Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đồ án tốt nghiệp đại học hệ chính quy ngành Điện Tự động công nghiệp với đề tài "Động cơ một chiều không chổi than BLDC sử dụng làm động cơ thực hiện" được thực hiện bởi sinh viên Trần Văn Trung (Mã sinh viên: 1612102020, Lớp: DC2001) dưới sự hướng dẫn của GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn tại Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng (thời gian giao đề tài: 30/03/2020, hoàn thành trước ngày 20/06/2020).
Về bối cảnh thực tiễn, động cơ một chiều không chổi than (Brushless Direct Current - BLDC) ban đầu chủ yếu được ứng dụng trong các hệ truyền động công suất nhỏ (từ vài Watt đến vài chục Watt) như quạt làm mát trong máy tính cá nhân, ổ đĩa quang, thiết bị văn phòng (máy in, máy quét). Cùng với sự phát triển của công nghệ điện tử bán dẫn và công nghệ chế tạo vật liệu nam châm vĩnh cửu, động cơ BLDC ngày càng bộc lộ các ưu điểm vượt trội so với động cơ một chiều truyền thống có chổi than - cổ góp và động cơ dị bộ, đặc biệt trong các hệ thống truyền động di động sử dụng nguồn một chiều độc lập (ắc quy, pin, năng lượng mặt trời). Các ứng dụng công suất lớn bao gồm hệ truyền động xe kéo trên xe điện (công suất từ vài chục đến 100 kW) và hệ thống điều khiển servo công nghiệp (công suất dưới 10 kW).
Vấn đề kỹ thuật cốt lõi được đặt ra là việc thay thế chuyển mạch cơ học (vốn sinh ra tia lửa điện, mài mòn, hạn chế tản nhiệt và giới hạn tốc độ) bằng cơ cấu chuyển mạch tĩnh sử dụng linh kiện bán dẫn công suất. Để thực hiện điều khiển chính xác, động cơ BLDC đòi hỏi phải xác định đúng vị trí góc quay của rotor, quy luật chuyển mạch dòng điện các pha và thiết lập mô hình toán học làm cơ sở cho hệ truyền động thực hiện.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài gồm 4 nội dung chính:
- Hệ thống hóa cơ sở lý thuyết, đặc tính cơ, phương pháp khởi động, điều chỉnh tốc độ và hãm của các loại động cơ sử dụng trong truyền động điện (động cơ một chiều, động cơ dị bộ một pha, động cơ đồng bộ).
- Nghiên cứu cấu tạo chi tiết, phân loại rotor/stator và các phương pháp cảm biến xác định vị trí rotor của động cơ BLDC (cảm biến hiệu ứng Hall, cảm biến từ trở MR, cảm biến quang).
- Phân tích nguyên lý hoạt động và xây dựng bảng logic chuyển mạch dòng điện 6 bước (six-step switching) cho bộ nghịch lưu van bán dẫn điều khiển động cơ quay thuận và quay ngược.
- Thiết lập phương trình giải tích sức điện động, mô men điện từ, phương trình đặc tính cơ và hệ phương trình vi phân mô hình toán học 3 pha của động cơ BLDC.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng: Động cơ điện một chiều không chổi than BLDC và các cấu trúc truyền động điện liên quan.
- Phạm vi: Phân tích lý thuyết máy điện, mô hình hóa giải tích toán học mạch điện - từ trường, nguyên lý điều khiển chuyển mạch nghịch lưu và khảo sát đặc tính cơ trong công nghiệp.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và mô hình sử dụng trong đề tài dựa trên:
- Lý thuyết máy điện và truyền động điện kinh điển: Phương trình cân bằng điện áp, phương trình cân bằng sức điện động cảm ứng $E_ư = C_e \Phi n$, định luật cảm ứng điện từ và phương trình mô men điện từ.
- Lý thuyết máy điện xoay chiều đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu có dạng sóng phản điện động hình thang (trapezoidal back-EMF).
- Lý thuyết cảm biến vị trí: Nguyên lý hiệu ứng Hall (E. Hall, 1879), nguyên lý cảm biến từ trở MR và tổ hợp transistor quang - màn chắn cơ học $180^\circ$.
- Lý thuyết chuyển mạch điện tử công suất: Mạch nghịch lưu cầu 6 van bán dẫn (transistor/MOSFET/IGBT) điều khiển dạng xung khối $120^\circ$ điện.
