đề tài nghiên cứu cấu trúc điều khiển trực tiếp momen cho động cơ một chiều không chổi than bldc

Một số lượng lớn các thiết bị và dụng cụ điện được sử dụng tạinhà, chẳng hạn như máy cưa đĩa và máy xay, là máy điện một chiều.Các cuộn dây trường gắn trên stato Chổi thanPhần ứng quay v

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢIKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Bộ môn Kỹ thuật ĐK & TĐH

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA 2ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂNTRỰC TIẾP MOMEN CHO ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

KHÔNG CHỔI THAN BLDC

Mục Lục

Chương 1: Động cơ DC loại chổi than 3

1.1 Giới thiệu chung 3

1.2 Động cơ kích thích riêng biệt 5

2.3 Mô hình và Phân tích Động cơ BLDC 25

Chương 3 Hãm động cơ một chiều thông thường và không chổi than 28

3.1 Hãm tái sinh của động cơ Shunt DC 29

3.2 Hãm tái sinh của động cơ dòng DC 33

3.3 Hãm động lực của động cơ Shunt DC 34

3.4 Hãm động của động cơ dòng dc 39

3.5 Hãm ngược dòng của động cơ Shunt DC 40

3.6 Phanh ngược dòng của động cơ dòng dc 52

3.7 Phanh tái tạo của động cơ BLDC 56

3.7.1 Phanh tái tạo của BLDC đơn cực 56

3.7.2 Hãm phục hồi của BLDC lưỡng cực 59

Lời mở đầu

Động cơ điện có nhiều đặc tính tốc độ-mô-men xoắn trong các hoạt độngở trạng thái ổn định và nhất thời Đối với một ứng dụng truyền động nhất định,các kỹ sư thường chọn động cơ có các đặc tính phù hợp với hoạt động cần thiết,có thể được dẫn động bởi các nguồn điện hiện có Do những tiến bộ trong cácthiết bị và mạch điện tử công suất, những hạn chế nghiêm ngặt như vậy khôngcòn nữa Các đặc tính của hầu hết các động cơ hiện có thể được thay đổi để phùhợp với hiệu suất mong muốn khi sử dụng bộ chuyển đổi công suất bên ngoàivà sử dụng các chiến lược điều khiển nâng cao Trong báo cáo này trình bày cácđặc tính tốc độ-mômen xoắn của các loại động cơ điện chính Các mô hình vàcông thức của phương trình tốc độ liên quan đến mômen xoắn được giải thích từquan điểm truyền động điện Những đặc điểm này tạo cơ sở cho việc điều khiểntốc độ và phanh của động cơ điện sẽ được thảo luận trong các chương sau Baloại động cơ điện được thảo luận ở đây: một chiều, không chổi than, cảm ứng vàđồng bộ Mặc dù có một số loại động cơ khác, chẳng hạn như động cơ từ trở,tuyến tính và bước, chúng đều có chung các đặc điểm Ví dụ, máy điện khôngchổi than có thể được coi là một dạng đặc biệt của máy điện đồng bộ đượcchuyển sang bắt chước động cơ điện một chiều Động cơ cảm ứng tuyến tínhcũng được coi là một dạng đặc biệt của động cơ cảm ứng.

Chương 1: Động cơ DC loại chổi than

1.1 Giới thiệu chung:

Máy điện một chiều phổ biến trong một số ứng dụng truyền động do vậnhành và điều khiển đơn giản Mômen khởi động của máy điện một chiều lớn, đólà lý do chính để sử dụng nó trong một số ứng dụng kéo Một dạng đặc biệt củamáy điện một chiều cũng có thể được sử dụng với nguồn cung cấp xoay chiềuhoặc một chiều Một số lượng lớn các thiết bị và dụng cụ điện được sử dụng tạinhà, chẳng hạn như máy cưa đĩa và máy xay, là máy điện một chiều.

