NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN 30KW

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ XNCN
====o0o====
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ
THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
KHÔNG CHỔI THAN 30KW
Trưởng bộ môn : TS. Trần Trọng Minh
Giáo viên hướng dẫn : Th.S Võ Duy Thành
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Tuấn Anh
Lớp : TĐH1 - K50
MSSV : 20050093
Hà nội, 6-2010
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên:
Khóa Khoa/Viện Ngành
1. Đầu đề thiết kế:




2. Các số liệu ban đầu:

3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:












4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):


5. Họ tên cán bộ hướng dẫn:


6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
7. Ngày hoàn thành đồ án:
Ngày tháng năm ….
Trưởng bộ môn
( Ký, ghi rõ họ, tên)

Cán bộ hướng dẫn
( Ký, ghi rõ họ, tên)
Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày…. tháng …. năm 2010
Người duyệt
( Ký, ghi rõ họ, tên)
Sinh viên
( Ký, ghi rõ họ, tên)
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống điều
khiển động cơ 1 chiều không chổi than 30KW do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của
thầy giáo Th.S Võ Duy Thành. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế.
Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài
liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác. Nếu phát hiện có sự
sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 29 tháng 05 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Tuấn Anh
MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
Từ khi phát minh ra động cơ điện, với nhiều tính ưu việt nó dần ứng dụng mạnh
mẽ trong công nghiệp lẫn dân dụng. Có thể dễ dàng thấy sự xuất hiện của động cơ này
trong thực tế. Sự phát triển của khoa học kĩ thuật đã phát minh ra nhiều loại động cơ
để ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của
con người. Và sự phát triển này cũng đòi nhiều yêu cầu khắt khe hơn dặc biệt trong
công nghiệp như vận hành động cơ trong môi trường khắc nhiêt, dễ cháy nổ, yêu cầu
nghiêm ngặt về chế độ vận hành, điều chỉnh ổn định ở vùng tốc độ cao,…Vì vậy động
cơ một chiều không chổi than ra đời thỏa mãn những lí do trên. Với nhiều ưu điểm
vượt trội như ít gây ồn, làm việc trong môi trường dễ cháy nổ, ít phải bảo dưỡng, hiệu
suất cao, tiết kiệm không gian…Hơn nữa với sự phát triển của vi xử lí cùng với công

nghệ bán dẫn khiến động cơ một chiều không chổi than dần trở thành xu hướng phát
triển của tương lai.
Tuy nhiên, vẫn còn vài nhược điểm còn tồn tại. Đó là khó mở rộng dải điều
chỉnh tốc độ và hiện tượng nhấp nhô momen. Do đó để nghiên cứu giải quyết các
nhược điểm cần có 1 hệ thống thí nghiệm hoàn chỉnh đặc biệt với động cơ công suất
lớn. Do đó em đã chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển
động cơ một chiều không chổi than 30 kW” làm đồ án tốt nghiệp
Đồ án tốt nghiệp gồm có các nội dung chính sau :
Chương 1: Giới thiệu chung về động cơ một chiều không chổi than
Chương 2: Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển và tổng hợp các bộ điều
chỉnh
Chương 3: Áp dụng thuật toán dịch pha để nâng cao dải điều chỉnh tốc độ
Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ một chiều không chổi than
30KW
Chương 5: Thiết kế phần mềm điều khiển
Chương 6: Chế tạo và chạy thử
Sau một thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp
đúng thời hạn. Tuy nhiên do hạn chế kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế bản thân
nên đồ án còn nhiều chỗ thiếu sót, kính mong các thầy cô chỉ bảo để bản đồ án được
hoàn thiện hơn. Em xin cám ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện nhiệt tình của các anh trên
phòng thí nghiệm tự động hóa –Hitech, các thầy cô giáo trong bộ môn, và đặc biệt là
sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn là ThS. Võ Duy Thành
Hà Nội, ngày tháng 6 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Tuấn Anh
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG
CHỔI THAN
1.1.Giới thiệu chung
Động cơ một chiều có nhiều ưu điểm như: có thể điều khiển tốc độ dễ dàng, đạt

chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng… Tuy nhiên, nó cũng tồn
tại một số hạn chế, trong đó có việc hạn chế do sự chuyển mạch bằng cơ cấu chổi
than- vành góp khiến phát sinh ra tiếng ồn và tia lửa điện nên hạn chế làm việc trong
các môi trường làm việc đặc biệt và hoạt động ở tốc độ cao.
Do đó, để có thể sử dụng được các ưu điểm mà động cơ một chiều đem lại cũng
như hạn chế một số các nhược điểm về chuyển mạch của nó, người ta đã chế tạo ra
động cơ một chiều không chổi than (tiếng anh gọi là: Brushless DC motor, gọi tắt là
động cơ BLDC). Do việc không dùng chổi than nên động cơ BLDC không bị giới hạn
bởi sự chuyển mạch như ở động cơ một chiều. Động cơ này có nhiều ưu điểm hơn
động cơ một chiều, trong đó có thể kể tới là:
-Thời gian hoạt động dài, bền: do sử dụng bộ chuyển mạch điện tử động cơ
BLDC không phải thường xuyên bảo dưỡng như động cơ một chiều
-Trong quá trình hoạt động, động cơ BLDC không gây ra nhiễu trong quá trình
chuyển mạch, do đó nó có thể được đặt trong môi trường dễ cháy nổ. Đồng thời, việc
không cần chuyển mạch bằng chổi than- vành góp nên sẽ giúp giảm thiểu được rất
nhiều tiếng ồn khi vận hành, giúp cải thiện môi trường làm việc.
-Dải tốc độ rộng: vùng tốc độ cao đạt tới 100.000 vòng/phút trong khi ở động
cơ một chiều chỉ khoảng 10.000 vòng/phút.
Tuy vậy, động cơ BLDC vẫn còn tồn tại 2 nhược điểm lớn: nhấp nhô mô và
hoạt động trong vùng tốc độ trên định mức.
Để có thể hiểu rõ hơn về các ưu điểm của động cơ BLDC, xin được trình bày cả
cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ một chiều dùng chổi than, để từ đó có cơ sở
để so sánh và thấy được ưu điểm nổi trội của loại động cơ này.
1.2.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều dùng chổi than
1.2.1.Cấu tạo của động cơ một chiều dùng chổi than
STATOR
ROTOR
CHỔI
THAN
NGUỒN

Hình 1.1 Cấu tạo động cơ một chiều có chổi than
Kết cấu của động cơ một chiều dùng chổi than có thể được chia làm hai phần
chính: Rotor và Stator.
1.Stator: là bộ phận đứng yên của động cơ, bao gồm: cực từ chính, cực từ phụ, gông
từ, cơ cấu chổi than và nắp máy.
2.Rotor: là phần ứng, bao gồm lõi thép phần ứng, dây quấn phần ứng và cổ góp.
1.2.2. Nguyên lý hoạt đồng của động cơ một chiều dùng chổi than
Hình 1.2.Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều
Nguyên lí làm việc (hình 1.2): Khung dây có hai đầu được nối với hai phiến
góp, các chổi than luôn tì lên hai phiến góp. Khi dòng điện được cấp vào hai đầu thanh
dẫn qua chổi than và vành góp, sẽ làm xuất hiện bên trong dây dẫn một dòng điện. Các
cuộn dây kích từ được cấp điện (hoặc là nam châm vĩnh cửu) sẽ tạo ra từ trường chạy
KHUNG
vuông góc so với dòng điện nên áp dụng quy tắc bàn tay trái sẽ xuất hiện một lực điện
từ tác động lên dây dẫn
Lực điện từ này sẽ làm cho khung dây quay quanh trục của nó. Khi quay được
tới vị trí mặt phẳng khung dây vuông góc với từ trường, do có quán tính nên khung
dây sẽ tiếp tục quay lệnh đi một chút, nhưng nếu dòng điện không đổi chiều thì thành
phần lực tác dụng sẽ có xu hướng làm cho thanh dẫn quay ngược lại. Nhưng nhờ có cơ
cấu chổi than- vành góp nên dòng điện trong thanh dẫn được đổi chiều đúng lúc, tạo ra
momen quay cùng chiều với momen quay trước khi đảo chiều dòng điện, nhờ đó mà
khung dây vẫn tiếp tục được quay. Các vòng dây được quấn trong các rãnh của Rotor
cũng tương tự như các khung dây, chúng được lực điện từ tác động vào khiến quay
quanh trục làm cho Rotor quay theo, tạo ra chuyển động quay của động cơ.
1.3.Cấu tạo của động cơ BLDC
Động cơ một chiều không chổi than có cấu tạo rất khác so với động cơ một
chiều thông thường: thay vì dùng bộ chuyển mạch cơ khí bằng chổi than-vành góp thì
động cơ BLDC dùng bộ chuyển mạch điện tử. Về cấu trúc, động cơ BLDC bao gồm
các bộ phận: Stator, Rotor, cảm biến vị trí và bộ chuyển mạch điện tử. Trong đó,
Stator và Rotor nằm trong động cơ, bộ cảm biến vị trí thường được gắn đồng trục bên

trong vỏ động cơ còn bộ chuyển mạch điện tử có thể được đặt bên ngoài nhưng vì hoạt
động của động cơ BLDC gắn liền với bộ này nên ta có thể coi nó như một phần của
động cơ.
1.3.1. Stator của động cơ BLDC
Stator của động cơ BLDC được ghép từ các lá thép kĩ thuật điện lại với nhau,
quanh chu vi phía trong có sẻ rãnh để đặt dây dẫn.
Các cuộn dây được cấu tạo từ các bối dây nối nối tiếp với nhau, đặt trong các
rãnh đặt dây dẫn của Stator. Sự bố trí khác nhau của các bối dây trong các pha sẽ tạo
nên sự khác nhau về hình dáng của sức phản điện động trong Stator của động cơ.
Thông thường thì động cơ có hai dạng hình dáng của sức phản điện động là dạng hình
sin và dạng hình thang (Hình 1.4 & 1.5)
Các cuộn dây có thể được nối với nhau theo cách đấu sao hoặc đấu tam giác.
Các cuộn dây của động cơ BLDC có thể là hai, ba hoặc nhiều pha nhưng thông dụng
nhất là loại ba pha. Phụ thuộc vào công suất động cơ, có thể chọn động cơ dùng theo tỉ
lệ điện áp tương ứng. Các động cơ công suất nhỏ thường dùng nguồn nhỏ hơn hoặc
bằng 48V, được dùng trong các chuyển động nhỏ, robot… Còn các động cơ có nguồn
trên 100V thường là loại có công suất trung bình và lớn, thường được dùng trong các
thiết bị công nghiệp, tự động hóa…
Hình 1.3.Cấu tạo động cơ BLDC

Hình 1.4.Sức phản điện động hình Sin Hình 1.5.Sức phản điện động hình
thang
1.3.2.Rotor của động cơ BLDC
Rotor của động cơ BLDC được cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu với số lượng đôi
cực dao động là từ hai đến tám. Ở vùng tốc độ rất cao thì động cơ với số đôi cực là hai
hoặc bốn thường được lựa chọn. Các cực Nam, Bắc được xếp xen kẽ, luân phiên nhau
trên Rotor của động cơ.
Rotor lõi tròn với nam
châm đặt trên chu vi
Rotor lõi tròn với nam

