Động cơ dc đảo chiều đơn giản bằng cách đổi chiều cấp điện cho cuộn dây kích từ. Bài viết hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu về sơ đồ nguyên lý 4 mạch đảo chiều động cơ dc.
1. Mạch đảo chiều quay động cơ dc dùng 2 rơ le
Mạch đảo chiều quay động cơ sử dụng 2 rơ le được thiết kế như hình bên dưới. Sử dụng 2 nút nhấn để điều khiển đóng mở 2 rơ le, mỗi rơ le tương ứng với một chiều quay động cơ. Qua đó đảo chiều được động cơ dc.
Sơ đồ mạch đảo chiều động cơ dc dùng 2 rơ le
Nguyên lý mạch điện:
+ Ở trạng thái bình thường, động cơ 2 đầu dây động cơ được nối với lại với nhau và nối với nguồn 12V. Điện áp 2 đầu dây động cơ bằng 0, do đó động cơ không hoạt động.
+ Khi nhấn nút THUẬN cuộn dây rơ le 1 được cấp điện nên rơ le đóng. Tiếp điểm rơ le tác động nối chân C với chân NO. Khi đó động 2 đầu động cơ được cấp điện áp 12V, dòng điện đi từ phải qua trái động cơ. Do đó động cơ sẽ hoạt động và ta giả sử chiều quay của động cơ là chiều thuận.
+ Khi nhấn nút NGHỊCH thì rơ le 2 được cấp điện, nên tiếp điểm thường hở rơ le chuyển sang thường đóng. Khi đó động cơ được cấp điện và dòng điện có hướng từ trái qua phải động cơ. Động cơ hoạt động và quay theo chiều ngược lại.
Ưu và nhược điểm
+ Ưu điểm là mạch đơn giản, dễ đấu dây vì sử dụng ít linh kiện. Công suất của rơ le lớn từ 10A – 25A nên phù hợp với nhiều loại động cơ một chiều.
+ Nhược điểm là do rơ le sử dụng tiếp điểm cơ khí nên tốc độ đóng cắt của mạch thấp.
2. Mạch đảo chiều quay động cơ dc dùng cầu transistor
Sơ đồ mạch cầu H điều khiển đảo chiều quay động cơ dc sử dụng transistor như hình bên dưới. Mạch sử dụng 2 transistor NPN công suất TIP41 phía trên cầu H và 2 transistor PNP TIP42 bên dưới cầu H. Dùng transistor BC547 làm mạch lái để kích 4 transistor công suất.
Sơ đồ mạch đảo chiều động cơ dùng cầu H transistor
Nguyên lý hoạt động
+ Mỗi bên của cầu H sử dụng transistor NPN nối tiếp PNP và chung cực B, nên khi transistor này dẫn thì transistor kia không dẫn. Điều này giúp việc điều khiển dễ dàng và tránh ngắn mạch khi cả 2 transistor cùng dẫn.
+ Ở trạng thái bình thường, transistor BC547 Q5, Q6 không dẫn. Nên các transistor TIP42 Q3, Q4 không dẫn, kéo theo transistor Q1, Q2 không dẫn. Do đó động cơ không được cấp điện nên không hoạt động.
+ Khi nhấn nút THUẬN thì transistor Q5 BC547 được kích dẫn, kéo cực B của transistor Q1 và Q3 xuống 0V nên Q3 dẫn, Q1 không dẫn. Q3 dẫn nên ngay lập tức transistor Q2 được phân cực qua điện trở R3. Lúc này động cơ hoạt động quay theo chiều thuận, dòng điện qua Q2, động cơ và Q3.
+ Khi nhấn nút NGHỊCH thì transistor Q6 dẫn. Nguyên lý tương tự thì Q4, Q1 dẫn nên động cơ quay theo chiều ngược lại.
+ Các diode D1, D2, D3, D4 mắc song song với transistor với nhiệm vụ triệt tiêu dòng điện phát ngược lại khi ngưng cấp điện cho động cơ.
Ưu và nhược điểm
+ Ưu điểm: Mạch thực hiện tốc độ đóng cắt nhanh, có bảo vệ dòng ngược, tránh được hiện tượng ngắn mạch cầu H. Tín hiệu điều khiển đơn giản, có thể có biên độ từ 5V.
+ Nhược điểm: Mạch tương đối phức tạp, ở mạch này tổn hao do điện áp rơi trên transistor công suất lớn nên không phù hợp cho việc điều khiển tốc độ với động cơ công suất lớn.
3. Mạch đảo chiều quay và điều khiển tốc độ dùng L298
Mạch bên dưới sử dụng vi điều khiển Arduino UNO R3 để điều khiển chiều quay và tốc độ 2 động cơ dc thông qua module L298.
Một module L298 có thể điều khiển cùng lúc tối đa 2 động cơ độc lập hoàn toàn.
Mạch điều khiển tốc độ và đảo chiều dùng L298
Sơ đồ đấu dây:
+ Module sử dụng nguồn 12 để cấp nuôi module và nguồn công suất cho động cơ.
+ Sử dụng hai chân 6, 7 của Arduino đọc tín hiệu công tắc để thực hiện đảo chiều 2 động cơ tương ứng.
+ Hai chân A0, A1 đọc giá trị điện áp từ hai biến trở qua đó thay đổi tốc độ của từng động cơ.
+ Chân 9, 10 xuất xung tín hiệu PWM điều khiển tốc độ động 1.
+ Chân 12, 12 xuất tín hiệu PWM điều khiển động cơ 2
+ Động cơ 1 kết nối với chân OUT1, OUT2 và động cơ 2 kết nối với chân OUT3, OUT4.
Chương trình trên Arduino
#define IN1 9
#define IN2 10
#define IN3 11
#define IN4 12
int tocdo1=0;
int tocdo2=0;
int trangthai1=0;
int trangthai2=0;
void setup()
{
pinMode(IN1, OUTPUT);
pinMode(IN2, OUTPUT);
pinMode(IN3, OUTPUT);
pinMode(IN4, OUTPUT);
pinMode(6, INPUT_PULLUP);
pinMode(7, INPUT_PULLUP);
}
void loop()
{
tocdo1=analogRead(0);
tocdo1=tocdo1/4;
tocdo2=analogRead(1);
tocdo2=tocdo2/4;
//********Dieu khien dong cơ 1*********//
if( digitalRead(6)==0){ //chạy nghịch
if( trangthai1 != digitalRead(6) ){
digitalWrite(IN1, LOW);
digitalWrite(IN2, LOW);
delay(500);//dừng motor trước khi đảo chiều
trangthai1=0;
}
digitalWrite(IN2, LOW);
analogWrite(IN1,tocdo1);
}
if( digitalRead(6)==1){ //chạy thuận
if( trangthai1 != digitalRead(6) ){
digitalWrite(IN1, LOW);
digitalWrite(IN2, LOW);
delay(500);//dừng motor trước khi đảo chiều
trangthai1=1;
}
digitalWrite(IN2, HIGH);
analogWrite(IN1,tocdo1);
}
//********Dieu khien dong cơ 2*********//
if( digitalRead(7)==0){ //chạy nghịch
if( trangthai2 != digitalRead(7) ){
digitalWrite(IN3, LOW);
digitalWrite(IN4, LOW);
delay(500);//dừng motor trước khi đảo chiều
trangthai2=0;
}
digitalWrite(IN4, LOW);
analogWrite(IN3,tocdo2);
}
if( digitalRead(7)==1){ //chạy thuận
if( trangthai2 != digitalRead(7) ){
digitalWrite(IN3, LOW);
digitalWrite(IN4, LOW);
delay(500);//dừng motor trước khi đảo chiều
trangthai2=1;
}
digitalWrite(IN4, HIGH);
analogWrite(IN3,tocdo2);
}
}
Ưu điểm và nhược điểm
+ Ưu điểm module tích hợp nên việc đấu dây đơn giản, điều khiển được 2 động cơ cả đào chiều và điều khiển được tốc độ.
+ Nhược điểm mạch cầu H có công suất nhỏ, điện áp dưới 3V, dòng điện nhỏ hơn 5A. Đòi hỏi biết kiến thức về lập trình Arduino.
Video mô phỏng mạch đảo chiều dùng L298
4. Mạch cầu H sử dụng 4 mosfet kênh N
Đặc điểm của mạch dùng 4 mosfet kênh N là khi thay đổi độ rộng xung PWM từ 0 -50% thì tốc độ động cơ giảm từ tốc độ tối đa về 0.
Khi độ rộng xung PWM tăng từ 50– 100% thì điện áp trung bình trên động cơ đổi dấu nên động cơ quay chiều ngược lại. Và tốc độ tăng từ 0 đến tốc độ lớn nhất.
Sơ đồ mạch đảo chiều động cơ dc dùng mạch cầu H
Mạch gồm 3 phần là phần điều khiển, mạch lái và mạch công suất.
+ Mạch điều khiển sử dụng xung PWM từ vi điều khiển hoặc IC phát xung như IC555. Xung PWM sau đó qua 2 opto cách ly PC817 trước khi đưa vào mạch lái.
Như trên mạch ta thấy cách mắc opto cực âm Led nối với GND, opto 2 cực âm Led mắc với xung PWM. Do đó ở đầu bên kia opto ta nhận được 22 xung PWM ngược 180 độ. Do vậy ta chỉ cần một xung PWM để điều khiển cả mạch.
+ Mạch lái sử dụng IC lái IR2103, IC này có sẽ đảm bảo điện áp điều khiển ở cực G của Mosfet sẽ ổn định. Đảm bảo cho Mosfet dẫn bão hòa, do đó điện áp rơi trên mosfet thấp, hiệu suất của mạch cao.
Mỗi IC IR2103 sẽ điều khiển 2 mosfet của một bên nhánh cầu H.
+ Mạch công suất sử dụng 4 mosfet kênh N, điện áp của mạch lái không phụ thuộc mạch công suất. Nên ta có thể sử dụng điện áp cao ở mạch công suất để điều khiển các động cơ điện áp cao.
Để tìm hiểu chi tiết về nguyên lý mạch đảo chiều động cơ dc dùng mạch cầu H mosfet vui lòng tham khảo bài viết tại đây.
Ưu và nhược điểm
+ Ưu điểm: Mạch điều khiển được động cơ công suất lớn, các mosfet dẫn như một công tắc đóng nên tổn hao ít. Mạch điều khiển được cách lý tốt với mạch công suất. Xung PWM có thể từ IC, mạch phát xung hay vi điều khiển nên có thể không cần lập trình.
+ Nhược điểm: Mạch điện phức tạp, cần thiết kế nguồn riêng cho mạch điều khiển, mạch lái và mạch công suất để đảm bảo cách ly tốt.
Video mô phỏng hoạt động của mạch điều khiển và mạch lái
>>> Xem thêm:
TOP 4 loại contactor 3 pha thông dụng nhất, nên sử dụng loại nào