Bài tập lớn mô phỏng tốc độ động cơ một chiều không chổi than trường Đại học Cần Thơ

BÀI BÁO CÁO
MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN

( Simulation of brushlees DC mortor ).
I . Giới thiệu động cơ một chiều không chổi than.
1. Định nghĩa:
Động cơ một chiều không chổi than (Brushless Direct
Current- BLDC) là động cơ điện sử dụng cơ chế chuyển mạch
bằng điện tử thay vì sử dụng chổi than và cổ góp như ở
động cơ điện một chiều.
2. Cấu tạo:
-

Cấu tạo BLDC motor gồm: stato, roto
và cảm biến vị trí.
+ Stato: bao gồm lõi thép là các lá thép
kỹ thuật điện ghép cách điện với nhau
và dây quấn.
+ Roto: roto bao gồm trục động cơ và
các nam châm vĩnh cữu được bố trí xen
kẽ giữa cực bắc và cực nam.
+ Cảm biến: BLDC motor sử dụng cảm biến
vị trí hiệu ứng Hall (gọi tắt là cảm biến Hall). Cảm
biến Hall được gắn trên stato để phát hiện các nam châm vĩnh cửu trên roto khi
qt qua nó.
Hình 1: Cấu
tạo BLDC motor
3. Ngun lí hoạt động.
- Nguyên lý hoạt động của động cơ DC khơng chổi than là xác
định vị trí của Rotor để điều khiển dòng diện vào cuộn dây
Stator tương ứng, nếu không động cơ không thể thay đổi chiều

quay và khởi động tự động được. Chính vì ngun tắc điều
khiển dựa vào vị trí Rotor như vậy mà động cơ BLDC luôn cần
1


có một bộ điều khiển chuyên dụng phối hợp với cảm biến Hall
để điều khiển động cơ.[1]

Hình 2: Ngun lí hoạt động của động cơ BLDC
4. Điều khiển động cơ BLDC.
-

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

Sơ đồ nguyên lí mạch lực và động cơ như sau:

2


Hình 3: Sơ đồ cấp điện cho cn dây stato

-

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

-

Trong một thời điểm bất kì ln ln chỉ có 2 pha dẫn điện,
do đó ta cịn gọi đây là chế độ điều khiển 2 pha dẫn.

-

Dưới mỗi pha dẫn ta thấy đều có dịng điện 1 chiều và sức
điện động 1 chiều, do đó động cơ BLDC có đặc tính cơ và
đặc tính điều khiển giống với động cơ 1 chiều. Chính vì thế
mà động cơ này có tên gọi là “động cơ một chiều không chổi
than” chứ thực ra nó là động cơ xoay chiều đồng bộ nam
châm vĩnh cửu.

-

Vịng điều khiển tốc độ ở ngồi giống với động cơ một chiều.
Sai số giữa tốc độ đặt và tốc độ thực được đưa vào bộ điều
chỉnh tốc độ G, đầu ra của bộ điều chỉnh G là lượng đặt dịng
điện Id*.

-

Tín hiệu Hall sensor đưa về được giải mã thành thơng tin về
dịng điện u cầu ở 3 pha Ia, Ib, Ic được kết hợp với giá trị
dòng Id* qua khâu logic và đưa ra các lượng đặt dòng điện
Ia*, Ib*, Ic* [2].
3


II . Mơ hình tốn của động cơ BLDC Motor.

1.Khối động cơ

Hình 4: Khối động cơ DC

Rm : Điện trở động cơ (ohm) (nhà sản xuất
cung cấp) Lm : hệ số điện kháng (H) (nhà
sản xuất cung cấp)
Kb : hằng số phản điện (V/(rad/sec)) (nhà sản xuất cung cấp)

Kt : hằng số momen (Nm/A) (nhà sản xuất cung cấp)
Jm : momen qn tính của rơto (kg.m2) (nhà sản
xuất cung cấp)
Cm : hệ số ma sát nhớt (N.m)
Tf : momen ma sát (Nm) (nhà sản xuất cung cấp)
τ1: momen xoắn cản (Nm)
ω: vận tốc motor (rad/s)
τm : mô men xoắn nội (tải) (Nm)
θm : góc xoay trục động cơ (rad)
2. Phương trình đặc tính của động cơ một chiều khơng chổi
than.
4


• Phần điện:
e = Lm + Rm i + Eb
= Lm + Rm i + Kbω
• Phần cơ:

(với Eb =Kbω)

Jm = τm - Tf - Cmω - τ1

(với τm = Kt i )

= Kt i - Tf - Cmω - τ1
Công suất điện: Pe = Ebi
Công suất cơ: Pm = τmω

(5)

(W)
(W)

Theo định luật bảo toàn năng lượng: Pe = Pm =>
Kbωi = Kt iω

(4)

Ebi = τmω

suy ra: Kb = Kt

Biến đổi Laplace từ (4) và (5) ta có dạng sau:
(s + )* I(s) + *Ω(s) = E(s)
I(s) – (s + )*Ω(s) = (s) + τ1(s)
Giả thuyết là hằng số và = *sgn(Ω)
là hằng số

sgn(Ω) =

1 Ω >0
1 Ω=0
–1

Ω<0

3. Mô phỏng khối động cơ.

5


Hình 5: Khối động cơ khi phân tich hàm truyền
Các thông số đáp ứng cho động cơ:

Rm = 2.7; % (ohm)
Kb = 5.3*10^-3;
Cm = 5*10^-4; % (N.m.s/rad)
Lm = 1.4*10^-3; % (H)
Jm = 0.05*10^-4;% (kg.m^2)
Va = 120; % (V)
Kt = 5.3*10^-3;
R = 57.29*10^-3;
Kf = 7.8*10^-3; % (Nm)
sgn = 1; % (ohm)
% Chon sgn = 1 khi đo (ohm >0) van toc quay thuan;
Tiến hành mô phỏng động cơ trên Matlab Simulink.

6

Hình 6: Sơ đồ khối của động cơ.
Sau khi mơ phỏng trên Matlab Simulink

 Với khoảng thời gian

0.5s thời gian để động cơ đạt tốc độ tối

đa trong khoảng t ≈ 0.15s

7


KẾT LUẬN
Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu qua nhiều nguồn tài liệu em đã
thực hiện các yêu cầu sau:
+ Tìm hiểu tổng quan về động cơ một chiều khơng chổi than,
+ Xây dựng mơ hình tốn của động cơ ( tham khảo )
+ Mô phỏng tốc độ quay của động cơ một chiều không chổi than.

Em xin cảm ơn!

tháng 11 năm 2021

Cần thơ,ngày 10
Sinh

viên làm bài
Nguyễn Nhật
Linh_B2012513

Lớp:

TN20S3A2

Tài liệu kham khảo:
[1] Kienthuctudonghoa (10/2020); />[2] Sieuthicuatudong; />[3] Kham khảo luận văn thầy Nguyễn Văn Đông Hải (12/2015) các trang đã kham
khảo (23,24, 25,26,27)
/>df/file

8


9