặc tính mômen không đổi giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ không vượt 10 Trong suốt trình điều chỉnh điện áp phần ứng từ thông kích từ giữ nguyên, mômen tải cho phép hệ không đổi: = K = Mđm Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 23 Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển Phạm vi điều chỉnh tốc độ mômen nằm hình chữ nhật bao đường thẳng ω =, M = trục tọa độ Tổn hao lượng tổn hao mạch phần ứng bỏ qua tổn hao không đổi hệ Hình 1.28:Phạm vi điều chỉnh tốc độ mômen Vậy điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng thích hợp trường hợp mômen tải số toàn dải điều chỉnh 6.2 Phương pháp điều chỉnh từ thông Điều chỉnh từ thông kích thích động điện chiều điều chỉnh mômen điện từ động M=KΦ sức điện động quay động = KΦω Mạch kích từ động mạch phi tuyến nên hệ điều chỉnh từ thông phi tuyến = Trong đó: : điện trở dây quấn kích thích : điện trở nguồn điện áp kích thích : số vòng dây dây quấn kích thích Trong chế độ xác lập: = Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 24 ; = f[] Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển Khi điều chỉnh từ thông điện áp phần ứng giữ nguyên giá trị định mức, đặc tính thấp vùng điều chỉnh từ thông đặc tính có điện áp phần ứng định mức, từ thông định mức gọi đặc tính Tốc độ lớn dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế khả chuyển mạch cổ góp điện Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay động đồng thời điều kiện chuyển mạch cổ góp bị xấu đi, để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường phải giảm dòng điện phần ứng cho phép, kết mômen cho phép trục động giảm nhanh Khi giữ nguyên dòng điện phần ứng độ cứng đặc tính giảm nhanh giảm từ thông kích thích = Hình 1.29: Đặc tính điều chỉnh điều chỉnh từ thông động Do điều chỉnh tốc độ cách giảm từ thông nên động mà từ thông định mức nằm chỗ tiếp giáp vùng tuyến tính vùng bão hòa đặc tính từ hóa coi việc điều chỉnh tuyến tính số C phụ thuộc vào thông số kết cấu máy điện � = C = 6.3 Phương pháp điều chỉnh điện trở phụ Rf mạch phần ứng Đặc điểm phương pháp: - Điện trở mạch điện phần ứng tăng, độ dốc đặc tính lớn, đặc tính mềm độ ổn định tốc độ kém, sai số tốc độ lớn Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 25 Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển - Phương pháp cho phép điều chỉnh thay đổi tốc độ phía giảm (do tăng thêm điện trở) - Tổn hao công suất dạng nhiệt điện trở lớn - Dải điều chỉnh phụ thuộc vào mômen tải Tải nhỏ dải điều chỉnh nhỏ Hình 1.30:Đặc tính điều chỉnh điều chỉnh điện trở phụ mạch điện phần ứng Trong đề tài sử dụng động chiều kích từ nam châm vĩnh cửu, từ thông không đổi khó thay đổi điện trở phụ mạch điện phần ứng nên chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện áp mạch điện phần ứng Một phương pháp để thay đổi điện áp mạch điện phần ứng điều chỉnh độ rộng xung (PWM) Hình 1.31:Điều chỉnh độ rộng xung PWM Phương pháp điều chỉnh độ rộng xung giữ tần số không đổi nên điều chỉnh độ rộng xung để thay đổi điện áp trung bình đặt lên động Điện áp trung bình: Uđk = Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 26 Đồ án môn học : Vi điều khiển đo lường điều khiển Do đặc tính cảm kháng động cơ, dòng qua động dòng liên tục nên dạng sóng dòng áp động sau: Hình 1.32:Dạng sóng dòng áp động Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 27 [...]... phần ứng là điều chỉnh độ rộng xung (PWM) Hình 1.31 :Điều chỉnh độ rộng xung PWM Phương pháp điều chỉnh độ rộng xung giữ tần số không đổi nên điều chỉnh độ rộng xung để thay đổi điện áp trung bình đặt lên động cơ Điện áp trung bình: Uđk = Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 26 Đồ án môn học : Vi điều khiển trong đo lường và điều khiển Do đặc tính cảm kháng của động cơ, dòng qua động cơ là dòng liên... cuộn dây và chúng được cách điện với nhau bằng mica 5.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều Khi đặt vào trong từ trường một giây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lựcvào dòng điện và làm dây dẫn chuyển động. Chiều của lực được xác định bằng quy tắc bàn tay trái Đây chính là nguyên lý làm việc của động cơ nói chung Về động cơ một chiều : Từ trường trong động cơ tạo... ứng dụng của động cơ một chiều 5.3 5.3.1 Ưu điểm Động cơ một chiều có: - Mômen mở máy lớn - Khả năng điều chỉnh tốc độ bằng phẳng - Phạm vi điều chỉnh rộng, dễ điều chỉnh - Tiết kiệm điện năng - Tuổi thọ lớn 5.3.2 Nhược điểm - Giá thành đắt - Công suất không cao Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 21 Đồ án môn học : Vi điều khiển trong đo lường và điều khiển 5.3.3 Phạm vi ứng dụng Động cơ điện một... càng tăng, độ dốc đặc tính cơ càng lớn, đặc tính cơ càng mềm và độ ổn định tốc độ càng kém, sai số tốc độ càng lớn Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 25 Đồ án môn học : Vi điều khiển trong đo lường và điều khiển - Phương pháp chỉ cho phép điều chỉnh thay đổi tốc độ về phía giảm (do chỉ có thể tăng thêm điện trở) - Tổn hao công suất dưới dạng nhiệt điện trở lớn - Dải điều chỉnh phụ thuộc vào mômen... tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tùy thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uđk của hệ thống Xác định dải điều chỉnh tốc độ: D= Khi mômen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là: = = Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 22 Đồ án môn học : Vi điều khiển trong đo lường và điều khiển Để thỏa mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh... điều chỉnh từ thông Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mômen điện từ của động cơ M=KΦ và sức điện động quay của động cơ = KΦω Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến nên hệ điều chỉnh từ thông cũng là phi tuyến = Trong đó: : điện trở dây quấn kích thích : điện trở của nguồn điện áp kích thích : số vòng dây của dây quấn kích thích Trong chế độ xác lập: = Giáo viên... 1.29: Đặc tính điều chỉnh khi điều chỉnh từ thông động cơ Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông nên đối với các động cơ mà từ thông định mức nằm ở chỗ tiếp giáp giữa vùng tuyến tính và vùng bão hòa của đặc tính từ hóa thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ thuộc vào thông số kết cấu của máy điện � = C = 6.3 Phương pháp điều chỉnh điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng Đặc... ứng động cơ Do đó: ||/ ≤ 10 Vì thế với tải có đặc tính mômen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ cũng không vượt quá 10 Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích từ được giữ nguyên, do đó mômen tải cho phép của hệ sẽ là không đổi: = K = Mđm Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thị Vân Anh 23 Đồ án môn học : Vi điều khiển trong đo lường và điều khiển Phạm vi điều chỉnh tốc độ. .. trong các máy công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải và có tầm quan trọng nhất định trong sản xuất 6 Các phương pháp điều chỉnh (tốc độ) động cơ một chiều 6.1 Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng Sơ đồ : Phương trình cân bằng áp: = +(+) Do = k nên = k + ( + ) ω= - Do M = k.Φ nên = ω= -.M ω = () Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng... Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng song song nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết như sau: = ( – ) = ( - 1) D= = Hình 1.27 : Xác định phạm vi điều chỉnh Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị , Mđm, KM là xác định, vì vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện