Đang tải... (xem toàn văn)
“Thiết kế, xây dưng mạch điều khiển khởi động động cơ đề 3 pha xe máy”có sản phẩm là một hệ thống điểu khiển khởi động sử dụng đề từ ACG trên xe HondaVision 2014 dựa theo nguyên lý hoạt động của động cơ 3 pha không chổi than, đồng thờitích hợp hệ thống Idling Stop vào sản phẩm. Trong quá trình nghiên cứu, nhóm chúngem đã nghiên cứu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ 3 pha không chổi than,tìm hiểu về các đặc điểm nổi bậc và các phương pháp điều khiển; công nghệ đề từ ACGvà hệ thống Idling stop của các dòng xe máy Honda cụ thể là xe Honda Vision; cácmodule và các linh kiện sử dụng trong mạch; thiết kế, chế tạo mạch và lập trình điềukhiển; xây dựng mô hình thực tế. Cụ thể mạch điều khiển sử dụng nguồn điện 12 V từắc quy, nhận thông tin vị trí của rotor từ các cảm biến và cấp điện vào pha thích hợp làmxoay rotor. Khi kích hoạt chế độ idling stop, vi điều khiển sẽ nhận tín hiệu từ cảm biếntốc độ và nhiệt độ động cơ điều khiển ngắt động cơ tạm thời và tối ưu hóa quá trình táikhởi động
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐỀ PHA XE MÁY GVHD: ThS NGUYỄN TRỌNG THỨC SVTH: NGUYỄN BẢO DUY - 17145101 NGUYỄN ĐỨC HỒNG PHÚC - 17145202 Tp.Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 08 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐỀ PHA XE MÁY GVHD: ThS NGUYỄN TRỌNG THỨC SVTH: NGUYỄN BẢO DUY - 17145101 NGUYỄN ĐỨC HOÀNG PHÚC - 17145202 Tp.Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 08 năm 2021 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 12 năm 2021 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: NGUYỄN BẢO DUY MSSV: 17145101 NGUYỄN ĐỨC HOÀNG PHÚC MSSV: 17145202 Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ôtô Tên tiếng Anh: Automotive Engineering Technology Hệ đào tạo: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Mã hệ đào tạo: K17145 Khóa: 2017 Lớp: 171454CL5 Tên đề tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐỀ PHA XE MÁY Nhiệm vụ đề tài: Nghiên cứu động đề pha xe máy Nghiên cứu động điện chiều không chổi than Tìm hiểu linh kiện điện tử Thiết kế mạch điều khiển động đề pha xe máy Thiết kế mơ hình mạch điều khiển 3.Sản phẩm đề tài: ● Quyển thuyết minh ● Mạch điều khiển khởi động ● Mơ hình mạch điều khiển động đề Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 28/12/2020 Ngày hồn thành nhiệm vụ: 26/08/2021 TRƯỞNG BỘ MƠN TS Dương Tuấn Tùng CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ThS Nguyễn Trọng Thức CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng năm 2021 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Tên đề tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐỀ PHA XE MÁY Họ tên sinh viên: NGUYỄN BẢO DUY MSSV: 17145101 NGUYỄN ĐỨC HOÀNG PHÚC MSSV: 17145202 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô I NHẬN XÉT Về hình thức trình bày & tính hợp lý cấu trúc đề tài: Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/ khuyết điểm giá trị thực tiễn) II NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG III ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 08 năm 2021 Giảng viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ThS Nguyễn Trọng Thức CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng năm 2021 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Tên đề tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐỀ PHA XE MÁY Họ tên sinh viên: NGUYỄN BẢO DUY MSSV: 17145101 NGUYỄN ĐỨC HOÀNG PHÚC Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô I NHẬN XÉT Về hình thức trình bày & tính hợp lý cấu trúc đề tài: MSSV: 17145202 Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/ khuyết điểm giá trị thực tiễn) II NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG III ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 08 năm 2021 Giảng viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) ThS Vũ Đình Huấn CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng năm 2021 XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN Tên đề tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐỀ PHA XE MÁY Họ tên sinh viên: NGUYỄN BẢO DUY MSSV: 17145101 NGUYỄN ĐỨC HOÀNG PHÚC MSSV: 17145202 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô Sau tiếp thu điều chỉnh theo góp ý Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện thành viên Hội đồng bảo vệ Đồ án tốt nghiệp hoàn chỉnh theo yêu cầu nội dung hình thức Chủ tịch Hội đồng: Giảng viên hướng dẫn: Giảng viên phản biện: Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 08 năm 2021 LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập, nghiên cứu cương vị sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, chúng em đúc kết nhiều kiến thức, tích lũy kinh nghiệm quý báu để làm hành trang bước vào sống Có điều nhờ giảng dạy, giúp đỡ tận tình q thầy Với lòng biết ơn chân thành sâu sắc, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến: Cha mẹ tạo điều kiện học tập tốt đồng thời chỗ dựa tinh thần chúng gặp áp lực sống q trình học tập Chính khích lệ cha mẹ tạo động lực to lớn giúp vượt qua tất Thầy ThS Nguyễn Trọng Thức, thầy người trực tiếp hướng dẫn đề tài, bám sát ân cần hỗ trợ cho chúng em suốt thời gian thực từ điều nhỏ nhặt Từ đó, bên cạnh vận dụng kiến thức học, chúng em tiếp cận, bổ sung điều bổ ích, giúp chúng em nhiều sau Quý thầy Khoa Cơ khí động lực nói riêng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh nói chung tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức đại cương chuyên ngành, tạo điều kiện cho chúng em có mơi trường tốt suốt bốn năm học qua hoàn thành đồ án tốt nghiệp Chúng em cố gắng đề tài tránh khỏi thiếu sót, mong ý kiến đóng góp từ q thầy để hồn thiện Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn kính chúc quý thầy cô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh dồi sức khỏe, hạnh phúc thành công sống nghiệp trồng người Tp Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 08 năm 2021 Sinh viên thực Nguyễn Bảo Duy Nguyễn Đức Hoàng Phúc I TÓM TẮT “Thiết kế, xây dưng mạch điều khiển khởi động động đề pha xe máy” có sản phẩm hệ thống điểu khiển khởi động sử dụng đề từ ACG xe Honda Vision 2014 dựa theo nguyên lý hoạt động động pha không chổi than, đồng thời tích hợp hệ thống Idling Stop vào sản phẩm Trong q trình nghiên cứu, nhóm chúng em nghiên cứu cấu tạo nguyên lý hoạt động động pha khơng chổi than, tìm hiểu đặc điểm bậc phương pháp điều khiển; công nghệ đề từ ACG hệ thống Idling stop dòng xe máy Honda cụ thể xe Honda Vision; module linh kiện sử dụng mạch; thiết kế, chế tạo mạch lập trình điều khiển; xây dựng mơ hình thực tế Cụ thể mạch điều khiển sử dụng nguồn điện 12 V từ ắc quy, nhận thơng tin vị trí rotor từ cảm biến cấp điện vào pha thích hợp làm xoay rotor Khi kích hoạt chế độ idling stop, vi điều khiển nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ nhiệt độ động điều khiển ngắt động tạm thời tối ưu hóa q trình tái khởi động II MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii DANH MỤC TỪ NGỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH ẢNH .vii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix Chương TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề: 1.2 Lý chọn đề tài: 1.3 Mục tiêu đề tài: 1.4 Giới hạn đề tài: 1.5 Ý nghĩa thực hiện: 1.6 Phương pháp nghiên cứu: Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu động điện chiều không chổi than: 2.2 Cấu tạo: 2.2.1 Stator: 2.2.2 Rotor: 2.2.3 Cảm biến Hall (Hall sensor): 2.2.4 Bộ phận chuyển mạch điện tử (electronic commutator): 10 2.3 Nguyên lý hoạt động: 10 2.4 Một số đặc điểm điện động BLDC: 10 2.4.1 Mô men điện tử: 10 2.4.2 Đặc tính đặc tính làm việc động BLDC: 11 2.4.3 Sức phản điện động: 11 2.5 Mơ hình tốn phương pháp điều khiển động BLDC: 11 2.5.1 Mơ hình tốn: 11 III 2.5.2 Mô men điện từ: 12 2.5.3 Phương trình động học động BLDC: 12 2.5.4 Phương trình đặc tính BLDC: 13 2.6 Các phương pháp điều khiển động BLDC: 13 2.6.1 Phương pháp điều khiển động BLDC pha: 14 2.6.2 Điều khiển tốc độ động phương pháp PWM: 15 2.7 Công nghệ đề từ ACG xe Honda: 17 2.7.1 Nguyên lý hoạt động: 18 2.7.1.1 Khi ACG hệ thống khởi động: 18 2.7.1.2 Khi ACG máy phát điện: 19 2.7.2 Yêu cầu hệ thống đề từ ACG: 20 2.8 Hệ thống Idling stop: 21 2.8.1 Nguyên lý hoạt động: 22 2.8.2 Ưu điểm: 23 Chương GIỚI THIỆU MODULE VÀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 25 3.1 Vi điều khiển Arduino Mega 2560: 25 3.2 IR2110: 27 3.3 MOSFET IRF3710: 28 3.4 Diode 1N4148: 30 3.5 Tụ tantalum 22 µF: 31 3.6 Tụ hóa 2200 µF: 31 3.7 Ổn áp 7805: 32 3.8 Ổn áp 7812: 32 3.9 Tụ hóa 100 µF: 33 Chương THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 34 4.1 Thiết kế thi công phần khí: 34 4.1.1 Mục đích: 34 4.1.2 Thiết kế khung phần mềm solidwork: 34 4.1.3 Tiến hành thi công lắp ráp hệ thống: 34 IV Hình 4.5: Cách bố trí xếp thiết bị khung - Dây curoa từ môtor đến trục trung gian: Khoảng cách trục puly: a = 695 mm Đường kính puly trục motor: d1 = 15 mm Đường kính puly trục trung gian: d2 = mm Từ công thức ta tính chiều dài dây curoa: L = 1423 mm ≈ 56 inch Chọn dây A56 - Dây curoa dẫn truyền từ trục trung gian đến Walăng: Khoảng cách trục puly: a = 399 mm Đường kính puly trục trung gian: d1 = 15 mm Đường kính puly trục walăng: d2 = 10 mm Áp dụng cơng thức ta tính chiều dài dây curoa: L = 837.29 mm ≈ 33 inch chọn dây A33 4.1.3.3 Tiến hành lắp ráp: Sau chọn vật liệu dây curoa phù hợp, nhóm tiến hành gia cơng khung khoan lỗ bắt ốc gá thiết bị hoàn thiện phần khung khí cho mơ hình Đồng thời lắp dây curoa dẫn động giúp mơ hình vào hoạt động 37 Hình 4.6: Phần khung khí sau hồn thiện 4.2 Thiết kế và thi cơng mạch điện: 4.2.1 Mục đích: - Tạo điều khiển có độ xác cao an tồn - Nhận biết xác vị trí rotor thơng qua tín hiệu phản hồi từ cảm biến Hall 38 - Điều khiển động hoạt động nhờ vào việc kích hoạt cấp nguồn cho xác cho pha động Nhận tín hiệu tốc độ động điều khiển thay đổi tốc độ tùy theo mục đích sử dụng 4.2.2 Sơ đồ khối tổng qt: Hình 4.7: Sơ đồ khối mạch điều khiển Chức khởi động: Vi điều khiển nhận tín hiệu vị trí từ cảm biến Hall sau gửi tín hiệu đến Mosfet driver điều khiển mosfet cấp điện cho pha motor Chức Idling stop: Vi điều khiển nhật tín hiệu nhiệt độ động tốc độ xe từ cảm biến, nhiệt độ 50oC tốc độ xe 10 km/h chức idling stop kích hoạt Đồng thời vi điều khiển xuất kết tốc độ động tốc độ motor hình Khi có tín hiệu phanh, tốc độ xe giảm biến trở tay ga ở mức thấp dừng xe Các thông số tốc độ xe tốc độ motor xuất hình 39 4.2.3 Thiết kế mạch: Hình 4.8: Mạch điện tổng điều khiển motor 40 4.2.3.1 Thiết kế mạch cấp nguồn cho cảm biến Hall của motor: Hình 4.9: Mạch cấp nguồn cho cảm biến Hall Giắc J5 giắc cắm cảm biến Hall, chân hai chân cấp nguồn cho cảm biến nối với nguồn thông qua mạch ổn áp 7812 Tín hiệu cảm biến từ chân 3, nối với led điện trở 10kΩ gửi chân tín hiệu vi điều khiển mega 2560 41 4.2.3.2 Thiết kế mạch điều khiển pha của motor: Hình 4.10: Mạch điều khiển cấp nguồn cho pha motor IC driver IR2110 điều khiển mosfet cao thấp cấp điện cho pha motor Nguồn 12V ổn áp thành 5V cấp vào phía đầu IR2110 nhờ ổn áp 7805 IR2110 giao tiếp với vi điều khiển ở chân HIN, LIN SD Phía đầu nhận nguồn điện 12V thông qua ổn áp 7812 cấp vào chân VCC đồng thời qua diot bootstrap qua chân dương tụ bootstrap Chân VS nối với chân âm tụ dây pha motor Các pha khác tương tự 4.2.4 Thiết kế thi cơng mạch PCB: 4.2.4.1 Mục đích: - Thiết kế nhỏ gọn cùng mạch, giúp tối ưu không gian lắp đặt mạch xe Tăng độ thẩm mỹ cho mạch Mạch hoạt động xác ổn định 4.2.4.2 Thiết kế mạch PCB Sau thiết kế xong mạch điện nhóm tiến hành thiết kế mạch PCB tiến hành mô 3D mạch phầm mềm Proteus 42 Hình 4.11: Mạch điều khiển PCB 43 Hình 4.12: Mô mạch điều khiển 4.2.4.3 Thi công mạch PCB: Sau mô mạch phần mềm Proteus, nhóm tiến hành hàn mạch theo sơ đồ 44 Hình 4.13: Mạch điều khiển thực tế 4.3 Kết thực nghiệm: 4.3.1 Kết nối mạch vào mơ hình: Sau hồn thiện mạch điện, nhóm tiến hành nối dây vào cách thiết biệt mơ hình 45 Hình 4.14: Mạch tổng thể sau nối dây 46 4.3.2 Vận hành mơ hình: Mạch điều khiển hồn thiện, nhóm cho vận hành mạch điều khiển thử nghiệm chức idling stop Hình 4.15: Đèn led sáng biểu thị tín hiệu cảm biến Hall 47 Hình 4.16: Màn hình biểu thị tốc độ động tốc độ motor 48 4.3.3 Kết thực nghiệm - Nhóm nghiên cứu xây dựng thành cơng chương trình điều khiển thông qua arduino, động hoạt động ổn định cung cấp đủ mô men kéo theo động pha 220V hoạt động - Đạt tối đa tốc độ động 834 vòng/phút - Hoạt động tốt cho việc khởi động động luân chuyển qua việc hỗ trợ mô men kéo cho động làm máy phát - Tích hợp thành công hệ thống idling stop sử dụng thông số giả lập xe tốc độ xe nhiệt độ động 49 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Sau thời gian thực nghiên cứu khoa học, nhóm học kiến thức điều khiển động điện không chổi than: Cấu tạo động cợ, nguyên lý hoạt động đặc tính động khơng chổi than Từ nhóm thực xây dưng thành cơng mơ hình hệ thống điều khiển khởi động sử dụng motor pha xe máy Bên cạnh nhóm có hội tiếp cận với nhiều kiến thức Những trải nghiệm quý giá quan trọng, giúp ích cho nhóm nhiều sau này, trở thành người kỹ sư thức Tuy nhiên, q trình thực đồ án tốt nghiệp có nhiều điều thiếu sót ý kiến chủ quan cá nhận nên khơng thể tránh khỏi sai sót mong q thầy bạn sinh viên thơng cảm, góp ý kiến để nhóm rút kinh nghiệm hồn thiện 5.2 Hướng phát triển Đề tài nhiều nội dung cần cải thiện phát triển sản phẩm hồn chỉnh ứng dụng rộng rãi vào thực tế Tuy nhiên thời gian nghiên cứu có hạn, nhóm xin đề số hướng phát triển cho đề tài này: - Lắp mạch động xe gắn máy thực tế - Phát triển mổ hình chuyển đổi chế độ motor 220V thành động hãm để thay đổi tải theo điều kiện thực tế 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ward Brown, Microchip Technology Inc, 2002 “Brushless DC Motor Control Made Easy” [2] https://www.bldcmotor.org/3-phase-bldc-motor-control-with-hall-sensor.html [3] https://www.cheapcarcontracthireandleasing.com/acg-starter-wheels-honda.html [4] https://www.thegioiic.com/products/tu-hoa-100uf-35v-6-3x12mm-xuyen-lo [5] https://www.thegioiic.com/products/l7805cv-ic-on-ap-5v-1-5a [6] https://www.thegioiic.com/products/l7812cv-ic-on-ap-12v-1-5a [7] https://www.thegioiic.com/products/tu-hoa-2200uf-35v-16x27mm-xuyen-lo [8] https://www.thegioiic.com/products/tu-tantalum-22uf-35v-xuyen-lo [9] https://www.thegioiic.com/products/irf3710l-mosfet-n-ch-100v-57a-to-262-ir [10] International Rectifier “ IR2110(S)PbF/IR2113(S)PbF – HIGH AND LOW SIDE DRIVER” [11] https://autodaily.vn/2012/08/nguyen-ly-hoat-dong-cua-he-thong-idling-stoptren-xe-honda-sh [12] https://autodaily.vn/2012/08/nguyen-ly-hoat-dong-cua-he-thong-khoi-dong-acgtren-xe-honda/ 51