Các cuộn dây trường gắn trên stato Chổi than

Phần ứng quay với cổ góp Phần ứng quay với cổ gópvà chổi than

Hình 1.1 Các thành phần chính của máy điện một chiều

Hình 1.1 mô tả các bộ phận chính của máy điện một chiều: mạch trường,mạch phần ứng, cổ góp và chổi than Trường thường là một nam châm điệnđược nuôi bởi nguồn điện một chiều Trong các máy nhỏ, trường thường là namchâm vĩnh cửu Mạch phần ứng bao gồm các cuộn dây, cổ góp và chổi than Cáccuộn dây và cổ góp được lắp trên trục rôto và do đó quay Chổi được gắn trênstato và đứng yên, nhưng tiếp xúc với các đoạn cổ góp quay Các cuộn dây rôto

được cấu tạo bởi một số cuộn dây; mỗi cái có hai thiết bị đầu cuối kết nối vớicác đoạn cổ góp ở hai phía đối diện Các đoạn cổ góp được cách ly về điện vớinhau Các phân đoạn được tiếp xúc và các bàn chải chạm vào hai phân đoạn đốilập Các bàn chải cho phép các đoạn cổ góp được kết nối với nguồn một chiềubên ngoài.

Sơ đồ trong hình 1.2 minh họa hoạt động của máy điện một chiều điểnhình Trường stato tạo ra từ thông f từ cực N đến cực S Các chổi chạm vào cáccực của cuộn dây rôto dưới cực Khi các chổi được nối với nguồn điện mộtchiều V bên ngoài, dòng điện I đi vào đầu cực của cuộn dây rôto dưới cực N vàthoát ra khỏi đầu cuối dưới cực S Sự hiện diện của từ thông stato và rôto

Dòng điện tạo ra một lực F lên cuộn dây được gọi là lực Lorentz Phươngcủa F như hình vẽ Lực này sinh ra mômen quay phần ứng ngược chiều kimđồng hồ Cuộn dây mang dòng điện đi ra khỏi chổi than và bị ngắt

Hình 1.2 Hoạt động của máy điện một chiều điển hình.

Điều này tạo ra một lực F liên tục và chuyển động quay liên tục Lưu ýrằng chức năng của cổ góp và chổi than là chuyển đổi các cuộn dây một cách cơhọc Chuyển động quay của máy phụ thuộc vào lực từ động MMF của mạchtrường, được mô tả bằng:

Trong đó N là số vòng và I là dòng điện trường MMF mong muốn có thểđạt được bằng cách thiết kế các cuộn dây hiện trường Về cơ bản có hai loạicuộn dây trường: loại thứ nhất có số vòng lớn và dòng điện thấp, và loại thứ hai

có N nhỏ và dòng điện cao Cả hai loại đều đạt được phạm vi MMF mongmuốn Trên thực tế, bất kỳ hai cuộn dây nào khác nhau đều có thể tạo ra lượngMMF giống hệt nhau nếu tỷ số dòng điện của chúng tỷ lệ nghịch với tỷ số vòngdây của chúng Loại cuộn dây đầu tiên có thể xử lý điện áp cao hơn loại thứ hai.Hơn nữa, tiết diện của dây nhỏ hơn đối với loại đầu tiên vì nó mang dòng điệnnhỏ hơn Động cơ điện một chiều có thể được phân loại thành bốn nhóm dựatrên sự sắp xếp của các cuộn dây trường của chúng Các động cơ trong mỗinhóm thể hiện các đặc tính tốc độ-mô-men xoắn riêng biệt và được điều khiểnbằng các phương tiện khác nhau Bốn nhóm này là:

a Máy kích thích riêng biệt:

Dây quấn hiện trường bao gồm một số lượng lớn các vòng dây với tiếtdiện nhỏ của dây Loại cuộn dây trường này được thiết kế để chịu được điện ápđịnh mức của động cơ Trường và mạch phần ứng được kích thích bởi cácnguồn riêng biệt.

b Máy Shunt:

Mạch trường giống như đối với máy điện được kích thích riêng biệt,nhưng cuộn dây trường được nối song song với mạch phần ứng Nguồn chungđược sử dụng cho trường và cuộn dây phần ứng.

c Máy dòng:

Dây quấn hiện trường bao gồm một số ít vòng dây với một dây dẫn có tiếtdiện lớn Loại này được thiết kế để mang dòng điện lớn và mắc nối tiếp với dâyquấn phần ứng.

d Máy ghép:

1.2 Động cơ kích thích riêng biệt:

Mạch tương đương của động cơ được kích thích riêng biệt được thể hiệntrên Hình 1.3 Động cơ bao gồm hai mạch: trường và phần ứng Mạch trườngđược lắp trên stato của động cơ và được cung cấp năng lượng bởi một nguồn

trường không có tác động trong phân tích trạng thái ổn định, vì nguồn là loạimột chiều Trường hiện tại Nếu sau đó có thể được biểu diễn bằng

If =

(1.1)Đối với động cơ nhỏ (đến vài trăm watt), mạch trường là một nam châmvĩnh cửu Trong trường hợp như vậy, thông lượng của trường là không đổi vàkhông thể điều chỉnh được.

