thuyết trình đề tài điều khiển động cơ ba pha không chổi than với mã hóa xung vuông sử dụng 56f800e

Môn Học: Máy điện Đặc Biệt
Đề tài:
Điều khiển động cơ ba pha không chổi than với
mã hóa xung vuông sử dụng 56F800/E
GVHD : Thầy Trần Đức Lợi
Nhóm: 8
SVTH: Vũ Đức Thảo 11242030
Vũ Văn Thường 1124203x
Hồ Văn Nhân 10102094
<3-Phase BLDC Motor Control with Quadrature Encoder using 56F800/E>
Khoa Điện – Điện tử
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
3-Phase BLDC Motor Control with Quadrature Encoder using 56F800/E
Điều khiển động cơ ba pha không chổi than với mã hóa xung vuông sử dụng 56F800/E
•
Design of Motor Control Application Based on
Processor Expert
•
Thiết kế dựa theo ứng dụng điều khiển động cơ bằng
bộ xử lý Expert
 ụ ỗ 
1.
Introduction of Application Benefit
Giới thiệu về lợi ích ứng dụng
•
This application note describes the design of a 3-phase BLDC (Brushless DC) motor drive based on Freescale’s
56F800/Econtrollers. The software design takes advantage of Processor ExpertTM (PE).
•
Lưu ý ứng dụng này mô tả các thiết kế của một đông cơ ba pha BLDC (động cơ 1 chiều không chổi than) hoạt
động cơ bản của động cơ dựa trên bộ điều khiển 56F800/E của hãng Freescale. Phần mềm thiết kế đòi hỏi bộ xử
lý ExpertTM (PE).

•
BLDC motors are very popular in a wide variety of applications. The BLDC motor loads a commutator , so it is more reliable than the DC
motor. The BLDC motor also has advantages when compared to an AC induction motor. With the ability to generate rotor achieve magnetic
flux with rotor magnets, BLDC motors are more efficient and are therefore used in high-end white goods (refrigerators, washing machines,
dishwashers, etc.), high-end pumps, fans and other appliances which require high reliability and efficiency.
•
Động cơ BLDC đang rất phổ biến trong một loạt các ứng dụng. Các động cơ BLDC nạp lên một bộ chuyển mạch, vì vậy nó có nhiều ưu thế hơn so với
động cơ DC. Các động cơ BLDC có ưu điểm hơn so với động cơ cảm ứng AC. Với khả năng tạo ra tới từ thông đạt được với rotor là nam châm, động
cơ BLDC có hiệu quả hơn và do đó được sử dụng trong hàng cao cấp trắng (tủ lạnh, máy giặt, máy rửa bát, vv), máy bơm cao cấp, quạt điện và các
thiết bị khác có yêu cầu độ tin cậy cao và hiệu quả.
Giới thiệu về lợi ích ứng dụng
•
The heart of the application described is a speed closed-loop BLDC drive using a Quadrature Encoder. It is an
example of a BLDC motor control system design using a Freescale controller with PE software support.
•
Trung tâm của ứng dụng được mô tả là một vòng kín thể hiện tốc độ BLDC bằng việc sử dụng a Quadrature Encoder
(mã hoá xung vuông). Đây là một ví dụ về một động cơ BLDC thiết kế hệ điều khiển sử dụng một bộ điều khiển
Freescale với các phần mềm hỗ trợ PE.
Giới thiệu về lợi ích ứng dụng
•
This application note includes the basic motor theory, system design concept, hardware
implementation, and software design, including the PC master software visualization tool.
•
Lưu ý ứng dụng này bao gồm các lý thuyết cơ bản về động cơ, khái niệm thiết kế hệ thống, thực hiện phần
cứng và thiết kế phần mềm, bao gồm cả các công cụ phần mềm máy tính chủ.
Giới thiệu về lợi ích ứng dụng
3. Target Motor Theory

