Mạch Điều Khiển Động Cơ Không Chổi Than

Động cơ một chiều không chổi than (BLDC) là loại động cơ có rất nhiều ưu điểm nên gần đây đã được chú ý nghiên cứu và đưa vào sử dụng rộng rãi nhất là trong các hệ thống tự động có yêu cầu cao về độ tin cậy trong các điều kiện làm việc đặc biệt: môi trường chân không, nhiệt độ thay đổi, va đập mạnh, dễ cháy nổ,…

Với động cơ điện truyền thống điểm yếu của các hệ thống tương tự là chúng nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ và tuổi thọ của các thành phần. Một nhược điểm nữa của các hệ thống này là khó mở rộng và nâng cấp. Các cấu trúc điều khiển số khắc phục được tất cả những nhược điểm của các cấu trúc truyền động tương tự và bằng cách sử dụng các bộ xử lý có thể lập trình được việc nâng cấp trở nên rất dễ dàng do được thực hiện bằng phần mềm.

Các bộ xử lý tín hiệu số tốc độ cao cho phép thực hiện được những bài toán điều khiển số yêu cầu độ phân giải cao, tốc độ và khối lượng tính toán lớn chẳng hạn như các bài toán điều khiển thời gian thực. Ngoài ra, chúng còn cho phép tối thiểu hoá thời gian trễ trong mạch vòng điều khiển.

Những điều khiển hiệu suất cao còn cho phép giảm được dao động momen, giảm đáng kể tổn thất công suất như tổn thất công suất do các điều hoà bậc cao gây ra trong rotor. Các dạng sóng liên tục cho phép tối ưu hoá các phần tử công suất và các bộ lọc đầu vào.

1. Tìm hiểu động cơ không chổi than

Do không có bộ phận đổi chiều cơ khí sử dụng vành góp, chổi than nên động cơ này khắc phục được hầu hết các nhược điểm của động cơ một chiều thông thường. Hiệu suất cao do giảm được tổn thất công suất, không cần bảo dưỡng và quán tính rotor nhỏ của động cơ một chiều không chổi than đã làm tăng nhu cầu sử dụng động cơ này trong những ứng dụng rô bốt và servo công suất lớn.

Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của động cơ BLDC

Việc phát minh ra các thiết bị công suất hiện đại như MOSFET, IGBT, GTO và nam châm vĩnh cửu đất hiếm năng lượng cao đã tăng cường các ứng dụng của động cơ này trong các truyền động có yêu cầu điều chỉnh tốc độ.

So sánh BLDC với động cơ một chiều thông thường:

Nội dung ĐCMC thông thường ĐCMC không chổi than
Cấu trúc cơ khí Mạch kích từ nằm trên stato Mạch khích từ nằm trên roto
Tính năng đặc

biệt

Đáp ứng nhanh và dễ điều khiển Đáp ứng chậm hơn. Dễ bảo dưỡng

(thường không yêu cầu bảo dưỡng)

Sơ đồ nối dây Nối vòng tròn.

Đơn giản nhất là nối Δ

Cao áp :Ba pha nối Y hoặc Δ .Bình thường :Dây cuốn 3 pha nối Y có điểm trung tính nối đất hoặc 4 pha.

Đơn giản nhất : nối 2 pha

Phương pháp đổi chiều Tiếp xúc cơ khí giữa chổi than và cổ góp Chuyên mạch điện tử sử dụng thiết bị bán dẫn như trasitor,IGBT…
Phương pháp

xác định vị trí roto

Tự động xác định bằng chổi than Sử dụng cảm biến vị trí :phần tử Hall, cảm biến quang học (otical encoder)
Phương pháp đảo chiều Đảo chiều điện áp nguồn (cấp cho phần ứng hoặc mạch kích từ) Sắp xếp lại thứ tự của các tín hiệu logic

Khi nói về chức năng của động cơ điện, không được quên ý nghĩa của dây quấn và sự đổi chiều. Đổi chiều là quá trình biến đổi dòng điện một chiều ở đầu vào thành dòng xoay chiều và phân bố một cách chính xác dòng điện này tới mỗi dây quấn ở phần ứng động cơ. Ở động cơ một chiều thông thường, sự đổi chiều được thực hiện bởi cổ góp và chổi than. Ngược lại, ở động cơ một chiều không chổi than, đổi chiều được thực hiện bằng cách sử dụng các thiết bị bán dẫn như transitor, MOSFET, GTO, IGBT.

2. Đặc tính cơ và đặc tính làm việc của động cơ Không Chổi Than

Đặc tính cơ của động cơ BLDC giống đặc tính cơ của động cơ điện một chiều thông thường. Tức là mối quan hệ giữa momen và tốc độ là các đường tuyến tính nên rất thuận tiện trong quá trình điều khiển động cơ để truyền động cho các cơ cấu khác. Động cơ BLDC không dùng chổi than nên tốc độ có thể tăng lên do không có sự hạn chế đánh lửa. Vì vậy vùng điều chỉnh của động cơ BLDC có thể được mở rộng hơn.

Đƣờng đặc tính cơ và đặc tính làm việc của động cơ BLDC
Đường đặc tính cơ và đặc tính làm việc của động cơ BLDC

 

 

3. Các phương pháp điều khiển động cơ không chổi than

Để điều khiển động cơ BLDC có hai phương pháp chính: phương pháp dùng cảm biến vị trí Hall (hoặc Encoder) và phương pháp điều khiển không cảm biến (sensorless control). Trong đó ta có hai phương pháp điều chế điện áp ra từ bộ điều khiển đó là điện áp dạng sóng hình thangdạng sóng hình sin. Cả hai phương pháp hình thang và hình sin đều có thể sử dụng cho điều khiển có cảm biến Hall và không cảm biến, trong khi phương pháp không cảm biến chỉ dùng phương pháp điện áp dạng sóng hình thang.

4. Các mạch điều khiển động cơ không chổi than

4. 1 Mạch điều khiển tốc độ động cơ BLDC DC 5V-12V 2A 15W

Là mạch điều khiển khá nhỏ gọn (30x25mm) đầy đủ chức năng, tuy nhiên cũng là nhược điểm là vì vậy mặc không có chỗ bắt dây dẫn bằng vít mà phải cắm bằng Jump. Trên mạch có sẵn núm xoay điều chỉnh tốc độ, các đèn báo nguồn, đèn báo lỗi cũng như báo tốc độ và chân cắm chọn chiều quay điều khiển.

Với nguồn điện DC đầu vào từ DC 5V-12V (MAX. 15V) mạch này cho ra công suất tối đa 15W, và dòng 1.5A (MAX. 2A). Ở tốc độ lớn nhất nó có thể điều khiển lên tới vận tốc 10 nghìn vòng quay phút (10000 RPM). Khi mua mạch này bạn còn được tằng kèm một cọng cáp để nối với nguồn, và động cơ.

 

Module điều khiển động cơ ZS-X9B

 

4.2 Module không chổi than 7-12V, 1.2A dùng biến trở chỉnh tốc độ kde4578

Là module điều khiển chôi than có giá tương đối rẻ chỉ trên dưới 100K, có thể điều khiển tốc độ bằng tay (dùng biến trở), và đảo chiều quay bằng việc chọn cắm Jump. Mạch dùng nguồn khá rộng từ 7V đến 12V, và trên mạch có gắn Diode bảo vệ ngược cực nguồn. Để gắn dây vào mạch sử dụng các đầu nối vít M3 tháo láp dây thuận tiện.

 

Đặc điểm kỹ thuật: Điện áp: 7-12VDC;  Dòng: ≤1. 2A; Phạm vi tốc độ: 0-100%
Đặc điểm kỹ thuật: Điện áp: 7-12VDC;  Dòng: ≤1. 2A; Phạm vi tốc độ: 0-100%

4.3 Bộ Điều Khiển Động Cơ Không Chổi Than 24v 36v 48v 250w 350w

Đây là một mẫu mạch điều khiển chuyên nghiệp, nó được bọc trong một chiếc hộp chắc chắn cùng với đó là rất nhiều đầu vào ra và khả năng điều khiển động cơ một cách linh động, có thể sử dụng vào nhiều máy móc khác nhau, đặc biệt là cáy móc yêu cầu độ chính xác. Vì vậy việc nó có một mức giá khá cao là điều đương nhiên, vì vậy nếu có thể bạn hãy tìm loại cũ giá chỉ bằng một nửa.

4.4 Module Điều Khiển Động Cơ Không Chổi Than 3 Pha Vô Cấp Đảo Chiều 6-30VDC 2kHz/20kHz

 

điều khiển tốc độ động cơ theo cả chiều thuận và chiều nghịch. Bộ điều khiển tốc độ động cơ có núm điều chỉnh tốc độ, dễ vận hành. Bộ điều khiển tốc độ hỗ trợ điện áp 6-30V và phù hợp với động cơ không chổi than 37GB3525 . Ở module này có sẵn đầu ốc để bạn vặn dây thuận tiện, việc điều khiển đảo chiều CW(Thuận) / CCW(Nghịch) được thực hiện bâm vào nút nhấn không phải sét bằng Jump nữa. Đặc biệt có bổ sung thêm chế độ dừng khẩn cấp. Tuy nhiên ở module này không có tính năng bảo vệ khi lắp ngược cực nguồn, vì vậy bạn nên lưu ý vấn đề này lúc lắp đặt.

Thông Số Kỹ Thuật:

  • IC điều khiển: N76E003AT20
  • Điện áp đầu vào: 6-30VDC
  • Tần số hoạt động: 2kHz/20kHz
  • Kích thước: 45x30mm
  • Trọng lượng: 17g

 

Nguồn: Lê Quang Tuyến, Sưu tầm