Khảo sát và mô phỏng hệ thống điều khiển xe điện mini phục vụ học tập

Động cơ BLDC là động cơ một chiều không chổi than được điều khiển nhờ sửdụng các cảm biến Hall để xác định được vị trí Rotor để đưa tín hiệu về cho viđiềukhiển xử lý và điều khiển tốc độ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC

NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC

NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Đà Nẵng, 8 /2021

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

Tình hình trong nước thì xe đạp điện ngày càng phổ biến rộng rãi, phát triển

mạnh mẽ trong những năm gần đây, nhu cầu đi lại sử dụng phương tiện này ngày càng

tăng lên, nó phù hợp với tất cả mọi lứa tuổi và tiện lợi hơn rất nhiều so vơi phương tiệnkhác

II Qúa trình thực hiện đồ án

Sau quá trình tìm hiểu và thực hiên đề tài, nhóm đã giải quyết các mắc đã đề raban đầu, giải quyết từng bước và đặt ra những vấn đề mới giúp cho bài đồ án mangtính logic và hoàn thiện hơn

 Nghiên cứu về động cơ BLDC

 Tính toán thiết kế và mô phỏng

 Mô phỏng quá trình điều khiển động cơ bằng phần mềm Proteus

Nhờ vào việc tìm hiểu đề tài về động cơ BLDC và các công nghệ điều khiển xe,nhóm có thể hiểu rõ hơn về cách điều khiển chế tạo mạch lắp đặt, tạo tiền đề để nhómphát triển ý tưởng làm nghề sau này

III Định hướng phát triền đề tài

 Tiếp tục nghiên cứu và mô hình mô phỏng hoạt động của động cơ điện lắp cho

xe hybrid điện đây là hướng mở rộng của đề tài

 Dựa trên mô hình trên máy tính, tiến hành chế tạo mạch điều khiển và xây dựng

mô hình động cơ của xe điện

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, xe ô tô sử dụng chủ yếu là dùng động cơ đốt trong.Tuy nhiên những năm gần đây sự suy thoái của môi trường gây nên nhưng hiện tượng

về biến đổi khí hậu Và xe sử dụng động cơ đốt trong, thải phần lớn khí ô nhiễm ramôi trường cũng là một trong những vấn đề nhứt nhối cho các cơ quan chức năng Nênnhững năm gần đây xe sử dụng động cơ đốt trong đang dần được thay thế bởi nhữngchiếc xe sử dụng hybrid hoặc ô tô điện

Bắt được xu hướng hiện nay nên nhóm đã chọn động cơ không chổi than(BLDC) để nghiên cứu cách thức hoạt động và phương pháp điều khiển động cơ đểhoàn thành mô hình xe sử dụng động cơ không chổi than (BLDC)

Động cơ BLDC là động cơ một chiều không chổi than được điều khiển nhờ sửdụng các cảm biến Hall để xác định được vị trí Rotor để đưa tín hiệu về cho viđiềukhiển xử lý và điều khiển tốc độ động cơ, dựa vào hoạt tính của cảm biến Hall màđộng cơ BLDC được điều khiển một cách đồng bộ và linh hoạt hơn Động cơ BLDC

ưu điểm hơn so với motor DC Nguyên lý hoạt động và phương pháp điều khiển cũngđơn giản hơn, bảo trì bảo dưỡng ít hơn

Là sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô em có cơ hội được tiếp xúc vớiđộng cơ một chiều không chổi than và nhận thấy những ứng dụng to lớn của động cơnày trong thực tiễn nên em quyết định thực hiện đề tài thực tập công nghiệp của mình

để nghiên cứu thiết kế điều khiển hệ truyền động của động cơ này dưới sự hướng dẫncủa Th.S Phạm Minh Mận

Với sự giúp đỡ của nhà trường và các thầy cô trong khoa nhóm em đã đượcnhận đề tài tốt nghiệp là “thiết kề và điều khiển xe điện Mini” Nội dung nghiên cứunhóm em là sử dụng IC điều tốc để điều khiển tốc độ của xe và sử dụng các công cụkhác như chân ga điều chỉnh tốc độ, cần gạt đảo chiều của xe điện Bên cạnh đó nhómcòn sử dụng Arduino và một vài linh kiện cần thiết để đo và tính toán lượng điện vàtốc độ xe đạt được tiêu thụ trong từng chế độ chạy của xe khi có tải không tải và tốc độtối đa của xe Với nôi dung được nhóm em thể hiện qua 4 chương:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Tính toán thiết kế và lắp đặt

Chương 4: Mô phỏng qúa trình điều khiển động cơ bằng Proteus

Chương 5: Kết quả - nhận xét – hướng phát triển

Do khả năng còn hạn chế nên chắc chắn đồ án của nhóm không tránh khỏinhiều thiếu sót Nhóm em rất mong nhận được sự đóng góp của thầy cô và các bạn

Nhóm em xin chân thành cám ơn ThS Phạm Minh Mận, cùng các thầy cô trongngành cơ khí động lực đã tận tình hướng dẫn, góp ý để em có thể hoàn thành được đồ

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại Học SưPhạm Kỹ Thuật, Đại Học Đà Nẵng nói chung, các thầy cô trong khoa Cơ Khí nói riêng

đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành,giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quátrình học tập

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện,quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoá luậntốt nghiệp

Người thực hiện đề tài

Võ Đức Huy – Nguyễn Cao Phong

LỜI CAM ĐOAN

Nhóm xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “KHẢO SÁT VÀ MÔ PHỎNG HỆTHỐNG ĐIỀU KHIỂN XE ĐIỆN MINI PHỤC VỤ HỌC TẬP” do nhóm em tự thiết

kế dưới sự hướng dẫn của ThS Phạm Minh Mận Các số liệu và kết quả là hoàn toànđúng với thực tế

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mụctài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếu pháthiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Người thực hiện đề tài

