Tìm hiểu động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu không chổi than. Nêu địa chỉ ứng dụng (Đồ án tốt nghiệp)

Tìm hiểu động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu không chổi than. Nêu địa chỉ ứng dụngTìm hiểu động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu không chổi than. Nêu địa chỉ ứng dụngTìm hiểu động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu không chổi than. Nêu địa chỉ ứng dụngTìm hiểu động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu không chổi than. Nêu địa chỉ ứng dụngTìm hiểu động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu không chổi than. Nêu địa chỉ ứng dụngTìm hiểu động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu không chổi than. Nêu địa chỉ ứng dụngTìm hiểu động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu không chổi than. Nêu địa chỉ ứng dụngTìm hiểu động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu không chổi than. Nêu địa chỉ ứng dụngTìm hiểu động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu không chổi than. Nêu địa chỉ ứng dụng

C ng hoà xã h i ch t Nam

c l p T Do H nh Phúc -o0o -

I H C DÂN L P H I PHÒNG

NHI M V TÀI

1 N i dung và các yêu c u c n gi i quy t trong nhi m v tài t t nghi p (

v lý lu n, th c ti n, các s li u c n tính toán và các b n v )

2 Các s li u c n thi thi t k , tính toán

PH N NH N XÉT TÓM T T C A CÁN B NG D N

ng c i n i dung yêu c ra trong nhi m v t lý lu n th c ti n, tính toán giá tr s d ng, ch ng các b n v )

m c a cán b ng d n

m ghi b ng s và ch )

Cán b ng d n chính

(Ký và ghi rõ h tên)

NH I CH M PH N BI N

TÀI T T NGHI P

tài t t nghi p v các m t thu th p và phân tích s

thuy t minh và b n v , giá tr lý lu n và th c ti tài

m c a cán b ch m ph n bi n

m ghi b ng s và ch )

i ch m ph n bi n

(Ký và ghi rõ h tên)

M C L C

M U 8

2

N M T CHI U KHÔNG CH I THAN (BLDC) 2

1.1 GI I THI U V 2

1.2 C U T 6

1.2.1 C u t o stator c 8

1.2.2 C u t o rotor c 10

1.2.3 C m bi n v trí rotor 11

1.2.4 B ph n chuy n m n t (Electroniccommutator) 15

1.2.5 S c ph ng 15

17

NGUYÊN LÝ HO G PHÁP U KHI 17

2.1 NGUYÊN LÝ HO NG C 17

2.1.1 Nguyên lý ho ng 17

c tính làm vi c c 19

NG VÀ MÔ MEN C BLDC 20

2.2.1 Mô hình toán c 30

ng và mô men 24

ng h c c 29

U KHI N CHUY BLDC 30

u khi d ng c m bi n v trí 30

u khi d ng c m bi n (sensorless control) 43

u khi n t ng vòng khép kín 44

u khi n t 46

47

CÁC H TRUY NG S D NG D NG C A BLDC 47

3.1 CÁC H TH NG TRUY N S D BLDC 47

3.1.1 Truy o chi u (truy ng m t c c tính) 47

o chi u (truy ng hai c c tính) 48

3.2 NG D NG C 49

c h th u khi n chuy ng 49

3.2.2 ng d ng trong giao thông v n t i 50

3.2.3 ng d ng trong mô hình, gi i trí 51

3.2.4 ng d ng làm các thi t b dân d ng, thi t b 52

3.2.5 ng d ng trong các h th i m và thông gió 54

3.2.6 ng d ng trong k thu t công nghi p 55

K T LU N 57

TÀI LI U THAM KH O 58

M U

Ngày nay, khoa h c công ngh ngày càng phát tri n m nh m

ng yêu c t ra trong t t c c Trong công cu c công nghi p

linh ho t, g n nh và hi u su t s n xu t cao M t khác, v i công nghthông tin và công ngh n t phát tri n ngày càng cao và nhu c u con

i nh ng s m ph m s n xu chính xác và

th m m cao

t nhi m nên hi c s d ng r ng rãi nh t là

N M T CHI

C U KHÔNG CH I THAN (BLDC)1.1 GI I THI U V

c s d ng r ng rãi trong các h truy ng công su t nh (vài

Cùng v i s phát tri n c a công ngh n t , công ngh ch t o v t

t vài ch n 100kW Trong công nghi c s d ng r ng rãi trong các h u khi n servo có công su i 10kW.

ng có d ng hình thang này m i là y u t quy nh

m BLDC Thay cho s chuy n m ch dòng ph n

t chi u thông t ng s d ng ch i than-c

c b a dây qu n và s i chi u

i chi u là quá trình bi i dòng m t chi u u và thành dòng xoay

- Hi u su t cao do s d u nên không có

t n hao trên rotor

- Tu i th cao do không có chuy n m

- Không gây nhi u khi ho ng

- N u dùng các lo i nam châm s t t thì d b t hóa, kh

t không cao, d b kh t c tính t c a nam châm b gi

B ng 1.1: ng

Các thông

s so sánh

t chi u không

ch i than

t chi u thông

ng

m c a BLDC so v i

t chi u thông ng

bi n v trí rotor

o chi u dòng kikhí b ng ch i than và c góp

B o trì

R t ít ho c không c n b o

cu n dây ph n c btrí stator cho phép t n nhi t t

ng, t n hao nhi t xu t

hi n c dây qu n stator và rotor Ngoài ra vi c t a nhi t

c tính

BLDC không có ma sát

ch i than làm gi m moment

ch i than c góp, vì v y ít gây nhi

than, c góp

1.2 C U T

chuy n m n t thay cho k t c u c góp-ch chuy n m ch

n c p cho các cu n dây ph n ng Có th g u chuy n

n t chuy n m ch theo v trí rotor.

Vi ng v trí rotor c th c hi n thông qua c m bi n v trí,

h u h t các c m bi n v trí rotor (c c t ) dùng c m bi t

s s d ng c m bi n quang h c M c dù h u h

c s d ng khá ph bi n vì c u t o và m ch truy ng n

1.2.1 C u t o stator c

qu n ph n ng có th là hai pha, ba pha hay nhi ng là dây

ng b , các cu n dây trên stator c c phân b v i m t

u nhau d c theo m t trong c a stator S khác bi t này t o nên s c

ph ng d ng hình thang Tùy thu c vào s cu n dây trên stator ta

dây, hai cu n dây, ba cu

nh m t cách t nhiên do k t c u và s b trí phù h p gi a các c p

bi t trong cách n i li n các b i dây trong cu n dây trên stator mà tên g i c

u này làm cho mô men c

dùng trong các thi t b công nghi p, t ng hóa và các ng d ng công nghi p

1 Rotor có nam châm g n trên b m t lõi

c g n trên b m t lõi rotor K t c u này

trong ph m vi t trung bình và th p

Hình 1.6: Rotor có nam châm g n trên b m t lõi

2 Rotor có nam châm n bên trong lõi

c bi t là v i công su t l i r t ch c ch c s d ng trong các ng d ng t cao

Hình 1.7: t n bên trong lõi

u trên rotor t o ra t ng

ng tâm và phân b u d c theo khe h không khí gi a stator và rotor

D a vào yêu c u v m t ng trong rotor, ch t li u làm nam

d ng, tuy giá thành r t ng th p Khi công ngh phát

công su t l c s n xu t t v t li u h p kim hi m có giá

ng ch c s d ng trong các ng d ng công ngh cao

1.2.3 C m bi n v trí rotor.

c u c góp- ch i than, chuy n m ch c t chi

c u không ch u khi n b n t T c là các cu n dây c a

c, cu n dây c a stator s c c n theo th t

c v trí t thông rotor là r t quan tr

ta bi c cu n dây trên stator ti p theo nào s c c n theo th t

c nh v trí t thông rotor, ta dùng các thi t b c m bi nsau:

- C m bi n Hall

- C m bi n t tr MR (magnetoresistor sensor)

n bên trong stator, ph c (tr c ph ) c

M i khi các c c nam châm c c g n các c m

Hình 1.8: Mô hình ph n t c m bi n Hall

Ur= (Kh.I.B)/d (1.1)

Vi c g n c m bi n Hall trên stator là m t quá trình ph c t p và yêu

c chính xác cao Vi c l p c m bi n Hall trên stator không chính xác s

c g n trên ph n tr c rotor n m ngoài các cu ti n cho vi c hi u ch nh sau này

chi u truy n th ng

trên stator Các c m bi n Hall có th t d ch pha nhau các góc 600

ho c 1200 tùy thu c vào s c D u này, các nhà s n xu t

u ra c a c m bi n Hall ng là lo i open-collector, vì th c n có

n tr treo phía b u khi n N n tr treo thì tín hi u

c không ph i là tín hi u xung vuông mà là tín hi u nhi u

b o s i chi u c n trong dây qu n ph n ng khi rotor

c chi u v n áp c p S c ph ng ph thu c ch

y u vào ba y u t : V n t c góc c a rotor, t ng sinh ra b i nam châm

u và s vòng trong m i cu ng dây trên stator

EMF = E : N là s vòng dây trên m t pha

l là chi u dài rotor

r là bán kính trong c a rotor

là v n t c góc c

ng rotor và s vòng dây stator là h ng

s i Ch có duy nh t v n t c c a rotor là làm thay i s c

stator Khi các c c c a nam châm trên rotor chuy n v trí c m

bi u ra c a c m bi n có m c logic cao ho c th p, tùy thu c vào c c N hay S D a vào t h p các tín hi u logic c a ba c m bi xác

nh trình t và th m chuy n m n gi a các cu n dây pha trên stator

Trong quá trình ho ng, t i th m ch có hai cu n dây pha

m t trong ba tín hi u c m bi i m c logic Trong m t chu kì

n có sáu s chuy n m c logic c a ba c m bi

chuy n m ch này g i là trình t chuy n m c c

BLDC

Hình 2.2: Trình t và th i n chuy n m n

n

m t chi u truy n th ng T c là m i quan h gi a mô men và t là các

ng tuy n tính nên r t thu n ti n u khi n

n

Xu t phát t bi u th c: U = RI + L + E E + RI (2.1)

= (2.3)

c vsau:

quan tr ng vì m i kh o sát và tính toán

b ng lý thuy u d a trên mô hình toán Vì v y mô hình toán là chìa khóa

m ra m i v trong quá trình tính toán thi t k

th c hi n xây d ng mô hình toán thì c n ph

v các thành ph n t n Hình 2.5 là mô hình m n trong

c m La Vì ba cu n dây c t c nh nhau nên t t nhiên s x y

ra hi ng h c m gi a ba cu n dây này v i nhau S h c m gi a các

su n tr cao nên có th b qua dòng c m ng rotor

Hình 2.8: Mô t s t

T thông móc vòng c a cu n dây a1-A1 v i s vòng dây W1 c

Sau khi tích phân:

c a cu n dây a1-A1, a2-A2 hai cu n dây và t

Trên hình 2.11 bi u di n, s ng và mô men c a

Mô men t c th c tính b ng công th c:

Rõ ràng r ng mô men có giá tr i trong c chu k Công su t ra có th c tính b ng công th c:

U KHI N CHUY NG BLDC.

m ba cu n dây n i tam giác và

c n i v i ngu n m t chi u qua b chuy n m n t

s d ng ph n t c m bi n v trí rotor

M n t g m có sáu transistor quang n i v

180o y t i m t th m luôn ch có ba ph n t c chi u sáng và ng v i chúng là ba transistor d i c a

chúng s không d n Màn ch n s c g n vào rotor, khi rotor quay,

ng c a b chuy n m ch này g m có sáu sector

u khi n quay thu n

Sector 1 (hình 2.13):

v trí này PT6, PT1, PT2 c chi u sáng ng v i nó là các transistor T6, T1, T2d n Khi T1d m +E s c n i

c n i v i E

v i E), ia = ip, ic = -ip (ip là dòng trong dây d n, coi dòng ch n cu n

cu n dây ch y v ngu n là âm)

Hình 2.14: Ho ng t i sector 2Lúc này dòng ic n áp, ia= ip, ib= -ip.

5, PT4, PT3sáng , các transistor

Do v y: lúc này ib n th , ic= ip, ia= -ip.Sector 5 (hình 2.18):

3, PT2, PT1 ng các transistor T3, T2, T1thông d n.

Hình 2.18: Ho ng t i sector 6

v i y: ia n th , ib= ip, ic= -ip

chi u quay thu n

gi u khi n quay thu n v i cu n dây n i tam giác

nh b i s c p c c c ng chu k n trên m t chu k

ng s c p c c c a rotor

Hình 2.19: Tín hi u c m bi n Hall, s c ph ng và

dòng n ch quay thu n

Hình 2.25: Ho ng t

m a và b n i v m c n i v i E Dòng ia = 0 vì a

n th , ib= ip, ic= -ip

Các ph n t quang PT1, PT5, PT6 m 1, T5, T6không d n mà các transistor T4, T2, T3l i d n

u khi n dây n i sao theo chi u quay c:

Hình 2.27: Tín hi u c m bi n Hall, s c ph ng và dòng

Hình 2.28: Th t c n các cu ng ch

c

c l i

kh i c a h u khi t chi u nam

khi n làm b u khi n chính, phát xung PWM cho b m PWM IGBT

phát xung PWM cho b u khi n ph i th c hi n công vi c l y tín hi u t c m bi n Hall v vào b ng c m bi n

rezo c a s ng c m ng trên các pha c

ph c t u khi n, giá thành l i cao

ng v trí rotor d a vào th i m qua rezo c a

n áp c m trung tính có th c t giá tr n g n giá tr n áp m t chi u c a ngu n.

Hi u = i*a - iaph u khi n sao cho n m trong ph m vi d i

t i*a, i*b, i*c cho hình 2.33 B u khi n d i tr hi c nghiên

c u và áp d ng r ng rãi

u khi n t PWM.

trên 3.2, c c N (B c) c v trí i di n v i c c l i P2 c a stator, transistor quang PT1 c chi

n c c g c (base) c a transistor T1làm cho T1d n tr ng thái này, c c S

c c N c a rotor làm cho rotor chuy

Khi c c N c a rotor di chuy n v i di n v i c c l i P1 c a stator, lúc này màn ch n g n trên tr cho PT1 ng th i PT2

s di chuy n t P2 sang P3 mà không d ng l i B ng cách l p l i các

3.1.2 Truy n o chi u (truy ng hai c c tính).

ph n c qu n trên stator là ph ng yên nên có th d dàng thay

u c góp-ch i than) b ng b chuy n m n t dùng các bóng

nh ng ph n trên

V b n ch t, chuy n m ch hai c c tính là b ngh c l p có

là các van công su i v i các lo t bé thì các van chuy n m ch có th dùng MOSFET, còn các lo u t l n thì

nh ng kho ng mà van không d c m c song song v i các

u khi n các van bán d n c a chuy n m n t , b u khi n c n nh n tín hi u t c m bi n v m b o s i chi n trong dây qu n trên stator khi rotor quay gi u

c góp-ch i than c t chi u truy n th ng

c s d t và tr c chính trong các ng d ng có th u ch nh ho i t Chúng có

th t o ra mô men xo n cao v ng t t t Ngoài ra, chúng có th

ng trong m t h th n g m có m t ph n t

c s d ng trong các h u khi n servo cho các

nh v ho c u khi n chuy ng m t cách chính xác Trong

3.2.2 ng d ng trong giao thông v n t i.

M t s n s d t chi u u

v i stator g n c nh vào tr c và các c g n vào và quay

H n ch pháp lý cho vi c s d t cháy máy bay mô hình m t s ng xuyên là do kh

CD/DVD, máy in, scan

Qu t làm mát nh trong các thi t b n t c v n hành b ng

c s d ng trong h p quay s tr c ti p cho các b n ghi âm thanh

t ph n c a qu t làm mát máy tính

c g b

Hình 3.7: Vai trò c

3.2.5 ng d ng trong các h th i m và thông gió.

ng trong ngành công nghi p n l nh và nhi t là s d ng các

t chi u không ch i than thay vì các lo i

3.2.6 ng d ng trong k thu t công nghi p.

Vi c áp d t chi u không ch i than trong k thu t công nghi p ch y u t c k thu t s n xu t ho c thi t k t

ng hóa công nghi p Trong s n xu y u s d ng cho h th ng ki m soát chuy nh v ho c kh ng

i than r ng cho các ng d ng s n xu t vì

m công su c tính mô men xo n t cao, ph m vi t

r ng và ít ph i b o trì Các ng d ng ph bi n c a lo

c s d ng trong các ng d nh

m t công c cho quá trình s n xu t, ch ng h

ng tuy n tính

chuy ng tuy n tính mà không c n m t h th ng truy n c Các h

th ng truy n d n có nh m là ph n ng kém và gi chính

m m t stator slotted v và m t b

n ng là m t d ng khác c a thi t k n tính ho t

K T LU N

Sau kho ng th i gian th c hi tài t t nghi p, v i s

c a các gi ng viên trong khoa và b n bè cùng l

thành khá t t tài t t nghi p c a mình tài t t nghi

s c

c a các th y cô, b n bè trong l em có th th c hi tài

TÀI LI U THAM KH O

1 GS.TSKH Thân Ng c Hoàn TS Nguy n Tr ng Th ng (2016),

b xoay chi u ba pha, Nhà xu t b n khoa h c k thu t.

4 4853 IEMS, Chapter 12 Bruhsless DC motor.

5 Brushless DC electric motor, <https://en.wikipedia.org

/wiki/Brushless_DC_electric_motor#Applications>