Phương pháp nghiên cứu thực tế:
- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Khảo sát so sánh các dạng động cơ truyền động (DC kích từ độc lập, song song, nối tiếp, hỗn hợp; động cơ dị bộ 1 pha và 3 pha mất pha; động cơ đồng bộ kích từ độc lập).
- Phương pháp mô hình hóa giải tích: Tích phân từ thông móc vòng $\Psi(\theta)$, dẫn xuất phương trình sức điện động pha $e(\theta)$, công suất điện tức thời $P_e$ và mô men điện từ $M_e$.
- Phương pháp mô tả trạng thái ma trận vi phân: Thiết lập hệ phương trình vi phân điện áp 3 pha có tính đến điện trở $R$, điện cảm riêng $L$ và tương tác hỗ cảm $M$ giữa các cuộn dây pha stator.
Nguồn dữ liệu: Toàn bộ thông số giải tích, biểu đồ đặc tính cơ, giản đồ thời gian sđđ - dòng điện và bảng trạng thái logic đóng ngắt bán dẫn được tác giả trích xuất từ các giáo trình chuyên ngành máy điện, truyền động điện tự động và tài liệu thiết kế máy điện BLDC.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Các loại động cơ sử dụng trong chuyền động điện
Chương này trình bày tổng quan và hệ thống hóa lý thuyết về 3 nhóm máy điện chính trong hệ thống truyền động:
-
Động cơ một chiều (DC):
- Phân loại theo phương pháp kích từ: Kích từ độc lập, kích từ song song, kích từ nối tiếp và kích từ hỗn hợp.
- Phương trình cân bằng sđđ ở chế độ ổn định: $U = E_ư + I_ư R_t$ (dấu $+$ cho động cơ, dấu $-$ cho máy phát), với $E_ư = C_e \Phi n$.
- Đặc tính cơ $n = f(M)$: Động cơ kích từ độc lập và song song có đặc tính cơ dạng đường thẳng $n = \frac{U}{C_e \Phi} - \frac{R_t + R_{đc}}{C_e C_m \Phi^2} M$. Động cơ kích từ nối tiếp có đặc tính cơ dạng hypebol $n = \frac{U}{\sqrt{C_m K}\sqrt{M}} - \frac{R_t + R_{đc}}{C_e K}$ khi $I_ư \le I_{đm}$; tác giả nhấn mạnh động cơ nối tiếp không có tốc độ không tải, khi giảm tải tốc độ tăng vọt đột ngột nên tuyệt đối không được vận hành không tải hoặc dùng bộ truyền đai (cu-roa). Động cơ kích từ hỗn hợp kết hợp cả cuộn nối tiếp và song song, có tốc độ không tải xác định bởi cuộn song song.
- Phương pháp khởi động: Khởi động trực tiếp (dòng khởi động lớn $I_{kđ} = (10 \div 30)I_{đm}$, gây sụt áp và tia lửa cổ góp nên hầu như không dùng); khởi động qua điện trở phụ rotor $I_{kđ} = \frac{U}{R_t + R_{kđ}}$ (ngắt dần điện trở theo tốc độ).
- Điều chỉnh tốc độ: Thay đổi điện áp cấp ($U = \text{var}$, dải điều chỉnh hẹp theo chiều giảm tốc, độ bằng phẳng cao); thay đổi điện trở mạch phần ứng ($R_{đc} = \text{var}$, tổn hao lớn: giảm $50%$ tốc độ định mức thì tổn hao trên điện trở chiếm $50%$ công suất đưa vào); thay đổi từ thông ($\Phi = \text{var}$, điều chỉnh tăng tốc từ định mức, kinh tế, cấm giảm kích từ về 0 vì tốc độ tăng vô hạn phá hủy cơ khí); hệ thống bộ biến đổi - động cơ (chỉnh lưu công suất thay thế hệ F-Đ cổ điển).
- Các chế độ hãm điện: Hãm động năng (ngắt phần ứng khỏi lưới, nối qua điện trở hãm, $U=0$); hãm dòng điện ngược (đưa điện trở lớn khi có tải thế năng hoặc đảo chiều điện áp nguồn cấp); hãm trả năng lượng về nguồn ($E_ư > U$, dòng đổi chiều đưa năng lượng về lưới, chỉ hãm đến tốc độ không tải).
- Phân loại tổn hao: Tổn hao chính (cơ, sắt từ, đồng) và tổn hao phụ (dòng Fuco trong lõi thép, phân bố từ trường không đều, chổi than).
-
Động cơ dị bộ một pha:
- Cấu tạo: Stator gồm các lá thép vành khăn có rãnh chứa cuộn dây (cuộn chính và cuộn khởi động đặt lệch nhau $90^\circ$ trong không gian; hoặc stator cực từ xẻ rãnh đặt vòng ngắn mạch bằng đồng), rotor lồng sóc đúc nhôm.
- Nguyên lý hoạt động: Từ trường xoay chiều đập mạch được phân tích thành 2 từ trường quay ngược chiều cùng biên độ, tương ứng 2 độ trượt $s_1$ và $s_2 = 2 - s_1$. Mô men tổng $M = M_1 + M_2$. Tại $n=0$ thì $M=0$, do đó động cơ dị bộ 1 pha không có mô men mở máy tự thân.
- Phương pháp khởi động: Dùng vòng ngắn mạch (mô men mở máy nhỏ); dùng tụ điện mắc nối tiếp cuộn khởi động để tạo dòng lệch pha $90^\circ$ theo thời gian (có thể dùng 2 tụ: 1 tụ khởi động cắt ra sau khi mở máy và 1 tụ làm việc thường trực).
- Chế độ 3 pha chạy 1 pha: Khi động cơ 3 pha bị mất 1 pha lúc đang quay, dòng điện làm việc tăng lên $\sqrt{3}$ lần; khi chuyển đổi đấu nối động cơ 3 pha sang nguồn 1 pha dùng tụ điện làm việc thường trực, công suất đạt khoảng $70% - 80%$ so với định mức 3 pha.
-
Động cơ đồng bộ:
- Đặc tính vận hành: Góc công suất $\theta$, làm việc ở 4 chế độ phụ thuộc vào tải và dòng kích từ (không tải, máy phát, động cơ, máy bù đồng bộ). Quá kích từ giúp máy phát công suất phản kháng cảm kháng, thiếu kích từ làm máy nhận/phát công suất dung kháng.
- Vấn đề khởi động: Động cơ đồng bộ không có mô men mở máy ban đầu ($M_{tb}=0$) do quán tính rotor quá lớn so với tần số lưới $50\text{ Hz}$.
- Phương pháp khởi động: Dùng máy lai ngoài; khởi động dị bộ (đặt cuộn dây lồng sóc ở mặt cực từ, nối cuộn kích từ qua điện trở phóng từ $R_p \approx 10 R_{kt}$ để triệt tiêu hiện tượng yên ngựa Görges gây dung máy); khởi động bằng nguồn biến đổi tần số.
Chương 2: Động cơ BLDC
Chương 2 tập trung nghiên cứu toàn diện về động cơ BLDC từ cấu trúc phần cứng đến mô hình giải tích:
-
Bản chất và ưu nhược điểm:
- Động cơ BLDC thực chất là máy điện xoay chiều đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu có sức phản điện động dạng hình thang. Quá trình chuyển mạch dòng điện phần ứng được thực hiện bằng van bán dẫn công suất tĩnh. Cuộn dây đặt trên stator giúp dẫn nhiệt trực tiếp ra vỏ ngoài, cho phép nâng cao mật độ công suất.
- Ưu điểm: Đặc tính tốc độ - mô men tuyến tính, đáp ứng động nhanh do quán tính nhỏ, hiệu suất cao (không tổn hao rotor), tuổi thọ cao, không sinh tia lửa điện, dải tốc độ rộng, điều khiển được mô men tại vị trí dừng ($n=0$).
- Nhược điểm: Giá thành chế tạo cao do dùng nam châm vĩnh cửu; nam châm dễ bị khử từ khi nhiệt độ làm việc tăng cao.
-
Cấu tạo Stator và Rotor:
- Stator: Các lá thép kỹ thuật điện ghép chặt, cuộn dây phân bố đều dọc theo mặt trong tạo sđđ hình thang (loại 3 pha 3 cuộn dây phổ biến nhất).
- Rotor: Gồm lõi thép và nam châm vĩnh cửu. Có 2 dạng kết cấu: Nam châm gắn trên bề mặt lõi (đơn giản, dùng cho tốc độ thấp và trung bình) và nam châm ẩn/chèn bên trong lõi rotor (kết cấu cơ khí chắc chắn, dùng cho tốc độ cao). Vật liệu nam châm gồm Ferrite (rẻ, mật độ từ trường thấp) và hợp kim đất hiếm (mật độ từ trường cao, thể tích nhỏ gọn, giá thành cao).