Võ Đức Huy – Nguyễn Cao Phong

MỤC LỤC

trang

TÓM TẮT i

LỜI NÓI ĐẦU ii

LỜI CẢM ƠN iv

LỜI CAM ĐOAN v

MỤC LỤC vi

LIỆT KÊ HÌNH ẢNH ix

LIỆT KÊ BẢNG xii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT xiii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU 2

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 2

1.5 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 3

1.5.1 Phương pháp nghiên cứu 3

1.5.2 Phương tiện nghiên cứu 3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ BLDC 4

2.2.1 Stato 7

2.2.2 Roto 9

2.2.3 Cảm biến vị trí Hall sensor 9

2.3 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ BLDC 11

2.4 CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN DÙNG ĐỘNG CƠ BLDC 12

2.4.1 Truyền động không đảo chiều (truyền động một cực tính) 12

2.4.2 Truyền động có đảo chiều (truyền động hai cực tính) 13

2.5 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐIỆN CỦA ĐỘNG CƠ BLDC 14

2.5.1 Mô-men điện từ 14

2.5.2 Đặc tính cơ và đặc tính làm việc của động cơ BLDC 14

2.5.3 Sức phản điện động 14

2.5.4 Phương trình đặc tính cơ của BLDC 15

2.5.3 Đặc điểm cuả động cơ 3 phase 15

2.6 MÔ HÌNH TOÁN VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC 18

2.6.1 Mô hình toán 18

2.6.2 Mô-men điện từ 19

2.6.3 Phương trình động học của động cơ BLDC 19

2.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC 20

2.7.1 Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng 20

2.7.2 Phương pháp thay đổi phần ứng 21

2.7.3 Phương pháp thay đổi từ thông 23

2.7.4 Phương pháp điều chỉnh điện áp một chiều bằng băm xung 24

2.8 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 26

2.8.1 Cảm biến dòng điện ASC712 26

2.8.2 Mạch Arduino Uno 26

2.8.3 Màn hình LCD16x02 28

2.8.4 Cảm biến hồng ngoại (IR sensor) 29

2.8.5 Giới thiệu động cơ 3 pha không chổi than 30

2.8.6 IC Điều tốc xe điện 1000W 31

2.8.7 Bàn đạp chân ga xe ô tô điện 34

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ LẮP ĐẶT 35

3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 35

3.1.1 Tổng quan về mô hình xe điện lắp đặt 35

3.2 ĐỘNG CƠ VÀ IC ĐIỀU TỐC 36

3.2.1 Tính toán chọn động cơ 36

3.2.2 Tính toán công suất và mô men động cơ đã chọn 37

3.2.3 Các dây trong điều tốc xe điện 39

3.2.4 Đấu nối cho IC điều tốc xe 42

3.3 ĐO DÒNG ĐIỆN VỚI CẢM BIẾN DÒNG ACS712 – LẬP TRÌNH ARDUINO 47

3.3.1 Giới thiệu module ACS712 [11] 47

3.3.2 Ưu điểm của ACS 712 47

3.3.3 Sơ đồ chân Moudle ASC712 47

3.3.4 Đo dòng điện DC qua tải với ASC712 47

3.4 ĐO TỐC ĐỘNG ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG CẢM BIẾN(IR SENSOR) 49