Mạch phần ứng, lắp trên rôto, bao gồm các đoạn dây quấn rôto và cổ góp.Một nguồn điện áp Vt bên ngoài được nối qua phần ứng để cung cấp năng

lượng điện cần thiết cho tải Nguồn được nối với mạch phần ứng qua các đoạncổ góp và chổi than Chiều của dòng điện trong cuộn dây phần ứng phụ thuộcvào vị trí của cuộn dây đối với các cực trường.

So với mạch trường, phần ứng mang dòng điện lớn hơn nhiều Do đó, tiếtdiện dây của dây quấn phần ứng lớn hơn nhiều so với tiết diện của dây quấnphần ứng

lớn hơn Điện trở trường lớn hơn điện trở phần ứng một trăm lần Dòng điệntrường thường nằm trong vùng lân cận từ 1% đến 10% dòng điện phần ứngdanh định Điện áp trường thường có cùng độ lớn với điện áp phần ứng.

Lực điện từ trở lại E trên hình 1.3 bằng hiệu điện thế của nguồn trừ đi độa

biểu thị bằng

Ia=

(1.2)Phép nhân I với E thể hiện lũy thừa phát triển P Trong biểu diễn cơaad

học, công suất phát triển cũng bằng mômen xoắn phát triển nhân với tốc độ góc

Công suất phát triển Pd bằng công suất đầu ra do tải cơ tiêu thụ cộng vớitổn thất quay (ma sát và sức gió) Tương tự, mômen xoắn Td phát triển bằngmômen tải cộng với mômen quay Tốc độ góc v trong phương trình (1.3) tínhbằng radian / giây.

Sử dụng định luật Faraday và biểu thức lực Lorentz, các mối quan hệ chiphối chuyển động cơ điện là

Trong đó B là mật độ từ thông, l là chiều dài của một dây dẫn mang dòngđiện phần ứng, v là tốc độ của dây dẫn so với tốc độ của trường và i là cường độdòng điện của dây dẫn F và e lần lượt là lực và hiệu điện thế cảm ứng trên vậtdẫn Nếu chúng ta tổng quát các phương trình này bằng cách bao gồm tất cả cácvật dẫn, sử dụng biểu thức mômen thay vì lực F, và sử dụng tốc độ góc thay vìv, chúng ta có thể viết lại E và T nhưad

(1.4)

(1.5)Trong đó f là từ thông, gần như tỷ lệ với If đối với động cơ được kíchthích riêng biệt Hằng số K phụ thuộc vào các thông số thiết kế như số cực, sốdây dẫn và số đường dẫn song song.

của phương trình (5.2) trước tiên thành phương trình (1.5)

Phương trình tốc độ-dòng điện có thể nhận được nếu của phương trình(1.8) được thay thế bằng Ia

(1.9)Nếu chúng ta bỏ qua các tổn hao quay thì mômen quay Td bằng mômentrục, và dòng điện phần ứng không tải bằng không Do đó, tốc độ không tải có

thể được tính từ Công thức (1.8) hoặc (1.9) bằng cách đặt dòng điện phần ứngvà mômen tải bằng không.

(1.10)Trong thực tế, khối lượng của hệ thống truyền động và tổn hao quay là tảicơ bản của động cơ Do đó, tốc độ không tải v0 nhỏ hơn một chút so với giá trịđược tính trong Công thức (1.10) Tuy nhiên, Công thức (1.10) là một giá trịgần đúng có thể chấp nhận được.

hạng thứ hai ở vế phải của phương trình (1.8)

(1.11)Tốc độ của động cơ sau đó có thể được biểu thị bằng cách sử dụng chế độkhông tải và giảm tốc độ

(1.12)Hình 1.4 và 1.5 cho thấy các đặc tính tốc độ-mômen và tốc độ-dòng điệnkhi điện áp trường và phần ứng được giữ không đổi.

phần ứng mang dòng cao hơn, và tiết diện của dây khi đó phải lớn hơn Đối vớinhững động cơ này, tốc độ giảm nhỏ, và động cơ có thể được coi là máy tốc độkhông đổi.

Mômen xoắn phát triển tại Tst khởi động và dòng điện phần ứng khởiđộng Ist có thể được tính toán từ Công thức (1.8) và (1.9) bằng cách đặt tốc độđộng cơ bằng không.

