Nghiên cứu các trạng thái hãm của động cơ điện. Thiết kế bộ thiết bị hãm và thu hồi năng lượng cho xe điện

Động cơ đang làm việc với lưới điện (điểm A), thực hiện cắt cả phần ứng và kích từ của động cơ ra khỏi lưới điện và đóng vào một điện trở hãm Rh, do động năng tích luỹ trong động cơ, [r]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

***********

ISO 9001:2015

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CÁC TRẠNG THÁI HÃM CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN THIẾT KẾ BỘ THIẾT BỊ HÃM VÀ THU

HỒI NĂNG LƯỢNG CHO XE ĐIỆN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

***********

ISO 9001:2015

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CÁC TRẠNG THÁI HÃM CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN THIẾT KẾ BỘ THIẾT BỊ HÃM VÀ THU

HỒI NĂNG LƯỢNG CHO XE ĐIỆN

Họ tên SV: Lê Tường Thanh Mã sinh viên: 1412102099 Lớp: DC 1801

Chuyên ngành: Điện tự động công nghiệp Giáo viên hướng dẫn: ThS.Đinh Thế Nam

MỤC LỤC

Trang

LỜI MỞ ĐẦU………

CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHIỀU………

1.1.ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHIỀU………7

1.2.ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHIỀU ……….10

CHƯƠNG 2:CÁC CHẾ ĐỘ HÃM CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHIỀU…………18

GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ BRUSHLESS 2.1 CÁC CHẾ ĐỘ HÃM CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHIỀU……… 18

2.2.ĐỘNG CƠ ĐIỆN BLDC (BRUSHLESS DC MOTOR) ……….23

2.3.NGUỒN ẮC QUY………49

2.4 MẠCH SẠC ẮC QUY XE ĐIỆN SỬ DỤNG IC UC3842……….55

CHƯƠNG 3:GIỚI THIỆU MỘT SỐ MẪU XE ĐIỆN TRÊN THỊ TRƯỜNG THIẾT KẾ MẠCH HÃM TỐC VÀ THU HỒI NĂNG LƯỢNG………57

3.1 GIỚI THIỆU MỘT SỐ MẪU XE ĐIỆN TRÊN THỊ TRƯỜNG…………57

LỜI MỞ ĐẦU

Xe gắn máy coi “thủ phạm” gây ô nhiễm không khí Theo thống kê nhất, tồn quốc có gần 45 triệu xe máy 2,7 triệu ô tô đăng ký chưa kể xe chưa đăng ký lưu hành Một tính toán khác thành phố lớn Hà Nội TP Hồ Chí Minh cho thấy, xe máy chiếm 95% số lượng tiêu thụ 56% xăng lại thải nhiều chất độc hại 94% Hydrocarbon (HC); 87% carbon ơxít (CO); 57% ơxít Nitơ (Nox) tổng lượng phát thải loại xe giới Trước thực trạng trên, biện pháp cấp bách cần xây dựng chiến lược phát triển "xe xanh"

Xe đạp điện giải vấn đề thu gom xử lý, tái chế ac quy hết thời gian sử dụng giải pháp tuyệt vời để giảm thiểu ô nhiễm không khí Nhờ nhiều ưu điểm cơng suất phù hợp, giá phải chăng, không cần lái nên Xe đạp điện dần trở thành phương tiện thay xe máy thân thiện với người sử dụng, đặc biệt em học sinh

Mặt khác nguồn lượng tích trữ pin, ac quy xe đạp điện hữu hạn, thời gian sạc đầy ac quy lâu nên việc tiết kiệm điện sử dụng xe đạp điện nói riêng xe điện nói chung cần thiết đề tài hướng đến việc chế tạo xe đạp điện tốt giá thành rẻ phù hợp với túi tiền người lao động Đặc biệt xây dựng thiết bị hỗ trợ giảm tốc, thu hồi lượng xe xuống dốc, ứng dụng tốt khu du lịch có nhiều đèo dốc

Cơ sở để nghiên cứu vấn đề thu hồi lượng

quy siêu tụ điện) sau tái sử dụng Đồng thời, tạo mô men cản giúp giảm tốc độ xe

Hiệu suất phanh yếu tố quan trọng đảm bảo tính an tồn xe Một hệ thống phanh tốt phải đáp ứng yêu cầu giảm nhanh tốc độ xe trì khả điều khiển hướng xe Yêu cầu trước hết hệ thống phanh phải cung cấp đủ mô men phanh bánh xe, đặc biệt lúc phanh gấp Do đó, dịng xe điện, xe lai xe pin nhiên liệu (EVs, HEVs, FCVs) hệ thống phanh khí phải tồn với phanh tái tạo điện Vì vậy, hệ thống phanh lai, tiêu việc thiết kế điều khiển hệ thống phanh phải đảm bảo hiệu suất phanh khả thu hồi lượng phanh nhiều

Thiết kế hệ thống thu hồi lượng phanh vấn đề tương đối phức tạp thiết kế hệ thống phanh xe điện, xe lai xe pin nhiên liệu Động điện phải điều khiển để tạo lực phanh phù hợp cho lượng thu hồi lớn có thể, phạm vi đề tài , chúng em thiết kế hệ thống thu hồi lượng xe phanh, đặc biệt lúc xe xuống dốc, lúc động cắt khỏi điều khiển tốc độ nối vào chỉnh lưu, đầu chỉnh lưu sạc điện lại cho ac quy Hệ thống phanh khí bao gồm phận chủ yếu sau: tay phanh , dây phanh, má phanh Yêu cầu đặt phải điều khiển hệ thống phanh khí hệ thống phanh điện để có hiệu phanh tối ưu thu hồi nhiều lượng

Thiết kế phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu sử dụng đề tài nghiên cứu tìm hiểu tài liệu, nắm vững cấu tạo, nguyên lý hoạt động xe đạp điện từ vào lựa chọn thiết bị để chế tạo mạch điện hỗ trợ lực phanh thu hồi lượng xe giảm tốc độ xuống dốc như:

Tính tốn phần khí để lắp ráp cho phù hợp đảm bảo tối ưu khả như: tính tốn chất liệu để làm hộp điện, vị trí lắp đặt, lựa chọn bulông, đai ốc đũa xe cho phù hợp

Thiết kế mạch điện hỗ trợ lực phanh thu hồi lượng xe giảm tốc độ xuống dốc Năng lượng nạp vào ac quy thông qua mạch chỉnh lưu ổn định điện áp nạp để tái sử dụng

Nội dung đồ án gồm chương : Chương 1: Giới thiệu động điện chiều

Chương 2:Các chế độ hãm động điện chiều Giới thiệu động brushless

Chương 3: Giới thiệu số mẫu xe điện thị trường

Thiết kế mạch hãm tốc thu hồi lượng

Trong trình làm đồ án, giúp đỡ bảo tận tình thầy Th.S Đinh Thế Nam, với thầy cô giáo khoa giúp đỡ Em hoàn thành đồ án giao Em mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn để đồ án em hoàn thiện

Em xin chân thành cảm ơn !

Hải Phòng, ngày … tháng … năm 2018

Sinh viên

CHƯƠNG

GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHIỀU

1.1.ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHIỀU 1.1.1 Cấu tạo động điện chiều

Máy điện chiều loại máy điện biến thành lượng điện chiều(máy phát) biến điện dòng chiều thành (động cơ)

Máy điện chiều cho phép điều chỉnh tốc độ trơn khoảng rộng momen mở máy lớn sử dụng rộng rãi làm động kéo, cần điều chỉnh xác tốc độ động khoảng rộng, máy điện chiều sử dụng rộng rãi làm nguồn nạp ácquy, hàn điện, nguồn cung cấp điện…

1- Cổ góp điện 2- Chổi than 3-Roto 4- Cực từ

5- Cuộn dây kích từ 6- Stato

7- Cuộn dây phần ứng

Hình 1.10: Cấu tạo động điện chiều

+ Kích từ độc lập: Cuộn kích từ cấp điện từ nguồn chiều độc lập với nguồn điện cấp cho rôto

Hình 1.11: Sơ đồ kích từ độc lập động điện chiều + Kích từ song song:

Nếu cuộn kích từ cuộn dây phần ứng cấp điện nguồn điện động loại kích từ song song

Hình 1.12: Sơ đồ kích từ song song động điện chiều

Động điện chiều nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng

Hình 1.13: Sơ đồ kích từ nối tiếp động điện chiều + Kích từ hỗn hợp:

Gồm hai dây quấn kích từ : Dây quấn kích từ song song dây quấn kích từ nối tiếp

Hình 1.14: Sơ đồ kích từ hỗn hợp động điện chiều

1.1.3 Nguyên lý hoạt động động điện chiều

+ Pha 1: Từ trường Rotor cực với Stato, đẩy tạo chuyển động quay Rotor

Hình 1.15: Pha thứ chuyển động quay Rotor + Pha 2: Rotor tiếp tục quay

+ Pha 3: Bộ phận chỉnh điện đổi cực cho từ Stato Rotor dấu,trở lại pha

Hình 1.17: Pha thứ ba chuyển động quay Rotor

2.1.1.1. Phương trình cân sđđ động

Khi đưa máy điện chiều kích từ vào lưới điện cuộn cảm ứng chạy dòng điện, dòng điện tác động với từ trường sinh lực,chiều xắc định quy tác bàn tay trái tạo momen điện từ làm cho rotor quay với tốc độ , cuộn dây xuất sđđ cảm ứng:

Eư =ke (2.1)

Ở chế độ q độ, n,Iư thay đổi ta có phương trình sau:

Uư +(-eư)+(-Ladiư/dt)=iưRư (2.2) Ở chế độ ổn định (n = const, Iư = const) ta có:

Uư =Eư+IưRư (2.3)

2.1.1.2. Đặc tính động điện chiều

a. Đặc tính động kích từ độc lập song song

U

Rf

Hình 1.18: Đường đặc tính đơng kích từ độc lập song song Đặc tính mối quan hệ hàm tốc độ momen điện từ  =f(M),

khi Ikt=const

Dịng kích từ xắc định bằng:

Ikt =Ukt /Rkt ,  =ktikt (2.4)

Phương trình đặc tính điện:

 =(Uư – Iư Rư)/k (2.5)

Trong đó: 0 =Uư /k là tốc độ khơng tải

=0 -

 = Ru 

R f

k

I u = Ru  R f M

b.Đặc tính động kích từ nối tiếp

Uu

Rf E

Hình 1.19: Đặc tính động kích từ nối tiếp

Từ công thức:

Trong máy này: Ikt=Iư Ta xét trường hợp:

Khi < Iư < Iđm – Máy chưa bão hoà Vậy:  = KIư

M = CmKIưIư = C I m Iư = Cm M

Thay vào (2.6) ta có:

(2.7)

Hay: Hay: Trong đó:

Vì Rt nhỏ nên Ikđ có giá trị lớn (20 25) Iđm tăng dòng đột ngột làm xuất tia lửa điện cổ góp làm xung học giảm điện áp lưới, phương pháp không sử dụng

a. Khởi động dùng điện trở khởi động

Mmin Mmax

Hình 1.20: Đặc tính khởi động dùng điện trở khởi động

Người ta đưa vào rotor điện trở có khả điều chỉnh gọi điện trở khởi động dịng khởi động có giá trị:

Ikđ = U dm

Rt Rkd

(2.9)

Điện trở khởi động ngắt dần theo tăng tốc độ, nấc khởi động thứ phải chọn cho dịng phần ứng khơng lớn momen khởi động không nhỏ Khi có dịng phần ứng động kích từ nối tiếp có momen khởi động lớn động kích từ song song

Với động kích từ song song dùng điện trở khởi động phải nối cho cuộn kích từ thời gian cấp điện áp định mức để đảm bảo lớn Nếu mạch kín từ có điện trở điều chỉnh khởi động điện trở phải ngắn mạch

2.1.1.3. Điều chỉnh tốc độ động chiều

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ - Thay đổi điện áp nguồn nạp

- Thay đổi điện trở mạch rotor - Thay đổi từ thông

a. Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp nguồn nạp

Khi cho Uư=var o=var.Nếu Mc=const tốc độ = var ta điều chỉnh tốc độ động Khi điện áp nạp thay đổi đặc tính song song với Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp nạp thay đổi theo chiều tốc độ giảm ( cuộn dây thiết kế với Uđm nên tăng điện áp đặt lên cuộn dây Trên hình vẽ ta biểu diễn đặc tính động Uư=var