3.4.1 Giới thiệu về cảm biến hồng ngoại (IR sensor) 49

3.4.2 Ưu điển của cảm biến hồng ngoại (IR sensor) 49

3.4.3 Sơ đồ chân của cảm biến hồng ngoại (IR sensor) 49

3.4.4 Đo tốc độ động cơ bằng cảm biến hồng ngoại (IR sensor) 50

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BẰNG PHẦN MỀM PROTEUS 52

4.1 THI CÔNG HỆ THỐNG 52

4.1.1 Thi công lắp ghép IC điều tốc 52

4.1.2 Lưu đồ giải thuật điều khiển hệ thống 52

4.1.3 Phần mềm lập trình cho hệ thống đo dòng điện trên Arduino IDE 52

4.1.4 Phần mềm lập trình vi điều khiển bằng CodeVision AVR 54

4.1.5 Phần mềm mô phỏng mạch điện tử 55

4.2 Xây dựng mạch mô phỏng điều khiển động cơ BLDC cho xe điện 58

4.2.1 Cấu trúc điều khiển động cơ BLDC trên xe điện 58

4.2.2 Sử dụng phần mềm Proteus và Codevision AVR mô phỏng điều khiển động cơ BLDC trên xe điện [16] 60

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 64

5.1 Kết quả 64

5.1.1 Kết quả mô phỏng 64

5.2 Nhận xét 67

5.3 Kết luận 67

5.4 Hướng phát triển 68

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

PHỤ LỤC 67

LIỆT KÊ HÌNH ẢNH

CHƯƠNG 1

Hình 1 1 Môi trường bị ô nhiễm [1] 1

Hình 1 2 Phương tiện sử dụng điện (a) Xe đạp điện và (b) xe hơi điện.[2] 2

CHƯƠNG 2 Hình 2 1 Cấu tạo của 2 loại động cơ một chiều [3] 4

Hình 2 2 Động cơ một chiều (a) Động cơ DC và (b) Động cơ BLDC 5

Hình 2 3 Sơ đồ khối động cơ BLDC 7

Hình 2 4 Stato của động cơ BLDC[4] 8

Hình 2 5: Hai dạng sóng của sức điện động (a) hình thang và (b) hình sin 8

Hình 2 6: Các dạng Rotor của động cơ một chiều không chổi than 9

Hình 2 7: Động cơ BLDC cấu trúc nằm ngang 10

Hình 2 8: Sơ đồ cấp điện cho các cuộn dây stato [5] 11

Hình 2 9: Sơ đồ nguyên lí làm việc của động cơ BLDC 12

Hình 2 10: Thứ tự chuyển mạch và chiều quay của từ trường Stator 12

Hình 2 11: Chuyển mạch hai cực tính của động cơ BLDC 13

Hình 2 12: Đặc tính của động cơ BLDC (a) đặc tính làm việc và (b) đặc tính cơ 14

Hình 2 13: Mô hình mạch điện của động cơ BLDC 15

Hình 2 14: Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ BLDC 3 pha 17

Hình 2 15: Thứ tự cấp điện cho các cuộn dây tương ứng với các cảm biến Hall 18

Hình 2 16: Thứ tự cấp điện cho các cuộn dây tương ứng với các cảm biến Hall 19

Hình 2 17: Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ 20

Hình 2 18: Sơ đồ dùng bộ biến đổi điều khiển điện áp phần ứng 21

Hình 2 19: Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện áp 22

Hình 2 20: Đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông 23

Hình 2 21: Sơ đồ nguyên lý và giản đồ xung 24

Hình 2 22: ASC712 [7] 26

Hình 2 23: Mạch Arduino uno R3 [8] 26

Hình 2 24: Màn hình LCD16x02 [9] 28

Hình 2 25: Cảm biến hồng ngoại (IR sensor) [10] 29

Hình 2 26 Động cơ 3 pha không chổi than 30

Hình 2 27: IC Điều tốc động cơ BLDC 31

Hình 2 28: Cần gạt đảo chiều xe điện 32

Hình 2 29: Bàn đạp chân ga xe ô tô điện 33

CHƯƠNG

Hình 3 1 Biểu đồ tốc độ momen xoắn động cơ theo tốc độ động cơ 36

Hình 3 2 Biểu đồ công suất động cơ theo tốc độ động cơ 37

Hình 3 3: Cụm dây nguồn của IC điện [14] 38

Hình 3 4: Dây động cơ trong IC 38

Hình 3 5: Công tắc điện trong IC 39

Hình 3 6: Dây mắt động cơ trong IC 39

Hình 3 7: Dây đảo chiều 40

Hình 3 8: Sơ đồ tổng quan các hệ thống điện điều khiển trên xe [15] 40

Hình 3 9: Jack dây nguồn 41

Hình 3 10: Cách đấu dây trực tiếp cho 5 bình ắc quy 12V 42

Hình 3 11: Jack dây động cơ 42

Hình 3 12: Jack chân ga trên IC-Motor 43

Hình 3 13: Jack khóa điện 43

Hình 3 14: Jack cho phanh 44

Hình 3 15: Jack đèn báo phanh 44

Hình 3 16: Các chân trong Moudle ASC712 45

Hình 3 17: Sơ đồ kết nối ASC712 với Arduino mô phỏng qua Proteus 46

Hình 3 18: ASC 712 46

Hình 3 19: Motor 46

Hình 3 20: Chân dương điện một chiều 47

Hình 3 21: Chân mass 47

Hình 3 22: Sơ đồ chân của cảm biến hồng ngoại (IR sensor) 47 Hình 3 23: Sơ đồ đo tốc độ [12] 49

CHƯƠNG Hình 4 1: Giao diện Arduino IDE 49

Hình 4 2: Phần mềm thiết kế mạch 50

Hình 4 3: Giao diện mở phần mềm Proteus 51

Hình 4 4: Cách mở chương trình con ISIS Professional 52

Hình 4 5: Giao diện chính để mô phỏng 52

Hình 4 6: Chọn linh kiện 53

Hình 4 7: Mở thư viện linh kiện 53

Hình 4 8: Lấy linh kiện cần dùng 54

Hình 4 9: Sơ đồ điều khiển động cơ BLDC trên xe điện 55

Hình 4 10: Sơ đồ mạch điều khiển 56

Hình 4 11: Nút điều khiển chế độ phanh 57

Hình 4 12: Nút công tắc điện (ON/OFF) 57

Hình 4 13: Công tắc 3 vị trí (lùi, trung gian và tiến- FWD/NEU/REV) 57

Hình 4 14: Biến trở bàn đạp chân ga (hình a mức 0 hình b mức max) 57

Hình 4 15: Động cơ BLDC 3 phase 57

Hình 4 16: Hộp thoại khai báo các thông số cho động cơ điện BLDC 57

Hình 4 17: Mô tả chíp ATMega8 58

Hình 4 18: Hộp thoại để nạp chương trình điều khiển cho vi điều khiển ATMega858 Hình 4 19: Sơ đồ mạch lực 59

Hình 4 20: Mosfet công suất 59

Hình 4 21: IC – TC4469 59

Hình 4 22: Chân dương điện một chiều 59

Hình 4 23: Chân mass 59

CHƯƠNG 5 Hình 5 1: Khóa điện để chế độ OFF, không có dòng điện, Động cơ điện không hoạt động 60

Hình 5 2: Khóa điện OFF, chân ga tăng, không có dòng điện, động cơ điện không hoạt động 60

Hình 5 3: Khóa điện ON, chân ga tăng, chân phanh không hoạt động (STOP mở), động cơ điện hoạt động 61

Hình 5 4: Khóa điện ON, chân ga tăng, chân phanh hoạt động (có tín hiệu STOP do phanh xe), không có dòng điện 61

Hình 5 5: Bật công tắc ở chế độ trung gian động cơ không hoạt động 62

Hình 5 6: Khóa điện ON, Chân ga để ở mức thấp, động cơ điện hoạt động với vận tốc thấp 62

Hình 5 7: Khóa điện ON, Chân ga để ở mức cao, động cơ hoạt động với vận tốc cao 63

LIỆT KÊ BẢNG

Trang

Bảng 2 1 Thứ tự chuyển mạch khi động cơ quay thuận chiều kim đồng hồ 18

Bảng 2 2 Thứ tự chuyển mạch khi động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ 19

Bảng 2 3: Sơ đồ các chân trong Arduino 27

Bảng 2 4: Các chân của LCD 28

Bảng 2 5: Thông số kỹ thuật của cảm biến hồng ngoại 30

Bảng 2 6 Thông số kỹ thuật của động cơ BLDC 90ZWN24-120P` 30

Bảng 2 7: Thông số kỹ thuật cần gạt đảo chiều 32

Bảng 2 8: Thông số kỹ thuật bàn đạp chân ga xe 33

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 BLDC Brushless direct current

