Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trước thực trạng cạn kiệt nguồn tài nguyên hóa thạch như xăng dầu cùng với các vấn đề ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính do khí thải giao thông gây ra, xu hướng chuyển dịch sang sử dụng phương tiện giao thông chạy bằng năng lượng điện ngày càng trở nên cấp thiết. Xe đạp điện là phương tiện di chuyển xanh, linh hoạt, phù hợp với nhiều nhóm đối tượng người dùng tại Việt Nam. Trong các hệ thống xe điện, động cơ một chiều không chổi than (Brushless DC Motor - BLDC) ngày càng được ứng dụng phổ biến nhờ sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội so với động cơ một chiều truyền thống (động cơ DC có chổi than), bao gồm hiệu suất làm việc cao, dải điều chỉnh tốc độ rộng, đáp ứng mô-men nhanh, không phát sinh tia lửa điện cơ học và yêu cầu bảo trì thấp.
Đồ án tốt nghiệp "Xây dựng và điều khiển động cơ BLDC xe đạp điện" do hai sinh viên Nguyễn Hữu Đức Thiện và Phạm Hữu Trí thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Đỗ Đức Trí tại Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (tháng 01/2018), tập trung giải quyết bài toán thiết kế hoàn chỉnh hệ thống điều khiển động lực cho xe đạp điện sử dụng động cơ BLDC kết hợp nguồn bổ trợ năng lượng mặt trời.
Mục tiêu cụ thể của đề tài bao gồm các nhiệm vụ được xác định như sau:
- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động và các đặc tính điện - cơ của động cơ BLDC 3 pha.
- Tìm hiểu và lựa chọn giải pháp điều khiển chuyển mạch điện tử và điều chế độ rộng xung (PWM) phù hợp cho động cơ BLDC.
- Thiết kế, tính toán và thi công phần cứng bao gồm khối xử lý trung tâm, khối cách ly quang, khối kích lái (driver) và khối nghịch lưu công suất 3 pha 2 bậc.
- Xây dựng thuật toán, viết chương trình điều khiển nhúng trên vi điều khiển DSPIC và tiến hành mô phỏng mạch điện tử.
- Thi công, lắp ráp hoàn thiện hệ thống trên mô hình xe đạp điện thực tế và tích hợp module sạc ắc-quy từ tấm pin năng lượng mặt trời.
- Thử nghiệm, đo đạc dạng sóng thực tế và đánh giá khả năng vận hành của hệ thống với mục tiêu đạt vận tốc 20 km/h dưới dải tải trọng từ 0 đến 75 kg.
Đối tượng nghiên cứu chính là động cơ BLDC dạng sóng sức phản điện động hình thang tích hợp 3 cảm biến vị trí Hall. Phạm vi thử nghiệm thực tế được thực hiện trên khung xe đạp điện thương mại Songtain Sweet tại Phòng thí nghiệm Điện tử Công nghiệp – Y sinh (phòng D405), Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh trong thời gian từ tháng 10/2017 đến tháng 01/2018.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khóa luận xây dựng hệ thống điều khiển dựa trên các nền tảng lý thuyết và mô hình toán học chuyên ngành kỹ thuật điện tử:
- Lý thuyết động cơ BLDC: Động cơ BLDC thực chất là động cơ xoay chiều đồng bộ kích thích bằng nam châm vĩnh cửu trên Rotor. Cấu trúc Stator gồm các cuộn dây 3 pha đặt lệch nhau trong không gian; Rotor sử dụng các thanh nam châm vĩnh cửu (ferrite hoặc hợp kim) tạo từ trường cố định. Vị trí Rotor được nhận diện gián tiếp thông qua 3 cảm biến phần tử Hall đặt lệch nhau góc $120^\circ$.
- Mô hình toán học động cơ BLDC: Hệ phương trình điện áp pha được mô tả qua ma trận: $$\begin{bmatrix} v_a \ v_b \ v_c \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} R & 0 & 0 \ 0 & R & 0 \ 0 & 0 & R \end{bmatrix} \begin{bmatrix} i_a \ i_b \ i_c \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} L-M & 0 & 0 \ 0 & L-M & 0 \ 0 & 0 & L-M \end{bmatrix} \frac{d}{dt} \begin{bmatrix} i_a \ i_b \ i_c \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} e_a \ e_b \ e_c \end{bmatrix}$$ Trong đó $R, L, M$ lần lượt là điện trở, tự cảm và hỗ cảm giữa các cuộn dây Stator; $e_a, e_b, e_c$ là sức phản điện động hình thang tỷ lệ thuận với tốc độ quay của Rotor theo định luật cảm ứng điện từ: $\text{EMF} = N \cdot B \cdot l \cdot r \cdot \omega$.
