NGHIÊN cứu GIẢI PHÁP xác ĐỊNH vị TRÍ rô TO TRONG điều KHIỂN hệ TRUYỀN ĐỘNG sử DỤNG ĐỘNG cơ một CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
HÀ VIÊT DŨNG
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ RÔ TO
TRONG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG SỬ DỤNG
ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
THÁI NGUYÊN – 2014
Công trình được thực hiện tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - ĐẠI HỌC THÁI
NGUYÊN
Người hướng dẫn khoa học: TS. Đỗ Trung Hải
Phản biện 1: PGS.TS.Nguyễn Như Hiển
Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Thanh Hà
Luận văn này được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn
Họp tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI
NGUYÊN
Vào hồi 8 giờ 30, ngày 23 tháng 8 năm 2014
Có thể tìm hiểu luận văn tại
- Trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên
- Thư viện trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp
1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Động cơ một chiều (ĐCMC) thông thường có hiệu suất cao và các đặc
tính của chúng thích hợp với các truyền động servo. Tuy nhiên, điểm hạn chế
trong cấu tạo và trong quá trình làm việc của chúng là:
- Cần có cổ góp và chổi than, những thứ dễ bị mòn và yêu cầu bảo trì,
bảo dưỡng thường xuyên;
- Sinh ra tia lửa điện trong quá trình làm việc.
Để khắc phục các nhược điểm trên người ta chế tạo loại động cơ thay thế

chức năng của cổ góp và chổi than bởi các chuyển mạch sử dụng thiết bị bán
dẫn (Ví dụ như biến tần sử dụng transitor công suất chuyển mạch theo vị trí
rôto). Những động cơ này được biết đến như là động cơ một chiều không
chổi than (Brushless DC Motor). Do không 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 thông thường. Chính vì lý do trên mà việc nghiên cứu, điều khiển
hệ truyền động điện dùng động cơ một chiều không chổi than đã và đang
được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng.
Một điều quan trọng trong hệ truyền động động cơ một chiều không chổi
than là việc cấp dòng điện vào cuộn dây Stato phải theo vị trí của từ trường
roto. Như vậy xác được vị trí roto để điều khien việc cấp dòng là cần thiết và
cũng là hướng nghiên chính của bản luận án.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đề xuất giải pháp xác định vị trí roto động cơ một chiều không chổi than
trong hệ truyền động.
Xây dựng thuật toán điều khiển điều khiển hệ truyền động điện dùng
động cơ một chiều không chổi than với phương pháp xác định vị trí roto
đã nghiên cứu, để xuất.
3. Kết quả dự kiến:
Xây dựng mô hình toán học của động cơ một chiều không chổi than.
Xây dựng cấu trúc và thuật toán điều khiển động cơ một chiều
không chổi than.
Xây dựng mô hình thực nghiệm hệ truyền động điện dùng động cơ một
chiều không chổi than.
4. Phương pháp và phương pháp luận:
Phương pháp luận:
Nghiên cứu lý thuyết về động cơ một chiều không chổi than, phân tích
lựa chọn, xây dựng cấu trúc và thuật toán luật điều khiển.
Phương pháp nghiên cứu:
2

Phân tích và tổng hợp hệ bằng mô hình toán, mô phỏng, kiểm chứng.
Xây dựng mô hình thực nghiệm để kiểm tra, đánh giá các kết quả nghiên
cứu lý thuyết.
5. Cấu trúc của luận văn:
Luận văn được chia làm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều không chổi than.
Chương 2: Thiết kế hệ truyền động động cơ điện một chiều không chổi
than.
Chương 3: Thực nghiệm
Kết luận và kiến nghị.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT
CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN
1.1. Tổng quan về động cơ điện MCKCT
1.1.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ điện MCKCT
Động cơ một chiều (ĐCMC) thông thường có hiệu suất cao và các đặc
tính của chúng thích hợp với các truyền động servo. Tuy nhiên, hạn chế duy
nhất là trong cấu tạo của chúng cần có cổ góp và chổi than, những thứ dễ bị
mòn và yêu cầu bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên. Để khắc phục nhược điểm
này người ta chế tạo loại động cơ không cần bảo dưỡng bằng cách thay thế
chức năng của cổ góp và
chổi than bởi các chuyển mạch sử dụng thiết bị bán dẫn (chẳng hạn như biến
tần sử dụng transitor công suất chuyển mạch theo vị trí rotor). Những động
cơ này được biết đến như là động cơ đồng bộ kích thích bằng nam châm vĩnh
cửu hay còn gọi là động cơ một chiều không chổi than BLDC (Brushless DC
Motor). Do không 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 thông thường.
1.1.1.1. Cấu tạo của động cơ một chiều không chổi than
Cấu tạo của động cơ một chiều không chổi than rất giống một loại động
cơ xoay chiều đó là động cơ xoay chiều đồng bộ kích thích bằng nam châm

vĩnh cửu. Hình 1.1 minh hoạ cấu tạo của một động cơ một chiều không chổi
than ba pha điển hình:
3
Cấu tạo ĐCMCKCT
Dây quấn stator tương tự như dây quấn stator của động cơ xoay chiều
nhiều pha và rotor bao gồm một hay nhiều nam châm vĩnh cửu. Điểm khác
biệt cơ bản của động cơ một chiều không chổi than so với động cơ xoay
chiều đồng bộ là nó kết hợp một vài phương tiện để xác định vị trí của rotor
(hay vị trí của cực từ) nhằm tạo ra các tín hiệu điều khiển bộ chuyển mạch
điện tử như biểu diễn trên hình 1.2. Từ
hình 1.2 ta thấy rằng động cơ một chiều không chổi than chính là sự kết hợp
của động cơ xoay chiều đồng bộ kích thích vĩnh cửu và bộ đổi chiều điện tử
chuyển mạch theo vị trí rotor.
Việc xác định vị trí rotor được thực hiện thông qua cảm biến vị trí, hầu
hết các cảm biến vị trí rotor (cực từ) là phần tử Hall, tuy nhiên cũng có một
số động cơ sử dụng cảm biến quang học. Mặc dù hầu hết các động cơ chính
thống và có năng suất cao đều là động cơ ba pha, động cơ một chiều không
chổi than hai pha cũng được sử dụng khá phổ biến vì cấu tạo và mạch truyền
động đơn giản.
Như vậy, về mặt cấu tạo động cơ một chiều không chổi than gồm có 3
phần chính đó là: stator, rotor và bộ phận đổi chiều, ngoài ra còn có cảm biến
vị trí để xác định vị trí rotor, bộ mã hoá so lệch (encoder) để đo tốc độ rotor
của động cơ.
Stator:
Khác với động cơ một chiều thông thường, stator của động cơ một
chiều không chổi than chứa dây quấn phần ứng. Dây quấn phần ứng có thể là
hai pha, ba pha hay nhiều pha nhưng thường là dây quấn ba pha (hình 1.3).
Dây quấn ba pha có hai sơ đồ nối dây, đó là nối theo hình sao Y hoặc hình
tam giác ∆.
Stator của ĐCMCKCT được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật điện với