2 BDC Brush direct current

11 K Hệ số cấu tạo của động cơ

18 f Từ thông kích từ dưới một cực từ một pha Wb

20 CEdc Hằng số sức điện động

21 kw1 Hệ số dây quấn

22 N1 Số vòng dây quấn của một pha

23 p Số đôi cực của động cơ

27 t1 Là thời gian khóa ở trạng thái đóng

28 t2 Là thời gian khóa ở trạng thái mở

29 Tck Thời gian thực hiện một chu kỳ đóng mở khóa

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong thời điểm hiện tại, nền kinh tế tăng trưởng mạnh, công nghiệp tăng

cao và khai thác tài nguyên thiên nhiên cũng được đẩy mạnh Điều đó đồng nghĩa với việc khá nhiều tài nguyên sẽ cạn kiệt, dẫn đến giá thành tăng cao, điển hình là xăng, dầu Xăng, dầu là nguồn tài nguyên có hạn, nên càng về sau, giá thành xăng lại càng tăng Ngoài ra, đốt nhiên liệu xăng dầu sẽ thải ra môi trường lượng lớn khí CO2 gây ô nhiễm môi trường và phá hoại tầng Ozon Do đó cần phải có nguồn năng lượng tái tạo để thay thế Trên trái đất tồn tại khá nhiều nguồn năng lượng sạch vô hạn, gần gũi và rất cần thiết cho con người nhất là năng lượng điện Năng lượng điện được sản xuất trong các máy phát điện, và truyền qua dây đồng tuỳ vào khoảng cách dài hay ngắn để sử dụng điện được triệt để Trong thế giới

công nghệ cao ngày nay, năng lượng điện được sử dụng ở khắp mọi nơi xung

quanh chúng ta Bên cạnh đó, năng lượng điện được coi là nguồn năng lượng quan trọng nhất của ngành công nghiệp, các toà nhà thương mại, các tổ chức và hộ gia đình được cung cấp bởi trạm phát điện Trong trường hợp trạm đốt nhiên liệu hóa thạch, nguồn năng lượng như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên được sử dụng để đun sôi nước Khi áp suất cao, nước được đun sôi thành hơi nước cao áp hơi nước cao áp này làm tua bin quay nhờ đó các máy phát điện có thể phát ra được năng lượng điện Năng lượng điện là nguồn năng lương tốt để thay thế dần cho các loại

năng lượng hiện nay

(a) khí thải từ các nhà máy (b) khí thải từ phương tiện giao thông

vượt bậc chúng ta sẽ không có gì ngạc nhiên khi hệ thống xe điện ra đời và ngàycàng phát triển trên thế giới Hầu hết các nhà sản xuất tậptrung phát triển hệthống xe điện phục vụ nhu cầu “đi lại”, và là những phương tiện phổbiến như: xe

Hình 1 1: Môi trường bị ô nhiễm [1]

(a) (b)

Hình 1 2: Phương tiện sử dụng điện (a) Xe đạp điện và (b) xe hơi điện.[2]

Tình hình trong nước thì xe đạp điện ngày càng phổ biến rộng rãi, phát triển

mạnh mẽ trong những năm gần đây, nhu cầu đi lại sử dụng phương tiện này ngày

càng tăng lên, nó phù hợp với tất cả mọi lứa tuổi và tiện lợi hơn rất nhiều so vơiphương tiện khác

1.2 MỤC TIÊU

Đồ án của chúng em sẽ tìm hiểu về động cơ BLDC và chế tao xe điện tự chế vàcác thông số của động cơ, tìm ra nguyên lý hoạt động để tạo bộ điều khiển cho phùhợp Nhiệm vụ của đồ án thực hiện các yêu cầu sau:

 Tìm hiểu động cơ BLDC (Brushless DC Motor)

 Tìm phương pháp điều khiển động cơ BLDC

 Thiết kế và thi công mạch điều khiển xe điện

 Xe hoạt động ổn định với tốc độ xe đạp đạt 30km/h

 Tải trọng cho phép xe hoạt động ổn định trong khoảng từ 0 – 100kg

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 Nghiên cứu cách thức hoạt động và phương pháp điều khiển của động cơ

một chiều không chổi than BLDC

 Chọn giải pháp phù hợp để điều khiển động cơ BLDC

 Tìm hiểu mạch nghịch lưu 3 pha 2 bậc

 Thiết kế phần cứng dựa trên sơ đồ khối hệ thống kết hợp với các Module

 Thiết kế phần mềm, trình bày lưu đồ giải thuật để giải quyết yêu cầu của đề

tài

 Đánh giá kết quả thực hiện

1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Đề tài tập trung nghiên cứu chế tạo điều khiển xe điện mini, có động cơ

BLDC không chổi than

Tải trọng cho phép xe hoạt động không quá 350kg

1.5 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU

1.5.1 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết, tiến hành thực hiện mô hình

- Dựa vào lý thuyết tiến hành xây dựng mô hình

- So sánh kết quả dạng sóng ngõ ra với dạng sóng lý thuyết

- Tham khảo tài liệu nguồn tài liệu từ internet, được thầy Mận cấp và một số

của các bạn giới thiệu

1.5.2 Phương tiện nghiên cứu

- Máy tính cá nhân

- Sử dụng các phần mềm hỗ trợ viết chương trình và vẽ mạch

- Sử dụng các thiết bị và dụng cụ đo lường khác: đồng hồ VOM

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ BLDC

Động cơ một chiều không chổi than- động cơ BLDC (Brushles Direct curentmotor) là một dạng động cơ đồng bộ tuy nhiên động cơ BLDC kích từ bằng mộtloại nam châm vĩnh cửu dán trên rotor và dùng dòng điện một chiều ba pha chodây quấn phần ứng stator Cũng giống như động cơ đồng bộ thông thường, cáccuộn dây BLDC cũng được đặt lệch nhau 1200 điện trong không gian của stator.Các thanh nam châm được dán chắc chắn vào thân rotor làm nhiệm vụ kích từ chođộng cơ Đặc biệt điểm khác biệt về hoạt động của động cơ BLDC so với các động

cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khác là đông cơ BLDC bắt buộc phải có cảm biến

vị trí rotor để cho động cơ hoạt động Nguyên tắc điều khiển của động cơ BLDC làxác định vị trí rotor để điều khiển dòng điện vào cuộn dây stator tương ứng, nếukhông động cơ không thể tự khởi động hay thay đổi chiều quay Chính vì nguyêntắc điều khiển dựa vào vị trí rotor như vậy nên động cơ BLDC đòi hỏi phải có một

bộ điều khiển chuyên dụng phối hợp với cảm biến Hall để điều khiển động cơ

Hình 2 1: Cấu tạo của 2 loại động cơ một chiều [3]

