BLDC

1. Các d ng ñ ng cơ DC
ñ c bi t
Đ ng cơ DC không ch i than
(BLDC)
P0015301 5P0015301 5--SESE--9 B9 Bàài 10i 10

2. Nguyên lý
• Đ ng cơ BLDC m c dù có tên là “m t chi u không ch i than” nhưng
nó thu c nhóm ñ ng cơ ñ ng b nam châm vĩnh c u
• Đ ng cơ ñ ng b nam châm vĩnh c u là nhóm ñ ng cơ xoay chi u
ñ ng b (t c là rotor quay cùng t c ñ v i t trư ng quay) có ph n
c m là nam châm vĩnh c u.
• Chia thành 2 lo i ñ ng cơ d a vào d ng sóng s c ph n ñi n ñ ng
stator c a ñ ng cơ.
– -Đ ng cơ (sóng) hình sin
– -Đ ng cơ (sóng) hình thang
• Đ ng cơ BLDC là lo i ñ ng cơ sóng hình thang, nh ng ñ ng cơ còn
l i là ñ ng cơ sóng hình sin (ta g i chung v i tên là PM –
Permanent magnet Motor).
• EMF có d ng hình thang quy t ñ nh ñ xác ñ nh m t ñ ng cơ BLDC
ch không ph i các y u t khác như Hall sensor, b chuy n m ch
ñi n t (Electronic Commutator), .v.v.

3. Đ c ñi m BLDC
• Ưu ñi m:
– M t ñ t thông khe h không khí l n.
– T l công su t/ kh i lư ng máy ñi n cao.
– T l mômen/ quán tính l n (có th tăng t c nhanh).
– V n hành nh nhàng (dao ñ ng c a mômen nh ) th m chí t c ñ th p (ñ ñ t
ñư c ñi u khi n v trí m t cách chính xác).
– Mômen ñi u khi n ñư c v trí b ng không.
– V n hành t c ñ cao.
– Có th tăng t c và gi m t c trong th i gian ng n.
– Hi u su t cao.
– K t c u g n.
• Như c ñi m
– Giá thành cao
– Đư c ñi u khi n b ng m t b ñi u khi n v i ñi n ngõ ra d ng xung vuông và
c m bi n Hall ñư c ñ t bên trong ñ ng cơ ñ xác ñ nh v trí rotor không t ñ i
chi u dòng ñi n như ñ ng cơ DC thông thư ng
– nam châm s t t d t hóa nhưng kh năng tích t không cao, d b kh t và
ñ c tính t c a nam châm b gi m khi tăng nhi t ñ . Nhưng v i lo i nam châm
hi m như hi n nay thì như c ñi m này ñã ñư c c i thi n ñáng k .

4. C U T O
• Stator:
– lõi s t (các lá thép kĩ thu t ñi n ghép
cách ñi n v i nhau)
– dây qu n khác so v i cách qu n
dây ñ ng cơ xoay chi u 3 pha thông
thư ng, s khác bi t này t o nên s c
ph n ñi n ñ ng d ng hình thang
• Rotor: không có gì khác so v i các
ñ ng cơ nam châm vĩnh c u khác.
• Hall sensor: do ñ c thù s c ph n ñi n
ñ ng có d ng hình thang nên c u
hình ñi u khi n thông thư ng c a
BLDC c n có dùng c m bi n hi u
ng Hall, g i t t là Hall sensor ñ xác
ñ nh v trí c a t trư ng rotor so v i
các pha c a cu n dây stator

5. Rotor
Nam châm ñư c ñ t trên rotor c a ñ ng cơ BLDC: (a,b,c) nam châm dán b m t ngoài, (d,e,f,g) nam châm ñ t bên trong rotor.

6. Brushless DC Motor
100
N
S
R
B
r
r
g
g
b
b
G
com
com
com
110
010
011
101
001
R
GB
N
S

7. PHƯƠNG PHÁP ĐI U KHI N

8. PHƯƠNG PHÁP ĐI U KHI N

9. Quá trình kích ñóng 6 bư c
+V
PWM1H
PWM1L
3 Phase
BLDC
PWM2H
PWM2L
PWM3H
PWM3L
Sector 5 0 1 2 3 4 5 0 1

10. +V
PWM1H
PWM1L
3 Phase
BLDC
PWM2H
PWM2L
PWM3H
PWM3L
Sector 5 0 1 2 3 4 5 0 1
Quá trình kích ñóng 6 bư c

11. +V
PWM1H
PWM1L
3 Phase
BLDC
PWM2H
PWM2L
PWM3H
PWM3L
Sector 5 0 1 2 3 4 5 0 1
Quá trình kích ñóng 6 bư c

12. +V
PWM1H
PWM1L
3 Phase
BLDC
PWM2H
PWM2L
PWM3H
PWM3L
Sector 5 0 1 2 3 4 5 0 1
Quá trình kích ñóng 6 bư c

13. 4 Amps Peak
Fixed Speed
1000 RPM
Gi n ñ Hall sensor
và dòng ñi n ngõ ra t ng

14. Qu ñ o t thông stator
khi không t i và có t i

15. THAY Đ I T C Đ B NG CÁCH THAY
Đ I ĐI N ÁP TRUNG BÌNH PHA
ĐI U CH PWM
• Đi n áp cung c p cho b
khóa công su t không
ñ i, tuy nhiên ñi n áp ra
kh i b khóa ñ n ñ ng
cơ thay ñ i theo thu t
toán ñi u khi n.
• Phương pháp PWM có
th dùng cho khóa trên,
khóa dư i hay ñ ng th i
c hai khóa trên và dư i
cùng lúc.

16. PWM1H
Hall Effect
Sensors
PWM1L
BLDC Motor có ñi u ch PWM

17. ĐI U KHI N ĐI N ÁP HÌNH SIN
còn ñư c g i là ñi u khi n AC không ch i than (brushless AC)
gi m ti ng n có th nghe th y ñư c,
gi m g n sóng mômen do d ng sóng ñi n áp
dòng ñi n ra ít b g n sóng.

18. ĐI U KHI N KHÔNG C M BI N
2 k thu t ñi u khi n không c m bi n:
xác ñ nh v trí rotor d a vào s c ñi n ñ ng c a ñ ng cơ
ư c lư ng v trí dùng các thông s c a ñ ng cơ, các giá tr ñi n áp và dòng ñi n
trên ñ ng cơ

19. EMF h i ti p v/s Hall sensors
Back EMF
Hall sensor

20. ĐI U KHI N VÒNG KÍN
Đ NG CƠ BLDC

21. B ĐI U KHI N PI(D)
• Proportional-Integral-Differential
• Set Point - Process Variable = Error
• Control Variable = Output
• CV = Pe + I ∫e dt + D de/dt

22. Closed Loop
PID BLDC+ -
T c ñ mong mu n
T c ñ h i ti p
Sai s t c ñ Voltage
Khall
Hall Sensor

23. PID s
+ -
T c ñ ñ t
T c ñ h i ti p
Error Đi n áp
Kp * Error
+
+
Up
Ui
Ki * ∫Error dt
Kd *
dError
dt
+
Ud

24. PID s
• Up(T) = Kp * Error(T)
• Ui(T) = Ki * Error(T) + Ui(T-1)
• Ud(T) = Kd * (Error(T) – Error(T-1))
Voltage(T) = Up(T) + Ui(T) + Ud(T)
Kp * Error
Ki * ∫Error dt
Kd *
dError
dt

25. PID s m r ng
Kp * Error
Ki * ∫Error dt
Kd
dError
dt
Kp * Error
Kd * (1 – Z ) * Error
-1
Ki
1 - Z
-1 * Error +
+
+

26. PID s m r ng
Kp * Error
Kd * (1 – Z ) * Error
-1
Ki
1 - Z
-1 * Error +
+
+
Error * Kp +
Ki
1 - Z
-1
+ Kd (1 – Z )
-1

27. Optional Digital PID
Error *Error * Kp +Kp +
KiKi
11 -- ZZ
--11 + Kd (1+ Kd (1 –– Z )Z )
--11
= Controller Output= Controller Output
Error *Error *
11 -- ZZ
--11 = Controller Output= Controller Output
Kp (1Kp (1 –– Z )Z )--11
+ Ki ++ Ki + Kd (1Kd (1 –– Z )Z )--11 22
Error *Error *
11 -- ZZ
--11 = Controller Output= Controller Output
(Kp + Ki + Kd) + ((Kp + Ki + Kd) + (--KpKp -- 2*Kd) Z + Kd*Z2*Kd) Z + Kd*Z
--11 --22

28. PID s m r ng
Error *
1 - Z
-1 = Ngõ ra b ĐK
(Kp + Ki + Kd) + (-Kp - 2*Kd) Z + Kd*Z
-1 -2
Error = Error (T)
Error * Z = Error (T-1)
Error * Z = Error (T-2)
-2
-1
Sai s g n nh t
Sai s ít nh t

29. Ngõ ra b ñi u khi n (T) = Ngõ ra b ñi u khi n (T – 1)
+ Error (T) * K1
+ Error (T-1) * K2
+ Error (T-2) * K3
V i:
K1 = Kp + Ki + Kd
K2 = -Kp -2Kd
K3 = Kd
Error *
1 - Z
-1 = Ngõ ra b ñi u khi n
(Kp + Ki + Kd) + (-Kp - 2*Kd) Z + Kd*Z
-1 -2
PID s m r ng

30. NG D NG
• Đi u khi n ñóng ng t có ñ chính xác cao,
môi trư ng d cháy n , không ñu c b o
trì thư ng xuyên.
• Giao thông v n t i.
• Gi i trí.