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

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. ...+ D.ωm + Mc 푑푡 2.6.4 Phương trình đặc tính cơ của BLDC Đặc tính cơ của động cơ là mối quan hệ giữa tốc độ và mô-men của động cơ. Công suất cơ của động cơ là tích số giữa mô-men và tốc độ. Tuy vậy, ở cùng một giá trị công suất, mỗi loại động cơ khác nhau thì mối quan hệ giữa hai đại lượng này là khác nhau. Phương trình đặc tính cơ của động cơ BLDC: 푉 2.푅.푀 ω = – [7](2-7) 퐾푒 퐾2푒 Trong đó: V: Tốc độ K: Hệ số phản hồi e: Sức phản điện động R: Trở động cơ M: Moment động cơ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 19 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC Để điều khiển động cơ BLDC có hai phương pháp chính: phương pháp dùng cảm biến Hall (hoặc Encoder) và phương pháp điều khiển không cảm biến (sensorless control). Trong đó ta có hai phương pháp là điều chế điện áp ra từ bộ điều khiển để cho ra dạng sóng trên pha hình thang và phương pháp điều chế dòng điện để cho ra dạng sóng trên pha hình sin. Cả hai phương pháp hình thang và hình sin đều có thể sử dụng cho điều khiển có cảm biến Hall và không cảm biến, trong khi phương pháp không cảm biến chỉ dùng phương pháp điện áp dạng sóng hình thang. Bảng 2.2: So sánh hai phương pháp điều chế điện áp và phương pháp điều chế dòng điện. Phương pháp Điều chế điện áp Điều chế dòng điện Các thông số so sánh Sức điện động Hình thang Hình sin Cấu tạo động cơ BLDC Đơn giản Phức tạp Giá thành Rẻ Mắc Hoạt động Trung bình - khá Tốt Điều khiển Dùng PWM Dùng véc-tơ 2.7.1 Phương pháp điều khiển động cơ BLDC 3 pha Động cơ BLDC ba pha cần có 3 cảm biến Hall để xác định vị trí của Rotor. Dựa trên vị trí phân bố của các cảm biến Hall, có 2 loại tín hiệu đầu ra: Hệ tín hiệu đầu ra cảm biến lệch pha 600 và hệ tín hiệu đầu ra cảm biến lệch pha 1200. Việc kết hợp tín hiệu từ các cảm biến Hall này có thể cho phép xác định chính xác trình tự chuyển mạch. Trình tự cấp điện trong động cơ BLDC 3 pha quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. Các cảm biến Hall “A”, “B”, “C”, được gá ở trên Stator tương ứng lệch nhau 1200. Dây quấn Stator của động cơ được nối theo dạng hình sao. Ứng với mỗi góc quay 600 của Rotor thì một cảm biến Hall trong hệ thay đổi trạng thái và cần 6 lần chuyển mạch để kết thúc một chu kỳ tín hiệu. Ở chế độ đồng bộ, sự đảo chiều của dòng điện pha được thực hiện sau mỗi 600. Với mỗi bước, một đầu dây quấn Stator được giữ ở mức điện áp cao, một đầu khác được giữ ở mức điện áp thấp trong khi đầu dây thứ 3 thì để treo. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 20 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tuy nhiên, mỗi chu kỳ tín hiệu không tương ứng với một vòng quay của Rotor. Số chu kỳ tín hiệu cần thiết để hoàn tất một vòng quay của Rotor được quyết định bởi số cặp cực Rotor. Để hoàn thành một vòng quay, mỗi cặp cực Rotor cần một chu kỳ tín hiệu. Vì vậy, số chu kỳ tín hiệu cần thiết để điều khiển động cơ quay một vòng bằng số cặp cực của Rotor. Đặc tính sức phản điện động của ba cuộn dây lệch nhau 1200 do các cuộn dây Stator được đặt lệch nhau 1200 và góc chuyển mạch của sức điện động là 600 vì thế trong thời gian này thì không cấp dòng cho cuộn dây Stator tương ứng. Căn cứ vào dạng dòng điện của 3 pha của động cơ theo vị trí của cảm biến Hall để xác định được sơ đồ để mở van cho bộ nghịch lưu. Do một chu kỳ có 6 lần cảm biến Hall thay đổi vị trí nên sẽ có 6 trạng thái mở van. t Hall 1 t Hall 2 t Hall 3 t Ea t Eb t Ec t Ia t Ib t Ic Hình 2.14: Tín hiệu cảm biến Hall, sức phản điện động và dòng điện pha. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 21 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT A A A C B C B C B 0 1 2 A A A C B C B C B 5 4 3 Hình 2.15: Thứ tự cấp điện cho các cuộn dậy tương ứng với cảm biến Hall. Bảng 2.3: Thứ tự chuyển mạch khi động cơ quay. [5] Thứ tự Đầu vào từ cảm biến Hall Các tính hiệu Các dòng điện pha trạng thái A B C điều khiển C(Lục) B(Xanh) A(Vàng) 0 0 0 1 Q5 Q6 + - NC 1 0 1 1 Q5 Q4 + NC - 2 0 1 0 Q3 Q4 - + - 3 1 1 0 Q3 Q2 - + NC 4 1 0 0 Q1 Q2 - NC + 5 1 0 1 Q1 Q6 NC - + 0 : Không có tín hiệu trả về từ cảm biến Hall. 1 : Có tín hiệu trả về từ cảm biến Hall. + : Nguồn dương 48V. - : Nguồn âm 48V. NC: bất chấp tín hiệu. Bảng 2.2 là thứ tự chuyển mạch của các van dựa trên các đầu vào từ cảm biến Hall A, B, C ứng với chiều quay của động cơ. Trong đó các cảm biến Hall đặc lệch nhau 1200. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 22 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.7.2 Điều khiển bằng phương pháp PWM Điều khiển tốc độ đông cơ BLDC bằng phương pháp điều chỉnh điện áp vào ta có thể sử dụng phương pháp PWM để điều chỉnh tốc độ động cơ. Đây cũng là phương pháp được sử dụng rộng rãi trong điều khiển điện áp hiện nay. Với phương pháp này điện áp cung cấp cho bộ khóa công suất không đổi, tuy nhiên điện áp ra khỏi bộ khóa đến động cơ thay đổi theo thuật toán điều khiển. Phương pháp PWM có thể dùng cho khóa trên, khóa dưới hay đồng thời cả hai khóa cùng lúc. Thứ tự trạng thái 0 1 2 3 4 5 PWM 3H PWM 3L PWM 2H PWM 2L PWM 1H PWM 1L Hình 2.16: Giản đồ xung điều khiển PWM kênh trên. 2.8 LÝ THUYẾT BỘ NGHỊCH LƯU 2.8.1 Bộ nghịch lưu 1 pha a) Sơ đồ nguyên lý Mạch nguyên lý sử dụng hai nguồn điện áp một chiều, hai Mosfet và hai diode mắc song song hai Mosfet . + U S1 D1 - Z A B + U S2 D2 - Hình 2.17: Sơ đồ mạch nguyên lý nghịch lưu cầu một pha. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 23 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT S1, S2 luân phiên dẫn, trong nữa chu kỳ đầu S1 dẫn, S2 ngưng dẫn điện áp đi từ A sang B, nữa chu kỳ sau S2 dẫn, S1 ngưng dẫn điện áp đi từ B sang A. Ưu điểm: Điện áp trực tiếp vào phụ tải, không qua máy biến áp, hiệu suất cao. Nhược điểm: Phải có hai nguồn một chiều, điện áp vào bằng điện áp tải (Uv=Ut). b) Nguyên tắc hoạt động Chu kỳ đầu: S1 dẫn, S2 ngưng dẫn, Ut=U Nữa chu kỳ sau: S1 ngưng dẫn, S2 dẫn, Ut= -U Công thức tính điện áp hiệu dụng: 1 푇 2 1 2 푇 2 푇 Ut= √ ∫ 푈 푑푡 = √ ((푈) + (푈) ) = U (2-8) 푇 0 푇 2 2 Trong đó: U là điện áp vào. Ut là điện áp ra. T/4 T/2 3T/4 T Ut t 0 it Phụ tải là điện trở thuần U/R t 0 -U/R it Phụ tải là cảm kháng t 0 i(r+1) Phụ tải là trở và cảm kháng U/R t 0 -U/R Hình 2.18: Nguyên lý hoạt động của bộ nghịch lưu 1 pha. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 24 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.8.2 Sơ đồ đẩy kéo bộ nghịch lưu a) Sơ đồ nguyên lý Để thay đổi điện áp ra trên tải, người ta thường dùng mạch nghịch lưu đẩy kéo sau. S1, S2 luân phiên dẫn trong một chu kỳ. T/4 T/2 3T/4 T Ф S1 t D1 0 U n1 - + * n2 Ut Ut n1 * Фmin = Фmax n2.u/n1 D2 t 0 -n2.u/n1 S2 Hình 2.19: Sơ đồ đẩy kéo mạch nghịch lưu. Điện áp hiệu dụng trên tải 1 푇 1 푛2 푇 푛2 푇 푛2 Ut = √ ∫ (푈)2푑푡 = √ [ (푈)2 + (− (푈)2) ] = 푈 (2-9) 푇 0 푇 푛1 2 푛1 2 푛1 Trong đó: U là điện áp nguồn vào. Ut là điện áp ra thay đổi theo yêu cầu với phụ tải. Ưu điểm: Có thể thay đổi mức điện áp ra để phù hợp với phù tải. Nhược điểm: Phải dùng máy biến áp quấn nên hiệu suất không cao, sử dụng nguồn xoay chiều 220V rất nguy hiểm khi làm việc không tải. b) Nguyên lý hoạt động Bán kỳ đầu: S1 dẫn, S2 không dẫn dòng điện đi vào cuộn n1 từ có chấm đến không chấm. Bán kỳ sau: S1 không dẫn, S2 dẫn dòng điện đi vào cuộn n1 từ không chấm đến có chấm. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 25 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.8.3 Bộ nghịch lưu 3 pha Q1 Q3 Q5 + E A M B - C Q4 Q6 Q2 N Hình 2.20: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu 3 pha. V AN +2E/3 +E/3 t 0 -E/3 -2E/3 V BN +2E/3 +E/3 t 0 -E/3 -2E/3 VCN +2E/3 +E/3 t 0 -E/3 -2E/3 Hình 2.21: Đồ thị dạng sóng điều khiển. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 26 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT A C A A B + + + Za Zc 1/3E Za Za Zb Zb 2/3E Zb Zc Zc - - - B B C C Hình 2.22: Sơ đồ điều khiển. Bảng 2.4: Bảng trạng thái các khóa được kích ở trạng thái dẫn 1800, lệch 600. Độ chia 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Điện áp 0-60 60 -120 120 -180 180 -240 240 -300 300 -360 +퐸 +2퐸 퐸 −퐸 −2퐸 −퐸 푉퐴푁 3 3 3 3 3 3 −2퐸 −퐸 +퐸 +2퐸 +퐸 −퐸 푉퐵푁 3 3 3 3 3 3 +퐸 −퐸 −2퐸 −퐸 +퐸 +2퐸 푉퐶푁 3 3 3 3 3 3 푉퐴퐵 +E +E 0 -E -E 0 푉퐵퐶 -E 0 +E +E 0 -E 푉퐶퐴 0 -E -E 0 +E +E BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 27 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.9 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.9.1 IC ổn áp LM2576 LM2576 1. Điện áp vào 2. Điện áp ra 3. Nối đất 4. Chân phản hồi điện áp 5. Điều khiển ON/OFF nguồn 1 5 Hình 2.23: IC LM2576. Để giảm điện áp từ bình ắc-quy 48V xuống thành nguồn 5V ổn định dể cấp điện cho mạch điều khiển ta dùng loại IC LM2576. LM2576 là loại IC nguồn switching rất thông dụng trên thị trường và có khả năng hoạt động được với điện áp vào lên tới 40V đối với các loại thông thường hoặc lên tới 57V đối với loại LM2576HV(đuôi ‘HV’ kèm theo có nghĩa là High Voltage tức là điện áp cao). Họ LM2576 có nhiều loại với các mức điện áp đầu ra khác nhau, như LM2576-3.3V, LM2576-5V, LM2576-12V, LM2576-15V, và loại có khả năng điều chỉnh điện áp đầu ra LM2576ADJ. 2.9.2 IC cách ly điện Các mạch phát ra tính hiệu để điều khiển mạch công suất dùng bán dẫn phải được cách ly về điện, điều này có thể thực hiện bằng Optocouplers (Opto).Opto gồm nguồn phát tia hồng ngoại dùng diode (IR-LED) và mạch thu dùng Phototransistor. Opto đã đạt yêu cầu cách ly về điện và chịu được tần số đóng cắt khá cao (>5kHz) mà điện áp xung ngõ ra không bị méo dạng nên nhóm em sẽ tìm các loại Opto thông dụng và hợp với yêu cầu đề ra. Sau đây là một số loại Opto phổ biến trên thị trường mà nhóm dễ dàng kiếm được: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 28 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bảng 2.5: Đánh giá các Opto phổ biến trên thì trường. Bảng lựa chọn Opto Lựa ST Kên U (V I (A Tên vào vào U (V) I (A) Giá thành Địa điểm chọ T h ) ) ra ra n 1 PC817 1 5 5m 5 5m 2k5 HCM x 2 HCPL 2530 2 5 1 20 8 26k HCM o 3 HCPL 2631 2 5 30m 7 50m 22k HCM o Vậy HCPL 2631 là Opto mà nhóm em sẽ dùng để cách ly giữa mạch điều khiển và mạch công suất do có tần số đóng ngắt cao nên thỏa mãn yêu cầu nhóm. 8 7 6 5 1 + VCC 8 2 _ V 7 A 2631 OUT1 _ 3 VOUT2 6 1 2 3 4 4 + GND 5 (a) (b) Hình 2.24: IC HCPL 2631 (a) Thứ tự chân và (b) cấu tạo. HCPL2631 dùng để cách ly điện áp ngõ vào và điện áp ngõ ra hoặc khối công suất nhỏ với khối công suất lớn. Khi mạch ngõ vào ở mức điện áp cao thì làm cho mạch ngõ ra hoạt động tương ứng và ngược lại. HCPL2631 được tương thích với chuẩn TTL và CMOS. Được ứng dụng rộng trong loại bỏ vòng lặp mặt đất, dòng tiếp nhận, truyền tải dữ liệu ghép. Kênh dữ liệu chuyển đổi dòng điện thay thế biến áp xung. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 29 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.9.3 IC ổn áp LM317 LM317 1. ADJ: Chân điều khiển 2. Vin: Điện áp vào 3. Vout: Điện áp ra 1 2 3 Hình 2.25: IC LM317. Để Cấp nguồn cho IC driver hoạt động nhóm đã sử dụng IC ổn áp LM317. IC này có nhiệm vụ nhận điện áp từ bình ắc-quy và cho ra điện áp 12V ổn định để cáp nguồn cho IC driver. Thông số kỹ thuật của IC LM317  Điện áp đầu vào Vvào = 40V.  Dòng điện đầu ra lớn nhất Imax = 1.5A  Nhiệt độ vận hành t = 0-1250  Công suất tiêu thụ lớn nhất 20W 2.9.4 IC driver Để kích được Mosfet hoạt động thì có rất nhiều IC driver có thể làm được, nhưng vấn đề hiện nay nhóm cần sử dụng loại IC đáp ứng được điện áp đầu ra Ura > 10V. Trên thị trường hiện nay nhóm tìm được một số IC có thể tham khảo. Bảng 2.6: Đánh giá các Driver phổ biến trên thì trường. Bảng lựa chọn Driver STT Tên Kênh Ura(V) Ira-H(A) Ira-L(A) Giá thành Địa điểm Lựa chọn 1 IR2102 2 10-20 130-210 270-360 15k HCM o 2 IR2104 2 10-20 130-210 270-360 25k HCM x 3 IR2151 2 10-20 100-125 210-250 16k5 HCM o BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 30 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Vậy IC driver IR2102 là IC mà nhóm sẽ dùng do thỏa mãn yêu cầu kích cho các Mosfet. Vì Mosfet kích bằng áp UGS > 10 mà Ura của IC IR2102 thỏa mãn được điều đó. Hơn nữa giá thành rẻ và dễ tìm. IR2102 là một dòng IC chuyên dụng được sử dụng nhiều trong điều khiển động cơ có sử dụng PWM. 8 7 6 5 1 VCC VB 8 2 HIN 7 IR2102 HO 3 LIN VS 6 1 2 3 4 4 COM LO 5 (a) (b) Hình 2.26: IC IR2102 (a) Thứ tự chân và (b) cấu tạo. Thông số kỹ thuật IC IR2102:  Dòng ngõ ra mức cao 130mA đến 210mA.  Dòng ngõ ra mức thấp 270mA đến 360mA.  Điện áp cung cấp cho IC từ 10V đến 20V.  Điện áp ngõ ra phụ thuộc vào điện áp ngõ vào. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 31 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.9.5 Mosfet Mosfet RFP70N06 1. G: Gate gọi là cực cổng 2. S: Source gọi là cực nguồn 3. D: Drain gọi là cực máng 1 2 3 Hình 2.27: RFP70N06. Có hai lựa chọn chính cho việc sử dụng khóa đóng cắt công suất trong điều khiển động cơ đó là Mosfet và IGBT. Vì ứng dụng đòi hỏi tần số đóng cắt cao và dòng điện nhỏ nên ta chọn sử dụng Mosfet. Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợp cho khuếch đại các nguồn tín hiệu yếu. Mosfet được sử dụng nhiều trong các mạch nguồn Monitor, nguồn máy tính và dùng để đóng mở các mạch công suất. Mosfet có khả năng đóng nhanh với dòng điện và điện áp khá lớn nên nó được sử dụng nhiều trong các bộ dao động tạo ra từ trường vì do đóng cắt nhanh làm cho sóng điện biến thiên. Mosfet loại N có hai miếng bán dẫn loại P đặc trên nền bán dẫn loại N, giữa hai lớp P-N được các điện bởi lớp SIO2 hai miếng bán dẫn loại P được nối ra thành cực D và cực S, nên bán dẫn N được nối với lớp màng mỏng ở trên sau đó được đấu thành cực G. Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vô cùng lớn, còn điện áp giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G và cực S. Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 => do hiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS càng nhỏ. Cách lựa chọn Mosfet để đạt được yêu cầu để mạch công suất hoạt động tốt: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 32 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Công suất động cơ Pđc = 350W Điện áp bình điện cho động cơ Ub = 48V 350 => Dòng điện động cơ Iđc = = 7,3A 48 Vậy Mosfet sẽ được chọn UF = 48V và IF =7,3A Ta chọn hệ số an toàn cho Mosfet kF = 1.2 => UF = 57.6V và IF = 8.76A Bảng 2.7 : Đánh giá các loại Mosfet phổ biến trên thì trường. Bảng lựa chọn Mosfet STT Tên Kênh U(V) I(A) Giá thành Địa điểm Lựa chọn 1 IRF 540N N 100 28 9k HCM x 2 IRF 630 N 200 9 7k HN x 3 IRF 740 N 400 10 9k HCM x 4 IRF 3205 N 55 110 12k HCM o 5 RFP 70N06 N 60 70 7k HCM o Theo bảng đánh giá thì nhóm em sẽ lựa Mosfet RFP 70N06 phù hợp với tiêu chí đề ra và loại Mosfet này dễ kiếm và giá thành rẻ hơn các loại trên. 2.9.6 Màn hình LCD16x02 Hiện nay trên thị trường có nhiều loại man hình LCD. Như LCD Text, LCD Graphic, da dạng về mẫu mã lẫn kích thước. Nhưng xuất phát từ nhu cầu thực tế việc hiện thị không phúc tạp nên việc chọn LCD Text là lợp lý. Cụ thể ở đây chúng tôi chọn LCD 16x02 màu lục, có 2 hàng và mỗi hàng 16 ký tự. Là loại màn hình rất phổ biến và có độ bền cao. Hình 2.28: LCD 16x02.[8] BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 33 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Thông số kỹ thuật:  Điện áp hoạt động là 5 V.  Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm  Chữ đen, nền xanh lá/chữ trắng, nền xanh dương  Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch.  Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hỗ trợ đi dây điện thuận tiện.  Có đèn led nền, có thể dùng biến trở điều chình độ sáng.  Driver điều khiển HD44780  Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu Sơ đồ chân của LCD như bảng: Bảng 2.8: Các chân của LCD Chân số Tên chân Input/Output Chức năng tín hiệu 1 VSS Power GND 2 VDD Power +5V 3 Vo Analog Contrast Control Register Select. H: data signal 4 RS Input L: instruction signal Read/Write. H: read mode 5 R/W Input L: write mode 6 E Input Enable(strobe) 7 D0 I/O Data(LSB) 8-13 D1-D6 I/O Data 14 D7 I/O Data(MSB) 15 LED_A Input Backlight Anode 16 LED_B Input Backlight Cathode Trong 16 chân của LCD được chia làm 4 dạng tín hiệu như sau:  Các chân cấp nguồn: Vss (nối nguồn 5V), VDD (nối 0V), V0 (điều chỉnh độ tương phản).  Các chân điều khiển: ➢ RS: Chân chọn thanh ghi (Register Select). Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi. ❖ Logic “0”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 34 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT “ghi” - Write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc”- Read). ❖ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD. ➢ RW: Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với logIC “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc. ➢ E: Chân cho phép chốt xung kí tự (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E. ❖ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào (chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E. ❖ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp. ➢ Các chân dữ liệu D0 đến D7: Chân số 7 đến chân số 14 là 8 chân dùng để trao đổi dữ liệu với các thiết bị điều khiển. ➢ Các chân LED_A, LED_K: Chân điều khiển đèn nền. 2.9.7 Vi điều khiền Hiện nay trên thị trường có nhiều loại vi điều khiển dễ dàng đáp ứng được nhu cầu người dùng. Nhóm em đã đặt ra yêu cầu dùng cho vi điều khiển như sau: - Giá thành rẻ và dễ dàng tìm mua được. - Được nhiều người sử dụng nhằm đáp ứng được nhu cầu tài liệu. - Phù hợp với phương pháp điều khiển đã nêu ở trên. Sau khi tham khảo và tìm kiếm thì nhóm đã quyết định sử dụng loại vi điều khiển thông dụng và đang được mọi người khuyên nên dùng để điều khiển động cơ BLDC một cách hiệu quả và dễ dàng nhất. Đó là vi điều khiển DSPIC30F4011. DSPIC30F4011 là bộ vi điều khiển xử lý tín hiệu số 16 bit có hiệu suất cao do hãng Microchip sản xuất. Nó có một số đặc điểm chính sau: + Khối điều khiển trung tâm CPU hiệu suất cao với tập lệnh rút gọn nâng cao tốc độ xử lý: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 35 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Kiến trúc tập lệnh tối ưu cho ngôn ngữ C và các chế độ địa chỉ linh hoạt nên việc làm việc đồng thời trên nhiều chân là rất tốt - Có 83 lệnh cơ bản - Các lệnh có độ rộng 24 bit, dữ liệu có độ lớn 16 bit - 48Kb flash rom (16k từ lệnh) - 2Kb ram trên chip - 1Kb eeprom dùng để chứa dữ liệu - Có thế hoạt động với tốc độ 30 mips (triệu lệnh/s), tần số thạch anh đầu vào có thể từ 4-10MHz - 30 nguồn ngắt, trong đó có 3 nguồn ngắt ngoài, 8 mức ưu tiên ngắt - Mảng thanh ghi có thể làm việc 16 x 16 bit + Các đặc trưng về cơ chế xử lý tín hiệu số: - Thanh ghi chứa nạp lại cho hoạt động xử lý tín hiệu số - Các chế độ địa chỉ hóa đảo bit và theo module - 2 thanh chứa có độ rộng 40 bit để thực hiện tính toán. - Tất cả các lệnh xử lý tín hiệu số đều gói gọn trong 1 chu kỳ + Các đặc điểm về ngoại vi: - Tín hiệu của các chân vào ra có cấp dòng điện lớn 25mA - Module định thời có bộ chia trước lập trình được - Các hàm so sánh/xuất PWM 16bit - Hỗ trợ chế độ I2C để thực hiện kết nối các vi xử lý lại với nhau - Module UART - Module CAN + Các bộ A/D - Bộ chuyển đổi tƣơng tự - số 10bit với 4 đầu vào sample and hold - Tốc độ chuyển đổi là 1 msps (triệu mẫu/s) - 9 kênh đầu vào BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 36 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.29: Sơ đồ chân linh kiện vi điều khiển DSPIC30F4011.[9] a) Ngắt của DSPIC30F4011 Được phân định nhờ 7 mức ưu tiên ngắt. CPU có trách nhiệm tra trong bảng vector ngắt, tìm ra địa chỉ của vector ngắt của ngắt hiện thời rồi chuyển địa chỉ đó vào bộ đếm chương trình. Bộ điều khiển ngắt có trách nhiệm xử lý các ngắt và các bẫy bộ xử lý. Các ngắt được cài đặt, sử dụng và điều khiển nhờ vào các thanh ghi chức năng đặc biệt sau: - IFS0, IFS1, IFS2 với chức năng lưu giữ các cờ ngắt. Các cờ này được xóa bởi phần mềm. - IEC0, IEC1, IEC2 lưu giữ bit điều khiển cho phép/không cho phép ngắt của tất cả các nguồn ngắt. - IPC0... IPC11 là 12 thanh ghi lưu giữ mức ưu tiên của tất cả cá ngắt. - IPL mức ưu tiên CPU hiện thời được lưu ở đây. IPL có mặt trong thanh ghi CORCON còn các bit IPL có mặt trong các thanh ghi trạng thái SR. - INTCON1, INTCON2 chức năng điều khiển ngắt toàn cụcn được lưu giữ ở đây. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 37 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Mỗi một nguồn ngắt có thể được lập trình để gán cho nó 1 trong 7 mức ưu tiên ngắt thông qua thanh ghi ICPx. Mỗi một nguồn ngắt tương ứng với một vector ngắt trong bảng các vector ngắt. Mức ưu tiên 7 và 1 tương ứng với các mức ưu tiên cao nhất và nhỏ nhất. Có một đặc điểm trong DSPIC30F4011 về hoạt động ngắt. Bit(INTCON1) được set để chắn các ngắt khác khi ngắt đó đang được phục vụ. Có nghĩa là khi một chương trình con dịch ngắt đang được thực thi, nếu bit này được set lên sẽ có thể chắn các ngắt khác, kể cả khi các ngắt khác có mức ưu tiên cao hơn. b) Cổng vào ra của DSPIC30F4011 DSPIC30F4011 có 5 cổng vào ra được đánh ký hiệu từ RB đến RF. Số lượng bit của các cổng là khác nhau, ví dụ cổng RB có 9 bit trong khi cổng RE có 6 bit. Các cổng vào ra này có thể chịu được dòng 25mA vào và xuất ra được 25mA, có nghĩa là tín hiệu xuất trực tiếp từ cổng đủ mạnh để có thể điều khiển LED trực tiếp. Có 3 thanh ghi chính phục vụ cho cổng vào ra. Thanh ghi TRISx (x là tên cổng) có nhiệm vụ điều khiển chiều đi của dữ liệu qua các chân cổng tức là thanh ghi này cài đặt cho một chân của cổng là đầu vào hay đầu ra. Quy ước, 1 là đầu vào và 0 là đầu ra. Thanh ghi PORTx có nhiệm vụ lấy dữ liệu khi cổng là đầu vào, một thao tác đọc thanh ghi PORTx sẽ cho biết trạng thái của port đó( khi đó là cổng vào).Thanh ghi LATx là thanh ghi chốt dữ liệu cho cổng ra. Để gửi dữ liệu ra bên ngoài, một thao tác ghi vào thanh ghi LATx được thực hiện. Sau khi RESET hệ thống, tất cả các PORT đều được định nghĩa là cổngvào. c) Các bộ định thời DSPIC30F4011 có 5 bộ định thời, trong đó các bộ định thời được chia làm 3 loại: A,B,C. Mỗi kiểu định thời có một đặc trưng riêng. Bộ định thời Timer1 là loại A . Module định thời 1 là bộ định thời 16 bit có thể làm nhiệm vụ cung cấp bộ đếm thời gian cho đồng hồ thời gian thực hoặc cũng có thể hoạt động như một bộ đếm / định thời tự do và theo khoảng. Bộ định thời 16 bit có các chế độ sau: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 38 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Chế độ đinh thời 16 bit :khi ở chế độ này, bộ định thời sẽ tăng giá trị của nó lên 1 sau mỗi chu kì lệnh. Khi nội dung bộ định thời bằng với giá trị đặt trong thanh ghi PR1, giá trị của nó sẽ được reset về 0 và lại tiếp tục đếm từ đầu. - Chế độ đếm không đồng bộ 16 bit: trong chế độ này, giá trị của bộ định thời được tăng lên mỗi một khi phát hiện một sườn lên của xung clock bên ngoài đưa tới. Khi giá trị bộ định thời bằng với giá trị đặt trong thanh ghi PR1, nó sẽ được reset về 0 và lại tiếp tục đếm từ đầu. Bộ định thời 16 bit có khả năng tạo ra ngắt cứ mỗi khi nội dung của nó bằng với nội dụng của thanh ghi PR1. Khi đó, bit T1IF được set và một ngắt được tạo ra. Bit T1IF cần phải được xóa bởi phần mềm khi vào thủ tục ngắt. Bộ định thời 2 là bộ định thời kiểu B và bộ định thời 3 là bộ định thời kiểu C, chúng là các module định thời 32 bit và có thể được cấu hình thành 2 bộ định thời 16 bit với các chế độ có thể lựa chọn được. Các bộ định thời này có thể được sử dụng bởi các module ngoại vi như module bắt đầu vào, module PWM. Các bộ định thời 32 bit có các chế độ làm việc như sau: - Hai bộ định thời làm việc độc lập (bộ 2 và bộ 3) với các chế độ định thời 16 bit( ngoài trừ đếm không đồng bộ) - Hoạt động ở chế độ định thời 32 bit - Hoạt động ở chế độ đếm đồng thời 32 bit - Ngoài ra, bộ định thời 2/3 còn hỗ trợ cho các hoạt động ADC, cài đặt bộ chia trước, hoạt động định thời trong các chế độ ngủ và nguồn nghỉ. Các bộ định thời 4/5 cũng là bộ định thời 32 bit và cũng được ghép từ 2 bộ định thời 16 bit. Tuy nhiên bộ định thời 4 là kiểu B trong khi bộ định thời 5 là kiểu C. Ở bộ định thời 5, chân cấp xung clock đưa vào là không có. Còn về các chế độ hoạt động các bộ 4/5 hoàn toàn giống với bộ 2/3 nhưng chỉ khác là hỗ trợ hoạt động của ADC và chúng có thể được sử dụng bởi các module ngoại vi. d) Module chuyển đổi tương tự - số ADC 10bit Các chip DSPIC có module ADC thuộc một trong hai dạng: 10-bit với tốc độ lên đến 1 Msps (triệu mẫu/giây) hay 12-bit với tốc độ lên đến 200 ksps (nghìn mẫu/giây). Các BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 39 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT module ADC được thiết kế nhằm phục vụ cho các mục đích khác nhau. Trong các DSPIC thuộc dòng điều khiển động cơ, module ADC là loại 10-bit với tốc độ cao, nhằm đáp ứng yêu cầu về tốc độ lấy mẫu của các bộ điều khiển truyền động điện. Các bộ ADC trong các DSPIC sử dụng thuật toán chuyển đổi successive approximation register sar. Do đó có thời gian chuyển đổi đã được xác định trước. Việc chuyển đổi tín hiệu từ dạng tương tự sang dạng số bao gồm hai giai đoạn: giai đoạn lấy mẫu tín hiệu với giai đoạn chuyển đổi, có thể bắt đầu giai đoạn lấy mẫu bằng tay hay tự động. Thời điểm chấm dứt lấy mẫu (và bắt đầu chuyển đổi) có thể do người dùng xác định (bằng cách tắt bit SAMP) hay được một ngoại vi nào đó xác định (một timer dành riêng, module MCPPWM, Timer 3, hay chân INT(0). Như vậy thời gian lấy mẫu là khác nhau với các thiết lập khác nhau. Giai đoạn chuyển đổi dữ liệu cần có 12 xung clock cho module ADC, với một chu kỳ xung clock 푇퐴퐷 có thể được chọn là từ Tcy đến 32 Tcy. Chính là thời gian của một chu kỳ máy. Module ADC của DSPIC30F4011 có 4 bộ khuếch đại s/h (sample and hold), được đánh địa chỉ là kênh 0 đến kênh 3. Có thể chỉ dùng kênh 0, hay dùng kênh 0 và 1, và cũng có thể dùng cả 4 kênh cho việc thu thập dữ liệu. Kênh 0 là kênh linh hoạt nhất trong việc chọn lựa các ngõ vào tương tự. Bộ đệm của module ADC có thể chứa được tối đa 16 kết quả. Module ADC của DSPIC30F4011 có 6 thanh ghi 16 bit: - A/D CONTROL REGISTER - ADCONx với x là số thứ tự từ 1 đến 3. Thanh ghi này điều khiển các hoạt động của ADC. - A/D INPUT SELECT REGISTER - ADCHS có nhiệm vụ chọn kênh chuyển đổi. - A/D PORT CONFIGURAITON REGISTER - ADPCFG cấu hình cho các PORT là đầu vào tương tự hay đầu vào số. - A/D INPUT SCAN SELETION REGISTER (ADCSSL) chọn đầu vào để quét. Sau khi chuyển đổi, kết quả sẽ được lưu vào các bộ đệm tên là ADCBUF0 đến ADCBUFF. Hoạt động chuyển đổi của ADC module cần phải thiết lập theo các bước sau: - Chọn các chân dùng làm ngõ vào analog bằng các bit ADPCFG - Chọn nguồn điện áp chuẩn bằng các bit ADCON2 - Chọn tốc độ xung clock cho module ADC phù hợp với tốc độ dữ liệu và tốc độ của bộ xử lý bằng các bit ADCON3 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 40 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Chọn thứ tự lấy mẫu/chuyển đổi thích hợp bằng các bit ADCON1 và ADCON3 - Xác định bao nhiêu kênh S/H xẽ được dùng bằng các bit ADCON2 và ADPCFG - Chọn cách biểu diễn kết quả chuyển đổi trong bộ đệm bằng các bit ADCON1 - Chọn tốc độ tạo ngắt bằng các bit ADCON2 - Xác định cách thức lấy mẫu bằng các bit ADCON1 và ADCSS1 - Bật module ADC bằng bit ADCON1 - Nếu có sử dụng ngắt, cần thiết lập thêm cấu hình cho ngắt A/D - Xóa bit ADIF - Chọn bộ ưu tiên cho ngắt A/D Các bit ADCS (ADCON3) được dùng để thiết lập tốc độ xung clock cho module ADC. Giá trị của ADCS được xác định từ công thức: 2.푇 ADCS = 퐴퐷 – 1 푇퐶푌 TAD : thời gian nhận 1 xung FCY : Tần số thạch anh Giá trị được chọn của 푇퐴퐷 không được phép nhỏ hơn 83.33 ns. e) Module PWM điều khiển động cơ Đối với DSPIC30F4011 thì bộ PWM đã được tích hợp sẵn với 6 xung đồng bộ đầu ra chuyên để dùng điều khiển các thiết bị là: - Điều khiển động cơ cảm ứng xoay chiều 3 pha - Điều khiển động cơ từ trở - Điều khiển động cơ BLDC - Nguồn lưu điện UPS Để khởi tạo hoạt động của module PWM điều khiển động cơ theo trình tự sau: - Xác định thời gian cho một chu kỳ xung bằng cách đặt một giá trị 15bit vào thanh ghi ngưỡng đếm chu kỳ xung PTPER, theo công thức: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 41 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 퐹 PTPER = 퐶푌 - 1 퐹푃푊푀.