các cuộn dây được đặt trong các khe cắt xung quanh chu vi phía trong của
stator. Theo truyền thống cấu tạo stator của ĐCMCKCT cũng giống như cấu
tạo của các động cơ cảm ứng khác.
4
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. ĐCMCKCT có 2 dạng
sức phản điện động là dạng hình sin và dạng hình thang. Cũng chính vì sự
khác nhau này mà tên gọi của động cơ cũng khác nhau, đó là ĐCMCKCT
hình sin và ĐCMCKCT hình
thang. Dòng 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. Còn động cơ hình thang thì rẻ
hơn nhưng đặc tính momen lại nhấp nhô do sự thay đổi điện áp của sức phản
điện động là lớn hơn.
Rotor:
Được gắn vào trục động cơ và trên bề mặt rotor có dán các thanh nam
châm vĩnh cửu. 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.
Rotor được cấu tạo từ các nam châm vĩnh cửu. Số lượng đôi cực dao
động từ 2 đến 8 với các cực Nam (S) và Bắc (N) xếp xen kẽ nhau.
Không giống như động cơ một chiều dùng chổi than, chuyển mạch của
động cơ một chiều không chổi than được điều khiển bằng điện tử. Tức là các
cuộn dây của stator sẽ được cấp điện nhờ sự chuyển mạch của các van bán
dẫn công suất. Để động cơ làm việc, cuộn dây của stator được cấp điện theo
thứ tự. Tức là tại một thời
điểm thì không ngẫu nhiên cấp điện cho cuộn dây nào cả mà phụ thuộc vào
vị trí của rotor động cơ ở đâu để cấp điện cho đúng. Vì vậy điều quan trọng
là cần phải biết vị trí của rotor để tiến tới biết được cuộn dây stator tiếp theo
nào sẽ được cấp điện theo thứ tự cấp điện. Vị trí của rotor được xác định
bằng nhiều cách khác nhau như phương pháp điện từ; phương pháp quang

điện và phương pháp sử dụng cảm biến Hall.
1.1.2. Mô hình toán học và phương trình đặc tính cơ của ĐCMCKCT
1.1.2.1. Mô hình toán học của ĐCMCKCT
Mô hình toán học của đối tượng là các mối quan hệ toán học nhằm mục
đích mô tả lại đối tượng thực tế đó nhưng dưới dạng các biểu thức toán học
để thuận lợi cho quá trình phân tích, khảo sát thiết kế. Đối với động cơ, mô tả
toán học đóng vai trò quan trọng vì mọi khảo sát và tính toán bằng lý thuyết
đều dựa trên mô hình toán học. Vì vậy mô hình toán học là chìa khoá để mở
ra mọi vấn đề trong quá trình tính toán thiết kế cho động cơ.
5
Mô hình mạch điện của ĐCMCKCT
1/ 0 0 0 0
. 0 1/ 0 . 0 0 .
0 0 1/ 0 0
a a a a
b b b b
c c c c
i Ls v R i e
s i Ls v R i e
i Ls v R i e
 
           
 
           
= − −
 
           
 
           
           

 
(1-8)
i
a,
i
b,
i
c
: Dòng điện các pha
Ls = L-M : Điện cảm tương đương của mỗi pha
Ra= Rb= Rc = R : Điện trở cuộn dây stator
La = Lb = Lc = L : Điện cảm của các cuộn dây
Lab= Lbc= Lca = M : Hỗ cảm giữa các cuộn dây
Va, Vb, Vc : Điện áp pha
Momen điện từ
Momen điện từ của ĐCMCKCT được tính thông qua các công suất cơ
và công suất điện. Do trong ĐCMCKCT ma sát sinh ra chủ yếu giữa trục
động cơ và ổ đỡ nên lực ma sát này nhỏ. Thêm vào đó vật liệu chế tạo động
cơ cũng là loại có điện trở suất cao nên có thể giả thiết bỏ qua các tổn hao
sắt, tổn hao đồng… Vì vậy, công suất điện cấp cho động cơ cũng chính bằng
công suất cơ trên đầu trục.
Momen điện từ của ĐCMCKCT được tính theo công thức sau:

a a b b c c
e i e i e i
M
ω
× + × + ×
=
Phương trình động học của ĐCMCKCT :

( )
m c
d
M J J D Mc
dt
ω
ω
= + + × +
6
J
m
: Momen quán tính J
c
: Momen quán tính của tải
M
c
: Momen tải của ĐC M
f
: Momen ma sát
D : Hệ số nhớt giữa ma sát và tốc độ ω : Tốc độ quay của động cơ
1.2. Hệ truyền động động cơ điện một chiều không chổi than
1.2.1. Truyền động không đảo chiều (truyền động một cực tính)
Minh hoạ nguyên lý làm việc của ĐCMCKCT truyền động một cực
Hình trên minh hoạ một ĐCMCKCT ba pha đơn giản, động cơ này sử
dụng cảm biến quang học làm bộ phận xác định vị trí rotor. Như biểu diễn trên
hình 1.13, cực Bắc của rotor đang ở vị trí đối diện với cực lồi P2 của stator,
phototransistor PT1 được chiếu sáng, do đó có tín hiệu đưa đến cực gốc (Base)
của transistor Tr1 làm cho Tr1 mở. Ở trạng thái này, cực Nam được tạo thành
ở cực lồi P1 bởi dòng điện I1 chảy qua cuộn dây W1 đã hút cực Bắc của rotor
làm cho rotor chuyển động theo hướng mũi tên.

Khi cực Bắc của rotor di chuyển đến vị trí đối diện với cực lồi P1 của
stator, lúc này màn chắn gắn trên trục động cơ sẽ che PT1 và PT2 được chiếu
sáng, Tr2 mở, dòng I2 chảy qua Tr2. Khi dòng điện này chảy qua dây quấn
W2 và tạo ra cực Nam trên cực lồi P2 thì cực Bắc của rotor sẽ quay theo
chiều mũi tên đến vị trí đối diện với cực lồi P2. Ở thời điểm này, màn chắn
sẽ che PT2 và phototransistor PT3 được chiếu sáng. Lúc này chiều củadòng
điện có chiều từ W2 sang W3. Vì vậy, cực lồi P2 bị khử kích thích trong khi
đó cực lồi P3 lại được kích hoạt và tạo thành cực lồi. Do đó, cực Bắc của
rotor di chuyển từ P2 sang P3 mà không dừng lại. Bằng cách lặp lại các
chuyển mạch như vậy, rotor nam châm vĩnh cửu của động cơ sẽ quay theo
chiều xác định một cách liên tục.
1.2.2. Truyền động có đảo chiều (truyền động hai cực tính)
Ở động cơ một chiều không chổi than, dây quấn phần ứng được quấn
trên stator là phần đứng yên nên có thể dễ dàng thay thế bộ chuyển mạch cơ
khí (trong động cơ điện một chiều thông thường dùng chổi than) bằng bộ
7
chuyển mạch điện tử dùng các bóng transistor công suất được điều khiển
theo vị trí tương ứng của rotor.
Chuyển mạch hai cực tính của ĐCMCKCT
Về bản chất, chuyển mạch hai cực tính là bộ nghịch lưu độc lập với 6
van chuyển mạch được bố trí trên hình. Trong đó 6 chuyển mạch là các van
công suất, đối với các loại động cơ công suất bé thì các van chuyển mạch có
thể dùng van MOSFET còn các loại động cơ công suất lớn thì van chuyển
mạch thường dùng van IGBT. Để thực hiện dẫn dòng trong những khoảng
mà van không dẫn thì các diode được mắc song song với các van. Để điều
khiển các van bán dẫn của chuyển mạch điện tử, bộ điều khiển cần nhận tín
hiệu từ cảm biến vị trí rotor để đảm bảo sự thay đổi chiều dòng điện trong
dây quấn phần ứng khi rotor quay giống như vành góp chổi than của động cơ
một chiều thông thường.
1.3. Kết luận

Chương 1 trình bày tổng quan về động cơ một chiều không chổi than
gồm cấu trúc, một số khái niệm về các thông số điện của động cơ, các yêu
cầu cần thiết khi lựa chọn động cơ và ưu nhược điểm của ĐCMCKCT so với
một số loại động cơ khác. Có thể thấy, ngoại trừ các nhược điểm về giá cả và
độ phức tạp trong điều khiển, CMCKCT là một loại động cơ phù hợp với rất
nhiều yêu cầu đòi hỏi độ chính xác và yêu cầu momen cao. Nó có thể thỏa
mãn các ứng dụng từ dải công suất thấp cỡ vài W đến công suất lớn cỡ hàng
trăm KW. Vì vậy ĐCMCKCT đang trở nên ngày càng phổ biến trong cả dân
dụng và công nghiệp.Động cơ một chiều thông thường có rất nhiều ưu thế về
điều chỉnh tốc độ, tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của nó là trong cấu tạo cần
có bộ chuyển mạch dòng điện cơ khí đó là cổ góp và chổi than. Do vậy đã
hạn chế phạm vi ứng dụng của nó đặc biệt là trong các truyền động yêu cầu
tốc độ rất lớn, khi đó bộ chuyển mạch cơ khí không thể đáp ứng được.
ĐCMCKCT đã khắc phục được nhược điểm này, do đó đã mở ra nhiều
hướng ứng dụng mới cho loại động cơ này.
8
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG
ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN
2.1. Đặc điểm khi làm việc và phương pháp xác định vị trí roto
2.1.1. Đặc điểm khi làm việc
Như các loại động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu thông thường, động
cơ MCKCT cũng sử dụng nguồn điện 3 pha để tạo từ trường quay. Tuy nhiên
động cơ MCKCT sử dụng dòng điện một chiều được điều khiển bằng các
khóa công suất để tạo điện áp một chiều 3 pha lệch nhau 120
0
.
Việc điều khiển các khóa công suất để cấp nguồn cho động cơ MCKCT
dựa trên nguyên tắc xác định vị trí rotor và điều khiển dòng điện phần ứng
cho phù hợp với vị trí đó. Do đó muốn động cơ MCKCT hoạt động phải có
thiết bị xác định vị trí rotor như Encoder hoặc cảm biến từ trường Hall. Cảm

biến này sẽ gửi tín hiệu vị trí rotor về bộ điều khiển để quyết định đóng ngắt
dòng điện một chiều chạy qua các cuộn dây của các pha tương ứng với vị trí
của rotor lúc đó.
Bộ điều khiển đóng cắt các van công suất cấp nguồn cho động cơ có cấu
tạo giống như một bộ nghịch lưu ba pha thông thường tuy nhiên dòng điện ra là
dòng điện không đổi một chiều. Tại một thời điểm làm việc bộ điều khiển chỉ
cho dòng điện một chiều chạy qua hai cuộn dây của hai pha tương ứng với vị trí
của rotor lúc đó.
Như vậy để động cơ làm việc được bắt buộc phải xác định được vị trí
roto của động cơ tại mỗi thời điểm trong quá trình hoạt động. Sau đây ta đi
phân tích một số phương pháp xác định vị trí roto trong động cơ MCKCT.
2.1.2. Phương pháp xác định vị trí rotor
2.1.2.1. Phương pháp dùng cảm biến từ trường Hall
Đây là phương pháp tín hiệu mà các cảm biến Hall nhận được dựa trên
hiệu ứng Hall. Đó là khi có một dòng điện chạy trong một vật dẫn được đặt
trong một từ trường, từ trường sẽ tạo ra một lực nằm ngang lên các điện
tích di
chuyển trong vật dẫn theo hướng đẩy chúng về một phía của vật dẫn.
Số lượng các điện tích bị đẩy về một phía sẽ cân bằng với mức độ ảnh hưởng
của từ trường. Điều này dẫn đến xuất hiện một hiệu điện thế giữa 2 mặt của
vật dẫn. Sự xuất hiện của hiệu điện thế có khả năng đo được này được gọi là
hiệu ứng Hall. Minh họa sơ đồ nguyên lý của cảm biến Hall như hình 2.1, cách
bố trí của cảm biến Hall trong động cơ MCKCT như hình 2.2
9
Hình 2.1 Hiệu ứng Hall
Hình 2.2 Động cơ một chiều không chổi than - cấu trúc nằm ngang
Cảm biến Hall được đặt trong phần đứng yên của động cơ. Các cảm
biến Hall thông thường được gắn trên mạch in và cố định trên nắp đậy động
cơ. Dựa trên vị trí vật lý của cảm biến Hall, có 2 cách đặt cảm biến. Các cảm
biến Hall có thể được đặt lệch nhau các góc 60

