Model TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ KHÍ Ô TÔ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG CHỔI THAN TRÊN XE ĐIỆN CỠ NHỎ Giáo viên hướng dẫn ThS Vũ Văn[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ KHÍ Ơ TƠ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG CHỔI THAN TRÊN XE ĐIỆN CỠ NHỎ Giáo viên hướng dẫn : ThS Vũ Văn Định Sinh viên thực : Nguyễn Minh Hiếu Lớp : Kĩ thuật ô tô Mã sinh viên : 5951040145 Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng Năm 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ KHÍ Ơ TƠ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhiệm vụ riêng: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG Giáo viên hướng dẫn : ThS Vũ Văn Định Sinh viên thực : Nguyễn Minh Hiếu Lớp : Kĩ thuật ô tô Mã sinh viên : 5951040145 Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng Năm 2023 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC HÌNH iv DANH MỤC CÁC BẢNG .vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU viii CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu .2 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu .2 1.6 Nội dung thực 1.7 Giới thiệu xe điện 1.7.1 Sơ lược xe điện 1.7.2 Cấu tạo xe điện .3 1.7.3 Phân loại xe điện .5 1.7.4 Giá cả, dung lượng thời gian sạc .7 1.7.5 Bộ kết nối 1.7.6 Những thách thức ô tô điện tiến công nghệ 1.7.7 Tính bền vững sinh thái 10 1.8 Giới thiệu động BLDC 11 1.8.1 Sơ lược động .11 1.8.2 So sánh động BLDC với động chiều không chổi than 14 1.8.3 Phân loại BLDC 14 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .16 2.1 Cấu tạo động BLDC .16 2.1.1 Stator .17 2.1.2 Rotor .18 i 2.1.3 Cảm biến vị tí Hall 19 2.2 Nguyên lý hoạt động động BLDC 21 2.3 Phương pháp điều khiển động BLDC 22 2.3.1 Điều khiển động có cảm biến 22 2.3.2 Điều khiển động không sử dụng cảm biến 24 2.4 Một số đặc điểm của động BLDC 25 2.4.1 Đặc tính đặc tính làm việc 25 2.4.2 Sức phản điện động .26 2.5 Phương pháp điều chế điện áp 27 2.5.1 Điều khiển phương pháp PMW 27 2.5.2 Điều chế điện áp hình sin 28 2.6 Phanh tái sinh 28 2.6.1 Giới thiệu phanh tái sinh .28 2.6.2 Lợi ích 29 2.6.3 Ý tưởng thiết kế 30 2.6.4 Các thành phần phanh tái sinh 31 CHƯƠNG III: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 33 3.1 Tổng quan phận mô hình 33 3.2 Sơ đồ mạch điện 36 3.2.1 Sơ đồ cấp nguồn cho Arduino 36 3.2.2 Sơ đồ điện mạch điều khiển động BTS 7960 37 3.2.3 Sơ đồ nối dây động BLDC 38 3.2.4 Sơ đồ nối dây Arduino với bảng điều khiển tốc độ .40 3.3 Mô phanh tái sinh .41 3.3.1 Sơ đồ chuyển pha đèn phanh tái sinh .41 3.3.2 Sơ đồ nối dây giữ motor 775 motor BLDC .42 3.4 Sơ đồ tổng thể .43 3.5 Phần mềm lập trình điều khiển mơ hình .43 3.5.1 Phần mềm Arduino IDE .43 3.5.2 Phần cứng mạch Arduino .45 3.6 Sơ đồ giải thuật tốn mơ hình .46 3.7 Giao tiếp mơ hình Arduino 47 3.7.1 Khai báo đặt tên cho chân 47 3.7.2 Cài đặt chân nhận xuất tín hiệu 48 ii 3.7.3 Lập trình điều khiển led chạy số 49 3.7.4 Hàm chạy tiến, lùi, hãm 50 3.7.5 Hàm pha dây động 52 3.7.6 Hàm gọi có tín hiệu STOP khơng dùng pha 53 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO .56 PHỤ LỤC 57 iii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu tạo xe điện Hình 1.2 Phân loại xe điện Hình 1.3 Mức tiêu thụ xe điện tăng lên qua năm .8 Hình 1.4 Biểu đồ tiết kiệm chi phí cho loại nhiên liệu Hình 1.5 Ơ tơ xanh 10 Hình 1.6 Động BLDC .11 Hình 1.7 Hình chiếu động .13 Hình 1.8 Động BLDC có Rotor bên .14 Hình 1.9 Động BLDC có Rotor bên ngồi .15 Hình 2.1 Cấu tạo động BLDC 16 Hình 2.2 Stator động BLDC 17 Hình 2.3 Hai dạng sóng sức phản điện động (a) Hình thang (b) Hình sin .18 Hình 2.4 Các dạng Rotor động chiều khơng chổi than .19 Hình 2.5 Stator Rotor động BLDC 19 Hình 2.6 Cảm biến Hall 20 Hình 2.7 Hiệu ứng Hall 20 Hình 2.8 Từ thơng qua cuộn dây .21 Hình 2.9 Sơ đồ truyền động động BLDC pha, cực nối 22 Hình 2.10 Hoạt động động BLDC có cảm biến Hall 23 Hình 2.11 Tín hiệu cảm biến Hall, sức phản điện động dòng điện pha 23 Hình 2.12 Dịng điện động BLDC dạng sức điện động ngược 24 Hình 2.13 Đồ thị đặc tính động BLDC 26 Hình 2.14 Đặc tính làm việc động .26 Hình 2.15 Sức phản điện động dạng hình thang 27 Hình 2.16 Giản đồ xung điều khiển BLDC 27 Hình 2.17 Giản đồ điều chế điện áp hình sin 28 Hình 2.18 Phanh tái sinh .29 Hình 2.19 Ý tưởng thiết kế phanh tái sinh 30 Hình 2.20 Các thành phần phanh tái sinh 32 Hình 3.1 Sơ đồ mạch Arduino .33 Hình 3.2 Sơ đồ chân mạch điều khiển động .33 iv Hình 3.3 Motor BLDC 34 Hình 3.4 Biến trở 34 Hình 3.5 Mạch giảm áp LM2596 34 Hình 3.6 Nguồn 24V-5A .35 Hình 3.7 Module chỉnh lưu 35 Hình 3.8 Bảng điều khiển động 35 Hình 3.9 Cụm đèn 36 Hình 3.10 Sơ đồ cấp nguồn 36 Hình 3.11 Sơ đồ điện bảng mạch điều khiển động 37 Hình 3.12 Nối dây nguồn động 39 Hình 3.13 Nối dây tín hiệu động pha 40 Hình 3.14 Nối dây giữ Arduino biến trở 41 Hình 3.15 Nối dây motor, đèn, mạch chuyển pha 42 Hình 3.16 Nối dây motor 775 motor BLDC 42 Hình 3.17 Sơ đồ tổng thể .43 Hình 3.18 Arduino IDE sử dụng để viết biên dịch mã vào .44 Hình 3.19 Giao diện phần mềm Arduino 1.8.12 .44 Hình 3.20 Bo mạch Arduino 45 Hình 3.21 Dây nạp Arduino 45 Hình 3.22 Sơ đồ giải thuật cho lập trình điều khiển động 46 v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Sự thay xe điện qua năm .7 Bảng 1.2 Đặc tính động BLDC 12 Bảng 1.3 So sánh động BLDC với ĐCMC thông thường 14 Bảng 2.1 Các trạng thái chuyển mạch động BLDC 24 Bảng 3.1 Nối chân Arduino với BTS7960 38 Bảng 3.2 Nối chân Arduino với BTS7960 39 Bảng 3.3 Nối dây Arduino với điều khiển tốc độ 40 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Giải thích ý nghĩa Từ viết tắt BLDC motor (Brushles Dc Motor) : Động không chổi than ĐCMC : Động chiều BEVs (Battery Electric Vehicles) : Xe chạy pin PHEVs (Plugin Hybird Electric : Xe lai động đốt động Vehicles) HEV (Hybrid Electric Vehicles) điện (Cắm sạc vào điện lưới) : Cũng xe lai mà không cắm vào điện lưới FCEV (Fuel Cell Electric Vehicles) : Xe chạy khí hydro oxy nén ER-EV (Extend-range Electric : Xe có động đốt dự phòng Vehicles) AC/DC : Dòng điện xoay chiều/ dòng điện chiều PWM (Pulse Width Modulation) : Phương pháp điều chỉnh điện áp tải EMF : Điện từ trường vii MỞ ĐẦU Đồ án trình bày tính tốn, thiết kế mơ hình thử nghiệm động BLDC với hệ công suất, tải trọng thu nhỏ dựa điều kiện xe điện Với mục tiêu nghiên cứu nhóm là: thiết kế mơ hình điều khiển động không chổi than chế độ xe điện với công suất thu nhỏ theo tải trọng xe, lập trình điều khiển động khơng chổi than với chế độ, hiểu rõ nguyên lý hoạt động động BLDC Phạm vi nghiên cứu đề tài gồm xây dựng mơ hình điều khiển với motor BLDC 60W, lập trình điều khiển Arduino IDE, đưa nhận xét hướng phát triển đề tài Các nội dung mà nhóm thực gồm - Nghiên cứu cách thức hoạt động phương pháp điều khiển động - Chọn giải pháp điều khiển phù hợp để điều khiển động BLDC - Lập trình điều khiển Arduino IDE - Đánh giá kết thực đưa hướng phát triển Đề tài ứng dụng vi điều khiển ATmega 2560 module Arduino mega module BTS7960 để lập trình, thiết kế để điều khiển động BLDC Ngoài ra, đề tài cịn lập trình điều khiển ứng dụng Arduino IDE Biết thêm nhiều kiến thức lập trình nhúng phục vụ cho cơng việc sau viii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS VŨ VĂN ĐỊNH KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu thực đồ án với hướng dẫn thầy Vũ Văn Định, nhóm thực hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế, chế tạo mơ hình động điện khơng chổi than xe cỡ nhỏ” Trong q trình thực đồ án, nhóm nghiên cứu tìm hiểu kiến thức: - Tìm hiểu xe điện chế độ vận hành - Tìm hiểu động khơng chổi than (cấu tạo, ngun lí, cách điều khiển, ) Bên cạnh cịn vận dụng tìm hiểu nhiều chức lập trình điều khiển cho Arduino mega 2560 - Tìm hiểu cách thức điều chế xung PWM điều khiển cho motor BLDC Bài nghiên cứu đưa nhìn tổng quan trình phân tích, mơ thử nghiệm nghiên cứu động vận hành chế độ xe Động BLDC có mật độ cơng suất cao hơn, hiệu cao phạm vi tốc độ cao Do lựa chọn tốt cho ngành công nghiệp ô tô Trong tương lai lượng tái tạo lượng mặt trời, gió, vv hữu ích để sạc pin lái xe Hướng phát triển Với hạn chế đề tài nhiều nội dung cần cải thiện phát triển để mơ hình hồn chỉnh nhất, thể nhiều chức động BLDC để dựa ứng dụng rộng rãi vào thực tế Sau nhóm thực xin đề số hướng phát triển cho đề tài: - Từ trường nam châm vĩnh cửu tạo điều chỉnh Trong tương lai hy vọng nghiên cứu để điều chỉnh cường độ từ trường tốt để xe điện yêu cầu mô-men xoắn cực đại, đặc biệt tốc độ thấp, từ trường cường độ tối đa - Xây dựng mơ hình xe lắp mạch điều khiển trực tiếp để đo vận tốc, góc dốc số điều kiện khác chạy đường thực tế SVTH: NGUYỄN MINH HIẾU 55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS VŨ VĂN ĐỊNH TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cao Trọng Hiền, Đào Mạnh Hùng (2010), Lý thuyết ô tô, Nhà xuất Giao thông Vận Tải [2] Arduinovn (2015), Code Timer/Counter AVR/Arduino, Được truy lục từ arduino.vn: https://bom.so/IW4u29 [3] Arduinovn (2016), Động chiều không chổi than – Brushless DC Motor, Được truy lục từ Arduino.vn: https://bom.so/da6UdW [4] Hoàn, T N (2008), Mô Phỏng Động Cơ Một Chiều Không Chổi Than, Được truy lục từ khcn.vimaru.edu.vn_Tạp chí khoa học cơng nghệ Hàng Hải: https://bom.so/SLY0Zn [5] Iosrjen (2019), Modeling of Brushless DC Motor for Electric Vehicle Applicatiom Được trích lục từ www,isojen.org: https://bom.so/xOJPfj [6] Kienthuctudonghoa (2016), Động chiều không chổi than BLDC – Chi tiết Được truy lục từ kenthuctudonghoa.com: https://bom.so/UhnrFW [7] Mechanicalfarm (2022), Regenerative Braking System Project Report Được truy lục từ Mechanicalfarm.com: https://bom.so/zn0doD SVTH: NGUYỄN MINH HIẾU 56 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS VŨ VĂN ĐỊNH PHỤ LỤC Các hàm Cài đặt tín hiệu myLedDisplay.setDecimalPoint(0); //led hiển thị cli(); //tắt ngắt toàn cục DDRB = B00000000; PORTB = B00001110; PCICR |= 0b00000001; PCMSK0 |= 0b00001110 TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; TIMSK1 = 0; TCCR1B |= (1