CLB RealTEQ BÀI VI T CHUYÊN MÔNẾ Động cơ một chiều không chổi than 1 TP HỒ CHÍ MINH – NĂM 2022 Ng iườ th c hi n Đoàn Thành Đ tự ệ ạ MSSV 2051050086 L p TD20Aớ RealTEQ Club TABLE OF CONTENTS 1 Khái niệ[.]
CLB RealTEQ BÀI VIẾT CHUYÊN MÔN Động chiều khơng chổi than Người thực : Đồn Thành Đạt MSSV : 2051050086 Lớp : TD20A TP HỒ CHÍ MINH – NĂM 2022 RealTEQ Club TABLE OF CONTENTS Khái niệm động chiều không chổi than Cấu tạo 2.1 Stator 2.2 Rotor 2.3 cảm biến vị trí (hall sensor) Phân loại 3.1 Outrunner BLDC ( Loại động có rotor bên ngồi startor) 3.2 Inrunner BLDC ( Loại động có rotor bên startor) Nguyên lý hoạt động Đặc tính động BLDC So sánh động chiều không chổi than với động có chổi than 7 Điều khiển tốc độ động BLDC 7.1 Điều khiển tốc độ sử dụng cảm biến vị trí 7.2 Điều khiển tốc độ động không sử dụng cảm biến .9 Ứng dụng 10 8.1 Tải không đổi 10 8.2 Các ứng dụng có tải trọng thay đổi 11 8.3 Ứng dụng định vị 11 Khái niệm động chiều không chổi than Động DC khơng chổi than cịn gọi động BLDC (Brushless direct current) động DC chuyển mạch điện tử không chổi than Bộ điều khiển cung cấp xung dòng điện tới cuộn dây động để điều khiển tốc độ mômen động đồng Những loại động có hiệu cao việc tạo lượng lớn mômen xoắn phạm vi tốc độ rộng lớn Trong động không chổi than, nam châm vĩnh cửu quay xung quanh phần ứng cố định khắc phục cố kết nối dòng điện với phần ứng Chúng biết đến với khả vận hành trơn tru điều khiển liên tục lực quay tối đa (mô-men xoắn) Cấu tạo ‒ Cấu tạo động DC không chổi than gồm: stator, rotor, cảm biến vị trí (hall sensor) www.hocthatlamthat.edu.vn RealTEQ Club Hình 2.1 Cấu tạo động DC khơng chổi than 2.1 Stator ‒ Phân loại BLDC motor theo stato có loại: pha, hai pha ba pha Trong động ba pha sử dụng rộng rãi ‒ Stator: bao gồm lõi thép (các thép kĩ thuật điện ghép cách điện với nhau) dây quấn Hình 2.2 Cấu tạo stator 2.2 Rotor ‒ Rotor bao gồm trục đông nam châm vĩnh cửu bối trí xen kẽ cực bắc nam www.hocthatlamthat.edu.vn RealTEQ Club Hình 2.3 Cấu tạo rotor ‒ Về có hai phương pháp gắn nam châm vĩnh cửu lõi rotor Rotor có nam châm gắn bề mặt lõi: Các nam châm vĩnh cửu gắn bề mặt lõi rotor Kết cấu đơn giản chế tạo không chắn nên thường sử dụng phạm vi tốc độ trung bình thấp Hình 2.3.1 Rotor có nam châm gắn bề mặt lõi Rotor có nam châm ẩn bên lõi: Trong lõi rotor có khe dọc trục nam châm vĩnh cửu chèn vào khe Kết cấu khó khăn việc chế tạo lắp ráp, đặc biệt với công suất lớn, lại chắn sử dụng ứng dụng tốc độ cao Hình 2.3.2 Rotor có nam châm ẩn bên lõi www.hocthatlamthat.edu.vn RealTEQ Club 2.3 cảm biến vị trí (hall sensor) ‒ BLDC motor sử dụng cảm biến vị trí hiệu ứng Hall (gọi tắt cảm biến Hall) Cảm biến Hall gắn stato BLDC để phát nam châm vĩnh cửu roto qt qua Hình 2.4 Cảm biến vị trí Hiệu ứng Hall: hiệu ứng vật lý thực áp dụng từ trường vng góc lên làm kim loại hay chất bán dẫn (thanh Hall) có dịng điện chạy qua Lúc người ta nhận hiệu điện (hiệu