(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu chuyển đổi máy điện 2 chiều trên ôtô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CHUYỂN ĐỔI MÁY ĐIỆN
2 CHIỀU TRÊN Ơ-TƠ

SVTH : NGUYỄN CHÍ TRỌNG
MSSV: 13145292
SVTH : NGUYỄN MINH DƯƠNG
MSSV: 13145065
GVHD:

Th.S LÊ QUANG VŨ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017


MỤC LỤC
Lời cảm ơn ...........................................................................................................................i
Tóm tắt .................................................................................................................................ii
Mục lục ............................................................................................................................. iii
Danh mục các chữ viết tắt và kí hiệu ................................................................................ iv
Danh mục các hình...............................................................................................................v
Danh mục các bảng ........................................................................................................... vi
Chương 1. Tổng quan đề tài.................................................................................................1
1.1. Sự phổ biến của động cơ điện ......................................................................................1
1.2. Mối quan hệ giữa máy phát điện và động cơ điện ........................................................1
1.3. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................2
1.4. Mục tiêu đề tài ...............................................................................................................2

1.5. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu ............................................................................2
1.5.1.Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................2
1.5.2.Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................................3
Chương 2. Cơ sở lý thuyết ...................................................................................................4
2.1.Tim hiểu về máy phát điện xoay chiều ..........................................................................4
2.1.1.Cấu tạo ..................................................................................................................4
2.1.2.Rotor phần cảm ...................................................................................................4
2.1.3.Phần ứng stator .....................................................................................................4
2.1.4.Bộ chỉnh lưu máy phát .........................................................................................5
2.1.5. Nguyên lí làm việc máy phát điện .......................................................................6
2.2. Tìm hiểu về động cơ điện BLDC ..................................................................................7
2.2.1.Stato ......................................................................................................................8
2.2.2 Rotor .....................................................................................................................9
2.2.3 Nguyên lí hoạt động của động cơ điện BLDC .................................................. 10
2.2.4 Phương pháp điều khiển động cơ BLDC .......................................................... 11
2.2.4.1 Phương pháp điều khiển bằng tín hiệu cảm biến Hall-phương pháp 6 bước ... 11
2.2.4.2 Điều khiển động cơ BLDC không sử dụng cảm biến (sensorlesscontrol)
........................................................................................................................... 11
2.3. Điều khiển máy phát điện .......................................................................................... 12


2.3.1. Các chi tiết dùng để điều khiển máy phát ........................................................ 13
2.3.1.1. Mạch điều khiển ................................................................................. 13
2.3.1.2. Biến trở dùng để điều khiển tốc độ .................................................... 14
Chương 3. Thử nghiệm động cơ ....................................................................................... 15
3.1. Chọn thiết bị ............................................................................................................... 15
3.1.1.Chọn máy điện .................................................................................................. 15
3.1.2.Chọn board điều khiển ...................................................................................... 15
3.1.3. Chọn biến trở điều khiển tốc độ ....................................................................... 15
3.1.4. Chọn nguồn điện đầu vào ................................................................................. 16

3.1.4.1.Sơ đồ acquy 2 chế độ ............................................................................. 16
3.2.Đấu dây động cơ điện ................................................................................................. 17
3.2.1.Sơ đồ đấu dây động cơ điện .............................................................................. 17
3.2.2.Nguyên lí hoạt động .......................................................................................... 18
3.3. Tạo tải cho động cơ điện ............................................................................................ 18
3.3.1. Thiết bị tạo tải................................................................................................... 18
3.3.2. Thiết kế giá đỡ và lắp máy phát vào trục thiết bị tạo tải ................................. 20
3.3.3. Cho động cơ điện hoạt động, tạo tải, đo và lập bản số liệu.............................. 21
3.3.4. Đồ thị thể hiện các đường đặc tính ................................................................... 24
3.3.5. Đồ thị thể hiện khả năng động cơ..................................................................... 29
3.4.Thiết kế mạch chuyển đổi qua lại giữa máy phát và động cơ..................................... 34
3.4.1. Thiết bị và linh kiện sử dụng trong mạch chuyển đổi ...................................... 34
3.4.2. Sơ đồ mạch ....................................................................................................... 37
3.4.2.1. Sơ đồ mạch điều khiển máy phát điện ............................................... 37
3.4.2.2 Mạch tổng hợp chuyển đổi giữa máy phát và động cơ ....................... 37
3.4.2.2.1 Sơ đồ mạch chuyển đổi ....................................................... 37
3.4.2.2.2 Nguyên lí hoạt động ............................................................ 38
3.5. Thử nghiệm thực tế động cơ – máy phát khi có tải………………………………….39
3.5.1.Chọn tải và thiết bị đo tốc độ…………………………………………………..39
3.5.2 Nguyên lý hoạt động…………………………………………………………..43
3.5.3 Thử nghiệm kéo tải…………………………………………………………….44
3.5.4.Thử nghiệm máy phát …………………………………………………………48


Chương 4: Kết luận và đề nghị ………...…...…………………………………………...53
4.1 Kết luận………………………………………………………………………………53
4.2. Khuyến nghị và hướng phát triển……………………………………………………53


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU

E : sức điện động .
C : kết cấu máy phát.
 : Từ thông.
fI điện áp trên pha 1
fII : điện áp trên pha 2
fIII: điện áp trên pha 3
Ucl: điện áp chỉnh lưu
BLDC: Brushles DC motor
Động cơ DC: động cơ một chiều
BEMF: sức phản điện động
n : số vòng quay (v/p)
M : momen xoắn ( N.m)
P_out :công suất đầu ra (W)
P_int công suất đầu vào (W)
ɳ: hiệu suất (%)
I: cường độ dòng điện (A)
U: hiệu điện thế (V)
v/p: vòng trên phút


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Quan hệ giữa máy phát và động cơ điện............................................................ 1
Hình 2.1 Cấu tạo máy phát điện ....................................................................................... 3
Hình 2.2 Cấu tạo rotor ...................................................................................................... 4
Hình 2.3 Cấu tạo stato ....................................................................................................... 5
Hình 2.4 Các kiểu đấu dây máy phát ................................................................................ 5
Hinh 2.5 Sơ đồ đấu nối diot bộ chỉnh lưu ......................................................................... 6
Hình 2.6 Sơ đồ ngun lí chỉnh lưu 6 diot ........................................................................ 7
Hình 2.7 Cấu tạo động cơ BLDC ...................................................................................... 8
Hình 2.8 Stato động cơ điện ............................................................................................. 9

Hình 2.9 Sức phản điện động hình thang .......................................................................... 10
Hình 2.10 Cấu tạo rotor .................................................................................................... 10
Hình 2.11 : Các dạng Rotor của động cơ một chiều không chổi than .............................. 12
Hình 2.12: Sơ đồ cấp điện cho các cuộn dây stato ........................................................... 12
Hình 2.13: Đo điện áp cảm ứng bằng điểm trung tính ..................................................... 13
Hình 2.14 Board điều khiển .............................................................................................. 14
Hình 2.15 Tay ga điều khiển tốc độ .................................................................................. 14
Hình 3.1: Máy phát điện sử dụng trong đề tài .................................................................. 15
Hình 3.2: Board điều khiển sử dụng cho đề tài ............................................................... 15
Hình 3.3: Biến trở sử dụng đề tài ...................................................................................... 16
Hình 3.4: Bộ bốn acquy được mắc nối với nhau qua role ................................................ 16
Hình 3.5 : Sơ đồ nguồn 4 acquy đấu song song................................................................ 17
Hình 3.6: Sơ đồ acquy mắc nối tiếp .................................................................................. 17
Hình 3.7 Sơ đồ điều khiển động cơ điện........................................................................... 18
Hình 3.8 Băng thử tạo tải cở nhỏ ...................................................................................... 19
Hình 3.9 Màn hinh kết nối với băng thử hiển thị thơng sơ động cơ theo tải .................... 20
Hình 3.10 Đồng hồ đo công suất đầu vào,năng lượng, điện áp, điện thế động cơ .......... 20
Hình 3.11 Máy phát được lắp đồng trục với thiết bị tạo tải .............................................. 21
Hình 3.12 Số liệu ghi nhận được khi động cơ điện hoạt động ......................................... 22
Hình 3.13: Đồ thị thể hiện điện áp tiêu thụ theo số vòng quay động cơ .......................... 24
Hình 3.14 Đồ thị thể hiện dịng điện tiêu thụ theo số vòng quay động cơ ....................... 25


