BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Khoa Cơ Khí

------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHUN NGHÀNH CƠNG NGHỆ KĨ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MƠ HÌNH QUẠT ĐIỆN THƠNG
MINH

GVHD

: Ths. Nhữ Quý Thơ

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Khắc Bắc

2018605258

Nguyễn Hữu Đức

2018605534

Nguyễn Ngọc Hiệu

2018605834

Hà Nội - 2022

LỜI NĨI ĐẦU
Trong thời buổi hiện nay, khi mà cơng nghệ thông tin ngày càng phát triển trên thế
giới cũng như Việt Nam và dần khẳng định được vị thế của mình trong nền kinh tế thị
trường. Cùng với đó là sự ra đời của các thiết bị thông minh. Việc ra đời nhiều thiết bị
thông minh và sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ làm xuất hiện các đối
tượng phức tạp rất khó để điều khiển. Xuất hiện nhiều yếu tố mới mà không thể điều
khiển bằng các lý thuyết thơng thường đã có sẵn. Đây là động lực để nghiên cứu tìm
hiểu về phương pháp điều khiển mới đó chính là điều khiển thơng minh. Hiện nay, điều
khiển thông minh được sử dụng phổ biến là điều khiển mờ, mạng nơ ron, thuật toán di
chuyển. Ứng dụng các lĩnh vực: cơ khí, cơng nghệ thơng tin, điện tử vào đời sống để
giảm thiểu sức lao động của con người tăng sự tiện nghi cho cuộc sống và để góp phần
vào sự phát triển của phương pháp điều khiển thơng minh.
Nhóm đã tìm hiểu sơ lược và được sự tư vấn nhiệt tình từ các thầy cô hướng dẫn
bộ môn và đã quyết định lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế mơ hình quạt điện thông
minh”. Đồ án được lấy đối tượng nghiên cứu thiết kế là chiếc quạt điều hòa hơi nước và
hiện nay đang được sử dụng rộng rãi trong đời sống. Đề tài sẽ được thiết kế để chiếc
quạt điều hòa được thông minh, tiện dụng hơn khi được chạy tự động với luật điều khiển
mờ và kết hợp với điều khiển qua Webserver. Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử với mong
muốn hồn thành tốt mơn học, học hỏi thêm kiến thức, đồng thời đồ án có thể đóng góp
hữu ích rộng rãi vào cuộc sống.

I


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài này, nhóm em đã nhận được nhiều sự hỗ trợ, góp
ý và hướng dẫn của rất nhiều người.
Đầu tiên, nhóm em muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến THS.Nhữ Qúy Thơ,
giảng viên của khoa Cơ khí Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội đã hướng dẫn, giúp

đỡ tận tình trong suốt q trình làm đề tài.
Ngồi ra, nhóm em cũng muốn cảm ơn các thầy cơ trong Khoa Cơ Khí Trường
Đại học Công nghiệp Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để nhóm em thực hiện đồ án tốt
nghiệp này.
Cuối cùng, nhóm em xin cảm ơn giáo viên phản biện và các thầy cô trong hội đồng
bảo vệ luận văn đồ án đã dành thời gian nhận xét, đánh giá và giúp đỡ nhóm em trong
q trình bảo vệ luận văn.
Đồ án này sẽ khơng được hồn thành tốt đẹp nếu khơng có sự giúp đỡ của tất cả
mọi người. Một lần nữa nhóm em xin chân thành cảm ơn.

Nhóm sinh viên thực hiên
Nguyễn Ngọc Hiệu
Nguyễn Khắc Bắc
Nguyễn Hữu Đức

II


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................... I
LỜI CẢM ƠN...................................................................................................... II
MỤC LỤC

.................................................................................................... III

DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................... V
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...............................................................................VII
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ QUẠT ĐIỆN THÔNG MINH .......1
1.1 Lịch sử nghiên cứu ....................................................................................... 1
1.2 Các vấn đề đặt ra........................................................................................... 2

