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

Chia sẻ: Xylitol Lime Mint | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:101

Thêm vào BST

Báo xấu

230
lượt xem 58
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án sẽ tìm hiểu về động cơ xe đạp điện và các thông số của động cơ, tìm ra nguyên lý hoạt động để tạo bộ điều khiển cho phù hợp. Nhiệm vụ của đồ án thực hiện các yêu cầu sau: Tìm hiểu động cơ BLDC (Brushless DC Motor). Tìm phương pháp điều khiển động cơ BLDC. Thiết kế và thi công mạch điều khiển và bộ nghịch lưu 3 pha 2 bậc điều khiển xe đạp điện. Xe hoạt động ổn định với tốc độ xe đạp đạt 20km/h. Tải trọng cho phép xe hoạt động ổn định trong khoảng từ 0 – 75kg. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

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

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC XE ĐẠP ĐIỆN GVHD: ThS. Đỗ Đức Trí SVTH: Nguyễn Hữu Đức Thiện MSSV: 13141335 SVTH: Phạm Hữu Trí MSSV: 13141384 TP. Hồ Chí Minh – 26/1/2018
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC XE ĐẠP ĐIỆN GVHD: ThS. Đỗ Đức Trí SVTH: Nguyễn Hữu Đức Thiện MSSV: 13141335 SVTH: Phạm Hữu Trí MSSV: 13141384 TP. Hồ Chí Minh – 26/1/2018 i
TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH TP. HCM, ngày 29 tháng 9 năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Hữu Đức Thiện MSSV: 13141335 Phạm Hữu Trí MSSV: 13141384 Chuyên ngành: CNKT Điện tử - Truyền thông Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2013 Lớp: 13141DT1 I. TÊN ĐỀ TÀI: Xây dựng và điều khiển động cơ bldc xe đạp điện. II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: Nhóm chọn động cơ BLDC sử dụng cảm biến Hall, sử dụng vi xử lý để nhận tín hiệu từ cảm biến và điều khiển động cơ BLDC. 2. Nội dung thực hiện:  NỘI DUNG 1: Nguyên lý động cơ BLDC.  NỘI DUNG 2: Các phương pháp điều khiển động cơ BLDC  NỘI DUNG 3: Thiết kế phần cứng hệ thống.  NỘI DUNG 4: Lập trình phần mềm và mô phỏng.  NỘI DUNG 5: Hoạt động thử và chỉnh sửa.  NỘI DUNG 6: Xây dựng mô hình xe đạp điện.  NỘI DUNG 7: Đánh giá kết quả thực hiện III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/10/2017 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/01/2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Đỗ Đức Trí CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii
TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH TP. HCM, ngày 29 tháng 9 năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên1:NGUYỄN HỮU ĐỨC THIÊN______Mssv: 13141335_____________ Lớp: 13141DT1________________________________ Họ tên sinh viên2:PHẠM HỮU TRÍ________________Mssv: 13141384_____________ Lớp: 13141DT1________________________________ Tên đề tài: Xây dựng và điều khiển động cơ bldc xe đạp điện. 1.MÔ TẢ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI: Mục tiêu điều khiển được động cơ BLDC và sử dụng năng lượng mặt trời để sạc bình ắc-quy. Điều khiển động cơ BLDC thông qua vi điều khiển. 2.MÔ TẢ CÔNG VIỆC THỰC HIỆN CỦA TỪNG SINH VIÊN: Họ và tên sinh viên 1: NGUYỄN HỮU ĐỨC THIỆN Các công việc thực hiện trong hiện tại: STT NỘI DUNG CÔNG VIỆC 1 Tìm hiểu về động cơ BLDC, mạch nghịch lưu 3 pha và DSPIC. 2 Lập trình cho vi xử lý. 3 Thiết kế mô hình 4 Họ và tên sinh viên 2: PHẠM HỮU TRÍ Các công việc thực hiện trong hiện tại: STT NỘI DUNG CÔNG VIỆC 1 Tìm hiểu về động cơ BLDC, mạch nghịch lưu 3 pha và DSPIC. 2 Tính toán linh kiện và thiết kế phần cứng. 3 Thiết kế mô hình 4 Sinh viên 1 Sinh viên 2 (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iii
TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH TP. HCM, ngày 29 tháng 9 năm 2017 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: NGUYỄN HỮU ĐỨC THIỆN ......................................................... Lớp: 13141DT1 ............................................................. MSSV: 13141335 ...................... Họ tên sinh viên 2: PHẠM HỮU TRÍ ............................................................................. Lớp: 13141DT1 ............................................................. MSSV: 13141384 ...................... Tên đề tài: Xây dựng và điều khiển động cơ bldc xe đạp điện. Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD 02/10/2017- Nhận đề tài. 08/10/2017 09/10/2017- Lựa chọn linh kiện, vẽ sơ đồ khối và sơ đồ 15/10/2017 nguyên lý khi tìm hiểu đến. 16/10/2017- Tìm hiểu bộ nghịch lưu cầu 3 pha, tấm pin năng 22/10/2017 lượng mặt trời, động cơ BLDC. 23/10/2017- Tìm hiểu về acquy, mạch chuyển điện từ pin 29/10/2017 năng lượng mặt trời xuống acquy. 30/10/2017- Tìm hiểu bộ xung kích, bộ cách ly, bộ xử lý 05/11/2017 trung tâm. 06/11/2017- Tìm hiểu tài liệu vi xử lý dùng để lập trình để 12/11/2017 phát xung. 13/11/2017- Tiến hành làm phần cứng và chạy thử khi câp 19/11/2017 nguồn. 20/11/2017- Kết nối vi điều khiển điều chỉnh xuất ra dạng 26/11/2017 xung mong muốn. 27/11/2017- Kết nối động cơ chạy thử theo cảm biến. 03/12/2017 04/12/2017- Chạy thử sản phẩm ra môi trường thực tế. 10/12/2017 11/12/2017- Sửa chữa và thiết kế lại khung xe. 17/12/2017 18/12/2017- Hoàn thành phần cứng. 24/12/2017 25/12/2017- Viết báo cáo. 31/12/2017 01/01/2018- Hoàn thành bản báo cáo. 07/01/2018 GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iv
LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không hoàn toàn sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Người thực hiện đề tài NGUYỄN HỮU ĐỨC THIỆN – PHẠM HỮU TRÍ v
LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Đỗ Đức Trí – Các Thầy, Cô bộ môn Điện Tử Công Nghiệp, Phòng thí nghiệm D405 đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để nhóm chúng em hoàn thành tốt đề tài. Do kiến thức còn hạn chế nên có nhiều thiếu sót, trong quá trình nghiên cứu đề tài được Thầy chỉ những chỗ thiếu sót, chia sẻ kinh nghiệm của mình khi nhóm em sai. Em xin cảm ơn thầy. Em xin gửi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện – Điện – Tử đã hỗ trợ phòng thí nghiệm Điện tử công suất D405 tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các bạn cùng lớp 13141DT1 đã chia sẽ trao đổi kiến thức cũng như kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài NGUYỄN HỮU ĐỨC THIỆN – PHẠM HỮU TRÍ vi
MỤC LỤC Trang bìa .................................................................................................................... i Nhiệm vụ đồ án ......................................................................................................... ii Lịch trình ................................................................................................................ iv Cam đoan ................................................................................................................. v Lời cảm ơn ............................................................................................................... vi Mục lục ................................................................................................................... vii Liệt kê hình .............................................................................................................. xi Liệt kê bảng ......................................................................................................... xiii Tóm tắt .................................................................................................................. xiv CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ......................................................................... 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................. 2 1.2. MỤC TIÊU .................................................................................................. 3 1.3. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI...................................................................................... 3 1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................................................ 3 1.5 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU .............................. 3 1.5.1 Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 3 1.5.2 Phương tiện nghiên cưu........................................................................... 3 1.6. BỐ CỤC ....................................................................................................... 4 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................ 5 2.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ BLDC ............................................................ 5 2.2 CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ BLDC ............................................................. 8 2.2.1 Stator ....................................................................................................... 8 2.2.2 Rotor ...................................................................................................... 10 2.2.3 Cảm biến Hall (Hall sensor) .................................................................. 11 2.2.4 Bộ phận chuyển mạch điện tử (electronic commutator) ....................... 12 2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BLDC ................................................ 13 2.4 CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN DÙNG ĐỘNG CƠ BLDC .................. 14 2.4.1 Truyền động không đảo chiều (truyền động một cực tính) ................... 14 2.4.2 Truyền động có đảo chiều (truyền động hai cực tính) .......................... 15 vii
