Thiết kế hệ truyền động động cơ một chiều không chổi than

- 1 -
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề

 !" #$%&'(&)*'+,-.
/&.&0&12!"23
456$6,789:;<='+5;>
&1,;>9?@'+A
4B&2C&0&12)
-DE$F#-&+/.2.'
/8G!6$6;H'-.C9F/
;<;9IJ 9F;/5C9F&&'-.
(<& &)K7'#;//2
D6L&2(M&)MD6$6
+'DE$F#5/#-!
$) 12N9&++
8,D-&'9OD6
P#+889F&&P&$
9Q9F)
0&R&&'D
62$9=9Q'B$>(<& !S
&&)KT'DP@#<& &@Q'9UT
D-9=$9Q'B+889F' 
%$52;4B2D-UTD-'2
5/V2%+ !;>2T)
- 2 -
2. Mục tiêu nghiên cứu
4WQ'9UTD-D-&'9O
D6)
4*UTD-89F@C2N&D-
&'C9FD6)

3. Kết quả dự kiến:
4WQ'9U1R!D6)
4WQ'9U&"TD-D
6)
4WQ'9U1U&'9O
D6)
4. Phương pháp và phương pháp luận:
- Phương pháp luận:
XK+82N'/D6,$Q
 2UR,@Q'9U&"T2TD-)
- Phương pháp nghiên cứu:
XYQ 6#$;Z1,$[,D-
8)
XWQ'9U1U-D-&,D/0>
+82N'/)
5. Cấu trúc của luận văn
\TG#2]3
^3*60D6
- 3 -
_3*/D/&'D6

]3*U
`/2TD/<) 
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỘNG CƠ 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
1.1.1.1. Cấu tạo của động cơ một chiều không chổi than
.!D6&a2.
 

@'2@'b;D  
;ZQ
cC)d1^)^..!
D6
;$-13
Hình 1.1 Cấu tạo ĐCMCKCT
- 4 -
Hình 1.2 Sơ đồ khối ĐCMCKCT
MQ'0&U9Q'0&!@'
$&&;b'QcC)-D
;;>!D6%@'
b;2D/#$$-@<<& !&&
'<& !USZ.& D-;'-.
C;-9:&+1^)_)*S1^)_'&Z
D6 2UD/#$!
@'b
;  D      c  C    ;  6      C  '- 
.(<& &&)
J@<<& &&#U0>;/<& ,5
/>;/<& &&US2$5Cd22,'+V
aC9F>;/0R)9O5/ 
aG2;$,D
6$V#C9FD$6;/1..&'
>)
KT',.D6b]
$5 23&,&&;$T6,&=>
;/<& -@<<& &&,;P2(9(&-a
&&!)
b;
D  

cC
>;/
<&
'-.C
- 5 -
Stator:
`%,&!
D689Q'0$58)MQ'0$58-
2$,;$'$29Q'0;$1
^)])MQ'0;$ba9Q',2a(1e
1∆)
Hình 1. 3 Stator của ĐCMCKCT
B&!`*#.S2f$DgT%
9Q' #&D(E@0$ &!
&)*(&'a.&!`*Va
.!>8D)
*'+,;a9Q'#$Q;a(D)d5/>
D6]9Q'%(1
1)h9Q'#.;Ha2#
;a9Q'a2%);a9Q''#&D("
#a2-.+9Q')h &9Q'
#$Q;a&+!&(&1U #$-.+a
iU);a& a&P!&!D1
"aU!D)
- 6 -
BUD&a2;a9Q'&9Q'&
.+UD!198$>)`*_
9.8$>29.19.1)V 
1UD'+R!VD,2
`*1`*1)M=$!

8V9.11)
'2(!1$jE
1$>+;a9Q'E2+F)=11
&k (2.$9U'6$!8
$>22%)
Hình 1. 4 Các dạng sức điện động ĐCMCKCT
D61^$,_$]
$)*8%2.1&a9Q'2^,_])YF
D>G$D-,-R(l2$)
[;ZmnJ#9O&'U,&;,
'-[o)&+^ppJ#9O&/;<
$,U89F$)
Rotor:
b) Sức điện động
ĐCMCKCT hình sin
- 7 -
#E&F&+;&&9
QcC)q'+50 !&&[,
/.&F!9.1&F&h)
Hình 1. 5 Rotor của ĐCMCKCT
r&#.SQcC)Ba2#U9
S_/n%UKBLEK@/$@(Ds)
MU'+5TS&&&&,2Q
 #$#R8)KQt(&&(#C9F)
`$&-,Q2S#$D'$6;/)
KQt(&&(&kT2#&+<- 2.
$)*&D,T2#$DTS&+<- 
$f$[D %!&&I.#(
U)M,%O- ,(!&&Q#$D
22%&&Qt(&&()

- 8 -
Hình 1. 6. Các dạng Rotor của động cơ một chiều không chổi than
`a9O6,'-.!
D6#D-;ZC)*82
9Q'!&s#$U'-.!
;9I)-2,9Q'!&#$
(8U)*82.-1DI+$
9Q'>$F<& !&&HQ-$
")J1T'0&R25$>;/<& !&&-
/%;/#9Q'&/$(s#$(8U
$)J<& !&&#@<;ZD
$$$SA$$$0$$$C9F
>;/d22)
^)^)_)_) !`*
 !2a07a(!
)!2 a7(a)*'
T',HO&<,h2.D1a0
7.2#'2D)
Wfb$!`*&1^)^pb
b$2%J,8$>2u,&H
9Q'2r9=h$H/@2T$2v)M.-
r&2w&=%

Q&+;
r&2w&=%
Q17T#

&&&
r&2w&=,Q
17Tx


&2w&&
- 9 -
&`*2_$O9I+$&1Q;Z
$!H-@2T$3
V = 2∙E + 2∙R.I (1-20)
Hình 1. 7 Sơ đồ 1 pha tương đương của ĐCMCKCT
*;-83
Pd = ea∙ia + eb∙ib + ec∙ic = 2∙E∙I
(1-21)
L-83
P
c
= M
∙
ω
(1-22)
L-88$>3
E = K
e
∙
ω
(1-23)
K/;[06(69,6
ES, 
D(Ho1-@$@y;Z
)*&;-
88$>&+,u2&<(
y4y)J1T',;+!8$>$>2uz_)Q
;Z$&1^4_^

^4__D/#$%;-88$>
,#3
)
) _) ) _) ) ) )
_
e
e
e
K
M
M E I I K I I
K
ω
ω ω
= = = ⇒ =
(1-24)
- 10 -
K/';-88_4^{,s;-8
!
a3
_) )
e
V R I
K
ω
−
=
(1-25)
*S;-8
^4_m

^4_|,s$&1
 !
`*3
_
_)
)
e e
V R
M
K K
ω
= −
(1-26)
}-! %&Fa 2;-<!a
D>2NH)\",9=;Zp)
p
e
V
K
ω
=
(1-27)
}-! %&F(2&<(
2%'(E.8%9=E.)
)
_)
e
mm
V K
M

R
=
(1-28)
-',9.!$&1 !
%`*2a)
 !`*a !
)*82a07(a2
'/ +&T&0&1D--&'
D)`*D9O6+a
-G2+9DU./2C)J1T'Oy
!`*-#H&)
- 11 -
Hình 1. 8 Đặc tính làm việc và đặc tính cơ ĐCMCKCT
1.3. Kết luận
^&1;'60D6
b&",aDa!,'+
55/D2UR#-!`*
%a2.D)-',.&S#-
>$8.$&D-,`*22.$O
#$%&'+5=[
 @'+5()K
-[P89FS9>
$?~/
2%?&G`~)J1T'`*&H+'$6
;/&>9Q9F$)
&/ya,'+#-2%!
2&.5;'-.9=D 26$

6)MT'P./$.89F!;2&
 

&''+5a&2%,D;'-.D D
-$
8#)`*PDE$F##-',9
PH&%89F%2.')
- 12 -
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG
ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN
2.1. Cấu trúc hệ truyền động động cơ MCKCT
60bDa&'`*%
_.=$>b9=aC9F@C2N-D-
1_)^3
Hình 2. 1. Sơ đồ hệ truyền động động cơ MCKCT
*&3
4' 3U. !.-<
4&9f$aD-3
X*U8G. D-(0'2T'+
5
X*U8G&602.7' A
;;/6G2#a#D-)
' 
•K}
€
`*
•rM
}d‚Y
Kƒv
J„
v…†
`dv‡K
Tín hiệu chủ đạo U

cđ
Vị trí rô to động cơ
n
Phản hồi dòng điện
Phản hồi tốc độ
LL
KˆK}
\‰ŠK}
Điện áp 3 pha
U
a
, U
b
, U
c
dv‡K*d‹
- 13 -
4L;/6G2#3$G2#&'
)JD-9=G2#;Z'-.C&+
H D-S;D- $>b<& &
`*)
4`*3a#D-&&')
&.a,9=<& &#@<S>;/
 's&0&1D-a)
2.2Xác địnhbộ điều khiển:)qQ'$>U;3
2.2.1Bài toán 1 (Xác định luật điều khiển3#U9U&+
6#$a&')
BbaD-$!`*#&1;'&
1_)_
Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc một pha ĐCMCKCT

*&3
4†

3* 
e
C
^

R
w
R
i
^+s
K
b
b
τ
^
^
+sT
e
R
d
†

u
;
I∆
β
4

4
γ
β
u

4
sT
R
m
d
v
9
4
v

- 14 -
4r
Œ
,r

3Lya9=
4`
;,
b
τ
3daD/.Za!;;/6
4r
9
3*6&H;b&H!;;/69Q'$5
8

4*
(
,*

3dZaS.&&Za
a&'
4
(
3da8!
4u
;
,u

3B8!;;/6!
4
γβ
,
3da$>b9=a
2.2.2 Bài toán 2 (lựa chọn thiết bị thực hiện luật điều khiển):
$$$-U2TD-_)^__)^{C9F
.UC9F.a)*&.a-9O@C2N
' -U2TD-)*&2TGC9F@C
2N-U2TD-H&+)
2.3 Card ghép nối và điều khiển
- 15 -
*B*
|^
W•†*
]|
WvK

]{
W•†*]_
mŽ
WvK]_
mn
MdBM
]n
MtBM
m]
MdBMY
]•
MtBMY
m_
JL}
mp
Y•p
_]
Y•^
_m
Y•_
n|
Y•]
nm
Y•m
n]
Y•|
_|
Y•{
n_
Y••

_{
Y•n
_•
Y•Ž
_
Y•^p
]
Y•^^
m
Y•^_
|
Y•^]
{
Y•^m
•
Y•^|
n
Y•^{
•n
Y•^•
Ž
Y•^n
•p
Y•^Ž
•^
Y•_p
•_
Y•_^
^p•
Y•__

n^
Y•_]
np
Y•_m
•Ž
Y•_|
^pn
Y•_{
^pŽ
Y•_•
^^p
Y•_n
^^^
Y•_Ž
^^_
Y L p
^ ^ ]
Y L ^
^ ^ m
Y L _
^ ^ |
Y L ]
^ ^ n
Y L m
^ ^ Ž
Y L |
^ _ p
Y L {
^ _ ^
Y L •

^ _ _
Y L n
^ _ ]
Y L Ž
^ _ •
Y L ^ p
^ _ n
Y L ^ ^
^ _ Ž
Y L ^ _
n {
Y L ^ ]
n •
Y L ^ m
^ m p
Y L ^ |
• {
Y L ^ {
• •
Y L ^ •
n n
Y L ^ n
n Ž
Y L ^ Ž
Ž p
Y L _ p
Ž ^
Y L _ ^
Ž _
Y L _ _

^ m ^
Y L _ ]
^ m _
Y L _ m
^ m ]
Y L _ |
^ m m
Y L _ {
^
Y L _ •
{ n
Y L _ n
_ n
Y L _ Ž
_ Ž
Y L ] p
] p
Y L ] ^
] ^
}KM^
^_
}KM_
|n
}KM]
^p{
}KMm
^_{
YM^p
]_
YMŽ

__
YMn
_^
YM•
_p
YM{
^Ž
YM|
^n
YMm
^•
YM]
^{
YM_
^|
YM^
^m
YMp
^]
Y]p
^p]
Y_Ž
^p_
Y_n
^]Ž
Y_•
^]n
Y_{
^]•
Y_|

^]{
Y_m
^]|
Y_]
^]m
Y__
^]]
Y_^
^]_
Y_p
^]^
Y^Ž
^p^
Y^n
^pp
Y^•
ŽŽ
Y^{
Žn
Y^|
Ž•
Y^m
Ž{
Y^]
Ž|
Y^_
Žm
Y^^
Ž]
Y^p

^^•
YŽ
{•
Yn
{{
Y•
{|
Y{
{m
Y|
{]
Ym
^^{
Y]
{p
Y_
|Ž
Y^
||
Yp
^]p
J L † B
] Ž
• * • } B u \
m {
t ~ † Y
| ]
B d M K
| p
K r B * L

m •
K r B * L
{ Ž
• M J r u t
• |
J M M v K
| •
J M M v • ^
^ ^
J M M v • _
{ _
J M M v • ]
^ p |
J M M v • m
^ _ |
J M M • K •
• ]
J M M L †
| _
J M M † *  v
m ^
J M M • † *
| {
J M M Y \ \
] m
J M M  • r u ^
^ p
J M M  • r u _
m |
J M M  • r u ]

{ ^
J M M  • r u m
^ p m
J M M  • r u |
^ _ m
} K M • K •
• m
} K M Y \ \
] ]
} K M L †
| m
} K M † *  v
m m
‘^•*]@n(4
^_’
}KM ]_,•{n`’
|
^pp$t
{
^pp$t
•
^pp$t
n
^pp$t
r_
^D
rm
^Dr|
^D
}KM

r{
^D
^^
^pp$t
}KM
M4
MX
WvK
W•†*
W•†*]_
WvK]_
JL}
•K*Wp
•KrWp
•M•
•M{
•M|
•Mm
uW*vK*
YvK]^
rW
*W
rWM_
*WM_
*WM^
rWM^
YvK_]
YvK_m
•Mp
BM•^

B\^
YvKm_
YvKm]
*W\
•M]
•M_
•M^
vB•
•Bv
BY`
BBpzY~^p
BB^zY~m
}KM
YvK]_
YvK]p
Y~^^
Y~^_
YvK_|
YvK_{
YvK_•
YvK_n
YvK_Ž
rWMp
*WMp
rW\
BBpzY~^p
Y~]
BB^zY~m
BB^zY~|
Y~|

Y~{
Y~•
Y~n
Y~Ž
YvKmm
YvKm|
YvKm{
YvKm•
YvKmn
YvKmŽ
YvK|p
YvK|^
YvK]]
YvK]m
YvK]|
YvK]{
YvK]•
YvK]n
YvK]Ž
YvKmp
YvKm^
u * W “  \ `
u * W “ u K
u * W M p
u * W M ^
u r W “ M J
u r W M p
u r W M ^
u r W u r
u  M 

u  M v •
• † * } J L • t
• † * } v M
B M • p 4 ]
B  \ p 4 ]
 • K * W ^ z v •
M •  p   • K r W ^ 
M •  ^
• M n
• M Ž
• M ^ p
• M ^ ^  * W M ] 
• M ^ m  r W M ] 
Y ~  _
Y v K _ _
Y ~  ^ ]
• * • } “ *  `
• * • } “ * M v
• * • } “ * M •
• * • } “ *  B
Y ~  _
}KM
r^
^pp`
]J]
 • B * u r 4 r u B u *
^
^pp$t
_
^pp$t

\^
^|pd
]J]
JMM•†*v
JMM•K•
\_
^|pd
m
^pm
]
^pt
}KM
† B L J   † _
}KM
Hình 2.3 Sơ đồ mạch vi xử lý trung tâm ArduinoDue
2.4. Bộ biến đổi năng lượng
-D-`*'%T2'
$&-+>@vP #$8G&+
v;9I
1T'+8,D-2.$
T2#
&%)&2.vD!
PD>@
h2.2.UD&"
&8G!Q)
- 16 -
*&D-`*9O$$$'-.
U -$9Q'!1T'-U
D-a0/&@&
D>9I-'6$2+)

2.4.1. Giới thiệu về IC MC33035
]]p]|v'+9FD-`*C9F>
;/@<<& &9PB(9&$(v9&(
@>)Ka- 3
XD-`*( <& &,i&H
&(.>;/d22)
X-D-'+5>0')
X* D-9.$Sp4|J,-D/#$9:9
%$5CDa=D )
2.4.2 Thiết kế mạch tạo xung điều khiển
Bb..@D-C9Fv]]p]|1_)^p
- 17 -
r^]
_)_D
t2
r^^
|)^D
]
p)p^t
B$((9
^p`
}KM
u;2( r^_
m)•D
}KM
L&D(
^
_
]
m

|
Y^
d(9(&|
L&D(
L&D(
•u
B(2(
•u
J
tzr
tzr
Jr^
^p`
tL
m
JvK
^
•Kz•tt
|
}KM
]
•†*
_
†^
\_|•{*4•9”
\^
^ppd
M|
^K|n__
{

^ppptz^{J
|
^pptz]|J
}KM
J ^|J
L“*$
^
•“*$
_
tŒ9zr(
]
B(&•
m
B(&L
|
B(&
{
•$u;2(
•
r(•(&((•$
n
&&(B((K(&v$
Ž
•22&
^p
u&&&•$K(&v$
^^
u&&&•$v(&v$
^_
u&&&•$•zY~v$

^]
t2•$
^m
&&(B((v(&v$
^|
}9
^{
YŒ(&B$$2'J2(J9
^•
LM&(B$$2'J2(J;
^n
“L
^Ž
L“L
_p
•“L
_^
{pz^_pB(2(
__
L&D(
_]
“*$
_m
v^
]]p]|L\M
d22“•
d22“L
d22“
J
J

tzr
J^|J
J
•B
•B
&“(
•*
L* *
•L
LL
L
t2
•*
L*
Hình 2.4 Mạch tạo xung điều dùng MC33035
K
K
B
B
‘^
&L\M
}
^
_
]
B
M
–m
}
^

_
]
B
M
–|
}
^
_
]
B
M
–{
}
M
B
–^
}
M
B
–_
}
M
B
–]
r•
rn
rŽ
rm
r|
r{

r^
^D
r_
^D
r]
^D
J
^
_
r^|
p)p|z^~
r^m
^pp
r^{
]]
m
p)^t
^
_
]
m
|
Y_
d(9(&|
d22“•
d22“L
d22“
&“(
}^
}_ }]

}m }| }{
}^
}_
}]
}m
}|
}{
J
M^ M_ M]
J
Y(•
Y(•
Y(•
L*
*
•*
•L
LL
L
Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý mạch điện
- 18 -
2.5 Kết luận
_P&1;'/D/a&'C9F
`*)*&&"_.=$>ba9=
,2TD-_)^__)^{#@<($$$
92a)-f$a/;<.%' C9F&9
•&9,Q'2&9 G,2TGC9F G
/$.2TD-0'2T_)^__)^{)..@
D-;;/6$bC9F]]p]|


CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM
3.1. Các thiết bị thực nghiệm
3.1.1. Động cơ MCKCT
C9F1])^PL^m^n—Wt%
a3
&H$3 r

˜p)mm| ™
>$3 \

˜p)pp|n| d
*a<83 

˜_npp z$
M=<83 v

˜^^)n •
(<83 *

˜_mŽ)^^ K)
(0 3 •

˜p)^^• D)
_

da(3 

˜_)Žm K)z•
da83 
(

˜_)]n Jz&9z
$<83 J

˜mn J
<83 Y ˜|pp ~
- 19 -
Hình 3.1 Động cơ thực nghiệm
3.1.2. Thiết bị biến đổi năng lượng
Hình 3.2. Bộ biến đổi năng lượng cấp cho động cơ MCKCT
3.1.3 Card ghép nối và điều khiển – Bo mạch ArduinoDue
&9f$a7' %/;<.U
8G6#$.2TD-1])]
- 20 -
Hình 3.3 Card ghép nối ArduinoDu
3.1.6. Mô hình thực nghiệm hệ thống
Hình 3.4 .Mô hình thực nghiệm hệ thống
3.2. Thực nghiệm
3.2.1. Đáp ứng hệ với tín hiệu đầu vào biến thiên theo hàm sin
- Cấu trúc hệ điều tốc động cơ MCKCT với đầu vào biến thiên theo
hàm sin:
- 21 -
1.03
Top
0
Stop
Speed
SP_Speed_Sine
Real-Time Pacer
Speedup = 1
Real-Time Pacer

ON/OFF
~= 0
Enable
Current
0.97
Bottom
Speed
Curent
BLDC
Enable
SP_Speed
ArduinoDue
Setup
Arduino1
com7
Arduino IO Setup
Hình 3. 5 Cấu trúc hệ với tín hiệu đặt biến thiên theo hàm sin
- Tín hiệu tốc độ đặt: n
đặt
= 2300+500sin(2πt/30)
- Đáp ứng tốc độ động cơ:
Hình 3. 6 Đáp ứng tốc độ động cơ với tín hiệu đặt dạng hàm sin
- Đáp ứng dòng điện động cơ:
- 22 -
Hình 3. 7 Đáp ứng dòng điện động cơ với tín hiệu đặt dạng hàm sin
])])`/2T]
]P&1;'/;<$FFU&'
C9F`*%;D-#U;H@C
2N)*UUD-&'`*
%;D-9O@C2N%D/0>.#"%2N

'/P$Q )

- 23 -
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
^)LO–a`šY.–ad>šMJGK^ŽŽŽ,
yU&',@;>`RDgT,
dK)
_)K':YO–^ŽŽ{,D-Db;
@';$,@;>`RDgT,dK)
])K':YO–_ppm,2;›B2D9Dg
D-U,@;>`RDgT,dK)
Tiếng Anh
^)mn|]^uBš$(&^_)L&2(M&
_)LBšLYBš`•_pp_,v$2((•
MBY;(9M2 B$((9  •&  Y(&(( L&2(  9  &,
M($&(•u2(&2u((&,vv*,K(ŒM(2)
])L2`L(^ŽŽ{,YŒ(&u2(&9J&;2(t&(0('
M&(,†(&'•*((((,`@22(,v(•u2(&29
u2(&u((&,v),K(Œe&D)
m)  M((9&  r,  L&2(  9  &  š  B2D  2&,
M($&(  •  u2(&  9    u((&,  K2
v(•*(2'`&D,v9)
|)  MBY4;(9  u2(&  M&(  \;&&',  }(  B&(9  Œ
9BY•u,†(&'•()
{)•Œ(B_pp],M&(LDutM(((9•&
B(&2(L&2(ML\M&M&(,J&*(†(&')