Download luận văn thạc sĩ ngành kĩ thuật với đề tài: Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều không chổi than

1. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
NGUYỄN QUỐC CHIẾN
NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ
ĐỘNG CƠ MỘT CHIẾU KHÔNG CHỔI THAN
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 60 52 02 16
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN VĂN CHÍ
THÁI NGUYÊN, 2015

2. i
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Quốc Chiến
Sinh ngày 12 tháng 03 năm 1974
Học viên lớp cao học khoá 15 CH.TĐH 02 - Trƣờng đại học kỹ thuật Công nghiệp
Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại: Trƣờng cao đẳng nghề Công nghệ và Nông lâm Phú Thọ
Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển tốc độ
động cơ một chiều không chổi than” do thầy giáo TS Nguyễn Văn Chí hƣớng
dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có
nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng.
Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng nhƣ nội dung
trong đề cƣơng và yêu cầu của thầy giáo hƣớng dẫn. Nếu có vấn đề gì trong nội
dung của luận văn, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình.
Thái Nguyên, ngày 30 tháng 10 năm 2014
Học viên
Nguyễn Quốc Chiến

3. ii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trƣơng và đƣợc sự hƣớng dẫn tận
tình giúp đỡ của thầy giáo TS Nguyễn Văn Chí, luận văn với đề tài “ Nghiên cứu
phƣơng pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều không chổi than ” đã đƣợc
hoàn thành.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới:
Thầy giáo hƣớng dẫn TS Nguyễn Văn Chí đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả
hoàn thành luận văn. Các thầy cô giáo Trƣờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái
Nguyên và một số đồng nghiệp, đã quan tâm động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt
quá trình học tập để hoàn thành luận văn này.
Mặc dù đã cố gắng hết sức, tuy nhiên do điều kiện thời gian và kinh nghiệm
thực tế của bản thân còn ít, cho nên đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tác
giả mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo và các bạn bè
đồng nghiệp cho luận văn của tôi đƣợc hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 30 tháng 10.năm 2014
Tác giả
Nguyễn Quốc Chiến

4. iii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .........................................................................v
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................1
Chƣơng 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT
CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN
1.1 Tổng quan về động cơ BLDC......................................................................5
1.2 Cấu trúc của động cơ BLDC........................................................................6
1.2.1 Cấu tạo stato của động cơ BLDC ................................................................6
1.2.2 Cấu tạo của Rotor của động cơ BLDC ........................................................7
1.2.3 Cảm biến xác định vị trí rôto .......................................................................8
1.2.4 Nguyên lý hoạt động của động cơ BLDC....................................................8
1.3 Ƣu điểm, nhƣợc điểm của động cơ BLDC ................................................10
1.3.1 Ƣu điểm .....................................................................................................10
1.3.2 Nhƣợc điểm................................................................................................10
1.4 Một số phƣơng pháp điều khiển động cơ BLDC.......................................11
1.4.1 Phƣơng pháp điều khiển sử dụng cảm biến ...............................................11
1.4.2 Điều khiển vị trí và tốc độ của động cơ BLDC không sử dụng cảm biến.16
Chƣơng 2 MÔ HÌNH CỦA BLDC VÀ BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP
2.1 Mô hình động cơ BLDC ............................................................................24
2.2 Mô hình của bộ biến đổi điện áp cấp cho BLDC ......................................29
2.3 Kết luận chƣơng 2......................................................................................31
Chƣơng 3 ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CHO BLDC KHÔNG DÙNG
CẢM BIẾN
3.1 Cấu trúc điều khiển BLDC không dùng cảm biến.....................................32
3.2 Khối ƣớc lƣợng vị trí rotor và tính toán tốc độ quay.................................34
3.2.1 Ƣớc lƣợng back - EMF dây sử dụng bộ quan sát .....................................34

5. iv
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
3.2.2 Xác định hàm chuyển mạch.......................................................................37
3.2.3 Ƣớc lƣợng tốc độ và vị trí của rotor ..........................................................38
3.3 Bộ điều khiển dòng điện PWM..................................................................41
3.4 Bộ điều khiển tốc độ dùng PI.....................................................................43
3.5 Kết quả mô phỏng......................................................................................43
3.6 Kết luận chƣơng 3......................................................................................48
Chƣơng 4 MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ
CHO BLDC
4.1 Giới thiệu mô hình thực nghiệm BLDC ...................................................49
4.2 Cấu trúc của mô hình.................................................................................52
4.3 Các thông số của mô hình thực nghiệm.....................................................53
4.4 Kết quả thực nghiệm..................................................................................53
4.5 Kết luận chƣơng 4......................................................................................55
Kết luận chung của luận văn .....................................................................................56
Tài liệu tham khảo.....................................................................................................62

6. v
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BLDC Brushless DC Motor Động cơ một chiều không
chổi than
Back EMF Back Electromotive Force Sức phản điện động phần
ứng
PID Proportional- Intergral- Derivative – -
PI Proportional Integral Bộ điều khiển tỷ lệ tích phân
PWM Pulse-width modulation Điều chế độ rộng xung
DSP Digital signal processing Xử lý tín hiệu số
ZCP Zero Crossing Point Các điểm chuyển tiếp qua
giá trị 0
CP Commutation point Điểm chuyển mạch
LPFs Low Pass Filter Bộ lọc thông thấp
HVAC Heating, Ventilation and Air
Conditioning
Hệ thống gia nhiệt, thông
gió và điều hòa không khí
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor Transistor có cực điều khiển
cách ly
MOSFEET Metal-Oxide Semiconductor Field-
Effect Transistor
Transistor hiệu ứng trƣờng
Oxit Kim loại - Bán dẫn

7. 1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
LỜI NÓI ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Động cơ một chiều không chổi than (The Brushless DC motor -BLDC) nhanh
chóng phổ biến với sự áp dụng trong nhiều ngành khác nhau nhƣ tự động hóa các
trang thiết bị điện trong công nghiệp, trong hàng không, trong y học, trong dân
dụng, trong các phƣơng tiện vận tải v.v. Động cơ không chổi than dần dần sẽ thay
thế động cơ một chiều sử dụng chổi than vì các ƣu điểm sau [10][11][12]:
- Đặc tính tốc độ và mô men tốt hơn
- Đáp ứng động học nhanh do quán tính nhỏ
- Hiệu suất sử dụng cao do sử dụng nam châm vĩnh cửu nên không có tổn hao
đồng trên rôto
- Tuổi thọ động cơ cao do không có chuyển mạch cơ khí
- Động cơ chạy êm, tiếng ồn nhỏ
- Không gây nhiễu khi hoạt động
- Có thể điều chỉnh dải tốc độ rộng
Để điều khiển động cơ BLDC có hai phƣơng pháp chính: phƣơng pháp dùng cảm
biến vị trí và phƣơng pháp điều khiển không sử dụng cảm biến (sensorless control).
a. Phƣơng pháp sử dụng cảm biến
Cảm biến dùng để xác định vị trí của rotor để làm tín hiệu đóng ngắt dòng điện
vào các cuộn dây tƣơng ứng. Cảm biến xác định vị trí có thể sử dụng là cảm biến
Hall, cảm biến tốc độ từ trở biến thiên, gia tốc kế. Tín hiệu điều khiển đƣa tới các
cuộn dây để điều khiển động cơ BLDC điện áp bằng cách [11] :
+ Điều chỉnh điện áp cấp cho các cuộn dây stator.
+ Điều khiển bằng phƣơng pháp PWM.
+ Kỹ thuật điện áp hình thang.
b. Phƣơng pháp không sử dụng cảm biến
Đây là phƣơng pháp sử dụng các ƣớc lƣợng từ thông rotor để điều khiển các
khóa đóng cắt thay cho cảm biến Hall truyền thống. Do đó phƣơng pháp này đƣợc

8. 2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
gọi là phƣơng pháp điều khiển không cảm biến (sensorless control). Cơ sở chính
của điều khiển không cảm biến đối với động cơ BLDC là dựa vào thời điểm qua
zero của sức điện động cảm ứng trên các pha của động cơ. Tuy nhiên phƣơng pháp
này chỉ áp dụng đƣợc phƣơng pháp điện áp hình thang.
Về cơ bản có hai kỹ thuật điều khiển không cảm biến:
Một là xác định vị trí rotor dựa vào sức điện động của động cơ, phƣơng pháp
này đơn giản, dễ dàng thực hiện và giá thành rẻ.
Hai là ƣớc lƣợng vị trí dùng các thông số của động cơ, các giá trị điện áp và
dòng điện trên động cơ. Phƣơng pháp này đòi hỏi phải tính toán phức tạp để tính
toán các thông số. Phƣơng pháp này tính toán phức tạp, khó điều khiển, giá thành
cao. Phƣơng pháp ƣớc lƣợng vị trí rotor dựa vào thời điểm qua zero của sức điện
động đòi hỏi chúng ta phải tạo ra một điểm trung tính để có thể đo và bắt điểm qua
zero của sức điện động. Điểm trung tính có thể là trung tính hoặc trung tính ảo.
Điểm trung tính ảo trên lý thuyết có cùng điện thế với trung tính thật của các cuộn
dây đấu hình Y. Tuy nhiên điểm trung tính không phải là điểm cố định. Điện áp của
điểm trung tính có thể thay đổi từ 0 đến gần điện áp DC của nguồn. Đặc biệt là lúc
động cơ khởi động tín hiệu nhận đƣợc rất nhỏ dẫn đến điều khiển không chính xác.
Do vậy phƣơng pháp này chỉ áp dụng trong phạm vi tốc độ hạn chế và có đặc tính
khởi động nhỏ.
Trƣớc đây đã có một số nghiên cứu công bố một số mô phỏng cho sự phân
tích hoạt động của các động cơ BLDC không sử dụng bộ điều khiển, những đặc tính
của chúng đƣợc so sánh với tín hiệu mẫu bộ điều khiển tỷ lệ - tích phân [9]. Trong
các sức điện động phản hồi có hình dạng là các chuỗi xung hình thang EMF là một
hàm của vị trí rô to và hàm chuyển đổi đƣợc thông qua tín hiệu điện áp ra của bộ
nghịch lƣu. Kết quả thu đƣợc là các thông số về điện áp và dòng điện của bộ nghịch
lƣu. Vì vậy, nếu ta sử dụng bộ xử lý tín hiệu số sẽ rút ngắn thời gian tính toán và có
thể trở thành một công cụ thiết kế hữu ích đối với sự phát triển của động cơ một
chiều không chổi than BLDC. Các kết quả nghiên cứu trong nƣớc thể hiện ở trong
các tài liệu [10],[11] mới chỉ dừng lại ở việc thiết kế bộ điều khiển PID, PI với

9. 3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
phƣơng pháp có sử dụng cảm biến. Các phƣơng pháp này mang lại chất lƣợng tốt
trong dải tốc độ lớn cỡ 500 vòng/phút trở lên, tuy nhiên trong dải tốc độ chậm và rất
chậm những phƣơng pháp này không mang lại chất lƣợng tốt.
Với việc ứng dụng vi xử lý trong điều khiển BLDC cho phép chúng ta thực
hiện giải pháp không dùng cảm biến nhằm giảm giá thành sản phẩm và khắc phục
những khó khăn khi gắn cảm biến, đặc biệt là những động cơ BLDC nhỏ. Chính vì
vậy việc nghiên cứu và thực hiện giải pháp điều khiển BLDC không sử dụng cảm
biến mang tính cấp thiết.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu chung
Luận văn này tập trung vào mục tiêu chính là thiết kế và thực thi bộ điều
khiển tốc độ động cơ một chiều không chổi than sử dụng phƣơng pháp không dùng
cảm biến. Phƣơng pháp này sử dụng bộ quan sát để ƣớc lƣợng tốc độ quay và vị trí
của rotor nhằm cung cấp cho các bộ điều khiển dòng PWM và bộ điều khiển tốc độ,
các bộ điều khiển này sử dụng vi xử lý (hoặc DSP- bộ xử lý tín hiệu số). Phƣơng
pháp cần phải khắc phục hiện tƣợng xác định điểm qua không ở dải tốc độ thấp
nhằm ƣớc lƣợng đƣợc vị trí của rotor một cách chính xác hơn, kết hợp thuật toán
điều khiển tốc độ sử dụng luật điều khiển PI để điều chỉnh tốc độ với độ chính xác
hơn trong cả dải tốc độ thấp và tốc độ cao.
- Mục tiêu cụ thể
Nghiên cứu mô hình của BLDC và bộ biến đổi điện áp
Thiết kế bộ quan sát để ƣớc lƣợng tốc độ và vị trí của rotor
Thiết kế bộ điều khiển dòng PWM
Thiết kế bộ điều khiển tốc độ
Mô phỏng bằng Matlab/Simulink
Xây dựng thực nghiệm

