Điều khiển hệ truyền động điện dùng sensor có độ phân giải thấp

Điều khiển hệ truyền động điện dùng sensor có độ phân giải thấp Điều khiển hệ truyền động điện dùng sensor có độ phân giải thấp Điều khiển hệ truyền động điện dùng sensor có độ phân giải thấp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

******************

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN DÙNG SENSOR

CÓ ĐỘ PHÂN GIẢI THẤP

NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP

MÃ SỐ:

NGHIÊM XUÂN TOÀN

Người hướng dẫn khoa học

TS TẠ CAO MINH

Hà Nội - 2008

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

MỤC LỤC

MỤC LỤC ………1

LỜI NÓI ĐẦU ……….4

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ SENSOR TỐC ĐỘ VÀ PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG TỐC ĐỘ ……… 6

1.1 Giới thiệu chung về sensor tốc độ ……… 6

1.1.1 Giới thiệu chung ……… 6

1.1.2 Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder, LED và lỗ ……… 7

1.2 Các phương pháp tính toán tốc độ trực tiếp ……… 7

1.2.1 Phương pháp chênh lệch số ……… 8

1.2.2 Đếm xung đồng hồ giữa các xung Encoder ……… 9

1.2.3 Sự kết hợp hai phương pháp……… 10

CHƯƠNG II ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN……….12

2.1 Giới thiệu chung về động cơ một chiều không chổi than……….12

2.1.1 Giới thiệu chung……… 12

2.1.2 Cấu trúc chung của động cơ một chiều không chổi than……… 13

2.1.2.1 Cấu trúc cơ bản của động cơ một chiều dùng chổi than……… 24

2.1.2.2 Cấu trúc của động cơ một chiều không chổi than….………… 15

1.Stator……….15

2.Rotor……… 15

3.Các cảm biến Hall……….17

4.Chuyển mạch điện tử………19

2.1.3 Một số đặc điểm về điện của động cơ BLDC……… 20

2.1.3.1 Thứ tự chuyển mạch……….20

2.1.3.2 Đặc tính cơ của dộng cơ BLDC……… 25

2.1.3.3 Sức phản điện động – Back EMF……….26

2.2 Lựa chọn động cơ cho các ứng dụng………27

2.2.1 Yêu cầu về momen lớn nhất – MP………27

2.2.2 Yêu cầu về momen trung bình – MRMS……….27

2.2.3 Dải điều chỉnh tốc độ………28

2.3 So sánh động cơ BLDC với một số loại động cơ khác……….29

CHƯƠNG III MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN……… ………….32

3.1 Các mô tả toán học của động cơ một chiều không chổi than……… 32

3.1.1 Mô hình toán học……….32

3.1.2 Momen điện từ……….34

3.1.3 Phương trình động học của động cơ BLDC……….35

3.2 Xây dựng phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều không chổi than.….… ……… 35

3.3 Sơ đồ cấu trúc của động cơ BLDC……… 37

CHƯƠNG IV TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN………39

4.1 Mô hình hệ thống điều khiển động cơ BLDC……… 39

4.1.1 Mô hình 1 pha của động cơ một chiều không chổi than……… 39

4.1.2 Mô hình hệ thống điều khiển 1 pha động cơ BLDC……….41

4.2 Tổng hợp các bộ điều chỉnh của động cơ BLDC……… 41

4.2.1 Hàm truyền đạt của các khối chức năng trong mô hình hệ điều khiển 43

4.2.1.1 Khối bộ biến đổi……… 43

4.2.1.2 Khâu đo dòng điện – phản hồi dòng……….44

4.2.1.3 Khâu đo tốc độ - phản hồi tốc độ……….44

4.2.3 Tổng hợp mạch vòng tốc độ……….47

4.3 Bộ chuyển đổi góc quay của động cơ……… 49

CHƯƠNG V XÂY DỰNG BỘ QUAN SÁT TỐC ĐỘ CHO ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG… ……… 50

5.1 Phương pháp ước lượng tốc độ dùng sensor tốc độ có độ phân giải thấp….50 5.1.1 Giới thiệu chung về phương pháp……….50

5.1.2 Nguyên tắc hoạt động……… 53

5.2 Xây dựng bộ quan sát tốc độ liên tục………57

5.3 Mô phỏng với đáp ứng dạng nhảy cấp cho hệ thống điều chỉnh………… 62

5.3.1 Mô phỏng hoạt động dùng Encoder (độ phân giải 256)…… …….65

5.3.2 Mô phỏng hoạt động dùng cảm biến biến Hall……….69

KẾT LUẬN……….75

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… 76

PHỤ LỤC…….……… 77

Abstract:

According to recent developments in digital signal processor (DSP) technology, high frequency DSPs are widely use as controller in various system Conversely, low-resolution encoders are still widely used, especially for traction system, such as rolling stocks, electric vehicles, etc The accuracy remarkably degrades at low speed, where the encoder pulses cannot be detected at every control period The mentioned problems can be generally said that the controlling speed is faster than the sensing speed

To solve this problem, a Instantaneous Speed Observer with dual sampling rates has been proposed to estimate the information between encoder’s pulses The principle of the Instantaneous Speed Observer is to estimate the state variables at every sampling period and to correct the error of estimation when an encoder pulse, which contains actual value, is detected

Brushless DC Motor is one kind of permanent magnet synchronous motor, having permanets on the rotor and trapezoidal shape back EMF These Brushless

DC Motor are generally controlled using a three-phase inverter, requiring a rotor position sensor for starting and for providing the proper commutation sequence

to control the inverter These position sensors can be Hall sensors, resolvers, or absolute position sensors