Mục tiêu nguyên lý động cơ
•

A brushless DC (BLDC) motor is a rotating electric machine; the stator is a classic 3-phase stator like that of an
induction motor, and the rotor has surface-mounted permanent magnets
•
Động cơ một chiều không chổi than (BLDC) là một máy điện quay; có phần tĩnh là một phần tĩnh 3 pha có kết cấu kiểu
cổ điển như là của một động cơ cảm ứng, và phần quay có bề mặt được gắn nam châm vĩnh cửu
Figure 3-1. Cross Section of BLDC Motor
Bộ phận theo mặt cắt ngang của động cơ BLDC
Bộ phận theo mặt cắt ngang của động cơ BLDC
Điều khiển số của một động cơ BLDC
•
In this respect, the BLDC motor is equivalent to an inverted DC commutator motor, in which the magnet rotates while the conductors remain
stationary. In the DC commutator motor, the current polarity is reversed by the commutator and brushes. However, in the brushless DC motor,
the polarity reversal is performed by power transistors switched in synchronization with the rotor position. Therefore, BLDC motors often
incorporate either internal or external position sensors to sense the actual rotor position, or the position can be detected without sensors.
•
Về mặt này, động cơ BLDC là tương đương với một động cơ DC có vành góp, trong đó nam châm quay trong khi các dây dẫn vẫn đứng yên. Trong
chuyển mạch động cơ DC, cực hiện tại đảo ngược bởi các vành góp và chổi than. Tuy nhiên, trong các động cơ DC không chổi than, sự đảo chiều phân
cực được thực hiện bởi Transistor công suất cung cấp dòng điện đồng bộ với vị trí rotor. Vì vậy, động cơ BLDC thường kết hợp một trong hai cảm biến vị
trí bên trong hoặc bên ngoài để cảm nhận từ trường rotor, hoặc vị trí có thể được phát hiện mà không có cảm biến.
Điều khiển số của một động cơ BLDC
3.1 Digital Control of a BLDC Motor
Điều khiển số của một động cơ BLDC
•
The BLDC motor is driven by rectangular voltage strokes coupled with the given rotor position; see Figure 3-2.The
generated stator flux, together with the rotor flux, which is generated by a rotor magnet, defines the torque and thus the
speed of the motor. To get the maximum generated torque, the voltage strokes must be applied to the 3-phase winding
system, so that the angle between the stator flux and the rotor flux is kept close to 90°. To meet this criteria, the motor
requires electronic control for proper operation.
•
Động cơ BLDC là bị dẫn của hành trình điện áp bước vuông góc kết hợp với vị trí rotor được, xem hình 3-2.Để tạo ra mô-men

xoắn tối đa được, điện áp bước phải được áp dụng cho 3 pha dây quấn, do đó góc giữa từ trường stator và rotor thông được giữ
gần 90 °. Để đáp ứng các tiêu chí này, động cơ đòi hỏi phải điều khiển điện tử cho hoạt động tốt.
Điều khiển số của một động cơ BLDC
Điều khiển số của một động cơ BLDC
•
A standard 3-phase power stage is used for the common 3-phase BLDC motor; an example is
illustrated in Figure 3-3. The power stage utilizes six power transistors with independent switching.
The power transistors may be switched to independent or complementary mode.
•
Một số mạch điều khiển 3 pha điện tiêu chuẩn được sử dụng phổ biến trong động cơ 3-pha BLDC, một ví dụ
được minh họa trong Hình 3-3. mạch điều khiển sử dụng sáu Transistor công suất với chuyển mạch độc lập.
Các Transistor công suất có thể được chuyển sang chế độ độc lập hoặc bổ sung.
Điều khiển số của một động cơ BLDC
•
The 3-phase power stage supplies two motor phases concurrently in both modes. As shown in Figure 3-2, the third phase is not powered,
so there are six possible voltage vectors that are applied to the BLDC motor. Figure 3-2 shows the maximum voltage amplitude applied
to the BLDC motor, which is equal to the DCBus voltage. The lower voltage is generated using a PWM technique; see Figure 3-4 and
Figure 3-5.
•
Mạch điều khiển 3 pha cung cấp điện động cơ đồng thời trong cả hai chế độ. Như thể hiện trong hình 3-2, pha thứ ba là không được hỗ trợ, do
đó có sáu vector điện áp có thể được áp dụng cho các động cơ BLDC. Hình 3-2 cho thấy biên độ điện áp tối đa áp dụng cho các động cơ BLDC,
tương đương với điện áp DCBus. Điện áp thấp được tạo ra bằng cách sử dụng kỹ thuật PWM, xem hình 3-4 và hình 3-5.
Điều khiển số của một động cơ BLDC
There are two basic types of power transistor switching: independent switching and
complementary switching, detailed in the following sections.
             ạ ơ ả ủ ể ổ ể ổ ộ ậ ể ổ ổ

Điều khiển số của một động cơ BLDC
3.1.1 Independent Switching of Power Transistors
Chuyển mạch độc lập của Transistor công suất

•

                     

