ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THANNG CHỔI THAN- BLDC- BLDC

1.Đặt vấn đề1.Đặt vấn đề2.Nguyên lý làm viêc2.Nguyên lý làm viêc3.Những vấn đề động cơ 3.Những vấn đề động cơ mộtmột chiều cần giải quyết chiều cần giải quyết4.Mô phỏng,thực nghiệm4.Mô phỏng,thực nghiệm5.Kết luận5.Kết luận

1.Đặt vấn đề - Giới thiệu về 1.Đặt vấn đề - Giới thiệu về động cơ một chiều không động cơ một chiều không chổi thanchổi than

Ngày nay BLDC được ứng dụng rất Ngày nay BLDC được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngày kỹ thuật nhờ rộng rãi trong các ngày kỹ thuật nhờ khả năng dễ dàng điều chỉnh tốc khả năng dễ dàng điều chỉnh tốc độ,công suất lớn,dễ lập trình cho độ,công suất lớn,dễ lập trình cho quá trình tự động hóa….BLDC có khả quá trình tự động hóa….BLDC có khả năng đó nhờ nó tích hợp bộ cảm năng đó nhờ nó tích hợp bộ cảm biến xác định vị trí của roto nhằm biến xác định vị trí của roto nhằm tạo ra các tín hiệu cho bộ chuyển tạo ra các tín hiệu cho bộ chuyển mạchmạch

• Sơ đồ nguyên lý làm việc của BLDCSơ đồ nguyên lý làm việc của BLDC

++

--

Bộ chuyển mạchBộ chuyển mạch Động cơĐộng cơ

Cảm Cảm biếnbiến vị trívị trí

Mạch logicMạch logic

• BLDC là một loại của động cơ đồng BLDC là một loại của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, nó sử dụng bộ nam châm vĩnh cửu, nó sử dụng các bộ cảm biến vị trí và một bộ các bộ cảm biến vị trí và một bộ chuyển đổi (inverter) để điều khiển chuyển đổi (inverter) để điều khiển dòng điện phần ứngdòng điện phần ứng

• Có 2 loại BLDC chủ yếu:Có 2 loại BLDC chủ yếu:

- dạng hình thang- dạng hình thang

- dạng hình sin. - dạng hình sin.

• Đối với động cơ dạng hình thang thì sức Đối với động cơ dạng hình thang thì sức điện động gây ra trên cuộn dây stato có điện động gây ra trên cuộn dây stato có dạng hình thang và pha của nó cần cung dạng hình thang và pha của nó cần cung cấp dòng điện để tạo ra momen hoạt động cấp dòng điện để tạo ra momen hoạt động hầu như không có gợn sóng .hầu như không có gợn sóng .

• Với động cơ hình sin thì sức điện động có Với động cơ hình sin thì sức điện động có dạng hình sin và dòng điện pha yêu cầu dạng hình sin và dòng điện pha yêu cầu momen trơn.Hình dạng của sức điện động momen trơn.Hình dạng của sức điện động được xác định bởi hình dạng của nam được xác định bởi hình dạng của nam châm Roto và cách phân bố cuộn dây châm Roto và cách phân bố cuộn dây Stato.Stato.

• Động cơ hình sin cần cảm biến vị trí có Động cơ hình sin cần cảm biến vị trí có độ chính xác cao bởi vị trí Roto phải độ chính xác cao bởi vị trí Roto phải được biết ngay tức thời tại mọi thời điểm được biết ngay tức thời tại mọi thời điểm để tối ưu cho hoạt động của động cơ.Nó để tối ưu cho hoạt động của động cơ.Nó cũng yêu cầu phải tổ hợp nhiều hơn cả cũng yêu cầu phải tổ hợp nhiều hơn cả về phần cứng và phần mềm kèm theo. về phần cứng và phần mềm kèm theo.

• Động cơ hình thang lại khá hấp dẫn cho Động cơ hình thang lại khá hấp dẫn cho các ứng dụng để đơn giản hóa,rẻ hơn và các ứng dụng để đơn giản hóa,rẻ hơn và hiệu suất cao hơn.Phần dưới đây chỉ tập hiệu suất cao hơn.Phần dưới đây chỉ tập trung miêu tả động cơ BLDC hình thang. trung miêu tả động cơ BLDC hình thang.