o
hoặc 120
o
tùy thuộc vào số
đôi cực. Dựa vào điều này, các nhà sản xuất động cơ định nghĩa các chu trình
chuyển mạch mà cần phải thực hiện trong quá trình điều khiển động cơ.
2.1.2.2. Phương pháp không sử dụng cảm biến
Đây là phương pháp ước lượng từ thông rotor để điều khiển các khóa
đóng cắt thay cho tín hiệu cảm biến Hall. Do đó phương pháp này gọi là
phương pháp điều khiển không cảm biến (sensorless control). Cơ sở chính
của điều khiển không cảm biến đối với động cơ MCKCT là dựa vào thời
điểm qua zero của sức điện động cảm ứng trên các pha của động cơ. Tuy
nhiên phương pháp này chỉ áp dụng được phương pháp điện áp hình thang.
Về cơ bản có hai kỹ thuật điều khiển không cảm biến:
- Ước lượng vị trí rotor dựa vào sức điện động của động cơ.
- Ước lượng vị trí rotor dùng các thông số của động cơ, các giá trị điện áp
và dòng điện trên động cơ. Phương pháp này đòi hỏi phải tính toán phức tạp để
tính toán các thông số. Phương pháp này tính toán phức tạp, khó điều khiển và
giá thành cao.
10
Phương pháp ước lượng vị trí rotor dựa và thời điểm qua zero của sức
điện động phải có một điểm trung tính để có thể đo và bắt điểm qua zero của
sức điện động. Điểm trung tính có thể là trung tính thật hoặc trung tính ảo.
Điểm trung tính ảo trên lý thuyết có cùng điện thế với trung tính thật
của các cuộn dây đấu hình Y. Tuy nhiên điểm trung tính không phải là điểm
cố định. Điện áp của điểm trung tính có thể thay đổi từ 0 đến gần điện áp DC
của nguồn. Trong khi điều chế PWM, tín hiệu PWM chồng chất lên điện áp
trung tính, gây ra nhiễu rất lớn trên tín hiệu cảm biến. Để lấy tín hiệu chuẩn
ta cần mạch lọc nhiễu cho cảm biến, điều này gây trễ không cần thiết cho tín
hiệu cảm biến. Đặc biệt là lúc động cơ khởi động tín hiệu nhận được rất nhỏ

dẫn đến điều khiển không chính xác. Do vậy phương pháp này chỉ áp dụng
trong phạm vi tốc độ hạn chế và có đặc tính khởi động nhỏ.
Đề tài sử dụng phương pháp điều khiển có cảm biến và sử dụng cảm
biến Hall để xác định vị trí rotor trong điều khiển động cơ MCKCT.
2.1.3. Cảm biến Hall
Tín hiệu để điều khiển là tín hiệu số có dạng nhị phân 1/0 do đó cảm
biến đều được chế tạo tích hợp trong một IC và dạng điện áp đầu ra của cảm
biến có dạng xung vuông. Các cảm biến Hall đặt trong động cơ lệch nhau
một góc 60 độ điện hoặc 120 độ điện để xác định chính xác vị trí rotor và
điều khiển dòng điện tương ứng các pha của phần ứng stator. Sơ đồ nguyên
lý cảm biến Hall tích hợp trong IC như hình 2.3.
Hình 2.3 Tích hợp cảm biến Hall vào một IC
Khi từ trường tác dụng vào dòng điện trong vật dẫn theo những góc
phù hợp, sẽ xuất hiện một hiệu điện thế Vh, được gọi là hiệu điện thế Hall.
Hiệu điện thế này vuông góc với cả từ trường và dòng điện trong vật dẫn.
Hall
element
Operational
amplifier
+
-
Output
stage
Output
signal
V
cc
11
Hình 2.4 Mô tả cảm biến Hall
Tín hiệu mà các cảm biến Hall nhận được sẽ dựa trên hiệu ứng Hall.

Đó là khi có một dòng điện chạy trong một vật dẫn được đặt
trong một từ
trường, từ trường sẽ tạo ra một lực nằm ngang lên các điện tích di
chuyển
trong vật dẫn theo hướng đẩy chúng về một phía của vật dẫn. Số lượng các
điện tích bị đẩy về một phía sẽ cân bằng với mức độ ảnh hưởng của từ trường.
Điều này dẫn đến xuất hiện một hiệu điện thế giữa 2 mặt của vật dẫn. Sự xuất
hiện của hiệu điện thế có khả năng đo được này được gọi là hiệu ứng Hall
(hình 2.4)
Độ lớn V
H
tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện và từ trường, tính theo công
thức:
V
h
= KH*β *I
h
/d (2.1)
Trong đó: V
h
: Hiệu điện thế Hall
KH : Hằng số Hall
β : Cường độ từ trường
I
h
: Dòng điện chạy trong vật dẫn
d : Độ dày của vật dẫn
Trong ứng dụng xác định vị trí rotor cảm biến Hall cần điện áp nuôi có
thể từ 4- 24V và dòng từ 5-15mA. Việc bố trí cảm biến Hall trong một động
cơ MCKCT thực tế như hình 2.5.

Hình 2.5 Đặt cảm biến Hall bên trong động cơ
Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển và qui luật đóng cắt dòng điện vào
các cuộn dây stato tương ứng với tín hiệu vị trí rotor như hình 2.6.
12
Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý mạh đóng cắt nguồn cho động cơ
Bảng 2.1 Bảng quy luật điều khiển đóng cắt dòng dựa vào vị trí rotor
Pha
Sensor
A
Sensor
B
Sensor
C
T5
C
high
T6
C
low
T3
B
high
T4
B
low
T1
A
high
T2
A

low
1 1 0 1 0 0 0 1 1 0
2 1 0 0 0 1 0 0 1 0
3 1 1 0 0 1 1 0 0 0
4 0 1 0 0 0 1 0 0 1
5 0 1 1 1 0 0 0 0 1
6 0 0 1 1 0 0 1 0 0
2.2. Cấu trúc hệ truyền động động cơ MCKCT
Một cách tổng quát sơ đồ khối hệ truyền động động cơ MCKCT với 2
mạch vòng phản hồi dòng điện và tốc độ sử dụng máy tính với phần mềm
Matlab-Simulink để điều khiển như hình sau:
Sơ đồ hệ truyền động động cơ MCKCTsử dụng SIMULINK
BỘ ĐIỀU
KHIỂN
ĐỘNG
CƠ
MCKCT
CARD
GHÉP
NỐI
U
cđ
Vị trí rô to động cơ
n
Phản hồi dòng điện
Phản hồi tốc độ
BBĐ
NĂNG
LƯỢNG
Điện áp 3 pha

U
a
, U
b
, U
c
Máy tính
13
Trong đó:
- Bộ điều khiển: thực hiện tạo tín hiệu điều khiển theo quy luật yêu cầu
- Card ghép nối: thực hiện chức năng trao đổi thông tin qua lại giữa bộ
điều khiển; bộ biến đổi năng lượng và đối tượng điều khiển.
- Bộ biến đổi năng lượng: Cung cấp năng lượng cho động cơ truyền
động. Việc điều khiển dòng năng lượng bằng các chuyển mạch điện tử trên
cơ sở tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển và tín hiệu phản hồi vị trí rô to
động cơ MCKCT.
- Động cơ MCKCT: Đối tượng điều khiển trong hệ truyền động. Các
trạng thái tốc độ, dòng điện và vị trí rô to được xác định từ các cảm biến và
các tín hiệu này sẽ tham ra vào quá trình điều khiển hệ thống.
2.3 Xác định bộ điều khiển: Ở đây ta phải thực hiện hai bài toán:
2.3.1 Bài toán 1 (Xác định luật điều khiển): được thực hiện dựa trên việc
tổng hợp hệ thống truyền động.
Sơ đồ hệ thống điều khiển một pha của ĐCMCKCT được trình bày trong
hình 2.2
Sơ đồ cấu trúc một pha ĐCMCKCT
Trong đó:
- U
cđ
: Tín hiệu đặt
- R

w
,R
i
: Bộ điều chỉnh tốc độ và dòng điện
- K
b,
b
τ
: Hệ số khuếch đại và hằng số thời gian của bộ biến đổi
e
C
1
n
R
w
R
i
1
+
s
K
b
b
τ
1
1
+
sT
e
R

d
U
cđ
E
b
I
∆
β
(-)
(-)
γ
β
E
Đ
(-)
sT
R
m
d
I
d
(-)
I
c
14
- R
d
: Tổng trở bao gồm điện trở của bộ biến đổi và cuộn dây phần ứng
động cơ
- T

e
, T
m
: Hằng số thời gian điện từ mạch điện rotor và hằng số thời gian
điện cơ hệ thống truyền động điện
- C
e
: Hệ số sức điện động của động cơ
- E
b
, E
Đ
: Sức điện động của bộ biến đổi và của động cơ
-
γβ
,
: Hệ số phản hồi dòng điện và tốc độ
Ở đây ta phải xác định quy luật điều khiển của bộ điều khiển tốc độ R
w
và bộ điều khiển dòng điện R
i
sao cho trong quá trình làm việc tốc độ thực
của động cơ luôn bám theo một lượng đặt cho trước. Hai bộ điều khiển R
w
và
R
i
được tổng hợp theo cấu trúc nối cấp, tín hiệu ra của bộ điều khiển tốc độ là
là tín hiệu đầu vào của bộ điều khiển dòng điện. Hai bộ điều khiển này quyết
định đến chất lượng động và tĩnh của hệ truyền động điện. Qui luật điều

khiển của R
w
và R
i
được thực hiện theo phương pháp modul tối ưu.
Các tham số của động cơ một chiều không chổi than:
Điện trở một pha: R
ư
= 0.445 (Ω)
Điện cảm một pha: L
ư
= 0.00585 (H)
Tốc độ định mức: n
đm
= 2800 (v/ph)
Dòng định mức: I
đm
= 11.8 (A)
Momen định mức: T
đm
= 249.11 (N.m)
Momen quán tính: J
m
= 0.117 (kg.m
2
)
Hệ số momen: C
t
= 2.94 (N.m/A)
Hệ số sức điện động: C

e
= 2.38 (V/rad/s)
Điện áp định mức:V
đm
= 48 (V)
Công suất định mức: P = 500 (W)
Hằng số thời gian điện từ:
T
e
= L
ư
/ T
ư
= 0.00585/0.445 = 0.0131 (s)
Hằng số thời gian điện cơ:
T
m
=
38.2*94.2
445.0*117.0
=
et
um
CC
RJ
= 0.0074 (s)
15
2.3.1.1. Hàm truyền của bộ biến đổi:
W
bbd

=
).1)(.1(
0
υ
TsTs
K
dk
b
++
Trong đó
T
dk
: Hằng số thời gian mạch điều khiển
T
ν0
: Hằng số thời gian chuyển mạch nghịch lưu của van bán dẫn.
Sau khi thay các thông số và biến đổi lược bỏ các thành phần vi phân
bậc cao ta được:
W
bbd
=
9.6
1 1 0.0008
b
b
K
s s
τ
=
+ +

2.3.1.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện
Cấu trúc mạch vòng dòng điện:
Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện
Từ sơ đồ mạch vòng dòng điện, sau khi biến đổi, tổng hợp và thay các
thông số động cơ ta được:
( 1)
28.97
0.3795
2 2 2
d e d e d
i
b b b
R T s R T R
R
K s K K s s
β τ β τ β τ
+
= = + = +

Như vậy luật điều khiển của bộ điều khiển dòng điện được thực hiện
theo công thức trên.
2.3.1.3 Tổng hợp mạch vòng tốc độ
Sau khi tổng hợp xong mạch vòng dòng điện, sơ đồ cấu trúc của hệ có
dạng như sau:
e
C
1
n
R
i

1
+
s
K
b
b
τ
1
1
+
sT
e
R
d
U
Rw bh
E
b
I
∆
β
(-)
β
E
Đ
(-)
sT
R
m
d

I
d
16
Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ
Từ sơ đồ mạch vòng tốc độ, sau khi biến đổi, tổng hợp và thay các
thông số động cơ ta được:

( )
w
1 0.0074*2.38*1
0.0396
4 2 1
1*0.445
2 1
m e
b b
d
d
e m b
T C
R
s s
R
R
C T s s
β
τ τ
γ
γ
β τ