(1.13)

Hình 1.4 Đặc tính tốc độ-mô-men xoắn của động cơ điện một chiều, được kíchthích riêng biệt

Hình 1.5 Đặc tính tốc độ-dòng điện của động cơ điện một chiều, được kíchthích riêng biệt

(5.14)Công thức (1.13) và (1.14) cung cấp thông tin quan trọng về hoạt độngkhởi động của động cơ một chiều, được kích thích riêng biệt Như chúng tôi đãnói trước đó, Ra thường nhỏ Do đó, mômen khởi động của động cơ rất lớn khiđiện áp nguồn bằng giá trị định mức Đây là một tính năng thuận lợi và rất đượcmong đợi khi động cơ khởi động trong điều kiện tải nặng Tuy nhiên, một vấnđề sẽ nảy sinh do dòng điện khởi động cũng rất lớn, như đã thấy trong Côngthức (1.14) Dòng điện lớn khi khởi động có thể có tác động làm hỏng cuộn dâyđộng cơ Dòng điện quá mức chạy bên trong cuộn dây sẽ dẫn đến tổn thất lớndo điện trở của cuộn dây Những tổn thất này, khi tích lũy trong một thời gian,

có thể dẫn đến nhiệt độ quá cao có thể làm chảy cách điện của cuộn dây, gây rahiện tượng đoản mạch.

1.3 Động cơ Shunt:

Một động cơ shunt có cuộn dây trường của nó được nối qua cùng mộtnguồn điện áp được sử dụng cho mạch phần ứng, như thể hiện trong Hình 1.8.

cơ được kích thích riêng biệt.

Hình 1.7 Tác dụng của việc chèn một điện trở vào mạch phần ứng lúc khởi động

Hình 1.8 Mạch tương đương của một dc động cơ shunt1.4 Động cơ dòng:

Cuộn dây trường của động cơ nối tiếp được mắc nối tiếp với mạch phầnứng, như hình 1.9 Có một số khác biệt rõ ràng giữa cuộn dây trường của máyđiện loạt và cuộn dây của máy đóng cắt; trong số đó có:

1 Cuộn dây trường nối tiếp bao gồm một số vòng nhỏ so với cuộn dây trườngshunt.

2 Dòng điện của cuộn dây nối tiếp bằng dòng điện phần ứng, trong khi dòngđiện của trường shunt bằng điện áp nguồn chia cho điện trở trường Do đó, cuộndây trường nối tiếp mang dòng điện lớn hơn nhiều so với cuộn dây trườngshunt.

3 Dòng điện trường của máy shunt không đổi bất kể điều kiện tải (dòng điệnphần ứng) Mặt khác, máy loạt, có dòng điện trường thay đổi theo tải của độngcơ - tải càng nặng, trường càng mạnh Ở điều kiện nhẹ hoặc không tải, trườngcủa động cơ nối tiếp rất nhỏ Khi phân tích máy loạt, người ta nên ghi nhớ ảnhhưởng của độ bão hòa thông lượng do dòng điện trường cao Đường cong bãohòa thông lượng được thể hiện trong Hình 1.10 Cuộn trường được quấn quanhlõi kim loại của stato Dòng điện của cuộn dây trường tạo ra từ thông bên tronglõi Khi dòng điện tăng, thông lượng tăng theo tỷ lệ tuyến tính trừ khi lõi bãohòa Ở mức bão hòa, thông lượng có xu hướng tăng với tốc độ giảm dần khidòng điện trường tăng lên.

Động cơ nối tiếp có các phương trình cơ bản giống nhau được sử dụngcho động cơ shunt: Phương trình (1.4) và (1.5) Dòng điện phần ứng được tínhbằng cách sử dụng phương trình vòng của mạch phần ứng.

trình được sử dụng trong Công thức (1.7) có thể tính toán mô-men xoắn củamáy.

Hình 1.9 Mạch tương đương của động cơ dòng DC

Hình 1.10 Đường cong bão hòa

(1.17)(1.18)Giả sử rằng động cơ hoạt động trong vùng tuyến tính của đường cong bãohòa; đó là,

(1.19)Trong đó C là hằng số tỷ lệ Mômen xoắn phát triển trong trường hợp nàycó thể được biểu diễn bằng:

(1.20)Thay thế các phương trình (1.19) và (1.20) thành phương trình (1.18) chokết quả:

(1.21)Công thức (1.21) cũng có thể nhận được dưới dạng hàm của mômen xoắnphát triển

(1.22)Công thức (1.21) và (1.22) cho thấy tốc độ không tải hoặc tải nhẹ là caoquá mức Tốc độ cao như vậy có thể làm hỏng do lực ly tâm quá lớn tác dụnglên rôto Vì lý do này, động cơ nối tiếp phải luôn được kết nối với tải cơ học.