-
Cảm biến vị trí Rotor:
- Cảm biến hiệu ứng Hall: Gồm 3 phần tử gắn trên stator (hoặc dùng vành nam châm phụ trên trục) phát hiện cực từ N/S để xuất mức logic.
- Cảm biến từ trở MR: Phát hiện sự biến đổi từ trở mạch từ.
- Cảm biến quang: Sử dụng đĩa chắn sáng góc $180^\circ$ quay cùng trục kết hợp 6 cụm phát LED và thu phototransistor.
-
Nguyên lý chuyển mạch 6 bước và điều khiển:
- Mạch nghịch lưu cầu gồm 6 transistor công suất ($T_1 \div T_6$) cấp điện cho 3 cuộn dây stator. Tại mỗi thời điểm, luôn có 2 cuộn dây pha dẫn điện (1 cuộn nối $+E$, 1 cuộn nối $-E$) và 1 cuộn dây hở mạch ($i=0$).
- Một chu kỳ điện chia thành 6 sector (mỗi sector ứng với $60^\circ$ điện), dòng điện duy trì dạng xung chữ nhật đỉnh phẳng rộng $120^\circ$ điện trùng pha với đỉnh phẳng sđđ hình thang để tối ưu mô men và giảm độ đập mạch.
| Chiều quay | Sector 1 | Sector 2 | Sector 3 | Sector 4 | Sector 5 | Sector 6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Quay thuận (Van dẫn) | $T_1, T_2, T_6$ | $T_1, T_5, T_6$ | $T_4, T_5, T_6$ | $T_3, T_4, T_5$ | $T_2, T_3, T_4$ | $T_1, T_2, T_3$ |
| Quay ngược (Van dẫn) | $T_3, T_4, T_5$ | $T_2, T_3, T_4$ | $T_1, T_2, T_3$ | $T_1, T_2, T_6$ | $T_1, T_5, T_6$ | $T_4, T_5, T_6$ |
-
Phương trình sức điện động, mô men và đặc tính cơ:
- Từ thông móc vòng cực đại: $\Psi_{1\max} = W_1 B_g l r_1$.
- Sức điện động cảm ứng hiệu dụng pha: $$E = 4 N_{ph} B_g l r_1 \omega_e = K \Phi \omega$$ với $K = 4 N_{ph}$, $\Phi = S B_g = \pi l r_1 B_g$.
- Công suất điện từ tức thời: $P_e = e_a i_a + e_b i_b + e_c i_c = 2 E_p I_p$.
- Mô men điện từ: $$M_e = \frac{P_e}{\omega} = 2 N_{ph} B_g l r_1 I_p = K \Phi I_ư$$
- Phương trình đặc tính cơ: Từ $U \approx E + R I \Rightarrow I = \frac{U - K\Phi\omega}{R}$, thay vào biểu thức mô men ta có phương trình tuyến tính: $$\omega = \frac{U}{K\Phi} - \frac{R}{(K\Phi)^2} M_e$$
-
Mô hình toán học máy điện BLDC:
- Phương trình vi phân ma trận điện áp 3 pha stator: $$\begin{bmatrix} V_a \ V_b \ V_c \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} R & 0 & 0 \ 0 & R & 0 \ 0 & 0 & R \end{bmatrix} \begin{bmatrix} i_a \ i_b \ i_c \end{bmatrix} + \frac{d}{dt} \begin{bmatrix} L & M & M \ M & L & M \ M & M & L \end{bmatrix} \begin{bmatrix} i_a \ i_b \ i_c \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} e_a \ e_b \ e_c \end{bmatrix}$$
- Do hệ thống 3 pha đối xứng không dây trung tính có $i_a + i_b + i_c = 0 \Rightarrow M i_b + M i_c = -M i_a$, hệ phương trình được đơn giản hóa thành: $$V_a = R i_a + (L - M) \frac{d i_a}{dt} + e_a$$ $$V_b = R i_b + (L - M) \frac{d i_b}{dt} + e_b$$ $$V_c = R i_c + (L - M) \frac{d i_c}{dt} + e_c$$
- Tác giả phân tích: Sự tồn tại của điện cảm tương đương $(L - M)$ làm dòng điện thực tế không thể biến thiên thẳng đứng dạng chữ nhật lý tưởng mà có độ dốc nhất định ở sườn trước và sườn sau của xung dòng.
