NGHIÊN CỨU NÂNG CAO KHẢ NĂNG TĂNG TỐC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ỨNG DỤNG TRÊN XE GẮN MÁY ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO KHẢ NĂNG TĂNG TỐC
CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ỨNG
DỤNG TRÊN XE GẮN MÁY ĐIỆN
SVTH:

NGUYỄN PHAN HỒI ANH

MSSV:

171451084

SVTH:

LÝ THANH DUY

MSSV:

17149188

Khóa:

2017

Ngành:

Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ

GVHD:

TS. LÊ THANH PHÚC

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2021


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO KHẢ NĂNG TĂNG TỐC
CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ỨNG
DỤNG TRÊN XE GẮN MÁY ĐIỆN
SVTH:

NGUYỄN PHAN HỒI ANH

MSSV:

171451084

SVTH:

LÝ THANH DUY

MSSV:

17149188

Khóa:

2017

Ngành:

Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ

GVHD:

TS. LÊ THANH PHÚC

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2021


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
*****

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO KHẢ NĂNG TĂNG TỐC CỦA
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ỨNG DỤNG TRÊN XE GẮN MÁY
ĐIỆN
Sinh viên thực hiện:
1. Họ và tên SV1: Nguyễn Phan Hoài Anh MSSV: 17145084
2. Họ và tên SV2: Lý Thanh Duy
MSSV: 17149188

I. NỘI DUNG
• Tìm hiểu cách tạo dịng điện xoay chiều 3 pha từ nguồn điện 1 chiều.
• Tìm hiểu ngun lý hoạt động của động cơ điện xoay chiều 3 pha.
• Cải tiến điều khiển bằng vịng lặp kín.
• Tăng thêm dải mơ-men giúp xe hoạt động trơn tru hơn.
• Vận hành hệ thống ổn định, an toàn.
II. TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Sách tham khảo.
• Mơ hình.
• Tài liệu mềm.
III. TRÌNH BÀY
• 1 quyển thuyết minh đồ án.
• Upload các ấn phẩm lên Google Drive (Hồ sơ NCKH, file word, powerpoint
ĐATN).
IV. THỜI GIAN THỰC HIỆN
• Ngày bắt đầu: 22/03/2021.
• Ngày hồn thành: 07/07/2021.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 08 năm 2021
Trưởng ngành

Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

i


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
*****

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên SV1: Nguyễn Phan Hoài Anh

MSSV: 17145084

Họ và tên SV2: Lý Thanh Duy

MSSV: 17149188

Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ
Tên đề tài: Nghiên cứu nâng cao khả năng tăng tốc của động cơ không đồng bộ ba
pha ứng dụng trên xe gắn máy điện
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phúc
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
6. Điểm: ............. (Bằng chữ: ..................................................................................... )
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 08 năm 2021
Giáo viên hướng dẫn
ii


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
*****

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên SV1: Nguyễn Phan Hoài Anh

MSSV: 17145084

Họ và tên SV2: Lý Thanh Duy

MSSV: 17149188

Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ
Tên đề tài: Nghiên cứu nâng cao khả năng tăng tốc của động cơ không đồng bộ ba
pha ứng dụng trên xe gắn máy điện
Họ và tên Giáo viên phản biện: ThS. Nguyễn Thành Tuyên
NHẬN XÉT
3. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
4. Ưu điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
7. Khuyết điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
8. Đề nghị cho bảo vệ hay không:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
9. Đánh giá loại:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
10. Điểm: ............. (Bằng chữ: ..................................................................................... )
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 08 năm 2021
Giáo viên phản biện
iii


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, nhóm nghiên cứu đã nhận được nhiều sự giúp
đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cơ, gia đình và bạn bè.
Trước tiên nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã trực tiếp và gián tiếp giúp đỡ
nhóm nghiên cứu trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài. Ban giám hiệu

trường đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất cũng như trang thiết bị hiện đại, hệ thống
thư viện đa dạng các loại sách, tài liệu thuận lợi cho việc tìm kiếm và nghiên cứu
thơng tin.
Nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy chủ nhiệm khoa cũng là giảng
viên hướng dẫn – TS. Lê Thanh Phúc. Nhóm nghiên cứu đã nhận được sự quan tâm
giúp đỡ, hướng dẫn rất tận tình, rất tâm huyết của Thầy từ lúc nhận đề tài đến khi
hoàn thành nghiên cứu. Thầy đã giúp nhóm nghiên cứu có thêm nhiều kiến thức quý
báu cũng như những định hướng rõ ràng để hoàn thành tốt đề tài. Từ những buổi trị
chuyện cùng thầy ngồi giờ học, nhóm nghiên cứu đã nhận được những lời khuyên
chân thành nhất từ Thầy.
Anh Đinh Cơng Trí – Học viên nghiên cứu tại Phịng thí nghiệm Ơ tơ điện. Nhóm
nghiên cứu đã được anh chỉ bảo tận tình và giúp đỡ ngay từ ngày đầu tiên bước vào
nghiên cứu để có thể hồn thành tốt đề tài tốt nghiệp này.
Xin chân thành cảm ơn các thầy trong trường nói chung, các Thầy bộ mơn điện ngành
Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tơ nói riêng. Cảm ơn các Thầy ThS. Vũ Đình Huấn, ThS.
Lê Quang Vũ, ThS. Nguyễn Trọng Thức, ThS. Nguyễn Thành Tuyên và ThS. Nguyễn
Quang Trãi đã dạy cho nhóm nghiên cứu kiến thức về điện để phục vụ đồ án tốt
nghiệp lần này.
Và cuối cùng, nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình và bạn
bè đã ln bên cạnh ủng hộ, động viên và giúp đỡ trong suốt q trình nghiên cứu và
hồn thành đề tài tốt nghiệp.
Nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người!
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 7 tháng 07 năm 2021
Nhóm thực hiện
Nguyễn Phan Hồi Anh
Lý Thanh Duy

iv

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

TÓM TẮT
Đồ án tốt nghiệp này trình bày về cách thiết kế, chế tạo mạch điều khiển và phương
pháp điều khiển động cơ xoay chiều khơng đồng bộ ba pha, có giá thành thấp kết hợp
sử dụng cảm biến tốc độ để điều khiển xung PWM. Cải thiện tốc độ và mô-men cho
xe gắn máy điện giúp xe có thể vận hành trơn tru hơn. Vi điều khiển đóng vai trị là
bộ xử lý trung tâm, có nhiệm vụ tạo và điều chế các xung (PWM), để đóng ngắt điện
áp DC. Nhóm tập trung nghiên cứu lập trình điều khiển tín hiệu xung PWM, cho
IGBT bằng vi điều khiển STM32F103C8.Độ rộng của mỗi xung được thay đổi dựa
trên vi điều khiển, sao cho điện áp tổng thể ở đầu ra tương tự như sóng hình sin.
Phương pháp điều khiển dựa trên ngun tắc của biến tần (VFD). Điện áp một chiều
được chuyển đổi thành điện áp sóng sin AC bằng cách đọc bảng tra cứu. Dạng sóng
có thể được tinh chế cho đến khi gần giống với dạng sóng sin thuần túy. Bên cạnh
đó, nhóm tiến hành thiết kế, thi cơng mạch hàn cũng như mạch in PCB trên phần
mềm Proteus. Nghiên cứu mạch bảo vệ sử dụng vi điều khiển ATtiny85. Thiết kế và
bố trí mạch trên khung xe gắn máy Honda Dream. Cuối cùng, nhóm tiến hành thực
nghiệm trên mơ hình mô phỏng xe máy điện bằng phần mềm Matlab-Simulink, băng
thử mơ-men và trên đường. Nhằm mục đích so sánh để rút ra kết luận và cải tiến.

v


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iv
TÓM TẮT ..................................................................................................................v
MỤC LỤC ................................................................................................................ vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................... ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ ...........................................................x
Chương 1:

TỔNG QUAN ....................................................................................1

1.1.

Lý do chọn đề tài ...........................................................................................1

1.2.

Mục tiêu đề tài ...............................................................................................1

1.3.

Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................2

1.4.

Giới hạn đề tài ...............................................................................................2

1.5.

Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................2

1.6.

Nội dung đồ án ..............................................................................................2

1.7.

Bố cục đồ án ..................................................................................................2

Chương 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................3

2.1.

STM32F103C8T6 ..........................................................................................3

2.2.

IC IR2103 ......................................................................................................9

2.3.

Công nghệ IGBT và IGBT H20R1203 ........................................................12

2.4.

LM7805 .......................................................................................................15

2.5.

Tụ điện .........................................................................................................16

2.6.

Diode bán dẫn ..............................................................................................17

2.7.

Điện trở ........................................................................................................17

2.8.

Điện trở Shunt..............................................................................................18

2.9.

LM358N ......................................................................................................20

2.10.

Động cơ điện ba pha HKM1.514MDY .......................................................21

2.11.

Cảm biến Hall ..............................................................................................23

2.12.

Sine PWM ba pha ........................................................................................24
vi

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.13.

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

Điều khiển vòng lặp kín...............................................................................35

Chương 3:

XÂY DỰNG HỆ THỐNG...............................................................40

3.1.

Tổng quan về hệ thống ................................................................................40

3.2.

Tính tốn và thiết kế hệ thống .....................................................................41

Chương 4:

THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG HỆ THỐNG .....................................44

4.1.

Thiết kế mơ hình xe gắn máy điện ..............................................................52

4.2.

Thiết kế và thi công mạch điều khiển ..........................................................52

4.3.

Thiết kế và thi công mạch công suất ...........................................................54

4.4.

Thiết kế và thi công mạch PCB ...................................................................56

4.5.

Lắp đặt mạch bảo vệ ....................................................................................62

4.6.

Thiết kế bố trí cảm biến ...............................................................................62

Chương 5:

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ..........................................................66

5.1.

Mục đích ......................................................................................................66

5.2.

Các thiết bị hỗ trợ thực nghiệm ...................................................................66

5.3.

Tiến hành thực nghiệm và kết quả...............................................................66

Chương 6:

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .....................................71

6.1.

Kết luận..................................................................................................... 711

6.2.

Kiến nghị .....................................................................................................71

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................72
PHỤ LỤC .................................................................................................................73

vii


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ADC: Analog to Digital Converter
PWM: Pulse-Width Modulation

SPWM: Sine Pulse-Width Modulation
IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor
SMD: Surface-Mount Device
VBR: Voltage BReakdown
RMS: Root Mean Square
DC: Direct Current
PCB: Printed Circuit Board
VOM: Volt-Ohm-Milliammeter

viii


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Các loại điện trở Shunt ..............................................................................20
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của bộ truyền động ......................................................35
Bảng 2.4 Bảng tốc độ và tần số .................................................................................38
Bảng 2.5 Mối quan hệ giữa tín hiệu tay ga, tần số và tốc độ ....................................39
Bảng 4.1 Thông số xe gắn máy .................................................................................45
Bảng 5.1 Thông số cấu tạo của động cơ 0.3kW........................................................67

ix


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 2.1 STM32F103C8T6 ........................................................................................3
Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc các khối của STM32F103C8T6 ...........................................4
Hình 2.3 Sơ đồ nguồn xung clock của STM32F103C8T6 .........................................5
Hình 2.4 Sơ đồ chân của STM32F103C8 ...................................................................8
Hình 2.5 Chức năng và cấu trúc của IR2103 ............................................................10
Hình 2.6 Sơ đồ chân của IR2103 ..............................................................................10
Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động của IR2103 ..............................................................11
Hình 2.8 Các chân của IGBT ....................................................................................12
Hình 2.9 Mạch tương đương của IGBT ....................................................................13
Hình 2.10 IGBT H20R1203 ......................................................................................13
Hình 2.11 Các chân của IGBT ..................................................................................14
Hình 2.12 LM7805 ....................................................................................................15
Hình 2.13 Sơ đồ lắp đặt LM7805 ..............................................................................15
Hình 2.14 Tụ điện hóa phân cực ...............................................................................16
Hình 2.15 Tụ điện sứ khơng phân cực ......................................................................16
Hình 2.16 Cấu tạo một Diode bán dẫn ......................................................................17
Hình 2.17 Bảng đọc giá trị điện trở [9].......................................................................18
Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý làm việc của điện trở Shunt ..........................................19
Hình 2.19 Sơ đồ chân của LM358N .........................................................................21
Hình 2.20 Động cơ điện HK1.514MDY ...................................................................21
Hình 2.21 Cấu tạo động cơ điện xoay chiều ba pha [12] ............................................22
Hình 2.22 Cấu tạo của stator .....................................................................................22
Hình 2.23 Cấu tạo của rotor ......................................................................................23
Hình 2.24 Cảm biến Hall [13] .....................................................................................23
Hình 2.25 Nguyên lý hoạt động của cảm biến Hall ..................................................24
Hình 2.26 Xung sine PWM ba pha ...........................................................................25
Hình 2.27 Sóng mang và sóng hoạt động .................................................................26
x

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

Hình 2.28 Cách tạo ra Sine PWM bằng sóng mang và sóng sine .............................27
Hình 2.29 Sơ đồ bố trí IGBT.....................................................................................28
Hình 2.30 Trạng thái 6 IGBT ....................................................................................28
Hình 2.31 Giản đồ thời gian của vi điều khiển .........................................................29
Hình 2.32 Đường cong tốc độ theo mơ-men xoắn [14] ............................................31
Hình 2.33 Các vùng đặc tính trên động cơ [14] ........................................................33
Hình 2.34 Đường đặc tính V/f ..................................................................................34
Hình 2.35 Bắt sự kiện bằng Input Capture ................................................................36
Hình 3.1 Sơ đồ khối tồn bộ hệ thống ......................................................................40
Hình 3.2 Bộ nguồn 60 cells pin Lithium-ion ............................................................42
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển ..............................................................42
Hình 4.1 Các lực tác động lên xe máy đang chuyển động ........................................44
Hình 4.2 Mơ hình động lực học xe gắn máy trên Simulink ......................................45
Hình 4.3 Sơ đồ mô phỏng với thiết lập đầu vào và đầu ra ........................................46
Hình 4.4 Kết quả mơ phỏng trên Simulink ...............................................................46
Hình 4.5 Mơ hình động cơ khơng đồng bộ 3 pha .....................................................47
Hình 4.6 Đồ thị đo được ở đầu vào moment tải của động cơ ..................................48
Hình 4.7 Tốc độ (phía trên) và moment kéo tạo ra của động cơ (phía dưới) ...........48
Hình 4.8 Mơ hình động cơ 3 pha điều khiển bằng sine PWM ..................................49
Hình 4.9 Moment đo được ở đầu ra động cơ điện ....................................................50
Hình 4.10 Tốc độ đo được ở động cơ điện................................................................50
Hình 4.11 Mơ hình xe gắn máy điện .........................................................................51
Hình 4.12 Tốc độ động cơ điện .................................................................................51
Hình 4.13 Tốc độ xe ..................................................................................................52

Hình 4.14 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển ............................................................52
Hình 4.15 Mạch điều khiển .......................................................................................53
Hình 4.16 Kiểm tra tín hiệu mạch điều khiển ...........................................................53
Hình 4.17 Tín hiệu xung sine đo được ......................................................................54
xi


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

Hình 4.18 Sơ đồ ngun lý mạch cơng suất..............................................................55
Hình 4.19 Mạch cơng suất ........................................................................................55
Hình 4.20 Kiểm tra tín hiệu mạch cơng suất.............................................................56
Hình 4.21 Kiểm tra tín hiệu đầu ra động cơ ..............................................................56
Hình 4.22 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển PCB ...................................................57
Hình 4.23 Mạch điều khiển PCB ..............................................................................57
Hình 4.24 Mơ phỏng mạch điều khiển ......................................................................57
Hình 4.25 Mạch điều khiển PCB ..............................................................................58
Hình 4.26 Tín hiệu xung của mạch PCB ..................................................................58
Hình 4.27 Thi cơng mạch bảo vệ ..............................................................................59
Hình 4.28 Chống nhiễu cho mạch bảo vệ .................................................................59
Hình 4.29 Lắp đặt mạch bảo vệ ................................................................................60
Hình 4.30 Trước khi khởi động (chưa cách ly) .........................................................60
Hình 4.31 Sau khi khởi động (chưa cách ly).............................................................61
Hình 4.32 Trước khi khởi động (đã cách ly) .............................................................61
Hình 4.33 Sau khi khởi động (đã cách ly) ................................................................62
Hình 4.34 Vị trí đọc tín hiệu ở trục động cơ .............................................................62
Hình 4.35 Vỏ trục động cơ và cảm biến tốc độ ........................................................63
Hình 4.36 Tín hiệu tốc độ ở độ chia 10.0 ms ............................................................63

Hình 4.37 Tín hiệu tốc độ ở độ chia 2.5 ms ..............................................................64
Hình 5.1 Động cơ ba pha 0,3kW ...............................................................................66
Hình 5.2 Băng thử cơng suất .....................................................................................67
Hình 5.3 Thực nghiệm trên băng thử mơ-men ..........................................................68
Hình 5.4 Dạng sóng của tín hiệu điều khiển .............................................................69
Hình 5.5 Dạng sóng của tín hiệu HO và LO .............................................................70
Hình 5.6 Dạng sóng điện áp đầu ra ở mức tần số cơ bản..........................................70

xii


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài
Sau khi kết thúc ba năm đầu học tập và nghiên cứu về động cơ đốt trong truyền thống,
nhóm nghiên cứu đã nắm được những kiến thức cơ bản về kỹ thuật cũng như những
công nghệ hiện đại ngày nay áp dụng trên động cơ đốt trong. Bên cạnh đó, nhóm
nghiên cứu cũng đã từng bước tìm hiểu thêm về xu thế phát triển của ngành công
nghiệp ô tô hiện nay và nhận ra ô tô điện là một xu hướng phát triển đầy tiềm năng
trong tương lai. Để có thể nghiên cứu ơ tơ điện, nhóm nghiên cứu bước đầu tập trung
nghiên cứu xe gắn máy điện đơn giản, là nền tảng kiến thức cho việc phát triển nghiên
cứu ô tô điện sau này.
Xe gắn máy điện cơ bản dùng một động cơ điện và một nguồn pin để có thể vận hành.
Việc chọn phương pháp điều khiển động cơ điện để xe có thể hoạt động tốt dưới
những điều kiện làm việc khác nhau là một trong những vấn đề quan trọng nhất trên
xe máy điện mà nhóm muốn thực hiện nghiên cứu. Do đó, nhóm nghiên cứu chọn đề
tài tốt nghiệp “Nghiên cứu nâng cao khả năng tăng tốc của động cơ không đồng bộ

ba pha ứng dụng trên xe gắn máy điện”.
Nhóm nghiên cứu tập trung nghiên cứu việc điều khiển bằng vịng lặp kín giúp xe
nhận được tín hiệu phản hồi từ động cơ, giúp đáp ứng được sự thay đổi ở những điều
kiện làm việc khác nhau. Từ đó, tăng dải mơ-men, giúp xe có thể chạy được trơn tru
trên đường. Đây cũng là mục đích chính của đề tài mà nhóm nghiên cứu hướng đến.
Cùng với đó, nhóm nghiên cứu cũng mong muốn đề tài có thể được tiếp tục nghiên
cứu và cho ra đời thành công một sản phẩm xe máy chạy bằng điện, vừa giúp cải
thiện tình trạng ơ nhiễm mơi trường, vừa phục vụ nhu cầu đi lại của người dân, vừa
có thể sản xuất ngay trong nước với giá thành không cao so với thu nhập của đa số
người dân Việt Nam hiện nay.
1.2. Mục tiêu đề tài
• Tính tốn, thiết kế mạch điều khiển dẫn động động cơ không đồng bộ ba pha
áp dụng trên xe gắn máy điện.
• Tạo dịng điện xoay chiều không đồng bộ ba pha từ nguồn điện một chiều.
• Hiểu được nguyên lý hoạt động của động cơ điện xoay chiều khơng đồng bộ
ba pha.
• Xây dựng phương pháp điều khiển điều khiển dựa trên nguyên lý làm việc của
máy biến tần để đánh giá khả năng hoạt động của mạch điều khiển.
• Tăng thêm dải mơ-men giúp xe hoạt động trơn tru.
1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

1.3. Đối tượng nghiên cứu
•
•
•

•
•
•

Vi điều khiển STM32F103C8.
Động cơ xoay chiều khơng đồng bộ ba pha.
Phần mềm Keil uVision.
Phần mềm STM32CubeMX.
Phần mềm Proteus.
Phần mềm Matlab.

1.4. Giới hạn đề tài
Do thời gian có hạn, chỉ hơn ba tháng, nhóm tập trung nghiên cứu phát triển hệ thống
điều khiển tốc độ xe bằng vòng lập kín, tăng thêm dải mơ-men giúp xe hoạt động trơn
tru hơn dưới những điều kiện làm việc khác nhau.
1.5. Phương pháp nghiên cứu
Dùng phương pháp tính tốn lý thuyết và thực nghiệm. Nhóm nghiên cứu từ các
nguồn tài liệu, bài báo khoa học trên Internet, các giáo trình điện tử cơ bản, điện tử
công suất, vi điều khiển, những đồ án tốt nghiệp trước.
1.6. Nội dung đồ án
• Tổng quan các nghiên cứu liên quan.
• Thiết kế bộ điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha dạng rotor lồng sóc.
• Lắp đặt thí nghiệm trên băng thử và trên mơ hình xe máy điện.
1.7. Bố cục đồ án
•
•
•
•
•
•

Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương 3: Xây dựng hệ thống.
Chương 4: Thiết kế và thi công hệ thống.
Chương 5: Thực nghiệm.
Chương 6: Kết luận và kiến nghị.

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. STM32F103C8T6
2.1.1. Tổng quan
STM32 là một trong những dịng chip phổ biến của ST với nhiều họ thơng dụng như
F0, F1, F2, F3, F4, … STM32F103 thuộc họ F1 với lõi là ARM COTEX M3.
STM32F103 là vi điều khiển 32 bit, tốc độ tối đa là 72Mhz. Giá thành cũng khá rẻ so
với các loại vi điều khiển có chức năng tương tự. Mạch nạp cũng như cơng cụ lập
trình khá đa đạng và dễ sử dụng.
Một số ứng dụng chính: dùng cho driver để điều khiển ứng dụng, điều khiển ứng
dụng thông thường, thiết bị cầm tay, máy tính và thiết bị ngoại vi chơi game, GPS cơ
bản, các ứng dụng trong công nghiệp, thiết bị lập trình PLC, biến tần, máy in, máy
quét, hệ thống cảnh báo, thiết bị liên lạc nội bộ, …
Phần mềm lập trình: có khá nhiều trình biên dịch cho STM32 như IAR Embedded
Workbench, Keil C, …
Thư viện lập trình: có nhiều loại thư viện lập trình cho STM32 như: STM32snippets,

STM32CubeLL, STM32Cube HAL, Standard Peripheral Libraries, Mbedcore. Mỗi
thư viện đều có ưu và khuyết điểm riêng, ở đây nhóm sử dụng bộ thư viện chuẩn của
ST là STM32Cube HAL vì nó ra đời khá lâu và thông dụng, hỗ trợ nhiều ngoại vi và
cũng như dễ hiểu rõ bản chất của lập trình.
Mạch nạp: có khá nhiều loại mạch nạp như: ULINK, J-LINK, CMIS-DAP, STLINK,
...thông dụng và giá thành thấp nhất là STLINK.

Hình 2.1 𝑺𝑻𝑴𝟑𝟐𝑭𝟏𝟎𝟑𝑪𝟖𝑻𝟔[𝟏]

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

2.1.2. Cấu trúc hệ thống

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc các khối của 𝑺𝑻𝑴𝟑𝟐𝑭𝟏𝟎𝟑𝑪𝟖𝑻𝟔[𝟐]
Dịng ARM Cortex là một bộ xử lí thế hệ mới đưa ra một kiến trúc chuẩn cho nhu
cầu đa đạng về công nghệ. Không giống như các chip ARM khác, dịng Cortex là một
lõi xử lí hồn thiện, đưa ra một chuẩn CPU và kiến trúc hệ thống chung. Dịng Cortex
gồm có 3 phần nhánh chính:
+ Dịng A dành cho các ứng dụng cao cấp.
+ Dòng R dành cho các ứng dụng thời gian thực như các đầu đọc.
+ Dòng M dành cho các ứng dụng vi điều khiển và chi phí thấp.
STM32F103C8T6 được thiết kế dựa trên dịng Cortex-M3, dòng Cortex-M3 được
thiết kế đặc biệt để nâng cao hiệu suất hệ thống, kết hợp với tiêu thụ năng lượng thấp,
Cortex-M3 được thiết kế trên nền kiến trúc mới, do đó chi phí sản xuất đủ thấp để
cạnh tranh với các dòng vi điều khiển 8 và 16 bit truyền thống, xung clock tối đa là

72Mhz.

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

2.1.3. Các thông số kỹ thuật của STM32F103C8T6
• Bộ nhớ
Bộ nhớ Flash được tổ chức như là 1 khối chính (main block) và 1 khối thông tin
(information block) lên đến 64 Kb (hoặc 128 Kb) chia thành 128 pages, mỗi page
1 Kbytes (medium-density devives). Ngồi ra bộ nhớ SRAM có dung lượng 20
Kbytes.
• Clock, reset và quản lý nguồn
- Điện áp hoạt động 2.0V -> 3.6V.
- Có các chế độ quản lý nguồn như Power on reset (POR), Power down reset
(PDR) và programmable voltage detector (PVD).
- Thạch anh nội dùng dao động RC ở mode 8Mhz hoặc 40Khz.
- Sử dụng thạch anh ngoài 32.768Khz được sử dụng cho RTC.

Hình 2.3 Sơ đồ nguồn xung clock của 𝑺𝑻𝑴𝟑𝟐𝑭𝟏𝟎𝟑𝑪𝟖𝑻𝟔[𝟐]
5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

• Khối ADC
- Có 2 bộ ADC 12 bit tương ứng với giá trị maximum là 4095 với 9 kênh cho
mỗi bộ.
- Có các ngắt hỗ trợ như End conversion, End of Injected Conversion and
Analog Watchdog Event.
- Single mode hay Continuous mode.
- Tự động calib và có thể điều khiển hoạt động ADC bằng xung Trigger.
- Thời gian chuyển đổi nhanh: 1us tại tần số 65Mhz.
- Có bộ DMA giúp tăng tốc độ xử lí.
• Khối timer
- Có 7 timer
- 3 timer 16 bit hỗ trợ các mode IC/OC/PWM.
- 1 timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động cơ với các mode bảo vệ như ngắt
input, dead-time .
- Watchdog timer dùng để bảo vệ và kiểm tra lỗi.
- 1 sysTick timer 24 bit đếm xuống.
• Hỗ trợ 9 kênh giao tiếp bao gồm:
- 2 bộ 12C (SMBus/PMBus).
- 3 bộ USART (ISO 7816 interface, LIN, IrDA capability, modem control).
- 2 SPIs (18 Mbit/s).
- 1 bộ CAN interface (2.0B Active).
- USB 2.0 full- speed interface.
2.1.4 Tìm hiểu Timer và PWM
STM32F103C8 có tất cả 7 timer nhưng trong đó bao gồm 1 systick timer, 2 watchdog
timer nên chỉ còn lại 4 timer dùng cho các chức năng khác nhau như ngắt, PWM,
Encoder, Input capture…Trong đó TIM1 là Timer đặc biệt, chuyên dụng cho việc
xuất xung với các mode xuất xung, các mode bảo vệ đầy đủ hơn so với các timer
khác. TIM1 thuộc khối clock APB2, cịn các TIM2, TIM3, TIM4 thuộc nhóm APB1.
Có 3 vấn đề cần quan tâm khi sử dụng timer đó là:
-

Timer clock.
Prescaler.
Auto Reload Value.

Prescaler là bộ chia tần số của timer. Bộ chia này có giá trị tối đa là 16 bit tương ứng
với giá trị là 65535. Các giá trị này có thể được thay đổi và điều chỉnh bằng lập trình.

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

Tần số sau bộ chia này sẽ được tính là:
f

fCK_CNT = CK_PSC
PSC+1

Trong đó:
fCK_CNT : tần số sau bộ chia.
fCK_PSC : tần số clock đầu vào cấp cho timer.
PSC: giá trị truyền vào được lập trình bằng phần mềm.
Auto Reload Value là giá trị bộ đếm tối đa có thể điều chỉnh để nạp vào cho timer.
Giá trị bộ đếm này được cài đặt tối đa là 16bit tương ứng với giá trị là 65535. Từ các
thông số trên ta rút ra công thức cần tính cuối cùng là:
FTIMER =

fSYSTEM
(PSC+1)(𝑃𝐸𝑅𝐼𝑂𝐷+1)

FTIMER : là giá trị cuối cùng của bài toán, đơn vị là hz.
fSYSTEM : tần số clock hệ thống được chia cho timer sử dụng, đơn vị là hz.
PSC: giá trị nạp vào cho bộ chia tần số của timer. Tối đa là 65535.
Period: giá trị bộ đếm nạp vào cho timer. Tối đa là 65535.
Ngắt timer: khi giá trị đếm của bộ đếm timer (thanh ghi CNT) vượt qua giá trị của
Auto Reload Value thì cờ báo tràn sẽ được kích hoạt. Trình phục vụ ngắt tràn sẽ xảy
ra nếu được cấu hình cho phép trước đó.

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

2.1.5. Sơ đồ chân của STM32F103C8

Hình 2.4 Sơ đồ chân của 𝑺𝑻𝑴𝟑𝟐𝑭𝟏𝟎𝟑𝑪𝟖𝑻𝟔[𝟐]
Ý nghĩa các chân của STM32F103C8:
• Chân 3.3: Điện áp nguồn cấp cho vi điều khiển, nguồn điện cấp trong khoảng
2.0-3.6 V.
• Chân GND: Chân nối âm của vi điều khiển. Khi thiết kế cần sử dụng một
mạch ổn áp để bảo vệ cho vi điều khiển, cách đơn giản là dùng IC 7805.
• Chân GPIO: Mỗi cổng GPIO đều có 2 thanh ghi 32-bit điều khiển. Như vậy
ta có 64-bit để cấu hình 16 chân của một cổng GPIO. Mỗi chân của cổng GPIO
sẽ có 4-bit để điều khiển: 2-bit sẽ quy định hướng ra vào dữ liệu: input hay
output, 2-bit cịn lại sẽ quy định đặc tính dữ liệu.

• Chân ADC: STM32 có 2 bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Bộ
ADC được cung cấp nguồn từ 2.4V đến 3.6V, có độ phân giải 12-bit và tần
suất lấy mẫu là 12Mhz. Với 18 bộ ghép kênh, trong đó 16 kênh dành cho các
tín hiệu ngoại, 2 kênh cịn lại dành cho cảm biến nhiệt và vơn kế nội.
• Chân PWM: Mỗi khối Timer đều có khả năng tạo các xung nhịp PWM. Ở
chế độ tạo xung PWM, giá trị Period được lưu trong thanh ghi Auto Reload.
Trong khi đó giá trị Duty được lưu ở thanh ghi Capture/Compare. Có hai kiểu
tạo xung PWM, một là canh lề (edge-aligned) và canh lề giữa (centre-aligned).
Với edge-aligned cạnh xuống của tín hiệu trùng với thời điểm thanh ghi reload
cập nhật lại giá trị. Với centre-aligned thời điểm thanh ghi reload cập nhật lại
là khoảng giữa chu kỳ Duty.
8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

• Chân SPI: Hỗ trợ giao tiếp tốc độ với các mạch tích hợp khác, STM cung cấp
2 khối điều khiển SPI có khả năng chạy ở chế độ song công (Full duplex) với
tốc độ truyền dữ liệu lên tới 18MHz. Khối SPI tốc độ cao nằm trên APB2,
khối SPI tốc độ thấp nằm trên APB1. Mỗi khối SPI có hệ thống thanh ghi cấu
hình độc lập, dữ liệu truyền có thể dưới dạng 8-bit hoặc 16-bit, thứ tự hỗ trợ
MSB hay ISB.
• Chân I2C: Tương tự như SPI, chuẩn I2C cũng được STM32 hỗ trợ nhằm giao
tiếp với các mạch tích hợp ngồi. Giao tiếp I2C có thể được cấu hình hoạt
động ở chế độ slave, master hay đóng vai trị bộ phận xử lý đường trong hệ
thống multi-master. Giao diện I2C hỗ trợ tốc độ truyền chuẩn 100kHz hay tốc
độ cao 400kHz. Ngồi ra cịn hỗ trợ 7 hoặc 10-bit địa chỉ.
• Chân USART: Mặc dù các giao diện trao đổi dữ liệu dạng nối tiếp dần dần

khơng cịn được hỗ trên máy tính, chúng vẫn cịn được sử dụng rất nhiều trong
lĩnh vực nhúng bởi sự tiện ích và tính đơn giản. STM32 có đến 3 khối USART,
mỗi khối có khả năng hoạt động đến tốc độ 4.5Mbps. Mỗi khối USART nằm
trên APB1 với xung nhịp hoạt động 72MHz, các khối còn lại nằm trên APB2
hoạt động ở xung nhịp 36Mhz.
• Chân CAN: Khối điều khiển CAN cung cấp một điểm giao tiếp CAN đầy đủ
hỗ trợ chuẩn CAB 2.0A và 2.0B Active và Passive với tốc độ truyền dữ liệu 1
Mbit/s. Ngồi ra khối CAN cịn có khối mở rộng hỗ trợ giao tiếp truyền dữ
liệu dạng deterministic dựa trên thẻ thời gian Time-trigger CAN(TTCAN).
2.1.4. Các chức năng của STM32F103C8T6
STM32F103C8T6 có những chức năng cơ bản sau:
•
•
•
•
•
•
•

Bộ định thời và bộ đếm.
Bộ so sánh tương tự.
Bộ chuyển đổi ADC.
Điều chế xung PWM.
Hoạt động ngắt.
Lập trình USART nối tiếp.
Lập trình Watchdog.

2.2. IC IR2103
2.2.1. Đặc điểm của IR2103
• Sử dụng kỹ thuật “bootstrap”

• Có thể điều khiển mạch lên tới 600V
9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
•
•
•
•

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

Nguồn cấp từ 10 V đến 20 V
Bảo vệ khi thiếu áp
Đầu ra bên cao cùng pha với đầu vào HIN
Đầu ra bên thấp lệch pha với đầu vào LIN

2.2.2. Chức năng và cấu trúc của IR2103
IR2103 là một mạch điều khiển MOSFET và IGBT điện áp cao và tốc độ cao với
mức cao và thấp độc lập được dùng tham chiếu cho các kênh đầu ra. Kênh floating
có thể được dùng để điều khiển MOSFET hoặc IGBT công suất kênh N ở cấu hình
mức cao hoạt động lên tới 600V [3].

Hình 2.5 Chức năng và cấu trúc của 𝑰𝑹𝟐𝟏𝟎𝟑[𝟑]
2.2.3. Sơ đồ chân của IR2103

Hình 2.6 Sơ đồ chân của 𝑰𝑹𝟐𝟏𝟎𝟑[𝟑]
Ý nghĩa các chân của IR2103
• HIN: Chân đầu vào logic để điều khiển chân đầu ra HO mức cao, cùng pha.
• LIN: Chân đầu vào logic để điều khiển chân đầu ra LO mức thấp, ngược pha.

• VB: Nguồn cấp mức cao.

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
•
•
•
•
•

GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC

HO: Đầu ra điều khiển mức cao.
VS: Nguồn hồi mức cao.
VCC: Nguồn cố định logic và mức thấp.
LO: Đầu ra điều khiển mức thấp.
COM: Chân hồi mức thấp.

2.2.4. Thông số kỹ thuật của IR2103
•
•
•
•
•
•
•
•

Điện áp tối đa 600 V
Điện áp điều khiển từ 10V – 20V
Dải nhiệt độ hoạt động từ −400 C - 1250 C
Thời gian ON: ton = 720 ns
Thời gian OFF: toff = 200 ns
Thời gian trễ Deadtime: DT = 750 ns
Kiểu chân: 8 Lead PDIP / SO-8
Dùng để thiết kế mach cầu H

2.2.5. Nguyên lý hoạt động của IR2103

Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động của IR2103

Dựa vào sơ đồ trên, ta thấy rằng IR2103 hoạt động như sau
• Khi tín hiệu đầu vào chân HIN ở mức High, chân LIN ở mức High thì tín hiệu
đầu ra HO là mức High và tín hiệu đầu ra LO là mức Low.
• Khi tín hiệu đầu vào chân HIN ở mức Low, chân LIN ở mức Low thì tín hiệu
đầu ra HO là mức Low và tín hiệu đầu ra LO là mức High.
11