châm hình chữ nhật được
đặt trong rotor
Rotor lõi tròn với nam
châm hình chữ nhật được
chèn vào trong lõi rotor
Hình 1.6. Các dạng Rotor của động cơ một chiều không chổi than
Vật liệu làm nam châm Rotor thông thường có hai loại: Ferrit và hợp kim. Nam
châm làm từ Ferrit có giá thành rẻ nhưng mật độ thông lượng từ trên một đơn vị thể
tích của nam châm Ferrit lại thấp còn nam châm làm từ hợp kim có giá thành cao cũng
như công nghệ chế tạo phức tạp hơn, nhưng bù lại mật độ thông lượng từ trên một đơn
vị thể tích của nam châm hợp kim lại cao hơn. Vì vậy mà với cùng một thể tích thì
momen sinh bởi nam châm hợp kim luôn lớn hơn momen sinh bởi nam châm Ferrit.
Do vậy mà với nam châm hợp kim, có thể giảm được thể tích của rotor, từ đó giảm
được kích thước của động cơ, nên có thể được ứng dụng trong một số trường hợp đòi
hỏi cao về kích không gian đặt động cơ.
1.3.3. Cảm biến vị trí trong động cơ BLDC
Nhiệm vụ của bộ cảm biến vị trí Rotor nói chung là tạo ra tín hiệu đồng bộ sức
điện động động cơ phục vụ cho việc đóng cắt các van bán dẫn ở bộ chuyển mạch điện
tử.
Cảm biến vị trí trong động cơ có thể sử dụng một số loại: Resolver, encoder
quang, cảm biến Hall… Trong nội dung đồ án này, xin trình bày về nguyên lý của bộ
cảm biến vị trí thông dụng nhất là cảm biến Hall.
Năm 1879, Edwin Herbert Hall đã phát hiện ra rằng từ trường từ trường có thể
làm thay đổi sự phân bố của dòng điện trong hầu hết các dây dẫn. Hiệu ứng này có thể
được lý giải như sau:(Hình 1.7) Dòng điện chạy trong dây dẫn chính là sự chuyển
động của các hạt mang điện tích, khi chạy qua từ trường, các điện tích này chịu sự tác
dụng của lực Lorentz nên sẽ bị đẩy về một trong hai phía của thanh dẫn. Sự tập trung
các điện tích trái dấu ở hai phía của thanh dẫn gây ra hiệu điện thế Hall.
Dựa vào hiệu ứng này để chế tạo các cảm biến Hall trong động cơ BLDC như sau: các
cảm biến Hall cung cấp dòng điện chạy liên tục và được gắn cố định so với Rotor của

động cơ
Hình 1.7.Cơ chế hiệu ứng Hall
BLDC. Khi Rotor của động cơ BLDC quay, các nam châm được gắn trên đó quay
theo, mỗi khi các cực của nam châm Rotor đi qua khu vực gần các cảm biến Hall, mật
độ điện tích trong các thanh dẫn trong cảm biến Hall sẽ bị lệch theo một hướng,tùy
theo đó là cực Bắc hay cực Nam (thực chất là tùy theo chiều của từ trường quét qua
thanh dẫn). Việc đo hiệu điện thế giữa hai phía của thanh dẫn sẽ giúp ta biết được cực
nào đang quét qua cảm biến, từ đó có thể xác định được vị trí của Rotor. Tổ hợp các
tín hiệu nhận được từ cảm biến Hall đưa về, sẽ tạo ra được các luật chuyển mạch cho
động cơ.
Hình 1.8.Cấu trúc nằm ngang của động cơ BLDC
Hình 1.8 biểu diễn mặt cắt ngang của một động cơ BLDC với roto có gắn các
nam châm vĩnh cửu.Các cảm biến Hall được gắn vào phần không chuyển động của
động cơ. Do quá trình gắn các cảm biến Hall rất là phức tạp, nên trong một số động cơ
có thể gắn các nam châm phụ phục vụ cho riêng cảm biến Hall: chúng là các phiên bản
thu nhỏ của các nam châm gắn trên Rotor, nên khi trục Rotor quay, chúng cũng đem
lại tín hiệu như tín hiệu của các nam châm gắn trên Rotor.
1.3.4.Bộ chuyển mạch điện tử của động cơ BLDC
Bộ chuyển mạch điện tử về bản chất là bộ nghịch lưu bị động theo sức điện động của
Stator.
Hình 1.9.Bộ chuyển mạch điện tử của động cơ BLDC
Tùy thuộc vào số pha của động cơ mà bộ chuyển mạch điện tử có số van tương
ứng. Hình 1.9 mô tả bộ chuyển mạch của động cơ BLDC ba pha, sử dụng sáu van
công suất IGBT từ T1 đến T6 và các diode D1 đến D6 nhằm bảo vệ van chống điện áp
ngược xuất hiện khi chuyển mạch và trao đổi công suất giữa nguồn và động cơ, tham
gia vào quá trình chuyển mạch. Bộ điều khiển nhận biết tín hiệu từ cảm biến Hall đồng
bộ với suất phản điện động của động cơ sẽ phát ra tín hiệu điều khiển các van công
suất dẫn theo các luật đã được xác định trước
1.4.Nguyên lý hoạt động của động cơ BLDC
1.Nguyên lý hoạt động:

Dựa vào việc chuyển mạch tuần tự của các van công suất theo tín hiệu đồng bộ
thu về từ bộ cảm biến vị trí, năng lượng sẽ được cấp lần lượt cho các cuộn dây theo
các chiều xác định trước, tạo ra một từ trường quay của Stator. Từ trường quay của
Stator tương tác với từ trường của nam châm vĩnh cửu gắn trên Rotor sinh ra momen,
kéo Rotor quay.
2.Thứ tự chuyển mạch trong động cơ BLDC:
Mỗi một chu kì cơ có thể bao gồm một số chu kì điện, tùy thuộc vào số lượng
cặp cực tương ứng được gắn trên Rotor động cơ. Do vậy, để tiện cho việc thuyết minh,
độ điện sẽ được sử dụng trong các thuyết minh dưới đây.
Hình 1.10 mô tả thứ tự cấp điện cho các cuộn dây trong động cơ BLDC đấu
sao. Trong một chu kì điện, các van được luân phiên nhau dẫn tạo ra sáu trạng thái dẫn
dòng cho động cơ. Để có được như vậy, phải dựa vào tín hiệu của các cảm biến vị trí
để đưa ra tín hiệu phát xung mở cho các van thích hợp. Quan hệ giữa các tín hiệu thu
về từ cảm biến thông dụng nhất là cảm biến Hall và sức phản điện động, momen đầu
ra cùng dòng điện pha được mô tả trong hình 1.11
Hình 1.10.Sơ đồ mô tả thứ tự cấp điện cho các pha của động cơ BLDC
Cứ
°
60
điện thì các tín hiệu đưa về từ cảm biến Hall sẽ thay đổi một lần, như
vậy trong một chu kì điện, các cảm biến Hall sẽ thay đổi trạng thái sáu lần tương ứng
với sáu lần chuyển mạch của các van công suất.
Động cơ có thể quay thuận, quay ngược và ứng với các trường hợp đó ta sẽ phải
cấp xung mở theo thứ tự khác nhau trong một chu kì điện cho các van công suất.
Hình 1.11.Tín hiệu từ cảm biến Hall, sức phản điện động, momen và dòng điện pha
Bảng 1.1.Thứ tự chuyển mạch khi động cơ quay theo chiều kim đồng hồ
Thứ
tự
Giá trị các cảm biến Hall Các van IGBT
dẫn

Dòng điện các pha sau bộ
nghịch lưu
1 2 3 A B C
1 0 0 1 T1 T2 DC+ - DC-
2 1 0 1 T3 T2 - DC+ DC-
3 1 0 0 T3 T4 DC- DC+ -
4 1 1 0 T5 T4 DC- - DC+
5 0 1 0 T5 T6 - DC- DC+
6 0 1 1 T1 T6 DC+ DC- -
Bảng 1.2.Thứ tự chuyển mạch khi động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ
Thứ
tự
Giá trị các cảm biến Hall Các van IGBT
dẫn
Dòng điện các pha sau bộ
nghịch lưu
1 2 3 A B C
1 0 0 1 T1 T2 DC+ - DC-
2 0 1 1 T1 T6 DC+ DC- -
3 0 1 0 T5 T6 - DC- DC+
4 1 1 0 T5 T4 DC- - DC+
5 1 0 0 T3 T4 DC- DC+ -
6 1 0 1 T3 T2 - DC+ DC-
Các van sẽ được cấp xung mở theo thứ tự như trên và động cơ sẽ chạy ở tốc độ
định mức với giả thiết là điện áp cấp cho động cơ là điện áp định mức, không kể tổn
thất điện áp rơi trên các van và dây dẫn. Để điều khiển động cơ quay theo tốc độ mong
muốn, có thể làm hai cách:cách thứ nhất sử dụng một van công suất để điều khiển
dòng điện một chiều chảy vào bộ nghịch lưu,cách thứ hai là sử dụng phương pháp điều
chế độ rộng xung
1.5.So sánh động cơ BLDC với một số động cơ khác