Đặc tính tốc độ-mômen của động cơ nối tiếp được thể hiện trên hình 1.11 Lưuý rằng tốc độ của động cơ giảm nhanh khi mômen tải tăng lên Điều này có thểđược giải thích bằng Công thức (1.22), trong đó tốc độ động cơ tỷ lệ nghịch vớicăn bậc hai của mômen tải.

Dòng điện khởi động của động cơ nối tiếp được tính bằng cách đặt Eabằng không trong Công thức (1.15), vì v bằng không.

(1.23)

Hình 1.11 Đặc tính tốc độ-mô-men xoắn của động cơ dòng điện một chiềuSo sánh phương trình (1.23) với phương trình (1.14) Lưu ý rằng, đối vớicùng một điện áp đầu cuối, dòng điện khởi động của động cơ nối tiếp nhỏ hơndòng điện khởi động của động cơ nối tiếp do sự hiện diện của Rf trong Côngthức (1.23).

Nếu chúng ta bỏ qua độ bão hòa lõi, mô-men xoắn khởi động của động cơnối tiếp là

(1.24)Để so sánh mômen khởi động của động cơ nối tiếp với mômen của độngcơ shunt, chúng ta hãy viết lại Công thức (1.13), giả sử rằng từ thông tỷ lệ vớidòng điện trường.

(1.25)Trong đó R fshunt là điện trở của cuộn dây trường shunt và thường lớn hơnvài trăm lần điện trở của trường nối tiếp Rf Nếu chúng ta giả định rằng KCtrong Công thức (1.24) và (1.25) có giá trị tương đương, chúng ta có thể kếtluận rằng mômen bắt đầu của động cơ nối tiếp lớn hơn nhiều so với động cơ nốitiếp Ngoài ra, hãy nhớ rằng dòng khởi động của động cơ nối tiếp thấp hơn dòng

Mặc dù động cơ một chiều loại chổi than vận hành và điều khiển rất đơngiản, nó được coi là và bàn chải carbon của nó cần được bảo trì thường xuyên vìmột số lý do, bao gồm những lý do sau: phóng điện hồ quang tạo ra giữa chổithan và các đoạn cổ góp, sự phân hủy của chổi carbon, bụi và chất ô nhiễm đếncổ góp, và các vết chập có thể phát triển giữa các đoạn cổ góp Ngoài ra, sựchuyển mạch cơ học bị nhiễu và tạo ra nhiễu sóng vô tuyến điện Những vấn đềnày làm cho động cơ một chiều trở nên không mong muốn trong các ứng dụngnhư công nghiệp hóa chất, thực phẩm và xe điện Những vấn đề này có thể đượcgiải quyết nếu việc chuyển mạch được thực hiện bằng điện tử, đây là ý tưởng cơbản của động cơ một chiều không chổi than (BLDC).

Trong động cơ BLDC, tương tự như máy điện đồng bộ, phần ứng nằmtrong stato và trường trong rôto Rôto là một nam châm vĩnh cửu Trong độngcơ điện một chiều không chổi than cao cấp, một nam châm đất hiếm được sửdụng để cung cấp từ trường mạnh.

2.1 Động cơ BLDC đơn cực:

Các thành phần chính của động cơ BLDC đơn cực được thể hiện trongHình 5.14 Hình bên cho thấy ba cuộn dây phần ứng của stato (P1, P2 và P3)

của động cơ giống như cấu hình của máy điện đồng bộ ba pha Mỗi cuộn dâyphần ứng được chuyển mạch điện tử thông qua một thiết bị trạng thái rắn (Q1,Q2 hoặc Q3) Giả sử rằng khi kích thích bất kỳ cuộn dây nào thì cực nam của từtrường của cuộn dây