(a) Động cơ BLDC (b) Động cơ DC

So sánh động cơ BLDC với động cơ DC:

Hình 2 2: Động cơ một chiều (a) Động cơ DC và (b) Động cơ BLDC.(3)

Động cơ DC và động cơ BLDC có những khác biệt khá lớn Bảng 2.1 so sánh

ưu nhược điểm của hai loại động cơ này Sẽ giúp cho người sử dụng thấy rõ sự khácbiệt về hai loại động cơ này

Bảng 2 1 So sánh giữa động cơ BLDC và động cơ DC.

Đảo chiềudòngkiểu cơ khíbằngchổi than vàcổgóp

Động cơ BLDC sử dụng chuyểnmạch điện tử thay thế chochuyển

mạch cơ

Hiệu suất Cao Trung bình Điện áp rơi trên các linh kiện

điện tử nhỏ hơn điện áp rơi trênchổi than

Bảo trì Rất ít hoặc

không cần bảotrì

Định kỳ Không phải bảo trì chổi than, cổ

góp

Đáp ứng

động

Nhanh Chậm Mô-men quán tính của Rotor

động cơ BLDC thường nhỏ hơn

so với mô-men quán tính củaRotor động cơ một chiều thôngthường

Dải điều

chỉnh tốc độ

Cao Thấp Động cơ BLDC không bị giới

hạn tốc độ về mặt cơ khí do chổithan và cổ góp

điện khi vận hành do không cóchổi than cổ góp, vì vậy ít gâynhiễu hơn

Tuổi thọ Cao Thấp Do động cơ BLDC không có

chổithan, cổ góp

Điều khiển Phức tạp Đơn giản Động cơ BLDC có cảm biến

Halltrả giá trị về để điều khiển cácvan

nam châm vĩnh cửu nên khi chếtạo giá thành cao

Từ bảng 2.1 Ta nhận thấy rằng ưu điểm mà động cơ một chiều không chổi

mang lại đảm bảo sự an toàn, đáp ứng được nhu cầu mà động cơ một chiều thông

thường không thể có Ngoài ra, động cơ hoạt động với vận tốc cao, vận hành êm

và hiệu suất nâng cao hơn

2.2 CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ BLDC

Hình 2 3: Sơ đồ khối động cơ BLDC Động cơ BLDC (Brushless DC) hay còn có tên khác động cơ không chổi

than là một loại động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu Thực chất động cơ BLDC

không phải là động cơ một chiều mà động cơ xoay chiều đồng bộ do động cơ

thuộc nhóm động cơ đồng bộ nam châm

Động cơ BLDC được điều khiển thông qua các cảm biến để xác định vị trí củaRotor nhằm tạo ra các tín hiệu đưa về bộ chuyển đổi để điều khiển phần ứng.Động cơ BLDC có các cảm biến có thể thay đổi chiều quay của động cơ theo vị trícủa Rotor

Việc xác định vị trí Rotor được thực hiện thông qua các cảm biến vị trí, hầuhết các cảm biến vị trí Rotor (cực từ) là phần tử Hall, tuy nhiên cũng có một sốđộng cơ sử dụng cảm biến quang học Mặc dù hầu hết các động cơ chính thống và

có năng suất cao đều là động cơ ba pha, động cơ BLDC hai pha cũng được sửdụng khá phổ biến vì cấu tạo và mạch truyền động đơn giản

Hình 2 4: Stato của động cơ BLDC[4]

Stator của động cơ BLDC được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật điện với cáccuộn dây được đặt trong các khe cắt xung quanh chu vi phía trong của Stator Theotruyền thống cấu tạo Stator của động cơ BLDC cũng giống như cấu tạo của cácđộng cơ cảm ứng khác

Sự khác nhau trong cách nối liền các bối dây trong cuộn dây Stator tạo nên

sự khác nhau của hình dáng sức phản điện động Động cơ BLDC có 2 dạng sứcphản điện động là dạng hình sin và dạng hình thang Cũng chính vì sự khác nhaunày mà tên gọi của động cơ cũng khác nhau, đó là động cơ BLDC hình sin và động

cơ BLDC hình thang Dòng điện pha của động cơ tương ứng cũng có dạng hình sin

và hình thang Điều này làm cho mô- men của động cơ hình sin phẳng hơn nhưngđắt hơn vì phải có thêm các bối dây mắc liên tục Còn động cơ hình thang thì rẻ hơnnhưng đặc tính mô-men lại nhấp nhô do sự thay đổi điện áp của sức phản điện động

là lớn hơn

Hình 2 5: Hai dạng sóng của sức điện động (a) hình thang và (b) hình sin.

