Điều khiển động cơ một chiều không chổi than

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: MarginBLDC 1.11 Mạch điện tương đương cho mỗi pha ở trạng thái xác lập của động cơ BLDC 22 1.12 Đường đặc tính cơ của động cơ BLDC

Trang 1

Phạm Ngọc Dương

Điều khiển động cơ một chiều không chổi than –

Control Brushless DC motor

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

TS Trần Văn Thịnh

HÀ NỘI – 2010

Trang 2

Formatted: Position: Horizontal:

Center, Relative to: Margin

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC HÌNH 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 10

PHẦN MỞ ĐẦU 11

1 Lý do chọn đề tài 11

2 Lịch sử nghiên cứu 11

3 Mục đích, đối tượng và phạm vi ngiên cứu của luận văn 11

4 Nội dung của luận văn và đóng góp mới của tác giả 11

4.1 Nội dung luận văn 11

4.2 Những đóng góp của tác giả 12

5 Phương pháp ngiên cứu 13

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN ĐỘNG VÀ ĐỘNG CƠ SERVO 14

1.1 Động cơ một chiều không chổi than (BLDC) 14

1.1.1 Phân loại động cơ một chiều không chổi than 14

1.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 15

1.1.3 Bộ điều khiển 19

1.1.4 Các quan hệ và các đặc tính cơ bản của động cơ BLDC 21

1.1.4.1 Mạch điện tương đương và các phương trình 21

1.1.4.2 Đường cong đặc tính cơ của động cơ BLDC 24

1.1.5 Hiệu suất của động cơ 25

1.1.6 So sánh động cơ BLDC với động cơ một chiều có chổi than 25

1.1.7 Ứng dụng 29

1.1.7.1 Máy in Laser 29

1.1.7.2 Đĩa cứng máy tính 31

Deleted: ¶

<sp>Phạm Ngọc Dương – Cao học TBD

khóa 2008 - 2010

cm, Top: 3.5 cm, Bottom: 3 cm

Trang 3

Formatted: Position: Horizontal: Center, Relative to: Margin

1.1.7.3 Một số ứng dụng khác 34

1.2 Động cơ SERVO 34

1.2.1 Cơ chế servo 34

1.2.2 Động cơ servo 37

1.2.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 38

1.2.2.2 Servo và điều biến độ rộng xung 39

1.2.2.3 Vai trò của bộ phân thế 41

1.2.2.4 Các giới hạn quay 41

1.2.2.5 Hệ thống truyền động bánh răng và truyền công suất 42

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN 43

2.1 Điều khiển động cơ dùng cảm biến vị trí 43

2.1.1 Drive đơn cực 43

2.1.2 Drive lưỡng cực 46

2.2 Điều khiển động cơ bằng cách sử dụng sức phản điện động 51

2.2.1 Sơ đồ phát hiện sức phản điện động kinh điển 51

2.2.2 Sơ đồ phát hiện sức phản điện động trực tiếp 54

2.2.3 Mạch điện cải tiến phát hiện sức phản điện động trực tiếp 66

2.2.3.1 Phát hiện sức phản điện động trong lúc PWM on time 67

2.2.3.2 Mạch điện cải tiến cho các ứng dụng tốc độ thấp/điện áp thấp 69

2.2.3.2.1 Tín hiệu sức phản điện động thế hiệu dịch 69

2.2.3.2.2 Mạch điện cải tiến cho các ứng dụng tốc độ thấp 72

2.2.3.2.2.1 PWM bổ sung 72

2.2.3.2.2.2 Mạch đệm trước để có tín hiệu sức phản điện động hiệu thế dịch chính xác 74

2.2.3.2.2.3 Mạch điện cải tiến cho các ứng dụng điện áp cao 78

Deleted: ¶

khóa 2008 - 2010

Trang 4

CHƯƠNG 3 MỞ MÁY ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN

KHÔNG CẢM BIẾN 82

3.1 Đặt vấn đề 82

3.2 Sơ đồ mở máy động cơ 83

3.3 Tiến trình mở máy động cơ 89

CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG 88

4.1 Nguyên lý điều khiển giải trễ dòng điện 88

4.2 Sơ đồ mô phỏng tổng thể động cơ một chiều không chổi than 90

4.3 Khối giải mã tín hiệu Hall (Hall decoder) 91

4.4 Khối điều khiển giải trễ dòng điện 91

4.5 Kết quả mô phỏng 92

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI 97

5.1 Kết luận 97

5.2 Hướng nghiên cứu trong tương lai 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

Phụ lục 1 102

Phụ lục 2 104

Deleted: ¶

khóa 2008 - 2010

Trang 5

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả

nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công

Trang 6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.8 Hình dạng sóng dòng điện,sức điện động pha và tín hiệu sensor vị trí 19

1.10 Mạch điện tương đương tức thời cho mỗi pha của động cơ 21

Deleted: ¶

khóa 2008 - 2010

Trang 7

BLDC

1.11 Mạch điện tương đương cho mỗi pha ở trạng thái xác lập của động cơ BLDC 22

1.12 Đường đặc tính cơ của động cơ BLDC với điện áp nguồn cấp

Vai trò của động cơ trong máy in laser: (bên phải) động cơ một

chiều không chổi than truyền động với một gương đa giác; (ở

trên) cho biết cách quét tia laser như thế nào

29

1.17 Hình 1.17 Động cơ một chiều không chổi than cho một máy in

1.19 Một động cơ BLDC sử dụng cho một ổ đĩa cứng 8 inch 32

1.20 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tọa độ bằng điều khiển động cơ

1.21 Sơ đồ khối cấu trúc hệ điều khiển tọa độ bằng điều khiển động

1.24 Điều khiển vị trí của trục ra của động cơ bằng cách điều biến độ rộng xung 40

Trang 8

2.2 Thứ tự chuyển mạch và sự quay của từ trường stator 45

2.4 Từ trường của Stator trong trạng thái cửa chắn ở hình 2.3,

2.5 Từ trường của stator và roto theo chiều quay thuận chiều kim

2.9 Dòng điện và sức phản điện động pha trong động cơ BLDC 52

2.10

(A) Sơ đồ phát hiện điểm qua 0 của sức phản điện động với

động cơ có điểm trung tính

(B) Sơ đồ phát hiện điểm qua 0 của sức phản điện động với

điểm trung tính ảo

53 2.11 Sức phản điện động nhận biết dựa trên điểm trung tính ảo 53

2.13 PWM thích hợp cho sơ đồ phát hiện sức phản điện trực tiếp 56

2.14 Mạch điện phát hiện sức phản điện động trong khoảng thời gian

2.15 Dạng sóng cơ bản và sóng điều hòa bậc 3

2.16 Hình cận cảnh sóng cơ bản và sóng điều hòa bậc 3

2.17 Dạng sóng cơ bản và sóng điều hòa bậc 3

2.18 Cận cảnh sóng cơ bản và sóng điều hòa bậc 3

Deleted: ¶

khóa 2008 - 2010

Trang 9

2.19 Dạng sóng điện áp đầu cực pha và sức phản điện động 61

2.21 Sơ đồ khối của cell macro điều khiển động cơ

2.22 Driver động cơ BLDC không cảm biến dùng

2.23 Sức phản điện động và điểm qua 0 khi hoạt động ở tốc độ thấp 66

2.24 Sự phát hiện sức phản điện động trong lúc PWM on time 67

2.26 Kết quả mô phỏng của điểm qua 0 của sức phản điện động ở

2.27 Kiểm tra kết quả của điểm qua 0 của sức phản điện động ở tốc

2.30 Một mạch đệm trước cho sự phát hiện điểm qua 0 của sức phản

2.31 Kênh trên cùng là tín hiệu vào mạch đệm;Kênh giữa là tín hiệu

ra từ mạch đệm; kênh dưới cùn: điểm qua 0 được phát hiện 76

2.32 Sự phát hiện điểm qua 0 được cải tiến bằng mạch đệm 76

2.34 Dạng sóng của điện áp đầu cực cuộn dây và điện áp tại chân

2.35 Mạch điện tương đương cho sự phóng và nạp của điện dung ký

Deleted: ¶

khóa 2008 - 2010

Trang 10

2.36 Mạch điện có các hằng số thời gian khác nhau cho sự phóng và

2.37 Kết quả kiểm tra của mạch điện hằng số thời gian khác nhau 81

2.38 Mạch điện phát hiện sức phản điện động cho các ứng dụng điện

Deleted: ¶

khóa 2008 - 2010

Trang 11

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.1 Hoạt động của khóa chuyển mạch, chiều dòng điện và tín

1.2 So sánh giữa động cơ một chiều kinh điển và động cơ BLDC 28

1.3 So sánh động cơ xoay chiều đồng bộ điển hình và động cơ

1.4 Thứ tự chuyển mạch của các Transistor để động cơ quay

1.5 Thứ tự chuyển mạch của các Transistor để động cơ quay

Trang 12

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

- Động cơ một chiều không chổi than (Brushless DC motor – BLDC) ngày càng

được ứng dụng nhiều trong thực tế nhờ các đặc tính ưu việt của chúng so với các động

cơ truyền thống như: hiệu suất cao, không gây tiếng ồn, kết cấu đồng bộ, gọn gàng,

vững chắc, làm việc tin cậy, ít phải bảo dưỡng, sửa chữa, kết cấu động cơ có thể thay

đổi linh hoạt…Do đó, loại động cơ này là một trong những cấu thành quan trọng của

một cơ cấu truyền động, đặc biệt là được sử dụng nhiều trong các nhà máy không

người vận hành, máy công cụ CNC, máy gia công khuôn mẫu, robot, cánh tay máy và

trong các ứng dụng dân dụng…

- Tại Việt Nam việc ứng dụng loại động cơ này còn hạn chế, đặc biệt là trong các

ngành công nghiệp Tính sẵn có và tính phổ biến của các nghiên cứu, các tài liệu về

động cơ còn ít Do vậy, sau thời gian kết thúc các môn học tôi đã lựa chọn đề tài:

luận văn tốt nghiệp của mình

2 Lịch sử nghiên cứu

Cả trong và ngoài nước cũng đã có một số đề tài nghiên cứu về loại động cơ một

chiều không chổi than, tuy nhiên các đề tài chưa mang tính hệ thống hóa và vẫn còn

những vấn đề cần phải tiếp tục nghiên cứu, đặc biệt là vấn đề điều khiển nó để động cơ

một chiều không chổi than ngày càng một hoàn thiện hơn, dễ sử dụng hơn, giá thành

thấp hơn, có độ tin cậy cao hơn…

3 Mục đích, đối tượng và phạm vi ngiên cứu của luận văn

- Mục đích của đề tài là có được cấu tạo tổng quát và các quan hệ cơ bản của động

cơ một chiều không chổi than Các đặc điểm và các phương pháp điều khiển chuyển

mạch động cơ

- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu là động cơ một chiều không chổi than có sức

điện động hình thang và động cơ servo

lines

cm, Line spacing: 1.5 lines

Deleted: uộc sống hành ngày

Deleted: được giao

Deleted: “ Deleted: ”

Deleted: ¶

khóa 2008 - 2010

Trang 13

4 Nội dung của luận văn và đóng góp mới của tác giả

4.1 Nội dung luận văn

Luận văn bao gồm 5 chương:

- Chương 1: Tổng quan về động cơ một chiều không chổi than và động cơ servo

Trong chương này, tác giả cố gắng đưa ra được cấu tạo chung, các quan hệ cơ bản

và phạm vi ứng dụng của động cơ

- Chương 2: Điều khiển động cơ một chiều không chổi than

Trong chương này, tác giả nêu ra các phương pháp điều khiển động cơ một chiều

không chổi than, ưu nhược điểm của mỗi phương pháp và cách hạn chế, khắc phục các

nhược điểm đồng thời cập nhật những thành tựu về công nghệ vi xử lý để đưa ra được

các mạch điều khiển tối ưu nhất, kinh tế nhất cho mỗi phạm vi ứng dụng…

- Chương 3: Mở máy động cơ một chiều không chổi than không cảm biến

Do động cơ một chiều không chổi than không cảm biến không tự nó khởi động

được, trong chương này nêu ra phương pháp mở máy để có được đường đặc tính mở

máy tốt nhất

- Chương 4: Mô phỏng

Trong chương này, tác giả dùng nguyên lý cấu hình giải trễ dòng điện để mô phỏng

động cơ và dùng phần mềm mô phỏng Matlab/Simulink để thực hiện Thông qua kết

quả mô phỏng để làm rõ hơn những phân tích của tác giả trong luận văn

- Chương 5: Kết luận và hướng nghiên cứu trong tương lai

Đưa ra các kết luận và hướng nghiên cứu trong tương lai để hướng nghiên cứu ngày

càng đầy đủ và hoàn thiện hơn

4.2 Những đóng góp của tác giả

- Trong luận văn tác giả đã trình bày có hệ thống các phương pháp điều khiển động

cơ, nêu ra các ưu nhược điểm, hạn chế của mỗi phương pháp và cách khắc phục…

Deleted: ¶

khóa 2008 - 2010

Trang 14

- Phương pháp lấy tín hiệu sức phản điện động trực tiếp, không có điện áp trung

tính động cơ được đề xuất, phân tích và mở rộng, khắc phục các hạn chế của sơ đồ

truyền thống

- Động cơ BLDC không cảm biến không tự nó khởi động được Phương pháp tăng

dần tần số không phù hợp cho tất cả các ứng dụng khác nhau Trong luận văn này, một

phương pháp mở máy với sự giúp đỡ của một máy phát tốc được thiết lập cho ta đường

đặc tính mở máy rất tốt và phù hợp với tất cả các động cơ BLDC không cảm biến

- Đề xuất một số hướng nghiên cứu trong tương lai để động cơ một chiều không

chổi than hoàn thiện hơn

5 Phương pháp ngiên cứu

Để hoàn thành nội dung của luận văn tác giả đã sử dụng các phương pháp nghiên

cứu: thu thập, biên dịch, chỉnh lý và tổng hợp các tài liệu chuyên ngành, mô phỏng và

phân tích các kết quả mô phỏng, thiết lập có hệ thống các nội dung có liên quan đến

động cơ từ cấu tạo đến nguyên lý hoạt động, các phương pháp điều khiển, ưu nhược

điểm và phạm vi ứng dụng của động cơ một chiều không chổi than

Thêm vào đó với sự tận tình giúp đỡ của thày Trần Văn Thịnh cùng các thày cô

trong bộ môn Thiết bị điện – Điện tử tôi đã hoàn thành đầy đủ được các mục đích nêu

ra Tuy nhiên, do điều kiện thời gian và trình độ còn có hạn nên đồ án không thể tránh

được các thiếu sót, kính mong sự đóng góp quý báu của các thày cô và các bạn đồng

nghiệp để đồ án của tôi được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Deleted: Mục đích của đề tài là có được

cấu tạo tổng quát và các quan hệ cơ bản của động cơ một chiều không chổi than Các đặc điểm và các phương pháp điều khiển động cơ.

Trang 15

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

KHÔNG CHỔI THAN ĐỘNG VÀ ĐỘNG CƠ SERVO

1 1 Đ ộng cơ một chiều không chổi than

Động cơ một chiều thông thường có hiệu suất cao và những đặc tính động lực học

tốt Tuy nhiên, hạn chế duy nhất là do nhược điểm của bộ chuyển mạch dùng chổi than

– cổ góp Bộ chuyển mạch này làm việc không tin cậy, hay phải bảo dưỡng sửa chữa,

gây tiếng ồn khi sử dụng và nhất là chúng rất nguy hiểm khi làm việc trong môi trường

dễ cháy nổ do tia lửa điện phát sinh tại bộ phận chuyển mạch… Để khắc phục các

nhược điểm của động cơ một chiều kinh điển người ta tìm cách chế tạo bộ phận chuyển

mạch không tiếp xúc (chuyển mạch điện tử) Do công nghệ điện tử bán dẫn và kỹ thuật

vi xử lý không ngừng phát triển, làm cho xu hướng này ngày càng được ứng dụng phổ

biến nhằm cải thiện và nâng cao ưu điểm của động cơ một chiều kinh điển

1.1.1 Phân loại động cơ một chiều không chổi than

Dựa vào số pha trên stator, ta thấy là động cơ BLDC chủ yếu là ba pha Tuy nhiên,

động cơ BLDC hai pha cũng thường được sử dụng do có cấu trúc và mạch điều khiển

đơn giản

Dựa vào dạng sức phản điện trên cuộn dây stator ta phân ra hai loại động cơ BLDC

chủ yếu: dạng sức điện động hình thang và dạng sức điện động hình sin.Đối với động

cơ dạng hình thang thì sức điện động gây ra trên cuộn dây stato có dạng hình thang và

After: 0 pt, Line spacing: 1.5 lines

Space Before: 0 pt, After: 0 pt, Line spacing: 1.5 lines

line: 0.63 cm, Line spacing: 1.5 lines, Tabs: Not at 2.22 cm

Trang 16

pha của nó cần cung cấp dòng điện để tạo ra momen hoạt động hầu như không có gợn

sóng.Với động cơ hình sin, sức điện động có dạng hình sin và dòng điện pha yêu cầu

momen trơn Hình dạng của sức điện động được xác định bởi hình dạng của nam châm

roto và cách phân bố cuộn dây stator

Động cơ hình sin cần cảm biến vị trí có độ chính xác cao, bởi vị trí rotor phải được

biết ngay tức thời tại mọi thời điểm để tối ưu cho hoạt động của động cơ.Nó cũng yêu

cầu phải tổ hợp nhiều hơn cả về phần cứng và phần mềm kèm theo Động cơ hình

thang lại khá hấp dẫn cho các ứng dụng để đơn giản hóa, rẻ hơn và hiệu suất cao hơn

Phần dưới đây chỉ tập trung miêu tả động cơ một chiều không chổi than có sức điện

động hình thang

1.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Động cơ một chiều không chổi than là một loại của động cơ đồng bộ nam châm

vĩnh cửu, nó sử dụng các bộ phát hiện vị trí và một bộ biến đổi điện tử để điều khiển

dòng điện phần ứng

Động cơ một chiều không chổi than hiện diện trong khá nhiều hệ khác nhau nhưng

động cơ 3 pha là loại thông dụng nhất, tối ưu hiệu suất và giảm gợn sóng momen quay

(trơn)

Rotor nam châm vĩnh cửu

Cuộn dây stator Cảm biển Hall

Auto

Space Before: 0 pt, After: 0 pt, Line spacing: 1.5 lines

Auto

Deleted: BLDC

Deleted:

Deleted: Loại động cơ này cũng đưa ra

sự đồng thuận giữa việc điều khiển chính xác với số thiết bị cần để điều khiển dòng stato.¶

¶

Deleted: ¶

khóa 2008 - 2010

Trang 17

Hình 1.4 biểu diễn mặt cắt ngang của 1 động cơ BLDC.Vị trí phần ứng được phát

hiện nhờ 3 cảm biến Hall được gắn chặt trên trục động cơ

Ta có sơ đồ cấu trúc tổng quát của động cơ BLDC như trên hình 1.5:

• Phần ứng: trên stator giống như stator của động cơ không đồng bộ, thường có 3

cuộn dây nối Y

Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc tổng quát của động cơ BLDC

Bộ biến đổi

điện tử Động cơ Cảm biến vị trí

Nam châm cảm biển Hall

Auto

cm, Space Before: 0 pt, After: 0 pt, Line spacing: 1.5 lines

Trang 18

• Phần cảm: ở rotor,nó có cấu tạo ngược lại với động cơ một chiều bình thường

Rotor thường là nam châm vĩnh cửu

• Bộ biến đổi điện tử thường là các Transistor công suất, làm nhiệm vụ lần lượt

đóng các cuộn dây phần ứng với nguồn điện một chiều để tạo thành sức từ động

quay

• Để điều khiển các Transistor, người ta dùng bộ cảm biến vị trí đặt trên trục của