- Mô-men điện từ và phương trình động học: $$M_e = \frac{e_a i_a + e_b i_b + e_c i_c}{\omega_m}$$ $$J_m \frac{d\omega_m}{dt} = M_e - M_c - M_f$$ Với $J_m$ là mô-men quán tính, $M_c$ là mô-men cản của tải, và $M_f = D \cdot \omega_m$ là mô-men ma sát nhớt.
- Nguyên lý chuyển mạch 6 bước (Six-step Commutation): Mỗi chu kỳ điện được chia thành 6 trạng thái $60^\circ$. Tại mỗi thời điểm, hai pha dẫn dòng (một pha nối cực dương nguồn, một pha nối cực âm) và một pha thả nổi để tạo nên từ trường Stator quay đồng bộ hút từ trường Rotor.
- Lý thuyết nghịch lưu cầu 3 pha 2 bậc: Sử dụng 6 van công suất bán dẫn (MOSFET) mắc thành 3 nhánh cầu song song với các diode giải phóng năng lượng cảm ứng ngược, phối hợp điều chế độ rộng xung (PWM) trên các van nhánh trên để điều chỉnh điện áp trung bình đặt vào Stator nhằm thay đổi tốc độ động cơ theo tín hiệu tay ga.
Phương pháp nghiên cứu thực hiện qua các bước:
- Phương pháp phân tích lý thuyết kết hợp tính toán thông số linh kiện phần cứng.
- Phương pháp thiết kế mạch in (PCB) phân khối chức năng và thi công chế tạo mạch thực tế.
- Phương pháp lập trình nhúng, biên dịch phần mềm và nạp code cho vi điều khiển.
- Phương pháp thực nghiệm đo kiểm dạng sóng tín hiệu kích, điện áp pha bằng máy dao động ký (Oscilloscope) và đồng hồ VOM; thử nghiệm tải trọng thực tế trên xe đạp điện Songtain Sweet.
Bảng dưới đây tổng hợp các đặc tính so sánh giữa động cơ BLDC và động cơ DC truyền thống theo phân tích của tác giả:
| Thông số so sánh | Động cơ BLDC | Động cơ DC truyền thống | Đánh giá ưu điểm BLDC |
|---|---|---|---|
| Bộ chuyển mạch | Đổi chiều điện tử qua cảm biến Hall và van bán dẫn | Đổi chiều cơ khí bằng chổi than và cổ góp | Loại bỏ mài mòn cơ học, không tạo tia lửa điện |
| Hiệu suất | Cao | Trung bình | Tổn hao điện áp rơi trên linh kiện bán dẫn nhỏ |
| Bảo trì | Rất ít hoặc không cần bảo trì | Định kỳ thay chổi than, vệ sinh cổ góp | Giảm chi phí vận hành và thời gian bảo dưỡng |
| Đáp ứng mô-men | Nhanh | Chậm | Mô-men quán tính Rotor của BLDC nhỏ hơn |
| Dải tốc độ | Rộng, đạt tốc độ cao | Bị giới hạn cơ khí | Không bị cản trở bởi giới hạn tiếp xúc chổi than |
| Nhiễu điện từ | Thấp | Cao | Không có tia lửa điện phát sinh khi chuyển mạch |
| Tuổi thọ | Cao | Thấp | Độ bền phụ thuộc chủ yếu vào ổ bi |
| Điều khiển | Phức tạp (cần mạch xử lý tín hiệu cảm biến) | Đơn giản (cấp điện áp DC trực tiếp) | Cần bộ vi xử lý và mạch nghịch lưu chuyên dụng |
Thiết kế và triển khai hệ thống
Kiến trúc phần cứng hệ thống
Hệ thống điều khiển xe đạp điện được chia thành các khối chức năng liên kết chặt chẽ:
[Pin mặt trời] --> [Module sạc] --> [Bình ắc-quy 48V]
|
+--------------------------------------+------------------------------------+
| | |
[Nguồn hạ áp LM2576 (5V)] [Nguồn ổn áp LM317 (12V)] [Mạch công suất 3 pha]
| | (6 MOSFET IRFB4110)
+---> [dsPIC30F4011] +---> [Driver IR2102] |
| ^ v
+---> [Cách ly HCPL2631] -----------------+ [Động cơ BLDC 3 pha]
^ |
+--- [Cảm biến Hall động cơ] --------------------------------------+
+--- [Tín hiệu tay ga & Phanh]
+---> [Màn hình hiển thị LCD 16x02]
- Khối xử lý trung tâm (DSPIC30F4011): Sử dụng dòng vi điều khiển 16-bit chuyên dụng cho điều khiển động cơ với 6 ngõ ra PWM độc lập, bộ biến đổi tương tự - số (ADC) 10-bit nhận tín hiệu điện áp từ tay ga (0–5V), các chân ngắt ngoài nhận tín hiệu phản hồi từ 3 cảm biến Hall và tín hiệu ngắt công tắc phanh an toàn.