BLDC thường có các cấu hình 1 pha, 2 pha và 3 pha tương ứng với các loại đó

thì Stator có số cuộn dây là 1, 2 và 3 Phụ thuộc vào khả năng cấp công suất điều

khiển, có thể chọn động cơ theo tỷ lệ điện áp Động cơ nhỏ hơn hoặc bằng 48V

được dùng trong máy tự động, Robot, những chuyển động nhỏ các động cơ trên

100V được dùng trong các thiết bị công nghiệp, tự động hóa và các ứng dụng

công nghiệp

2.2.2 Roto.

Hình 2 6: Các dạng Rotor của động cơ một chiều không chổi than

Được gắn vào trục động cơ và trên bề mặt Rotor có dán các thanh nam châmvĩnh cửu Ở các động cơ yêu cầu quán tính của Rotor nhỏ, người ta thường chế tạotrục của động cơ có dạng hình trụ rỗng

Rotor được cấu tạo từ các nam châm vĩnh cửu Số lượng đôi cực dao động từ

2 đến 8 với các cực Nam (S) và Bắc (N) xếp xen kẽ nhau Về cơ bản thì Rotorkhông có gì khác so với các loại động cơ nam châm vĩnh cửu khác

Dựa vào yêu cầu về mật độ từ trường trong Rotor, chất liệu nam châm thíchhợp được chọn tương ứng và trong thực tế nam châm Ferrite thường được sửdụng Khi công nghệ phát triển, nam châm làm từ hợp kim ngày càng phổ biến.Nam châm Ferrite giá thành rẻ hơn nhưng mật độ thông lượng trên đơn vị thể tíchlại thấp Trong khi đó, vật liệu hợp kim có mật độ từ trên đơn vị thể tích cao vàcho phép thu nhỏ kích thước của Rotor nhưng vẫn đạt được mô-men tương tự Do

đó, với cùng thể tích, mô-men của Rotor có nam châm hợp kim luôn lớn hơnRotor nam châm Ferrite

2.2.3 Cảm biến vị trí Hall sensor

Không giống như động cơ một chiều dùng chổi than, chuyển của động cơ mộtchiều không chổi than được điều khiển bằng điện tử Tức là các cuộn dây củastator sẽ được cấp điện nhờ sự chuyển mạch của các van bán dẫn công suất Đểđộng cơ làm việc, cuộn dây của stator được cấp điện theo thứ tự Tức là tại mộtthời điểm thì không ngẫu nhiên cấp điện cho cuộn dây nào cả mà phụ thuộc vào vị

trí của rotor động cơ ở đâu để cấp điện cho đúng Vì vậy điều quan trọng là cầnphải biết vị trí của roto để tiến tới biết được cuộn dây stator tiếp theo nào sẽ đượccấp điện theo thứ tự cấp điện Vị trí của rotor được đo bằng các cảm biến sử dụnghiệu ứng Hall được đặt ẩn trong stator Hầu hết tất cả các độn cơ một chiều khôngchổi than đều có cảm biến Hall dặt ẩn bên trong stato, ở phần đuôi trục (trục phụ)của động cơ.

Mỗi khi các cực nam châm của rotor đi qua khu vực gần các cảm biến Hall,các cảm biến sẽ gửi ra tín hiệu cao hoặc thấp ứng với khi cực Bắc hoặc cực Nam

đi qua cảm biến Dựa vào tổ hợp của các tín hiệu từ 3 cảm biến Hall, thứ tựchuyển mạch chính xác đƣợc xác định Tín hiệu mà các cảm biến Hall nhận được

sẽ dựa trên hiệu ứng Hall Đó là khi có một dòng điện chạy trong một vật dẫnđƣợc đặt trong một từ trường, từ trường sẽ tạo ra một lực nằm ngang lên các điệntích di chuyển trong vật dẫn theo hướng đẩy chúng về một phía của vật dẫn Sốlượng các điện tích bị đẩy về một phía sẽ cân bằng với mức độ ảnh hưởng của từtrường Điều này dẫn đến xuất hiện một hiệu điện thế giữa 2 mặt của vật dẫn Sựxuất hiện của hiệu điện thế có khả năng đo được này được gọi là hiệu ứng Hall,lấy tên người tìm ra nó vào năm 1879

Hình 2 7: Động cơ BLDC cấu trúc nằm ngang

Hình 2.7 là mặt cắt ngang của động cơ một chiều không chổi than với Rotor

có các nam châm vĩnh cửu Cảm biến Hall được đặt trong phần đứng yên của động

cơ Việc đặt cảm biến Hall trong Stator là quá trình phức tạp vì bất cứ sự mất cânđối sẽ dẫn đến việc tạo ra một sai số trong việc xác định vị trí của Rotor Để đơngiản quá trình gắn cảm biến lên Stator, một vài động cơ có các nam châm phụ củacảm biến Hall gắn trên Rotor Đây là phiên bản thu nhỏ của nam châm trên Rotor

Do đó, mỗi khi Rotor quay, các nam châm cảm biến Rotor đem lại hiệu ứng tương

tự như của nam châm chính Các cảm biến Hall thông thường được gắn trên mạch

in và cố định trên nắp đậy động cơ Điều này cho phép người dùng có thể điềuchỉnh hoàn toàn việc lắp ráp các cảm biến Hall để cân chỉnh với nam châm Rotor,đem lại khả năng hoạt động tối đa

Dựa trên vị trí vật lý của cảm biến Hall, có 2 cách đặt cảm biến Các cảmbiến Hall có thể đặt lệch pha nhau các góc 600 hoặc 1200 tùy thuộc vào số đôicực Dựa vào điều này, các nhà sản xuất động cơ định nghĩa các chu trình chuyểnmạch mà cần phải thực hiện trong quá trình điều khiển động cơ

Các cảm biến Hall cần được cấp nguồn Điện áp cấp cho cảm biến là 5V yêucầu dòng từ 5mA đến 15mA Khi thiết kế bộ điều khiển, cần chú ý đến đặc điểm

kỹ thuật tương ứng của từng loại động cơ để biết được chính xác điện áp và dòngcủa cảm biến Hall được dùng Đầu ra của cảm biến Hall thường là loại open-collector, vì thế, cần có điện trở treo ở phía board điều khiển Nếu không có điệntrở treo thì tín hiệu chúng ta nhận được không phải tín hiệu xung vuông mà là tínhiệu nhiễu

2.3 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ BLDC.