Thiết kế và nguyên lý chuyển mạch điều khiển
Cơ cấu điều khiển chuyển động của động cơ BLDC được thiết kế dựa trên sơ đồ nghịch lưu 6 van bán dẫn kết hợp khối cảm biến vị trí xác định 6 sector trong một chu kỳ điện.
Trạng thái dẫn điện của các pha stator và các van nghịch lưu được tổng hợp chi tiết theo từng góc điện như sau:
| Thông số / Trạng thái | Sector 1 | Sector 2 | Sector 3 | Sector 4 | Sector 5 | Sector 6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Góc pha điện | $0^\circ - 60^\circ$ | $60^\circ - 120^\circ$ | $120^\circ - 180^\circ$ | $180^\circ - 240^\circ$ | $240^\circ - 300^\circ$ | $300^\circ - 360^\circ$ |
| Dòng điện pha $a$ ($i_a$) | $+I_p$ | $+I_p$ | $0$ | $-I_p$ | $-I_p$ | $0$ |
| Dòng điện pha $b$ ($i_b$) | $0$ | $-I_p$ | $-I_p$ | $0$ | $+I_p$ | $+I_p$ |
| Dòng điện pha $c$ ($i_c$) | $-I_p$ | $0$ | $+I_p$ | $+I_p$ | $0$ | $-I_p$ |
| Điện thế các nút | $a=+E, c=-E$ | $a=+E, b=-E$ | $c=+E, b=-E$ | $c=+E, a=-E$ | $b=+E, a=-E$ | $b=+E, c=-E$ |
| Trạng thái van quay thuận | $T_1, T_2, T_6$ | $T_1, T_5, T_6$ | $T_4, T_5, T_6$ | $T_3, T_4, T_5$ | $T_2, T_3, T_4$ | $T_1, T_2, T_3$ |
| Trạng thái van quay ngược | $T_3, T_4, T_5$ | $T_2, T_3, T_4$ | $T_1, T_2, T_3$ | $T_1, T_2, T_6$ | $T_1, T_5, T_6$ | $T_4, T_5, T_6$ |
Nguyên lý điều khiển yêu cầu thời điểm chuyển mạch dòng điện phải trùng pha chính xác với sức phản điện động hình thang nhằm đảm bảo mô men sinh ra là lớn nhất, đồng thời triệt tiêu dao động đập mạch mô men và giảm thiểu tổn hao trên cuộn dây stator.
Kết quả và đóng góp
-
Kết quả nghiên cứu chính:
- Hệ thống hóa đầy đủ cơ sở toán học và cơ chế vật lý của các phương pháp khởi động, hãm và điều chỉnh tốc độ cho các dòng máy điện truyền động cơ bản.
- Thiết lập thành công biểu thức giải tích sức điện động $E = 4 N_{ph} B_g l r_1 \omega_e$ và mô men điện từ $M_e = K \Phi I_ư$ của động cơ BLDC 3 pha, chứng minh tính đồng nhất về mặt dạng biểu thức mô men giữa động cơ BLDC và động cơ DC truyền thống.
- Xây dựng bảng trạng thái logic điều khiển nghịch lưu 6 bước cho 2 chiều quay thuận và ngược tương ứng 6 sector cảm biến vị trí.
- Xây dựng mô hình toán học vi phân ma trận điện áp 3 pha có tính đến hỗ cảm $M$, xác định thông số điện cảm tương đương là $(L - M)$.
-
Giải pháp đề xuất của tác giả:
- Khuyến nghị sử dụng kết cấu rotor nam châm ẩn trong lõi đối với các hệ truyền động tốc độ cao để đảm bảo độ bền cơ học.
- Sử dụng vật liệu nam châm hợp kim đất hiếm trong các ứng dụng yêu cầu mật độ mô men cao và tối ưu kích thước thể tích.
- Ứng dụng điện trở phóng từ $R_p \approx 10 R_{kt}$ trong mạch kích từ khi khởi động dị bộ động cơ đồng bộ để bảo vệ cách điện và vượt qua vùng yên ngựa Görges.
-
Đóng góp của đồ án:
- Tổng hợp có hệ thống lý thuyết điều khiển chuyển mạch điện tử cho động cơ BLDC, làm rõ mối quan hệ giữa sức phản điện động hình thang và dòng điện xung vuông $120^\circ$.
- Cung cấp mô hình vi phân toán học chính xác làm cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế bộ điều khiển truyền động tự động sử dụng động cơ BLDC làm cơ cấu chấp hành.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Đồ án tập trung hoàn toàn vào phân tích giải tích lý thuyết, mô hình hóa toán học và logic chuyển mạch van bán dẫn; văn bản chưa triển khai thực nghiệm đo đạc phần cứng thực tế hoặc mô phỏng số kiểm chứng trên phần mềm chuyên dụng (như Matlab/Simulink).
