2.1.4.1. Momen điện từ
Khi tìm hiểu đặc tính của động cơ một chiều không chổi than, do có cấu tạo tương tự như động cơ AC hay động cơ có chổi than ở nhiều điểm nên ta có thể sử dụng một số các công thức của chúng vào động cơ BLDC. Cụ thể, momen điện từ của động cơ BLDC được xác định giống như của động cơ DC có chổi than:
Mdt = k. Φ. ω (2.3)
Trong đó: Mdt: Momen điện từ động cơ (Nm) k: Hệ số cấu tạo của máy điện
Φ: Từ thông động cơ (Wb) ω: Tốc độ góc động cơ (rad/s)
2.1.4.2. Sức phản điện động
Khi động cơ một chiều không chổi than quay, mỗi một cuộn dây tạo ra một điện áp gọi là sức phản điện động chống lại điện áp nguồn cấp cho cuộn dây đó theo định luật Lorentz. Chiều của sức phản điện động này ngược chiều với điện áp cấp. Sức phản điện động phụ thuộc chủ yếu vào 3 yếu tố: Vận tốc góc của rotor, từ trường sinh ra bởi nam châm vĩnh cửu của rotor và số vòng trong mỗi cuộn dây của stator.
EMF = E ≈ N. l. r. B. ω (2.4)
Trong đó: N: Số vòng dây trên mỗi pha l: Chiều dài rotor (m)
ω: Vận tốc góc động cơ (rad/s)
Trong động cơ BLDC từ trường rotor và số vòng dây stator là các thông số không đổi. Chỉ có duy nhất một thông số ảnh hưởng đến sức phản điện động là vận tốc góc hay vận tốc của rotor và khi vận tốc tăng, sức phản điện động cũng tăng. Trong các tài liệu kỹ thuật của động cơ có đa ra một thông số gọi là hằng số sức phản điện động có thể được sử dụng để ước lượng sức phản điện động ứng với tốc độ nhất định.
2.1.4.3. Phương trình điện áp
Với một động cơ BLDC có một cặp cực từ rotor, phương trình điện áp cho các pha (các cuộn dây) ở stator có phần giống với động cơ AC loại PMSM vì các điểm tương tự trong cấu trúc cấu tạo. Tuy vậy, lưu ý rằng điểm khác nhau đáng kể chính là hình dạng sức phản điện động của hai loại.
��� = �����+ ��− � ���� + ��� �� (2.5) ��� = �����+ ��− � ������ + ��� (2.6) ��� = �����+ ��− � ���� + ��� �� (2.7) Với:�là điện áp stator cuộn dây tương ứng
�là cường độ dòng điện stator cuộn dây tương ứng �là liên kết từ thông
� là độ tự cảm (Leakage inductance)
� =−12�� với�� là độ tự cảm từ tính (Magnetizing inductance) � là điện trở stator cuộn dây tương ứng
2.1.4.4. Phương trình moment
Moment được tạo ra bởi động cơ BLDC ba pha được tính bởi hai đại lượng là công suất đầu ra ��và vận tốc góc cơ khí��. Ở đây, vận tốc góc cơ khí�� = ��/�với�� là vận tốc góc điện từ và P là số cặp cực từ rotor.
�� = ������+ ������ + ������ (2.8) ��=���
� =������+ �������+ ������ �
(2.9) Tuy nhiên, đối với động cơ BLDC, phương thức điều khiển có tính chất là dẫn hai pha duy nhất tại một thời điểm bất kỳ (phương thức điều khiển sẽ được nói rõ hơn ở phần sau của đồ án). Như vậy, xét ở một thời điểm cố định thì ��� = �, ��� =− �, ��� = 0 và ��� = �,��� =− �. Từ đó, công thức trở thành: �� =������+ ������� + ������ � = 2��� � (2.10) 2.1.4.5. Đặc tính Đặc tính làm việc
Đặc tính cơ của động cơ BLDC giống đặc tính cơ của động cơ điện một chiều thông thường. Tức là mối quan hệ giữa momen và tốc độ là các đường tuyến tính nên rất thuận tiện trong quá trình điều khiển động cơ để truyền động cho các cơ cấu 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 mở rộng hơn.
Động cơ làm việc ở hai vùng, ở tốc độ thấp moment không đổi, công suất thay đổi. Khi đạt đến vận tốc cơ sở thì công suất không đổi và moment giảm. Khi tốc độ vượt quá tốc độ giới hạn thì moment và công suất đều giảm.
Đặc tính cơ
Đồ thị đường đặc tính cơ của BLDC motor được vẽ như hình bên dưới. Khi điện áp giảm sẽ dẫn làm giảm tốc độ động cơ. Ta nhận thấy đặc tính cơ của BLDC motor giống với đặc tính cơ của động cơ điện một chiều.
Hình 2.18. Đặc tính cơ động cơ BLDC