Hình 2 8: Sơ đồ cấp điện cho các cuộn dây stato [5]

Để động cơ BLDC hoạt động thì cần biết chính xác vị trí của Rotor để điềukhiển quá trình đóng ngắt các khóa bán dẫn, cấp nguồn cho các cuộn dây Statortheo trình tự hợp lý Mỗi trạng thái chuyển mạch có một trong các cuộn dây (nhưpha A) được cấp điện dương (dòng đi vào trong cuộn dây pha A), cuộn dây thứ 2

(pha B) được cấp điện âm (dòng từ cuộn dây đi ra pha B) và cuộn thứ 3 (pha C)không cấp điện Mô-men được sinh ra do tương tác giữa từ trường tạo ra bởinhững cuộn dây của Stator với nam châm vĩnh cửu Một cách lí tưởng, mô-menlớn nhất xảy ra khi 2 từ trường lệch nhau 900 và giảm xuống khi chúng duychuyển Để giữ động cơ quay, từ trường tạo ra bởi những cuộn dây Stator phảiquay đồng bộ với từ trường của Rotor một góc.

2.4 CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN DÙNG ĐỘNG CƠ BLDC

2.4.1 Truyền động không đảo chiều (truyền động một cực tính)

Hình 2 9: Sơ đồ nguyên lí làm việc của động cơ BLDC.

Nguyên lí làm việc của động cơ BLDC sử dụng cảm biến quang để xácđịnh vị trí của Rotor Động cơ được điều khiển theo tín hiệu chuyển mạch khinhận được tín hiệu từ cảm biến Sau đây là thứ tự chuyển mạch của động cơBLDC sử dụng cảm biến quang.

Hình 2 10: Thứ tự chuyển mạch và chiều quay của từ trường Stator.

Cực bắc của Rotor đang ở vị trí đối diện với cực lồi Stator, phototransitor PT1

được chiếu sáng do đó có tín hiệu đưa đến cực gốc(baze) của transitor Q1 làm choQ1 mở Ở trạng thái này, cực nam được tạo thành ở cực lồi P1 bởi dòng điện I1chạy qua cuộn dây W1 đã hút cực bắc của Rotor làm cho Rotor chuyển động theohướng mũi tên Khi cực Bắc của Rotor di chuyển đến vị trí đối diện với cực lồi P1của Stator, lúc này màn chắn gắn trên trục động cơ sẽ che PT1 và PT2 được chiếusáng, Q2 mở, dòng I2 chảy qua Q2 Khi dòng điện này chảy qua dây quấn W2 vàtạo ra cực nam trên cực lồi P2 thì cực bắc của Rotor sẽ quay theo chiều mũi tên đến

vị trí đối diện của cực lồi P2 Ở thời điểm này, màn chắn sẽ che PT2 vàphototransitor PT3 được chiếu sáng Lúc này chiều của dòng điện có chiều từ W2sang W3 Vì vậy, cực lồi P2 bị khử kích thích trong khi đó cực lồi P3 lại được kíchhoạt và tạo thành cực lồi Do đó cực bắc của Rotor duy chuyển từ P2 sang P3 màkhông dừng lại Bằng cách lặp lại các chuyển mạch như vậy theo thứ tự như hình2.8, Rotor nam châm vĩnh cữu của động cơ sẽ quay theo chiều xác định một cáchliên tục

2.4.2 Truyền động có đảo chiều (truyền động hai cực tính).

Ở động cơ một chiều không chổi than, dây quấn phần ứng được quấn trênStator là phần đứng yên nên có thể dễ dàng thay thế bộ chuyển mạch cơ khí (trongđộng cơ điện một chiều thông thường dùng chổi than) bằng bộ chuyển mạch điện tửdùng các bóng transitor công suất được điều khiển theo vị trí tương ứng của Rotor

Về bản chất chuyển mạch hai cực tính là bộ nghịch lưu độc lập với 6 vanchuyển mạch được bố trí trên hình 2.10 Trong đó 6 van chuyển mạch là các vancông suất, đối với các loại động cơ công suất bé thì các van chuyển mạch có thểdùng van MOSFET còn các loại động cơ công suất lớn thì dùng van chuyển mạchthường là IGBT Để thực hiện dẫn dòng mà trong những khoảng thời gian mà vankhông dẫn thì các diot được mắc song song với các van Để điều khiển các van bándẫn của chuyển mạch điện tử, bộ điều khiển cần nhận tín hiệu từ cảm biến vị tríRotor quay giống như vành góp chổi than của động cơ một chiều thông thường.

Hình 2 11: Chuyển mạch hai cực tính của động cơ BLDC.

2.5 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐIỆN CỦA ĐỘNG CƠ BLDC

2.5.2 Đặc tính cơ và đặc tính làm việc của động cơ BLDC

Đặc tính cơ của động cơ BLDC giống đặc tính cơ của động cơ điện một chiềuthông thường Tức là mối quan hệ giữa mô-men và tốc độ là các đường tuyến tínhnên rất thuận tiện trong quá trình điều khiển động cơ để truyền động cho các động

cơ khác Động cơ BLDC không dùng chổi than nên tốc độ có thể tăng lên do không

có sự hạn chế đánh lửa Vì vậy vùng điều chỉnh của động cơ BLDC có thể được mởrộng hơn

Hình 2 12: Đặc tính của động cơ BLDC (a) đặc tính làm việc và (b) đặc tính cơ

2.5.3 Sức phản điện động

Khi động cơ một chiều không chổi than quay, mỗi một cuộn dây tạo ra mộtđiện áp gọi là sức phản điện động chống lại điện áp nguồn cấp cho cuộn dây đó theoluật Lenz Chiều của sức điện động này ngược chiều với điện áp cấp Sức phản điệnđộng phụ thuộc chủ yếu vào 3 yếu tố: Vận tốc góc của Rotor, từ trường sinh ra bởinam châm vĩnh cửu củaRotor và số vòng trong mỗi cuộn dây của Stator:

Trong đó:

EMF: Sức điện động cảm ứng

N: Số vòng dây trên mỗi pha

l: Chiều dài rotor

r: Bán kính của rotor

B: Mật độ từ trường Rotor

ω: Vận tốc góc của động cơ.