Bảng 1.3.So sánh giữa 1 động cơ BLDC với 1 động cơ DC chổi than
Đặc điểm Động cơ BLDC Động cơ DC chổi than
Chuyển mạch chuyển mạch điện tử trên cơ sở các
cảm biến vị trí
chuyển mạch bằng chổi than
Bảo dưỡng Ít yêu cầu do không dùng chổi than Yêu cầu bảo dưỡng định kì
Thời gian làm việc Dài hơn Ngắn hơn
Đặc tính cơ Êm-cho phép hoạt động ở tất cả các
tốc độ với tải xác định
Êm trung bình-ở tốc độ cao hơn, ma
sát chổi tăng, do đó giảm mô men
hữu ích
Hiệu suất Cao-không có điện áp rơi qua chổi
than
Vừa phải
Công suất ra/kích
thước cơ cấu
Cao-giảm được kích thước vì các
đặc tính nhiệt cao. Động cơ BLDC
có các cuộn dây trên Stator, được
nối với vỏ, nhiệt được tiêu tán tốt
hơn
Trung bình/thấp-nhiệt được tạo ra
bởi phần ứng được tiêu tán trong
khe hở không khí, do đó làm tăng
nhiệt trong khe không khí và sự giới
hạn an toàn công suất ra/kích thước
cơ cấu
Quán tính Rotor Thấp, bởi vì có các nam châm vĩnh
cửu trên roto. Điều này làm tăng sự

linh hoạt trong điều khiển động cơ
Quán tính roto cao hơn nó giới hạn
các đặc tính động lực học
Dải tốc độ Cao hơn-do không bị hạn chế bởi
sự chuyển mạch cơ khí như động
cơ một chiều thông thường
Thấp hơn-do hạn chế về chuyển
mạch bằng cơ cấu chuyển mạch chổi
than-vành góp
Sự phát sinh tiếng
ồn điện
Thấp Hồ quang ở chổi than khi chuyển
mạch sinh ra nhiễu điện ảnh hưởng
tới các thiết bị xung quanh
Giá chế tạo Cao hơn-vì nó có nam châm vĩnh
cửu
Thấp
Điều khiển phức tạp và đắt Đơn giản và rẻ
Các yêu cầu điều
khiển
Luôn phải duy trì hoạt động của bộ
điều khiển vì nếu thiếu thì động cơ
không thể quay được.
Chỉ cần tới bộ điều khiển khi cần
thay đổi tốc độ động cơ trong quá
trình làm việc.
Bảng 1.4.So sánh 1 động cơ BLDC với 1 không đồng bộ
Đặc điểm Động cơ BLDC Động cơ không đồng bộ
Công suất ra/kích
thước cơ cấu

Cao-vì nó có nam châm vĩnh cửu
trên roto
Vừa phải-vì cả stator và roto có các
cuộn dây, công suất ra thấp hơn
BLDC với động cơ cùng kích thước
Quán tính roto Thấp-các đặc tính động học tốt hơn Cao-các đặc tính động học kém hơn
Dòng khởi động Định mức-không yêu cầu mạch
khởi động đặc biệt
Cao,có thể lên tới bảy lần giá trị
định mức nên cần phải hạn chế dòng
khởi động. Bình thường có thể dùng
mạch khởi động đổi nối sao-tam
giác
Các yêu cầu điều
khiển
Luôn phải duy trì hoạt động của bộ
điều khiển vì nếu thiếu thì động cơ
Chỉ cần tới bộ điều khiển khi cần
thay đổi tốc độ động cơ trong quá
không thể quay được. trình làm việc
Độ trượt Không có độ trượt giữa tần số
Rotor và Stator
Roto chạy ở tần số thấp hơn stator
Kết luận:
Chương 1 đã làm rõ các vấn đề cơ bản về cấu tạo và nguyên lý làm việc của
động cơ động cơ BLDC. Qua đó, làm rõ những ưu điểm nổi bật của động cơ BLDC.
CHƯƠNG 2
XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ
TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH
2.1.Xây dựng mô hình toán học động cơ BLDC

