Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bằng thử động cơ điện xe máy không chổi than

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT Ô TÔ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BẰNG THỬ ĐỘNG CƠ ĐIỆN XE MÁY KHÔNG CHỔI THAN GVHD: ThS NGUYỄN TRUNG HIẾU SVTH: LÊ GIA BẢO LÊ TẤN PHÁT SKL009241 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 8/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BẰNG THỬ ĐỘNG CƠ ĐIỆN XE MÁY KHÔNG CHỔI THAN SVTH : LÊ GIA BẢO MSSV : 181450857 SVTH : LÊ TẤN PHÁT MSSV : 18145200 KHÓA : 2018 – 2022 NGÀNH : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GVHD : THS NGUYỄN TRUNG HIẾU Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Gia Bảo MSSV: 18145087 Họ tên sinh viên: Lê Tấn Phát MSSV: 18145200 Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Lớp: 18145CL4B Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Trung Hiếu ĐT: 0833473230 Ngày nhận đề tài: 20/03/2022 Ngày nộp đề tài: 09/08/2022 Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo băng thử động điện xe máy không chổi than Các số liệu, tài liệu ban đầu: Nội dung thực đề tài: - Khảo sát thị trường xe máy điện nước Khảo sát loại động xe máy điện Khảo sát loại điều khiển động điện Tìm hiểu động điện chiều khơng chổi than(BLDC) Tìm hiểu, khảo sát loại băng tải động điện Thiết kế, chế tạo băng thử động điện thử nghiệm động điện Sản phẩm: - Thuyết minh Mơ hình băng thử động điện xe máy không chổi than TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Lê Gia Bảo MSSV: 18145087 Lê Tấn Phát MSSV: 18145200 Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tô Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo băng thử động điện xe máy không chổi than Họ tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Trung Hiếu NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:………Bằng chữ: Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 ThS Nguyễn Trung Hiếu ii CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Lê Gia Bảo MSSV: 18145087 Lê Tấn Phát MSSV: 18145200 Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo băng thử động điện xe máy không chổi than Họ tên Giáo viên phản biện: ThS Nguyễn Trọng Thức NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:………Bằng chữ: Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 ThS Nguyễn Trọng Thức iii LỜI CẢM ƠN Thời gian lấy sức trẻ chúng tôi, đồng thời lấy sức khỏe người Cha người Mẹ - Người mà có cơng sinh thành ni dưỡng khôn lớn Suốt chặng đường 20 năm, Cha Mẹ khơng ngại khó khăn gian khổ, đầu tắt mặt tối, bán mặt cho đất bán lưng cho trời vào mơi trường học tập tốt Để có thành tựu ngày hôm nay, thật biết ơn kính trọng cơng lao Cha Mẹ dành cho chúng tơi suốt năm qua Trong suốt q trình học tập rèn luyện trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM học nhiều kiến thức bổ ích chun mơn lẫn kiến thức sống tận tình trình giảng dạy giúp đỡ từ quý thầy cô Từ kiến thức mà quý thầy cô truyền đạt giúp chúng tơi dần tích lũy có tảng vững để hoàn thành đồ án tốt nghiệp cách hồn thiện Chúng tơi xin chân thành cảm ơn q thầy mơn Điện Tử Ơtơ quý thầy cô khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao người dìu dắt truyền thụ cho kiến thức chuyên môn vô quý báu, giúp tiếp cận gần hiểu biết rõ ngành nghề mà chọn với tảng kiến thức vững để bước vào đời Nhóm chúng tơi đặc biệt gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thạc sĩ Giảng viên Nguyễn Trung Hiếu, giáo viên hướng dẫn đề tài, người thầy tận tình hướng dẫn, bảo, tạo điều kiện, động viên giúp đỡ nhiều mặt tinh thần kiến thức để chúng tơi vượt qua khó khăn q trình tìm hiểu lĩnh vực kiến thức để cuối hồn thành đồ án tốt nghiệp ngày hơm Mặc dù cố gắng nỗ lực kiến thức cịn ỏi chúng tơi thời gian nghiên cứu có hạn nên thành đạt nhóm khơng tránh khỏi thiếu sót Nhóm chúng tơi hi vọng nhận ý kiến đóng góp dạy từ q thầy để nhóm hồn thiện đồ án tốt Nhóm chúng tơi xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Gia Bảo Lê Tấn Phát iv năm 2022 TÓM TẮT Ngày nhu cầu sử dụng lượng tăng lên mạnh mẽ nguyên nguồn lượng hóa thạch dần cạn kiệt việc sử dụng dụng nguồn nhiên liệu gây ô nhiễm môi trường, thiên tai lũ lụt, hiệu ứng nhà kính,… Vì xe điện đời nhằm khắc phục giải vấn đề Xe máy điện dần trở nên phổ biến sử dụng phổ biến thị trường ngồi nước Nguồn cung cấp lượng để xe di chuyển động điện nằm bánh xe Vì việc lựa chọn loại động điện phù hợp cho mục đích sử dụng vận hành vấn đề quan trọng Chính việc nghiên cứu thiết kế chế tạo loại băng thử động điện nhằm đưa mặt mạnh yếu động đồng thời đưa phương hướng khai thác sử dụng động cách tối ưu Vì lí trên, nhóm chúng tơi chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo băng thử động điện xe máy không chổi than” Trong đề tài nhóm chúng tơi thực công việc khảo sát loại xe máy điện, loại động cơ, loại băng thử động cơ, tìm hiểu vẽ thiết kế băng thử phần mềm Inventor Sau thực chế tạo băng thử động điện xe máykhông chổi chan Nội dung đề tài thể rõ qua chương: - Chương Tổng quan đề tài Chương Cơ sở lý thuyết Chương Các thiết bị thu thập liệu Chương Thiết kế thử nghiệm băng thử động điện Chương Kết luận định hướng phát triển v MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v MỤC LỤC vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ix DANH MỤC CÁC BẢNG x DANH MỤC HÌNH ẢNH xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .1 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Các nghiên cứu cơng bố ngồi nước .2 1.2.1 Các nghiên cứu nước 1.2.2 Các nghiên cứu nước 1.3 Mục tiêu 1.4 Phương pháp phương tiện nghiên cứu 1.4.1 Phương pháp nghiên cứu 1.4.2 Phương tiện nghiên cứu 1.5 Nội dung 1.6 Bố cục đề tài .5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nghiên cứu chọn loại động 2.1.1 Ưu điểm động điện 2.1.2 Vấn đề giao thông 2.1.3 Khảo sát số loại xe máy điện thị trường 2.1.4 Khảo sát chọn loại động điện 13 2.1.5 Khảo sát điều khiển động BLDC 2000W .17 2.1.6 Giới thiệu điều khiển Votol EM100 20 2.2 Giới thiệu động BLDC .26 2.2.1 Cấu tạo động BLDC 29 vi 2.2.2 Ưu nhược điểm động BLDC 34 2.2.3 Nguyên lý hoạt động động BLDC 35 2.3 Khảo sát băng thử động điện .35 2.3.1 Khái niệm băng thử .35 2.3.2 Phân loại loại băng thử công suất 36 2.3.3 Phân loại cách tạo tải động 37 2.3.4 Kết luận đưa phương án thử nghiệm .39 2.4 Giới thiệu máy phát điện (Alternator) 41 2.4.1 Khái niệm máy phát điện 41 2.4.2 Cấu tạo máy phát điện 42 2.4.3 Nguyên lý hoạt động máy phát điện 45 2.5 Nghiên cứu cách truyền tải công suất từ động lên máy phát điện .45 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM 52 3.1 Giới thiệu phần mềm Aruidno IDE 52 3.2 Giới thiệu phần mềm Inventor 52 3.3 Cảm biến Moment 53 3.3.1 Khái niệm cảm biến Moment 53 3.3.