- Hướng nghiên cứu tiếp: Căn cứ trên phạm vi đề tài, hướng phát triển tiếp theo bao gồm việc thiết kế mạch lực và mạch điều khiển phần cứng chi tiết (driver van MOSFET/IGBT, vi điều khiển/DSP), nghiên cứu thuật toán điều khiển không cảm biến (sensorless) dựa trên sức phản điện động và xây dựng hệ điều khiển vòng kín tốc độ/vị trí cho động cơ BLDC.
Giá trị tham khảo
Tài liệu này là nguồn tham khảo hữu ích cho:
- Sinh viên, học viên ngành Kỹ thuật Điện, Điện Tự động công nghiệp, Tự động hóa và Cơ điện tử khi làm đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp về máy điện và truyền động điện.
- Kỹ sư thiết kế hệ thống truyền động điện một chiều không chổi than, đặc biệt ở các nội dung:
- Bảng tra cứu trạng thái đóng cắt van nghịch lưu 6 bước theo sector góc điện.
- Phương pháp xây dựng mô hình toán vi phân điện áp 3 pha có xét đến hỗ cảm $(L - M)$.
- Phương pháp xác định sức điện động, mô men điện từ và đặc tính cơ của động cơ BLDC.
Câu hỏi thường gặp
1. Bản chất của động cơ một chiều không chổi than BLDC là gì?
Mặc dù mang tên động cơ một chiều nhưng về bản chất, động cơ BLDC thuộc nhóm động cơ xoay chiều đồng bộ kích từ bằng nam châm vĩnh cửu, có sức phản điện động cảm ứng dạng hình thang và sử dụng bộ chuyển mạch bán dẫn tĩnh thay thế cho cổ góp - chổi than.
2. Vì sao động cơ một chiều kích từ nối tiếp tuyệt đối không được vận hành ở chế độ không tải?
Ở động cơ kích từ nối tiếp, từ thông $\Phi$ phụ thuộc trực tiếp vào dòng phần ứng $I_ư$. Khi làm việc không tải ($I_ư \to 0$), từ thông $\Phi \to 0$ dẫn đến tốc độ quay $n$ tăng vọt lên vô cùng lớn, gây nguy hiểm phá hủy kết cấu cơ khí của máy điện.
3. Công thức tính sức điện động và mô men điện từ của động cơ BLDC 3 pha được xác định như thế nào?
Sức điện động hiệu dụng pha được xác định qua biểu thức $E = 4 N_{ph} B_g l r_1 \omega_e = K \Phi \omega$. Mô men điện từ tức thời không đổi trong cả chu kỳ và được tính theo công thức $M_e = \frac{P_e}{\omega} = 2 N_{ph} B_g l r_1 I_p = K \Phi I_ư$.
4. Hiện tượng yên ngựa Görges khi khởi động dị bộ động cơ đồng bộ được khắc phục bằng cách nào?
Để giảm tác động của từ trường ngược gây ra vùng yên ngựa Görges (làm mô men khởi động nhỏ hơn mô men cản khiến máy không khởi động được), người ta mắc vào mạch kích từ một điện trở phụ có giá trị $R_p \approx 10 R_{kt}$.
5. Điện cảm của các cuộn dây pha stator ảnh hưởng như thế nào đến dạng sóng dòng điện trong động cơ BLDC?
Sự tồn tại của điện cảm pha $(L - M)$ khiến dòng điện thực tế không thể đạt dạng xung chữ nhật thẳng đứng lý tưởng mà có độ dốc nhất định tại các thời điểm đóng và ngắt van bán dẫn, làm thay đổi dạng sóng dòng điện thực tế.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Trần Văn Trung đã hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết máy điện truyền động và làm rõ bản chất vận hành của động cơ một chiều không chổi than BLDC. Nghiên cứu đã thiết lập thành công các biểu thức giải tích sức điện động, mô men điện từ, mô hình vi phân điện áp 3 pha $(L - M)$ và xây dựng bảng logic chuyển mạch 6 bước cho 2 chiều quay. Kết quả của đồ án cung cấp nền tảng lý thuyết và mô hình toán học phục vụ thiết kế, ứng dụng động cơ BLDC làm động cơ thực hiện trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp.