3.5.1. Mạch điều khiển động cơ nhiệt
Mạch điều khiển động cơ nhiệt có nhiệm vụ điều khiển mạch khởi động, dừng máy và điều khiển bướm ga động cơ. Mạch sẽ nhận tín hiệu điều khiển từ động cơ và tốc độ động cơ hồi về từ cảm biến động cơ. Các cơ cấu chấp hành đầu ra gồm: rơle điện từ điều khiển động cơ điện khởi động, công tắc cấp nguồn cho IC đánh lửa và động cơ RS Servo motor.
Hình 3.19. Sơ đồ nối dây mạch điều khiển động cơ nhiệt
3.5.2. Mạch điều khiển động cơ điện
Động cơ DC không chổi than - BLDC (Brushles DC motor) là một dạng động cơ đồng bộ, tuy nhiên động cơ BLDC được kích từ bằng một loại nam châm vĩnh cửu dán trên rotor và dùng dòng điện DC ba pha cho dây quấn phần ứng stator. Các cuộn 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 cho động cơ. 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.
Giống với các loại động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu thông thường, động cơ BLDC cũng sử dụng nguồn điện 3 pha để tạo từ trường quaỵ Tuy nhiên động cơ BLDC sử dụng dòng điện một chiều được điều khiển bằng các khóa công suất để tạo điện áp DC 3 pha lệch nhau 1200 để hoạt động. Giản đồ dòng điện áp một chiều ba pha và xoay chiều 3 pha như sau:
Hình 3.21. Giản đồ so sánh dạng sóng sin ba pha và DC ba pha
Động cơ BLDC hoạt động trên nguyên tắc xác định vị trí rotor và điều khiển dòng điện phần ứng cho phù hợp với vị trí đó. Do đó động cơ BLDC hoạt động phải có thiết bị xác định vị trí rotor là cảm biến từ trường Hall. Cảm biến này sẽ gửi tín hiệu vị trí rotor về bộ điều khiển để đóng ngắt dòng điện DC chạy qua các cuộn dây của các pha tương ứng với vị trí của rotor lúc đó. Đây là một trong những nhược điểm về hoạt động và điều khiển của động cơ BLDC. Tuy nhiên với nguyên tắc hoạt động như vậy ta có thể dễ dàng điều khiển vận tốc và vị trí của động cơ. Động cơ BLDC được điều
khiển bởi bộ điều khiển có cấu tạo giống như một bộ nghịch lưu ba pha thông thường, tuy nhiên dòng điện ra là dòng điện không đổi DC. Tại một thời điểm hoạt động nhất định, bộ điều khiển chỉ cho dòng điện DC chạy qua hai cuộn dây của hai pha tương ứng với vị trí của rotor lúc đó. Đây là khác biệt giữa động cơ BLDC so với các động cơ đồng bộ tương ứng.
Hình 3.22. Sơ đồ khóa và quá trình đóng cắt điều khiển động cơ BLDC
* Các phương pháp điều khiển động cơ Brushless DC:
- Phương pháp điều khiển bằng tín hiệu cảm biến Hall gồm 6 bước. Phương pháp này được dựa trên nguyên lý hoạt động cơ bản của động cơ BLDC dùng tín hiệu đưa về từ cảm biến vị trí rotor để làm tín hiệu đóng ngắt dòng điện vào các cuộn dây tương ứng. Giản đồ xung kích và dòng điện đóng ngắt tương ứng thể hiện ở trong biểu đồ về "tín hiệu cảm biến Hall và dòng điện tương ứng các pha" ở trên.
- Điều khiển động cơ BLDC điện áp bằng cách điều chỉnh điện áp ngõ vàọĐây
là phương pháp điều khiển giống với điều khiển động cơ DC thông thường. Tốc độ động cơ được điều khiển bằng cách điều chỉnh điện áp DC cung cấp cho bộ khóa công suất. Điện áp ngõ vào được điều chỉnh sao cho tốc độ ngõ ra bám sát theo tốc độ đặt cho hệ thống. Để thay đổi chiều quay, ta thay đổi các khóa công suất sao cho dòng điện chạy qua các cuộn dây các pha có chiều ngược lạị Trong phương pháp này các khóa bán dẫn chỉ có nhiệm vụ đóng hoặc cắt dòng điện qua nó.
Điều khiển bằng phương pháp PWM. Trên cơ sở điều khiển tốc độ động cơ BLDC bằng phương pháp điều chỉnh điện áp vào ta có thể áp dụng kỹ thuật PWM để điều khiển tốc độ động cơ. Đây cũng là phương pháp được sử dụng rộng rãi trong điều khiển điện áp hiện naỵ Với phương pháp này điện áp cung cấp cho bộ khóa công suất không đổi, tuy nhiên điện áp ra khỏi bộ khóa đến động cơ thay đổi theo thuật toán điều khiển. Phương pháp PWM có thể dùng cho khóa trên, khóa dưới hay đồng thời cả hai khóa trên và dưới cùng lúc.
Với các phương pháp đã nêu trên thì việc chế tạo mạch điều khiển động cơ điện 1 chiều không chổi than là hoàn toàn có thể thực hiện được. Tuy nhiên, đối với các động cơ công suất lớn các mạch điều khiển tự chế thường làm việc kém ổn định và tin cậy, vậy nên tác giả quyết định trang bị cho mô hình mạch điều khiển đi kèm cùng với động cơ có bán sẵn trên thị trường.
Hình 3.24. Chỉ dẫn đấu dây của mạch điều khiển động cơ không chổi than * Thông số kỹ thuật [21]:
- Phạm vi điện áp làm việc: (36 – 96) VDC - Dòng điện cực đại: (50 – 100) A
- Giá trị bảo vệ điện áp thấp:
+ 36V ± 0,5V/áp dụng cho điện áp làm việc 48 VDC, + 45V ± 0,5V/áp dụng cho điện áp làm việc 60 VDC, + 54V ± 0,5V/áp dụng cho điện áp làm việc 72 VDC - Nhiệt độ làm việc: (-20 – 50) 0C
- Làm mát (IC): Làm mát bằng không khí - Dải công suất động cơ DC: (1,5 - 2,5) kW * Sơ đồ đấu dây:
- Dây nguồn:
+ Dây đỏ: dương nguồn + Dây đen: mass nguồn - Dây đến động cơ:
+ Dây tải:
Dây xanh lá: nối với pha A động cơ
Dây xanh đậm: nối với pha B động cơ
+ Cụm jack cấp nguồn và lấy tín hiệu từ cảm biến Hall trên động cơ:
Đỏ: 5 V
Đen: Mass
Vàng: tín hiệu từ cảm biển Hall pha A
Xanh dương: tín hiệu từ cảm biển Hall pha B (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Xanh lá cây: tín hiệu từ cảm biển Hall pha C - Dây về vi điều khiển:
+ Dây electric lock: khóa điện mức thấp – ON, mức cao – OFF
+ Dây Forward/Backward: mức thấp – động cơ xoay theo chiều kim đồng hồ, mức cao – động cơ xoay ngược chiều kim đồng hồ.
+ Jack cắm Throttle:
Đỏ: nguồn 5 V
Đen: nối mass
Xanh lá cây: tín hiệu điều khiển tốc độ động cơ; tùy thuộc vào mức điện áp cung cấp vào dây này mà tốc độ động cơ là thấp hay cao, tốc độ thấp nhất: 0V, tốc độ cực đại: 5V.
+ Speed signal: tốc độ động cơ hồi về ECU dưới dạng xung + Low level/brake: phanh mức thấp
+ Hight level/brake: phanh mức cao
Như vậy, lúc này việc thiết kế mạch điều khiển động cơ được quy về thiết kế mạch cấp tín hiệu điều khiển cho Driver của động cơ điện bằng cách sử dụng các jack cắm và tạo các tín hiệu điều khiển từ mạch trung tâm.