Đặt vấn đề: Đã rất lâu từ khi chiếc động cơ đầu tiên trên thế giới ra đời, so với những ngày đầu đó thì các loại động cơ chúng ta dùng ngày nay hiện đại và hiệu quả hơn rất nhiều. Với sự phát triển hằng ngày như vậy bên cạnh những yếu tố về hiệu suất và chi phí vận hành của các động cơ ngày nay người ta cũng dẫn chuyển hướng quan tâm nhiều hơn vào vấn đề bảo vệ môi trường. Trong các ngành công nghiệp người ta chuyển sang sử dụng các loại máy móc sử dụng động cơ điện từ những nhiều năm nay. Đối với các phương tiện tham gia giao thông, xe điện đang la xu thế của thế giới, các công ty sản xuất xe ô tô đều bắt tay vào việc nghiên cứu và sản xuất xe điện.
Ở một số quốc gia đang bắt đầu các phong trào khai tử động cơ đốt trong sử dụng xăng dầu, cụ chính phủ Pháp tuyên bố sẽ chấm dứt hoàn toàn việc buôn bán xe chạy xăng dầu vào năm 2040. Theo tính toán của Bloomberg New Energy Finance (NEF) từ năm 2025 đến năm 2030 xe điện có thể cạnh tranh ngang ngửa về giá với xe chạy bằng xăng truyền thống mà không cần đến sự trợ giá của chính phủ và sẽ có một sự bùng nổ trong việc sản xuất xe điện. Trong bối cảnh các loại động cơ điện lên ngôi, động cơ điện không chổi than tuy đã xuất hiện từ lâu nhưng những ứng dụng của nó đến ngày nay vẫn là rất lớn. Với nhiều ưu điểm vượt trội so với loại động cơ sử dụng chổi than thông thường, động cơ điện không chổi than được sử dụng trong tất cả các ngành công nghiệp và các lĩnh vực của đời sống.
Bên cạnh đó loại động cơ này cũng sử dụng làm motor đề cho cả xe gắn máy lẫn xe ô tô. Nhận thấy được đây là một loại động cơ hoạt động hiệu quả và bền bỉ có thể mang lại hiệu quả kinh tế cao nhóm quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế xây dựng mạch điều khiển khởi động động cơ đề 3 pha xe máy”, tạo tiền đề cho việc phát triển motor xe điện trong tương lai. Đồng thời nhóm chúng em cũng mong muốn mang lại một giải pháp hiệu quả có thể thay thế hoàn toàn động cơ đốt trong trong tương lai giúp giảm thiểu lượng khí độc hại do loại động cơ này thải ra môi trường. Tạo một môi trường trong sạch hơn cho các thế hệ sau.
Lý do chọn đề tài: Hiện nay loại motor khởi động sử dụng trên xe máy là một trong những loại motor hiện đại, bền bỉ nhất, có thể được tái sử dụng nhiều lần và đồng thời hỗ trợ nhiều chức năng khác của xe như: dừng xe không tắt máy, hỗ trợ sạc ắc quy xe. Ngoài ra, các chức năng mà động cơ này mang lại là hoàn toàn phù hợp để sử dụng trên các loại xe điện hiện nay. Với những ưu điểm vượt trội thì tiềm năng ứng dụng của loại động cơ này 1 trong các ngành công nghiệp là rất lớn dẫn đến việc nghiên cứu và ứng dụng loại động cơ là cần thiết. Thông qua đề tài “Xây dựng thiết kế mạch điều khiển khởi động động cơ đề 3 pha xe máy”, nhóm mong muốn được nghiên cứu sâu hơn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và tìm ra các phương thức điều khiển vận hành loại động cơ này tạo điều kiện cho việc ứng dụng vào các mô hình xe điện hoặc xe lai điện sau này.
Mục tiêu đề tài: Nhóm mong tạo ra một cái mạch có thể điều khiển được motor khởi động được tích hợp thêm chức năng idling stop. Đồng thời nhóm cũng muốn tạo ra một số tài liệu tham khảo giúp các bạn học sinh sinh viên khóa sau có nhu cầu tìm hiểu lý thuyết về loại động cơ điện một chiều không chổi than. Đây cũng là tiền đề cho các bạn sinh viên tiếp tục tìm hiểu và nâng cấp mô hình, hướng tới phát triển motor xe điện. Mang mô hình từ việc phục vụ cho nghiên cứu trở thành một sản phẩm có tính kinh tế.
Giới hạn của đề tài: Đối tượng nghiên cứu của đề tài là động cơ điện một chiều không chổi than. Đề tài này tập trung làm rõ vấn đề điều khiển khởi động một motor 3 pha sử dụng motor khởi động xe Honda Vision 2014 đồng thời tích hợp hệ thống Idling Stop và sử dụng một số thông số giả lập các trường hợp trong thực tế như nhiệt độ động cơ và tốc độ của xe. Ý nghĩa thực hiện: Thông qua đề tài “Thiết kế xây dựng mạch điều khiển khởi động động cơ đề 3 pha xe máy”, nhóm chúng em mong muốn tạo ra một nguồn tài liệu tham khảo giúp mọi người dễ dàng tiếp cận hơn với loại động cơ này và dễ dàng ứng dụng nó theo những mục đích riêng. Đồng thời nhóm cũng khuyến khích các bạn khóa sau phát triển đề tài xây dựng motor xe điện trong tương lai.
Giúp chúng ta bắt kịp với xu hướng phát triển chung của thế giới, góp phần rút ngắn khoảng cách về công nghệ và kinh tế. Phương pháp nghiên cứu: Để đề tài được hoàn thành, nhóm chúng em nhận được sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Nguyễn Trọng Thức, đồng thời tìm kiếm chọn lọc thông tin tài liệu trên mạng, sách giáo trình trong và ngoài nước, các đồ án tốt nghiệp của anh chị khóa trước… Từ đó đưa ra cơ sở lý thuyết để thực nghiệm, xây dựng mô hình và hoàn thành đề tài một cách tốt nhất. 2 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Giới thiệu về động cơ điện 1 chiều không chổi than: Động cơ điện một chiều đã xuất hiện từ rất lâu.
Cuộn dây điện quay do từ trường tạo ra bởi nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây kích từ bên trong động cơ điện. Đối với động cơ điện chỉ có một cặp cực từ, khoảng cách giữa các điện cực là 180°. Rôto của động cơ điện một chiều thời kỳ đầu là cuộn dây điện, cứ nửa vòng dòng điện thì đổi chiều. Trong điều kiện đó, cổ góp và chổi than đã được phát minh.
Vì chổi than và cổ góp tiếp xúc với nhau cứ nửa vòng tròn thì sinh ra tia lửa điện. Mặc dù việc sử dụng vật liệu graphite của bàn chải điện đã làm giảm lượng mài mòn, chổi than cần được thay thế sau một khoảng thời gian sử dụng nhất định. Do đó, động cơ điện một chiều có các ứng dụng hạn chế và không thể áp dụng cho các tình huống dễ cháy và nổ. Trong khi đó, việc bảo trì nó rất rắc rối và tốn kém.
Để tránh những nhược điểm đó, động cơ một chiều không chổi than ra đời khắc phục những nhược điểm của động cơ một chiều thông thường. Động cơ này được biết đến như là động cơ đồng bộ kích thích bằng nam châm vĩnh cửu hay còn gọi là Brushless DC motor (động cơ BLDC). Về cơ bản động cơ BLDC thực chất là động cơ một chiều có hệ thống đảo chiều dòng điện bán dẫn, sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí Rotor để quyết định việc chuyển mạch. Thông thường, việc xác định vị trí của Rotor có thể thực hiện bằng cảm biến Hall hoặc encoder.
Động cơ BLDC hiện nay đang rất được quan tâm trong các ứng dụng điều chỉnh tốc độ, điều khiển vị trí chính xác.1: Tổng quát động cơ điện ba pha không chổi than 3 Động cơ DC và động cơ BLDC có những khác biệt khá lớn. Việc so sánh ưu và nhược điểm của hai loại động cơ này sẽ giúp chúng ta thấy rõ sự khác biệt về hai loại động cơ này.1: So sánh giữa động cơ BLDC và động cơ DC Ưu/Nhược điểm Các thông số so của động cơ Động cơ BLDC Động cơ DC sánh BLDC so với động cơ DC Động cơ BLDC sử Đảo chiều bằng dụng chueyẻn Đảo chiều dòng điện tử dựa trên mạch điện tử thay Bộ chuyển mạch điện bằng chổi than thông tin từ cảm thế cho chuyển và cổ góp biến vị trí Rotor mạch cơ Điện áp rơi trên các linh kiện điện tử Hiệu suất Cao Trung bình nhỏ hơn điện áp rơi trên chổi than Không phải bảo trì Rất ít hoặc không Bảo trì Định kì chổi than, cổ góp cần bảo trì Mô men quãn tính của Rotor động cơ BLDC thường nhỏ Đáp ứng động Nhanh Chậm hơn so với động cơ một chiều thông thường Động cơ BLDC không bị giới hạn Dải điều chỉnh tốc Cao Thấp tốc độ về mặt cơ độ khí do chổi than và cổ góp 4 Động cơ BLDC không có tia lửa điện khi vận hành Nhiễu điện Thấp Cao do không có chổi than cổ góp, vì vậy ít gây nhiễu điện hơn Do động cơ BLDC Tuổi thọ Cao Thấp không cần sử dụng cổ góp, chổi than Động cơ BLDC có cảm biến Hall trả Điều khiển Phức tạp Đơn giản giá trịnh về để điều khiển các pha Do động cơ được kích từ bằng nam châm vĩnh cữu nên Giá thành Cao Thấp khi chế tạo giá thành cao hơn so với động cơ DC thông thường Từ bảng 2.1 ta nhận thấy rằng ưu điểm mà động cơ điện một chiều không chổi than mang lại là đảm bảo sự an toàn, đáp ứng được nhu cầu mà động cơ điện một chiều thông thường không thể có. Ngoài ra, động cơ hoạt động với vận tốc cao, vần hành êm và hiệu suất nâng cao hơn 5 2. Cấu tạo: Hình 2.2: Cấu trúc tổng quát của động cơ BLDC Động cơ BLDC là một loại động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
Thực chất động cơ BLDC không phải là một động cơ một chiều mà là động cơ xoay chiều đông bộ do dộng cơ thuộc nhóm động cơ đồng bộ nam châm Động cơ BLDC được điều khiển thông qua các cảm biến để xác định vị trí của Rotor nhằm tạo ra các tính hiệu đưa về bộ chuyển đổi để điều khiển phản ứng. Động cơ BLDC có các cảm biến có tể thay đổi chiều quay của động cơ theo vị trí của Rotor. Việc xác định vị trí Rotor được thực hiện thông qua các cảm biến vị trí, hầu hết các cảm biến vị trí Rotor là phần tử Hall, tuy nhiên cũng có một số động cơ sử dụng cảm biến quang học. Mặc dù hầu hết các động cơ chính thống và có năng suất cao đều là động cơ ba pha, động cơ BLDC hai pha cũng được sử dụng khá phổ biến vì cấu tạo và mạch truyền động đơn giản.3: Stator của động cơ BLDC điển hình Khác với động cơ một chiều thông thường, stator của động cơ BLDC chứa dây quấn phần ứng.
Stator của động cơ BLDC được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật điện với các cuộn dây được đặt trong các khe cắt xung quanh chu vi phía trong của Stator.