= = = =
+
×
+
Như vậy luật điều khiển của bộ điều khiển tốc độ được thực hiện theo
công thức trên.
2.2.2 Bài toán 2 (Lựa chọn thiết bị thực hiện luật điều khiển):
Có nhiều phương pháp để thực hiện luật điều khiển dòng điện và tốc độ
như đã xác định ở trên như sử dụng mạch tương tự hoặc sử dụng mạch số.
Trong mạch số có thể dùng vi xử lý hoặc máy tính để thực hiện luật điều
khiển.
MATLAB là một môi trường tính toán số và lập trình, được thiết kế bởi
công ty MathWorks. MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị
hàm số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện than
thiện với người dùng, liên kết với những chương trình máy tính viết trên
nhiều ngôn ngữ lập trình khác và truyền thông kết nối thiết bị thực. Đặc biệt
với bộ công cụ Simulink và các thư viện, MATLAB cho phép mô phỏng quá
trình điều khiển nhiều mô hình trong thực tế và kỹ thuật. Matlab có thể đóng
vai trò là trung tâm điều khiển trong hệ thống điều khiển số. Trong luận văn,
tác giả sử dụng máy tính với phần mềm MATLAB-SIMULINK để thực hiện
các luật điều khiển trong hệ điều tốc ĐCMCKCT.
Như vậy máy tính với phần mềm Matlab – Simulink trong cấu trúc trên
sẽ thực hiện các chức năng sau:
- Tạo tín hiệu chủ đạo (hay tín hiệu đặt tốc độ)
- Tổng hợp và tạo tín hiệu điều khiển theo luật điều khiển dòng điện và
tốc độ
- Hiển thị kết quả
γ
1
122

1
2
2
++
ss
bb
ττ
n
(-)
R
w
U
cđ
d
e m
R
C T s
γ
β
17
2.3 Card ghép nối:
Thực hiện nhiệm vụ gửi tín hiệu điều khiển từ máy tính qua phần mềm
MatLab-Simulink tới bộ biến đổi năng lượng, hoặc thông tin phản hồi của hệ
quay trở về tham gia vào quá trình điều khiển, trong luận văn sử dụng card
ghép nối ArduinoDue do Arduino sản xuất, và kèm theo thư viện ArduinoIO
do MathWorks cung cấp.
Arduino là một hệ thống sản xuất các bo mạch mã nguồn mở được hình
thành và phát triển từ năm 2005. Do các bo mạch là mã nguồn mở nên đến
nay hệ thống này đã phát triển rất mạnh mẽ và có thư viện hỗ trợ cho người
sử dụng rất đa dạng, phong phú. Là một thiết bị phần cứng, Arduino có thể

hoạt động độc lập với chức năng thực hiện các luật điều khiển, kết nối với
máy tính, hoặc một thiết bị Arduino khác, các thiết bị điện tử khác Trong
luận văn chỉ sử dụng Card Arduino với vai trò là thiết bị kết nối.
Bo mạch ArduinoDue sử dụng vi điều khiển 32bit do hãng Atmel sản
xuất. Sơ đồ kết nối với máy tính như hình sau:
VCC
1
D-
2
D+
3
ID
4
GND
5
USB1
USB_M
Reset(PC1/DW)
24
XTAL2(PC0)
2
XTAL1
1
AVCC
32
VCC
4
GND
3
UCAP

27
UVCC
31
D-
30
D+
29
UGND
28
PAD
33
(PCINT7/OC0A/OC1C)PB7
21
(PCINT6)PB6
20
(PCINT5)PB5
19
(T1/PCINT4)PB4
18
(PD0/MISO/PCINT3)PB3
17
(PDI/MOSI/PCINT2)PB2
16
(SCLK/PCINT1)PB1
15
(SS/PCINT0)PB0
14
(INT4/ICP1/CLK0)PC7
22
(OC1A/PCINT8)PC6

23
(PCINT9/OC1B)PC5
25
(PCINT10)PC4
26
(AIN2/PCINT11)PC2
5
(CTS/HWB/TO/INT7)PD7
13
(RTS/AIN5/INT6)PD6
12
(XCK/AIN4/PCINT12)PD5
11
(INT5/AIN3)PD4
10
(TXD1/INT3)PD3
9
(RXD1/AIN1/INT2)PD2
8
(AIN0/INT1)PD1
7
(OC0B/INT0)PD0
6
*2
ATMEGA16U2-MU
1 2
3 4
5 6
P3
Header 3X2

1 2
3 4
P1
Header 2X2
12Mhz
C9
100pF
C12
100pF
GND
C13
104
C14
104
GND GND
GND
GND
RD+
RD-
USBVCCU2
VUCAP
+5V
R7
1k
R9
1k
F1
F1A
GND
L3

150mH
C10
104
GND
USBVCCU2
GND
VCC
R3
1k
D1
CD1206-S01575
8 P B 4
8 P B 5
8 P B 6
8 P B 7
MISO2
SCK2
RESET2
X V C C
BD-
BD+
SCK2
MOSI2
MISO2
R8
1k
R10
1k
R11
1k

R13
1k
MASTER-RESETRESET_CMD
USBVCC
GND
R12
1k
LED
LED
TXL-U2
RXL-U2
+5
A D J / G
1
OUT
2
IN
3 Tab
4
IC2
LM1117
C15
100uF/35V
C16
100uF/35V
C17
100uF/35V
C18
104
C19

104
C20
104
A D J / G
1
OUT
2
IN
3 Tab
4
IC1
LM1117
D2
1N4007
+DC
-DC
1
2
3
JDC1
Jac DC
+5V 3V3
1
1k
LED3
LED
GND
Sơ đồ mạch kết nối ArduinoDue với máy tính
Các thông số của bo mạch:
Vi điều khiển AT91SAM3X8E

Một lõi 32-bit, cho phép hoạt động trên 4 byte dữ liệu rộng trong một
xung nhịp CPU duy nhất.
18
Điện áp hoạt động 3.3V
Nguồn cấp 7-12V
Số đầu vào/ra số 54 (trong đó có 12 cung cấp đầu ra PWM)
Đầu vào tương tự 12
Đầu ra tương tự 2 (DAC)
Dòng điện vào/ra số 130 mA
Bộ nhơ chương trình (Flash) 512 KB
SRAM 96 KB
Tần số xung hoạt động 84 MHz
Thư viện ArduinoIO:
Thư viện ArduinoIO là một thư viện trong bộ công cụ Simulink hỗ trợ
các bo mạch Arduino làm việc với Matlab-Simulink.Thư viện này gồm các
khối chức năng để cài đặt và sử dụng các tính năng của ArduinoDue.
2.4. Bộ biến đổi năng lượng
Để điều khiển ĐCMCKCT hiện nay với công nghệ vật liệu ngày càng
phát triển nên các nhà sản xuất IC đã tích hợp nhiều chức năng trên một IC
bán dẫn vì vậy việc nghiên cứu, điều khiển các loại động cơ gặp nhiều thuận
lợi hơn trước. Có rất nhiều loại IC khác nhau của nhiều hãng khác nhau sản
xuất nhưng mỗi loại lại có sự khác nhau về cấu trúc vào ra và chức năng của
các chân.
Trong điều khiển ĐCMCKCT dùng phương pháp chuyển mạch hai cực
tính để cấp điện cho các cuộn dây của động cơ vì vậy có thể thực hiện điều
khiển tốc độ động cơ thông qua việc điều chế độ rộng xung trong khoảng
thời gian các van dẫn để thay đổi điện áp đặt lên động cơ.
Nhà sản xuất Semiconductor Components Industries đã chế tạo ra loại
vi xử lý chuyên hỗ trợ cho việc điều khiển các loại động cơ như động cơ
không đồng bộ, động cơ một chiều, động cơ từ trở hay động cơ không chổi

than. Vì vậy trong luận văn sử dụng IC tích hợp chuyên dụng MC33035
trong điều khiển ĐCMCKCT.
IC tích hợp MC33035 là IC chuyên dụng điều khiển ĐCMCKCT theo
vị trí roto, vị trí này được xác định nhờ cảm biến Hall. IC MC33035 có thể
sử dụng cho cả động cơ công suất nhỏ và lớn. Với động cơ công suất nhỏ thì
MC33035 có thể cấp điện trực tiếp cho các cuộn dây động cơ thông qua 6
MOSFET có sẵn trong IC. Với động cơ công suất vừa và lớn, MC33035 cấp
19
xung điều khiển cho các van của bộ biến đổi thông qua các mạch đệm, các
van này sẽ cấp điện cho động cơ cần điều khiển.
2.4.2 Thiết kế mạch tạo xung điều khiển
Sơ đồ mạch tạo xung điều khiển sử dụng IC MC33035 như hình sau:
R13
2.2k
Fault
R11
5.1k
C3
0.01uF
Speed
10K
GND
Enable R12
4.7k
GND
Brake
1
2
3
4

5
P1
Header 5
Brake
Brake
OE
Select
OE
VM
F/R
F/R
VR1
10K
FB
4
VIN
1
ON/OFF
5
GND
3
OUT
2
U1
LM2576T-Adj
L1
100uH
D5
1N5822
C6

1000uF/16V
C5
100uF/35V
GND
VM 15V
B_Top
1
A_Top
2
Fwd/Rev
3
Sensor A
4
Sensor B
5
Sensor C
6
Output Enable
7
Reference Output
8
Current Sense Noninverting Input
9
Oscillator
10
Error Amp Noninverting Input
11
Error Amp Inverting Input
12
Error Amp Out/PWM Input

13
Fault Output
14
Current Sense Inverting Input
15
Gnd
16
Power Supply Voltage Vdc
17
Bottom Drive Supply Voltage Vbc
18
C_Bottom
19
B_Bottom
20
A_Bottom
21
60/120Select
22
Brake
23
C_Top
24
IC1
MC33035 BLDC
Hall_A
Hall_B
Hall_C
VCC
VCC

F/R
VM15V
VCC
OS
OS
Cur_sen
AT
BT CT
AB
BB
CB
Fault
AT
BT
Mạch tạo xung điều dùng MC33035
Trong trường hợp động cơ công suất trung bình và lớn ta phải thiết kế
mạch đệm. Ngoài ra trong sơ đồ cũng thiết kế và khâu lấy tín hiệu dòng điện
cho mạch bảo vệ quá dòng (đưa vào chân 9 của MC33035) sơ đồ nguyên lý
như hình sau:
N
N
S
S
*1
motor BLCD
G
1
2
3
S

D
Q4
G
1
2
3
S
D
Q5
G
1
2
3
S
D
Q6
G
D
S
Q1
G
D
S
Q2
G
D
S
Q3
R7
R8

R9
R4
R5
R6
R1
1k
R2
1k
R3
1k
VM
C1
C2
R15
0.05/1W
R14
100
R16
33
C4
0.1uF
1
2
3
4
5
P2
Header 5
Hall_A
Hall_B

Hall_C
Cur_sen
G1
G2 G3
G4 G5 G6
G1
G2
G3
G4
G5
G6
VM
D1 D2 D3
VCC
Phase A
Phase A
Phase A
BT
CT
AT
AB
BB
CB
Sơ đồ nguyên lý mạch đệm
20
Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi và động cơ như hình sau:
N
N
S
S

DC1
BLCD
G
1
2
3
S
D
Q4
G
1
2
3
S
D
Q5
G
1
2
3
S
D
Q6
G
D
S
Q1
G
D
S

Q2
G
D
S
Q3
R7
R8
R9
R4
R5
R6
R1
1k
R2
1k
R3
1k
VM
C1
C2
R13
2.2k
Fault
R11
5.1k
C3
0.01uF
Speed
10K
GND

Enable R12
4.7k
GND
R15
0.05/1W
R14
100
R16
33
C4
0.1uF
Brake
1
2
3
4
5
P2
Header 5
Hall_A
Hall_B
Hall_C
1
2
3
4
5
P1
Header 5
Brake

Brake
OE
Select
Cur_sen
G1
G2 G3
G4 G5 G6
G1
G2
G3
G4
G5
G6
OE
VM
VM
F/R
F/R
VR1
10K
FB
4
VIN
1
ON/OFF
5
GND
3
OUT
2

U1
LM2576T-Adj
L1
100uH
D5
1N5822
C6
1000uF/16V
C5
100uF/35V
GND
VM 15V
B_Top
1
A_Top
2
Fwd/Rev
3
Sensor A
4
Sensor B
5
Sensor C
6
Output Enable
7
Reference Output
8
Current Sense Noninverting Input
9

Oscillator
10
Error Amp Noninverting Input
11
Error Amp Inverting Input
12
Error Amp Out/PWM Input
13
Fault Output
14
Current Sense Inverting Input
15
Gnd
16
Power Supply Voltage Vdc
17
Bottom Drive Supply Voltage Vbc
18
C_Bottom
19
B_Bottom
20
A_Bottom
21
60/120Select
22
Brake
23
C_Top
24

IC1
MC33035 BLDC
Hall_A
Hall_B
Hall_C
VCC
VCC
F/R
D1 D2 D3
VM15V
VCC
OS
OS
Cur_sen
VCC
AT
BT CT
AB
BB
CB
Fault
Phase A
Phase A
Phase A
AT
BT
BT
CT
AT
AB

BB
CB
N
N
S
S
DC1
BLCD
G
1
2
3
S
D
Q4
G
1
2
3
S
D
Q5
G
1
2
3
S
D
Q6
G

D
S
Q1
G
D
S
Q2
G
D
S
Q3
R7
R8
R9
R4
R5
R6
R1
1k
R2
1k
R3
1k
VM
C1
C2
R13
2.2k
Fault
R11

5.1k
C3
0.01uF
Speed
10K
GND
Enable R12
4.7k
GND
R15
0.05/1W
R14
100
R16
33
C4
0.1uF
Brake
1
2
3
4
5
P2
Header 5
Hall_A
Hall_B
Hall_C
1
2