Hall) sinh hai mặt đối diện Hall Hình 2.4.1 Mơ hình phần tử cảm biến hall www.hocthatlamthat.edu.vn RealTEQ Club Phân loại ‒ Động chiều không chổi than (BLDC) phân thành hai loại : Inrunner BLDC Outrunner BLDC Hình 3.1 Phân loại động BLDC 3.1 Outrunner BLDC ( Loại động có rotor bên ngồi startor) Hình 3.2 Outrunner BLDC ‒ Ưu điểm: Dễ dàng tạo mô-men xoắn lớn Tốc độ ổn định trình quay liên tục ‒ Nhược điểm: Rotor lớn (chuyển động chậm) Rotor bên cần có biện pháp bảo vệ thích hợp www.hocthatlamthat.edu.vn RealTEQ Club 3.2 Inrunner BLDC ( Loại động có rotor bên startor) Hình 3.3 Inrunner BLDC ‒ Ưu điểm: Rotor nhỏ (chuyển động nhanh) Cuộn dây nằm phía ngồi mức độ tản nhiệt cao ‒ Nhược điểm: Khó thu momen xoắn lớn Nam châm bị hỏng lực ly tâm Nguyên lý hoạt động Hình 4.1 Nguyên lý hoạt động BLDC motor Nguyên lý hoạt động động BLDC dựa lực tương tác từ trường stato tạo nam châm vĩnh cửu roto Khi dòng điện chạy qua ba cuộn dây stato tạo cực từ hút nam châm vĩnh cửu gần có cực từ trái dấu Roto tiếp tục www.hocthatlamthat.edu.vn RealTEQ Club chuyển động dòng điện dịch chuyển sang cuộn dây liền kề Cấp điện cho cuộn dây làm cho roto quay theo từ trường quay Trong thực tế để tăng lực tương tác người ta cấp điện lúc hai cuộn dây, thứ tự chuyển tiếp cuộn dây điều khiển mạch điện tử Đặc tính động BLDC ‒ Xuất phát từ biểu thức : Ta có dịng điện: ‒ Tốc độ khơng tải lý tưởng ‒ Phương trình đặc tính Hình 5.1.Đặc tính động Từ đồ thị phương trình đặc tính ta thấy giẩm điện áp tốc độ động giảm Ta nhận thấy đặc tính động BLDC giống với đặc tính động điện chiều So sánh động chiều khơng chổi than với động có chổi than So sánh động có chổi than Ưu điểm Hiệu suất ổn định 75-80% Cấu tạo đơn giản không www.hocthatlamthat.edu.vn động không chổi than ‒ Hiệu suất cao 85-90%, vận hành nhẹ nhàng, êm dù vận tốc RealTEQ Club cần điều khiển riêng biệt cho động động không chổi than Bật tắt đơn giản với công tắc Chi phí ban đầu rẻ thấp hay cao ‒ Do kích từ nam châm vĩnh cửu nên giảm tổn hao đồng sắt, đồng thời giảm hao tốn lượng ‒ Có thể tăng tốc giảm tốc thời gian ngắn ‒ Tiết kiệm chi phí bảo trì, thay chổi than vành trượt ‒ Độ bền động (motor) cao Nhược điểm ‒ Độ bền động thấp ‒ Giá thành cao ‒ Năng lượng thất thoát nhiều ma sát giữ chổi than roto khiến mài mòn cuộn dây ‒ Phải thay bàn chải (chổi than) mòn sau thời gian sử dụng Điều khiển tốc độ động BLDC Nguyên lý việc điều khiển tốc độ động sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Bộ điều khiển xác định vị trí trục roto xuất điện áp điều khiển đóng, mở khóa bán dẫn (mosfet) cấp điện áp cho động Hình 7.1 Sơ đồ điều khiển tốc độ dộng BLDC Để đơn giản ta điều chế độ rộng xung khóa bán dẫn bên (Q4,Q5,Q6), khóa bán dẫn phía kích dẫn dẫn hồn tồn (độ rộng xung 100%) www.hocthatlamthat.edu.vn RealTEQ Club 7.1 Điều khiển tốc độ sử dụng cảm biến vị trí BLDC motor sử dụng cảm biến Hall để xác định vị trí trục roto Hình bên mơ tả chu