Hình 2.1 Chuyển mạch điện tử của động cơ một chiều không chổi thanĐối với vị trí rôto trong hình, nếu chúng ta chuyển Q , dòng điện i chạy11

qua P , làm cho rôto tự điều chỉnh theo từ trường sinh ra bởi P (cực bắc của11

Để xác định các cuộn dây thích hợp để chuyển đổi, động cơ một chiềukhông chổi than phải "biết" vị trí của rôto Vị trí rôto có thể được chuyển tảibằng nhiều phương pháp khác nhau, một trong số đó là được thể hiện trongHình 1.15 Bộ mã hóa vị trí trong hình bao gồm một đĩa tĩnh được gắn trênkhung của động cơ Ba phototransistor (PTs) được gắn trên đĩa tĩnh này và cáchxa nhau 120 PT tạo ra tín hiệu điện khi nó tiếp xúc với ánh sáng Trên đầu đĩa0

tĩnh là một khối bán nguyệt gắn trên trục rôto; semidisk này quay cùng với rôto.Semidisk quay này đảm bảo rằng chỉ có một PT tại một thời điểm sẽ nhận đượcánh sáng từ một nguồn sáng trên đỉnh đĩa quay Khi một PT tiếp xúc với ánhsáng, đĩa quay làm mờ đèn cho hai PTs còn lại Các tín hiệu từ các PTs được sử

dụng để chuyển đổi cuộn dây thích hợp theo sơ đồ chuyển mạch được chỉ ratrên hình 1.16.

2.2 Động cơ BLDC lưỡng cực:

Hệ thống trong hình 1.14 được gọi là truyền động đơn cực bởi vì mỗicuộn dây khi được kích thích tạo ra một từ trường có cực nam của nó hướngvào airgap Đối với hệ thống lưỡng cực, mạch có thể thay đổi cực từ của cáccuộn dây Hệ thống truyền động lưỡng cực này tạo ra mô-men xoắn (hoặc côngsuất) cao hơn Các thành phần chính của nó được thể hiện trong Hình 1.17.Ngoài bộ mã hóa vị trí (không được hiển thị trong hình), hệ thống được hiển thịtrong Hình 1.17 có một bộ chuyển đổi một chiều / xoay chiều Bộ mã hóa cho ổđĩa lưỡng cực yêu cầu sáu phototransistor để kích hoạt

Hình 2.2 Bộ mã hóa vị trí

Hình 2.3 Sơ đồ chuyển mạch của động cơ một chiều không chổi than

Hình 2.5 Trình tự chuyển đổi của trancistor, dòng điện qua cuộn dây và điện ápđầu cuối pha của động cơ

Hình 2.6 Từ trường trong airgap

Dòng điện ba pha tạo ra ba từ trường trong airgap Do sự sắp xếp cơ họccủa các cuộn dây stato, từ thông của mỗi pha, theo quy tắc bàn tay phải, truyềndọc theo trục của nó như thể hiện trong Hình 2.5 Thông lượng này được gọi làthông lượng airgap.

Bây giờ, chúng ta hãy xem xét ba khoảng thời gian liên tiếp bất kỳ (ví dụ:0 –6000, 600–1200 và 1200–1800) Trong khoảng thời gian đầu, độ lớn của từthông mỗi pha (tỉ lệ với cường độ dòng điện) là

( 1.32)Trong đó là từ thông tại đỉnh của dòng điện.max

Giả sử rằng dòng điện âm thanh tạo ra từ dòng điện chuyển sang cựcđoan, và dòng điện âm thanh chuyển đổi chiều từ thông tin Các từ thông tintrong khoảng thời gian đầu tiên có thể hiển thị ở bên trái trong Hình 1.20 Lưu ýkiến của các dòng điện trong mỗi cuộn dây vì các dòng điện quyết định chiềucủa thông tin

Tổng thông lượng trong airgap là tổng phasor của tất cả các thông lượngcó trong airgap Lấy trục x làm hệ quy chiếu, tổng từ thông trong airgap trongkhoảng thời gian đầu (00–600) là

Hình 1.20 Thông lượng Airgap tại ba khoảng thời gian

(1.34)Các từ thông trong khoảng thời gian thứ hai được thể hiện trong hìnhgiữa của Hình 1.20 Tổng lưu lượng airgap là tổng phasor của tất cả các thônglượng có trong airgap Do đó, trong khoảng thời gian thứ hai (600–1200), tổngthông lượng trong airgap là

Trong khoảng thời gian thứ ba (1200–1800), cường độ của các từ thông là

(1.36)Các từ thông trong khoảng thời gian thứ ba này được thể hiện ở phía bênphải của Hình 1.20 Trong khoảng thời gian thứ ba, tổng thông lượng trongairgap là

(1.37)

Bằng cách xem xét các Công thức (1.33), (1.35) và (1.37), chúng ta cóthể kết luận như sau:

- Độ lớn của từ thông tổng hợp trong airgap không đổi và bằng 3/2 max.- Góc của tổng thông lượng airgap thay đổi như trong Hình 1.21 Từ thông

trong trường hợp này đang quay theo hướng ngược chiều kim đồng hồ.

Hình 1.21 Tổng thông lượng airgap trong ba giai đoạn đầu tiênVì nam châm rôto thẳng hàng với tổng thông lượng gió nên rôto cũngquay theo hướng ngược chiều kim đồng hồ.

Để quay động cơ theo chiều kim đồng hồ, hãy hoán đổi trình tự chuyểnđổi của hai chân bất kỳ của bộ chuyển đổi.

2.3 Mô hình và Phân tích Động cơ BLDC:

Sự khác biệt chính giữa BLDC và động cơ một chiều chổi than thôngthường là ở cách chuyển mạch phần ứng Như đã giải thích, nếu phần ứng(stato) được chuyển mạch dựa trên vị trí rôto, thì máy hoạt động như một độngcơ BLDC Để lập mô hình BLDC, chúng ta hãy xem xét các dạng sóng điện áptrên một cuộn dây phần ứng (điện áp pha) Như thể hiện trong Hình 5.18, giá trịđỉnh (lớn nhất) của điện áp đầu nối đối với trung tính là:

(1.38)Giá trị rms của điện áp pha này là

(1.39)Trong đó V là giá trị cực đại của điện áp phamax

Vdc là điện áp nguồn

V là giá trị rms của điện áp pha

Nếu các bóng bán dẫn được điều chế độ rộng xung, giá trị rms của điệnáp pha V làt

(1.41)Trong đó v là tốc độ cơ học của rôto tính bằng rad / s

Mô-men xoắn phát triển của động cơ BLDC, Td, là tổng của mô-men xoắn doba giai đoạn:

(1.42)Trong đó I là giá trị rms của dòng điện trong bất kỳ cuộn dây nào.a

(1.43)Sự khác biệt giữa emf phía sau và điện áp đầu cuối là điện áp giảm dođiện trở R và điện kháng cảm ứng X của cuộn dây Tuy nhiên, trừ khi tần số đóaa

của PWM cao, chúng ta có thể cho rằng Ra >> Xa Vì thế,

(1.44)Mạch tương đương của động cơ BLDC dựa trên công thức (5.44) đượcthể hiện trên hình 1.22 Thay thế Ea trong Phương trình (5.41) và Ia trongPhương trình (5.42) thành Phương trình (5.44) sẽ thu được:

(1.45)(1.46)

Trong đó là tốc độ không tảiΔω là tốc độ rơi

Hình 1.22 Mạch tương đương của động cơ BLDC

So sánh Δω cho động cơ BLDC trong Công thức (5.46) với Δω cho độngcơ kích thích riêng một chiều thông thường Đối với cùng các giá trị của điệntrở phần ứng và K, Δω đối với BLDC nhỏ hơn hệ số 3.

Đặc tính tốc độ-mô-men xoắn và đặc tính tốc độ-dòng điện của động cơBLDC giống như đặc tính của động cơ được kích thích riêng một chiều cho trênHình 1.4 và 1.5 Điểm khác biệt duy nhất là BLDC có đặc tính phẳng hơn dogiá trị Dv giảm xuống Do đó, động cơ BLDC được coi là một máy có tốc độkhông đổi hơn so với động cơ một chiều thông thường.

Trong bất kỳ phương pháp hãm nào trong số này, cần thực hiện các biệnpháp bảo vệ thích hợp để giới hạn mức nhiệt và điện áp ở mức có thể chấp nhậnđược Phanh có xu hướng cho phép dòng điện quá độ cao chạy trong cuộn dâycủa máy có thể cao hơn nhiều so với dòng điện khởi động Nếu quá mức, dòngđiện trong quá trình phanh có thể gây ra hư hỏng vĩnh viễn cho các cuộn dâycũng như bộ chuyển đổi điện Ngoài ra, ứng suất cơ học do động cơ dừng hoặc

khởi động nhanh và mômen xoắn quá mức phải tạo ra bởi động cơ, có thể gây rahư hỏng cơ học cho các ổ trục, khớp nối và bản thân rôto Hệ thống truyền độngcó các hoạt động phanh lặp đi lặp lại phải có khớp nối cơ khí thích hợp để chịuđược lực cắt đột ngột Các máy lớn có hoạt động hãm thường được gắn trên cáctấm chắc chắn để ngăn cản chuyển động của khung stato.

3.1 Hãm tái sinh của động cơ Shunt DC:

Trong các điều kiện vận hành đã cho, khi tốc độ của máy điện một chiềuvượt quá tốc độ không tải của nó thì máy điện sẽ ở chế độ hãm phục hồi Ví dụvề kiểu phanh này được đưa ra trong Hình 8.1 đối với xe buýt điện đi theohướng lên dốc và xuống dốc Theo hướng đi xuống, tốc độ của xe buýt có thểvượt quá tốc độ không tải của nó và do đó tạo ra năng lượng điện có thể đượcbơm trở lại nguồn.

Như chúng ta đã thấy trước đó trong Hình 5.4, đặc tính tốc độ-mô-menxoắn của động cơ một chiều (riêng biệt hoặc shunt) là tuyến tính Các phươngtrình cơ bản của động cơ được lặp lại ở đây.

(3.1)(3.2)(3.3)Chúng ta hãy phân tích ba phương trình này trong điều kiện phanh phụchồi cho thanh cái trong Hình 8.1 Xe buýt điện đi lên dốc, rồi xuống dốc Theohướng lên dốc, máy điện một chiều hoạt động như một động cơ được biểu diễnbởi các phương trình (3.1) đến (3.3) Mômen tải trong trường hợp này ngượcvới hướng chuyển động của thanh cái và hệ thống truyền động nằm trong gócphần tư thứ nhất như trong Hình 8.2 Mạch tương đương của hệ thống được thểhiện trên hình 3.1 Trong điều kiện này, điện áp emf phía sau Ea nhỏ hơn điệnáp đầu cuối V do sụt áp trên điện trở phần ứng R ta

Hình 3.2 mô tả các đặc tính tốc độ-mômen của máy điện một chiều Hìnhvẽ thu được bằng cách sử dụng Công thức (3.2) Mômen tải trong hình nàyđược giả định là hai chiều, đây là trường hợp của xe buýt điện mà chúng ta đangthảo luận Trong góc phần tư đầu tiên, máy hoạt động như một động cơ nhưđược mô tả bởi mạch trong Hình 3.1 Hãy giả sử rằng điểm hoạt động 1 đại diệncho trường hợp này Khi xe buýt lên đến đỉnh đồi, mômen tải mà động cơ nhìnthấy bằng 0, giả sử rằng mômen ma sát được bỏ qua Điều này là do mômentrọng trường ở đỉnh đồi vuông góc với mặt đường và không kéo động cơ theo cảhai hướng chuyển động Điểm hoạt động 2 ở đây được sử dụng để biểu diễn

hoạt động của động cơ ở đỉnh đồi, nơi mômen tải mà động cơ nhìn thấy bằng 0và tốc độ động cơ là

(3.4)Vì mômen tải ở đỉnh đồi bằng không nên dòng điện phần ứng cũng phảibằng không.

Các phương trình (3.4) đến (3.6) được biểu diễn bằng điểm hoạt động 2trong Hình 3.2 Điểm vận hành này là điểm vận hành không tải của máy điệnmột chiều.

Bây giờ giả sử rằng xe buýt điện đang đi theo hướng xuống dốc So vớimômen tải tại điểm 1, mômen tải trong chuyển động xuống dốc ngược chiều vàcùng chiều với vận tốc Lưu ý rằng tốc độ động cơ sẽ không thay đổi hướng củanó, và động cơ di chuyển đến điểm vận hành 3 trong Hình 3.2.

Trong hoạt động xuống dốc, mômen tải thay đổi hướng của nó trong khidòng điện trường vẫn theo hướng ban đầu của nó Độ lớn của cường độ dòngđiện trường không đổi vì điện áp đầu cuối không đổi Do đó, dòng điện phầnứng tại điểm 3 phải đổi chiều của nó, bởi vì

Trường hợp này được mô tả trong Hình 3.3 Nếu dòng điện phần ứng lớnhơn dòng điện trường thì dòng điện I= Ia3-If Nếu chảy vào nguồn Chú ý rằng Ea3

tạo ra công suất điện và truyền cho nguồn.

Tốc độ và dòng điện của máy tại điểm 3 có thể được biểu diễn bằng cácphương trình sau:

(3.7)

(3.8)