- Khối cách ly quang (Optocoupler): Sử dụng IC HCPL2631 tốc độ cao (2 kênh/IC) để cách ly hoàn toàn phần điều khiển logic nhạy cảm với phần mạch công suất điện áp cao, loại bỏ hiện tượng xung nhiễu ngược làm treo vi điều khiển.
- Khối kích lái MOSFET (Driver IR2102): Sử dụng 3 IC IR2102 (mỗi IC kích một nhánh cầu gồm 2 MOSFET high-side và low-side) với điện áp cấp $12\text{V}$, dòng đỉnh kích mức cao $130-210\text{ mA}$ và mức thấp $270-360\text{ mA}$, đáp ứng điện áp điều khiển cực cổng $U_{GS} > 10\text{V}$.
- Khối nghịch lưu công suất 3 pha: Gồm 6 van MOSFET công suất chịu dòng áp cao, đóng cắt theo 6 bước để cấp nguồn $48\text{V}$ từ ắc-quy tới các pha A, B, C của động cơ.
- Khối nguồn nuôi:
- IC ổn áp xung LM2576 (chịu áp vào đến $40-57\text{V}$) hạ áp từ ắc-quy $48\text{V}$ xuống $5\text{V}$ ổn định cung cấp cho dsPIC30F4011, cảm biến Hall và màn hình LCD.
- IC ổn áp tuyến tính LM317 hạ áp cấp nguồn $12\text{V}$ cho 3 IC driver IR2102.
- Khối cảm biến và phụ trợ: Bộ tay ga điều tốc kiểu phần tử Hall, công tắc ngắt động cơ khi bóp phanh, module sạc ắc-quy tự động kết nối tấm pin năng lượng mặt trời.
Bảng lựa chọn linh kiện phần cứng
Tác giả đã tiến hành khảo sát và đánh giá các dòng linh kiện trên thị trường TP. Hồ Chí Minh để lựa chọn linh kiện tối ưu cho mạch:
| Khối chức năng | Tên linh kiện khảo sát | Thông số chính ($U_{\text{vào}}, U_{\text{ra}}, I_{\text{ra}}$) | Giá thành tham khảo | Kết luận lựa chọn |
|---|---|---|---|---|
| Cách ly quang | PC817 | 1 kênh, $U_{\text{ra}}=5\text{V}, I_{\text{ra}}=5\text{mA}$ | 2.500 VNĐ | Loại (tần số đóng cắt thấp) |
| HCPL2530 | 2 kênh, $U_{\text{ra}}=20\text{V}, I_{\text{ra}}=8\text{A}$ | 26.000 VNĐ | Đạt chuẩn | |
| HCPL2631 | 2 kênh, $U_{\text{ra}}=7\text{V}, I_{\text{ra}}=50\text{mA}$, tốc độ cao | 22.000 VNĐ | Chọn (đáp ứng xung >5kHz, tương thích TTL) | |
| Driver kích van | IR2102 | 2 kênh, $U_{\text{ra}}=10-20\text{V}, I_{\text{ra}}=130-360\text{mA}$ | 15.000 VNĐ | Chọn (đáp ứng $U_{GS}>10\text{V}$, giá rẻ) |
| IR2104 | 2 kênh, tích hợp deadtime, $U_{\text{ra}}=10-20\text{V}$ | 25.000 VNĐ | Loại (giá thành cao hơn) | |
| IR2151 | 2 kênh, tự dao động, $U_{\text{ra}}=10-20\text{V}$ | 16.500 VNĐ | Loại (không chuyên dụng cho PWM rời) |
Bảng thứ tự chuyển mạch theo cảm biến Hall
Bảng trạng thái kích mở 6 van MOSFET theo tổ hợp tín hiệu 3 cảm biến Hall A, B, C (lệch $120^\circ$) để động cơ quay thuận:
| Thứ tự trạng thái | Đầu vào Hall A | Đầu vào Hall B | Đầu vào Hall C | Cặp van công suất dẫn | Dòng điện pha A (Vàng) | Dòng điện pha B (Xanh) | Dòng điện pha C (Lục) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 1 | Q5, Q6 | Không dẫn (NC) | Cực âm ($-$) | Cực dương ($+$) |
| 1 | 0 | 1 | 1 | Q5, Q4 | Cực âm ($-$) | Không dẫn (NC) | Cực dương ($+$) |
| 2 | 0 | 1 | 0 | Q3, Q4 | Cực âm ($-$) | Cực dương ($+$) | Không dẫn (NC) |
| 3 | 1 | 1 | 0 | Q3, Q2 | Không dẫn (NC) | Cực dương ($+$) | Cực âm ($-$) |
| 4 | 1 | 0 | 0 | Q1, Q2 | Cực dương ($+$) | Không dẫn (NC) | Cực âm ($-$) |
| 5 | 1 | 0 | 1 | Q1, Q6 | Cực dương ($+$) | Cực âm ($-$) | Không dẫn (NC) |
(Ghi chú: 0: không có tín hiệu Hall; 1: có tín hiệu Hall; NC: pha thả nổi không cấp điện).
Nội dung chính theo từng chương
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương 1 phân tích bối cảnh phát triển của các phương tiện giao thông chạy điện nhằm thay thế nhiên liệu hóa thạch gây ô nhiễm. Tác giả xác định nhiệm vụ trọng tâm là làm chủ công nghệ điều khiển động cơ BLDC cho xe đạp điện, chế tạo mạch nghịch lưu 3 pha sử dụng vi điều khiển dsPIC30F4011, thiết lập các mục tiêu kỹ thuật vận hành đạt vận tốc 20 km/h, chịu tải trọng từ 0 đến 75 kg, đồng thời xác định phạm vi nghiên cứu trên mẫu xe Songtain Sweet.
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 2 trình bày có hệ thống về cấu tạo, nguyên lý của động cơ BLDC, sự khác nhau giữa dạng sóng phản điện động hình sin và hình thang, cũng như vai trò của 3 cảm biến Hall trong chuyển mạch điện tử 6 bước. Chương này phân tích chi tiết mô hình toán học, phương trình mô-men điện từ, phương trình đặc tính cơ, nguyên lý mạch nghịch lưu cầu 1 pha và 3 pha dẫn $180^\circ$ lệch pha $60^\circ$. Đồng thời, tác giả giới thiệu chi tiết cấu tạo, sơ đồ chân và thông số kỹ thuật của các IC sử dụng trong đề tài: LM2576, HCPL2631, LM317, IR2102, vi điều khiển dsPIC30F4011, module sạc ắc-quy chì-axit, cảm biến tay ga và tấm pin mặt trời.
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Chương 3 đi sâu vào thiết kế sơ đồ nguyên lý chi tiết từng khối mạch:
- Thiết kế khối xử lý trung tâm dsPIC30F4011 kết nối mạch tạo dao động thạch anh và mạch nạp.
- Thiết kế khối cách ly quang và mạch kích van IR2102 sử dụng cấu hình tụ bù Boostrap cho van nhánh trên.
- Thiết kế khối mạch công suất 6 van MOSFET kèm diode dập xung ngược và tụ lọc nguồn công suất lớn.
- Tính toán phân áp và mạch ổn áp nguồn $5\text{V}$ (LM2576) và $12\text{V}$ (LM317).
- Thiết kế mạch giao tiếp hiển thị LCD 16x02 và kết nối sơ đồ nguyên lý toàn mạch.
CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
Chương 4 mô tả toàn bộ quá trình gia công và chế tạo mạch in (PCB) phân tách giữa bo mạch điều khiển và bo mạch công suất để chống nhiễu; quy trình lắp ráp linh kiện, hàn gắn tản nhiệt cho MOSFET và kiểm tra thông mạch. Về mặt phần mềm, chương này giới thiệu môi trường lập trình CCS C, trình bày lưu đồ giải thuật chương trình chính, chương trình con đọc điện áp ADC từ tay ga, thuật toán giải mã tín hiệu 3 chân Hall để kích mở chính xác cặp van tương ứng và ngắt phanh an toàn.
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT- ĐÁNH GIÁ
Chương 5 công bố các kết quả thực nghiệm thu được bằng thiết bị đo kiểm và thử nghiệm vận hành mô hình thực tế:
- Kết quả đo dạng sóng xung kích PWM ngõ ra từ dsPIC, xung sau cách ly HCPL2631 và điện áp cấp cho cuộn dây pha động cơ trên máy dao động ký (dạng sóng vuông và xung điều chế sắc nét, đúng góc lệch pha $60^\circ$).
- Kết quả lắp đặt hoàn thiện mạch lên khung xe đạp điện Songtain Sweet.
- Bảng số liệu khảo sát vận tốc thực tế của xe theo các mức tải trọng kéo từ 0 đến 75 kg.
- Kết quả kiểm tra hoạt động ổn định của module sạc bình ắc-quy từ tấm pin năng lượng mặt trời.
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Chương 6 tổng kết toàn bộ các hạng mục nghiên cứu đã hoàn thành theo mục tiêu ban đầu, chỉ ra những điểm hạn chế về giao diện hiển thị và cấu trúc cơ khí, đồng thời vạch ra các định hướng cải tiến hệ thống trong tương lai.
Kết quả và đóng góp
Kết quả kỹ thuật đạt được
- Chế tạo thành công bộ điều khiển hoàn chỉnh cho động cơ BLDC xe đạp điện, gồm bo vi xử lý dsPIC30F4011, bo cách ly quang HCPL2631, bo driver IR2102 và bo công suất nghịch lưu 3 pha sử dụng 6 MOSFET.
- Viết và nạp thành công chương trình điều khiển chuyển mạch 6 bước kết hợp PWM kênh trên, đáp ứng mượt mà theo độ vặn tay ga của người lái và tự động ngắt động cơ an toàn khi bóp phanh.
- Các dạng sóng đo được trên máy hiện sóng tại chân băm xung, chân chốt và ngõ ra điện áp pha hoàn toàn trùng khớp với giản đồ xung lý thuyết.
- Hệ thống xe đạp điện thử nghiệm vận hành ổn định trên đường thực tế: khi không tải (0 kg) xe đạt vận tốc cực đại trên 20 km/h; khi tăng dần tải trọng từ 10 kg đến 75 kg, xe duy trì vận tốc biến thiên ổn định trong khoảng $15 - 20\text{ km/h}$, đáp ứng đúng yêu cầu thiết kế.
- Tích hợp thành công module sạc ắc-quy từ tấm pin năng lượng mặt trời, đảm bảo nạp bổ sung điện năng cho bình ắc-quy $48\text{V}$.
Đóng góp thực tiễn của đề tài
- Đề tài tự thiết kế và chế tạo phần cứng bo mạch điều khiển công suất BLDC trong nước với linh kiện thông dụng, giá thành thấp, thay thế các bộ điều tốc thương mại khép kín nhập khẩu.
- Cung cấp mô hình tham khảo chi tiết về sự kết hợp giữa kỹ thuật điều khiển chuyển mạch bán dẫn công suất và nguồn năng lượng tái tạo (pin mặt trời) trên phương tiện xe điện hai bánh.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế được ghi nhận
- Đồ án mới tập trung vào giải thuật điều khiển vòng hở bằng phương pháp băm xung PWM hình thang (trapezoidal control), chưa triển khai thuật toán điều khiển vector vòng kín (FOC) hoặc điều khiển dòng điện hình sin để giảm nhấp nhô mô-men.
- Khung xe thực nghiệm chưa tích hợp bộ cảm biến đo và hiển thị trực tiếp vận tốc thực tế của xe cũng như mức năng lượng còn lại của bình ắc-quy trên cụm đồng hồ xe đạp điện Songtain Sweet.
- Khả năng chịu tải trọng thử nghiệm dừng lại ở mức 75 kg do giới hạn khung xe và công suất linh kiện thiết kế ban đầu.
Hướng phát triển tiếp theo
- Nâng cấp thuật toán điều khiển sang phương pháp điều khiển vector không gian (SVPWM) hoặc điều khiển không cảm biến (Sensorless Control) sử dụng ước lượng sức phản điện động để giảm thiểu dây nối cảm biến Hall.
- Thiết kế bổ sung mạch đo vận tốc bánh xe qua encoder hoặc đếm xung Hall và mạch đo dung lượng bình ắc-quy để hiển thị trực tiếp lên màn hình LCD gắn trên ghi-đông xe.
- Tối ưu hóa kích thước bo mạch, tăng cường tản nhiệt công suất và nâng cao định mức dòng của van MOSFET để nâng mức tải trọng vận hành lên trên 100 kg.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị cao đối với:
- Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông, Điện tử Công nghiệp, Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa và Kỹ thuật Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu mẫu chi tiết về thiết kế mạch nghịch lưu 3 pha, ứng dụng vi điều khiển họ dsPIC để phát xung PWM điều khiển động cơ và kỹ thuật thiết kế mạch công suất nhiều lớp.
- Người nghiên cứu và phát triển thiết bị xe điện: Cung cấp thông số tính toán cụ thể về ghép nối IC Driver IR2102 với Opto tốc độ cao HCPL2631, mạch chuyển đổi nguồn switching LM2576 từ điện áp $48\text{V}$, cũng như quy trình giải mã tín hiệu cảm biến Hall cho động cơ BLDC 3 pha.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao đề tài sử dụng vi điều khiển dsPIC30F4011 thay vì các vi điều khiển thông thường khác?
Vi điều khiển dsPIC30F4011 là dòng DSP 16-bit chuyên dụng cho điều khiển động cơ. Vi điều khiển này tích hợp sẵn khối ngoại vi phát 6 kênh xung PWM điều khiển động cơ linh hoạt, bộ biến đổi ADC 10-bit tốc độ cao để đọc tín hiệu tay ga, cùng hệ thống các ngắt ngoại vi nhanh nhạy để xử lý tín hiệu từ 3 cảm biến Hall theo thời gian thực mà không làm nghẽn CPU.
2. Vai trò của IC HCPL2631 trong sơ đồ phần cứng là gì?
IC HCPL2631 là linh kiện Optocoupler tốc độ cao 2 kênh, có nhiệm vụ cách ly hoàn toàn mặt điện học giữa khối vi điều khiển logic (5V) và khối mạch công suất nghịch lưu (48V). Nhờ chịu được tần số đóng cắt xung cao (>5 kHz) và khả năng triệt tiêu nhiễu vòng lặp ground, HCPL2631 giúp ngăn chặn xung gai ngược từ MOSFET phá hỏng vi điều khiển.
3. Động cơ BLDC trong đề tài sử dụng dạng sóng sức phản điện động nào và góc lệch cảm biến Hall là bao nhiêu?
Động cơ sử dụng trong đề tài là loại BLDC có sức phản điện động dạng sóng hình thang. Ba cảm biến Hall bên trong Stator được bố trí lệch pha nhau $120^\circ$ trong không gian để xác định 6 vị trí chuyển mạch của Rotor trong một chu kỳ điện.
4. Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ được áp dụng trong khóa luận là gì?
Tác giả áp dụng phương pháp chuyển mạch 6 bước (six-step commutation) kết hợp kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) đặt vào các van MOSFET nhánh trên (kênh trên). Bằng cách thay đổi độ rộng xung PWM thông qua giá trị điện áp đọc từ tay ga, điện áp trung bình đặt vào cuộn dây Stator thay đổi, dẫn đến thay đổi tốc độ quay của động cơ.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Xây dựng và điều khiển động cơ BLDC xe đạp điện" của nhóm sinh viên Nguyễn Hữu Đức Thiện và Phạm Hữu Trí đã hoàn thành trọn vẹn các mục tiêu nghiên cứu lý thuyết và chế tạo phần cứng. Hệ thống điều khiển nhúng trên vi điều khiển dsPIC30F4011 kết hợp bộ nghịch lưu 3 pha 2 bậc và module sạc năng lượng mặt trời vận hành ổn định, đáp ứng tốc độ $20\text{ km/h}$ dưới dải tải trọng $0-75\text{ kg}$ trên xe thực tế. Công trình là tài liệu kỹ thuật hoàn chỉnh, có giá trị ứng dụng cao cho việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống truyền động điện không chổi than.