kỳ chuyển mạch khóa bán dẫn ứng với giá trị cảm biến Hall Trong ví dụ sử dụng cảm biến Hall lệch pha điện Hình 7.2 điều khiển tốc độ sử dụng cb hall 7.2 Điều khiển tốc độ động không sử dụng cảm biến Sensorless BLDC Motor Control phương pháp sử dụng từ thơng roto để điều khiển khóa đóng cắt thay cho cảm biến Hall Cơ sở điều khiển không cảm biến dựa vào thời điểm qua zero sức điện động cảm ứng pha động Phương pháp áp dụng với động chiều khơng chổi than có điện áp hình thang www.hocthatlamthat.edu.vn RealTEQ Club Hình 7.3 Điều khiển tốc độ động không sử dụng cảm biến ‒ Về có hai kỹ thuật điều khiển khơng cảm biến: Xác định vị trí roto dựa vào sức điện động động cơ, phương pháp đơn giản, dễ thực giá thành rẻ Ước lượng vị trí dùng thơng số động cơ, giá trị điện áp dòng điện động Phương pháp tính tốn phức tạp, khó điều khiển, giá thành lại cao Ứng dụng Ứng dụng điển hình động BLDC tìm thấy phân khúc thị trường Cụ thể động BLDC ứng dụng Ơ tơ, thiết bị gia dụng, điều khiển cơng nghiệp, tự động hóa, hàng khơng, v.v Hầu hết những ứng dụng dộng BLDC, phân thành ba loại chính: Tải không đổi Tải trọng thay đổi Ứng dụng định vị 8.1 Tải không đổi Đây loại ứng dụng mà tốc độ thay đổi quan trọng việc giữ độ xác tốc độ tốc độ đặt Ngoài ra, tốc độ tăng tốc giảm tốc không thay đổi linh hoạt Trong loại ứng dụng này, tải kết nối trực tiếp với trục động Ví dụ, quạt, máy bơm máy thổi thuộc loại ứng dụng Các ứng dụng địi hỏi điều khiển chi phí thấp, chủ yếu hoạt động vòng lặp mở www.hocthatlamthat.edu.vn 10 RealTEQ Club 8.2 Các ứng dụng có tải trọng thay đổi Đây loại ứng dụng mà tải động thay đổi phạm vi tốc độ Những ứng dụng u cầu độ xác điều khiển tốc độ cao phản ứng động tốt Tại gia đình thiết bị , máy giặt, máy sấy máy nén Trong ô tô, điều khiển bơm nhiên liệu, điều khiển lái điện tử, điều khiển động điều khiển xe điện ví dụ điển hình số Trong hàng khơng vũ trụ, có số ứng dụng, máy ly tâm, máy bơm, điều khiển cánh tay robot, điều khiển quay v.v Các ứng dụng sử dụng thiết bị phản hồi tốc độ chạy vịng lặp nửa kín vịng lặp kín Các ứng dụng sử dụng thuật tốn điều khiển nâng cao, làm phức tạp điều khiển làm tăng giá thành hoàn thành hệ thống 8.3 Ứng dụng định vị Hầu hết loại ứng dụng công nghiệp tự động hóa thuộc thể loại Các ứng dụng thể loại có số loại truyền tải điện, khí bánh vành đai hẹn giờ, hệ thống điều khiển vành đai đơn giản Trong ứng dụng này, phản ứng động tốc độ mơ-men quan trọng Ngồi ra, ứng dụng đồi hỏi đảo chiều quay thường xuyên hướng quay Một chu kỳ điển hình loại chuyển động định vị có giai đoạn tăng tốc, giai đoạn tốc độ không đổi giai đoạn giảm tốc pha định vị Tải trọng động thay đổi tất giai đoạn này, làm cho điều khiển phức tạp Mặt khác, cảm biến vị trí riêng biệt sử dụng để có vị trí tuyệt đối Máy tính điều khiển số (CNC) ví dụ tốt điều Điều khiển trình, điều khiển máy móc điều khiển băng tải có nhiều ứng dụng danh mục www.hocthatlamthat.edu.vn 11