10. 4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Các kết quả đạt đƣợc trong luận văn:
+ Xây dựng đƣợc mô hình toán học của động cơ không chổi than.
+ Thiết kế đƣợc bộ quan sát để ƣớc lƣợng vị trí và tốc độ của động cơ thay
cho cảm biến Hall, giải pháp ƣớc lƣợng vị trí và tốc độ quay chính xác ở tốc
độ thấp.
+ Thiết kế đƣợc bộ điều khiển dòng PWM và bộ điều khiển tốc độ quay dùng
luật điều khiển PI
+ Xây dựng đƣợc mô hình thực nghiệm gồm động cơ một chiều không chổi
than 2.5KW
+ Chạy thực nghiệm
3. Nội dung của luận văn
Luận văn thực hiện các nội dung sau:
a. Tìm hiểu về BLDC, nguyên lý làm việc và các phƣơng pháp điều khiển
tốc độ cho BLDC, phân tích các ƣu nhƣợc điểm của từng phƣơng pháp
b. Xây dựng mô hình toán của BLDC
c. Thiết kế bộ quan sát để ƣớc lƣợng vị trí và tốc độ của động cơ
d. Thiết kế đƣợc bộ điều khiển dòng PWM và bộ điều khiển tốc độ quay
dùng luật điều khiển PI
e. Xây dựng đƣợc mô hình thực nghiệm gồm động cơ một chiều không chổi
than 2.5KW
Từ nội dung luận văn nêu trên, luận văn gồm 04 chƣơng với bố cục nhƣ sau:
Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan về động cơ BLDC
Chƣơng 2: Mô hình của BLDC và bộ biến đổi điện áp
Chƣơng 3: Điều khiển tốc độ cho BLDC không dùng cảm biến
Chƣơng 4: Xây dựng mô hình thực nghiệm điều khiển BLDC
Phần cuối là kết luận chung của đề tài.

11. 5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Chƣơng 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ
MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN
Equation Chapter (Next) Section 1
1.1 Tổng quan về động cơ BLDC
Động cơ DC không chổi than BLDC (Brushles DC Motor) là một dạng động
cơ đồng bộ có kết cấu giống nhƣ động cơ một chiều, tuy nhiên động cơ BLDC kích
từ bằng nam châm vĩnh cửu dán trên rotor và dùng dòng điện DC ba pha cho dây
quấn phần ứng stator. Điểm khác biệt về hoạt động của động cơ BLDC so với các
động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khác là động cơ BLDC bắt buộc phải có cảm
biến xác định vị trí rotor. Nguyên tắc điều khiển của động cơ BLDC là xác định vị
trí rotor để điều khiển dòng điện vào cuộn dây stator tƣơng ứng, nếu không động cơ
không thể tự khởi động hay thay đổi chiều quay. Chính vì nguyên tắc điều khiển
dựa vào vị trí rotor nhƣ 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 1-1 Một động cơ một chiều không chổi than có cảm biến Hall đặt bên trong động cơ
Động cơ BLDC là một trong những loại động cơ đã đƣợc phổ biến nhanh
chóng hơn động cơ một chiều chổi than, chủ yếu là do đặc điểm và hiệu suất của nó
và ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, trong hàng không
vũ trụ, trong ngành giao thông vận tải, trong dân dụng v.v. bởi vì cấu trúc và mức
độ độ an toàn của nó.
Nam châm Rô
to Cuộn dây Stato
Các cảm biến Hall