động cơ

Đối với các động cơ có chổi than, thông thường có sự tiếp xúc cơ khí giữa chổi than

và cổ góp, hình thành nên một mạch điện giữa nguồn điện một chiều và cuộn dây phần

ứng Khi rotor phần ứng xoay thì chổi than sẽ tiếp xúc với các phần khác nhau của cổ

góp Hệ thống cổ góp và chổi than tạo nên một hệ thống chuyển mạch

Trong động cơ một chiều không chổi than, từ trường nam châm điện không dịch

chuyển và phần ứng không chuyển động Điều này làm nảy sinh vấn đề làm sao có thể

đưa dòng điện vào làm roto chuyển động Để có thể làm được điều này, hệ thống chổi

than cổ góp được thay thế bằng một bộ điều khiển điện tử Khối điều khiển này làm

việc giống như cách năng lượng được phân phối trong động cơ có chổi than nhưng sử

dụng các mạch bán dẫn thay cho hệ thống chổi than/cổ góp

Để hiểu rõ hơn bản chất động cơ BLDC ta xem hình 1.6 dưới đây:

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý của động cơ BLDC

Động cơ xoay chiều nam châm vĩnh cửu

Cảm biến vị trí Mạch logic

Trang 19

Như vậy:

Động cơ một chiều không chổi than = động cơ xoay chiều nam châm vĩnh cửu

+ bộ chuyển mạch điện tử

Xét một động cơ BLDC được điều khiển bởi một bộ chuyển mạch 3 pha, được gọi

là sự đảo mạch 6 bước Mỗi pha dẫn trong khoảng thời gian là 1200 điện

Hình 1.7 biểu diễn mặt cắt ngang của động cơ 3 pha nối sao và cách từng pha được

cấp điện Mỗi khoảng bắt đầu khi đường lực từ của Roto và Stato lệch nhau 1200 và kết

thúc khi góc lệch của chúng là 600 Momen lớn nhất bị ảnh hưởng khi đường lực từ là

pháp tuyến

Hình 1.7 Mặt cắt ngang động cơ BLDC và thứ tự được cấp điện

line: 0.63 cm, Space Before: 0 pt, After: 0 pt, Line spacing: 1.5 lines

Not at 2.22 cm

Trang 20

Hoạt động: động cơ BLDC ba pha được điều khiểntrong 2 pha, nghĩa là hai pha mà

tạo ra mômen lớn nhất sẽ được kích hoạt trong khi pha thứ 3 bị ngắt Hai pha đó được

kích hoạt phụ thuộc vào vị trí của roto.Các tín hiệu từ các cảm biến vị trí tạo ra một bộ

ba hằng số mà thay đổi cứ sau mỗi 600 (độ điện) như trên hình 1.8 ( H1, H2 ,H3), tức là

trong 600 điện tiếp theo chỉ có một trạng thái của 1 trong 3 cảm biến H1, H2,H3 bị

thay đổi Hình 1.8 cũng chỉ ra dạng sóng lí tưởng của dòng điện và sức điện động phản

điện

1.1.3 Bộ điều khiển

Do bộ điều khiển phải có mối quan hệ trực tiếp tới góc quay của rotor, bộ điều

khiển thường cần một số các thiết bị để xác định vị trí của rotor Các cảm biến hiệu

Hình 1.8 Hình dạng sóng dòng điện ,sức điện động pha và

tín hiệu sensor vị trí

Auto

Deleted: độ Deleted: vẽ

khóa 2008 - 2010

Trang 21

ứng Hall hoặc các bộ mã hóa góc quay (rotary encoder) để đo trực tiếp vị trí của rotor

Ngoài ra có thể sử dụng hiệu ứngsức phản điện động trong động cơ để xác định vị trí

của rotor mà không cần đến các cảm biến Hall được gọi là bộ điều khiển không cảm

biến “sensorless controllers”

Ta có một bộ chuyển mạch đơn giản như trên hình 1.9:

Bộ chuyển mạch gồm 6 van như trên hình 1.9 Bảng 1.1 biểu diễn hoạt động của

dãy khóa,chiều dòng điện và tín hiệu sensor vị trí

Bảng 1.1: Hoạt động của khóa chuyển mạch, chiều dòng điện và tín hiệu sensor vị

trí

Hình 1.9 Cấu trúc mạch điều khiển động cơ BLDC

Bộ điều khiển

Cảm biến vị trí rotor

Auto

Font color: Auto

Deleted: Khóa ở đây là 1 Transitor 2

cực, tuy nhiên MOSFET thường được sử dụng nhiều hơn.

Deleted: ¶

khóa 2008 - 2010

Trang 22

H1 H2 H3

Đóng chuyển mạch A B C

Thứ tự chuyển mạch pha như sau: AB-AC-BC-BA-CA-CB Mỗi giai đoạn dẫn

được gọi là một bước

1.1.4 Các quan hệ và các đặc tính cơ bản của động cơ BLDC

1.1.4.1 Mạch điện tương đương và các phương trình

Mạch điện tương đương cho mỗi pha được thể hiện ở hình 1.10:

Hình 1.10 Mạch điện tương đương tức thời cho mỗi pha của động cơ BLDC

Formatted Formatted

Formatted

Formatted Formatted Formatted

Formatted

Deleted: ¶

Deleted: ¶ Deleted: ¶ Deleted: ¶ Deleted: ¶ Deleted: ¶ Deleted: ¶

Deleted: ¶ Deleted: ¶

Deleted: ¶

Deleted: ¶ Deleted: 3.1.

