điều khiển động cơ dc không cổ góp(brushless dc)

Các dạng ñộng cơ DC
ñặc biệt
Động cơ DC không chổi than
(BLDC)
P0015301 5
P0015301 5
-
-
SE
SE
-
-
9 B
9 B
à
à
i 10
i 10
Nguyên lý
• Động cơ BLDC mặc dù có tên là “một chiều không chổi than” nhưng
nó thuộc nhóm ñộng cơ ñồng bộ nam châm vĩnh cửu
• Động cơ ñồng bộ nam châm vĩnh cửu là nhóm ñộng cơ xoay chiều
ñồng bộ (tức là rotor quay cùng tốc ñộ với từ trường quay) có phần
cảm là nam châm vĩnh cửu.
• Chia thành 2 loại ñộng cơ dựa vào dạng sóng sức phản ñiện ñộng
stator của ñộng cơ.
– -Động cơ (sóng) hình sin
– -Động cơ (sóng) hình thang
• Động cơ BLDC là loại ñộng cơ sóng hình thang, những ñộng cơ còn
lại là ñộng cơ sóng hình sin (ta gọi chung với tên là PM –
Permanent magnet Motor).

• EMF có dạng hình thang quyết ñịnh ñể xác ñịnh một ñộng cơ BLDC
chứ không phải các yếu tố khác như Hall sensor, bộ chuyển mạch
ñiện tử (Electronic Commutator), .v.v.
Đặc ñiểm BLDC
• Ưu ñiểm:
– Mật ñộ từ thông khe hở không khí lớn.
– Tỷ lệ công suất/ khối lượng máy ñiện cao.
– Tỷ lệ mômen/ quán tính lớn (có thể tăng tốc nhanh).
– Vận hành nhẹ nhàng (dao ñộng của mômen nhỏ) thậm chí ở tốc ñộ thấp (ñể ñạt
ñược ñiều khiển vị trí một cách chính xác).
– Mômen ñiều khiển ñược ở vị trí bằng không.
– Vận hành ở tốc ñộ cao.
– Có thể tăng tốc và giảm tốc trong thời gian ngắn.
– Hiệu suất cao.
– Kết cấu gọn.
• Nhược ñiểm
– Giá thành cao
– Được ñiều khiển bằng một bộ ñiều khiển với ñiện ngõ ra dạng xung vuông và
cảm biến Hall ñược ñặt bên trong ñộng cơ ñể xác ñịnh vị trí rotor  không tự ñổi
chiều dòng ñiện như ñộng cơ DC thông thường
– nam châm sắt từ dễ từ hóa nhưng khả năng tích từ không cao, dễ bị khử từ và
ñặc tính từ của nam châm bị giảm khi tăng nhiệt ñộ. Nhưng với loại nam châm
hiếm như hiện nay thì nhược ñiểm này ñã ñược cải thiện ñáng kể.
CẤU TẠO
• Stator:
– lõi sắt (các lá thép kĩ thuật ñiện ghép
cách ñiện với nhau)
– dây quấn  khác so với cách quấn
dây ñộng cơ xoay chiều 3 pha thông
thường, sự khác biệt này tạo nên sức

phản ñiện ñộng dạng hình thang
• Rotor: không có gì khác so với các
ñộng cơ nam châm vĩnh cửu khác.
• Hall sensor: do ñặc thù sức phản ñiện
ñộng có dạng hình thang nên cấu
hình ñiều khiển thông thường của
BLDC cần có dùng cảm biến hiệu
ứng Hall, gọi tắt là Hall sensor ñể xác
ñịnh vị trí của từ trường rotor so với
các pha của cuộn dây stator
Rotor
Nam châm ñược ñặt trên rotor của ñộng cơ BLDC: (a,b,c) nam châm dán bề mặt ngoài, (d,e,f,g) nam châm ñặ
t bên trong rotor.
Brushless DC Motor
100
N
S
R
B
r
r
g
g
b
b
G
com
com
com
110

010
011
101
001
R
G
B
N
S
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
Quá trình kích ñóng 6 bước
+V
PWM1H
PWM1L
3 Phase
BLDC
PWM2H
PWM2L
PWM3H
PWM3L
Sector
5
0 1
2
3
4
5
0
1

+V
PWM1H
PWM1L
3 Phase
BLDC
PWM2H
PWM2L
PWM3H
PWM3L
Sector
5
0 1
2
3
4
5
0
1
Quá trình kích ñóng 6 bước
+V
PWM1H
PWM1L
3 Phase
BLDC
PWM2H
PWM2L
PWM3H
PWM3L
Sector
5

0 1
2
3
4
5
0
1
Quá trình kích ñóng 6 bước
+V
PWM1H
PWM1L
3 Phase
BLDC
PWM2H
PWM2L
PWM3H
PWM3L
Sector
5
0 1
2
3
4
5
0
1
Quá trình kích ñóng 6 bước
4 Amps Peak
Fixed Speed
1000 RPM

Giản ñồ Hall sensor
và dòng ñiện ngõ ra tổng
Quỹ ñạo từ thông stator
khi không tải và có tải
THAY ĐỔI TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY
ĐỔI ĐIỆN ÁP TRUNG BÌNH PHA
 ĐIỀU CHẾ PWM
•
Đ
i
ệ
n áp cung c
ấ
p cho b
ộ
khóa công su
ấ
t không
ñổ
i, tuy nhiên
ñ
i
ệ
n áp ra
kh
ỏ
i b
ộ
khóa
ñế

n
ñộ
ng
c
ơ
thay
ñổ
i theo thu
ậ
t
toán
ñ
i
ề
u khi
ể
n.
• Ph
ươ
ng pháp PWM có
th
ể
dùng cho khóa trên,
khóa d
ướ
i hay
ñồ
ng th
ờ
i

c
ả
hai khóa trên và
dướ
i
cùng lúc.
PWM1H
Hall Effect
Sensors
PWM1L
BLDC Motor có ñiều chế PWM
ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP HÌNH SIN
còn ñược gọi là ñiều khiển AC không chổi than (brushless AC)
giảm tiếng ồn có thể nghe thấy ñược,
giảm gợn sóng mômen do dạng sóng ñiện áp
dòng ñiện ra ít bị gợn sóng.
ĐIỀU KHIỂN KHÔNG CẢM BIẾN
2 kỹ thuật ñiều khiển không cảm biến:
 xác ñịnh vị trí rotor dựa vào sức ñiện ñộng của ñộng cơ
 ước lượng vị trí dùng các thông số của ñộng cơ, các giá trị ñiện áp và dòng ñiện
trên ñộng cơ
EMF hồi tiếp v/s Hall sensors
Back EMF
Hall sensor
ĐIỀU KHIỂN VÒNG KÍN
ĐỘNG CƠ BLDC
BỘ ĐIỀU KHIỂN PI(D)
• Proportional-Integral-Differential
• Set Point - Process Variable = Error
• Control Variable = Output

• CV = Pe + I ∫e dt + D de/dt
Closed Loop
PID BLDC
+ -
Tốc ñộ mong muốn
Tốc ñộ hồi tiếp
Sai số tốc ñộ Voltage
K
hall
Hall Sensor
PID số
+ -
Tốc ñộ ñặt
Tốc ñộ hồi tiếp
Error
Điện áp
Kp * Error
+
+
Up
Ui
Ki * ∫Error dt
Kd *
dError
dt
+
Ud
PID số
• Up(T) = Kp * Error(T)
• Ui(T) = Ki * Error(T) + Ui(T-1)

• Ud(T) = Kd * (Error(T) – Error(T-1))
Voltage(T) = Up(T) + Ui(T) + Ud(T)
Kp * Error
Ki * ∫Error dt
Kd *
dError
dt
PID số mở rộng
Kp * Error
Ki * ∫Error dt
Kd
dError
dt
Kp * Error
Kd * (1 – Z ) * Error
-1
Ki
1 - Z
-1
* Error
+
+
+