 !"
•
       ớ ể ổ ạ ộ ậ ỉ Transistor công suất           ượ ậ ệ ẫ ệ ự ở ệ ủ ộ
  !"#$ % &'ơ ộ ạ Transistor công suất &  % ' ượ ậ ạ ứ Transistor công suất  ướ
(  )*+ *   #$,-  &+ ượ ậ ứ ượ ỗ ợ ự ủ ả Transistor công suất  .+-/01#ượ
Chuyển mạch độc lập của Transistor công suất
Chuyển mạch độc lập của Transistor công suất
3.1.2 Complementary Switching of Power Transistors
chuyển mạch b sung ổ của Transistor công suất
•
With complementary switching, two transistors are switched on when the phase of the BLDC motor is connected to the power supply. But
during freewheeling, all the transistors are switched off with independent switching, the current continues to flow in the same direction through
freewheeling diodes, and falls to zero. With complementary switching, the opposite occurs: transistors are switched on during freewheeling, so
the current is able to flow in the opposite direction. Figure 3-5 depicts complementary switching.
•
Với chuyển đổi bổ sung, hai transistor công suất được bật lên khi pha của động cơ BLDC được kết nối với nguồn điện. Nhưng trong quá trình xoay tự
do, tất cả các transistor công suất được tắt với chuyển mạch độc lập, hiện tại vẫn tiếp tục chạy trong cùng một hướng thông qua điốt xoay tự do, và giảm
xuống bằng không. Với chuyển đổi bổ sung, điều ngược lại xảy ra: transistor công suất được bật lên trong tự do của, vì vậy hiện tại có thể chạy theo
hướng ngược lại. Hình 3-5 mô tả chuyển đổi bổ sung.
•
Note: Both of the switching modes described can work in bipolar or unipolar mode. Figure 3-4 and Figure 3-5
illustrate the bipolar switching mode. The application presented utilizes the complementary unipolar PWM
mode.
•
Lưu ý: Cả hai chế độ chuyển đổi được mô tả có thể làm việc trong chế độ lưỡng cực (hai cực) hay đơn cực. Hình 3-
4 và Hình 3-5 minh họa cho chế độ chuyển đổi lưỡng cực. Các ứng dụng được trình bày dùng bổ sung chế độ PWM

(điều biến độ rộng xung) đơn cực (chế độ dạng đơn cực điều biến độ rộng xung).
Hình 3-5. Chuyển mạch bổ sung của transistor công suất
Commutation creates a rotation field. As explained previously, proper operation of a BLDC motor requires the angle between stator and
rotor flux to remain close to 90°. Six-step control yields a total of six possible stator flux vectors. The stator flux vector mustbe changed at a
certain rotor position.
Chuyển mạch tạo ra một trường quay. Như đã giải thích trước đây, hoạt động đúng của một động cơ BLDC đòi hỏi góc giữa stator và rotor vẫn gần 90
°. Sáu bước điều khiển mang lại tổng cộng sáu vecto dòng stator. Vector dòng stator phải được thay đổi ở vị trí roto nhất định.
3.1.3 Commutation
Chuyển mạch
The rotor position is usually detected by Hall Sensors. The Hall Sensors directly detect the commutation moment. The application
presented usesthe Quadrature Encoder to sense rotor position. Therefore, the rotor position must be translated to determine the
commutation moment.
Vị trí roto thường được phát hiện bằng cảm biến Hall. Cảm biến Hall trực tiếp phát hiện các thời điểm chuyển mạch. Các ứng dụng được trình bày
sử dụng mã hóa xung vuông xác định vị trí rôto. Do đó, vị trí roto phải được dịch chuyển để xác định thời điểm chuyển mạch.
COMMUTATION
The electrical revolution can be divided into six sectors. Each sector
corresponds to a certain stator flux vector, as illustrated in Figure 3-6.
The commutation sequence is illustrated in tables Table 3-1 and Table
3-2.
Một vòng điện có thể được chia thành sáu phần. Mỗi phần tương ứng với
một vector dòng stator nhất định, như minh họa trong hình 3-6. Trình tự
chuyển mạch được minh họa trong Bảng 3-1 và Bảng 3.2
COMMUTATION
Hình 3.6: Vector Dòng Stator
The next two figures depict the commutation process. The actual rotor position in Figure 3-7 corresponds to the sector ABC[110]; (see
Figure 3-6).
The actual voltage pattern can be derived from Table 3-2. Phase A is connected to the positive DCBus voltage by the transistor Q1; Phase C
Is connected to the ground by transistor Q6; Phase B is unpowered.
Hai hình tiếp theo mô tả quá trình chuyển mạch. Thực tế vị trí rotor trong hình 3-7 tương ứng với phần ABC[110], (xem hình 3-6).
Các dạng điện áp thực có thể được lấy từ Bảng 3-2. Pha A kết nối với điện áp dương DCBus của transistor Q1; Pha C được kết nối đất bởi

transistor Q6; Pha B không có năng lượng.
COMMUTATION
As soon as the rotor reaches a certain position (see Figure 3-7), the sector is changed from ABC[110] to abc[100]. A new voltage pattern is
selected from Table 3-2 and applied to the BLDC motor.
Ngay khi rôto đạt đến một vị trí nhất định (xem hình 3-7), phần hình quạt này đã thay đổi từ ABC [110] thành ABC [100]. Một điện
áp mới được chọn từ bảng 3-2 và áp dụng cho động cơ BLDC.
As demonstrated, there is no possibility with a six-step control technique of keeping a precise 90° angle between the rotor flux and the stator flux.
The actual angle varies from 60° to 120°.
Như đã chứng minh với một kỹ thuật điều khiển sáu bước, không có khả năng trong việc giữ góc giữa từ trường rotor và từ trường stator chính xác 90
o
. Các
góc độ thực tế thay đổi từ 60° đến 120°.
COMMUTATION