This Master thesis use Instantaneous Speed Observer to control Brushless

DC Motor Simulation is executed and experimental control circuits are also given

Luận văn “Điều khiển hệ truyền động điện dùng sensor có độ phân giải thấp” có tổng cộng 5 chương

Trong chương đầu tiên, luận văn đề cập đến sensor tốc độ và các phương pháp ước lượng tốc độ

Trong chương 2, luận văn trình bày về cấu trúc cơ bản của đối tượng điều khiển là động cơ một chiều không chổi than, tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của cảm biến Hall và so sánh động cơ một chiều không chổi than với các loại động

cơ khác

Trong chương 3, luận văn trình bày về mô hình toán học và xây dựng sơ

đồ cấu trúc của động cơ một chiều không chổi than

Trong chương 4, luận văn trình bày về mô hình hệ thống điều khiển và tổng hợp các bộ điều chỉnh hệ truyền động động cơ một chiều không chổi than Trong chương 5, luận văn sử dụng các kết quả đạt được trong 4 chương đầu để xây dựng mô hình mô phỏng hoạt động của động cơ một chiều không chổi than Trong chương này đã xây dựng được bộ quan sát tốc độ liên tục để xác định tốc độ động cơ chính xác hơn

Trong thời gian tới, tác giả luận văn sẽ tiếp tục nghiên cứu, để hoàn thiện hơn nữa hệ thống điều khiển khiển động cơ một chiều không chổi than sử dụng

bộ quan sát tốc độ liên tục

Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp “ Điều khiển hệ truyền động điện dùng sensor có độ phân giải thấp ” là do tôi tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo TS Tạ Cao Minh, Bộ môn Tự động hóa XNCN – Đại học Bách Khoa

Hà Nội Các số liệu và kết quả trong luận văn hoàn toàn trung thực

Học viên

MỤC LỤC

MỤC LỤC ………1

LỜI NÓI ĐẦU ……….4

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ SENSOR TỐC ĐỘ VÀ PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG TỐC ĐỘ ……… 6

1.1 Giới thiệu chung về sensor tốc độ ……… 6

1.1.1 Giới thiệu chung ……… 6

1.1.2 Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder, LED và lỗ ……… 7

1.2 Các phương pháp tính toán tốc độ trực tiếp ……… 7

1.2.1 Phương pháp chênh lệch số ……… 8

1.2.2 Đếm xung đồng hồ giữa các xung Encoder ……… 9

1.2.3 Sự kết hợp hai phương pháp……… 10

CHƯƠNG II ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN……….12

2.1 Giới thiệu chung về động cơ một chiều không chổi than……….12

2.1.1 Giới thiệu chung……… 12

2.1.2 Cấu trúc chung của động cơ một chiều không chổi than……… 13

2.1.2.1 Cấu trúc cơ bản của động cơ một chiều dùng chổi than……… 24

2.1.2.2 Cấu trúc của động cơ một chiều không chổi than….………… 15

1.Stator……….15

2.Rotor……… 15

3.Các cảm biến Hall……….17

4.Chuyển mạch điện tử………19

2.1.3 Một số đặc điểm về điện của động cơ BLDC……… 20

2.1.3.1 Thứ tự chuyển mạch……….20

2.1.3.2 Đặc tính cơ của dộng cơ BLDC……… 25

2.1.3.3 Sức phản điện động – Back EMF……….26

2.2 Lựa chọn động cơ cho các ứng dụng………27

2.2.1 Yêu cầu về momen lớn nhất – MP………27

2.2.2 Yêu cầu về momen trung bình – MRMS……….27

2.2.3 Dải điều chỉnh tốc độ………28

2.3 So sánh động cơ BLDC với một số loại động cơ khác……….29

CHƯƠNG III MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN……… ………….32

3.1 Các mô tả toán học của động cơ một chiều không chổi than……… 32

3.1.1 Mô hình toán học……….32

3.1.2 Momen điện từ……….34

3.1.3 Phương trình động học của động cơ BLDC……….35

3.2 Xây dựng phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều không chổi than.….… ……… 35

3.3 Sơ đồ cấu trúc của động cơ BLDC……… 37

CHƯƠNG IV TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN………39

4.1 Mô hình hệ thống điều khiển động cơ BLDC……… 39

4.1.1 Mô hình 1 pha của động cơ một chiều không chổi than……… 39

4.1.2 Mô hình hệ thống điều khiển 1 pha động cơ BLDC……….41

4.2 Tổng hợp các bộ điều chỉnh của động cơ BLDC……… 41

4.2.1 Hàm truyền đạt của các khối chức năng trong mô hình hệ điều khiển 43

4.2.1.1 Khối bộ biến đổi……… 43

4.2.1.2 Khâu đo dòng điện – phản hồi dòng……….44

4.2.1.3 Khâu đo tốc độ - phản hồi tốc độ……….44

4.2.3 Tổng hợp mạch vòng tốc độ……….47

4.3 Bộ chuyển đổi góc quay của động cơ……… 49

CHƯƠNG V XÂY DỰNG BỘ QUAN SÁT TỐC ĐỘ CHO ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG… ……… 50