2.5 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐIỆN CỦA ĐỘNG CƠ BLDC ........................ 16 2.5.1 Mô-men điện từ ..................................................................................... 16 2.5.2 Đặc tính cơ và đặc tính làm việc của động cơ BLDC ........................... 16 2.5.3 Sức phản điện động ............................................................................... 17 2.6 MÔ HÌNH TOÁN VÀ PHUƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC .......................................................................................... 17 2.6.1 Mô hình toán ......................................................................................... 17 2.6.2 Mô-men điện từ ..................................................................................... 18 2.6.3 Phương trình động học của động cơ BLDC .......................................... 19 2.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC ......................... 20 2.7.1 Phương pháp điều khiển động cơ BLDC 3 pha .................................... 20 2.7.2 Điều khiển bằng phương pháp PWM .................................................... 23 2.8 LÝ THUYẾT BỘ NGHỊCH LƯU .............................................................. 23 2.8.1 Bộ nghịch lưu 1 pha .............................................................................. 23 a) Sơ đồ nguyên lý ...................................................................................... 23 b) Nguyên tắc hoạt động ............................................................................. 24 2.8.2 Sơ đồ đẩy kéo bộ nghịch lưu ................................................................. 25 a) Sơ đồ nguyên lý ...................................................................................... 25 b) Nguyên lý hoạt động .............................................................................. 25 2.8.3 Bộ nghịch lưu 3 pha .............................................................................. 26 2.9 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ....................................................................... 28 2.9.1 IC ổn áp LM2576 .................................................................................. 28 2.9.2 IC cách ly điện ....................................................................................... 28 2.9.3 IC ổn áp LM317 .................................................................................... 30 2.9.4 IC driver ................................................................................................ 30 2.9.5 Mosfet .................................................................................................... 32 2.9.6 Màn hình LCD16x02 ............................................................................ 33 2.9.7 Vi điều khiền ......................................................................................... 35 a) Ngắt của DSPIC30F4011 ....................................................................... 37 b) Cổng vào ra của DSPIC30F4011 ........................................................... 38 c) Các bộ định thời...................................................................................... 38 d) Module chuyển đổi tương tự - số ADC 10bit......................................... 39 viii
e) Module PWM điều khiển động cơ ......................................................... 41 2.9.8 Module sạc ắc-quy ................................................................................ 42 2.9.9 ẮC-QUY(ACCU).................................................................................. 42 a) Khái niệm ACCU ................................................................................... 42 b) Phân loại và cấu tạo Ắc-quy ................................................................... 43 2.9.10 Giới thiệu tay ga .................................................................................. 44 2.9.11 Tấm pin năng lượng mặt trời............................................................... 44 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ............................................. 45 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................. 45 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ..................................................................... 46 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối ................................................................................. 46 3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch ..................................................................... 48 a) Thiết kế khối xử lý trung tâm ................................................................. 48 b) Thiết kế khối kích Mosfet ...................................................................... 49 c) Thiết kế khối công suất........................................................................... 50 d) Thiết kế khối nguồn 12V kích Mosfet ................................................... 51 e) Thiết kế khối nguồn 5V .......................................................................... 52 f) Khối hiển thị............................................................................................ 52 3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN MẠCH........................................................ 53 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................... 54 4.1 THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................................ 54 4.1.1 Thi công board mạch.............................................................................. 54 4.1.2 Lắp ráp và kiểm tra ................................................................................ 56 4.2 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG........................................................................... 56 4.2.1 Lưu đồ giải thuật .................................................................................... 56 4.2.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ................................................... 60 a) Giới thiệu về CCS ................................................................................... 60 b) Chương trình hệ thống............................................................................ 61 4.2.3 Phần mềm mô phỏng mạch điện tử ........................................................ 61 ix
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT- ĐÁNH GIÁ .............................. 63 5.1 Kết quả ........................................................................................................ 63 5.1.1 kết quả dạng sóng ................................................................................... 63 5.1.2 Kết quả xe đạp điện ................................................................................ 64 5.1.3 Kết quả khi xe kéo tải ............................................................................ 65 5.1.4 Kết quả khi sạc bình ắc-quy ................................................................... 66 5.2 Nhận xét ...................................................................................................... 66 5.3 Đánh giá ...................................................................................................... 67 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. ........................ 68 6.1 Kết luận ....................................................................................................... 68 6.2 Hướng phát triển ......................................................................................... 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 69 PHỤ LỤC ..................................................................................................... 71 x
LIỆT KÊ HÌNH Hình Trang Hình 1.1: Môi trường bị ô nhiễm .............................................................................. 1 Hình 1.2: Các phương tiện sử dụng điện................................................................... 2 Hình 2.1: Cấu tạo của 2 loại động cơ một chiều ....................................................... 5 Hình 2.2: Động cơ một chiều .................................................................................... 6 Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ. ........................................................ 8 Hình 2.4: Stator của động cơ BLDC. ........................................................................ 9 Hình 2.5: Hai dạng sóng của sức điện động. ............................................................. 9 Hình 2.6: Các loại Rotor động cơ BLDC. ................................................................. 10 Hình 2.7: Động cơ BLDC cấu trúc nằm ngang. ........................................................ 11 Hình 2.8: Sơ đồ cấp điện cho các cuộn dây Stator. ................................................... 13 Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lí làm việc của động cơ BLDC.......................................... 14 Hình 2.10: Thứ tự chuyển mạch và chiều quay của từ trường Stator. ...................... 14 Hình 2.11: : Chuyển mạch hai cực tính của động cơ BLDC. ................................... 16 Hình 2.12: Đặc tính của động cơ BLDC. .................................................................. 16 Hình 2.13: Mô hình mạch điện của động cơ BLDC. ................................................ 18 Hình 2.14: Tín hiệu cảm biến Hall, sức phản điện động và dòng điện pha. ............. 21 Hình 2.15: Thứ tự cấp điện cho các cuộn dậy tương ứng với cảm biến Hall. .......... 22 Hình 2.16: Giản đồ xung điều khiển PWM kênh trên............................................... 23 Hình 2.17: Sơ đồ mạch nguyên lý nghịch lưu cầu 1 pha. ......................................... 23 Hình 2.18: Nguyên lý hoạt động của bộ nghịch lưu 1 pha. ...................................... 24 Hình 2.19: Sơ đồ đẩy kéo mạch nghịch lưu .............................................................. 