Hướng dẫn xây dựng và điều khiển động cơ BLDC cho xe đạp điện

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ

1.2. MỤC TIÊU

1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1.4. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

1.5. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU

1.5.1. Phương pháp nghiên cứu

1.5.2. Phương tiện nghiên cứu

1.6. BỐ CỤC

1.6.1. Chương 1: Tổng Quan

1.6.2. Chương 2: Cơ sở lý thuyết

1.6.3. Chương 3: Tính toán và thiết kế

1.6.4. Chương 4: Thi công hệ thống

1.6.5. Chương 5: Kết quả nhận xét đánh giá

1.6.6. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ BLDC

2.2. CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ BLDC

2.3. Cảm biến Hall (Hall sensor)

2.4. Bộ phận chuyển mạch điện tử (electronic commutator)

2.5. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BLDC

2.6. CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN DÙNG ĐỘNG CƠ BLDC

2.6.1. Truyền động không đảo chiều (truyền động một cực tính)

2.6.2. Truyền động có đảo chiều (truyền động hai cực tính)

2.7. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐIỆN CỦA ĐỘNG CƠ BLDC

2.7.1. Mô-men điện từ

2.7.2. Đặc tính cơ và đặc tính làm việc của động cơ BLDC

2.7.3. Sức phản điện động

2.8. MÔ HÌNH TOÁN VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC

2.8.1. Mô hình toán

2.8.2. Mô-men điện từ

2.8.3. Phương trình động học của động cơ BLDC

2.9. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC

2.9.1. Phương pháp điều khiển động cơ BLDC 3 pha

2.9.2. Điều khiển bằng phương pháp PWM

2.10. LÝ THUYẾT BỘ NGHỊCH LƯU

2.10.1. Bộ nghịch lưu 1 pha

2.10.2. Sơ đồ đẩy kéo bộ nghịch lưu

2.10.3. Bộ nghịch lưu 3 pha

2.11. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

2.11.1. IC ổn áp LM2576

2.11.2. IC cách ly điện

2.11.3. IC ổn áp LM317

2.11.4. Màn hình LCD16x02

2.11.5. Vi điều khiển

2.11.5.1. Ngắt của DSPIC30F4011

2.11.5.2. Cổng vào ra của DSPIC30F4011

2.11.5.3. Các bộ định thời

2.11.5.4. Module chuyển đổi tương tự - số ADC 10bit

2.11.5.5. Module PWM điều khiển động cơ

2.11.6. Module sạc ắc-quy

2.11.6.1. Khái niệm ACCU

2.11.6.2. Phân loại và cấu tạo Ắc-quy

2.11.7. Giới thiệu tay ga

2.11.8. Tấm pin năng lượng mặt trời

3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1. Thiết kế sơ đồ khối

3.2. Tính toán và thiết kế mạch

3.2.1. Thiết kế khối xử lý trung tâm

3.2.2. Thiết kế khối kích Mosfet

3.2.3. Thiết kế khối công suất

3.2.4. Thiết kế khối nguồn 12V kích Mosfet

3.2.5. Thiết kế khối nguồn 5V

3.2.6. Khối hiển thị

4. CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG

4.1. Thi công board mạch

4.2. Lắp ráp và kiểm tra

4.3. Lập trình hệ thống

4.3.1. Phần mềm lập trình cho vi điều khiển

4.3.1.1. Giới thiệu về CCS

4.3.1.2. Chương trình hệ thống

4.3.2. Phần mềm mô phỏng mạch điện tử

5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ

5.1. Kết quả dạng sóng

5.2. Kết quả xe đạp điện

5.3. Kết quả khi xe kéo tải

5.4. Kết quả khi sạc bình ắc-quy

6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

6.1. Hướng phát triển

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về động cơ BLDC và xe đạp điện

Động cơ BLDC (Brushless DC Motor) là một loại động cơ điện không sử dụng chổi than, được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử và phương tiện di chuyển như xe đạp điện. Động cơ này có ưu điểm vượt trội so với động cơ DC truyền thống, bao gồm hiệu suất cao, độ bền tốt, và ít yêu cầu bảo trì. Xe đạp điện sử dụng động cơ BLDC đang trở thành xu hướng phổ biến nhờ khả năng tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường.

1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ BLDC

Động cơ BLDC bao gồm hai phần chính: stator (phần tĩnh) và rotor (phần quay). Stator được cấu tạo từ các cuộn dây, trong khi rotor sử dụng nam châm vĩnh cửu. Nguyên lý hoạt động dựa trên việc điều khiển dòng điện qua các cuộn dây stator để tạo ra từ trường quay, từ đó làm quay rotor. Cảm biến Hall được sử dụng để xác định vị trí rotor, giúp hệ thống điều khiển chuyển mạch chính xác.

1.2. Ứng dụng của động cơ BLDC trong xe đạp điện

Xe đạp điện sử dụng động cơ BLDC mang lại hiệu suất cao và độ ổn định tốt. Động cơ này giúp xe hoạt động mượt mà, tiết kiệm năng lượng, và giảm thiểu chi phí bảo trì. Ngoài ra, việc sử dụng công nghệ BLDC còn giúp tăng tuổi thọ của xe và cải thiện trải nghiệm người dùng.

II. Xây dựng và thiết kế hệ thống điều khiển động cơ BLDC

Việc xây dựng động cơ và hệ thống điều khiển cho xe đạp điện đòi hỏi sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm. Phần cứng bao gồm các linh kiện điện tử như vi điều khiển, cảm biến Hall, và mạch nghịch lưu. Phần mềm được lập trình để điều khiển động cơ thông qua các thuật toán PWM (Pulse Width Modulation).

2.1. Thiết kế phần cứng

Phần cứng của hệ thống bao gồm vi điều khiển DSPIC30F4011, cảm biến Hall, và mạch nghịch lưu 3 pha. Vi điều khiển đóng vai trò trung tâm, nhận tín hiệu từ cảm biến và điều khiển động cơ thông qua các xung PWM. Mạch nghịch lưu chuyển đổi dòng điện một chiều từ ắc-quy thành dòng điện xoay chiều ba pha để cấp nguồn cho động cơ.

2.2. Lập trình phần mềm

Phần mềm được phát triển trên nền tảng CCS (C Compiler for PIC) để điều khiển động cơ BLDC. Thuật toán PWM được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi độ rộng xung. Chương trình cũng tích hợp các chức năng như đọc tín hiệu từ cảm biến Hall và điều khiển chuyển mạch.

III. Đánh giá và ứng dụng thực tế

Hệ thống điều khiển động cơ BLDC cho xe đạp điện đã được thử nghiệm và đánh giá kết quả. Xe hoạt động ổn định với tốc độ tối đa 20 km/h và tải trọng lên đến 75 kg. Hệ thống cũng tích hợp tính năng sạc ắc-quy bằng năng lượng mặt trời, giúp tăng tính tiện ích và thân thiện với môi trường.

3.1. Kết quả thử nghiệm

Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, đáp ứng được các yêu cầu về tốc độ và tải trọng. Dạng sóng PWM được tạo ra chính xác, giúp điều khiển động cơ mượt mà và hiệu quả. Xe cũng được thử nghiệm trong môi trường thực tế, cho thấy khả năng vận hành tốt trên các địa hình khác nhau.

3.2. Ứng dụng thực tế

Hệ thống điều khiển động cơ BLDC có thể được ứng dụng rộng rãi trong các phương tiện di chuyển cá nhân như xe đạp điện, xe máy điện, và các thiết bị di động khác. Việc sử dụng công nghệ BLDC không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn góp phần bảo vệ môi trường, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững.

Đồ án tốt nghiệp: Xây dựng và điều khiển động cơ BLDC cho xe đạp điện