•Cấu tạo của BLDC gồm 4 bộ Cấu tạo của BLDC gồm 4 bộ phậnphận+ Roto+ Roto+ Stato+ Stato+ Cảm biến vị trí+ Cảm biến vị trí+ Bộ phận chuyển mạch điện + Bộ phận chuyển mạch điện từtừ

statostato

Bao gồm lõi sắt (các lá thép kĩ thuật Bao gồm lõi sắt (các lá thép kĩ thuật điện ghép cách điện với nhau) và dây điện ghép cách điện với nhau) và dây quấn. Cách quấn dây của BLDC khác quấn. Cách quấn dây của BLDC khác so với cách quấn dây động 1 chiều so với cách quấn dây động 1 chiều thông thường,stato của BDCM chứa thông thường,stato của BDCM chứa dây quấn phần ứng, sự khác biệt này dây quấn phần ứng, sự khác biệt này tạo nên sức phản điện động dạng tạo nên sức phản điện động dạng hình thang.hình thang.

Stator động cơ BLDCStator động cơ BLDC

Dây quấn phần ứng có thể là Dây quấn phần ứng có thể là 2 pha hoặc 3 pha.2 pha hoặc 3 pha.Đối với dây quấn 3 pha có 2 Đối với dây quấn 3 pha có 2 cách mắc :cách mắc : + Cách mắc hình sao + Cách mắc hình sao

+ Cách mắc hình tam + Cách mắc hình tam giácgiác

Roto Roto Được gắn vào trục động cơ và trên Được gắn vào trục động cơ và trên bề mặt có dán các thanh nam châm bề mặt có dán các thanh nam châm vĩnh cửu.Ở các động cơ yêu cầu vĩnh cửu.Ở các động cơ yêu cầu quán tính nhỏ,người ta thường chế quán tính nhỏ,người ta thường chế tạo trục của động cơ có dạng hình trụ tạo trục của động cơ có dạng hình trụ rỗng.rỗng.

Cảm biến vị trí Hall sensorCảm biến vị trí Hall sensor

• Do đặc thù sức phản điện động có dạng Do đặc thù sức phản điện động có dạng hình thang nên cấu hình điều khiển hình thang nên cấu hình điều khiển thông thường của BLDC cần có cảm biến thông thường của BLDC cần có cảm biến xác định vị trí của từ trường rotor so với xác định vị trí của từ trường rotor so với các pha của cuộn dây stator. các pha của cuộn dây stator.

•   Có nhiều loại cảm biến vị trí nhưng nó Có nhiều loại cảm biến vị trí nhưng nó đều theo các nguyên lý :đều theo các nguyên lý :+Điện từ :máy phát đồng bộ xoay chiều.+Điện từ :máy phát đồng bộ xoay chiều.+ Quang điện : encorder+ Quang điện : encorder+ Cảm biến hall+ Cảm biến hall

NNgười ta thường dùng cảm biến gười ta thường dùng cảm biến hiệu ứng Hall, gọi tắt là Hall hiệu ứng Hall, gọi tắt là Hall sensorsensor

Nó tạo ra sức điện động đồng Nó tạo ra sức điện động đồng bộ phục vụ cho việc đóng cắt bộ phục vụ cho việc đóng cắt các van bán dẫn ở bộ chuyển các van bán dẫn ở bộ chuyển mạch điện từmạch điện từ

Bộ chuyển mạch điện tửBộ chuyển mạch điện tử

Vì dây quấn phần ứng được bố trí trên Vì dây quấn phần ứng được bố trí trên Stato nên bộ chuyển mạch dễ dàng Stato nên bộ chuyển mạch dễ dàng được thay thế bởi bộ chuyển mạch được thay thế bởi bộ chuyển mạch điền tử sử dụng Transistor công suất điền tử sử dụng Transistor công suất chuyển mạch theo vị trí của roto.chuyển mạch theo vị trí của roto.

Về bản chất thì bộ chuyển mạch điện Về bản chất thì bộ chuyển mạch điện tử là nghịch lưu bị động theo sức điện tử là nghịch lưu bị động theo sức điện động của roto.động của roto.

