Điều khiển động cơ một chiều không chổi than (BLDC) bằng phương pháp PVC

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN
(BLDC) BẰNG PHƯƠNG PHÁP PVC
Bùi Văn Đại
Bộ môn Điều khiển và Tự động hoá - Khoa Năng lượng - Trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội
Email:

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Động cơ điện 1 chiều khơng chổi than
(BLDC) có nhiều ưu điểm, được sử dụng
rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt là hệ
thống trong ô tô điện.
Bài báo tập trung nghiên cứu điều khiển
động cơ BLDC bằng phương pháp giả vector
(PVC), kết quả được mô phỏng trên Matlab
và Simulink và đảm bảo đặc tính sát với
thực tế.

Trong đó giả thiết các pha là đối xứng:
R là điện trở các pha
L là điện cảm các pha
M là hỗ cảm của các cuộn dây các pha
Tối giản biểu thức, ta có:
ia 1/ Ls 0
0  Ua  R 0 0 ia Ea
  
   
    
s. ib  0 1/ Ls 0 . Ub  0 R 0 ib  Eb 

  
   
   
ic  0
0 1/ Ls Uc 0 0 R ic  Ec

b. Phương trình động học tổng quát:
M = ( Jm  Jc).

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

d
 M f  Mc
dt

c. Phương trình đặc tính cơ:
Xuất phát từ cấu trúc vật lý động cơ
U 2R
BLDC, xây dựng các phương trình vật lý và

 2 .M
K
Kt
t
sau đó Laplace hố để có các mơ tả tốn học.
Sau đó xây dựng mơ phỏng trên Simulink
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
bằng Simpower:
a. Mơ hình tốn học động cơ BLDC
Sử dụng động cơ BLDC có Udm = 12V,

T dm = 3.75, np = 2, Kt = 0.0394, Ke = 0.0405,
Ru = 28e-1.5, Lu = 106e-3
a. Sơ đồ cấu trúc điều khiển truyền thống
động cơ BLDC

Hình 1. Mơ hình tốn học động cơ
Laplace hố phương trình tổng quát:
Ua  R 0 0 ia 
 L M M  ia   Ea
Ub   0 R 0.ib   s. M L M .ib    Eb
  
 

   
Uc  0 0 R  ic 
 M M L  ic   Ec 

494

Hình 2. Sơ đồ cấu trúc động cơ


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

b. Mơmen động cơ BLDC

c. Phương pháp PVC

Hình 3. Mơmen động cơ BLDC
qua mơ phỏng

Hình 6. Mơ hình bộ biến đổi
Giá trị đặt:

Hình ảnh Momen thực tế:

Trong hệ toạ độ d-q:
*

M* 

*

3 ed .i d  eq .iq
.
2


Như vậy thành phần dịng điện đặt sinh từ
thơng id * = 0.Do đó:
*

3 e .i
2 M * .
M  . q q  iq*  .
2 
3 eq
*

Như vậy, sẽ xác định được dòng điện đặt

theo momen đặt và sẽ điều khiển được dưới
tốc độ cơ bản.

Hình 4. Hình ảnh momen thực tế
Mơmen cho thấy rõ sự đập mạch khi có
chuyển mạch trong hoạt động của động cơ.

Vùng trên tốc độ cơ bản:

Vùng này sẽ cần giảm từ thông, tức là làm
cho thành phần i d có tác dụng khử bớt từ
Tại thời điểm chuyển mạch, do đặc tính trường của nam châm vĩnh cửu. Ta sẽ cho
phóng năng lượng trong cuộn dây động cơ dòng điện sớm pha so với sức điện động, khi
ln lâu hơn thời gian tích luỹ năng lượng.
đó id =i.sin  <0:
Ngun nhân:

Hình 7. Dịng điện trong hệ toạ độ d-q
Hình 5. Dịng điện trong q trình
chuyển mạch

d. Các ma trận chuyển trạng thái
Chuyển từ hệ toạ độ abc sang d-q
495


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

2   cos e
C1  

3  sin e

 cos(e  2 / 3)  cos(e  2 / 3) 

sin(e  2 / 3)
sin(e  2 / 3) 

sin(e )
  cose


C2    cos( e  2 / 3) sin(e  2 / 3) 
  cos( e  2 / 3) s in(e  2 / 3) 

Chuyển từ hệ toạ độ d-q về abc

e. Cấu hình bộ điều khiển giả vecto
Tst ep=10-5 s.

Hình 8. Cấu hình bộ điều khiển
f. Kết quả mơ phỏng
- Mơmen động cơ BLDC

Hình 9. Mơmen của động cơ BLDC điều
khiển bằng phương pháp PVC

4. KẾT LUẬN
Đề tài đã xây dựng mơ hình động cơ
BLDC và tiến hành mơ phỏng, sử dụng thuật
toán PVC, các kết quả cho thấy phù hợp với

tính tốn lý thuyết và thực tế, cho thấy rõ ưu
nhược điểm:
- Mômen đập mạch do chuyển mạch
giữa các van (ở phương pháp điều khiển
truyền thống).
- Mômen đập mạch đã được cải thiện tốt
hơn (bằng phương pháp giả vecto (PVC)).
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO

Có thể thấy, độ đập mạch momen đã được
giảm đi đáng kể, momen đặt bám sát momen [1] Shane W. Colton (2008). Design and
Prototyping Methods for Brushless Motors
tải trong quá trình chuyển mạch của van
and Motor Control. Massachusetts Institute
bán dẫn.
of Technology, 2010.
[2] Miller, T.J.E (1993). Brushless Permanent
Magnet and Reluctance Motor Drives,
Madison, WI: Magna Physics Publishing.
[3] Krishnan, R (2001). Electric Motor Drives:
Modeling, Analys is, and Control. Upper
Saddle River, NJ: Prentice-Hall.
[4] Mats ui, N (1996). Sensorless PM brushless
DC motor drives. IEEE Trans . On Industrial
Electronics 43:300-30.

Hình 10. Đáp ứng Mômen của động cơ
BLDC ở các cấp tốc độ khác nhau
496