Hình 3.15 Đồ thị so sánh giữa cơng suất đầu vào và đầu ra theo số vòng quay động cơ . 26
Hình 3.16 Đồ thị so sánh giữa cơng suất đầu ra và momen xoắn động cơ theo số vòng
quay ................................................................................................................................... 27
Hình 3.17 Đồ thị thể hiện hiệu suất động cơ theo số vịng quay ...................................... 28
Hình 3.18 Biểu đồ vận tốc và khả năng tải khi công suất Pout cực đại ........................... 30
Hình 3.19 Biểu đồ vận tốc và khả năng tải khi moment cực đại ...................................... 31
Hình 3.20 Biểu đồ khả năng leo dốc theo tỉ số truyền…………………………………...32

Hình 3.21 Biểu đồ vận tốc và khả năng tải theo tốc độ đơng cơ………………………...34
Hình 3.22 role 5 chân…………………………………………………………………….35
Hình 3.23 transistor NPN TIP142..................................................................................... 35
Hình 3.24 arduino uno r3 .................................................................................................. 35
Hình 3.25 cơng tắc điều khiển .......................................................................................... 36
Hình 3.26 Sơ đơ mạch máy phát điện ............................................................................... 47
Hình 3.27 Sơ đồ mạch chuyển đổi giữa máy phát và động cơ ......................................... 38
Hình 3.28 Mạch chuyển đổi hồn thiện ............................................................................ 39
Hình 3.29 Bánh đà………………………………………………………………………39
Hình 3.30 Bộ bánh đà cố định trên cùng một trục……………………………………….40
Hình 3.31 Cảm biến tiện cận………………………………………………………….….40
Hình 3.32a Vị trí đặc cảm biến…………………………………………………………..41
Hình 3.32b Vị trí đặc cảm biến…………………………………………………………..42
Hình 3.33 arduino nhận tín hiệu cảm biến……………………………………………….42
Hình 3.34 sơ đồ mạch cảm biến với arduino…………………………………………....43
Hình 3.35 bánh đà nối với máy phát qua xích đĩa……………………………………….44
Hình 3.36 số liệu kêt quả tốc độ bánh đà đo được……………………………………….45
Hình 3.37 đồ thị vận tốc và gia tốc bánh đà theo thời gian………………………………46
Hình 3.38 đồ thị gia tốc cực đại theo khả năng tải của xe……………………………….48
Hình 3.39 sơ đồ đo điện áp máy phát dùng arduino……………………………………..50
Hình 3.40 kết quả số liệu điện áp phát ra………………………………………………...51
Hình 3.41 đồ thị điện áp máy phát theo tốc độ…………………………………………..52


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1 kết quả trung bình đo được ................................................................................ 23
Bảng 3.2 Mức độ tải trọng……………………………………………………………….29
Bảng 3.3 Thông số kĩ thuật arduino……………………………………………………..36
Bảng 3.4 Tốc độ và gia tốc trung bình bán đà…………………………………………...46
Bảng 3.5 Điện áp trung bình phát ra của máy phát………………………………………51

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ,
đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cơ, gia đình và bạn bè.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.s Lê Quang Vũ, giảng viên Bộ
môn Điện ô tô thuộc trường đại học Sư Phạm Kĩ Thuật TpHCM. Người đã tận tình
hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình làm đồ án.
Em cũng xin chân thànhcảm ơn các thầy cô giáo trong trường đại học Sư Phạm Kĩ
Thuật Tp. HCM nói chung, các thầy trong Cơ Khí Động Lực nói riêng, đã dạy dỗ cho
chúng em kiến thức về các môn đại cương cũng như các mơnc hun ngành, giúp em có
được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè,đã luôn tạo điều kiện,quan
tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt q trình học tập và hồn thành đồ án tốt nghiệp.

.........., ngày.....tháng....năm.....
SinhViênThựcHiện
Nguyễn Chí Trọng
Nguyễn Minh Dương


LỜI MỞ ĐẦU
Điện ô tô là một môn vô cùng quan trọng trong ngành công nghệ kĩ thuật ô tô. Một
chiếc xe càng hiện đại thì mọi thiết bị được sử dụng trên xe đều tự động và hoạt động của
chúng đều dựa trên hệ thống điện.
Trên một xe ô tô, nguồn điện sử dụng đều phụ thụ vào acquy nhưng để acquy có
thể cấp điện liên tục cho tất cả các hệ thống điện trên xe thì khơng thể thiếu một máy phát
điện. Máy phát điện đóng vai trị vô cùng quan trọng trên ô tô cũng như trong nhiều lĩnh
vực khác.
Với cấu tạo gần như tương đồng với động cơ điện nhưng ít ai nghĩ rằng máy phát

điện có thể hoạt động như một động cơ điện và có thể dể dàng chuyển đổi qua lại giữa
máy phát điện và động cơ điện trên cùng một máy phát điện.
Trong đề tài này, chúng em chọn máy phát điện để nghiên cứu việc chuyển đổi của chúng
sang động cơ điện. Và đánh giá hiệu suất hoạt động của máy phát. Điều đó sẽ giúp ít rất
nhiều trong việc ứng dụng thay thế động cơ điện bằng máy phát điện với nhiều mục đích
khác nhau đặc trong việc nghiên cứu chế tạo xe máy hybrid sử dụng máy phát điện.


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1.

Sự phổ biến của động cơ điện
Động cơ điện là máy điện dùng để chuyển đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ.
Ngày nay động cơ điện được dùng trong hấu hết mọi lĩnh vực, từ các động cơ nhỏ

dùng trong lị vi sóng để chuyển động đĩa quay, hay trong các máy đọc đĩa (máy chơi CD
hay DVD), đến các đồ nghề như máy khoan,máy căt hay các máy gia dụng như máy giặt,
quạt máy, sự hoạt động của thang máy hay các hệ thống thơng gió cũng dựa vào động cơ
điện.
Ở Việt Nam và nhiều nước khác, động cơ điện được dùng trong các phương tiện
vận chuyển như xe điện chạy trong sân golf, các cơng viên lớn hay các cơng ty, xí
nghiệp,...các xe máy điện xe đạp điện, và những chiếc xe lai,... giúp giảm thiểu việc ô
nhiễm môi trường hiện nay.
1.2.

Mối quan hệ giữa máy phát điện và động cơ điện
Nối bóng đèn nhỏ vào một động cơ điện và xoay động cơ điện bằng tay, bóng đèn

sáng nhẹ, điều này chứng tỏ động cơ điện có cấu tạo giống như máy phát điện một chiều.

Cơ năng và điện năng có thể được tạo ra từ cùng một nam châm và khung dây.

Hình 1.1 Quan hệ giữa máy phát và động cơ điện
Khi chạy một chiếc xe đạp có gắn máy phát điện vào ban đêm, ta cảm thấy bàn đạp
cần lực đạp lớn hơn. Điều đó xảy ra vì máy phát điện có chức năng giống như một động
cơ điện, tạo ra một lực theo chiều ngược lại ngoài chức năng phát điện của nó nên cần lực
đạp trên bàn
Khi động cơ điện quay, nó có chức năng như máy phát điện, tạo ra dòng điện ngược làm
1


giảm dòng điện từ accu.
Khi máy phát điện hoạt động và nối với tải điện, nó giống như động cơ điện nên phát
sinh lực theo chiều ngược lại làm cản trở sự quay.
1.3.

Tính cấp thiết của đề tài
Đối với Việt Nam cũng như nhiều trên thế giới về việc tái chế các thiết bị cũ, biến

đổi các thiết bị đã qua sử dụng thành một thiết bị khác phục vụ cho mục mới luôn là một
đề tài được nhiều giới trẻ tìm tịi và nghiên cứu. Điều đó giúp ít rất nhiều trong việc giảm
giá thành sản phẩm cũng như hạn chế việc bỏ đi các chất thải ra môi trường bên gồi gây
ơ nhiễm.
Động cơ điện là một thiết bị được sử dụng rộng rãi,về mặt cấu tạo cũng như nghiên
lý thì giữa động cơ điện và máy phát điện có sự tương đồng với nhau. vì thế trong đề tài
này chúng em hướng tới việc nghiên cứu chuyển đổi máy phát điện thành động cơ điện.
Góp phần thay thế các động cơ điện trong các thiết bị giúp giảm chi phí khi sử cũng như
vận dụng được triệt để những máy phát điện củ đã qua sử dụng.
1.4.

Mục tiêu đề tài
Nghiên cứu chuyển đổi máy phát điện thành động cơ điện.
Từ việc chuyển đổi, chúng em đo, khảo sát đặc tính của máy phát, đánh giá khả

năng của máy phát khi ứng dụng vào việc thay thế động cơ điện trong thiết kế xe máy
hybrid xe máy lai)
Đồng thời chúng em thiết kế mạch chuyển đổi nhằm chuyển đổi qua lại giữa máy
phát và động cơ điện trên nghiên lí sử dụng 1 cơng tắc điều khiển.
1.5.

Phương pháp và phạm vi nghiên cứu:

1.5.1. Phương pháp
• Phương pháp nghiên cưu lý thuyết kết hợp với thi công thực nghiệm đánh giá.
• Nghiên cứu lí thuyết về cấu tạo và điều khiển máy phát đện và động cơ điện.
• Tìm ra phương hướng đơn giản và phổ biến dể thực hiện.
• Lập trình viết code arduino sử dụng điều khiển mạch chuyển đổi.
• Sử dụng matlab trong việc vẽ đồ thị đánh giá khả năng năng máy phát
• Lập trình arduino điều khiển mạch chuyển đổi, hiện thị các thông số cần đo

2


1.5.2. Phạm vi nghiên cứu
• Chuyển đổi máy phát điện thành động cơ điện.
• Vận hành, đo, đánh giá khả năng hoạt động dựa vào kết quả số liệu và đồ thị ghi
nhận được.
• Thực nghiệm trên việc kéo tải, từ đó chúng em nhận xét về cơng st, hiệu suất
cũng như kha năng có thể sử dụng máy phát điện ở việc thay thế động cơ điện trong thiết
kế xe máy lai.

3


CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.

Tìm hiểu về máy phát điện xoay chiều
Loại máy phát điện xoay chiều kích thích bằng điện từ có vịng tiếp điện được sử

dụng phổ biến trên ơ tơ hiện nay
2. 1.1. Cấu tạo:

Hình 2.1 Cấu tạo máy phát điện
2.1.2. Rotor phần cảm
Gồm hai má cực từ có nam châm hình móng ngựa được làm bằng thép non bọc
ngồi cuộn dây phần cảm là cuộn kích từ lắp trên một trục rotor. Hai đầu dây kích từ nối
với hai vòng tiếp điện bằng đồng đặc trên trục rotor nhưng cách điện với trục và có hai
chổi thang áp sát vào chúng. Khi có dịng điện kích thích đi vào trong cuộn dây thì hai
má cực từ trở thành nam châm điện có từ cực N – B xen kẻ nhau.
4


Hình 2.2 Cấu tạo rotor
2.1.3. Phần ứng stator
Có dạng ống dược ghép bằng những lá thép kĩ thuật điện và cách điện nhằm mặt
trong có các rảnh xếp các cuộn dây ứng điện, cuộn dây có 3 pha, các cn dây pha là
những cuộn dây riêng biệt, và được đấu với nhau theo kiểu hình sao hoặc tam giác.

Hình 2.3 Cấu tạo stato
5


Hình 2.4 Các kiểu đấu dây máy phát
2.1.4. Bộ chỉnh lưu máy phát
Có nhiệm vụ biến dịng điện xoay chiều thành một chiều để chỉnh lưu dòng điện
trong máy phát xoay chiều. Thường sử dụng diot silic để chỉnh lưu, trong bộ chỉnh lưu
thông thường dùng 6 diot, các diot được lắp trên tấm tản nhiệt làm bằng hợp kim nhơm.
Ba diot dương có cực tính ở thân là ca tốt ép chặt lên tấm tản nhiệt, tấm tản nhiệt
này phải cách mass với vỏ máy phát và trên tấm tản có lắp cọc dương (B).
Ba diot âm có cực tính ở thân là anot được ép trên cùng một tấm tản nhiệt và lắp
tiếp mass với máy phát.
Các diot âm, diot dương được đấu nối tiếp nhau và nối với các đầu dây pha như
hình vẽ.

Hinh 2.5 Sơ đồ đấu nối diot bộ chỉnh lưu
Nguyên lý chỉnh lưu:
6


Sơ đồ trên trình bày nguyên lý chỉnh lưu của máy phát xoay chiều ba pha đấu sao.
Khi rotor quay từ thông xuyên qua các cuộn dây stator lệch nhau 1200. Qúa trình chỉnh
lưu được mơ tả như sau:
➢Gỉa sử khi rotor quay ở vị trí  =300. Khoảng này điện áp trên fIII dương nhất, điện
áp trên fII âm nên có dịng điện chỉnh lưu như hình a.
➢Ở vị trí  =300-600trong khoảng này điện áp trên fI dương nhất, điện áp trên fII âm
nên có dịng điện chỉnh lưu như hình b.
➢Ở vị trí  =1800 trong khoảng này điện áp trên fII dương nhất,điện áp trên fIII âm nên
có dịng chỉnh lưu như hình c.

Như vậy : Dòng điện qua R lúc nào cũng theo một chiều và điện áp chỉnh lưu (Ucl)
vẫn cịn dạng nhấp nhơ như đồ thị
.

Hình 2.6 Sơ đồ ngun lí chỉnh lưu 6 diot
2.1.5. Nguyên lí làm việc máy phát điện
Máy phát điện xoay chiều làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Rotor: có cuộn dây kích thích quấn trên lõi sắt từ , khi cung cấp dòng điện một
chiều vào cuộn dây kích thích thơng qua hai chổi than và dịng tiếp điện thì rotor sẽ trở
thành một nam châm điện ( chính là phần cảm của máy phát ).
7


- Stator: Gồm ba cuộn dây pha đặt lệch nhau 1200 trên vỏ máy phát.Trong cách đấu
hình sao, đầu các cuộn dây pha đã được cách điện ,các đầu còn lại nối chung với nhau
(dùng để nối với dây dẫn trung tính).
- Khi rotor trường điện từ trên các cực của rotor sẽ lần lượt cắt ngang qua các vòng
dây dẫn của các bối dây pha ở stator . Như vậy trong mỗi cuộn dây pha sẽ xuất hiện một
xuất điện động cảm ứng có dạng hình sin và lệch nhau 1200.
- Sức điện động của máy phát phụ thuộc vào số vòng quay của rotor , cường độ từ
trường của rotor hay từ thông  và kết cấu của máy phát.
 = C .n. 
E : sức điện động .
C : kết cấu máy phát.
 : Từ thơng.
2.2.

Tìm hiểu về động cơ điện BLDC
Động cơ DC không chổi than BLDC ( Brushles DC motor) là một dạng động cơ

đồng bộ kích từ bằng nam châm vĩnh cửu có kết cấu giống với động cơ một chiều, tuy
nhiên bằng cách thay thế chức năng của cổ góp và chổi than bởi cách chuyển mạch sử
dụng thiết bị bán dẫn (chẳng hạn như biến tần sử dụng transitor công suất chuyển mạch
theo vị trí rotor). Do khơng có cổ góp và chổi than nên động cơ này khắc phục được hầu
hết các nhược điểm của động cơ một chiều có vành góp thơng thường.

Hình 2.7 Cấu tạo động cơ BLDC

8


2.2.1. Stato
Khác với động cơ một chiều thông thường, stator của động cơ một chiều không
chổi than chứa dây quấn phần ứng và thường là dây quấn ba pha và chúng được đặc lệch
nhau 120 độ điện trong không gian stato.
Dây quấn ba pha có hai sơ đồ nối dây, đó là nối theo hình sao Y hoặc hình tam
giác Δ.

Hình 2.8 Stato động cơ điện
Sự khác nhau trong cách nối liền các bối dây trong cuộn dây stator tạo nên sự khác
nhau của hình dáng sức phản điện động. Động cơ BLDC có 2 dạng sức phản điện động
là dạng hình sin và dạng hình thang. Dịng điện pha của động cơ tương ứng cũng có
dạng hình sin và hình thang. Điều này làm cho momen của động cơ hình sin phẳng hơn
nhưng đắt hơn vì phải có thêm các bối dây mắc liên tục. Cịn động cơ hình thang thì rẻ
hơn nhưng đặc tính momen lại nhấp nhơ do sự thay đổi điện áp của sức phản điện động
là lớn hơn.

9

Hình 2.9 Sức phản điện động hình thang
2.2.2. Rotor
Được gắn vào trục động cơ và trên bề mặt rotor có dán các thanh nam châm vĩnh
cửu, thường dao động từ 2 đến 8 đôi cực với N-B xen kẽ nhau. Ở các động cơ yêu cầu
quán tính của rotor nhỏ, người ta thường chế tạo trục của động cơ có dạng hình trụ
rỗng.

Hình 2.10 Cấu tạo roto
10


Hình 2.11 Các dạng Rotor của động cơ một chiều khơng chổi than
2.2.3.

Ngun lí hoạt động của động cơ điện BLDC

Hình 2.12 Sơ đồ cấp điện cho các cuộn dây stato
Để động cơ BLDC hoạt động thì cần biết được vị trí chính xác của roto để điều
khiển q trình đóng ngắt các khóa bán dẫn, cấp nguồn cho các cuộn dây stato theo trình
tự hợp lí. Mỗi trạng thái chuyển mạch có một trong các cuộn dây (như pha a) được cấp
điện dương (dòng đi vào trong cuộn dây pha a), cuộn dây thứ 2 (pha b) được cấp điện
âm (dòng từ cuộn dây đi ra pha b) và cuộn thứ3 (pha c) không cấp điện. Momen được
sinh ra do tương tác giữa từ trường tạo ra bởi những cuộn dây của stato với nam châm
11


vĩnh cửu. Một cách lí tưởng, momen lớn nhất xảy ra khi 2 từ trường lệch nhao 90

0

và

giảmxuống khi chúng di chuyển. Để giữ động cơ quay, từ trường tạo ra bởi những cuộn
dây stato phải quay “đồng bộ” với từ trường của roto một góc α.
2.2.4. Phương pháp điều khiển động cơ BLDC
2.2.4.1. Phương pháp điều khiển bằng tín hiệu cảm biến Hall-phương pháp 6 bước
2.2.4.2. Điều khiển động cơ BLDC không sử dụng cảm biến (sensorlesscontrol).
Một số ứng dụng không thể dùng cảm biến như máy nén hoặc khi động cơ được
nhúng ngập trong chất lỏng. Khi đó các bộ điều khiển động cơ BLDC không dùng cảm
biến sẽ giám sát sức phản điện động (BEMF) thay cho việc sử dụng cảm biến Hall để xác
định vị trí rotor. Mối quan hệ giữa tín hiệu ra của cảm biến và sức phản điện động được
thể hiện như hình vẽ:

Hình 2.13: Giản đồ thời gian khi điều khiển sensorless

12


Tín hiệu cảm biến thay đổi trạng thái khi cực tính của sức phản điện động chuyển từ
dương sang âm hoặc ngược lại. Thời điểm đi qua điểm 0 của sức phản điện động cung
cấp chính xác dữ liệu vị trí của rotor như hệ các cảm biến Hall.
Tuy nhiên, vì sức phản điện động tỷ lệ với tốc độ quay nên động cơ cần phải quay
với tốc độ lớn hơn giá trị nào đó để đảm bảo tín hiệu phản hồi là chính xác. Vì thế, ở tốc
độ rất thấp, cần thiết phải sử dụng thêm các mạch phụ như các mạch khuếch đại vòng hở
để điều khiển động cơ.
Phương pháp điều khiển động cơ BLDC không cảm biến có thể làm đơn giản hóa
cấu trúc của động cơ và giúp giảm giá thành. Phương pháp điều khiển này đặc biệt hữu
ích với mơi trường làm việc nhiều bụi, dầu mỡ, ít điều kiện vệ sinh thiết bị.
2.3.

Điều khiển máy phát điện
Máy phát và BLDC ( động cơ điện) có sự tương đồng trong cấu tạo vì thế ở đề tài

này việc điều khiển máy phát sẽ được dựa trên nguyên lý điều khiển BLDC
Điều khiển BLDC có 2 cách là dung cảm biến và không dung cảm biến. với việc sử
dụng cảm biến để lắp vào máy phát gặp nhiều khó khăn và sẽ làm thay đổi tính nguyên
bản của máy phát vì thế ở phần nghiên cứu này ta chọn việc điều khiển máy phát không
sử dụng cảm biến.
2.3.1 Các chi tiết dùng để điều khiển máy phát
2.3.1.1 Mạch điều khiển
Ở đây ta sử dụng board điều khiển đa năng. Được sử dụng phổ biến trong việc điều
khiển động cơ BLDC trên các loại xe điện, hay các động cơ BLDC sử dụng thông thường
. Được gọi là board điều khiển đa năng vì nó được thiết kế nhằm điều khiển cho tất cả các
loại động cơ BLDC có cảm biến hoặc khơng có cảm biên, có sức phản điện động hình
sin cũng như hình thang đều sử dụng được. vì thế ta sử dụng để điều khiển máy phát

13


Hình 2.14 Board điều khiển
2.3.1.2 Biến trở dùng để điều khiển tốc độ
Ta sử dụng tay ga xe đạp điện để điều khiển tốc độ cho máy phát, vì nó có tính ồn
định, độ bền cao và giá thành rẻ. dể dàng thay thế hoặc sửa chữa trong quá trình sử dụng

Hình 2.15 Tay ga điều khiển tốc độ

14


CHƯƠNG 3

THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ
3.1 .

Chọn thiết bị

3.1.1. Chọn máy điện

Hình 3.1 Máy phát điện sử dụng trong đề tài
3.1.2 Chọn board điều khiển

Hình 3.2 board điều khiển sử dụng cho đề tài
3.1.3 Chọn biến trở điều khiển tốc độ
Biến trở được sử dụng là tay ga trên xe đạp điện
15