2.Nguyên lý làm việc của 2.Nguyên lý làm việc của BDCMBDCM• Động cơ BLDC hiện diện trong khá Động cơ BLDC hiện diện trong khá

nhiều hệ khác nhau nhưng động cơ 3 nhiều hệ khác nhau nhưng động cơ 3 pha là loại thông dụng nhất tối ưu hiệu pha là loại thông dụng nhất tối ưu hiệu suất và giảm gợn sóng momen quay suất và giảm gợn sóng momen quay ( trơn).Loại động cơ này cũng đưa ra sự ( trơn).Loại động cơ này cũng đưa ra sự đồng thuận giữa việc điều khiển chính đồng thuận giữa việc điều khiển chính xác với số thiết bị cần để điều khiển xác với số thiết bị cần để điều khiển dòng stato. dòng stato.

• BLDC ba pha được điều BLDC ba pha được điều khiển(operated) trong 2 pha , nghĩa khiển(operated) trong 2 pha , nghĩa là hai pha mà tạo ra mômen lớn nhất là hai pha mà tạo ra mômen lớn nhất sẽ được kích hoạt trong khi pha thứ 3 sẽ được kích hoạt trong khi pha thứ 3 bị ngắt.Hai pha đó được kích hoạt bị ngắt.Hai pha đó được kích hoạt phụ thuộc vào vị trí của roto. phụ thuộc vào vị trí của roto.

• Sơ đồ nguyên lý làm việcSơ đồ nguyên lý làm việc

• Phương pháp điều khiển Phương pháp điều khiển truyền thống động cơ BLDC là truyền thống động cơ BLDC là đóng cắt các khóa mạch lực đóng cắt các khóa mạch lực (IGBT hoặc MOSFET) để cấp (IGBT hoặc MOSFET) để cấp dòng điện vào cuộn dây stator dòng điện vào cuộn dây stator động cơ dựa theo tín hiệu Hall động cơ dựa theo tín hiệu Hall sensor đưa về.sensor đưa về.

Mặt cắt ngang động cơ Mặt cắt ngang động cơ BLDCBLDC

•Các tín hiệu từ các cảm biến vị trí Các tín hiệu từ các cảm biến vị trí H1,H2,H3 tạo ra một bộ ba hằng số H1,H2,H3 tạo ra một bộ ba hằng số mà thay đổi cứ sau mỗi 60 độ .(tức mà thay đổi cứ sau mỗi 60 độ .(tức là trong 60 độ tiếp theo chỉ có một là trong 60 độ tiếp theo chỉ có một trạng thái của 1 trong 3 cảm biến trạng thái của 1 trong 3 cảm biến H1,H2,H3 bị thay đổi). H1,H2,H3 bị thay đổi).

•Từ đó ta có được sơ đồ dòng và áp Từ đó ta có được sơ đồ dòng và áp như sau :như sau :

Bảng trạng thái van điều Bảng trạng thái van điều khiểnkhiển

• BLDC ba pha được điều BLDC ba pha được điều khiển(operated) trong 2 pha , nghĩa khiển(operated) trong 2 pha , nghĩa là hai pha mà tạo ra mômen lớn nhất là hai pha mà tạo ra mômen lớn nhất sẽ được kích hoạt trong khi pha thứ 3 sẽ được kích hoạt trong khi pha thứ 3 bị ngắt.Hai pha đó được kích hoạt phụ bị ngắt.Hai pha đó được kích hoạt phụ thuộc vào vị trí của roto. thuộc vào vị trí của roto.

Chế độ điều khiển này gọi là chế độ Chế độ điều khiển này gọi là chế độ điều khiển 120. Đây là chế độ điều điều khiển 120. Đây là chế độ điều khiển cơ bản của BLDCkhiển cơ bản của BLDC

Dòng và áp phụ thuộc vào van dẫnDòng và áp phụ thuộc vào van dẫn

3.Những vấn đề của BLDC3.Những vấn đề của BLDC

• Ý nghĩa tên động cơ 1 chiều không Ý nghĩa tên động cơ 1 chiều không chổi than?chổi than?

• Dạng sức điện động và dòng điện ?Dạng sức điện động và dòng điện ?

Ý nghĩa tên động cơ 1 chiều Ý nghĩa tên động cơ 1 chiều không chổi thankhông chổi than

• Động cơ BLDC mặc dù có tên là “một Động cơ BLDC mặc dù có tên là “một chiều không chổi than” nhưng nó chiều không chổi than” nhưng nó thuộc nhóm động cơ đồng bộ nam thuộc nhóm động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chứ không phải là châm vĩnh cửu chứ không phải là động cơ một chiều. động cơ một chiều.

