Qua phân tích trên có thể thấy đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp không có tốc độ tải. 𝐶𝑒ɓ = var, nếu Mc = const thì tốc độ n=var ta có thể điều chỉnh được tốc độ động cơ. Đặc tính cơ khi thay đổi tốc độ Hình 1.9 Bộ chuyển đổi - hệ truyền động điện động cơ.
Khi nói rằng động cơ cảm ứng một pha không có mômen khởi động, tại thời điểm đấu nối vào lưới điện, chúng ta tác dụng một mômen lên trục động cơ. Để xác định chiều quay của động cơ, chúng ta cần tạo ra mômen khởi động. Do đó, tổng từ trường trong máy sẽ là từ trường quay nên có mô men khởi động giống như động cơ cảm ứng ba pha.
Loại này có kết cấu nhẹ, rẻ tiền và mômen khởi động nhỏ nên chỉ dùng ở động cơ có hệ số công suất thấp. Công suất của động cơ ba pha bây giờ chỉ bằng một nửa so với khi nó hoạt động ở chế độ 3 pha. Lúc này, máy hoạt động như một động cơ đồng bộ, nhận nguồn điện từ nguồn điện P4 và Q 4.
Về cơ bản, máy điện đồng bộ không có mômen khởi động (Mtb= 0) nên chúng ta cần tìm cách khởi động động cơ đồng bộ. Một từ trường quay quay cùng chiều với rôto, làm cho từ trường còn lại quay theo hướng ngược lại (xem động cơ đi bộ một pha).
ĐỘNG CƠ BLDC
Trong động cơ BLDC, người ta sử dụng các thiết bị bán dẫn như bóng bán dẫn, MOSFET và IGBT. Hiệu suất cao do sử dụng rôto nam châm vĩnh cửu nên không gây tổn thất rôto. Vì động cơ được kích thích bởi nam châm vĩnh cửu nên việc sản xuất nó rất tốn kém.
Khi sử dụng nam châm sắt từ, chúng dễ bị từ hóa, có điện dung từ thấp, dễ bị khử từ và tính chất từ của nam châm giảm khi nhiệt độ tăng. Động cơ BLDC có những ưu điểm vượt trội so với động cơ DC thông thường. Khi so sánh hai loại động cơ này về mặt công nghệ hiện nay, chúng ta thường nói về sự khác biệt hơn là sự tương đồng giữa chúng.
Stator của động cơ BLDC bao gồm các tấm thép điện mỏng được bó chặt với các cuộn dây được đặt trong các rãnh dọc bên trong stato. Theo truyền thống, cấu trúc stato của động cơ BLDC giống như cấu trúc của các động cơ cảm ứng khác. Tuy nhiên, không giống như động cơ không đồng bộ, các cuộn dây trên stato của động cơ BLDC được phân bổ với mật độ bằng nhau trên bề mặt bên trong của stato.
Tùy theo số lượng cuộn dây trong stato mà ta có động cơ BLDC một pha, hai pha và ba pha lần lượt có một cuộn dây, hai cuộn dây và ba cuộn dây ở stato, trong đó động cơ ba pha có ba cuộn dây là sử dụng nhiều nhất. Trong động cơ DC truyền thống, mô-men xoắn chuyển đổi thực tế giữa các cuộn dây phần ứng được xác định một cách tự nhiên bởi cấu trúc và sự sắp xếp hợp lý giữa các cặp cực trong stato và cơ cấu chổi than cổ góp-cacbon. Động cơ BLDC không có cấu trúc chổi than cổ góp-cacbon nên cần có các phần tử và phương pháp xác định vị trí của rôto nhằm cung cấp tín hiệu điều khiển trình tự cấp điện cho các cuộn dây pha trong stato.
Rôto của động cơ BLDC bao gồm lõi thép và nam châm vĩnh cửu được gắn trên nó theo nhiều cách khác nhau. Trong động cơ BLDC, nam châm vĩnh cửu trong rôto tạo ra từ trường hướng tâm được phân bố đều trên khe hở không khí giữa stato và rôto.
Cảm biến vị trí rotor
Nam châm Ferrite thường được sử dụng, tuy rẻ nhưng có mật độ từ trường thấp. Khi công nghệ tiến bộ, nam châm làm từ hợp kim ngày càng trở nên phổ biến. Trong khi đó, nam châm được làm từ hợp kim đất hiếm.
Vì vậy, với cùng một thể tích, mô men xoắn của rôto có nam châm làm bằng vật liệu hợp kim luôn lớn hơn nam châm làm bằng Ferrite. Nam châm làm từ vật liệu hợp kim quý hiếm có giá thành đắt tiền và thường chỉ được sử dụng trong các ứng dụng công nghệ cao. Việc lắp đặt sai cảm biến Hall trên stato sẽ dẫn đến sai sót khi xác định vị trí của rôto.
Để khắc phục điều này, một số động cơ có thể được đặt trên rôto với nam châm bổ sung để giúp xác định vị trí rôto. Các nam châm phụ này được gắn giống như nam châm chính, nhưng nhỏ hơn và thường được gắn trên một phần trục rôto bên ngoài cuộn dây stato để thuận tiện cho việc điều chỉnh sau này.
Chuyển mạch dòng điện
Trong quá trình vận hành, khi chỉ có hai cuộn dây pha được cấp điện, cuộn dây thứ ba không được cấp điện và dòng điện chạy từ cuộn dây này sang cuộn dây kia sẽ tạo ra từ trường quay và làm cho rôto quay. Vì vậy, thứ tự dòng điện chạy qua giữa các cuộn dây pha phải căn cứ vào chiều quay của rôto. Thời điểm chuyển dòng điện từ pha này sang pha khác được xác định sao cho mômen quay đạt giá trị cực đại và thời điểm chuyển tiếp do quá trình chuyển dòng điện là nhỏ nhất.
Để đạt được yêu cầu trên, ta muốn cấp điện đồng thời cho cuộn dây sao cho dòng điện cùng pha với suất điện động cảm ứng và dòng điện. Nếu không cùng pha với suất điện động thì dòng điện cũng sẽ có giá trị lớn, gây thêm tổn hao trên stato, làm giảm hiệu suất của động cơ. Hình 2.8 thể hiện trình tự và thời gian chuyển mạch dòng điện của động cơ BLDC.
Thời điểm chuyển mạch thực tế là thời điểm một trong ba tín hiệu cảm biến Hall thay đổi mức logic. Vì vậy, trình tự chuyển mạch này được gọi là trình tự chuyển mạch 6 bước của động cơ BLDC.
Phương trình sđđ và mô men
Lưu ý rằng SD có hình thang, với đỉnh phẳng tức thời là 102o do từ trường không hình sin. Hình 2.24 biểu diễn dòng điện, suất điện động và mô men xoắn của động cơ ba pha. Dòng điện phần ứng lý tưởng có dạng hình chữ nhật, phần phẳng có góc 120o, suất điện động ba pha lý tưởng có dạng hình thang, phần phẳng có nửa chu kỳ 120o và cùng pha với dòng điện.
Để xác định mô men xoắn của động cơ BLDC, trước tiên hãy xác định công suất động cơ. Như vậy, biểu thức mô men xoắn của động cơ BLDC và động cơ DC thông thường là hoàn toàn giống nhau.
Đặc tính cơ của động cơ Xuất phát từ biểu thức
Hình 2.27 cho thấy sơ đồ nguyên lý của vòng điều khiển dải trễ và đặc tính của bộ điều chỉnh dải trễ. Hoạt động của hệ thống như sau: Tốc độ của động cơ được đo bằng cảm biến tốc độ hoặc vị trí, được đưa vào giai đoạn xử lý. Tốc độ quay của rôto được so sánh với tốc độ cài đặt và vị trí góc được đưa vào máy biến áp.
Sai số giữa tốc độ cài đặt và tốc độ thực tế được xử lý trong bộ điều khiển PI, tín hiệu ra của PI được đưa vào máy biến áp có cùng góc quay θr, tín hiệu ra của máy biến áp là các dòng điện so sánh i*a, i *b, tôi *c. Ba tín hiệu này được đưa đến bộ điều khiển dải trễ cùng với ba dòng điện đo được từ các pha động cơ. Bộ điều khiển dải trễ hiện đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi.
Kết luận: Hiện nay, động cơ không chổi than (BLDC) là phương pháp thay thế đơn giản, hiệu quả với những ưu điểm vượt trội so với các động cơ DC có cổ góp hoặc động cơ không đồng bộ phổ biến hiện nay. Được sử dụng rộng rãi trong thực tế, tuy gọi là động cơ DC nhưng động cơ BLDC thực chất là động cơ xoay chiều đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu.
ĐIỀU KHIỂN KHÔNG CẢM BIẾN CỦA ĐỘNG CƠ BLDC
- Giới thiệu
- Cảm biến dùng trong động cơ một chiều không chổi than
- Mô hình toán của động cơ BLDC
- Điều khiển vòng kín của truyền động động cơ PM BLDC
Đối với sơ đồ điều khiển tốc độ này, cảm biến vị trí được coi là máy đo tốc độ và LVDT (máy biến áp vi sai tuyến tính). Sau đó, đầu ra của bộ điều khiển PD được sử dụng làm tham chiếu tốc độ. Dòng pha thực tế tuân theo dòng so sánh bằng cách sử dụng bộ điều khiển dòng điện dải trễ.
Cụ thể, động cơ BLDC được sử dụng trong ô tô, đồ gia dụng, điều khiển công nghiệp, tự động hóa, hàng không, v.v. Các ứng dụng này yêu cầu bộ điều khiển chi phí thấp hoạt động chủ yếu ở vòng hở. Các ứng dụng có thể yêu cầu độ chính xác điều khiển tốc độ cao và phản hồi động tốt.
Tải động cơ có thể khác nhau giữa tất cả các giai đoạn này, khiến việc điều khiển trở nên phức tạp. Ba vòng điều khiển có thể hoạt động đồng thời: vòng điều khiển mômen, vòng điều khiển tốc độ và vòng điều khiển vị trí.