Trong động cơ BLDC từ trường Rotor và số vòng dây Stator là các thông sốkhông đổi Chỉ có duy nhất một thông số ảnh hưởng đến sức phản điện động là vậntốc góc hay vận tốc của Rotor và khi vận tốc tăng, sức phản điện cũng tăng Trongcác tài liệu kỹ thuật của động cơ có đưa ra một thông số gọi là hằng số phản điệnđộng có thể được sử dụng để ước lượng sức phản điện động ứng với tốc độ nhấtđịnh

2.5.4 Phương trình đặc tính cơ của BLDC

Đặc tính cơ của động cơ là mối quan hệ giữa tốc độ và mô-men của động cơ

Công suất cơ của động cơ là tích số giữa mô-men và tốc độ Tuy vậy, ở cùng một giá trị công suất, mỗi loại động cơ khác nhau thì mối quan hệ giữa hai đại lượng này

2.5.3 Đặc điểm cuả động cơ 3 phase

B C

A +DC

Gnd

Driver IC Microcontroler

Control Mosfet Driver

PWM1 PWM3 PWM5 PWM4 PWM2

PWM0

Sensor Hall

BLDC motor

Hình 2 13: Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ BLDC 3 pha

Hình 2.14 là sơ đồ khối của hệ điều khiển động cơ một chiều không chổi than.

Hệ thống điều khiển có sử dụng vi điều khiển làm bộ điều khiển chính, phát xungPWM cho bộ đệm Driver IC Để phát xung PWM cho bộ đệm thì vi điều khiển phảithực hiện công việc lấy tín hiệu từ cảm biến Hall về và căn cứ vào bảng cảm biếnHall để phát xung mở van đúng theo thứ tự cấp điện

Không giống như các loại động cơ thông thường như đông cơ một chiều vàđộng cơ đồng bộ thì động cơ BLDC có đường sức phản điện động là hình thang còndòng điện chảy trong các pha là dạng hình chữ nhật Đặc tính sức phản điện độngcủa ba cuộn dây lệch nhau do các cuộn dây stator được đặt lệch nhau và góc chuyểnmạch của sức phản điện động vì thế trong thời gian này thì không cấp dòng cho cuộndây stator tương ứng Căn cứ vào dạng dòng điện của 3 pha của động cơ theo vị trícủa cảm biến Hall để xác định được sơ đồ mở van cho bộ nghịch lưu Do một chu

kỳ có 6 lần cảm biến Hall thay đổi vị trí nên sẽ có 6 trạng thái mở van

Bảng 1.1 và Bảng 1.2 là thứ tự chuyển mạch của các van dựa trên các đầu vào

từ các cảm biến Hall A, B, C ứng với chiều quay của động cơ

B C

trong chế độ quay thuận chiều kim đồng hồ

Bảng 2 1 Thứ tự chuyển mạch khi động cơ quay thuận chiều kim đồng hồ

CLowDrivePWM4

BHighDrivePWM3

BLowDrivePWM2

AHighDrivePWM1

ALowDrivePWM0

A

(4)

B C

A

(3)

Hình 2 15: Thứ tự cấp điện cho các cuộn dây tương ứng với các cảm biến Hall

trong chế độ quay ngược chiều kim đồng hồ

Bảng 2 2 Thứ tự chuyển mạch khi động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ

CLowDrivePWM4

BHighDrivePWM3

BLowDrivePWM2

AHighDrivePWM1

ALowDrivePWM0

Để thực hiện xậy dựng mô hình toán thì phải ước lượng động cơ về các phần

tử điện cơ bản Hình 2.12 trình bày mô hình mạch điện trong động cơ bao gồm 3cuộn dây Stator được ước lượng bởi điện trở Ra và điện cảm La, do 3 cuộn dây củaStator được đặt cạnh nhau nên xảy ra hiện tượng hỗ cảm giữa các cuộn dây vớinhau, sự hỗ cảm giữa các cuộn dây được thể hiện qua đại lượng M Mặt khác doRotor của động cơ là nam châm vĩnh cửu nên khi Rotor quay sẽ quét qua cuộn dâyStator nên có sự tương tác giữa hai từ trường

Các đại lượng ea, eb, ec là các sức phản điện động EMF Do các nam châmđều được làm từ vật liệu có suất điện trở cao nên có thể bỏ qua dòng cảm ứngRotor

Hình 2 16: Mô hình mạch điện của động cơ BLDC.

Mô hình toán động cơ BLDC có thể được biểu diễn như sau

Mô-men điện từ của động cơ được tính thông qua các công suất cơ và công

suất điện Do trong động cơ ma sát sinh ra chủ yếu giữa trục động cơ và ổ đỡ nên lực ma sát này nhỏ Thêm vào đó vật liệu chế tạo động cơ cũng là loại có điện trở suất cao nên có thể giả thiết bỏ qua các tổn hao sắt, tổn hao đồng Vì vậy, công suất điện cấp cho động cơ cũng chính bằng công suất cơ trên đầu trục.

Biểu thức tính mômen điện từ:

M e = ω1

a (e a i a+e b i b+e c i c) (2.1)

2.6.3 Phương trình động học của động cơ BLDC

2.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việthơn so với loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễdàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chấtlượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng có các phương án thay đổitốc độ động cơ một chiều như sau:

- Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng

- Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

- Phương pháp thay đổi từ thông Ф

- Phương pháp điều chỉnh điện áp một chiều bằng băm xung

2.7.1 Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng

- Đây là phương pháp thường dùng để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

+ Nguyên lý điều khiển: Trong phương pháp này người ta giữ U U dm, dm

và nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng

Độ cứng của đường đặc tính cơ:

Hình 2 17: Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ

Ứng với Rf= 0 ta có độ cứng tự nhiên TN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tựnhiên có độ cứng lớn hơn tất cả các đường đặc tính cơ có điện trở phụ Như vậy, khi

ta thay đổi Rf ta được một họ đặc tính cơ thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên

- Đặc điểm của phương pháp:

+ Điện trở mạch phần ứng càng tăng thì độ dốc đặc tính càng lớn, đặc tính cơcàng mềm, độ ổn định tốc độ càng kém và sai số tốc độ càng lớn

+ Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