[23] [18]

[25] [8]

[26] [19]

[28] [20] [7]

[21] [12]

[36]

[15]

[27]

[37] [16]

[38] [17]

[39] [10]

[40]

[11]

[31]

[41] [32]

[42] [33]

[43] [34] [22]

[44] [45] [4] [5]

Trang 23

Ở trạng thái ổn định, khi u, e có dạng hình sin tần số ω, ta có mạch điện tương

E

Để đạt được năng lượng cơ lớn nhất tại một tốc độ nhất định, thì I và E phải trùng

pha với nhau, điều này cũng làm cho tỷ lệ mô men/cường độ dòng điện (Nm/A) là lớn

nhất Một động cơ BLDC có phản hồi vị trí từ rotor thông qua các cảm biến Hall, các

thiết bị quang học, encoder…để duy trì một góc lệch đặc biệt giữa U và E, do E cùng

pha với vị trí rotor và U được xác định bởi bộ chuyển đổi nguồn cho động cơ Giả thiết

rằng ωL nhỏ hơn R rất nhiều, khi I cùng pha với E, U sẽ trùng pha với E Do vậy, mạch

điện có thể được phân tích sử dụng cường độ của E, U và I như là động cơ một chiều

Nhưng trước hết cần lưu ý rằng, khi E và I đồng pha, năng lượng cơ của động cơ phát

ra (không kể ma sát, sức cản gió, tổn hao trên lõi sắt…) bằng năng lượng điện từ đầu ra

Formatted

Deleted: ¶ Deleted: ¶ Deleted: ¶ Deleted: Với Deleted: ¶

Deleted: ổn định

Deleted: ¶ Deleted: <sp>¶

Deleted: <sp>

Deleted: ¶ Deleted: ¶ Deleted: ¶

Deleted: V

[58] [53]

[64] [63]

[68] [57]

[69] [56]

[70]

[51]

[54]

[65] [52]

[72] [66] [59]

[75]

[62]

[71] [50]

Trang 24

r m r

đt

I m P

M

ω

ωω

Ψ

=

///

//

- /E/, /I/, và /ψm / là biên độ của các đại lượng pha E, I và ψm

Mô men điện từ là:

Formatted

m P M

Deleted: và Deleted:

[82] [84] [85]

[98] [95]

[99]

[81]

[83]

[100] [87]

[101] [88]

[102]

[91]

[96]

[103] [97] [90]

[104] [89]

[105] [86]

[106] [92]

[107] [93]

[108] [94]

Trang 25

đt m m

mp

R p

U

ψψ

=

đt m

m

p m

R p

U

2

) 2 / ( 2

ψ

1.1.4.2 Đặc tính cơ của động cơ BLDC

Giả thiết ωL << R và phản hồi vị trí giữ cho U và E (và do đó I) cùng pha, phương

trình cân bằng điện áp có thể viết đơn giản dưới dạng đại số như sau:

Formatted

m p

U

2 /

[115]

[111]

[113] [110]

[114]

[116] [112]

[117]

Trang 26

1.1.5 Hiệu suất của động cơ:

Hiệu suất được định nghĩa là tỷ số giữa công suất phát ra và công suất đưa vào:

- Pcơ- tổn hao cơ

1.1.6 So sánh động cơ BLDC với động cơ một chiều có chổi than

(cuộn dây)

Stator (nam châm)

Chuyển mạch hiệu ứng Hall Cuộn dây stator

Trục Nam châm

cảm biến Hall

Rotor (nam châm)

Động cơ một chiều có chổi than Động cơ một chiều không chổi than

Formatted

Formatted Formatted Formatted Formatted Formatted

Formatted

[145] [121]

[146]

[137] [135]

[155] [144]

[150] [151]

[130]

[133]

[154]

[141] [142]

[152] [134] [127]

Trang 27

- Động cơ không chổi than có một số ưu điểm hơn so với động cơ một chiều có

vành góp, bao gồm hiệu suất cao hơn, độ tin cậy cao hơn, giảm thiểu nhiễu, và thời

gian làm việc lâu hơn ( không có hao mòn chổi than và cổ góp), tránh được hiện tượng

phóng điện trên cổ góp và giảm thiểu nhiễu từ Với việc không có dây dẫn trên rotor,

không có lực ly tâm xuất hiện bởi vì nam châm điện được bố trí xung quanh stator

Các nam châm cũng được làm mát bởi các vật dẫn làm vỏ máy không đòi hỏi phải có

luồng khí lưu thông trong máy để làm mát Điều này có nghĩa là các linh kiện có thể bố

trí sát nhau hơn và bảo vệ tốt hơn khỏi bụi và các yếu tố bên ngoài Công suất tối đa có

thể cấp cho động cơ không chổi than cao, nó chỉ bị giới hạn do nhiệt tạo ra bởi cuộn

dây (nhiệt có thể làm hỏng các nam châm) Tuy nhiên, nhược điểm chính của động cơ

BLDC là chi phí cao, thường gấp hai lần động cơ một chiều có chổi than cùng công

suất Thêm vào đó, động cơ không chổi than thường đỏi hỏi một bộ điều khiển điện tử

tương đối phức tạp

-Động cơ không chổi than được lựa chọn do có hiệu suất cao hơn so với động cơ

một chiều có chổi than Điều đó có nghĩa là với cùng một công cuất đầu vào, động cơ

không chổi than có thể biến đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ nhiều hơn động

cơ một chiều có chổi than

- Kết cấu của động một chiều không chổi than có thể thay đổi linh hoạt, các động

cơ không chổi than có thể được kết cấu theo các kết cấu vật lý khác nhau Theo cách

thông thường ( lõi bên trong chuyển động) các nam châm vĩnh cửu được cố định trên

phần chuyển động quay, ba cuộn dây stator bao xung quanh rotor Trong trường hơp

khác (vỏ bên ngoài chuyển động) vị trí của nam châm và cuộn dây được hoán đổi

Cuộn dây stator được đặt ở lõi (stator) Với động cơ không chổi than kiểu phẳng, được

sử dụng khi không gian hay hình dáng bị hạn chế, lúc này rotor và stator dạng đĩa,

được lắp đổi mặt với nhau Động cơ có vỏ ngoài chuyển động thường có nhiều cặp

cực, thường đi theo bộ ba để có thể sửa chữa theo từng nhóm 3 cuộn dây và có momen

Formatted

Deleted: ¶

Deleted: ¶ Deleted: ¶ Deleted: <sp>

Deleted: a.

Deleted: (reduction of electromagnetic

interference-EMI)…lạnh …(tổn hao nhiệt xuất hiện trên các cuộn dây đặt ngay trên

vỏ máy) …ỗ

Deleted: sản phẩm gì?????????? cùng

loại

Deleted: trong khi các động cơ có chổi

than thường được điều khiển bởi các biến trở (triết áp hay biến trở điều chỉnh), phương pháp này có hiệu suất không cao

Deleted: b.