(푃푇푀푅 푃푟푒푠푐푎푙푒)푟.2 PTPER : chỉ số được ghi trong thanh ghi để xét PWM FCY : Tần số thạch anh FPWM : Tần số xung băm PWM PTMR Prescaler : độ chia - Thiết lập chế độ dùng các chân PWM bằng thanh ghi PWMCON1 - Thiết lập chế độ băm xung trong thanh ghi OVDCON - Đặt giá trị phần trăm băm xung trong 3 thanh ghi PCDx 2.9.8 Module sạc ắc-quy Hình 2.30: Module sạc ắc-quy Module này được thiết kế để sạc ắc-quy tự động ngắt khi bình ắc-quy được sạc đầy, với giá trị được đặt trước. Người dùng có thể kiểm soát được lượng năng lượng được sạc thông qua led hiển thị điện áp. Thông số kỹ thuật: Điện áp đầu vào từ 6-60V Dòng điện ra đạt giá trị Imax=3A 2.9.9 ẮC-QUY(ACCU) a) Khái niệm ACCU ACCU là loại nguồn điện hóa học, có thể biến đổi điện năng thành hóa năng và BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 42 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ngược lại biến đổi hóa năng thành điện năng. Quá trình biến đổi hóa năng thành điện năng gọi là quá trình phóng điện và quá trình biến đổi điện năng thành hóa năng gọi là quá trình nạp điện. ACCU là nguồn điện một chiều được sử dụng rộng rãi và làm việc dựa trên hi...011 TX2 26 RS 18 INT0 PGC 25 J18 19 INT2 PGD 24 VCC OC4 SCK1 23 1 EMUC2 22 2 ADC OC3 3 BIEN TRO OSC2/CLKOUT OSC1/CLKIN VSS_2 VSS_3 VSS AVSS J1 Y2 VCC 14 13 12 20 31 39 1 20MHZ 2 C9 C7 33P 33P CON2 KHOI VI DIEU KHIEN Hình 3.2: Khối xử lý trung tâm. DSPIC30F4011 hoạt động ở 25mA và 4.7V trên các chân, vì vậy chọn điện trở kéo lên cho phù hợp, điện trở kéo phải được đảm bảo cho CPU hoạt động an toàn và tiết kiệm năng lượng. Do dòng cho phép của mỗi chân I/O của vi điều khiển là 25mA và điện áp trên mỗi chân là 4.7V, ta áp dụng định luật Omh với công thức: U = I.R U 4.7 R = = = 188Ω I 0.025 Như vậy, ta sẽ chọn điện trở R= 220Ω cho các R2, R3, R4. Ta chọn điện trở R1= 10kΩ dùng làm điện trở kéo lên. Để vi điều khiển hoạt động khi nạp code thì thạch anh phải là 20MHz. 4 Các tụ lọc C10, C11, C12, C13 ta chọn C = 10.10 pF ( ký hiệu 104). Các tụ lọc C7, C9 ta chọn C = 33pF. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 48 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ b) Thiết kế khối kích Mosfet 12V 5V 4148 D1 U1 0.1UF U2 R1 C1 C2 C3 1 8 R3 1 8 1UF 220 Vin1+ VCC R4 100 VCC VB J7 2 7 2 7 HO1 2 Vin1- Vout1 100 10UF HIN HO 1 3 6 3 6 R2 Vin2- Vout2 LIN VS VS1 4 5 4 5 LO1 INPUT_1 Vin2+ GND COM LO 220 HCPL2631 IR2102 12V 5V D2 4148 U3 0.1UF R8 U4 R5 C4 100 C5 C6 1 8 1 8 1UF J8 220 Vin1+ VCC R7 VCC VB 2 2 7 2 7 HO2 1 Vin1- Vout1 100 10UF HIN HO 3 6 3 6 R6 Vin2- Vout2 LIN VS VS2 INPUT_2 4 5 4 5 Vin2+ GND COM LO LO2 220 HCPL2631 IR2102 12V 5V D3 4148 U5 0.1UF R12 U6 R9 C7 100 C8 C9 1 8 1 8 1UF 220 Vin1+ VCC R11 VCC VB J9 2 7 2 7 HO3 2 Vin1- Vout1 100 10UF HIN HO 1 3 6 3 6 R10 Vin2- Vout2 LIN VS VS3 4 5 4 5 LO3 INPUT_3 Vin2+ GND COM LO 220 HCPL2631 IR2102 Hình 3.3: Khối kích Mosfet.  Opto cách ly HCPL 2631 Ta có: Điện áp ra trên chân vi điều khiển Vra = 4.7V Điện áp và dòng vào trên HCPL 2631 Vvào = 3V, Ivào = 10mA. Điện trở hạn dòng cho HCPL 2631: 푉푟푎−푉푣à표 4.7 − 3 R = = −3 = 170Ω 퐼푣à표 10.10 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 49 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Ta cần hạn dòng trước khi đưa tín hiệu vào Opto nên R= 220Ω phù hợp với linh kiện điện trở ngoài thị trường nên R1= R2= R5= R6= R9= R10= 220Ω. Vout1 và Vout2 là ngõ ra có dạng cực thu để hở nên ta cần gắn thêm điện trở kéo lên ở ngõ ra. Điện trở kéo lên thường rất nhỏ, ở đây R= 100Ω phù hợp với linh kiện điện trở ngoài thị trường nên R3= R4= R7= R8= R11= R12= 100Ω. Các tụ C1, C4, C7 có giá trị C= 0.1uF thông số này được lấy theo nhà sản suất.  Khối IC driver: Ta lựa chọn thông số cho khối driver: D1, D2, D3 dùng diot 1N4148 để xả điện áp lúc Mosfet ngắt. Các tụ C2, C5, C8 có giá trị C= 10uF thông số này được lấy theo nhà sản xuất. Các tụ C3, C6, C9 có giá trị C= 1uF thông số này được lấy theo nhà sản xuất. c) Thiết kế khối công suất F1 V++ V_ACQUY C28 FUSE 1000UF/50V R22 Q3 R23 Q5 R20 Q1 70N06 70N06 70N06 HO2 HO3 HO1 10R 10R 10R J10 J11 2 1 VS1 1 2 VS2 3 VS3 V_ACQUY_IN MOTOR R26 Q4 R25 Q6 R24 Q2 70N06 70N06 70N06 LO1 LO2 LO3 10R R21 10R 10K 10R R19 R18 10K 10K Hình 3.4: Khối công suất. Để điều khiển mạch động cơ chính xác hơn, khi thiết kế mạch điều khiển cần phải có thành phần phản hồi dòng điện. Đối với dòng điện một chiều thì chúng ta dùng điện trở Shunt để thực hiện phản hồi từ mạch lực. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 50 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Ta chọn điện trở shunt có R= 100Ω cho các điện trở R20, R22, R23, R24, R25, R26. Do điện áp ra trên điện trở Shunt là rất bé nên để đưa vào cổng A/D của vi xử lý cần có một khâu khuyếch đại tín hiệu để tín hiệu vào mạch điều khiển có thể nhận biết được. Chọn R= 10kΩ điện trở dùng để xả dòng cho Mosfet (lựa chọn theo datasheet) cho các điện trở R18, R19, R21. d) Thiết kế khối nguồn 12V kích Mosfet D28 4007 D32 U7 V++ LM317 12V 3 2 VIN VOUT R27 D29 C30 R29 4007 ADJ 220 1UF 1K5 4007 C29 1 0.1UF D31 R28 LED 5K Hình 3.5: Khối nguồn 12V. 푅28 Từ biểu thức: 푉표푢푡= 1,25.( 1+ ) 푅27 Ta đặc giá trị 푉표푢푡=12V(giá trị điện áp ra ta muốn lấy) 푅 12 28 = − 1 = 8,6 푅27 1.25 Lấy gía trị thông số thực tế điện trở trên thị trường, ta có: R27 = 220 Ω => R28 = 8,6.R27 = 8,6.220 = 1860Ω => chọn biến trở R28 = 5kΩ D28 và D29 có chức năng xả điện áp khi ngõ vào hoặc ngõ ra bị ngắn mạch. D32 có chức năng cho dòng điện đi qua và chóng chiều dòng điện đi ngược lại. Các tụ điện C29= 0.1uF và C30= 1uF lựa chọn theo datasheet. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 51 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ e) Thiết kế khối nguồn 5V U4 4 LM2576HV/5V VCC L2 J19 D13 FB 2 2 1 OUT 1 VIN 100UH C8 ON/OFF 4007 C17 GND 1000UF/16V R9 100uf /50v D6 220 5 V_ACQUY 3 1N5822 D12 LED Hình 3.6: Khối nguồn 5V. Diode D6 là diode ổn áp (tức diode zenner), để bảo vệ điện áp đầu ra. Cuộn cảm L2 dùng để chặn các tần số cao đi qua và thường chọn L=100uH. Để led sáng ổn định thì ta chọn giá trị 푉퐿퐸퐷 = 3V, 퐼푙푒푑 = 10mA 푉푐푐−푉푙푒푑 5−3 Điện trở hạn dòng cho led: R = = −3 = 200Ω 퐼푙푒푑 10.10 Ta chọn R9 = 220Ω. D32 có chức năng cho dòng điện đi qua và chóng chiều dòng điện đi ngược lại. Các tụ C17, C8 chọn theo datasheet. f) Khối hiển thị U1 LCD-1602 Vo VDD K K (LED -) DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 E R/W RS VSS VSS (GND) A A ( LED+) 3 2 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 1 16 R2222 D7 D6 D5 D4 E RW RS VCC Hình 3.7: Khối hiển thị LCD 16x02. Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết. Các chân này được đánh số thứ tự và đặt tên như hình 3.7. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 52 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN MẠCH Nằm phần phụ lục BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 53 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Contents 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 4.2.2.1 Giới thiệu về CCS ................................................................................................. 60 4.2.2.2 Chương trình hệ thống ........................................................................................ 61 4.2.3 Phần mềm mô phỏng mạch điện tử ....................................................................... 61 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 53 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 4.1 THI CÔNG HỆ THỐNG 4.1.1 Thi công board mạch Hình 4.1: Sơ đồ mạch in điều khiển. Hình 4.2: Sơ đồ mạch in mạch cách ly, mạch kích và mạch công suất. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 54 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.3: Sơ đồ đi dây mạch điều khiển. Hình 4.4: Sơ đồ đi dây cách ly, mạch kích và mạch công suất. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 55 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 4.1.2 Lắp ráp và kiểm tra Sau khi ra mạch layout và sơ đồ bố trí linh kiện được hoàn thành ta thực hiện các bước sau: Bước 1: In mạch và ủi mạch. Bước 2: Rửa mạch và tiến hành khoan lỗ. Bước 3: Bố trí linh kiện vào bo mạch đúng chân đúng chiều. Bước 4: Hàn bo mạch. Bước 5: Kiểm tra mạch và chạy thử nghiệm. 4.2 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 4.2.1 Lưu đồ giải thuật Để điều khiển một động cơ BLDC, ta sẽ điều khiển đóng mở các van công suất bằng cách tạo xung PWM và suất các mức điện áp cao, thấp ra các chân có cấu hình PWM. Trình tự đóng mở các van công suất dựa vào bảng 2.2:  (Q1 tắt, Q4 tắt) – (Q3 tắt, Q6 dẫn) – (Q5 dẫn, Q2 tắt)  (Q1 tắt, Q4 dẫn) – (Q3 tắt, Q6 tắt) – (Q5 dẫn, Q2 tắt)  (Q1 tắt, Q4 dẫn) – (Q3 dẫn, Q6 tắt) – (Q5 tắt, Q2 tắt)  (Q1 tắt, Q4 tắt) – (Q3 dẫn, Q6 tắt) – (Q5 tắt, Q2 dẫn)  (Q1 dẫn, Q4 tắt) – (Q3 tắt, Q6 tắt) – (Q5 tắt, Q2 dẫn)  (Q1 dẫn, Q4 tắt) – (Q3 tắt, Q6 dẫn) – (Q5 dẫn, Q2 tắt) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 56 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG BẮT ĐẦU Cấu hình các chân, khởi tạo ADC và timer Chương trình con đọc cảm biến Hall, tay ga và phanh Đúng Đúng Cảm biến Bánh xe Năng lượng tái sinh được phanh bằng đang quay truyền vào ắc-quy 1 Sai Sai Sai Góc tay ga lớn hơn 0 Đúng B A BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 57 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG A B Đúng Q5,Q6 được kích dẫn Xét trạng Q1,Q3,Q4,Q2 không Xe hoạt động thái thứ 0 được kích dẫn Sai Đúng Q5,Q4 được kích dẫn Xét trạng Q1,Q3,Q6,Q2 không thái thứ 1 được kích dẫn Sai Đúng Q3,Q4 được kích dẫn Xét trạng Q1,Q5,Q6,Q2 không thái thứ 2 được kích dẫn Sai Đúng Q3,Q2 được kích dẫn Xét trạng Q1,Q5,Q6,Q4 không thái thứ 3 được kích dẫn Sai Đúng Q1, Q2 được kích dẫn Xét trạng Q3,Q5,Q4,Q6 không thái thứ 4 được kích dẫn Sai Đúng Q1, Q6 được kích dẫn Xét trạng Q3,Q5,Q4,Q2 không thái thứ 5 được kích dẫn Sai Kết thúc Hình 4.5: Lưu đồ giải thuật hệ thống xe đạp điện BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 58 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Chương trình con khi đọc cảm biến Hall, tay ga và phanh Đọc giá trị điện áp tay ga, đọc giá trị cảm biến tay ga và phanh Xuất tín hiệu tay ga, cảm biến và phanh Hình 4.6: Lưu đồ giải thuật chương trình con đọc cảm biến tay ga, Hall và phanh. Khi bật nguồn thì xe sẽ hoạt động. Trước tiên vi điều khiển sẽ khởi tạo thư viện cần thiết, khai báo các biến,. Sau đó sẽ tạo chương trình con và bắt đầu vào vòng lặp. Tiếp theo vi điều khiển sẽ nhận các tín hiệu trả về từ cảm biến rồi sau đó xét từng trạng thái của cảm biến Hall qua bảng 2.2 để đóng mở các van cho phù hợp, tiếp tục nhận tín hiệu của các cảm biến theo vòng lặp đến khi cảm biến tay ga trả về vị trí ban đầu thì động cơ sẽ dừng lại. Khi tắt nguồn thì xe sẽ ngừng hoạt động. Trường hợp xe đang hoạt động mà hãm phanh thì năng lương sẽ được truyền về lại cho bình ắc-quy. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 59 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 4.2.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển a) Giới thiệu về CCS Hình 4.7: Phần mềm CCS.[10] CCS là chữ viết tắt Cascading Style Sheets, nó chỉ đơn thuần là một dạng file text với phần tên mở rộng là CCS. Trong Style Sheet này chứa những câu lệnh CCS. Mỗi một lệnh của CCS sẽ định dạng một phần nhất định của HTML. Phần mềm CCS lập trình cho họ vi điều khiển PIC bằng ngôn ngữ C. CCS là một trình biên dịch hỗ trợ ngôn ngữ C cho hầu hết các dòng vi điều khiển PIC. Sử dụng CCS, có thể tạo 1 project, viết source code, xây dựng, debug và lập trình cho PIC một cách dễ dàng. Để khởi tạo một project trong CCS, ta làm các bước sau: o Trước tiên bạn khởi động CCS, sau đó bạn vào Project -> PIC Wizard. Sau khi lưu Project lại, cửa sổ giao diện PIC Wizard sẽ hiện ra. Tại đây bạn có thể thiết lập, cấu hình các chứa năng cho dòng PIC bạn lựa chọn để đáp ứng yêu cầu của Project. o Sau khi việc cấu hình hoàn tất, bạn nhấn OK, dao diện lập trình Project sẽ hiện ra. Giao diện bao gồm các khối chức năng:  Khối thanh công cụ: giúp hỗ trợ cho người dùng có thể dễ dàng tìm kiếm, chỉnh sửa, debug.project. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 60 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG  Khối giao diện file: giúp người dùng quản lý tất cả các file chứa trong projcet của mình.  Khối giao diện dành cho người lập trình.  Khối giao diện hiển thị kết quả sau quá trình biên dịch. Sau khi viết xong chương trình bạn bấm vào nút Compile chọn Build để build chương trình. b) Chương trình hệ thống Chương trình nằm ở phần phụ lục. 4.2.3 Phần mềm mô phỏng mạch điện tử Hình 4.8: Phần mềm thiết kế mạch.[11] Orcad là phần mềm thiết kế mạch điện tử của công ty Cadence. Orcad là thiết kế mạch nguyên lý, thiết kế mạch in và mô phỏng mạch điện. Phần mềm orcad đã trải qua nhiều lần cập nhật từ phiên bản 3.2 chạy trên nền Dos cho đến phiên bản 4.0 đã có những cập nhật đáng kể, tiếp theo là phiên bản 7.0 chạy trên nền Windows đã làm say mê những người thiết kế mạch in chuyên nghiệp thì nay với phiên bản 9.2 có lẽ không cần phải bàn về sức mạnh của nó nữa mà chỉ quan tâm đến việc là làm sao để có thể khai thác và sử dụng được orcad trong công việc. Sau khi xác nhập với hãng Microsim, khai thác hết các chức năng mô phỏng mạnh mẽ của Pspice cùng với các chức năng thiết kế mạnh của BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 61 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG orcad. Qua thư viện rất lớn của mình cùng với các công cụ tiện ích. Orcad đã trở thành hãng đi đầu trong lĩnh vực vẽ, mô phỏng và thiết kế mạch in. Để thiết kế mạch nguyên lý và vẽ mạch in ta sẽ tiến hành vào chương trình Orcad để tạo một project, các bước được tiến hành như sau:  Mở chương trình vẽ mạch nguyên lý  Click vào biểu tượng trên màn hình Desktop.  Để tạo một project bạn có thể làm như sau: Chọn menu File -> New -> Project.  Hoặc chọn nút lệnh Create document .  Hộp thoại New project hiện ra, nhập tên project trong phần Name và đường dẫn đến vị trí lưu project trong phần Location.  Click vào nút Browse để chọn đường dẫn cho project.  Nhập tên thư mục muốn tạo vào phần Name trong hộp thoại Create Directory. OK để xác nhận. Các bước tiếp theo ta sẽ làm theo bản tóm tắt trong phần mục lục [12] BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 62 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Contents 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 5.1.3 Kết quả khi sạc bình ắc-quy ............................................................................... 66 5.2 Nhận xét ...................................................................................................................... 66 5.3 Đánh giá ...................................................................................................................... 67 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 62 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT- ĐÁNH GIÁ 5.1 Kết quả 5.1.1 kết quả dạng sóng Hình 5.1: Dạng sóng điều khiển của chân băm xung. Hình 5.2: Dạng sóng điều khiển của chân băm xung so với chân xung chốt. Hình 5.3: Dạng sóng điều khiển của chân xung chốt. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 63 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Nhân xét về dạng sóng ngõ vào khi đo được trên máy OSC phù hợp với giản đồ xung mà nhóm đã nêu ra ở chương 2 phần điều khiển bằng phương pháp PWM. (a) (b) Hình 5.4: Dạng sóng điện áp ngõ ra (a) từng pha với tốc độ đạt 14 km/h và (b) ghép 3 pha với tốc độ đạt 17 km/h. Nhận xét về dạng sóng ngõ ra của động cơ: có nhiều điện áp gai, nhưng dạng sóng vẫn đáp ứng gần giống với dạng sóng của được đề ra trong phần lý thuyết. 5.1.2 Kết quả xe đạp điện Hình 5.5: Mô hình xe đạp điện. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 64 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5.1.3 Kết quả khi xe kéo tải Công suất của động cơ khi hoạt động được tính theo công thức: Pđc= 3. U. I. Cosφ = 3.48.0.8.0.9 = 103,68 W Trong đó: U: Điện áp từ bình ắc-quy I: dòng điện qua từng pha và đo được là 0.8 A Cosφ :Hệ số công suất của động cơ Vận tốc của động cơ khi hoạt động: Vmax= Cbx . Ƞ = 2π. 25. 202 = 31730.0858 cm/ phút = 19,038km/h Trong đó: Cbx : Chu vi bánh xe Ƞ : số vòng quay trong 1 phút và đo được là 202 vòng/1 phút Bảng 5.1: Số liệu thống kê tốc độ phụ thuộc vào trọng tải xe chịu được. Bảng đánh giá vận tốc STT Tên vận tốc khi chạy ổn định (km/h) cân nặng(kg) 1 Không tải 19.038 0 2 Long 16.2 49 3 Trung 15.6 54 4 Thiện 14.1 64 5 Trí 11.7 78 6 Thiện + Trí 8.9 142 Theo số liệu bảng thống kê thực nghiệm trên ta được đồ thị sau: 160 140 120 100 80 60 Cân nặng(kg) 40 20 0 0 5 10 15 20 Vận tốc (km/h) Hình 5.6: Đồ thị vận tốc phụ thuộc vào tải trọng được đặt lên xe khi hoạt động BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 65 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Nhận xét về bảng 5.1 và hình 5.6 ta thấy được tải trọng xe càng lớn khi hoạt động thì vận tốc càng chậm và vận tốc sẽ tiến về vận tốc ổn định. Khi đó, vận tốc sẽ không tăng được thêm nữa và chỉ giữ lại vận tốc ổn định mà xe đang hoạt động. 5.1.4 Kết quả khi sạc bình ắc-quy (a) (b) Hình 5.7: Module khi đang sạc bình ắc quy (a) điện áp bình ở mức 34.4V và (b) điện áp bình ở mức 37.2V Nhận xét về module sạc ắc-quy: o Module sạc ắc-quy hoạt động tốt, có thể hoạt động trong thời gian dài. o Hiện thị được mức năng lượng trong bình ắc-quy. o Cài đặt được chế độ sạc và ngắt khi ta đặt ngưỡng. 5.2 Nhận xét Sau quá trình nghiên cứu và thực hiện làm đề tài, nhóm em đã tìm hiểu và đạt được kết quả như sau:  Điều khiển động cơ thông qua cảm biến Hall và phát tín hiệu điều khiển.  Động cơ BLDC là động cơ hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường.  Cảm biến Hall phải đúng vị trí chính xác thì mới điều khiển được động cơ.  Tạo ra được đạng sóng phù hợp với lý thuyết đề ra.  Mặc dù xe hoạt động được nhưng vẫn còn yếu.  Ứng dụng động cơ làm các mô hình xe đạp điện nhỏ hoặc các xe đồ chơi có tải trọng vừa phải thì lúc đó động cơ sẽ hoạt động tốt. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 66 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5.3 Đánh giá Dạng sóng điện áp điều chế ngõ ra khi đo được trên máy OSC gần giống với dạng sóng điện áp trên lý thuyết. Dạng sóng có gai nhiễu nhiều. Tuy nhiên độ nhấp nhô mô-men còn chưa đủ lớn, tốc độ chưa ổn định và vẫn còn dao động quanh giá trị cân bằng, đây cũng là nhược điểm của động cơ BLDC. Vận tốc động cơ chỉ đạt ở mức trung bình, nên chỉ kéo được các loại trọng tải vừa phải. Nếu quá nặng thì động cơ sẽ không kéo được. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 67 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Contents Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................... 68 6.1 Kết luận ................................................................................................................. 68 6.2 Hướng phát triển ........................................................................................................ 68 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 67 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận - Phương pháp điều chỉnh điện áp hiện tại là phương pháp điều khiển phổ biến và đơn giản hơn so với phương pháp điều chỉnh dòng điện. Chính vì lý do điều khiển các véc-tơ để đưa dòng điện tiến đến sin thì rất khó so với điều chỉnh điện áp bằng phương pháp độ rộng xung. - Sóng ngõ ra phù hợp với lý thuyết đã trình bày. - Vận tốc cao nhất đạt được 19km/h. - Đạt được tải trọng từ 0 – 75kg khi ngồi trên xe. 6.2 Hướng phát triển - Cần phát triển phần hồi tiếp dòng để mô-men lớn hơn kéo động cơ mạnh hơn. - Cải thiện tốc độ động cơ và tải trọng để chở thêm hàng hóa. - Nếu có thể dùng được phương pháp điều chế dòng điện thì động cơ sẽ hoạt động tốt hơn và tốc độ có thể đạt cao hơn khi dùng phương pháp điều chế điện áp. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]https://www.google.com.vn/search?q=kh%C3%AD+th%E1%BA%A3i+ra+m%C3%B 4i+tr%C6%B0%E1%BB%9Dng&dcr=0&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKE wiJoZKz9vTYAhUJXrwKHdr7D6AQ_AUIDCgD&biw=1366&bih=672 [2]https://www.google.com.vn/search?dcr=0&biw=1366&bih=672&tbm=isch&sa=1&ei= o8BqWpunOIKo8QXisKu4Bw&q=c%C3%A1c+lo%E1%BA%A1i+xe+%C4%91i%E1 %BB%87n&oq=c%C3%A1c+lo%E1%BA%A1i+xe+%C4%91i%E1%BB%87n&gs_l=ps y- ab.3..0l2j0i30k1l2j0i8i30k1l6.11586.16530.0.16781.32.19.6.1.2.0.187.1889.12j6.18.0....0 ...1c.1.64.psy-ab..8.23.1682...0i67k1j0i13k1j0i13i30k1j0i8i13i30k1.0.LYWpZUKyH70 [3] Nguyễn Ngọc Văn (2016), động cơ bldc và các phương pháp điều khiển, Bộ môn ĐCN & DD – Khoa KTĐ. [4]https://www.google.com.vn/search?dcr=0&biw=1707&bih=840&tbm=isch&sa=1&ei= 6MVqWtjSKoeR8gXWhoHADQ&q=stator&oq=stator&gs_l=psy- ab.3..0j0i30k1l9.6080.6080.0.6282.1.1.0.0.0.0.92.92.1.1.0....0...1c.1.64.psy- ab..0.1.91....0.ZV4t8udG9uU [5] [6] [7] df?sequence=1 [8] CAiAnabTBRA6EiwAemvBd_m4C5i_6j7hykjW3fuTIwfOcShuwztKTWIsUXiwGbSns HcktDHM5BoC9EEQAvD_BwE [9] [10]https://www.google.com.vn/search?q=ccs&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ah UKEwi1h5XAg_XYAhWMWLwKHZNnD6EQ_AUICigB&biw=1366&bih=672 [11]https://www.google.com.vn/search?biw=1366&bih=672&tbm=isch&sa=1&ei=J85q WqT1DYP_8QXFqqAo&q=orcad&oq=orcad&gs_l=psy- BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ab.3..0l4j0i10i30k1j0i30k1l2j0i10i30k1j0i30k1l2.14417.16197.0.16617.7.7.0.0.0.0.358.9 63.0j2j1j1.4.0....0...1c.1.64.psy-ab..3.4.963...0i10k1.0.wwGsKFwZox4 [12]https://l.facebook.com/l.php?u=http%3A%2F%2Fmientayvn.com%2FBo_suu_tap_k y_thuat_cong_nghe%2FGiao_trinh_thiet_ke_mach_dien_tu_thong_dung%2Fmientayvn.c om.toan_tap_ve_orcad_2843.pdf&h=ATOhJv159adgOuPgR7ElQUmjctSDWSNget5J85j On0tFGloQiNUnKb55ZukFPyGIoSvEntlcCF7whfxwoN2lF5OWRTrSJcT--ws- hnPKkPUqtaXSV45zTUrigUrzXG0a5RCtHHPUbuCsz9Y [13] Thân Ngọc Hoàn, Mai Xuân Minh (2008), Mô phỏng động cơ một chiều không chổi than, Tạp chí khoa học và công nghệ Hàng Hải. [14] Hoàn Ngọc Văn (2013), Giáo trình điện tử công suất, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật. [15] Nguyễn Văn Nhờ (2004), Điện tử công suất, NXB quốc gia Tp.Hồ Chí Minh. [16] [17] https://xemtailieu.com/tai-lieu/microchip-dspic30f-dspic30f1010-learning-centre- mcu-application-notes-an1160-microchip-application-notes-132006.html [18] khong-co-gop-bldc.html [19] ổ-chức-chung/bảo-tàng/2447-tiếp-cận- và-đi-sâu-việc-điều-khiển-động-cơ-bldc [20] Một trong những datasheet sau:  HCPL2631  IR2102  LM2576  LM317  MOSFET 70N06 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 70 PHỤ LỤC PHỤ LỤC #include #device *=16 adc=10 #use delay(clock=20M) #include #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, BROWNOUT, NOWRT, NOPWMPIN #define ha input(pin_f0) #define hb input(pin_f1) #define hc input(pin_f4) #define LCD_RS_PIN PIN_e8 . #define LCD_RW_PIN PIN_c14 #define LCD_ENABLE_PIN PIN_c13 #define LCD_DATA4 PIN_b8 #define LCD_DATA5 PIN_b7 #define LCD_DATA6 PIN_b6 #define LCD_DATA7 PIN_b5 unsigned int16 docadc=0; unsigned int16 x=000; void ADC_INIT() { setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL | ADC_TAD_MUL_0); setup_adc_ports(sAN0,VSS_VDD); set_adc_channel(0); docadc= read_adc(); } BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 71 PHỤ LỤC #INT_TIMER3 void interrupts_timer3() { setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL | ADC_TAD_MUL_0); setup_adc_ports(sAN0,VSS_VDD); set_adc_channel(0); docadc= read_adc(); if(docadc<220) docadc=0; if(docadc>860) docadc=860; x=docadc; } void main() { SETUP_TIMER3(TMR_INTERNAL|TMR_DIV_BY_1); ENABLE_INTERRUPTS(INT_TIMER3); ENABLE_INTERRUPTS(INTR_GLOBAL); ADC_INIT(); lcd_init(); lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc,"DK DC BLDC HT"); while(True) { lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"XE DAP DIEN"); //TH1 if((ha==1)&&(hb==0)&&(hc==0)) { BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 72 PHỤ LỤC setup_motor_pwm(1,MPWM_FREE_RUN,1,0,430); set_motor_unit(1,3,MPWM_ENABLE|MPWM_FAULT_NO_CHANGE,10,10); set_motor_pwm_duty(1,3,x); setup_motor_pwm(1,MPWM_FREE_RUN,1,0,430); set_motor_unit(1,2,MPWM_DISABLED| MPWM_FAULT_NO_CHANGE,0,0); output_high(pin_e2); output_low(pin_e3); setup_motor_pwm(1,MPWM_FREE_RUN,1,0,430); set_motor_unit(1,1,MPWM_DISABLED| MPWM_FAULT_NO_CHANGE,0,0); output_low(pin_e0); output_low(pin_e1); } //TH2 if((ha==1)&&(hb==1)&&(hc==0)) { setup_motor_pwm(1,MPWM_FREE_RUN,1,0,430); set_motor_unit(1,3,MPWM_ENABLE| MPWM_FAULT_NO_CHANGE,10,10); set_motor_pwm_duty(1,3,x); setup_motor_pwm(1,MPWM_FREE_RUN,1,0,430); set_motor_unit(1,1,MPWM_DISABLED | MPWM_FAULT_NO_CHANGE,0,0); output_high(pin_e0); output_low(pin_e1); setup_motor_pwm(1,MPWM_FREE_RUN,1,0,430); set_motor_unit(1,2,MPWM_DISABLED| MPWM_FAULT_NO_CHANGE,0,0); output_low(pin_e2); output_low(pin_e3); } //TH3 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 73 PHỤ LỤC if((ha==0)&&(hb==1)&&(hc==0)) { setup_motor_pwm(1,MPWM_FREE_RUN,1,0,430); set_motor_unit(1,2,MPWM_ENABLE| MPWM_FAULT_NO_CHANGE,10,10); set_motor_pwm_duty(1,2,x); setup_motor_pwm(1,MPWM_FREE_RUN,1,0,430); set_motor_unit(1,1,MPWM_DISABLED | MPWM_FAULT_NO_CHANGE,0,0); output_high(pin_e0); output_low(pin_e1); setup_motor_pwm(1,MPWM_FREE_RUN,1,0,430); set_motor_unit(1,3,MPWM_DISABLED| MPWM_FAULT_NO_CHANGE,0,0); output_low(pin_e4); output_low(pin_e5); } //TH4 if((ha==0)&&(hb==1)&&(hc==1)) { setup_motor_pwm(1,MPWM_FREE_RUN,1,0,430); set_motor_unit(1,2,MPWM_ENABLE| MPWM_FAULT_NO_CHANGE,10,10); set_motor_pwm_duty(1,2,x); setup_motor_pwm(1,MPWM_FREE_RUN,1,0,430); set_motor_unit(1,3,MPWM_DISABLED | MPWM_FAULT_NO_CHANGE,0,0); output_high(pin_e4); output_low(pin_e5); setup_motor_pwm(1,MPWM_FREE_RUN,1,0,430); set_motor_unit(1,1,MPWM_DISABLED| MPWM_FAULT_NO_CHANGE,0,0); output_low(pin_e0); output_low(pin_e1); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 74 PHỤ LỤC } //TH5 if((ha==0)&&(hb==0)&&(hc==1)) { setup_motor_pwm(1,MPWM_FREE_RUN,1,0,430); set_motor_unit(1,1,MPWM_ENABLE| MPWM_FAULT_NO_CHANGE,10,10); set_motor_pwm_duty(1,2,x); setup_motor_pwm(1,MPWM_FREE_RUN,1,0,430); set_motor_unit(1,3,MPWM_DISABLED | MPWM_FAULT_NO_CHANGE,0,0); output_high(pin_e4); output_low(pin_e5); setup_motor_pwm(1,MPWM_FREE_RUN,1,0,430); set_motor_unit(1,2,MPWM_DISABLED| MPWM_FAULT_NO_CHANGE,0,0); output_low(pin_e2); output_low(pin_e3); } //TH6 if((ha==1)&&(hb==0)&&(hc==1)) { setup_motor_pwm(1,MPWM_FREE_RUN,1,0,430); set_motor_unit(1,1,MPWM_ENABLE| MPWM_FAULT_NO_CHANGE,10,10); set_motor_pwm_duty(1,1,x); setup_motor_pwm(1,MPWM_FREE_RUN,1,0,430); set_motor_unit(1,2,MPWM_DISABLED| MPWM_FAULT_NO_CHANGE,0,0); output_high(pin_e2); output_low(pin_e3); setup_motor_pwm(1,MPWM_FREE_RUN,1,0,430); set_motor_unit(1,3,MPWM_DISABLED| MPWM_FAULT_NO_CHANGE,0,0); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 75 PHỤ LỤC output_low(pin_e4); output_low(pin_e5); } } } BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 76 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch F1 U1 V++ LCD-1602 V_ACQUY C28 D28 FUSE 1000UF/50V R22 Q3 R23 Q5 R20 Q1 70N06 70N06 70N06 HO2 HO3 HO1 4007 10R 10R 10R J10 D32 U7 J11 V++ LM317 12V 2 1 VS1 1 2 3 2 VS2 VIN VOUT 3 VS3 V_ACQUY_IN R27 D29 C30 R29 4007 ADJ 220 1UF 1K5 MOTOR 4007 C29 1 Vo VDD K (LED -) DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 E R/W RS VSS VSS (GND) A ( LED+) 0.1UF D31 R26 Q4 R25 Q6 R24 Q2 3 2 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 1 16 70N06 70N06 70N06 R28 LO1 LO2 LO3 R2222 LED 10R 5K R21 10R 10K 10R D7 D6 D5 D4 E RW RS R19 R18 10K 10K VCC VCC VCC VCC VCC 12V VCC C10 C11 C12 C13 104 104 104 104 5V 4148 D1 11 21 40 VCC VCC VCC PVN1 32 U1 0.1UF U2 1 J13 J16 VCC R1 C1 C2 C3 RESET VDD R2 R3 R4 2 MCLR*/VPP AVDD 1 8 R3 1 8 1UF VDD_2 ADC VDD_3 220 220 220 3 AN0 38 1 J14 1 Vin1+ VCC VCC VB H3 220 R4 100 4 AN1 PWM1L/RE0 37 2 2 H2 J7 5 AN2 PWM1H/RE1 36 1 J15 3 R1 2 7 2 7 H1 Vin1- Vout1 HIN HO HO1 6 AN3 PWM2L/RE2 35 2 10K 2 100 10UF D1 D2 D3 7 AN4 PWM2H/RE3 34 1 CON2 1 3 6 3 6 D7 Vin2- Vout2 LIN VS VS1 8 AN5 PWM3L/RE4 33 2 HALL R2 D6 RESET LED LED LED 9 AN6 PWM3H/RE5 CON2 J17 4 5 4 5 D5 10 AN7 VCC Vin2+ GND COM LO LO1 D4 INPUT_1 AN8 CON2 1 30 2 SW1 H1 220 HCPL2631 IR2102 H1 H2 H3 C1RX 29 RESET H2 15 C1TX 28 E H3 16 EMUD1 RX2 27 CON2 RW 17 EMUC1 DSPIC 30F4011 TX2 26 RS 18 INT0 PGC 25 J18 19 INT2 PGD 24 VCC OC4 SCK1 23 1 12V EMUC2 22 2 ADC 5V D2 4148 OC3 3 BIEN TRO U3 0.1UF R8 U4 R5 C4 100 C5 C6 OSC2/CLKOUT OSC1/CLKIN VSS_2 VSS_3 VSS AVSS 1 8 1 8 1UF J1 Vin1+ VCC VCC VB Y2 VCC J8 220 R7 14 13 12 20 31 39 1 2 2 7 2 7 HO2 20MHZ 2 1 Vin1- Vout1 100 10UF HIN HO C9 3 6 3 6 C7 R6 Vin2- Vout2 LIN VS VS2 33P 33P CON2 INPUT_2 4 5 4 5 Vin2+ GND COM LO LO2 220 HCPL2631 IR2102 KHOI VI DIEU KHIEN 12V 5V D3 4148 U5 0.1UF R12 U6 R9 C7 100 C8 C9 1 8 1 8 1UF U4 220 Vin1+ VCC R11 VCC VB 4 LM2576HV/5V VCC J9 2 7 2 7 HO3 L2 2 Vin1- Vout1 100 10UF HIN HO J19 D13 FB 2 1 3 6 3 6 R10 Vin2- Vout2 LIN VS VS3 2 1 OUT VIN 4 5 4 5 1 100UH C8 Vin2+ GND COM LO LO3 4007 C17 ON/OFF GND 1000UF/16V R9 INPUT_3 100uf /50v D6 220 220 HCPL2631 IR2102 V_ACQUY 5 3 1N5822 D12 LED