12. 6
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
1.2 Cấu trúc của động cơ BLDC
Khác với động cơ một chiều truyền thống, động cơ BLDC sử dụng
chuyển mạch điện tử thay cho kết cấu chổi than và cổ góp để chuyển mạch
dòng điện cấp cho các cuộn dây phần ứng. Có thể gọi đó là cơ cấu chuyển
mạch tĩnh, nhƣ vậy về mặt kết cấu có thể thấy rằng động cơ BLDC và động cơ
một chiều truyền thống có sự hoán đổi vị trí giữa phần cảm và phần ứng: phần
cảm trên rôto và phần ứng trên stato.
Nam châm vĩnh cửu dùng để kích từ có thể là loại nam châm điện từ hoặc
loại nam châm hiếm nhƣ: AlNiCo, NdFeB, SmC v.v. Với công nghệ chế tạo nam
châm ngày càng phát triển mạnh, các đặc tính từ của nam châm vĩnh cửu ngày càng
đƣợc cải thiện, chất lƣợng nam châm ngày càng tốt hơn. Điều này cho phép động cơ
BLDC đƣợc chế tạo và ứng dụng nhiều hơn.
1.2.1 Cấu tạo stato của động cơ BLDC
Cũng giống nhƣ động cơ đồng bộ thông thƣờng, các cuộn dây BLDC cũng
đƣợc đặt lệch nhau 1200
điện trong không gian của stato. Stato của động cơ BLDC
gồm các lá thép mỏng đƣợc xếp chặt cùng với các cuộn dây đƣợc đặt trong các khe
dọc theo mặt bên trong của stato. Kết cấu nhƣ vậy trông giống nhƣ trong động cơ
không đồng bộ. Tuy nhiên, khác với động cơ không đồng bộ, các cuộn dây trên
stato của động cơ BLDC đƣợc phân bố với mật độ đều nhau dọc theo mặt trong của
stato.
Hình 1-2 Cách phân bố các cuộn dây trên stato
Với sự phân bố từ trƣờng và cách phân bố các cuộn dây stato nhƣ vậy, động
cơ BLDC có sức điện động hình thang và tạo ra từ trƣờng phân bố đều hơn, công

13. 7
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
nghệ chế tạo đơn giản hơn, rẻ tiền hơn; nhƣng đập mạch mômen cũng lớn hơn động
cơ có sức điện động hình sin.
1.2.2 Cấu tạo của Rotor của động cơ BLDC
Rotor của động cơ BLDC gồm có phần lõi bằng thép và các nam châm vĩnh
cửu đƣợc gắn trên đó theo các cách khác nhau, về cơ bản có hai phƣơng pháp gắn
các nam châm vĩnh cửu trên lõi rôto.
a. Rotor có nam châm gắn trên bề mặt lõi
Các nam châm vĩnh cửu đƣợc gắn trên bề mặt lõi rô to. Kết cấu này đơn giản
trong chế tạo nhƣng không chắc chắn nên thƣờng đƣợc sử dụng trong phạm vi tốc
độ trung bình và thấp.
Hình 1-3 Rôto có nam châm gắn trên bề mặt
b. Rôto có nam châm ẩn bên trong lõi
Trong lõi rôto có các khe dọc trục và các thanh nam châm vĩnh cửu đƣợc
chèn vào các khe này. Kết cấu này khó khăn trong chế tạo và lắp ráp, đặc biệt là khi
công suất lớn, nhƣng chắc chắn và đƣợc sử dụng trong các ứng dụng tốc độ cao.
Hình 1-4 Rôto có nam châm ẩn bên trong lõi
Trong động cơ BLDC, các nam châm vĩnh cửu trên rôto tạo ra từ trƣờng
hƣớng tâm và phân bố đều dọc theo khe hở không khí giữa stato và rô to.
S
N
N
S
N
S
N
S
S
N
N
S
N
S
N
S
N
S
N
S

14. 8
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
1.2.3 Cảm biến xác định vị trí rôto
Để xác định vị trí rotor có thể dùng cảm biến Hall hoặc Encoder. Có thể đặt
các phần tử cảm biến bên trong động cơ, trên đầu trục động cơ hay dùng cảm biến
bên ngoài lắp vào trục động cơ.
Cảm biến hiệu ứng Hall (gọi tắt là cảm biến Hall) đƣợc dùng trong động cơ
BLDC để xác định vị trí cực nam châm của rotor. Tín hiệu vị trí này là cơ sở để bộ
điều khiển đóng cắt các khóa công suất cấp dòng DC cho cuộn dây stato tƣơng ứng.
Khi đặt cảm biến Hall trong vùng từ trƣờng và có một dòng điện DC chạy qua thì sẽ
có một điện áp sinh ra tại đầu ra của cảm biến.
Sự phân cực xuất hiện khi cảm biến quét qua các nam châm của động cơ.
Điện áp U sinh ra có dạng tuyến tính thay đổi theo góc lệch giữa cảm biến và từ
trƣờng. Chúng ta cần tín hiệu kỹ thuật số để điều khiển có dạng nhị phân [1, 0] do
đó cả cảm biến đều đƣợc chế tạo tích hợp trong một IC để dạng điện áp ra là dạng
xung vuông. Các cảm biến Hall đặt trong động cơ lệch nhau một góc 1200
điện hay
600
điện để xác định chính xác vị trí rô to để điều khiển tƣơng ứng các pha của dòng
điện phần ứng stato.
1.2.4 Nguyên lý hoạt động của động cơ BLDC
Điều khiển động cơ BLDC bằng cách chuyển mạch dòng điện giữa các cuộn
dây pha theo một thứ tự và vào những thời điểm nhất định.
Mômen quay đƣợc tạo ra là do sự tƣơng tác giữa hai từ trƣờng: từ trƣờng do
nam châm rô to tạo ra và từ trƣờng tổng do dòng điện trong các cuộn dây pha tạo ra.
Xu hƣớng của rôto là quay đến vị trí sao cho hai vectơ từ trƣờng tổng trùng nhau.
Mômen quay đạt giá trị lớn nhất là khi hai từ trƣờng vuông góc với nhau.
Trong quá trình hoạt động, tại một thời điểm chỉ có hai cuộn dây pha đƣợc
cấp điện, cuộn dây thứ ba không đƣợc cấp điện, và việc chuyển mạch dòng điện từ
cuộn dây này sang cuộn dây khác sẽ tạo ra từ trƣờng quay và làm cho rô to quay
theo. Nhƣ vậy, thứ tự chuyển mạch dòng điện giữa các cuộn dây pha phải căn cứ
vào chiều quay của rôto. Thời điểm chuyển mạch dòng điện từ pha này sang pha

15. 9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
khác đƣợc xác định sao cho mômen đạt giá trị lớn nhất và đập mạch mômen do quá
trình chuyển mạch dòng điện là nhỏ nhất.
Ta có mômen đƣợc xác định bằng biểu thức:
m
a a b b c c
e
e i e i e i
T (1.1)
Trong đó: ea, eb, ec: sức điện động cảm ứng của pha A, B, C (V)
ia, ib,ic: dòng điện các pha A, B, C (A)
ωm: vận tốc góc của trục Rotor (rad/s)
Để đạt đƣợc yêu cầu trên, ta mong muốn cấp điện cho cuộn dây vào thời
điểm sao cho dòng điện trùng pha với sức điện động cảm ứng và dòng điện cũng
đƣợc điều chỉnh để đạt biên độ không đổi trong khoảng có độ rộng 1200
điện. Nếu
không trùng pha với sức điện động thì dòng điện cũng sẽ có giá trị lớn và gây thêm
tổn hao trên stato
Thời điểm
chuyển mạch
Sức điện động
cảm ứng pha
Dòng điện pha
300 150 180 210 330 360 t
e, i
Hình 1-5 Sự trùng pha giữa sức điện động cảm ứng và dòng điện
Việc xác định thời điểm chuyển mạch dòng điện bằng việc giám sát trực tiếp
sức điện động cảm ứng pha đƣợc gọi là kỹ thuật điều khiển không cảm biến và sẽ
đƣợc nghiên cứu kỹ hơn ở phần sau. Do có mối liên hệ giữa sức điện động cảm ứng
pha và vị trí của rôto nhƣ mô tả ở phần trên nên việc xác định thời điểm cấp điện
cho các cuộn dây còn có thể thực hiện đƣợc bằng việc xác định vị trí của rôto nhờ
các cảm biến vị trí.

16. DOWNLOAD ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ NỘI DUNG
MÃ TÀI LIỆU: 50077
DOWNLOAD: + Link tải: Xem bình luận
Hoặc : + ZALO: 0932091562