Deleted: cân nhắc Deleted: Một Deleted: (kết cấu của vành góp và lực Deleted: Hiệu suất là cao nhất khi

[179] [178]

[180] [171]

[181] [174]

[182] [175]

[184]

[176]

[183]

[185] [177]

[186]

Trang 28

lớn khi quay ở tốc độ thấp Trong tất cả các động cơ một chiều không chổi than, cuộn

dây stator là cố định

-Về cách nối các cuộn dây stator của động cơ BLDC: có hai cách nối các cuộn dây

với nhau (không phải là cách thay đổi vị trí hay hình dáng của cuộn dây) là nối tam

giác và nối sao Đối với động cơ một chiều kinh điển hai đầu của cuộn dây được hàn

với phiến góp trên bộ chuyển mạch cơ khí chổi than – cổ góp

Đối với cách nối tam giác trong động cơ BLDC, các cuộn dây được nối nối tiếp với

nhau theo hình tam giác và năng lượng được cấp lần lượt theo từng cặp một Trong

trường hợp nối sao, các cuộn dây được nối với nhau ở điểm trung tâm và năng lượng

được cấp vào các đầu còn lại

Mặc dù hiệu suất bị ảnh hưởng rất lớn bởi kết cấu của động cơ nhưng việc đấu sao

các cuộn dây thường cho hiệu suất cao hơn Các cuộn dây khi được đấu tam giác cho

phép dòng điện ký sinh có tần số cao chạy trong các cuộn dây Trong khi ở các cuộn

dây đấu sao không tồn tại một vòng kín (làm xuất hiện dòng điện ký sinh) làm giảm

tổn hao

- Đối với mạch điều khiển, cả hai cách đấu dây đều có thể điều khiển theo một

phương pháp

Bảng 1.2 sẽ đưa ra sự so sánh tóm tắt giữa động cơ một chiều kinh điển và động cơ

một chiều không chổi than:

Hình 1.14 Các cách nối các cuộn dây

Deleted: ¶

Deleted: Hình 1.14 Các cách đấu các

Deleted: 2 Deleted: ¶

[190]

[194] [193] [191] [188]

[192] [189]

[195] [187]

[196]

Trang 29

Bảng 1.2: So sánh giữa động cơ một chiều kinh điển và động cơ BLDC

Về cấu tạo Nam châm tạo từ

trường trên stator

Nam châm tạo từ trường trên roto, tương tự như động cơ đồng bộ xoay chiều

Được nối sao hoặc nối tam giác

Phương pháp phát hiện

vị trí của roto

Tự động phát hiện bằng chổi than

Cảm biến Hall, encoder quang,

sức phản điện động… Phương pháp đảo

chiều quay Đảo cực Sắp sếp lại bộ thứ tự logic

Deleted: Phổ biến nhất là 3 pha đấu tam

giác hoặc đấu sao Thông thường ba pha đấu sao có điểm trung tính được nối đất hoặc đấu 4 pha Đơn giản nhất là nối hai pha.

Deleted: Theo vòng, đơn giản nhất là

đấu tam giác

Deleted:

Deleted: BEMF Deleted: SứC PHảN ĐIệN ĐộNG

Deleted: ¶

[197]

[199] [198]

[200]

Trang 30

1.1.7 Ứng dụng:

Động cơ một chiều không chổi có thể được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực sử

dụng động cơ một chiều Giá thành và việc điều khiển phức tạp đã ngăn cản việc thay

thế các động cơ có chổi than bằng động cơ không chổi than trong phần lớn các ứng

dụng phổ biến Tuy nhiên, động cơ một chiều không chổi than lại có ưu thế hơn trong

mộ số lĩnh vực: các tải tiêu thụ trong ổ đĩa cứng, máy CD/DVD, các quạt làm mát

trong máy tính đều sử dụng loại động cơ này, trong các môi trường dễ cháy nổ Các

động cơ không chổi than có tốc độ thấp, công suất nhỏ được sử dụng trong các bộ điều

khiển có khả năng quay Các động cơ không chổi than công suất lớn được sử dụng

trong các phương tiện giao thông dùng điện và các máy công nghiệp Những động cơ

này về bản chất là các các động cơ xoay chiều đồng bộ với rotor là các nam châm vĩnh

cửu

1.1.7.1 Máy in Laser

Ở máy in laser, một gương đa giác được gắn trực tiếp với trục động cơ và tốc độ

của nó được điều khiển chính xác trong phạm vi 5000 đến 40000 vòng/phút Khi một

tia laser cường độ cao tác động vào gương đa giác xoay tia phản xạ sẽ chuyển hướng

theo vị trí của roto tại điểm đó Vì vậy, tia phản xạ có thể được dùng để quét (hình

1.15)

Hình 1.15 Vai trò của động cơ trong máy in laser: (bên phải) động cơ một

chiều không chổi than truyền động với một gương đa giác; (ở trên) cho biết

cách quét tia laser như thế nào

Trống in Tia phản xạ

Tia laser Gương đa giác

Tia laser Tia phản xạ

Deleted: chơi

Deleted: <sp>

Deleted: 5.1.

Deleted: ¶ Deleted: <sp>¶

Trang 31

Vậy, một hình ảnh được tạo ra như thế nào? Chúng ta xem hình 1.16

Nguyên lý của máy in Laser được trình bày như sau:

- Trống của máy in có một lớp dẫn quang điện (như Cds) trên bề mặt, với độ nhạy

quang điện của lớp này sẽ được cộng hưởng với chiều dài sóng của tia laser

Hình ảnh của dữ liệu cần in sẽ được hình thành trên mặt trống bởi tia laser và

sau đó sẽ được phát triển bởi tín hiệu tiếp nhận được

- Hình ảnh được phát triển sau đó được chuyển qua giấy thường và được xác lập

bởi nhiệt độ và áp suất

- Hình ảnh tiểm ẩn được loại bỏ

Một động cơ một chiều không chổi than được thiết kế gần đây cho máy in laser ở

Thấu kính

Laser bán dẫn Kim phun

Bộ xử lý Điện cực rulo Điện cực dương

Rulo cung cấp

giấy

Thiết bị sấy

Formatted

Deleted: ¶

Deleted: n…p Deleted: và các thông số của nó cho Deleted: ¶

[215] [214]

[205] [207] [206]

[225]

[204]

[223]

[208] [209]

[228] [210]

[229] [226]

[230] [227]

[231]

[213]

[224]

[232] [211]

[233]

[212]

[216]

[234] [217]

[235] [218]

[236] [219]

[237] [220]

[238] [221]

[239] [222]

[240]

Trang 32

1.1.7.2 Đĩa cứng máy tính:

Là thiết bị bộ nhớ thứ cấp chính xác của máy tính, đĩa cứng có khả năng lưu trữ

thông tin và khả năng truy cập lớn hơn nhiều so với băng từ hay đĩa mềm Trước đây

động cơ xoay chiều đồng bộ được sử dụng trong ổ mềm và ổ đĩa cứng Tuy nhiên,

động cơ một chiều không chổi than nhỏ hơn và hiệu quả hơn đã phát triển những ứng

dụng của nó và góp phần vào việc thu nhỏ và nâng cao dung lượng của hệ thống máy

Deleted: * A non-inertial load là một tải

được cung cấp bởi việc sử dụng một puli

Deleted: Bảng 4 dưới đây so sánh so

sánh động cơ xoay chiều đồng bộ điển hình và động cơ một chiều không chổi than cho ổ cứng 8 inch.

Trang 33

Ổ đĩa cứng hoạt động như sau: Bề mặt lớp nhôm của đĩa được phủ một màn vật liệu

điện từ Dữ liệu được đọc/viết bằng một đầu từ nối trên khoảng cách 0,5µm từ mặt đĩa

do luồng khí động tạo ra bởi tốc độ quay của đĩa và nó duy trì khoảng cách cố định

Bởi vậy, khi đĩa cứng dừng quay hoặc quay chậm lại, đầu từ có thể hạ xuống chạm vào

bề mặt đĩa và có thể gây hư hại đến lớp từ phủ trên mặt đĩa Để ngăn chặn điều này,

trục động cơ phải thỏa mãn điều kiện nghiêm ngặt khi bắt đầu dừng đĩa

Bảng 1.3 dưới đâyso sánh động cơ xoay chiều đồng bộ điển hình và động cơ một

chiều không chổi than cho ổ cứng 8 inch

Trang 34

Điều chỉnh thời gian

khởi động

độ Sản xuất và giá thành Chế tạo đơn giản giá thành

thấp

Chế tạo phức tạp hơn, nếu sử dụng IC cho mạch điều khiển thì giá thành cũng không quá đắt

Underline

Horizontal: Center, Relative to: Margin

Deleted: ¶

khóa 2008 - 2010

Trang 35

1.1.7.3 Một số ứng dụng khác:

Xe ô tô Honda Civic hybrid sử dụng động cơ không chổi than để cung cấp thêm

năng lượng cho động cơ đốt trong khi cần công suất lớn Nó cũng được dùng khi khởi

động động cơ thay cho phương pháp khởi động truyền thống Các xe hai bánh tự cân

bằng trọng tâm cũng sử dụng công nghệ của động cơ không chổi than

Một số lượng lớn các xe đạp điện sử dụng động cơ một chiều không chổi than (đôi

khi các động cơ này được lắp ngay trên mayơ) với stator được lắp trên trục của bánh xe

và quay cùng với bánh xe) Các xe đạp kiểu này vẫn có hệ thống bàn đạp và đĩa xích để

có thể tự đạp khi có hay không có sự hỗ trợ của động cơ Các hệ thống điều hòa thông

gió hiện tại, đặc biệt là các hệ thống điều hòa có trang bị các hệ thống điều chỉnh tốc độ

và làm việc theo khối modul đều sử dụng các động cơ điện không chổi than với cổ góp

điện tử Thêm vào đó để các động cơ một chiều không chổi than có hiệu suất cao hơn

thường được tích hợp thêm một bộ điều khiển có khả năng lập trình, có khả năng điều

chỉnh hướng gió và truyền tin nối tiếp

Động cơ BLDC cũng được dùng rất phổ biến làm các phần tử chấp hành trong các

hệ truyền động, trong các nhà máy không người vận hành Ví dụ như làm động cơ

bước, động cơ servo…

1.2 Đ ộng cơ SERVO

1.2.1 Cơ ch ế servo:

Cơ chế servo là một hệ thống điều khiển phản hồi có biến điều khiển là vị trí hoặc

chuyển động vật lý Cơ chế servo chính là một hệ thống bám, trong đó sử dụng các

phương tiện khác nhau nhằm giữ đối tượng ở một vị trí tương ứng chặt chẽ với giá trị

đặt chuẩn lối vào

Cơ chế servo thường là một phần của hệ thống khác Hệ điều khiển robot chứa

nhiều các cơ chế servo ứng với mỗi phần chuyển động Máy điều khiển số sử dụng

[244]

Trang 36

servo để chuyển động cho các công cụ Máy ghi sử dụng servo để định vị trí cho đầu

ghi…

Trên hình 2.23 cho ví dụ về cơ chế servo sử dụng động cơ DC để định vị tọa độ

Bộ khuếch đại thuật toán (Op.Amp.) thực hiện so sánh giữa thế đặt và thế phản hồi

(ứng với tọa độ đầu dịch chuyển) Sự sai lệch sẽ được khuếch đại công suất để điều

khiển làm quay động cơ DC Qua hộp số giảm tốc làm quay trục vít để dịch vị trí đầu

dịch chuyển Đồng thời một biến trở gắn ở đầu trục vít là cảm biến vị trí tọa độ sẽ quay

theo, tạo điện thế phản hồi trên lối vào Op.Amp Quá trình quay diễn ra cho đến khi thế

phản hồi bằng với thế đặt Khi đó hệ ở trạng thái cân bằng Như vây, ứng với mỗi thế

đặt, đầu dịch chuyển ở một vị trí tương ứng Trong trường hợp ở hình 1.21, nếu gắn

angten vô tuyến vào trục vít ta có bộ điều khiển angten

Hình 1.2 0 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tọa độ bằng

điều khiển động cơ DC

Khuyếch đại công suất

Đầu dịch chuyển

Biến trở cảm biến tọa độ

Rg

Op.Amp

Rf

-Formatted Formatted

Formatted

Formatted Formatted Formatted Formatted

Deleted: Trên hình 1.21 mô tả ví dụ hệ Deleted: là một

Deleted: khác

Deleted: <sp>

Deleted: 1 Deleted: 3

Deleted: 3 Deleted: ¶

[248] [247]

[256] [255] [257]

[249]

[252]

[264] [253]

[265]

[254]

[263] [262] [260]

[270] [271] [259]

[272] [251]

[273] [266] [258]

[267]

[274] [268]

[275] [269]

[276] [261] [246]

[277] [250]

[278]

Trang 37

Trên hình 1.22 là các hệ tọa độ phức tạp hơn, sử dụng kỹ thuật số, cho phép nhận

sai số định vị nhỏ hơn so với sơ đồ đơn giản ở hình 1.21

Hình 1.2 1 Sơ đồ khối cấu trúc hệ điều khiển tọa độ

bằng điều khiển động cơ DC

Khuyếch đại công suất Giá trị đặt

DC motor

Trục vít

Hộp số giảm tốc

Cảm biến tọa độ

Thu tín hiệu phản hồi

DC motor

Trục vít

Hộp số giảm tốc

Cảm biến tọa độ

Thu tín hiệu phản hồi

Formatted

Formatted Formatted Formatted Formatted

Formatted

Deleted: 2 Deleted: 4

Deleted: <sp><sp>

Deleted: <sp><sp><sp><sp><sp><sp> Deleted: Sơ đồ khối hình 1.24 cho thấy Deleted: ¶

Deleted: 3 Deleted: 5…3 Deleted: ¶

Deleted: ¶ Deleted: ¶

[303] [302]