5.1 Phương pháp ước lượng tốc độ dùng sensor tốc độ có độ phân giải thấp….50 5.1.1 Giới thiệu chung về phương pháp……….50

5.1.2 Nguyên tắc hoạt động……… 53

5.2 Xây dựng bộ quan sát tốc độ liên tục………57

5.3 Mô phỏng với đáp ứng dạng nhảy cấp cho hệ thống điều chỉnh………… 62

5.3.1 Mô phỏng hoạt động dùng Encoder (độ phân giải 256)…… …….65

5.3.2 Mô phỏng hoạt động dùng cảm biến biến Hall……….69

KẾT LUẬN……….75

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……… 76

PHỤ LỤC…….……… 77

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nhiều năm trở lại đây, sự phát triển của các lĩnh vực công nghiệp,

tự động hóa đã kéo theo hệ quả là ngành điều khiển cũng phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là điều khiển chính xác Mỗi phương pháp điều khiển đều có ưu nhược điểm riêng, và có các lĩnh vực ứng dụng khác nhau Luận văn này đề cập đến phương pháp điều khiển dùng sensor có độ phân giải thấp và ứng dụng phương pháp này cho việc điều khiển động cơ một chiều không chổi than với việc coi các cảm biến Hall gắn trong động cơ như là một encoder có độ phân giải thấp Phương pháp điều khiển truyền động dùng sensor tốc độ có độ phân giải thấp có rất nhiều ưu điểm đặc biệt là trong trường hợp phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng Tuy nhiên, phương pháp này cũng tồn tại một nhược điểm lớn là rất khó xác định được tốc độ chính xác của động cơ trong khoảng thời gian giữa hai xung liên tiếp Vì vậy, yêu cầu bức thiết đặt ra là phải giải quyết được vấn đề này

Luận văn bao gồm các nội dung chính được chia làm 5 chương như sau:

- Chương I: Tổng quan về sensor tốc độ và phương pháp ước lượng tốc độ

- Chương II: Động cơ một chiều không chổi than

- Chương III: Mô hình toán học và đặc tính cơ của động cơ một chiều không chổi than

- Chương IV: Tổng hợp các bộ điều chỉnh hệ truyền động động cơ một chiều không chổi than

- Chương V: Xây dựng bộ quan sát tốc độ cho động cơ một chiều không chổi than và mô phỏng hệ thống

Tác giả xin trân trọng cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của Thầy giáo Tiến sĩ Tạ Cao Minh – Bộ môn Tự động hóa XNCN – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô giáo trong Bộ môn Tự động hóa XNCN – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu của tác giả Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong công tác nghiên cứu nhưng kết quả vẫn còn nhiều hạn chế do thời gian nghiên cứu có hạn, việc tìm kiếm các tài liệu liên quan còn khó khăn Tác giả xin trân trọng cảm ơn mọi ý kiến đóng góp của các Thầy Cô cùng bạn bè đồng nghiệp để đề tài nghiên cứu được hoàn thiện hơn

Hà nội, ngày 10 tháng 11 năm 2008

Học viên

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ SENSOR TỐC ĐỘ VÀ PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG

TỐC ĐỘ 1.1 Giới thiệu chung về sensor tốc độ

1.1.1 Giới thiệu chung

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, các phương pháp điều khiển truyền động cũng phát triển không ngừng với độ chính xác ngày càng cao Một trong các phương pháp tăng độ chính xác là dùng Sensor tốc độ hay Encoder

Mục đích của Encoder là dùng để quản lý vị trí góc của một đĩa quay, đĩa quay có thể là bánh xe, trục động cơ, hoặc bất kì một thiết bị nào cần xác định vị trí góc

Encoder được chia làm hai loại, absolute encoder và increment encoder Nếu dịch sát nghĩa, absolute encoder nghĩa là encoder tuyệt đối, tín hiệu nhận được chỉ rõ ràng vị trí của encoder, chúng ta không cần xử lý gì thêm cũng biết được chính xác vị trí của encoder

Còn incremental encoder là loại encoder chỉ có 1, 2 hoặc tối đa là 3 vòng

lỗ Ta hình dung như sau, nếu bây giờ đục một lỗ trên một cái đĩa quay thì cứ mỗi lần đĩa quay 1 vòng, ta sẽ nhận được tín hiệu và đã biết đĩa quay một vòng Nếu bây giờ nhiều lỗ hơn ta sẽ có được thông tin chi tiết hơn, có nghĩa là đĩa quay 1/4 vòng, 1/8 vòng hoặc 1/n vòng, tùy theo số lỗ nằm trên incremental encoder

1.1.2 Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder, LED và lỗ

Nguyên lý cơ bản của thiết bị là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục, trên đĩa có các lỗ (rãnh) Một đèn Led được dùng để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ (rãnh), ánh sáng của đèn Led không xuyên qua được, chỗ có lỗ, ánh sáng của đèn Led chiếu xuyên qua Phía bên kia của đĩa, có một thiết bị thu Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, ta có thể ghi nhận được đèn Led có chiếu qua lỗ hay không

Khi trục quay, giả sử trên đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, cứ mỗi lần con mắt thu nhận được tín hiệu đèn Led, thì có nghĩa là đĩa quay được một vòng

Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động của encoder

1.2 Các phương pháp tính toán tốc độ trực tiếp

Thông tin nhận được từ encoder là các xung, nó chứa thông tin về góc và

vị trí Một cách đơn giản để ước lượng tốc độ từ encoder là chia góc và vị trí đạt được cho các khoảng thời gian tương ứng Kiểu tính toán trực tiếp này có thể được chia thành ba phương pháp, đó là:

- phương pháp chênh lệch số (đếm số xung encoder tăng lên)

- đếm số xung đồng hồ giữa các xung

- sự kết hợp của hai phương pháp trên

1( ) ( 1)

độ phân giải của encoder tính bằng radian Chú ý rằng, trong nhiều trường hợp,

nó bắt đầu đếm xung khi xung đầu tiên được phát ra, như được chỉ ra trên hình 1.3 Điều này có nghĩa là thời gian thực tế giữa khoảng đếm và xung đầu

minh họa trên hình 1.4 Sự hạn chế của sự phối hợp này chính là bị giới hạn bởi

độ phân giải tốc độ tăng, nó có thể được tính bằng :

res res pp

Hình 1.4 Ước lượng tốc độ bằng phương pháp chênh lệch số

1.2.2 Đếm xung đồng hồ giữa các xung Encoder

Một cách thích hợp hơn để tăng độ phân giải tốc độ là ước lượng bằng cách đếm số xung đồng hồ giữa các xung encoder, như m3 trên hình 1.3 Phương pháp này thường được thực hiện tại tốc độ thấp Nó sử dụng độ phân giải thời gian tương đối cao của xung đồng hồ của bộ vi xử lý (khoảng 25-100ns) Đồ thị của phương pháp này được trình bày trên hình 1.5 Sự thực hiện của phương pháp này được đưa bởi :

3

ˆ

res cp

Chú ý rằng độ phân giải tốc độ cho kĩ thuật này không dựa trên khoảng thời gian lấy mẫu điều khiển của máy tính, Tc , nhưng nó dựa trên tốc độ hiện thời Bởi vậy, cho tốc độ thấp, độ phân giải được tăng lên một cách đáng kể do

số xung đồng hồ xuất hiện giữa các xung rất lớn

Ngược lại, phương pháp này bị giới hạn tại tốc độ cao Tuy nhiên, mặc dù

độ phân giải tại tốc độ thấp được tăng lên, khoảng thời gian trễ là không thể

tránh khỏi, do tính toán tốc độ là giá trị trung bình của các giá trị trước đó

Hình 1.5 Phương pháp đếm xung đồng hồ

1.2.3 Sự kết hợp hai phương pháp

Ý tưởng của phương pháp là duy trì độ phân giải trong toàn giải tốc độ bằng cách kết hợp ưu điểm của hai phương pháp trên Tốc độ có thể tính toán bằng biểu thức sau:

1 2

Độ phân giải có thể đạt được khi xung đồng hồ thay đổi, đó là

1.3, nếu khoảng thời gian giữa hai xung liên tiếp lớn hơn Tc, m1 trở thành một và

m2 trở thành m3 Bởi vậy, (1.7) trở thành (1.5), chỉ ra độ phân giải tốc độ chính xác tại tốc độ thấp Nói cách khác, tại tốc độ cao sự chênh lệch giữa Tc và Td là rất nhỏ và (1.6) gần đúng là (1.1) Tốc độ tính toán bởi vậy gần như giống như trong phương pháp chênh lệch số, nó cung cấp tốc độ chính xác tại tốc độ cao Tuy nhiên, giống như trường hợp trước đó, tính toán tốc độ là giá trị trung bình của các giá trị trước đó, thời gian trễ là không thể tránh khỏi

Kết luận:

Chương 1 trình bày sơ lược về sensor tốc độ và các phương pháp tính toán tốc độ trực tiếp Có thể thấy các phương pháp đưa ra đều tồn tại nhược điểm là khó xác định chính xác tốc độ động cơ khi dùng sensor tốc độ có độ phân giải thấp Yêu cầu đặt ra là xây dựng bộ quan sát tốc độ liên tục nhằm ước lượng chính xác hơn tốc độ động cơ khi dùng Encoder có độ phân giải thấp

CHƯƠNG II ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN

Ở chương trước, một số phương pháp ước lượng tốc độ động cơ đã được

đề xuất Chương số 2 sẽ tìm hiểu về cấu trúc của động cơ một chiều không chổi than, các đặc tính điện và cơ So sánh động cơ một chiều không chổi than với một số loại động cơ khác Tìm hiểu hoạt động của cảm biến Hall được gắn trên động cơ nhằm ứng dụng chúng như là một Encoder có độ phân giải thấp phục vụ cho quá trình điều khiển ở các chương sau

2.1 Giới thiệu chung về động cơ một chiều không chổi than

2.1.1 Giới thiệu chung

Việc chế tạo động cơ hiện nay đã trở thành một ngành công nghiệp phát triển Các thế hệ động cơ được sản xuất ra ngày càng đa dạng về kích cỡ, hình dáng, chủng loại với những tính năng đặc biệt trong khi giá thành lại giảm khiến cho sản phẩm này được tiêu thụ rất mạnh Trước đây, động cơ thường được biết đến với hai loại chủ yếu là động cơ một chiều và động cơ xoay chiều ( động cơ xoay chiều không đồng bộ và động cơ xoay chiều đồng bộ ) Tuy nhiên, sau khi động cơ một chiều không chổi than ra đời thì dường như ranh giới này đang trở nên mờ nhạt

Động cơ một chiều không chổi than – Brushless DC Motor ( viết tắt là BLDC Motor, hay là động cơ BLDC ) là một loại động cơ đồng bộ nhưng lại có những đặc điểm rất giống với động cơ một chiều, thậm chí, nó được thiết kế để

có những đặc tính giống như động cơ một chiều nhưng lại không có những giới hạn do sự chuyển mạch của chổi than Đây là loại động cơ được sử dụng nhiều trong công nghiệp như trong các thiết bị, dụng cụ, các lĩnh vực tự động, kỹ thuật hàng không vũ trụ, tiêu dùng, y tế, thiết bị tự động hóa công nghiệp và các thiết

bị đo đạc Động cơ BLDC có các ưu điểm như sau:

- Đặc tính cơ tốt hơn Dạng đặc tính cơ giống của động cơ một chiều thông thường nhưng động cơ BLDC có mômen khởi động cao và tốc

độ không tải lớn hơn

có thể hoạt động trong môi trường dễ cháy nổ

- Động cơ này không gây ra tiếng ồn do chổi than nên nó là một trong những lựa chọn hàng đầu trong các hàng hóa tiêu dùng và các lĩnh vực liên quan đến môi trường

- Dải tốc độ rộng Ở vùng tốc độ cao, động cơ một chiều thường bị giới hạn ở mốc 10.000 vòng/phút trong khi động cơ BLDC có thể đạt tốc

độ 100.000 vòng /phút

- Thêm vào đó, tỷ số giữa momen và kích thước của động cơ khá lớn Điều này làm cho động cơ một chiều không chổi than rất hữu ích trong các ứng dụng đòi hỏi cao về trọng lượng và không gian

Tuy nhiên, động cơ BLDC cũng tồn tại 2 nhược điểm lớn mà cho đến nay vẫn còn nhiều đề tài nghiên cứu để tìm biện pháp khắc phục:

- Đặc tính momen bị nhấp nhô trong quá trình chuyển mạch của các van

- Khó khăn trong việc điều khiển động cơ ở vùng tốc độ cao trên định mức

2.1.2 Cấu trúc chung của động cơ một chiều không chổi than

Việc phân tích cấu trúc của động cơ BLDC sẽ được thực hiện thông qua việc so sánh nó với động cơ một chiều sử dụng chổi than truyền thống

2.1.2.1 Cấu trúc cơ bản của động cơ một chiều dùng chổi than

Động cơ một chiều dùng chổi than đơn giản bao gồm Rotor là một cuộn dây quay trong từ trường tạo ra bởi Stator là một cặp nam châm điện Việc chuyển mạch trong cuộn dây được thể hiện trong hình 2.1

Khi cuộn dây được cấp

điện, một từ trường

xuất hiện xung quanh

rotor Phía bên trái của

rotor bị đẩy ra xa cực

từ bên trái tạo ra

chuyển động quay sang

phải

Rotor tiếp tục quay Khi trục cuộn dây

rotor quay đến vị trí nằm ngang, bộ chuyển mạch cơ khí đảo chiều dòng điện

do đó mà đảo chiều

từ trường Quá trình quay tiếp tục

Hình 2.1 Hoạt động của động cơ một chiều dùng chổi than

Theo như trên hình 2.1, khi có một dòng điện chạy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt non, cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện lại bị tác động một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming Các lực này gây ra tác động quay lên cuộn dây và làm cho rotor quay Để làm cho rotor quay liên tục và đúng chiều, một bộ

cổ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu kỳ Vấn đề xảy ra khi trục của cuộn dây song song với các đường sức từ trường ( nằm ngang ) Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 900 so với phương ban đầu của nó Khi đó rotor sẽ quay theo quán tính Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều quận dây nối ra nhiều phiến góp Nhờ vậy, dòng điện và lực quay trở nên liên tục và hầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của rotor

Một nhược điểm lớn của động cơ này là việc sử dụng chổi than gây ra tiếng ồn lớn và phải bảo dưỡng định kỳ do chổi than bị mòn trong quá trình sử dụng

2.1.2.2 Cấu trúc của động cơ một chiều không chổi than

Động cơ BLDC thay vì dùng chuyển mạch cơ khí như trong động cơ điện một chiều dùng chổi than, nó sử dụng bộ điều khiển chuyển mạch điện tử Về mặt cấu trúc, động cơ BLDC có cấu tạo hoàn toàn ngược lại so với động cơ một chiều thông thường Rotor lúc này không còn là cuộn dây mà là một hoặc một số cặp nam châm còn Stator được cấu tạo bởi nhiều cuộn dây

1.Stator

Stator của động cơ BLDC 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 trúc stator của động cơ BLDC cũng giống như cấu trúc của các động cơ cảm ứng khác Tuy nhiên, các búi dây được phân bố theo cách khác Hầu hết tất cả các động cơ một chiều không chổi than có 3 cuộn dây đấu với nhau theo hình sao Mỗi cuộn dây được cấu tạo bởi một số lượng các búi dây nối liền với nhau Các búi dây được đặt trong các khe và chúng được nối liền nhau để tạo nên một cuộn dây Mỗi một trong các cuộn dây được phân bố trên chu vi của stator theo trình tự thích hợp để tạo nên một số chẵn các cực

Sự khác nhau trong cách nối liền các búi dây trong cuộn dây stator tạo nên

sự khác nhau của hình dáng sức phản điện động ( Back Electromotive Force – Back EMF) Động cơ BLDC có hai dạng sức phản điện động là dạng hình sin và dạng hình thang Điều này làm cho momen của động cơ hình sin phẳng hơn nhưng đắt hơn vì phải có thêm các búi dây mắc liên tục

Động cơ một chiều không chổi than thường có các cấu hình 1 pha, 2 pha

và 3 pha Tương ứng với các loại đó thì stator có số cuộn dây là 1, 2 và 3

Phụ thuộc vào khả năng cấp công suất điều khiển, có thể chọn động cơ theo tỷ lệ điện áp Động cơ nhỏ hơn hoặc bằng 48V được dùng trong máy tự

động, robot, các chuyển động nhỏ Các động cơ trên 100V được dùng trong các thiết bị công nghiệp, tự động hóa và các ứng dụng công nghiệp

Hình 2.2 Các dạng sức phản điện động của động cơ một chiều không chổi than

2.Rotor

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

Dựa vào yêu cầu về mật độ từ trường trong rotor, chất liệu nam châm thích hợp được chọn tương ứng Nam châm Ferrite thường được sử dụng Khi công nghệ phát triển, nam châm làm từ hợp kim ngày càng phổ biến Nam châm Ferrite rẻ hơn nhưng mật độ thông lượng trên đơn vị thể tích lại thấp Trong khi

đó, vật liệu hợp kim có mật độ từ trên đơn vị thể tích cao và cho phép thu nhỏ kích thước của rotor nhưng vẫn đạt được momen tương tự Do đó, với cùng thể tích, momen của rotor có nam châm hợp kim luôn lớn hơn rotor nam châm Ferrite

Hình 2.3 Các dạng Rotor của động cơ một chiều không chổi than

Hiệu ứng Hall: Khi một dòng điện mang một vật dẫn được đặt trong một

từ trường, từ trường sẽ tạo ra một lực nằm ngang lên các điện tích 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, lấy tên người tìm

Nam đi qua cảm biến Dựa vào tổ hợp của các tín hiệu từ 3 cảm biến Hall, thứ tự chuyển mạch chính xác được xác định

Hình 2.4 Động cơ một chiều không chổi than – cấu trúc nằm ngang

Hình 2.4 là mặt cắt ngang của động cơ một chiều không chổi than với rotor có các nam châm vĩnh cửu Cảm biến Hall được đặt trong phần đứng yên của động cơ Việc đặt cảm biến Hall trong stator là quá trình phức tạp vì bất cứ một sự mất cân đối nào sẽ dẫn đến việc tạo ra một sai số trong việc xác định vị trí rotor Để đơn giản quá trình gắn cảm biến lên stator, một vài động cơ có các nam châm phụ của cảm biến Hall được gắn trên rotor, thêm vào so với nam châm chính của rotor Đây là phiên bản thu nhỏ của nam châm trên rotor Do đó, mỗi khi rotor quay, các nam châm cảm biến rotor đem lại hiệu ứng tương tự như của nam châm chính Các cảm biến Hall thông thường được gắn trên mạch in và

cố định trên nắp đậy động cơ Điều này cho phép người dùng có thể điều chỉnh hoàn toàn việc lắp ráp cảm biến Hall để căn chỉnh với nam châm rotor, đem lại khả năng hoạt động tối đa

Dựa trên vị trí vật lý của cảm biến Hall, có 2 cách đặt cảm biến Các cảm biến Hall có thể được đặt dịch pha nhau các góc 600 hoặc 1200 tùy thuộc vào số

đôi cực Dựa vào điều này, các nhà sản xuất động cơ định nghĩa các chu trình chuyển mạch cần phải cần thực hiện trong quá trình điều khiển động cơ

Chú ý : Các cảm biến Hall cần được cấp nguồn Điện áp cấp có thể từ 4

đến 24V Yêu cầu dòng từ 5 đến 15mA Khi thiết kế bộ điều khiển, cần để ý đến đặc điểm kỹ thuật tương ứng của từng loại động cơ để biết được chính xác điện

áp và dòng điện của các cảm biến Hall thường là loại open-collector, vì thế, cần

có điện trở treo ở phía bộ điều khiển

4.Chuyển mạch điện tử

Ở động cơ BLDC, 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 chuyển mạch điện tử dùng các bóng transistor công suất được điều khiển theo vị trí tương ứng của rotor

Hình 2.5 Chuyển mạch điện tử của động cơ BLDC

Về bản chất, chuyển mạch điện tử trong động cơ BLDC chính là một bộ nghịch lưu độc lập Tùy thuộc vào số pha của động cơ mà chuyển mạch sẽ có số pha tương ứng Hình 2.5 trình bày chuyển mạch điện tử của động cơ 3 pha có sử dụng 6 bóng MOSFET Q1 đến Q6 cùng với các diode mắc song song với các

van Để điều khiển các van bán dẫn của các 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

2.1.3 Một số đặc điểm về điện của dộng cơ BLDC

2.1.3.1 Thứ tự chuyển mạch

Hình 2.6 là một ví dụ về các tín hiệu của cảm biến Hall tương ứng với sức phản điện động của động cơ và dòng điện pha Hình 2.7 chỉ ra thứ tự chuyển mạch tương ứng với các cảm biến Hall

Cứ mỗi khi quay được 600 điện, một cảm biến Hall lại thay đổi trạng thái Như vậy, có thể thấy, nó cần 6 bước để hoàn thành một chu kỳ điện Đồng thời,

cứ mỗi 600 điện, chuyển mạch dòng điện pha cần được cập nhật Tuy nhiên, cũng chú ý là một chu kỳ điện có thể không tương ứng với một vòng quay của rotor về cơ khí Số lượng chu kỳ điện cần lặp lại để hoàn thành một vòng quay của động cơ được xác định bởi một cặp cực rotor Do đó, số lượng chu kỳ điện trên 1 chu kỳ cơ bằng số cặp cực rotor

Hình 2.6 Tín hiệu cảm biến Hall, sức phản điện động, momen đầu ra và dòng

điện pha

Hình 2.7 Thứ tự cấp điện cho các cuộn dây tương ứng với các cảm biến Hall

Hình 2.8 là sơ đồ khối của hệ điều khiển động cơ Hệ thống điều khiển có

sử dụng vi điều khiển làm bộ điều khiển chính, phát xung PWM cho bộ đệm PWM-IGBT driver

Hình 2.8 Hệ điều khiển động cơ một chiều không chổi than

Bảng 1.1 và 1.2 là thứ tự chuyển mạch của các van dựa trên các đầu vào

từ các cảm biến Hall A, B, C ứng với chiều quay của động cơ Trong đó, các

cảm biến Hall đặt lệch nhau 600

Bảng 2.1 Thứ tự chuyển mạch khi động cơ quay theo chiều kim đồng hồ

Bảng 2.2.Thứ tự chuyển mạch khi động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ

Theo hình 2.8, nếu các tín hiệu đánh dấu bởi PWMx được chuyển mạch

sang ON hoặc OFF theo thứ tự đã nêu trong bảng, động cơ sẽ chạy ở tốc độ định

mức với giả thiết là điện áp cung cấp cho động cơ bằng điện áp định mức của

động cơ cộng với các tổn thất trên các van Để thay đổi tốc độ, các tín hiệu này

cần được điều chế độ rộng xung ( PWM ) với tần số cao hơn nhiều so với tần số

của động cơ Tần số PWM phải cao hơn ít nhất 10 lần tần số lớn nhất của động

cơ Khi Duty cycle ( Duty cycle là tỷ số hay tỷ lệ phần trăm giữa thời gian mở

của van trên tổng thời gian một chu kỳ ) của PWM biến đổi, ví dụ giảm duty

cycle đi, điện áp cấp cho stator của động cơ giảm, do đó mà tốc độ của động cơ

giảm theo Một điểm thuận lợi của PWM là nếu điện áp cấp lớn hơn điện áp định

mức của động cơ, động cơ có thể được điều khiển bằng cách hạn chế tỷ lệ phần

trăm của duty cycle của PWM để tương ứng với điện áp định mức của động cơ

Điều này làm cho bộ điều khiển sẽ uyển chuyển hơn khi làm việc với các động

cơ có điện áp định mức khác nhau

Điều khiển động cơ một chiều không chổi than có nhiều cách khác nhau

Nếu tín hiệu PWM bị giới hạn trong vi điều khiển, nhóm van phía trên có thể

được bật trong toàn bộ thời gian ứng với thứ tự chuyển mạch, trong khi đó, nhóm van dưới có thể được điều khiển theo chế độ làm việc yêu cầu của PWM

2.1.3.2 Đặc tính cơ của dộng cơ BLDC

Đặc tính cơ của động cơ một chiều không chổi than có dạng giống với động cơ một chiều thông thường Có hai thông số về momen đặc trưng cho động

cơ một chiều không chổi than: momen lớn nhất ( momen đỉnh : peak torque – Tp) và momen định mức ( Rated torque – TR ) Trong suốt quá trình hoạt động liên tục, momen động cơ có thể đạt định mức Trong động cơ một chiều không chổi than, momen được giữ là định mức trong dải tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức Động cơ có thể đạt tốc độ lớn nhất bằng 150% tốc độ định mức nhưng đồng thời momen cũng sẽ bắt đầu giảm

Hình 2.9 Đường đặc tính cơ của động cơ BLDC

Trên thực tế, có nhiều ứng dụng đòi hỏi động cơ thường xuyên khởi động

và dừng hoặc đảo chiều quay của động cơ khi có tải Các ứng dụng này luôn yêu cầu một lượng momen lớn hơn momen định mức Yêu cầu này xuất phát từ thực

tế của thời gian hoạt động ngắn hạn, đặc biệt là khi động cơ khởi động từ trạng thái đứng yên và diễn ra trong suốt quá trình gia tốc của động cơ Trong suốt quá trình này, ứng dụng phải bổ sung momen để thắng được lực quán tính của tải và của chính bản thân rotor Việc cấp momen này không thể diễn ra liên tục trong khoảng thời gian dài mà phải thực hiện trong chế độ ngắn hạn lặp lại Do đó,

vùng momen trên định mức còn được gọi là vùng momen không liên tục Động

cơ BLDC có thể đáp ứng lượng momen lớn hơn momen định mức và thậm chí là momen đỉnh, miễn là quá trình điều khiển phải bám theo đường đặc tính cơ Phương pháp tính toán để lập ra phương trình đặc tính cơ cũng như để vẽ lên đường đặc tính cơ của động cơ BLDC sẽ được trình bày kĩ hơn trong chương sau

2.1.3.3 Sức phản điện động – Back EMF

Khi động cơ một chiều không chổi than quay, mỗi một cuộn dây tạo ra một điện áp gọi là sức phản điện động chống lại điện áp nguồn cấp cho cuộn dây

đó theo luật Lenz Chiều của sức phản điện động này ngược chiều với điện áp cấp Sức phản điện động phụ thuộc chủ yếu vào 3 yếu tố:

- Vận tốc góc của rotor

- Từ trường tạo bởi nam châm của Rotor

- Số vòng trong mỗi cuộn dây của stator

Trong đó:

N : số vòng dây trên mỗi pha

l : chiều dài rotor

r : bán kính trong của rotor

B : mật độ từ trường rotor

ω : vận tốc góc của động cơ Trong động cơ BLDC, từ trường rotor và số vòng dây stator là các thông

số không đổi Chỉ có duy nhất một thống số ảnh hưởng đến sức phản điện động

là vận tốc góc hay vận tốc của rotor và khi vận tốc tăng, sức phản điện động cũng tăng Trong các tài liệu kĩ thuật của động cơ có đưa ra một thông số gọi là hằng số sức phản điện động có thể được sử dụng để ước lượng sức phản điện động ứng với tốc độ nhất định

2.2 Lựa chọn động cơ cho các ứng dụng

Việc lựa chọn động cơ phù hợp với yêu cầu đặt ra là rất quan trọng Việc lựa chọn động cơ dựa vào đặc tính tải Có 3 thông số chính ảnh hưởng tới việc lựa chọn

- Momen lớn nhất ( peak torque ) cần cho ứng dụng

- Momen trung bình bình phương ( root mean square – RMS ) yêu cầu

- Dải điều chỉnh tốc độ

2.2.1 Yêu cầu về momen lớn nhất – M P

Momen lớn nhất hay momen đỉnh cần cho ứng dụng có thể được tính bằng tổng của momen tải – MC, momen quán tính – MJ, và momen cần thiết để thắng được lực ma sát – Mf

Trên thực tế, vẫn còn có một số yếu tố tác động đến các yêu cầu đối với momen đỉnh Ví dụ như tổn hao khe hở do điện trở không khí ở trong khe hở giữa rotor và stator Các thông số này rất phức tạp và khó tính toán Do đó, luôn luôn phải tính thêm lượng momen dự trữ khoảng 20% khi tính toán

MP = 1.2 x ( MC + MJ + Mf) (2.2) Momen quán tính là momen để gia tốc cho tải trọng từ thời điểm động cơ đứng yên hoặc từ thời điểm tốc độ thấp lên tốc độ cao Nó có thể được tính thông qua quán tính tải, bao gồm quán tính rotor và gia tốc tải

Trong đó: JC + J : tổng của quán tính tải và rotor

α : gia tốc yêu cầu Momen tải và momen ma sát được xác định dựa vào hệ thống cơ khí Thông thường, các thông số liên quan sẽ do nhà sản xuất cung cấp

2.2.2 Yêu cầu về momen trung bình – M RMS

Momen trung bình phụ thuộc vào nhiều yếu tố: momen lớn nhất MP, momen tải MC, momen quán tính MJ, momen ma sát Mf, gia tốc và giảm tốc,

thời gian hoạt động

Công thức 2.4 để tính momen trung bình bình phương cần thiết cho ứng dụng thông thường, trong đó, tA là thời gian tăng tốc, tR là thời gian hoạt động và

tD là thời gian giảm tốc

Khi tính toán, để đảm bảo an toàn cho động cơ cũng như các ứng dụng, việc thêm 10% độ dự trữ là cần thiết

2.3 So sánh động cơ BLDC với một số loại động cơ khác

Bảng 2.3 Bảng so sánh giữa động cơ BLDC với động cơ một chiều thông thường

thường Chuyển mạch Chuyển mạch điện tử dùng

cảm biến Hall

Chuyển mạch dùng chổi than

Bảo dưỡng Ít hơn và không có chổi

than

Có bảo dưỡng định kỳ

Thời gian làm

việc

Lâu hơn Ngắn hơn

Đặc tính cơ Phẳng – Cho phép hoạt

động trên toàn dải tốc độ

Gần phẳng - Ở tốc độ cao, ma sát gây ra bởi chổi than và vành góp tăng, làm giảm momen hữu ích

Hiệu suất Cao, do không có điện áp

rơi trên chổi than

Động cơ BLDC có các cuộn dây stator gắn trên vỏ động

cơ nên khả năng tỏa nhiệt cao

Vừa phải/thấp Nhiệt sinh ra từ phần ứng được tỏa ra khe hở và làm nóng khe hở Điều này làm giới hạn tỷ lệ công suất đầu ra/kích thước

Quán tính

Rotor

Thấp Do nam châm gắn trên Rotor Điều này làm tăng phản ứng cơ của động

Nhiễu điện Thấp Chổi than và vành góp khi hoạt

động sinh ra các nhiễu điện từ, ảnh hưởng tới các thiết bị xung quanh

Giá thành Cao hơn Do có nam châm

Nếu hoạt động ở tốc độ không đổi, động cơ không cần bộ điều khiển Bộ điều khiển chỉ cần thiết khi thay đổi tốc độ

Bảng 2.4 Bảng so sánh giữa động cơ BLDC với động cơ không đồng bộ

Lớn Vừa phải Do cả stator và rotor

đều có cuộn dây nên tỷ lệ này thấp hơn ở động cơ BLDC

Rất cao, có thể lên tới 7 lần định mức Cần giới hạn dòng điện khởi động Thông thường sử dụng mạch khởi động Sao – Tam

Yêu cầu về

điều khiển

Cần bộ điều khiển để duy trì hoạt động của động cơ và thay đổi tốc độ

Không cần bộ điều khiển nếu tốc

độ không đổi Chỉ khi có yêu cầu thay đổi tốc độ, bộ điều khiển mới được sử dụng

Độ trượt Không có độ trượt giữa tần

số rotor và stator

Tần số của rotor luôn thấp hơn tần số của stator Chênh lệch đó gọi là tần số trượt Tần số trượt tăng theo tải trên động cơ

Kết luận:

Chương 2 trình bày sơ lược 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 động cơ BLDC 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, động cơ BLDC 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 Watt đến công suất lớn cỡ vài trăm kW Vì vậy, động cơ BLDC đang trở nên ngày càng phổ biến trong cả dân dụng và công nghiệp

CHƯƠNG III

MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN

3.1 Các mô tả toán học của động cơ một chiều không chổi than

Mô hình toán học của một đối tượng là một hàm số hay biểu thức toán học nhằm mục đích mô tả lại đối tượng thực tế đó nhưng dưới dạng số học để thuận lợi cho việc phân tích, xem xét các đặc tính cũng như mô phỏng đối tượng trong máy tính Đối với động cơ, mô tả toán học đóng vai trò quan trọng Nó giúp người phân tích tìm ra các mối liên hệ điện-cơ-từ, liên hệ giữa các thông số như điện áp, dòng điện, momen, tốc độ Trong chương này, mô hình toán học và phương trình đặc tính cơ của động cơ BLDC sẽ được nghiên cứu, từ đó tìm ra sơ

đồ cấu trúc của động cơ này, làm tiền đề cho việc mô phỏng ở các chương sau

3.1.1 Mô hình toán học

Hình 3.1 trình bày mô hình mạch điện trong động cơ BLDC Động cơ có

3 cuộn dây stator được cấp nguồn có biên độ điện áp V, các nam châm vĩnh cửu đặt trên rotor Khi hoạt động, trong các cuộn dây sinh ra các sức phản điện động

có độ lớn tương ứng với các pha a, b, c là ea, eb, ec Biên độ của các sức phản điện động này là bằng nhau và bằng E Do các nam châm và thép không gỉ ở măng sông đều được làm từ vật liệu có suất điện trở cao nên ta có thể bỏ qua dòng cảm ứng rotor