1.3 Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 3
1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 4
1.5 Ý nghĩa thực tiễn........................................................................................... 4
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT....................................................................5
2.1 Hệ thống cơ khí ............................................................................................. 5
2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý chung của các loại quạt ....................................... 5
2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý của quạt điều hòa ................................................ 7
2.2 Hệ thống điện, điều khiển ............................................................................. 9
2.2.1 Phương pháp điều khiển động cơ xoay chiều 1 pha .............................. 9
2.2.2 Luật điều khiển mờ và ứng dụng ......................................................... 15
2.2.2.1 Luật điều khiển mờ ....................................................................15
2.2.2.2 Ứng dụng của điều khiển mờ ....................................................21
2.3 Hệ thống cảm biến và điều khiển ............................................................... 21
2.3.1 Hệ thống cảm biến ............................................................................... 21
2.3.2 Hệ thống điều khiển ............................................................................. 23
2.3.3 Mối tương quan giữa nhiệt độ và độ ẩm .............................................. 27
CHƯƠNG 3 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH QUẠT ĐIỆN THƠNG
MINH
.................................................................................................... 31
3.1 Tính tốn, thiết kế hệ thống cơ khí ............................................................. 31
3.2 Tính tốn, thiết kế hệ thống điện ................................................................ 36
3.3 Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển ....................................................... 37
3.3.1 Hệ thống điều khiển ............................................................................. 37
3.3.2 Thiết kế luật điều khiển mờ ................................................................. 41
3.3.3 Lưu đồ hệ thống và điều khiển trên webserver ................................... 47

III


CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN .....................52

4.1 Kết quả đạt được ......................................................................................... 52
4.1.1 Mơ hình sản phẩm thực tế ................................................................... 52
4.1.2 Mơ hình web điều khiển trên thực tế ................................................... 54
4.1.3 Hoạt động thực tế của hệ thống ........................................................... 57
4.1.4 Hạn chế ................................................................................................ 58
4.2 Định hướng phát triển ................................................................................. 58
KẾT LUẬN

..................................................................................................... 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. VIII
PHỤ LỤC

.................................................................................................... IX

IV


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Sơ đồ đấu dây của quạt trần .....................................................................6
Hình 2.2 Sơ đồ đấu dây của quạt bàn .....................................................................7
Hình 2.3 Cấu tạo chung của quạt điều hịa .............................................................7
Hình 2.4 Sơ đồ mạch điều khiển quạt ...................................................................10
Hình 2.5 Các phương pháp điều áp 1 pha .............................................................11
Hình 2.6 Đồ thị dạng xung điều chế PWM ..........................................................12
Hình 2.7 Mạch phát hiện điểm 0 ..........................................................................13
Hình 2.8 Xung đầu vào, ra của mạch phát hiện điểm 0 ........................................14
Hình 2.9 Mạch cơng suất ......................................................................................14
Hình 2.10 Dạng xung mở triac .............................................................................15
Hình 2.11 Miền xác định và miền tin cậy của tập mờ ..........................................15

Hình 2.12 Giải mờ theo nguyên lý trung bình ......................................................19
Hình 2.13 Giải mờ theo nguyên lý cận trái...........................................................19
Hình 2.14 Giải mờ theo nguyên lý cận phải .........................................................19
Hình 2.15 Miền xác định của tập mờ....................................................................20
Hình 2.16 Các khối chức năng của bộ điều khiển mờ ..........................................20
Hình 2.17 Module cảm biến DHT11 ....................................................................21
Hình 2.18 Sơ đồ chân Kit Wifi Esp8266 ..............................................................23
Hình 2.19 Arduino Uno R3 ngồi thực tế.............................................................23
Hình 2.20 Giao diện phần mềm Matlab................................................................25
Hình 2.21 Giao diện cửa sổ thư viện Simulink ....................................................26
Hình 2.22 Giao diện Fuzzy Logic Toolbox ..........................................................27
Hình 2.23 Mối tương quan giữa nhiệt độ và độ ẩm ..............................................29
Hình 3.1 Quạt điều hịa hơi nước Hongxin ...........................................................31
Hình 3.2 Tổng quan quạt điều hịa HongXin ........................................................32
Hình 3.3 Sơ đồ khối của hệ thống quạt thơng minh .............................................32
Hình 3.4 Động cơ quạt điều hịa HongXin ...........................................................34
Hình 3.5 Động cơ máy bơm nước module DHY-16 ............................................35
Hình 3.6 Cánh quạt điều hịa ................................................................................36
Hình 3.7 Triac BTA136 ........................................................................................37

V


Hình 3.8 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển .............................................................38
Hình 3.9 Cấu trúc bộ điều khiển mờ điều khiển quạt và máy bơm ......................41
Hình 3.10 Mờ hóa đầu vào nhiệt độ .....................................................................42
Hình 3.11 Mờ hóa đầu vào độ ẩm ........................................................................42
Hình 3.12 Mờ hóa đầu ra thời gian trễ của động cơ quạt và động cơ bơm nước .43
Hình 3.13 Xây dựng luật điều khiển mờ ..............................................................44
Hình 3.14 Kết quả đầu ra được biểu diễn trên luật mờ.........................................45

