Tốc độ của motor DC có thể được điều khiển theo nhiều cách khác nhau, và một trong số những cách đơn giản nhất là điều khiển tốc độ motor DC bằng PWM. Đây là phương pháp thay đổi điện áp đặt vào động cơ bằng cách dùng mạch điện tử để thay đổi độ rộng của xung ngõ ra mà vẫn giữ nguyên tần số, từ đó dẫn đến sự thay đổi điện áp. Mời các bạn xem tiếp các mục mà Uniduc chia sẻ dưới đây.

Nhưng trước khi bắt đầu xem xét điều chế độ rộng xung vào và ra, chúng ta cần hiểu thêm một chút về cách hoạt động của động cơ DC.

Bên cạnh động cơ bước, Động cơ DC nam châm vĩnh cửu (PMDC) là loại động cơ dòng điện một chiều nhỏ được sử dụng phổ biến nhất hiện có, tạo ra tốc độ quay liên tục có thể dễ dàng điều khiển. Động cơ DC nhỏ lý tưởng để sử dụng trong các ứng dụng được yêu cầu điều khiển tốc độ như trong đồ chơi nhỏ, mô hình, rô bốt và các mạch điện tử khác.

Động cơ DC về cơ bản bao gồm hai phần, phần thân đứng yên của động cơ được gọi là “Stator” và phần bên trong quay tạo ra chuyển động được gọi là “Rotor”. Đối với máy D.C, rôto thường được gọi là “Phần ứng”.

Nói chung trong động cơ điện một chiều công suất nhẹ, stato bao gồm một cặp nam châm vĩnh cửu cố định tạo ra từ thông đồng nhất và tĩnh bên trong động cơ, đặt tên cho các loại động cơ này là động cơ “dòng điện một chiều nam châm vĩnh cửu” (PMDC).

Phần ứng của động cơ bao gồm các cuộn dây điện riêng lẻ được kết nối với nhau theo cấu hình tròn xung quanh thân kim loại của nó tạo ra cực Bắc sau đó là cực Nam rồi đến cực Bắc, v.v., kiểu cấu hình hệ thống trường.

Dòng điện chạy trong các cuộn dây rôto này tạo ra trường điện từ cần thiết. Từ trường tròn do cuộn dây phần ứng tạo ra tạo ra cả hai cực bắc và cực nam xung quanh phần ứng bị đẩy hoặc hút bởi các nam châm vĩnh cửu của stato tạo ra chuyển động quay quanh trục trung tâm của động cơ như hình minh họa.

I. Động cơ nam châm vĩnh cửu 2 cực.

Khi phần ứng quay, dòng điện được truyền từ các đầu cuối của động cơ đến bộ cuộn dây phần ứng tiếp theo thông qua chổi than đặt xung quanh cổ góp tạo ra từ trường khác và mỗi khi phần ứng quay, một bộ dây quấn phần ứng mới được cung cấp năng lượng buộc phần ứng phải quay nhiều hơn và hơn thế nữa.

Vì vậy, tốc độ quay của động cơ điện một chiều phụ thuộc vào sự tương tác giữa hai từ trường, một từ trường được thiết lập bởi nam châm vĩnh cửu đứng yên của stato và từ trường kia được thiết lập bởi nam châm điện quay cánh tay và bằng cách kiểm soát tương tác này, chúng ta có thể kiểm soát tốc độ quay.

Từ trường được tạo ra bởi các nam châm vĩnh cửu của stato là cố định và do đó không thể thay đổi được nhưng nếu chúng ta thay đổi cường độ của trường điện từ phần ứng bằng cách điều khiển dòng điện chạy qua các cuộn dây thì từ thông sẽ sinh ra nhiều hơn hoặc yếu hơn. tương tác và do đó tốc độ nhanh hơn hoặc chậm hơn.

Khi đó tốc độ quay của động cơ điện một chiều (N) tỷ lệ với emf sau (Vb) của động cơ chia cho từ thông (đối với nam châm vĩnh cửu là một hằng số) nhân với một hằng số điện cơ phụ thuộc vào bản chất của cuộn dây phần ứng (Ke) cho chúng ta phương trình của: N ∝ V / KeΦ.

Vậy làm cách nào để điều khiển dòng điện chạy qua động cơ? Nhiều người cố gắng điều khiển tốc độ của động cơ DC bằng cách sử dụng một biến trở lớn (Rheostat) mắc nối tiếp với động cơ.

Mặc dù điều này có thể hiệu quả, nhưng nó tạo ra rất nhiều nhiệt và năng lượng lãng phí trong lực cản. Một cách đơn giản và dễ dàng để kiểm soát tốc độ của động cơ là điều chỉnh lượng điện áp trên các đầu nối của nó và điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng “Điều chế độ rộng xung” hay còn gọi là PWM.

Như tên gọi của nó, điều khiển tốc độ điều chế độ rộng xung hoạt động bằng cách điều khiển động cơ với một loạt các xung “BẬT-TẮT” và thay đổi chu kỳ làm việc, phần thời gian điện áp đầu ra “BẬT” so với khi nó “TẮT ”, Của các xung trong khi vẫn giữ tần số không đổi.

Công suất cấp cho động cơ có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi độ rộng của các xung được áp dụng này và do đó thay đổi điện áp một chiều trung bình đặt vào các đầu nối của động cơ. Bằng cách thay đổi hoặc điều chỉnh thời gian của những xung này, tốc độ của động cơ có thể được kiểm soát, tức là, xung “BẬT” càng dài thì động cơ quay càng nhanh và tương tự, xung “BẬT” càng ngắn thì động cơ càng chậm sẽ xoay.

Nói cách khác, độ rộng xung càng rộng, điện áp trung bình đặt vào các đầu nối động cơ càng nhiều, từ thông bên trong cuộn dây phần ứng càng mạnh và động cơ quay càng nhanh và điều này được thể hiện dưới đây.

II. Dạng sóng được điều chế độ rộng xung.

Việc sử dụng điều chế độ rộng xung để điều khiển một động cơ nhỏ có ưu điểm là tổn thất công suất trong bóng bán dẫn chuyển mạch là nhỏ vì bóng bán dẫn ở trạng thái “BẬT” hoàn toàn hoặc “TẮT” hoàn toàn. Kết quả là bóng bán dẫn chuyển mạch có mức tiêu tán công suất giảm đi nhiều, tạo cho nó một kiểu điều khiển tuyến tính giúp ổn định tốc độ tốt hơn.

Ngoài ra biên độ của điện áp động cơ không đổi nên động cơ luôn ở trạng thái hoạt động hết công suất. Kết quả là động cơ có thể quay chậm hơn nhiều mà không bị dừng. Vậy làm thế nào để có thể tạo ra tín hiệu điều chế độ rộng xung để điều khiển động cơ. Chúng ta có thể sử dụng một mạch Dao động Astable 555 như hình dưới đây.

Mạch đơn giản này dựa trên chip hẹn giờ NE555 hoặc 7555 quen thuộc được sử dụng để tạo ra tín hiệu điều chế độ rộng xung cần thiết ở đầu ra tần số cố định. Tụ điện định thời C được sạc và phóng điện bằng dòng điện chạy qua mạng định thời RA và RB như chúng ta đã xem trong hướng dẫn về Bộ hẹn giờ 555.

Tín hiệu đầu ra tại chân 3 của 555 bằng với điện áp cung cấp chuyển các bóng bán dẫn hoàn toàn “BẬT”. Thời gian cần thiết để C sạc hoặc xả phụ thuộc vào các giá trị của RA, RB.

Tụ điện tích điện qua mạng RA nhưng được chuyển hướng xung quanh mạng điện trở RB và qua diode D1. Ngay sau khi tụ điện được sạc, nó ngay lập tức được phóng điện qua diode D2 và mạng RB vào chân 7. Trong quá trình phóng điện, đầu ra ở chân 3 ở 0 V và bóng bán dẫn được chuyển sang trạng thái “TẮT”.

Khi đó thời gian để tụ điện, C trải qua một chu kỳ phóng điện hoàn toàn phụ thuộc vào các giá trị của RA, RB và C với thời gian T trong một chu kỳ hoàn chỉnh được cho là:

Thời gian, TH, mà đầu ra là “BẬT” là: TH = 0,693 (RA).C

Thời gian, TL, mà đầu ra là “TẮT” là: TL = 0,693 (RB).C

Tổng thời gian chu kỳ “BẬT” - “TẮT” được cho là: T = TH + TL với tần số đầu ra là ƒ = 1 / T

Với các giá trị thành phần được hiển thị, chu kỳ làm việc của dạng sóng có thể được điều chỉnh từ khoảng 8,3% (0,5V) đến khoảng 91,7% (5,5V) bằng cách sử dụng nguồn điện 6.0V. Tần số Astable không đổi ở khoảng 256 Hz và động cơ được chuyển “BẬT” và “TẮT” ở tốc độ này.

Điện trở R1 cộng với phần “trên cùng” của chiết áp, VR1 đại diện cho mạng điện trở của RA. Trong khi phần “dưới cùng” của chiết áp cộng với R2 đại diện cho mạng điện trở của RB ở trên.

Các giá trị này có thể được thay đổi cho phù hợp với các ứng dụng khác nhau và động cơ DC nhưng với điều kiện là mạch 555 Astable chạy đủ nhanh ở mức tối thiểu vài trăm Hertz, sẽ không có hiện tượng giật khi quay động cơ.

Diode D3 là loại diode bánh đà yêu thích cũ của chúng tôi được sử dụng để bảo vệ mạch điện tử khỏi tải cảm ứng của động cơ. Ngoài ra, nếu tải động cơ cao, hãy đặt một bộ tản nhiệt trên bóng bán dẫn chuyển mạch hoặc MOSFET.

Điều chế độ rộng xung là một phương pháp tuyệt vời để kiểm soát lượng điện năng cung cấp cho tải mà không làm tiêu hao bất kỳ công suất lãng phí nào. Mạch trên cũng có thể được sử dụng để điều khiển tốc độ của quạt hoặc làm mờ độ sáng của đèn DC hoặc đèn LED. Nếu bạn cần kiểm soát nó, hãy sử dụng Điều chế độ rộng xung để làm điều đó.

Chúc bạn thành đạt trong công việc và hạnh phúc trong cuộc sống !

Hotline / Zalo: 0903 666 014

Website: https://uniduc.com/vi

-------------////--------------------------------------------////------------

HUMANOID ROBOT CỦA CÔNG TY UNIDUC SẢN XUẤT PHÁT TRIỂN.