Động cơ một chiều không chổi than BLDC – CHI TIẾT

Động cơ BLDC là gì? Động cơ một chiều không chổi than ra đời để khắc phục các nhược điểm ở động cơ một chiều. Đọc thêm

Động cơ BLDC là gì? Động cơ một chiều không chổi than ra đời để khắc phục các nhược điểm ở động cơ một chiều. Bài viết hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý, đặc tính làm việc và các phương pháp điều khiển tốc độ BLDC motor.

1.   Định nghĩa động cơ BLDC

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. Do đó động cơ BLDC khắc phục được hiện tượng tia lửa điện khi chuyển mạch ở động cơ một chiều.

BLDC motor là động cơ đồng bộ, điều này có nghĩa là tốc độ roto bằng với tốc độ từ trường. BLDC motor được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp tự động, ô tô, máy in, tiêu dùng, y tế và thiết bị đo đạc.

Động cơ một chiều không chổi than BLDCĐộng cơ BLDC 2

BLDC motor

So sánh với động cơ điện một chiều ta đã tìm hiểu ở bài trước, động cơ không chổi than có các ưu điểm:

+ Hiệu quả và độ tin cậy cao hơn

+ Không gây tia lửa điện

+ Nhỏ hơn và nhẹ hơn

+ Tỉ lệ moment quán tính lớn (khả năng gia tốc nhanh)

+ Dải tốc độ cao hơn

+ Tuổi thọ cao hơn

 >>> Xem thêm: Động cơ điện một chiều là gì

2.   Cấu tạo

Cấu tạo BLDC motor gồm stato, roto và cảm biến vị trí.

2.1   Stato

Phân loại BLDC motor theo stato có 3 loại: một pha, hai pha và ba pha. Trong đó động cơ ba pha được sử dụng rộng rãi nhất.

Cấu tạo động cơ BLDC

Cấu tạo BLDC motor

Stato bao gồm lõi thép là các lá thép kỹ thuật điện ghép cách điện với nhau và dây quấn.

Hình dạng suất điện động của BLDC motor có thể là hình sin hoặc hình thang, tùy theo cách quấn dây và khe hở không khí. Động cơ có suất điện động hình sin tạo ra moment mượt mà hơn động cơ hình thang, mặc dù chi phí cao hơn do chúng sử dụng thêm các cuộn dây đồng.

2.2   Roto

Roto bao gồm trục đông cơ và các nam châm vĩnh cửu được bối trí xen kẽ giữa các cực bắc và nam.

Roto động cơ BLDC

Roto

Để đạt được mô-men xoắn cực đại trong động cơ, mật độ từ thông của vật liệu phải cao. Cần có vật liệu từ tính thích hợp cho roto để tạo ra mật độ từ trường yêu cầu.

Hình bên dưới cho thấy mặt cắt ngang của 3 loại roto theo sự sắp sếp nam châm trong roto.

Mặt cắt ngang của các loại roto của động cơ BLDC

Mặt cắt ngang của các loại roto

2.3   Cảm biến Hall

cảm biến hall

Cảm biến Hall thực tế

BLDC motor sử dụng cảm biến vị trí hiệu ứng Hall (gọi tắt là cảm biến Hall). Cảm biến Hall được gắn trên stato của BLDC để phát hiện các nam châm vĩnh cửu trên roto khi quét qua nó. Các cảm biến Hall có thể được gắn để tạo tín hiệu phản hồi lệch pha nhau 600 hay 1200 điện.

Điện áp phản hồi của các CB Hall lệch pha nhau 60 và 120

Điện áp phản hồi của các CB Hall lệch pha nhau 600 và 1200

Hiệu ứng Hall: là một hiệu ứng vật lý được thực hiện khi áp dụng một từ trường vuông góc lên một bản làm bằng kim loại hay chất bán dẫn (thanh Hall) đang có dòng điện chạy qua. Lúc đó người ta nhận được hiệu điện thế (hiệu thế Hall) sinh ra tại hai mặt đối diện của thanh Hall.

Hiệu ứng hall

Hiệu ứng Hall

3.   Nguyên lý hoạt động của động cơ BLDC

Nguyên lý hoạt động của động cơ BLDC dựa trên lực tương tác của từ trường do stato tạo ra và nam châm vĩnh cửu trên roto. Khi dòng điện chạy qua một trong ba cuộn dây stato sẽ tạo ra cực từ hút các nam châm vĩnh cửu gần nhất có cực từ trái dấu. Roto sẽ tiếp tục chuyển động nếu dòng điện dịch chuyển sang một cuộn dây liền kề. Cấp điện tuần tự cho mỗi cuộn dây sẽ làm cho roto quay theo từ trường quay.

Nguyên lý hoạt động của BLDC motor

Nguyên lý hoạt động của động cơ

Trong thực tế để tăng lực tương tác người ta sẽ cấp điện cùng lúc cả hai cuộn dây, thứ tự chuyển tiếp giữa các cuộn dây được điều khiển bởi mạch điện tử.

4.   Đặc tính cơ và đặc tính làm việc

4.1   Đặc tính cơ động cơ BLDC

Đồ thị đường đặc tính cơ của BLDC motor được vẽ như hình bên dưới.

Đặc tính cơ của BLDC motor

Đặc tính cơ của động cơ

Khi điện áp giảm sẽ dẫn làm giảm tốc độ động cơ. Ta nhận thấy đặc tính cơ của BLDC motor giống với đặc tính cơ của động cơ điện một chiều.

4.2   Đặc tính làm việc

Động cơ làm việc ở hai vùng, ở tốc độ thấp moment không đổi, công suất thay đổi. Khi đạt đến vận tốc cơ sở thì công suất không đổi và moment giảm. Khi tốc độ vượt quá tốc độ giới hạn thì moment và công suất đều giảm.

Đặc tính làm việc của BLDC motor

Đặc tính làm việc của động cơ

5.   Điều khiển tốc độ động cơ BLDC

Nguyên lý của việc điều khiển tốc độ động cơ là sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Bộ điều khiển xác định vị trí trục roto và xuất điện áp điều khiển đóng, mở các khóa bán dẫn (mosfet) cấp điện áp cho động cơ.

Sơ đồ điều khiển tốc độ động cơ BLDC

Sơ đồ điều khiển tốc độ BLDC motor

Để đơn giản thì ta chỉ điều chế độ rộng xung của các khóa bán dẫn bên dưới (Q4,Q5,Q6), các khóa bán dẫn phía trên khi được kích dẫn sẽ dẫn hoàn toàn (độ rộng xung là 100%).

Điều khiển tốc độ động cơ BLDC bằng phương pháp PWM

Điều khiển tốc độ động cơ bằng phương pháp PWM

5.1   Điều khiển tốc độ sử dụng cảm biến vị trí

BLDC motor sử dụng 3 cảm biến Hall để xác định vị trí trục roto. Hình bên dưới mô tả chu kỳ chuyển mạch của các khóa bán dẫn ứng với các giá trị cảm biến Hall. Trong ví dụ này sử dụng các cảm biến Hall lệch pha nhau 1200 điện.

Điều khiển tốc độ động cơ BLDC sử dụng CB Hall

Điều khiển tốc độ động cơ sử dụng CB Hall

5.2   Điều khiển tốc độ không sử dụng cảm biến

Sensorless BLDC Motor Control là phương pháp sử dụng từ thông roto để điều khiển các khóa đóng cắt thay cho các cảm biến Hall. Cơ sở chính của điều khiển không cảm biến là dựa vào thời điểm qua zero của sức điện động cảm ứng trên các pha của động cơ. Phương pháp này áp dụng với động cơ một chiều không chổi than có điện áp hình thang.

Điều khiển tốc độ BLDC motor không sử dụng cảm biến

Điều khiển tốc độ động cơ không sử dụng cảm biến

Về cơ bản có hai kỹ thuật điều khiển không cảm biến:

+ Xác định vị trí roto dựa vào sức điện động của động cơ, phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện và giá thành rẻ.

+ Ước lượng vị trí dùng các thông số động cơ, các giá trị điện áp và dòng điện trên động cơ. Phương pháp này tính toán phức tạp, khó điều khiển, giá thành lại cao.

6. Đặt mua động cơ BLDC giá rẻ, chất lượng

Động cơ một BLDC giá rẻ được nhiều khách hàng ưa chuộng giá bán trên shopee

motor bldc 1

+ Cam kết đổi hàng hoặc hoàn tiền trong vòng 3 ngày nếu hàng bị lỗi.

+ Giá rẻ bất ngờ, chất lượng đảm bảo

+ Đa dạng các loại động cơ với đủ loại công suất

+ Từ các động cơ trong các máy photocopy đến các động cơ chuyên dụng cho các máy bay cở nhỏ.

Video tham khảo

[button color=”orange” size=”medium” link=”http://bblink.com/OMJ7Roo” icon=”” target=”false”]Download 5 mạch điều khiển Motor DC Pdf và mô phỏng[/button]

Tài Liệu Tham Khảo

[1]

J. Zhao, “Brushless DC Motor Fundamentals,” 7/2011.

[2]

P. V. Cường, in Hệ thống hãm máy phát xe điện bằng động cơ BLDC, 2018.

[3]

O. Semiconductor, “Brushless DC motor controller MC 33035,” 2014.

Hãy bình luận đầu tiên

Để lại một phản hồi

Thư điện tử của bạn sẽ không được hiện thị công khai.


*