đồ án kỹ thuật điện điện tử Thiết kế hệ truyền động cho xe buýt chạy điện

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ (Đề số 6) Thầy giáo hướng dẫn : Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dũng. Tên đề tài : Thiết kế hệ truyền động cho xe buýt chạy điện . Các thông số kĩ thuật : -Điện áp nguồn U N : 600 600 [V] một chiều -Trọng lượng xe G 0 :4.10 4.10 3 [kg] -Tải định mức G đm :3.10 3.10 3 [kg] -Tốc độ lớn nhất V max :60 60 [km/h] -Đường kớnh bánh xe D:600 600 [mm] -Đường kớnh trục d :80 : 80 [mm] -Hệ số bám đường f:0,02 0,02 -Hệ số ma sát lăn ổ trục :0,05 0,05 Yêu cầu nội dung : -Nêu các yêu cầu về công nghệ và truyền động. -Chọn phương án truyền động .Tớnh chọn công suất cho động cơ và mạch lực . -Xõy dựng cấu trúc tổng hợp của hệ . -Thiết kế mạch điều khiển . -Mô phỏng hệ thống sử dụng phần mềm MatLab/Simulink. Phương án thiết kế : -Hệ truyền động động cơ một chiều dùng phương pháp băm xung áp. Tài liệu tham khảo : -Điện tử công suất -Truyền động điện . -Tự động điều chỉnh truyền động điện . -Lý thuyết ôtô máy kéo. -Các đặc tớnh cơ của động cơ trong truyền động điện . LỜI NÓI ĐẦU Trong đà phát triển của khoa học kỹ thuật ,nhiều thành tựu mới (kỹ thuật điện tử ,kỹ thuật xung ,kỹ thuật số ,kỹ thuật tin học …) đã được áp dụng vào lĩnh vực công nghiệp .Các dõy chuyền sản xuất nhờ đó được cải tiến ,nõng cao hoặc cải tiến với chế độ tự động hoá cao,hiện đại đã sản xuất ra nhiều sản phẩm có chất lượng .Trong đó ,truyền động điện đóng vai trò quan trọng với nhiệm vụ thực hiện các công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất .Với việc ứng dụng những thành tựu kể trên ,các hệ truyền động điện ngày nay được quan tõm nghiên cứu nõng cao chất lượng để đáp ứng các yêu cầu công nghệ sản xuất mới với mức độ tự động hoá cao được đặt lên hàng đầu .Nhờ vậy ,hệ truyền động điện giờ đõy không những đáp ứng được độ tác động nhanh , độ chớnh xác cao mà cũn góp phần làm giảm kích thước và hạ giá thành của hệ . Do yêu cầu công nghiệp hoá ,hiện đại hoá nền kinh tế ở nước ta ,ngày nay càng nhiều dõy chuyền sản xuất mới có mức độ tự động hoá cao với hệ truyền động điện hiện đại .Tuy nhiên chúng ta hoàn toàn có thể áp dụng những hệ truyền động điện hiện đại có tớnh tối ưu trong vận hành để đưa vào ứng dụng trong nhu cầu đi lại và vận chuyển hàng hoá của nhõn dõn mà ở đõy là vận tải hành khách công cộng bằng xe buýt điện . Do yêu cầu của môn học và nhằm giúp sinh viên làm quen với thiết kế hệ thống truyền động ,góp phần hoàn thiện và củng cố kiến thức của môn học em đã nhận được đề tài “Thiết kế hệ truyền động cho xe buýt chạy điện “.Nội dung của đồ án được chia thành các chương cụ thể sau: Chương I : Tổng quan về công nghệ .Nội dung của chương này đề cập tới những nét cơ bản nhất của công nghệ truyền động xe buýt chạy điện . Chương II : Chọn phương án truyền động .Nội dung của chương này trình bày các phương án truyền động cho loại động cơ , đưa ra các phương án khả thi rồi cuối cùng so sánh giữa các phương án khả thi để đề ra phương án phù hợp nhất . Chương III : Chọn các thiết bị trong sơ đồ truyền động .Nội dung của chương này sẽ tớnh chọn công suất động cơ truyền động điện . Chương IV : Thiết kế mạch lực .Nội dung của chương này sẽ thiết kế mạch lực để điều khiển các van thyristor. Chương V : Thiết kế mạch điều khiển .Nội dung của chương này sẽ thiết kế mạch điều khiển để điều khiển các van thyristor. Chương VI : Tổng hợp mạch điều khiển và mô phỏng bằng Matlap- Simulink. Mặc dù em đã cố gắng trong việc thiết kế ,nhưng cũng không tránh khỏi những hạn chế nhất định ,sự chỉ bảo tận tình của thầy cô là những kiến thức quý bỏu cho em khi cũn ngồi trên ghế nhà trường cũng như công việc thực tế sau này.Em mong các thầy ,cô đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn. H Hà Nội ,ngày tháng năm 2006. Sinh viên thực hiện . Nguyễn Văn Dũng MỤC LỤCTrang Trang Đề bài 1 1 Lời nói đầu 2 Chương I : Những khái niệm chung về ụtụ và đặc điểm của xe buýt chạy điện .5 5 Chương II : Chọn phương án truyền động.8 8 Chương III : Tính chọn công suất động cơ.22 22 Chương IV : Thiết kế mạch lực .25 25 Chương V : Thiết kế bộ điều khiển .30 30 Chương VI : Tổng hợp hệ thống điều khiển tự động và mô phỏng bằng Matlab-Simulink36 36 Tài liệu tham khảo: 44 44 CHƯƠNG I Những khái niệm chung về ụtụ và đặc điểm của xe buýt điện 1.Khái niệm chung về ôtô. Thời xưa khi di chuyển hàng hoá cha ông ta đã nghĩ ra được rất nhiều hình thức cũng như các phương tiện vận chuyển mà nhờ đó bớt được rất nhiều hình thức cũng như các phương tiện vận chuyển gỗ nhờ con lăn ,súc vật kéo và dòng chảy sông suối .Sau đó các hình thức võnj chuyển ngày càng được cải tạo ra nhiều ưu thế để phát triển kinh tế .Sự bùng nổ của phương tiện vận chuyển diễn ra sau khi máy hơi nước được phát minh .Từ đõy ôtô ,tàu chạy bằng hơi nước với dáng vẻ cồng kềnh được sáng chế .Kích thước cũng như vận tốc và các tớnh năng của chúng ngày càng hoàn thiện ,linh hoạt với sự thay đổi của động cơ đốt trong , động cơ điện …Ngày nay các công ty sản xuất liên tục thay đổi mẫu mã ,sao cho phù hợp với từng ngành cũng như mục đích sử dụng ví dụ như ôtô đua , ôtô tải ,xe buýt ,tàu điện ,tàu chở khách ,tàu chở hàng…Riêng trong ngành vận tải , ôtô tỏ ra chiếm ưu thế và ngày càng phát huy tớnh năng của nó trong việc phát triển kinh tế của mỗi nước .Sự phát triển kinh tế của mỗi nước phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ giới hoá và tự động hóa quá trình sản xuất .Trong quá trình sản xuất ,vận tải đóng vai trò khá quan trọng ,vận tải là cầu nối giữa các hạng mục công trình sản xuất riêng biệt ,giữa các phân xưởng của một nhà máy . Ở đó với ưu điểm của mình , ôtô đang chiếm lĩnh các hạng mục vận tải quan trọng .Khác với tàu biển ,,tàu đường bộ ,máy bay , ôtô có khả năng đi trên mọi địa hình như đồng bằng ,trung du và miền núi .Mặt khác ôtô có thể chở một lượng hàng hoá mà nếu dùng các phương tiện vận tải trên thì không có tớnh kinh tế vì chúng đòi hỏi một số lượng lớn .Tuy nhiên một đóng góp cực kỳ quan trọng cho nền kinh tế cũng như hoạt động xã hội của một thành phố một quốc gia là phương tiện vận chuyển hành khách công cộng đặc biệt là xe buýt . Hiện nay trên thế giới có khá nhiều loại hình phục vụ cho mục đích vận chuyển hành khách công cộng như tàu điện ngầm ,cáp treo …song không phải bất cứ quốc gia nào cũng có thể phát triển được bởi nó phụ thuộc vào địa hình và cơ cấu đất .Như vậy việc phát triển xe buýt để phục vụ cho mục đích này rất cần được ưu tiên đầu tư. 2. Đặc điểm đặc trưng cho chế độ làm việc của hệ truyền động điện xe buýt. Về hình dạng , ôtô chạy điện và ôtô chạy bằng động cơ đốt trong hoàn toàn như nhau .Nhưng ôtô chạy điện một chiều sử dụng động cơ điện một chiều được cung cấp điện thông qua hai càng tiếp xúc với lưới điện phớa trên thay thế cho động cơ đốt trong .Xe buýt có kết cấu phức tạp bao gồm các cơ cấu bánh răng ,hộp số cơ cấu ly hợp ,cầu dẫn hướng ,hệ thống lái ,hệ thống báo hiệu …và các hệ thống điện cơ khác . Hệ thống điện cơ của xe buýt có kết cấu cũng khá phức tạp .Về phần điện hệ thống bao gồm từ nhận năng lượng điện từ một nguồn cố định ,biến đổi năng lượng thật phù hợp để đưa vào động cơ truyền động ,bêb cạnh đó là hệ thống điều khiển nguồn năng lượng đó để phù hợp với yêu cầu về thõy đổi tốc độ của động cơ .Các hệ thống tự động điều chỉnh để đảm bảo làm việc ổn định ,an toàn và dài hạn cho động cơ…Về phần cơ bao gồm cơ cấu bánh răng ,xích truyền ,hộp số …để truyền chuyển động từ động cơ truyền động đến bánh xe ,hệ thống tăng giảm tốc độ , đảo chiều chuyển động ,hệ thống phanh hóm …Và cũn rất nhiều các hệ thống điện cơ khác mà ta không xét trong phạm vi của đồ án này. Xe buýt điện dùng hệ truyền động một chiều với nguồn điện một chiều 600 V.Nó thường được sử dụng ở ngoài trời do vậy môi trường làm việc là nặng nề với ảnh hưởng của thời tiết ,bụi bặm . Xe buýt điện phải được bảo đảm an toàn tuyệt đối trong mọi điều kiện của môi trường bởi nó là loại hình vận tải đặc biệt đó là vận chuyển con người .Các khí cụ điện ,thiết bị điện trong hệ thống truyền động và trang bị điện của xe buýt điện phải làm việc tin cậy bởi nếu không sẽ ảnh hưởng đến tớnh mạng ,tài sản , nền kinh tế và hoạt động xã hội của một thành phố ,một quốc gia. Trong quá trình hoạt động của xe yêu cầu khi tăng tốc và giảm tốc phải êm .Do đó mômen động trong quá trình quá độ phải được hạn chế theo yêu cầu kỹ thuật an toàn . Điều kiện làm việc của xe là thường phải chịu tải từ 60% đến 70% tải định mức và hay phải chịu quá tải nên yêu cầu về độ bền cơ khí cao ,khả năng chịu quá tải lớn. Xe buýt phải làm việc dài hạn do đó nên dùng các khí cụ không tiếp điểm thay cho các khí cụ có tiếp điểm .Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động và hệ điều khiển tự động phải đơn giản ,các phần tử cấu thành phải có độ tin cậy cao , đơn giản ,thay thế dễ dàng. Năng suất của xe buýt điện được quyết định bởi hai yếu tố tải trọng hành khách và số chu kì vận chuyển trong một giờ .Số lượng hành khách lên xuống trong một giờ chu kì là không như nhau và thường nhỏ hơn tải định mức. Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quóng đường s , vận tốc v và gia tốc a theo thời gian. Më m¸y æ ®Þnh s 0 V b a 0 H·m dõng t(s) CHƯƠNG II Chọn phương án truyền động I.Động cơ điện một chiều. 1. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập . Khi nguồn điện một chiều có công suất lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng ,lúc này động cơ là động cơ kích từ song song. Khi nguồn điện có công suất không đủ lớn ,thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập , động cơ một chiều kích từ độc lập . Nhận xét: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập hay song song đều sử dụng nhiều kim loại màu để chế tạo nên có giá thành cao . Tiếp xúc chổi than ,vành góp làm cho tuổi thọ của chúng không được cao ,khó bảo trì bảo dưỡng và hay gõy ra nhiễu cho các thiết bị điện tử . Có ưu điểm lớn trong điều chỉnh tốc độ động cơ điện . Điều chỉnh tốc độ động cơ điện được dễ dàng ,cấu trúc mạch lực ,mạch điều khiển đơn giản , đạt chất lượng điều chỉnh cao ,dải điều chỉnh tốc độ rộng . Có khả năng điều chỉnh sõu tốc độ . Dễ dàng trong việc ổn định tốc độ . 2.Phương trình đặc tớnh cơ. Từ phương trình cõn bằng điện áp : Uư = Eư + ( Rư + R f ).Iư Trong đó : Uư : điện áp phần ứng (V). Eư : sức điện động phần ứng động cơ (V). Rư : điện trở phần ứng ( ) R f : điện trở phụ trong mạch phần ứng ( ) Iư : dòng điện mạch phần ứng (A). Eư = . = K Mặt khác mômen điện từ của động cơ : M đt = K Iư Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen điện từ : M cơ = M đt = M Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ ,từ thông = const thì ta được phương trình đặc tớnh cơ là tuyến tớnh. = - 3. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp . Đặc điểm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp là cuộn dõy kích từ mắc nối tiếp với cuộn dõy phần ứng .Cuộn kích từ có tiết diện lớn , điện trở nhỏ ,số vòng dõy ít ,chế tạo dễ dàng , đơn giản. Phương trình đặc tớnh cơ : +Phương trình cõn bằng điện áp phần ứng : Uư = Eư + Iư.Rư = K + Iư.Rư +Phương trình đặc tớnh cơ ,cơ điện của động cơ điện một chiều . +Giả thiết từ thông phụ thuộc tuyến tính với dòng kích từ và được bù đủ: Thì phương trình đặc tính cơ, cơ điện của động cơ một chiều kích từ độc lập.  +Đặc tính có dạng hypebol và mềm ở phạm vi dòng điện có giá trị nhỏ hơn giá trị định mức. ở vùng dòng điện lớn, do mạch từ bão hoà nên tè thông hầu nh không đổi và đặc tính cơ có dạng gần tuyến tính. [...]... Din tớch cn chnh din +v0 : Vn tc tng i gia xe buýt v khụng khớ +v : Vn tc ca xe buýt +vg : Vn tc ca giú Xe buýt chuyn ng vi tc ln nht l 60 [km/h] = 16,67 (m/s) Chn vn tc ca giú l 2 m/s Lc cn ca giú ln nht khi xe buýt chuyn ng vi tc ln nht Vi S= 4 m2 v chn K = 0,35 ta cú : Fkk = K.S.(v + vg)2 = 0,35.4.(16,67 + 2)2 = 487,8 (N) 3.Lc ma sỏt ti cỏc trc tin cho vic tnh tng mụmen (lc ) cn , im t ca... vi ph ti xe buýt thỡ s gp nhiu khú khn Vy ta chn phng ỏn truyn ng cho truyn ng ca xe buýt chy in l dựng h truyn ng ng c in mt chiu dựng phng phỏp bm xung ỏp CHNG III Tớnh chn cụng sut ng c Cụng sut ng c c chn sao cho ln nhm sinh ra mụmen vi iu kin thng c cỏc lc cn v hn th na phi m bo h truyn ng hot ng theo ỳng yờu cu cụng ngh t ra Ngoi vic tnh chn cụng sut ng c ta phi chn loi ng c sao cho thớch... c ta phi chn loi ng c sao cho thớch hp vi yờu cu truyn ng m c th ừy l truyn ng kộo i vi truyn ng xe buýt cú cỏc lc cn tỏc ng ti h l: 1.Lc cn ln : F1 = f.G cos Trong ú : +f: H s cn ln (h s bỏm ng) +G : Trng ti tng ca ụtụ v bng G0 + G +G0 : Trng ti tnh ca xe +G : Trng lng ca ti + : Gúc dc mt ng Xột xe buýt chuyn ng trờn mt phng ngang khi ú = 0 Ta cú : F1 = f G 1 = 0,02.(4.103 + 3.103).10 = 1400 (N)... bỏnh xe v mt ng Tng hp lc trờn c 4 bỏnh l : Fms = (G0 + Gm) Trong ú : : H s ma sỏt ln trc d : ng knh trc D : ng knh bỏnh xe Vy ta tnh c : Fms = 0,05.(4.103 + 3.103 ).10 = 467 (N) 4.Tnh cụng sut ng c Thc nghim cho ta bit hiu sut ca h thng truyn lc ca ụtụ khỏch l = 0,85 Vy ng vi ti trng ln nht ,cụng sut ng c cn cú l : P= = = 46182 (W) P = 46,2(kW) Do ụtụ luụn chy kh nng quỏ ti nờn chn h s an ton cho. .. ng c Do yờu cu cụng ngh t ra l thit k cho xe buýt chy in dựng ng c in mt chiu ừy l h truyn ng kộo vỡ th ta chn loi ng c l ng c mt chiu kớch t song song Cỏc ng c kớch t song song ni vi ngun in ỏp mt chiu thng c ng dng lm vic di hn khi cn thit phi iu chnh tc trong phm vi rng ng c kớch t song song c dựng nhiu trong cỏc h thng F- v trong cỏc truyn ng mi thay th cho F-: B bin i T- Da vo cụng sut v loi... in ỏp trờn t gim t giỏ tr ban u v ti khụng chnh l khong thi gian Tc chu in ỏp ừm ,tng ng ừy l thi gian phc hi cho van B bm in ỏp úng v m tn s cao cho phộp iu chnh c giỏ tr trung bỡnh ca in ỏp ti Trong khong thi gian 0 t0 cho van T1 m ,ton b in ỏp ngun c a ra ti Khong thi gian cn li t0 T cho van T2 khoỏ ,ct ngun ra khi ti Giỏ tr in ỏp trung bỡnh ca in ỏp ra ti l : UN = = = U = U 1.Xột quỏ trỡnh dũng... hot ng : S gm hai Tiristor : TC tiristor chnh ,TF tiristor ph lm nhim v ngt Tc ,cun cm L ,van V0 dựng np in cho t C cú cc tnh nh trờn hỡnh trong thi gian Tc thụng D0 l it hon nng lng Ban u cho T2 m ,t C c np t ngun qua ti n cc tnh xỏc nh trờn s ừy l giai on chun b trc khi mch chy Khi chy cho T1 m ti c cp in ng thi t C bt u phúng theo mch vũng C ,Tc , L ,V0 , ừy l mch vũng dao ng L,C,nờn sau mt... c 1.iu chnh tc ng c in khụng ng b Do ngun in cp trờn xe buýt l ngun in mt chiu ca mt c qui nờn iu chnh tc ng c khụng ng b thỡ ta dựng nghch lu in ỏp ba pha ụi lỳc ngi ta dựng ba cu mt pha u thnh mch ba pha Cỏc quỏ trỡnh in t nghch lu in ỏp ph thuc vo nhiu yu t khỏc nhau nh c tớnh ti, kiu u bin ỏp ra, nguyờn tc iu khin Thng dựng nht l iu khin cho gúc dn ca van =180O Lúc ú van s m th t t T1 n T6 vi... ca thay i tn s li in f1 cp cho ng c T biu thc = ,khi thay i tn s f1 s lm thay i tc t trng quay v lm tc ng c thay i Khi f1 > f1m thỡ : Mth = , khi tn s tng thỡ Mth gim i , Mth t l nghch vi bỡnh phng tn s f1 Trng hp khi gim f1 < f1m : Nu gi nguyờn in ỏp U1 thỡ dũng in ng c s tng rt ln (do tng tr ca ng c gim theo tn s ).Nờn khi gim tn s cn phi gim in ỏp theo qui lut sao cho ng c sinh ra c mụmen nh... Van bỏn dn cú th dựng loi Thyristor Lỳc ú cn yờu cu thờm b khoỏ cng bc cho van do van khụng th ct c nh khi hot ng ngun xoay chiu c tnh c : xừy dng c tnh c cn tm giỏ tr trung bỡnh ca in ỏp v dũng in ca ng c UD = = [ + ]= Trong ch dũng in liờn tc vỡ tx = T nờn : UD = UN = UN [UNt + (t-tx).E] = - I Nh vy mun iu chnh c in ỏp cp cho ng c ta ch cn iu chnh ,gúc m , úng van bỏn dn lm thay i U Ta cú c . của công nghệ truyền động xe buýt chạy điện . Chương II : Chọn phương án truyền động .Nội dung của chương này trình bày các phương án truyền động cho loại động cơ , đưa ra các phương án khả thi. Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ (Đề số 6) Thầy giáo hướng dẫn : Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dũng. Tên đề tài : Thiết kế hệ truyền động cho xe buýt chạy điện . Các thông số kĩ thuật. xe buýt để phục vụ cho mục đích này rất cần được ưu tiên đầu tư. 2. Đặc điểm đặc trưng cho chế độ làm việc của hệ truyền động điện xe buýt. Về hình dạng , ôtô chạy điện và ôtô chạy bằng động