25 Hình 2.20: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu 3 pha. ................................................ 26 Hình 2.21: : Đồ thị dạng sóng điều khiển ................................................................. 26 Hình 2.22: Sơ đồ điều khiển ...................................................................................... 27 Hình 2.23: IC LM2576. ............................................................................................. 28 Hình 2.24: IC HCPL 2631......................................................................................... 29 Hình 2.25: IC LM317 ................................................................................................ 31 Hình 2.26: IC IR2102 ................................................................................................ 31 Hình 2.27: RFP70N06. .............................................................................................. 32 Hình 2.28: LCD 16x02. ............................................................................................. 34 xi
Hình 2.29: Sơ đồ chân linh kiện vi điều khiển DSPIC30F4011. .............................. 37 Hình 2.30: Module sạc ắc-quy .................................................................................. 42 Hình 2.31: Mô phỏng 2 bản cực ACCU axit............................................................. 43 Hình 2.32: Tay ga xe đạp điện .................................................................................. 44 Hình 2.33: Tấm pin năng lượng mặt trời .................................................................. 44 Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển xe đạp điện .................................................. 46 Hình 3.2: Khối xử lý trung tâm ................................................................................. 48 Hình 3.3: Khối kích Mosfet....................................................................................... 49 Hình 3.4: Khối công suất........................................................................................... 50 Hình 3.5: Khối nguồn 12V ........................................................................................ 51 Hình 3.6: Khối nguồn 5V .......................................................................................... 52 Hình 3.7: Khối hiển thị LCD 16x02 .......................................................................... 52 Hình 4.1: Sơ đồ mạch in điều khiển .......................................................................... 54 Hình 4.2: Sơ đồ mạch in mạch cách ly, mạch kích và mạch công suất .................... 54 Hình 4.3: Sơ đồ đi dây mạch điều khiển. .................................................................. 55 Hình 4.4: Sơ đồ đi dây cách ly, mạch kích và mạch công suất ................................. 55 Hình 4.5: Lưu đồ giải thuật ....................................................................................... 58 Hình 4.6: Lưu đồ giải thuật chương trình con đọc cảm biến tay ga, Hall và phanh 59 Hình 4.7: Phần mềm CCS ......................................................................................... 60 Hình 4.8: Phần mềm thiết kế mạch. .......................................................................... 61 Hình 5.1: Dạng sóng điều khiển của chân băm xung. ............................................... 63 Hình 5.2: Dạng sóng điều khiển của chân băm xung so với chân xung chốt. .......... 63 Hình 5.3: Dạng sóng điều khiển của chân xung chốt. ............................................... 63 Hình 5.4: Dạng sóng điện áp ngõ ra .......................................................................... 64 Hình 5.5: Mô hình xe đạp điện... ............................................................................... 64 Hình 5.6: Đồ thị vận tốc phụ thuộc vào tải trọng được đặt lên xe khi hoạt động ..... 65 Hình 5.7: Module khi đang sạc bình ắc quy.............................................................. 66 xii
LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: So sánh giữa động cơ BLDC và động cơ DC ................................................. 6 Bảng 2.2: So sánh hai phương pháp điều chế điện áp và phương pháp điều chế dòng điện. ................................................................................................................................. 20 Bảng 2.3: Thứ tự chuyển mạch khi động cơ quay.......................................................... 22 Bảng 2.4: Bảng trạng thái các khóa được kích ở trangh thái dẫn 1800 , lệch 600 ......... 27 Bảng 2.5: Đánh giá các Opto phổ biến trên thì trường. ................................................. 29 Bảng 2.6: Đánh giá các Driver phổ biến trên thì trường. ............................................... 30 Bảng 2.7: Đánh giá các loại Mosfet phổ biến trên thì trường. ....................................... 33 Bảng 2.8: Các chân của LCD ......................................................................................... 34 Bảng 5.1: Số liệu thống kê tốc độ phụ thuộc vào trọng tải xe chịu được....................... 65 xiii
TÓM TẮT Hiện nay xe đạp điện đã và đang sử dụng rất phổ biến trong nước và ngoài nước. Nhóm em đã chọn động cơ BLDC để nghiên cứu cách thức hoạt động và các phương pháp điều khiển. Động cơ BLDC là động cơ một chiều không chổi than được điều khiển nhờ sử dụng các cảm biến Hall để xác định được vị trí Rotor để đưa tín hiệu về cho vi điều khiển xử lý và điều khiển tốc độ động cơ, dựa vào hoạt tính của cảm biến Hall mà động cơ BLDC được điều khiển một cách đồng bộ và linh hoạt hơn. Động cơ BLDC ưu điểm hơn so với motor DC. Nguyên lý hoạt động và phương pháp điều khiển cũng đơn giản hơn, bảo trì bảo dưỡng ít hơn. Nội dung nghiên cứu nhóm em sử dụng vi điều khiển DSPIC30F4011 và một số loại IC thông dụng là IR2102. HCPL2631 để điều khiển động cơ BLDC, trong vi điều khiển này được tích hợp 6 chân PWM, sử dụng PWM này để thay đổi độ rộng xung cũng như thay đổi tốc độ điều khiển cho động cơ. xiv
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thời điểm hiện tại, nền kinh tế tăng trưởng mạnh, công nghiệp tăng cao và khai thác tài nguyên thiên nhiên cũng được đẩy mạnh. Điều đó đồng nghĩa với việc khá nhiều tài nguyên sẽ cạn kiệt, dẫn đến giá thành tăng cao, điển hình là xăng, dầu . . . Xăng, dầu là nguồn tài nguyên có hạn, nên càng về sau, giá thành xăng lại càng tăng. Ngoài ra, đốt nhiên liệu xăng dầu sẽ thải ra môi trường lượng lớn khí CO2 gây ô nhiễm môi trường và phá hoại tầng Ozon. Do đó cần phải có nguồn năng lượng tái tạo để thay thế. Trên trái đất tồn tại khá nhiều nguồn năng lượng sạch vô hạn, gần gũi và rất cần thiết cho con người nhất là năng lượng điện. Năng lượng điện được sản xuất trong các máy phát điện, và truyền qua dây đồng tuỳ vào khoảng cách dài hay ngắn để sử dụng điện được triệt để. Trong thế giới công nghệ cao ngày nay, năng lượng điện được sử dụng ở khắp mọi nơi xung quanh chúng ta. Bên cạnh đó, năng lượng điện được coi là nguồn năng lượng quan trọng nhất của ngành công nghiệp, các toà nhà thương mại, các tổ chức và hộ gia đình được cung cấp bởi trạm phát điện. Trong trường hợp trạm đốt nhiên liệu hóa thạch, nguồn năng lượng như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên được sử dụng để đun sôi nước. Khi áp suất cao, nước được đun sôi thành hơi nước cao áp hơi nước cao áp này làm tua bin quay nhờ đó các máy phát điện có thể phát ra được năng lượng điện. Năng lượng điện là nguồn năng lương tốt để thay thế dần cho các loại năng lượng hiện nay. (a) (b) Hình 1.1: Môi trường bị ô nhiễm (a) khí thải từ nhà máy và (b) khí thải từ các phương tiện [1] BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Ngày nay khoa học phát triển vượt bậc chúng ta sẽ không có gì ngạc nhiên khi hệ thống xe điện ra đời và ngày càng phát triển trên thế giới. Hầu hết các nhà sản xuất tập trung phát triển hệ thống xe điện phục vụ nhu cầu “đi lại”, và là những phương tiện phổ biến như: xe hơi điện, xe moto điện, xe đạp điện ,…. (a) (b) Hình 1.2: Các phương tiện sử dụng điện (a) Xe đạp điện và (b) xe hơi điện.[2] Tình hình trong nước thì xe đạp điện ngày càng phổ biến rộng rãi, phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, nhu cầu đi lại sử dụng phương tiện này ngày càng tăng lên, nó phù hợp với tất cả mọi lứa tuổi và tiện lợi hơn rất nhiều so vơi phương tiện khác. 1.2 MỤC TIÊU Đồ án của chúng em sẽ tìm hiểu về động cơ xe đạp điện và các thông số của động cơ, tìm ra nguyên lý hoạt động để tạo bộ điều khiển cho phù hợp. Nhiệm vụ của đồ án thực hiện các yêu cầu sau:  Tìm hiểu động cơ BLDC (Brushless DC Motor).  Tìm phương pháp điều khiển động cơ BLDC.  Thiết kế và thi công mạch điều khiển và bộ nghịch lưu 3 pha 2 bậc điều khiển xe đạp điện.  Xe hoạt động ổn định với tốc độ xe đạp đạt 20km/h.  Tải trọng cho phép xe hoạt động ổn định trong khoảng từ 0 – 75kg. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  Nghiên cứu cách thức hoạt động và phương pháp điều khiển của động cơ một chiều không chổi than BLDC.  Chọn giải pháp phù hợp để điều khiển động cơ BLDC.  Tìm hiểu mạch nghịch lưu 3 pha 2 bậc.  Thiết kế phần cứng dựa trên sơ đồ khối hệ thống kết hợp với các Module.  Sử dụng dòng vi điều khiển DSPIC30F4011 để nhận tín hiệu từ cảm biến rồi thiết lập tín hiệu điều khiển xe.  Thiết kế phần mềm, trình bày lưu đồ giải thuật để giải quyết yêu cầu của đề tài.  Đánh giá kết quả thực hiện. 1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Đề tài tập trung nghiên cứu xe đạp điện Songtain Sweet, có động cơ BLDC hình thang. Xe không hiển thị được tốc độ và mức pin của bình ắc-quy. Tải trọng cho phép xe hoạt động không quá 75kg. 1.5 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 1.5.1 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết, tiến hành thực hiện mô hình. - Dựa vào lý thuyết tiến hành xây dựng mô hình. - So sánh kết quả dạng sóng ngõ ra với dạng sóng lý thuyết. - Tham khảo tài liệu nguồn tài liệu từ internet và thư viện trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. 1.5.2 Phương tiện nghiên cứu - Máy tính cá nhân. - Sử dụng các phần mềm hỗ trợ viết chương trình và vẽ mạch. - Sử dụng các thiết bị và dụng cụ đo lường khác: đồng hồ VOM, máy dao động ký. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.6 BỐ CỤC  Chương 1: Tổng Quan Chương này trình bày đặt vấn dề dẫn nhập lý do chon đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.  Chương 2: Cơ sở lý thuyết  Tìm hiểu về động cơ BLDC.  Tìm hiểu về cảm biến Hall.  Tìm hiểu các cách điều khiển động cơ BLDC.  Phương pháp áp dụng triển khai điều khiển động cơ BLDC.  Trình bày lý thuyết mạch nghịch lưu.  Giới thiệu linh kiện sử dụng.  Chương 3: Tính toán và thiết kế  Sơ đồ khối của hệ thống.  Thiết kế các khối trong hệ thống.  Chương 4: Thi công hệ thống  Thi công hệ thống.  Lập trình hệ thống.  Chương 5: Kết quả nhận xét đánh giá.  Kết quả.  Nhận xét.  Đánh giá.  Chương 6: Kết luận và hướng phát triển  Kết luận.  Hướng phát triển. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Contents CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................. 5 2.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ BLDC ...................................................................... 5 2.2 CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ BLDC........................................................................ 8 2.2.1 Stator ...................................................................................................................... 8 2.2.2 Rotor..................................................................................................................... 10 2.2.3 Cảm biến Hall (Hall sensor) ............................................................................... 11 2.2.4 Bộ phận chuyển mạch điện tử (electronic commutator) ................................. 12 2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BLDC .......................................................... 13 2.4 CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN DÙNG ĐỘNG CƠ BLDC ........................... 14 2.4.1 Truyền động không đảo chiều (truyền động một cực tính) ............................ 14 2.4.2 Truyền động có đảo chiều (truyền động hai cực tính)..................................... 15 2.5 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐIỆN CỦA ĐỘNG CƠ BLDC ................................. 16 2.5.1 Mô-men điện từ ................................................................................................... 16 2.5.2 Đặc tính cơ và đặc tính làm việc của động cơ BLDC ...................................... 16 2.5.3 Sức phản điện động ............................................................................................. 17 2.6 MÔ HÌNH TOÁN VÀ PHUƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC .... 17 2.6.1 Mô hình toán ....................................................................................................... 17 2.6.2 Mô-men điện từ ................................................................................................... 18 2.6.3 Phương trình động học của động cơ BLDC ..................................................... 19 2.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC ................................. 20 2.7.1 Phương pháp điều khiển động cơ BLDC 3 pha ............................................... 20 2.7.2 Điều khiển bằng phương pháp PWM ............................................................... 23 2.8 LÝ THUYẾT BỘ NGHỊCH LƯU ........................................................................ 23 2.8.1 Bộ nghịch lưu 1 pha ............................................................................................ 23 a) Sơ đồ nguyên lý ........................................................................................................ 23 b) Nguyên tắc hoạt động .............................................................................................. 24 2.8.2 Sơ đồ đẩy kéo bộ nghịch lưu .............................................................................. 25 a) Sơ đồ nguyên lý ........................................................................................................ 25 b) Nguyên lý hoạt động ................................................................................................ 25 2.8.3 Bộ nghịch lưu 3 pha ............................................................................................ 26 2.9 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ................................................................................. 28 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1