[309] [286]

[310] [285]

[311]

[290]

[283] [284]

[308] [292]

[314] [304]

[296] [295]

[312]

[317] [313] [297]

[318] [298]

[319] [287]

[320] [288]

[321] [289]

[322] [299]

[323] [291]

[324] [300]

[325]

[301]

[315]

[326] [316]

[327] [293]

[328] [294]

[329]

[305] [306] [282]

[307]

Trang 38

Cảm biến tọa độ thường là encoder quang hoặc thước đo tuyến tính Đó là những

dụng cụ cho giá trị số ứng với tọa độ dịch chuyển Bộ điều khiển sẽ nhận giá trị số tọa

độ, so sánh với giá trị số đặt để xác định sai lệch, thực hiện xử lý sai lệch và qua tầng

công suất để điều khiển động cơ DC quay, làm dịch vị trí đầu dịch chuyển sao cho số

đo tọa độ bằng số đặt

Như vậy, ta thấy không có sự khác nhau về lý thuyết giữa cơ chế servo với hệ thống

điều khiển quá trình theo vòng kín Chúng sử dụng các phần tử toán học giống nhau để

mô tả hệ, và sử dụng cùng phương pháp để phân tích ứng dụng Tuy nhiên, do điều

khiển servo và điều khiển quá trình phát triển độc lập với nhau, mỗi kiểu mở ra những

phương pháp thiết kế khác nhau và những thuật ngữ khác nhau Cơ chế servo thường

ứng dụng cho quá trình tương đối nhanh – hằng số thời gian nhỏ hơn 1s Các thành

phần trong cơ chế servo thường được xác định rõ về mặt toán học, do đó bộ điều khiển

được thiết kế để có các đặc trưng mà cần điều khiển rất ít hoặc không cần điều chỉnh ở

hiện trường Điều khiển quá trình khó xác định hơn về mặt toán học, do đó cần được

điều chỉnh ở hiện trường để nhận đặc trưng tối ưu

1.2.2 Động cơ servo

Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu ra của

động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được

hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay

của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn

Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác

Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiều máy

khác nhau, từ máy tiện điều khiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe

hơi Ứng dụng mới nhất của động cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động

cơ dùng trong mô hình máy bay và xe hơi…

Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là động cơ servo R/C

(radiocontrolled).Trong thực tế, bản thân động cơ servo không phải được điều khiển

Line spacing: 1.5 lines, No bullets or numbering

Deleted: Hệ điều khiển quá trình xử lý

những quá trình chậm hơn – hằng số thời gian khoảng vài giây, vài phút, thậm chí vài giờ

Deleted: servo

Deleted: Động cơ DC và động cơ bước

vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện để động cơ quay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơ bước là động cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận được Việc thiết lập một hệ thống điều khiển để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơ hoặc làm động cơ không quay cũng không dễ dàng Còn

Deleted: đ

Deleted: iếu Deleted:

Deleted: ¶

khóa 2008 - 2010

Trang 39

bằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến trên máy bay hay xe hơi Động cơ

servo nhận tín hiệu từ máy thu này Như vậy có nghĩa là ta không cần phải điều khiển

robot bằng tín hiệu vô tuyến bằng cách sử dụng một động cơ servo, trừ khi ta muốn

thế Ta có thể điều khiển động cơ servo bằng máy tính, một bộ vi xử lý hay thậm chí

một mạch điện tử đơn giản dùng IC 555

Để hiểu rõ hơn về động cơ servo ta sẽ tìm hiểu động cơ servo R/C là gì, sử dụng

chúng trong robot như thế nào Mặc dù còn có nhiều loại động cơ servo khác nhưng

động cơ servo R/C được sử dụng nhiều nhất Để đơn giản ta gọi động cơ servo R/C là

servo

1.2.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

1 Động cơ

2 Board mạch điện tử

3 Dây nguồn dương (đỏ)

4 Dây tín hiệu (vàng hoặc trắng)

5 Dây nối đất hoặc dây nguồn âm (đen)

Hình 1.2 3 Cấu tạo của một động cơ R/C servo

Deleted: Motor Deleted: Electronics Board Deleted: <sp>

Deleted: Positive Power Wire Deleted: Red

Deleted: Signal Wire Deleted: Yellow or White Deleted: Negative or Ground Wire Deleted: Black

Deleted: ¶

khóa 2008 - 2010

Trang 40

10 Chíp điều khiển được tích hợp.

Để quay động cơ, tín hiệu số được gửi tới mạch điều khiển Mạch điều khiển làm

động cơ hoạt động, sự truyền động thông qua chuỗi bánh răng, nối với bộ phân thế Vị

trí trục của bộ phân thế cho biết vị trí trục ra của servo Khi bộ phân thế đạt được vị trí

mong muốn, mạch điều khiển sẽ dừng động cơ

Như ta đã biết, động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn chứ không phải

quay liên tục như động cơ DC hay động cơ bước Mặc dù ta có thể chỉnh động cơ servo

R/C quay liên tục (sẽ trình bày sau) nhưng công dụng chính của động cơ servo là đạt

được góc quay chính xác trong khoảng từ 900 - 1800 Việc điều khiển này có thể ứng

dụng để lái robot, di chuyển các tay máy lên xuống, quay một cảm biến để quét khắp

phòng…

1.2.2.2 Servo và điều biến độ rộng xung:

Trục của động cơ servo R/C được định vị nhờ vào kỹ thuật gọi là điều biến độ rộng

xung (PWM) Trong hệ thống này, servo là đáp ứng của một dãy các xung số ổn định

Cụ thể hơn, mạch điều khiển là đáp ứng của một tín hiệu số có các xung biến đổi từ 1 –

2 ms Các xung này được gởi đi 50 lần/giây Chú ý rằng không phải số xung trong một

giây điều khiển servo mà là chiều dài của các xung Servo đòi hỏi khoảng 30 – 60

xung/giây Nếu số này qúa thấp, độ chính xác và công suất để duy trì servo sẽ giảm

Với độ dài xung 1 ms, servo được điều khiển quay theo một chiều (giả sử là chiều

Line spacing: 1.5 lines, No bullets or numbering

Deleted: Potentiometer Deleted: Output Shaft/Gear Deleted: Servo Attachment Horn Deleted: Wheel

Deleted: Arm Deleted: Servo Case Deleted: Integrated Control Chip Deleted: <sp>

Deleted: ớ Deleted: Tín hiệu này khởi động Deleted: vôn kế

Deleted: của Deleted: vôn kế Deleted: vôn kế Deleted: tắt Deleted: <sp><sp>

[332]

[333] [334]

Định dạng
Số trang	152
Dung lượng	4,42 MB