Hình 3.15 Đồ thị quan hệ đầu vào ra của luật mờ ................................................45
Hình 3.16 Khảo sát thời gian trễ trên Matlab Simulink .......................................46
Hình 3.17 Mô phỏng đầu ra thời gian trễ bằng code mờ trên proteus ..................46
Hình 3.18 Lưu đồ thuật tốn điều khiển hệ thống quạt ........................................47
Hình 3.19 Lưu đồ thuật tốn điều khiển trên Arduino .........................................48
Hình 3.20 Lưu đồ thuật tốn điều khiển Kit Wifi ESP8266 .................................49
Hình 3.21 Mạch nguyên lý được vẽ trên altium ...................................................50
Hình 3.22 Mạch in được thiết kế trên phần mềm altium ......................................50
Hình 3.23 Giao diện app điều khiển bằng Wifi ....................................................51
Hình 4.1 Mặt trước sản phẩm thực thế .................................................................52
Hình 4.2 Mặt trên của sản phẩm thực tế ...............................................................53
Hình 4.3 Mạch điện điều khiển hệ thống ..............................................................54

VI


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Sự tương quan giữa nhiệt độ và độ ẩm môi trường..............................28
Bảng 3.1 Phạm vi biến ngôn ngữ cho các biến.....................................................41
Bảng 3.2 Luật hợp thành đối với động cơ quạt và máy bơm ...............................43
Bảng 3.3 Giá trị điện áp ra với từng thời gian trễ .................................................44

VII


CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ QUẠT ĐIỆN THÔNG
MINH


1.1 Lịch sử nghiên cứu
Quạt điện được sản xuất theo cơ chế hoạt động giống như quạt kéo ở vùng trung
Đông hồi thế kỉ XIX. Nó là một hệ thống gồm một khung vải bạt, kết nối với một sợi
dây dẫn, kéo tới kéo lui để tạo ra luồng gió. Sau cuộc cách mạng công nghiệp vào cuối
thế kỉ XIX, các nhà máy thủy lực đã tạo ra quạt dẫn động bằng đai. Họ thực hiện thay
trục giữa của quạt bằng máy móc động. Từ đó, quạt điện được cải tiến dần dần.
Một trong những người chế tạo ra chiếc quạt máy đầu tiên là Omar-Rajeen Jumala
vào năm 1832. Phát minh của ông được gọi là máy quạt ly tâm, hoạt động giống như
máy bơm khơng khí. Đến khi Thomas Edison và Nikola Tesla phát hiện ra nguồn năng
lượng điện vào cuối thế kỉ XIX và đầu thế kỉ XX. Từ đó quạt chạy bằng cơ học đã được
cải tiến thành quạt chạy bằng điện năng.
Năm 1882, Philip Diehl đã cho ra mắt quạt điện trần và ông được xem là cha đẻ
của chiếc quạt điện ngày nay. Đến nay, quạt điện đã trở thành một thiết bị không thể
thiếu trong các hộ gia đình.
Hiện nay với sự phát triển của quạt điện đã cho ra mắt những mẫu quạt tiện ích
mang khuynh hướng thơng minh như: quạt thơng gió, quạt làm mát, quạt phun sương,
quạt điều hịa hơi nước, quạt khơng có cánh. Nhìn chung các kiểu quạt này đều có cấu
tạo gần giống nhau, với cấu trúc chính là động cơ quạt thực hiện nhiệm vụ tạo gió, bộ
điều khiển cấp năng lượng cho động cơ và một số mẫu quạt có kết hợp thêm bộ tạo
sương để tăng độ ẩm. Bộ điều khiển của quạt thường là bộ điểu khiển có cấp được điều
khiển bằng tay hoặc remote chứa các mức tốc độ nhất định nên khi sử dụng quạt còn
gặp nhiều vấn đề bất cập khi trạng thái nhiệt độ mơi trường thay đổi.
Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu, thiết kế mơ hình quạt điện thơng minh” được lựa
chọn với nhiệm vụ mang đến sự thay đổi mới mẻ, tiện lợi trong cuộc sống con người.
Đề tài sử dụng luật mờ để điều khiển quạt tự động chạy với các mức tốc độ khác nhau,
với hai đầu vào (nhiệt độ và độ ẩm) và hai đầu ra (motor quạt và motor máy bơm nước).
Hệ thống tự động có đầu ra là tốc độ quạt và máy bơm được điều khiển vô cấp (thay đổi
điện áp cấp cho động cơ) tùy theo tín hiệu nhiệt độ và độ ẩm mơi trường hệ thống thu

1



nhận được. Các chế độ của quạt được chuyển đổi qua Web điều khiển, đảm bảo tính tiện
dụng và mở rộng khả năng kết nối với các mơ hình sản phẩm thông minh khác.

1.2 Các vấn đề đặt ra
Hệ thống cơ khí
Sử dụng hệ thống cơ khí sẵn trong quạt.
Hệ thống động cơ quạt (gồm rotor và stator) xoay chiều không đồng bộ 1 pha lấy
xung và nguồn từ bộ điều khiển, tạo ra momen quay cho cánh quạt chuyển động.
Hệ thống máy bơm nước 1 pha xoay chiều, lấy điện từ đầu ra của mạch điều khiển,
sử dụng để bơm nước từ đáy quạt lên cung cấp cho dàn mát.
Hệ thống cánh quạt nhận momen quay từ trục và tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa
trước và sau cánh quạt, dẫn đến các dịng khí đối lưu từ sau về trước hoặc ngược lại.
Hệ thống bể nước mini cung cấp cho máy bơm.
Hệ thống điện
Hệ thống sử dụng điện xoay chiều 1 pha dân dụng ⁓220V - 50Hz. Hệ thống sử
dụng mạch nhận biết điểm 0V và mạch cơng suất dùng để kích góc mở triac để điều
khiển quạt và máy bơm.
Bộ điều khiển trung tâm dùng Arduino Uno R3 để xử lý tín hiệu vào từ cảm biến
nhiệt độ và cảm biến độ ẩm để xuất tín hiệu cho mạch công suất.
Module NodeMCU esp8266 kết nối với Arduino Uno R3 thông qua giao tiếp
UART, nhận dữ liệu từ Arduino và thực hiện các thao tác điều khiển thơng qua
Webserver kết nối Wifi.
Chương trình điều khiển
Chương trình điều khiển dựa trên luật điều khiển mờ điều khiển có cấp (4 cấp độ)
được xây dựng trên các phần mềm hỗ trợ về lập trình và mơ phỏng (Arduino IDE và
Matlab).
Xây dựng giao tiếp một Web đơn giản dễ sử dụng.


2


Thử nghiệm đánh giá
Sau khi hoàn thành thử nghiệm trên phần mềm Matlab/Simulink để kiểm tra tính
ổn định, chất lượng, đảm bảo an toàn và đánh giá.
Hệ thống phải đảm bảo hoạt động ổn định ở các cấp tốc độ.
Hệ thống được đánh giá hoạt động ổn định khi hoàn thành sản phẩm thực tế.

1.3 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Nghiên cứu qua các kênh thông tin, internet, qua các bài viết trong nước và quốc
tế về các ứng dụng của điều khiển mờ vào việc điều khiển tốc độ động cơ và đối tượng
quạt điện.
Tìm hiểu cách tạo gió của quạt, các loại quạt điện trên thị trường.
Tìm hiểu bộ chuyển đổi giữa ADC, các thiết bị thành phần có trong hệ thống.
Tìm hiểu về vi xử lý và vi điều khiển, các cảm biến nhiệt độ và cảm biến độ ẩm.
Nghiên cứu sự ảnh hưởng nhiệt độ và độ ẩm đến cơ thể con người thông qua các
bài báo đánh giá của nước ta và nước ngồi.
Tìm hiểu cách sử dụng các phần mềm lập trình (Matlab và Arduino IDE) và các
phần mềm thiết kế mơ phỏng trên máy tính.
Tìm hiểu về cách mơ hình hóa, giúp cho việc tính tốn và chọn các trang thiết bị
điện vào mạch để điều khiển thiết bị.
Phương pháp nghiên cứu mơ hình hóa mơ phỏng
Kết quả xây dựng được được thử nghiệm đánh giá trên phần mềm mô phỏng và
sản phẩm thực tế.
Trong khuôn khổ của đồ án này, phần mềm Matlab/Simulink và phần mềm Proteus
được sử dụng để mô phỏng đánh giá chất lượng điều khiển.

3



1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu
Giới hạn nghiên cứu
Nghiên cứu các loại quạt điện có sẵn sử dụng điện áp AC 220V công suất nhỏ
(<100W).
Nghiên cứu các yếu tố để quạt hoạt động như là nhiệt độ, độ ẩm và yếu tố đảo gió.
Nghiên cứu sự ảnh hưởng nhiệt độ, độ ẩm trên cơ thể con người ở Việt Nam.
Thiết kế mạch để điều khiển và quạt sử dụng theo kiểu điều khiển có cấp tốc độ.
Giới hạn đề tài trong phòng từ 15 – 20 m2.
Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu thiết kế, xây dựng hệ thống điều khiển trên lý thuyết, đánh giá
trên phầm mềm mô phỏng và xây dựng mơ hình thực tế.

1.5 Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài này mang lại ý nghĩa thực tiễn to lớn đối với đời sống con người. Đối với
những ngơi nhà khơng có điều kiện sử dụng điều hịa khơng khí làm mát hoặc những hộ
gia đình sử dụng thiết bị làm mát trong những căn phòng với diện tích lớn thì ln ưu
tiên sử dụng quạt điện. Đời sống hiện nay mỗi hộ gia đình dù điều kiện kinh tế cịn khó
khăn hay là khá giả thì họ vẫn ln sở hữu ít nhất một chiếc quạt điện trong gia đình của
mình để làm mát. Do đó một chiếc quạt tự động có thể vừa tạo mát, vừa tạo ẩm khơng
khí với giá phải chăng ln ln là lựa chọn hàng đầu mang lại sự tiện nghi trong những
ngày nắng nóng của mỗi hộ gia đình. Quạt hoạt động tiết kiệm năng lượng, nâng cao
hiệu suất. Với nền công nhiệp số 4.0 kết nối mọi thứ tự động hoạt động dưới sự giám
sát của internet thì quạt điện thông minh là không thể thiếu trong hệ sinh thái này và
luôn được nâng cấp phát triển.

4



CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Hệ thống cơ khí
2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý chung của các loại quạt
a, Cấu tạo
Các loại quạt ngày nay đều có cấu tạo đa phần giống nhau ở một số bộ phận:
- Cánh quạt: Làm bằng kim loại hay nhựa được tạo dáng để tạo ra gió khi quay.
- Động cơ diện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha.
- Lưới bảo vệ: Dụng cụ để bảo vệ cánh quạt và động cơ trước tác động từ bên ngoài.
- Bộ phận điều chỉnh tốc độ quay và thay đổi hướng gió.
b, Nguyên lý hoạt động
Khi có dịng điện chạy trong dây dẫn quấn trên lõi sắt từ (phe silic) tạo thành một
lực tác động lên rotor. Phe silic thường làm từ tole silic mỏng ghép nhiều miếng lại với
nhau.
Vị trí các cuộn dây chạy và dây đề được đặt lệch nhau. Đồng thời tác dụng làm
lệch pha của tụ điện sẽ tạo ra trong lòng stator các lực hút khơng cùng phương với nhau.
Vì 2 lực hút lệch nhau về phương và thời gian nên tạo ra trong lòng stator một từ
trường quay làm cho roto quay được.
Tốc độ quay của động cơ quạt được xác định:
n = (60 * f) / p

(2.1)

Trong đó:
n: Số vòng quay của quạt (vòng/s)
f: Tần số dòng điện cấp cho động cơ (Hz)
p: Số cặp cực từ trong động cơ
Để thay đổi tốc độ của quạt người ta quấn trên đó một số vịng dây chung với cuộn

chạy. Khi dòng điện tăng lên hoặc giảm xuống do điện trở của cuộn dây thay đổi sẽ tạo
ra nên một từ trường mạnh hoặc yếu hơn, làm cho quạt chạy nhanh hơn hoặc chậm hơn.

5


Bộ điều khiển quạt đa số là bộ điều khiển có cấp bằng tay với các mức tốc độ cố
định và chưa được tự động. Chỉ có một số quạt thông minh trên thị trường như: quạt
phun sương và quat khơng cánh được tích hợp bộ điều khiển thơng minh tự động cho
quạt.
c, Sơ đồ mạch điện của các loại quạt điện
-

Quạt trần:

Hình 2.1 Sơ đồ đấu dây của quạt trần
Quạt trần có thể đấu dây theo từ cực thật và từ cực giả. Quạt trần điều chỉnh tốc độ
bằng cách giảm điện áp đặt vào động cơ quạt. Có rất nhiều cách giảm điện áp đưa vào
động cơ quạt, nhưng thông thường người ta dùng cuộn cảm kháng. Khoảng sụt áp trên
cuộn cảm kháng không quá 30% điện áp nguồn. Nếu cao hơn, sẽ làm quạt chạy quá
chậm và phát nhiệt.
-

Quạt bàn:

6


Hình 2.2 Sơ đồ đấu dây của quạt bàn
Về nguyên tắc đấu dây, quạt bàn thông thường đấu cực thật và thường có 4 từ cực.

Cuộn tốc độ quấn chung với cuộn đề và được phân bố đều trên các cuộn đề.

2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý của quạt điều hịa
a, Cấu tạo

Hình 2.3 Cấu tạo chung của quạt điều hịa
-

Tấm làm mát Cooling Pad: Được coi là vũ khí bí mật và quan trọng nhất của quạt
điều hịa. Khơng khí nóng được hút vào trong quạt, chúng sẽ được đẩy qua tấm

7


làm mát giúp nhiệt độ khơng khí giảm xuống và thổi gió ra ngồi mơi trường, giúp
làm mát khơng gian.
-

Bình chứa nước: Đặt phía dưới sau thân máy, đây chính là nơi bạn đổ nước vào để
cung cấp cho tấm là mát. Tùy từng dịng sản phẩm và mức cơng suất mà quạt điều
hịa có bình chứa nước dung tích lớn nhỏ khác nhau.

-

Hệ thống bơm nước: Máy bơm nước chạy liên tục và nước chảy tuần hoàn từ trên
xuống dưới tấm làm mát cooling pad để giữ chúng luôn được ướt và khơng khí sẽ
được làm mát khi chạy qua.

-


Quạt gió: Trong bất cứ quạt điều hịa nào cũng đều có một quạt gió được thiết kế
theo 1 trong 2 kiểu là quạt ly tâm hoặc quạt hướng trục. Cánh quạt có nhiệm vụ
hút khí nóng từ bên ngồi vào trong đi qua tấm làm mát và đưa luồng khí mát
ngược trở lại mơi trường xung quanh.

-

Tấm lưới chắn bụi, lọc khơng khí: Tấm lưới chắn bụi trên quạt điều hịa có dạng
khung hình chữ nhật mỏng, gồm nhiều ô vuông nhỏ, vành khung ngoài được làm
từ chất liệu nhựa nhẹ. Bên trong là các tấm vải nhẹ và mỏng, có nhiều lỗ nhỏ li ti
nhằm chắn bụi một cách hiệu quả. Tấm lưới chắn bụi được bố trí ở hai bên hông
và mặt sau của quạt, gắn bên ngồi tấm làm mát cooling pad, có chức năng lọc bụi
bẩn trong khơng khí trước khi đi vào tấm làm mát.

-

Bảng điều khiển: Giúp người dùng tùy chỉnh chức năng trên quạt. Khi kết hợp điều
khiển mờ quạt sẽ tự động hoạt động.

-

Bánh xe di động: Giúp cho sự duy chuyển dễ dàng.

b, Nguyên lý hoạt động
-

Hệ thống bơm nước dẫn nước từ bình chứa nước lên tấm làm mát Cooling Pad.

-


Tấm làm mát hút nước và được cấp nước chảy tuần hồn liên tục nên ln ướt.

-

Hệ thống quạt hút khơng khí nóng từ bên ngồi phịng vào máy và đưa qua tấm
làm mát.

-

Tấm làm mát với độ ẩm cao nhanh chóng hấp thụ nhiệt của luồng khí nóng này,
giúp giảm nhiệt luồng khí từ 3 - 7 độ C và tối đa tới 15 độ C, tạo ra luồng khí mát
lạnh.

8


-

Hệ thống quạt đẩy luồng khí đã được làm lạnh ra ngồi mơi trường, nhanh chóng
hạ nhiệt độ phịng, đem lại bầu khơng khí trong lành, dễ chịu, sảng khối cho người
dùng.

-

Với trường hợp chỉ sử dụng nước thì nhiệt độ phòng sẽ giảm xuống khoảng 3 - 7
độ C, còn nếu máy làm mát cho phép sử dụng cùng đá khơ thì có thể giảm nhiệt
độ cho phịng sâu hơn tới 10 - 15 độ C. Những quạt có thể dùng cùng gel đá khơ
thế này thì cịn được gọi với tên là quạt đá.

2.2 Hệ thống điện, điều khiển

2.2.1 Phương pháp điều khiển động cơ xoay chiều 1 pha
Động cơ điện xoay chiều một pha là động cơ điện xoay chiều khơng cổ góp được
chạy bằng điện một pha. Loại động cơ điện này được sử dụng khá rộng rãi trong công
nghiệp và trong đời sống như động cơ bơm nước, động cơ quạt, động cơ trong các hệ
thống tự động… Khi sử dụng loại động cơ này người ta thường cần điều chỉnh tốc độ.
Để điều khiển tốc độ động cơ một pha người ta có thể sử dụng các phương pháp sau:
- Thay đổi số vòng dây của Stator.
- Mắc nối tiếp với động cơ một điện trở hay cuộn dây điện cảm.
- Điều khiển điện áp đưa vào động cơ.
Trước đây điều khiển tốc độ động cơ bằng điều khiển điện áp xoay chiều đưa vào
động cơ, người ta thường sử đụng hai cách phổ biến là mắc nối tiếp với tải một điện trở
hay một điện kháng hoặc là điều khiển điện áp bằng biến áp như là các ổn áp. Chúng
đều có nhược điểm là kích thước lớn và khó điều khiển liên tục khi dòng điện lớn.
Ngày nay với việc ứng dụng Tiristor và Triac vào điều khiển, người ta có thể điều
khiển động cơ một pha bằng bán dẫn.

9


Hình 2.4 Sơ đồ mạch điều khiển quạt
Trong đó :
T: Triac điều khiển điện áp trên quạt
VR: Biến trở để điều chỉnh khoảng thời gian dẫn của Triac
R: Điện trở đệm
D: Diac định ngưỡng điện áp để Triac dẫn
C: Tụ điện tạo điện áp ngưỡng để mở thông Triac
Điện áp và tốc độ của quạt có thể điều khiển bằng cách điều chỉnh biến trở VR.
Tuy nhiên điều khiển này khơng triệt để vì ở vùng điện áp nhỏ khi Triac dẫn ít rất khó
điều khiển. Tốc độ quạy của quạt có thể được điều khiển cũng bằng biến trở VR. Khi
điều chỉnh trị số VR ta điều chỉnh việc nạp tụ C lúc đó điều chỉnh được thời điểm mở

thông Diac và thời điểm Triac dẫn. Như vậy Triac được mở thông khi điện áp trên tụ
đạt điểm dẫn thông Diac. Kết quả là muốn tăng tốc độ của quạt ta cần giảm điện trở của
VR để tụ nạp nhanh hơn. Triac dẫn sớm hơn điện áp ra lớn hơn. Ngược lại điện trở của
VR càng lớn tụ nạp càng chậm, Triac mở càng chậm lại điện áp và tốc độ của quạt giảm
xuống. Có thể điều khiển liên tục tốc độ quạt, sử dụng cho các loại tải khác như điều
khiển độ sáng của đèn sợi đốt, điều khiển bếp điện. Nhưng nếu chất lượng Triac hay
Diac kém thì ở vùng tốc độ thấp quạt sẽ xuất hiện tiếng ù do thành phần một chiều của
dòng điện.

10


a, Bộ điều áp xoay chiều 1 pha

Hình 2.5 Các phương pháp điều áp 1 pha

- a: Mắc nối tiếp
- b: Dùng biến áp tự ngẫu
- c: Bằng bán dẫn
Người ta có thể dùng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh điện áp xoay chiều U2 như trên
hình 2.5b. Điều chỉnh bằng biến áp tự ngẫu có ưu điểm là có thể điều chỉnh điện áp U2
từ 0 đến trị số bất kì, lớn hay nhỏ hơn điện áp vào. Nếu cần điện áp ra có điều chỉnh, mà
vùng điều chỉnh có thể lớn hơn điện áp vào, thì phương pháp phải dùng biến áp là tất
yếu. Tuy nhiên, khi dòng tải lớn, sử dụng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh, khó đạt được
yêu cầu như mong muốn, đặc biệt là không điều chỉnh liên tục được, do chổi than khó
chế tạo để có thể chí tiếp xúc trên một vòng dây của biến áp. Hai giải pháp điều áp xoay
chiều trên hình 2.5a, 2.5b có chung ưu điểm là điện áp hình sin, đơn gian. Có chung
nhược điểm là qn tính điều chỉnh chậm và khơng điều chỉnh liên tục khi dòng tải lớn.
Sử dụng sơ đồ bán dẫn để điều chỉnh xoay chiều, có thể khắc phục được những nhược
điểm vừa nêu. Các sơ đồ điều áp xoay chiều bằng bán dẫn trên hình 2.5c được sử dụng

phổ biến. Lựa chọn sơ đồ nào trong các sơ đồ trên tùy thuộc dòng điện, điện áp tải và
khả năng cung cấp các linh kiện bán dẫn.
b, Điều khiển theo phương pháp PWM
Việc sử dụng PWM để điều khiển động cơ một chiều (động cơ DC) là một điều rất
phổ biến. Đối với việc sử dụng phần mềm AVR để điều khiển thì một điều rất dễ dàng.
Với ưu điểm là dễ dàng trong việc thiết kế và sử dụng các linh kiện. Cùng với việc
dễ dàng viết chương trình điều khiển nên PWM được sử dụng nhiều hiện nay. PWM là
phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa

11


trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện áp ra. Các PWM
khi biến đổi thì có cùng một tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương hay sườn
âm.

Hình 2.6 Đồ thị dạng xung điều chế PWM
Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn của tải và
một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt. Phần tử thực hiện nhiệm vụ
đó trong mạch các van bán dẫn.
c, Điều khiển góc mở Triac
Tín hiệu được đưa vào chân điều khiển G của Triac. Triac có nhiệm vụ điều khiển
mở dẫn dịng từ đó ta nhận được giá trị điện áp trên tải tương ứng với góc mở của Triac
khi ta điều chỉnh biến trở V11 để điều chỉnh độ rộng xung vuông tương ứng tải ở trên
sơ đồ có thể đặt trước hoặc sau van.
Đối với tải có tính cảm kháng thì khi tắt vẫn có một phần điện áp trả lại của động
cơ. Nên có thể xuất hiện một vùng khơng hoạt động nếu điện cảm ứng thì mạch có thể
khơng hoạt động hoàn toàn.
Nguyên nhân của hiện tượng này gồm các lý do:
Khi điện áp nguồn U1 đã đổi dấu mà cuộn dây điện cảm chưa xả hết năng lượng,

làm cho T1 vẫn dẫn từ π cho đến φ1 nếu T1 đang dẫn chứng tỏ T1 đang phân cực thuận
và điện áp Ua1a2 > 0. Khi T1 phân cực thuận chứng tỏ T2 phân cực ngược. Do đó trong
vùng từ φ1 cho đến π nếu có phát xung điều khiển T2 thì T2 khơng dẫn được.

12


Do khi có điện cảm, dịng điện khơng biến thiên đột ngột tại thời điểm mở Tiristor,
điện cảm càng lớn khi dòng điện biến thiên càng chậm. Nếu độ rộng xung điều khiển
hẹp, dịng điện khi có xung điều khiển khơng đủ lớn hơn dịng điện duy trì, do đó van
bán dẫn khơng tự giữ dịng điện. Kết quả khơng có dịng điện, van sẽ khơng mở. Hiện
tượng này sẽ thấy ở cuối và đầu chu kỳ điện áp, lúc đó điện áp tức thời đặt vào van bán
dẫn khóa luôn. Chỉ khi nào điện áp mở ở van đủ lớn hơn dịng dịng điện duy trì, dịng
điện mới tồn tại trong mạch. Để khắc phục hiện tượng này là tạo xung gián đoạn bằng
chùm xung liên tiếp từ thời điểm mở van cho tới cuối bán kỳ.
Mạch phát hiện điểm khơng:

Hình 2.7 Mạch phát hiện điểm 0
Trong mạch này có một mạch được gọi là mạch xác định điểm ở vị trí 0V. Ở mạch
này, điện áp xoay chiều sẽ đi vượt qua diode cầu. Dòng điện sẽ đi qua diode zenner 5V
sẽ có dịng đi qua Opto. Khi khơng có dịng đi qua thì INT0 có mực điện áp là 5V ứng
với mức logic 1. Ngược lại, khi có dịng đi qua thì INT0 có mức điện áp 0V ứng với
mức logic 0. Được mơ tả như hình bên dưới (A là xung diode cầu, B là dạng xung đầu
ra INT0 đưa vào ngắt).

13


Hình 2.8 Xung đầu vào, ra của mạch phát hiện điểm 0
Tín hiệu tại điểm INT0 cho ta thấy khi điện áp xoay chiều 220V về giá trị 0 thì

xung tín hiệu lúc đó tại INT0 sẽ là 5V. Chúng ta sẽ cho tín hiệu này vào vi điều khiển
và xử lý. Việc phát hiện được điểm 0 của điện áp 220V sẽ giúp chúng ta đóng mở được
trong từng chu kỳ của điện 220V thay vì đóng và mở mỗi chu kỳ.
Mạch cơng suất:

Hình 2.9 Mạch cơng suất
Nhiệm vụ chính của mạch này là đóng/mở các triac để điều khiển quạt:
Tín hiệu điều khiển quạt được đưa vào chân 2 của Moc3020, chân Dieu Khien = 0
thì Triac dẫn, Dieu Khien = 1 thì Triac khóa. Tuy nhiên, vì phải điều chỉnh tốc độ quạt,
nên khi phát xung ở chân Dieu Khien ta phải tính tốn thay đổi độ trễ i tại thời điểm bắt
được điểm 0v, đó chính là việc thay đổi góc mở alpha cho triac. Độ trễ i này phải nằm
trong khoảng từ 0 (ms) < i < 10 (ms). Khoảng thời gian delay này sẽ quyết định tốc độ
của động cơ. Như vậy, độ trễ i bé thì triac mở lớn và ngược lại.

14


Khi tín hiệu tại Dieu Khien xuống 0 thì tại điểm G của Triac sẽ có dịng làm cho
hai đầu A2 và A1 của Triac thơng với nhau. Khi tín hiệu tại OUTVDK lên 1 thì A2 và
A1 sẽ đóng khi điện áp xoay chiều về 0 (tức là chênh lệch điện áp giữa A2 và A1 là 0).

Hình 2.10 Dạng xung mở triac

2.2.2 Luật điều khiển mờ và ứng dụng
2.2.2.1 Luật điều khiển mờ
a, Đặc trưng của tập mờ
1, Độ cao của tập mờ:
Độ cao của một tập mờ F định nghĩa trên tập nền X là giá trị
h  sup F (x); x  X
Tập mờ có h=1 là tập mờ chính tắc, h<1 là tập mờ khơng chính tắc


Hình 2.11 Miền xác định và miền tin cậy của tập mờ

15

(2.2)