Mạch điều khiển của động cơ không chổi than: cấu tạo, hoạt động như thế nào?

Động cơ không chổi than là một thành tựu vĩ đại của ngành cơ khí. Mạch điều khiển của động cơ không chổi than đòi hỏi bộ điều khiển phải đảm bảo chất lượng để cấp nguồn cho 3 pha của nó. Do đó, điều khiển động cơ BLDC bằng Arduino, trong đó tốc độ của dòng điện được điều khiển bằng chiết áp. 

1. Khái niệm motor không chổi than 

Mạch điều khiển của động cơ không có chổi than (hay còn gọi là động cơ BLDC Brushless DC motor) là một loại động cơ điện được chuyển mạch bằng điện tử cùng với các nam châm điện dòng DC được điều khiển di chuyển rotor chạy  xung quanh stator. 

Thay vì bàn chải (chổi than) và máy cắt ở động cơ chổi than thì các module điều khiển motor không chổi than lại sử dụng bộ điều khiển động cơ bước nhằm mục đích tạo ra sự chuyển đổi năng lượng điện trở thành năng lượng cơ học.

Mạch điều khiển của động cơ không có chổi than

2. Nguyên tắc điều khiển động cơ không chổi than

Phương pháp điều khiển truyền thống của động cơ BLDC chính là đóng cắt các khóa mạch lực (còn gọi là IGBT hoặc MOSFET) để cấp dòng điện vào trong cuộn dây stator mà động cơ dựa theo tín hiệu Hall sensor để đưa về.

Sơ đồ nguyên lý mạch lực của động cơ được biểu diễn như sau:

Nguyên tắc điều khiển động cơ không chổi than

Chế độ điều khiển này còn được gọi là chế độ điều khiển 120 độ. Đây là chế độ điều khiển cơ bản của động cơ không chổi than, còn các chế độ khác tạm thời chúng ta chưa xét đến. Trong một thời điểm bất kì, động cơ luôn luôn chỉ có 2 pha dẫn điện, do đó người ta còn gọi đây là chế độ điều khiển có 2 pha dẫn. Dưới mỗi pha dẫn, chúng ta thấy đều có dòng điện 1 chiều và 1 sức điện động 1 chiều tồn tại. Do đó, động cơ BLDC sẽ tồn tại đặc tính cơ và đặc tính điều khiển tương tự với động cơ 1 chiều. Chính vì thế, động cơ này còn có tên gọi là “động cơ một chiều không có chổi than”.

Trong quá trình khởi động, của động cơ BLDC chạy không tải sau khi ta đóng tải. Ta thấy rõ ràng các pha (cùng với các màu khác nhau) thay nhau dẫn điện và thể hiện tính chất “một chiều” của chúng.

Để thực hiện nguyên lý điều khiển động cơ trên, cấu hình điều khiển trong dải trễ dòng điện (còn gọi là Hysteresis Current Control – ký hiệu HCC) đã được thực hiện và đó là cấu hình điều khiển mẫu mực cho động cơ BLDC.

Dễ nhận thấy rằng, khi sử dụng phương pháp điều chỉnh dòng điện HCC, ta có dòng điện chuyển mạch tới 6 lần trong 1 chu kì. Sự chuyển mạch này không lý tưởng (không tức thời, thời gian chuyển mạch lên và xuống cũng không bằng nhau) gây nên những khuyết điểm của động cơ BLDC, đó là nhấp nhô mô men quỹ đạo từ thông không được tròn và khó xác định.

Nhấp nhô moment (còn gọi là torque ripple) được xem là điểm yếu của động cơ BLDC. Gần đây, đã có một số lượng lớn các nghiên cứu về động cơ BLDC nhằm mục tiêu làm sao giảm thiểu được sự nhấp nhô này.

Thông thường, quỹ đạo trong từ thông của động cơ bắt buộc phải có hình tròn, nhưng do dòng điện có sự chuyển mạch không lý tưởng nên quỹ đạo từ thông của động cơ BLDC có đến 6 “gai” và “bậc” trong 1 chu kì. Việc ước lượng từ thông tại các “bậc” này cũng rất khó khăn, do đó rất khó để điều khiển từ thông trong động cơ BLDC. Việc điều khiển động cơ BLDC từ trước đến nay do đó đều bỏ qua quá trình điều khiển từ thông của nó.

3. Sơ đồ và cách điều khiển động cơ không chổi than

Động cơ BLDC có tới 3 dây trong khi module của nó chỉ hỗ trợ 2 dây. Vậy phải làm sao? Chúng ta sẽ sử dụng một thiết bị điều khiển mới gọi là ESC. ESC có chức năng điều tốc cho motor brushless, được hoạt động bằng cách băm xung chạy đến chân tín hiệu. 

Sơ đồ dây như sau:

• Bên phải: Bao gồm 3 dây được nối với 3 dây motor. Chú ý: Nối dây ở giữa của ESC với dây ở giữa của động cơ, còn 2 dây còn lại có hay không cũng không quan trọng. Bởi vì nếu đảo 2 dây này thì chỉ có tác dụng đổi chiều motor.

• Bên trái: Gồm 2 dây to chính là dây cấp nguồn công suất cho motor. Ta thấy  3 dây nhỏ lại cũng khá giống với 3 dây servo. Bởi lẽ, nó hoạt động và có code lập trình khá giống với động cơ servo hoạt động cùng với băm xung. 

Chức năng của 3 dây này như sau: Dây đen chính là cực âm, còn dây đỏ hoạt động sẽ cho ra nguồn 5V, dây vàng chính là dây tín hiệu nối với arduino (được nối vào chân PWM).

Trên đây là những thông tin về mạch điều khiển của động cơ không chổi than do Tân Thành Tài đã tổng hợp và chia sẻ đến mọi người. Hy vọng rằng với những chia sẻ trên đây sẽ giúp bạn có thêm nhiều thông tin hơn. Nếu có nhu cầu về các thiết bị motor điện xin liên hệ ngay với chúng tôi.

Hotline: 0918 026 532