2.1.1.Mô hình toán học của động cơ
Hình 2.1.Mô hình toán học động cơ BLDC
Stator động cơ có ba cuộn dây được cấp nguồn bởi điện áp ba pha có độ lớn lần
lượt là Ua, Ub, Uc. Khi được cấp nguồn, các cuộn dây Stator sinh ra dòng điện, dòng
điện này sinh ra từ trường quay quét qua từ trường của nam châm Rotor. Sự tương tác
giữa hai từ trường của Stator và Rotor của động cơ sẽ làm cho Rotor động cơ quay và
làm xuất hiện trong cuộn dây Stator các sức phản điện động tương ứng là Ea, Eb, Ec.
Giả sử điện trở và điện cảm tương ứng của các pha là Ra, Rb, Rc và La, Lb, Lc. Như
vậy ta sẽ có sơ đồ thay thế như trên hình (2.1).
Phương trình tổng quát được trình bày theo công thức (2.1)










+





















+





















=










Ec
Eb
Ea
dtdic
dtdib
dtdia
LcLcbLca
LcbLbLba
LcaLbaLa
ic
ib
ia
Rc
Rb
Ra
Uc
Ub

Ua
/
/
/

00
00
00
(2.1)
Trong đó: Lba, Lca, Lcb là hỗ cảm giữa các cuộn dây của các pha. Giả thiết các pha
hoàn toàn đối xứng ta sẽ thu được Ra= Rb= Rc= R; La= Lb= Lc= L; Lba= Lca= Lcb=
M.
Sau khi Laplace hóa phương trình (2.1) và giả thiết các pha hoàn toàn đối xứng ta sẽ
thu được phương trình mới như công thức (2.2)










+





















+





















=










Ec
Eb
Ea
ic
ib
ia
LMM
MLM
MML
s
ic
ib
ia

R
R
R
Uc
Ub
Ua

00
00
00
(2.2)
Ta lại có: ia+ ib+ ic= 0 (luật Kirhoff) cho nên: M.ib+ M.ic= -M.ia. Tương tự cho
các pha khác, thay vào phương trình (2.2) thu được:










+





















−
−
−
+





















=










Ec
Eb
Ea
ic
ib
ia
ML
ML
ML
s
ic

ib
ia
R
R
R
Uc
Ub
Ua
.
00
00
00

00
00
00
Đặt Ls= L-M và sau khi biến đổi được:





















−




















−





















=











Ec
Eb
Ea
ic
ib
ia
R
R
R
Uc
Ub
Ua
Ls
Ls
Ls
ic
ib
ia
s
00
00
00
.
/100
0/10
00/1
.
(2.3)
Công thức (2.3) chính là công thức mô tả mô hình động cơ dưới dạng toán học.
2.1.2.Momen điện từ của động cơ BLDC

Công suất điện cấp cho động cơ: P
đ
= Ea.ia+ Eb.ib+ Ec.ic
Công suất cơ sinh ra ở đầu trục động cơ: P
c
=
ω
.M
Với M là momen điện từ và là tốc độ của động cơ.
Bỏ qua tổn thất trong động cơ,ta sẽ có phương trình cân bằng: P
đ
= P
c
Do đó ta có momen điện từ của động cơ là:
ω
icEcibEbiaEa
M

++
=
(2.4)
2.1.3. Phương trình động học của động cơ BLDC
Phương trình động học tổng quát của động cơ có dạng:
cf
MM
dt
d
JcJmM
+++=
ω

).(

(2.5)
Trong đó: + M: momen điện từ của động cơ
+ Jm: momen quán tính của động cơ
+ Jc: momen quán tính của tải
+ M
f
=
ω
.D
: momen ma sát với D là hệ số nhớt
+ M
c
: momen tải
Đặt J= Jm+Jc và Laplace hóa phương trình (2.5) thì thu được:
sJ
MDM
c
.
.
−−
=
ω
ω
(2.6)
2.1.4.Phương trình đặc tính cơ của động cơ BLDC
Hình 2.2.Sơ đồ thay thế một pha động cơ BLDC
Do đặc điểm động cơ BLDC với các cuộn dây Stator mắc hình sao là tại một thời
điểm luôn có hai pha dẫn, nên công suất điện của động cơ là:

P
đ
=e
a
.i
a
+ e
b
.i
b
+ e
c
.i
c