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động .54 3.3.3 Thông số kỹ thuật 55 3.3.4 Phân loại 57 3.3.5 Ứng dụng cảm biến Moment .57 3.4 Cảm biến dòng ACS758LCB-100B-PFF-T 100A 58 3.5 Cảm biến tốc độ bánh xe 60 3.6 Board Arduino Uno 61 3.4.1 Sơ đồ chân Atmega328P 62 3.4.2 Nguồn .63 3.7 Màn hình LCD 2004 tích hợp I2C 64 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM BĂNG THỬ ĐỘNG CƠ ĐIỆN .66 4.1 Tổng quan phương pháp thu thập liệu 66 4.2 Thiết kế mơ hình băng thử động điện 66 4.2.1 Thiết kế khớp nối, mặt bích 66 vii 4.2.2 Thiết kế giá đỡ động máy phát .68 4.2.3 Mơ hình băng thử động điện môi trường 3D .69 4.3 Thiết kế mạch điện 71 4.3.1 Sơ đồ mạch điện cảm biến dòng ACS758 71 4.3.2 Sơ đồ mạch điện mạch đo điện áp [4] .72 4.3.3 Sơ đồ mạch chuyển đổi xung cho cảm biến tốc độ (điện từ) 73 4.3.4 Sơ đồ mạch lọc nhiễu tín hiệu Analog cảm biến momen 74 4.3.5 Sơ đồ mạch lọc giá trị PWM 75 4.4 Quá trình thử nghiệm đánh giá 75 4.4.1 Kết nghiệm thu phần khí 75 4.4.2 Thử nghiệm băng thử với chế độ khác động 76 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN .84 5.1 Những kết đạt 84 5.2 Hạn chế đề tài 84 5.3.Hướng phát triển đề tài 84 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 PHỤ LỤC 88 viii Hình 4.23 Đồ thị dịng điện theo tốc độ động Hình 4.24 Đồ thị momen xoắn theo tốc độ động Các đồ thị biểu thị mối tương quan đại lượng điện áp (V), cường độ dòng điện (A), momen xoắn (N.m) theo mức tải 81 Hình 4.25 Đồ thị điện áp theo mức tải Hình 4.26 Đồ thị dịng điện theo mức tải 82 Hình 4.27 Đồ thị momen theo mức tải 83 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Những kết đạt - Tìm hiểu nghiên cứu động BLDC (về nguyên lý hoạt động cách thử nghiệm động băng thử) - Khảo sát tìm hiểu cách thức hoạt động loại băng thử phổ biến thị trường - Đi sâu nghiên cứu cách thức hoạt động loại băng thử động điện sử dụng máy phát điện ô tô làm tải - Sử dụng phần mềm Inventor để thiết kế chi tiết khí tạo băng thử động điện - Thu thập xử lý tín hiệu từ cảm biến Cảm biến Moment, cảm biến dịng, mạch đo áp, cảm biến Hall thơng qua Arduino Uno/Mega hiển thị lên hình LCD - Hoàn thành băng thử động điện loại nhỏ để thử nghiệm động xe máy điện - Thử nghiệm động chế độ chạy mức tải khác - Tối ưu cấu kết nối động máy phát nên động cung cấp tốc độ quay phù hợp cho máy phát hoạt động tối ưu 5.2 Hạn chế đề tài Chưa có nguồn thích hợp để cung cấp cho động điện hoạt động hết công suất - Việc xử lý tín hiệu từ cảm biến truyền chưa tối ưu tối đa Chưa thử nghiệm hết tất chế độ hoạt động động giống ngồi mơi trường thực tế Chỉ thử nghiệm phần nhỏ cơng suất động - Kinh phí thời gian hạn chế nhiều - Chưa thử nghiệm nhiều loại động - Chưa có giải pháp làm mát máy phát quay tốc độ cao - Khả chịu lực khớp nối hạn chế 5.3.Hướng phát triển đề tài Thay nguồn đáp ứng đầy đủ nhu cầu điện áp cho động điện 84 Thiết kế tính tốn điện trở tạo tải lại để đáp ứng hết công suất thử nghiệm cho băng thử - Tính tốn thiết kế lại khớp nối để chịu moment cao 85 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Vo Ngoc Dai, Phan Dang Luu (2020),’’Nghiên cứu thiết kế chế tạo băng thử động điện’’Thư viện đồ án tốt nghiệp trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, TP.HCM, Việt Nam [2] Nguyen Trung Hieu, “Nguyên lý hoạt động Opamp LM358 ứng dụng”, Aug 2016 Available: https://www.youtube.com/watch?v=OTHpMnRdZJI [Accessed Jul 2022] [3] Điện Tử Hello, “Đo tốc độ động dùng encoder với Arduino”, 16 Dec 2020 Available:https://www.dientuhello.com/do-toc-do-dong-co-dung-encoder-voiarduino/ [Accessed Jul 2022] [4] TienTran, “HƯỚNG DẪN TỰ LÀM THIẾT BỊ ĐO VOLT KẾ DC”, Jun 2017 Available: https://www.youtube.com/watch?v=aAdPvUVGITo [Accessed 10th August 2022] [5] P.T.T (NASATI), “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thử công suất động điện xe đạp điện, xe máy điện”, 16 May 2019 Available: https://www.vista.gov.vn/news/cac-linh-vuc-khoa-hoc-va-cong-nghe/nghien-cuuthiet-ke-che-tao-thiet-bi-thu-cong-suat-dong-co-dien-cua-xe-dap-dien-xe-may-dien1521.html [Accessed Aug 2022] Tiếng Anh [6] Koord, "Advantages of BLDC motor", July 2019 Available: https://www.koord.ch/en/applications/bldc-motor-tester, [Accessed Aug 2022] [7] Pálma Kapitány, "Test Bench of a BLDC motor driver", March 2019 Available: https://www.researchgate.net/publication/331674033_Test_bench_of_a_BLDC_mo tor_drive, [Accessed Aug 2022] [8] Robojax, "Sử dụng cảm biến dòng điện Allegro ACS758 với Arduino cho 50A đến 200A", 29 May 2018 Available: https://www.youtube.com/watch?v=SiHfjzcqnU4&t=761s, [Accessed 30 Jun 2022] [9] “qsmotor,” Motor, Controller, WheelRim, 17th April 2014 [Trực tuyến] Available: https://www.qsmotor.com/product/votol-controller-em-100/ [Accessed 29th July 2022] 86 [10] TonyWilk, Low Pass Filter for Pulse Width Modulation?, 17th Dec 2017 [Trực tuyến] Available: https://forum.arduino.cc/t/low-pass-filter-for-pulse-widthmodulation/498556 [Accessed Aug 2022] [11] M.J.T Kammegne, S Khan, L.T Grigorie, R.M Botez, “ResearchGate,” 4th January 2015 [Trực tuyến] Available: https://www.researchgate.net/publication/270393902_New_Methodology_for_the_ Controller_of_an_Electrical_Actuator_for_Morphing_a_Wing [Accessed 10th July 2022] [12] A.J Martyr and M.A Plint, Engine Testing Theory and Practice (chapter and chapter 8), Jordan Hill Oxford (UK): Elsevier Ltd, 2007 87 PHỤ LỤC 1.Code đọc tín hiệu cảm biến dịng ACS758 cách kết nối [8] Code: #define VIN A0 float offset = 515; const float vcc = 5.00;// supply voltage 5V or 3.3V const float factor = 0.02;// 20mV/A is the factor float voltage; void setup() { //Robojax.com ACS758 Current Sensor Serial.begin(9600); Serial.println("Robojax Tutorial"); Serial.println("ACS758 Current Tester"); Serial.println("Basic Simple Code"); } void loop() { //Robojax.com ACS758 Current Sensor Serial.println(analogRead(VIN) - offset); voltage = (5.0 / 1023.0)* (analogRead(VIN)- offset);// Read the voltage from sensor //voltage = voltage - (vcc * 0.5) ;// 0.007 is a value to make voltage zero when there is no current float current = voltage / factor; Serial.print("V: "); Serial.print(voltage,3) 88 ; Serial.print("V, I: "); Serial.print(current,2); Serial.println("A"); delay(300); } Code đọc tín hiệu từ mạch đo điện áp cách kết nối.[4] Code: #include LiquidCrystal lcd(7, 8, 9, 10, 11, 12); int analogInput = 0; float vout = 0.0; float vin = 0.0; float R1 = 100000.0; // resistance of R1 (100K) -see text! float R2 = 10000.0; // resistance of R2 (10K) - see text! int value = 0; void setup(){ pinMode(analogI nput, INPUT); lcd.begin(16, 2); lcd.print("VDC TRANTIEN"); } void loop(){ // read the value at analog input value = analogRead(analogIn put); vout = (value * 5.0) / 1024.0; // see text vin = vout 89 / (R2/(R1+R2)); if (vin 1000 ) { rotating = true; // Khởi động debounce (có thể hiểu chống nhiễu) newtime=millis(); newposition=encoderPos; detachInterrupt(0); rpm = (newposition-oldposition)*60/20; Serial.print("vantoc="); Serial.println(rpm,DEC); Serial.print("Xung="); Serial.println(pulse); oldposition=newposition; oldtime=newtime; attachInterrupt(0,demxung,FALLING); time2 = millis(); pulse=0; } 91 } Code cảm biến Moment float a; void setup() { // put your setup code here, to run once: Serial.begin(9600); } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: int adc = analogRead(A0); int V = adc*5/1023; int moment = map( adc,0,1023,0,500); if( moment >49| moment250| moment