3
4
5
P1
Header 5
Brake
Brake
OE
Select
Cur_sen
G1
G2 G3
G4 G5 G6
G1
G2
G3
G4
G5
G6
OE
VM
VM
F/R
F/R
VR1
10K
FB
4
VIN
1

ON/OFF
5
GND
3
OUT
2
U1
LM2576T-Adj
L1
100uH
D5
1N5822
C6
1000uF/16V
C5
100uF/35V
GND
VM 15V
B_Top
1
A_Top
2
Fwd/Rev
3
Sensor A
4
Sensor B
5
Sensor C
6

Output Enable
7
Reference Output
8
Current Sense Noninverting Input
9
Oscillator
10
Error Amp Noninverting Input
11
Error Amp Inverting Input
12
Error Amp Out/PWM Input
13
Fault Output
14
Current Sense Inverting Input
15
Gnd
16
Power Supply Voltage Vdc
17
Bottom Drive Supply Voltage Vbc
18
C_Bottom
19
B_Bottom
20
A_Bottom
21

60/120Select
22
Brake
23
C_Top
24
IC1
MC33035 BLDC
Hall_A
Hall_B
Hall_C
VCC
VCC
F/R
D1 D2 D3
VM15V
VCC
OS
OS
Cur_sen
VCC
AT
BT CT
AB
BB
CB
Fault
Phase A
Phase A
Phase A

AT
BT
BT
CT
AT
AB
BB
CB
Sơ đồ nguyên lý BBĐ và ĐCMCKCT
2.5 Mạch đo tín hiệu phản hồi
2.5.1 Đo tín hiệu dòng điện
Sử dụng IC đo dòng ACS712 loại 30A do hãng Allegro sản xuất.
ACS712 là loại cảm biến đổi dòng điện ra điện áp chuẩn 0-5V, sơ đồ khối
ACS712 như hình sau:
Sơ đồ mạch đo dòng: Đặc tính vào ra của ACS712:
21
2.5.2. Mạch đo tín hiệu tốc độ
Do ĐCMCKCT có các tín hiệu cảm biến Hall nên ta sử dụng luôn tín
hiệu đó để xác định tín hiệu tốc độ động cơ, phương pháp đo tốc độ này
giống như việc đo tốc độ bằng phương pháp mã xung (encoder). Các tín hiệu
Hall được cách ly bằng cách ly quang, đưa vào Card ghép nối để tính ra tốc
độ quay và chuyển lên bộ khuếch đại tổng hợp. Mạch lấy tín hiệu tốc độ như
hình sau:
2.6 Kết luận
Chương 2 đã trình bày việc thiết kế hệ thống truyền động sử dụng động
cơ MCKCT. Trong cấu trúc 2 mạch vòng phản hồi tốc độ và dòng điện, luật
điều khiển (*) và (**) được xác định theo phương pháp Modul tối ưu. Để
ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính sử dụng Card Arduino, đây là card
có nhiều tính năng nhưng luận văn chỉ sử dụng tính năng giao tiếp. Mạch tạo
xung điều khiển bộ biến đổi cấp nguồn cho động cơ sử dụng MC33035, qui

luật đóng cắt các van được thực hiện thông qua vị trí roto và được xác định
bằng cảm biến Hall. Để thực hiện luật điều khiển (*) và (**) dùng thiết bị
điều khiển số đó là máy tính với phần mềm Matlab-Simulink. Ngoài chứng
năng điều khiển máy tính còn làm các nhiệm vụ khác như tạo tín hiệu chủ
đạo, tổng hợp các tín hiệu và hiển thị kết quả.
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM
3.1. Các thiết bị thực nghiệm
3.1.1. Động cơ MCKCT
Động cơ sử dụng có mã hiệu BM 1418ZXF với các thông số sau:
Điện trở một pha: R
ư
= 0.445 (Ω)
Điện cảm một pha: L
ư
= 0.00585 (H)
Tốc độ định mức: n
đm
= 2800 (v/ph)
Dòng định mức: I
đm
= 11.8 (A)
22
Momen định mức: T
đm
= 249.11 (N.m)
Momen quán tính: J
m
= 0.117 (kg.m
2
)

Hệ số momen: C
t
= 2.94 (N.m/A)
Hệ số sức điện động: C
e
= 2.38 (V/rad/s)
Điện áp định mức: V
đm
= 48 (V)
Công suất định mức: P = 500 (W)
Động cơ thực nghiệm
3.1.2. Thiết bị biến đổi năng lượng
Nguồn điện một chiều được chỉnh lưu không điều khiển từ máy biến áp
một pha và các bộ lọc.
Bộ biến đổi năng lượng cấp cho động cơ như hình và có thông số sau:
Điện áp: 48V
Công suất: 500W
Bảo vệ thấp áp: 42V ± 1V
Điện áp điều khiển: 1V → 4.2V
Dòng điện max: 28A ± 1A
Góc pha: 120
o
Bộ biến đổi năng lượng cấp cho động cơ MCKCT
23
3.1.3. Tạo tín hiệu điều khiển
- Trong phạm vi đề tài, ta sử dụng Matlab Simulink để điều khiển hệ
truyền động sử dụng động cơ MCKCT
Máy tính có cài đặt Matlab Simulink
- Cấu trúc mạch vòng tốc độ và mạch vòng dòng điện điều khiển hệ
truyền động sử dụng động cơ MCKCT trên Matlab Simulink.

3.1.4. Thiết bị hiển thị
Thiết bị hiển thị là thiết bị cho ta quan sát được các trạng thái, đặc tính
của hệ thống. Để làm được việc đó, có rất nhiều công cụ có thể thực hiện
được, ví dụ như phần mềm Control-desk đi kèm cùng card điều khiển
DSP1104. Tuy nhiên để sử dụng được Control-desk ta bắt buộc phải có
DSP1104.
Như trên ta đã sử dụng Matlab-Simulink để thực hiện các bộ điều
khiển. Thông qua card ghép nối Arduino máy tính đã nhận được các tín hiệu
trạng thái tốc độ và dòng điện thực của hệ. Do đó, ta sẽ sử dụng các công cụ
hiển thị của Simulink để vẽ các đặc tính thể hiện trạng thái động của hệ
thống.
3.1.5. Card ghép nối máy tính – Bo mạch ArduinoDue
Card ghép nối giữa máy tính với các thiết bị ngoại vi như hình au:
3.1.6. Thiết bị đo dòng điện – ACS712-30A
Khâu lấy tín hiệu phản hồi dòng điện như hình sau: