BÀI BÁO CÁO MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN ( Simulation of brushlees DC mortor ); Giới thiệu động cơ một chiều không chổi than; Định nghĩa Động cơ một chiều không chổi than (Brushless); Mô phỏng tốc độ động cơ trên Matlab simulink.
Trang 1BÀI BÁO CÁO
MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN
( Simulation of brushlees DC mortor ).
I Giới thiệu động cơ một chiều không chổi than.
1 Định nghĩa:
- Động cơ một chiều không chổi than (Brushless Direct
Current- BLDC) là động cơ điện sử dụng cơ chế chuyển
mạch bằng điện tử thay vì sử dụng chổi than và cổ góp như
ở động cơ điện một chiều
2 Cấu tạo:
Cấu tạo BLDC motor gồm: stato, roto
và cảm biến vị trí
+ Stato: bao gồm lõi thép là các lá thép
kỹ thuật điện ghép cách điện với nhau
và dây quấn
+ Roto: roto bao gồm trục động cơ và
các nam châm vĩnh cữu được bố trí xen
kẽ giữa cực bắc và cực nam
+ Cảm biến: BLDC motor sử dụng cảm biến
vị trí hiệu ứng Hall (gọi tắt là cảm biến Hall) Cảm
biến Hall được gắn trên stato để phát hiện các nam châm vĩnh cửu trên roto khi
quét qua nó
Hình 1: Cấu
tạo BLDC motor
3 Nguyên lí hoạt động
- Nguyên lý hoạt động của động cơ DC không chổi than là xác
định vị trí của Rotor để điều khiển dòng diện vào cuộn dây
Stator tương ứng, nếu không động cơ không thể thay đổi chiều
quay và khởi động tự động được Chính vì nguyên tắc điều
Trang 2khiển dựa vào vị trí Rotor như vậy mà động cơ BLDC luôn cần
có một bộ điều khiển chuyên dụng phối hợp với cảm biến Hall
để điều khiển động cơ.[1]
của động cơ BLDC
4 Điều khiển động cơ BLDC.
- Phương pháp điều khiển truyền thống động cơ BLDC là đóng cắt các khóa mạch lực (IGBT hoặc MOSFET) để cấp dòng điện vào cuộn dây stator động cơ dựa theo tín hiệu Hall sensor đưa về
Sơ đồ nguyên lí mạch lực và động cơ như sau:
Trang 3
Hình 3: Sơ đồ cấp điện cho cuôn dây stato
- Chế độ điều khiển này gọi là chế độ điều khiển 120° Đây là chế độ điều khiển cơ bản của BLDC
- Trong một thời điểm bất kì luôn luôn chỉ có 2 pha dẫn điện,
do đó ta còn gọi đây là chế độ điều khiển 2 pha dẫn
- Dưới mỗi pha dẫn ta thấy đều có dòng điện 1 chiều và sức điện động 1 chiều, do đó động cơ BLDC có đặc tính cơ và đặc tính điều khiển giống với động cơ 1 chiều Chính vì thế
mà động cơ này có tên gọi là “động cơ một chiều không chổi than” chứ thực ra nó là động cơ xoay chiều đồng bộ nam châm vĩnh cửu
- Vòng điều khiển tốc độ ở ngoài giống với động cơ một chiều Sai số giữa tốc độ đặt và tốc độ thực được đưa vào bộ điều chỉnh tốc độ G, đầu ra của bộ điều chỉnh G là lượng đặt dòng điện Id*
- Tín hiệu Hall sensor đưa về được giải mã thành thông tin về dòng điện yêu cầu ở 3 pha Ia, Ib, Ic được kết hợp với giá trị dòng Id* qua khâu logic và đưa ra các lượng đặt dòng điện Ia*, Ib*, Ic* [2]
1.Khối động cơ
Trang 4
Hình 4: Khối động cơ DC
R m : Điện trở động cơ (ohm) (nhà sản xuất
cung cấp) L m : hệ số điện kháng (H) (nhà
sản xuất cung cấp)
K b : hằng số phản điện (V/(rad/sec)) (nhà sản xuất cung cấp)
K t : hằng số momen (Nm/A) (nhà sản xuất cung cấp)
J m : momen quán tính của rôto (kg.m2) (nhà sản
xuất cung cấp)
C m : hệ số ma sát nhớt (N.m)
T f : momen ma sát (Nm) (nhà sản xuất cung cấp)
τ1: momen xoắn cản (Nm)
ω: vận tốc motor (rad/s)
τm : mô men xoắn nội (tải) (Nm)
θm : góc xoay trục động cơ (rad)
2 Phương trình đặc tính của động cơ một chiều không chổi than
Phần điện:
e = L m di
dt + R m i + E b (với E b =K bω)
= L m di
dt + R m i + K bω (4)
Phần cơ:
Trang 5= K t i - T f - C mω - τ1 (5)
Công suất điện: P e = E b i (W)
Công suất cơ: P m = τmω (W)
Theo định luật bảo toàn năng lượng: P e = P m => E b i = τ mω
K b ωi = i = K t iωi = suy ra: K b = K t Biến đổi Laplace từ (4) và (5) ta có dạng sau:
( L m s + R m )* I(s) + K b *Ω(s) = E(s)
K t∗¿I(s) – ( J m s + C m )*Ω(s) = Ω(s) = T f (s) + τ1(s)
Giả thuyết T f là hằng số và T f = K f *sgn(Ω)
K f là hằng số sgn(Ω) = 1 Ω >0
1 Ω=0
–1 Ω<0
3 Mô phỏng khối động cơ.
Trang 6Hình 5: Khối động cơ khi phân tich hàm truyền
Các thông số đáp ứng cho động cơ:
Rm = 2.7; % (ohm)
Kb = 5.3*10^-3;
Cm = 5*10^-4; % (N.m.s/rad)
Lm = 1.4*10^-3; % (H)
Jm = 0.05*10^-4;% (kg.m^2)
Va = 120; % (V)
Kt = 5.3*10^-3;
R = 57.29*10^-3;
Kf = 7.8*10^-3; % (Nm)
sgn = 1; % (ohm)
% Chon sgn = 1 khi đo (ohm >0) van toc quay thuan;
Tiến hành mô phỏng động cơ trên Matlab Simulink.
Trang 7Hình 6: Sơ đồ khối của động cơ.
Sau khi mô phỏng trên Matlab Simulink
Với khoảng thời gian t max=¿ 0.5s thời gian để động cơ đạt tốc độ tối đa trong khoảng t ≈ 0.15s
Trang 8KẾT LUẬN
Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu qua nhiều nguồn tài liệu em đã thực hiện các yêu cầu sau:
+ Tìm hiểu tổng quan về động cơ một chiều không chổi than,
+ Xây dựng mô hình toán của động cơ ( tham khảo )
+ Mô phỏng tốc độ quay của động cơ một chiều không chổi than
Em xin cảm ơn!
Cần thơ,ngày 10 tháng 11 năm 2021
Sinh viên làm bài
Nguyễn Nhật Linh_B2012513
Lớp:
TN20S3A2
Tài liệu kham khảo:
[1] Kienthuctudonghoa (10/2020); https://kienthuctudonghoa.com/dong-co-bldc/
[2] Sieuthicuatudong; https://sieuthicuatudong.vn/3448/tim-hieu-tat-tan-tat-moi-thu-ve-dong-co-mot-chieu-khong-choi-than-brushless-dc-motor.html
[3] Kham khảo luận văn thầy Nguyễn Văn Đông Hải (12/2015) các trang đã kham khảo (23,24, 25,26,27)
https://www.mediafire.com/file/xm3fr9v1s55dvdt/luan_van_nguyen_van_dong_hai.p df/file