• Dưới mỗi pha dẫn ta thấy đều có Dưới mỗi pha dẫn ta thấy đều có dòng điện 1 chiều và sức điện động 1 dòng điện 1 chiều và sức điện động 1 chiều, do đó động cơ BLDC có đặc chiều, do đó động cơ BLDC có đặc tính cơ và đặc tính điều khiển giống tính cơ và đặc tính điều khiển giống với động cơ 1 chiều. với động cơ 1 chiều.

• Chính vì thế mà động cơ này có tên Chính vì thế mà động cơ này có tên gọi là “động cơ một chiều không chổi gọi là “động cơ một chiều không chổi than” chứ thực ra nó là động cơ xoay than” chứ thực ra nó là động cơ xoay chiều đồng bộ nam châm vĩnh cửu.chiều đồng bộ nam châm vĩnh cửu.

Dạng sức phản điện động và Dạng sức phản điện động và dòng điệndòng điện

• BLDC có sức phản điện động dạng hình BLDC có sức phản điện động dạng hình thang.Điều này là do cấu tạo của roto có thang.Điều này là do cấu tạo của roto có dán các thanh nam châm vĩnh cửu và dán các thanh nam châm vĩnh cửu và cách quấn dây sức điện động hình thang cách quấn dây sức điện động hình thang của Stato tạo nên của Stato tạo nên

• Với động cơ 1 chiều không chổi than 3 Với động cơ 1 chiều không chổi than 3 pha ta có 3 sức phản điện động hình pha ta có 3 sức phản điện động hình thang.Mỗi sức phản điện động lệch pha thang.Mỗi sức phản điện động lệch pha nhau 120 độ.nhau 120 độ.

•Sức phản điện động dạng hình thangSức phản điện động dạng hình thang

• Do trong cấu trúc của động cơ 1 chiều Do trong cấu trúc của động cơ 1 chiều không chổi than có cảm biến vị trí roto không chổi than có cảm biến vị trí roto nên bộ biến đổi điện tử có thể đảm nên bộ biến đổi điện tử có thể đảm bảo sự thay đổi của dòng điện trong bảo sự thay đổi của dòng điện trong dây quấn phần ứng khi roto quay dây quấn phần ứng khi roto quay giống như vành góp và chổi than của giống như vành góp và chổi than của động cơ một chiều thông thường.động cơ một chiều thông thường.

• Do chuyển mạch nghịch lưu theo vị trí Do chuyển mạch nghịch lưu theo vị trí của roto nên dòng điện cùng pha với của roto nên dòng điện cùng pha với sức điện độngsức điện động

•Dòng điện và sức điện độngDòng điện và sức điện động

4.Mô Phỏng4.Mô Phỏng

5. Kết luận5. Kết luận

• Do những đặc tính của động cơ một Do những đặc tính của động cơ một chiều không chổi than:có thể tạo ra chiều không chổi than:có thể tạo ra công suất lớn,dễ dàng điều chỉnh tốc công suất lớn,dễ dàng điều chỉnh tốc độ…nên ngầy nay BLDC được ứng độ…nên ngầy nay BLDC được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành dụng rất rộng rãi trong các ngành nghề công nghiệp và dân dụng.nghề công nghiệp và dân dụng.

• Qua bài này ta đã rút ra cấu tạo của Qua bài này ta đã rút ra cấu tạo của động cơ một chiều không chổi động cơ một chiều không chổi than.Đồng thời đã tìm hiểu thêm được than.Đồng thời đã tìm hiểu thêm được về cách điều khiển động cơ.Đây là về cách điều khiển động cơ.Đây là mục đích quan trọng nhất đối với tất mục đích quan trọng nhất đối với tất cả các động cơ.cả các động cơ.

• Tuy nhiên ta vẫn gặp phải một số khó Tuy nhiên ta vẫn gặp phải một số khó khăn như : ta chỉ có thê điều khiển khăn như : ta chỉ có thê điều khiển động cơ qua 2 trong 3 pha,nghĩa là động cơ qua 2 trong 3 pha,nghĩa là điều khiển 2 pha còn 1 pha phải điều khiển 2 pha còn 1 pha phải không đổi.Còn chế độ điều khiển cả 3 không đổi.Còn chế độ điều khiển cả 3 pha thi ta vẫn chưa xét đến được…..pha thi ta vẫn chưa xét đến được…..