Hình 1.21: Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp nguồn nạp

b.Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở mạch rotor

Ta có:  =M.(Rt +Rđc), tat hay đổi Rđc ta thay đổi (độ giảm tốc độ), M=const nghĩa thay đổi tốc độ động

Phương pháp điều chỉnh tốc độ thay đổi điện trở mạch phần ứng có ưu khuyết điểm sau:

- Dễ thực hiện, giá thành rẻ - Điều chỉnh tương đối láng

Tuy nhiên phạm vi điều chỉnh hẹp phụ thuộc vào tải (tải lớn phạm vi điều chỉnh rộng), không thực vùng gần tốc độ khơng tải Điều chỉnh có tổn hao lớn Người ta chứng minh để giảm 50% tốc độ định mức tổn hao điện trở điều chỉnh chiếm 50% công suất đưa vào Điện trở điều chỉnh tốc độ có chế độ làm việc lâu dài nên không dùng điện trở khởi động (làm việc chế độ ngắn hạn) để làm điện trở điều chỉnh tốc độ

c. Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thơng

Hình 1.23: Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông Từ biểu thức:  = Uu

k

Rt

kIu (2.10)

kích từ tới lúc tốc độ khơng tăng nữa, momen điện từ động giảm

Phương pháp thực từ thơng giảm tốc độ cịn tăng Trên hình vẽ biểu diễn đặc tính từ thông thay đổi

- Phương pháp thay đổi từ thông để điều chỉnh tốc độ láng kinh tế - Không điều chỉnh tốc độ tốc độ định mức

Khơng giảm kích từ tới giá trị khơng lúc cịn từ dư tải tăng tốc độ tăng lớn thường người ta thiết kế điện trở điều chỉnh để không mạch từ bị hở

2.1.1.4. Tổn hao hiệu suất máy điện chiều

Trong máy điện có hai loại tổn hao: tổn hao tổn hao phụ - Tổn hao gồm:

+ Tổn hao (tổn hao ổ bi, tổn hao ma sát cổ góp, ma sát với khơng khí)

+ Tổn hao sắt từ cuộn rotor stator, cuộn phụ, cuộn khử mạch kích từ

+ Tổn hao hai lớp tiếp xúc chổi than vành khuyên - Tổn hao phụ:

Tổn hao phụ xuất lõi thép đồng, gồm tổn hao dịng xốy, tổn hao nối cân bằng, tổn hao phân bố từ trường không đều, mật độ chổi than không

Hiệu suất động tính sau:

= P2

(2.11)

P1 P

Trong đó:

P : Tổng hợp tổn hao máy P1: công suất vào

CHƯƠNG 2:CÁC CHẾ ĐỘ HÃM CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHIỀU GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ BRUSHLESS

2.1 CÁC CHẾ ĐỘ HÃM CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHIỀU 2.1.1 Hãm tái sinh:

Hãm tái sinh tốc độ quay động lớn tốc độ không tải lý tưởng (( > (0) Khi hãm tái sinh, sức điện động động lớn điện áp nguồn: E > Uư, động làm việc máy phát song song với lưới trả lượng nguồn, lúc dịng hãm mơmen hãm đổi chiều so với chế độ động

* Một số trạng thái hãm tái sinh:

+ Hãm tái sinh ( > (0: lúc máy sản xuất nguồn động lực quay rôto động cơ, làm cho động trở thành máy phát, phát lượng trả nguồn

Hình 2.10:Hãm tái sinh trả lượng nguồn

Vì E > Uư, dịng điện phần ứng thay đổi chiều so với trạng thái động Mômen động đổi chiều (M < 0) trở nên ngược chiều với tốc độ, trở thành mômen hãm (Mh)

Hình 2.11: Hãm tái sinh giảm tốc độ cách giảmđiện áp phần ứng động (Uư2 < Uư1)

+ Hãm tái sinh đảo chiều điện áp phần ứng (+Uư ( - Uư): lúc Mc dạng mômen (Mc = Mtn) Khi đảo chiều điện áp phần ứng, nghĩa đảo chiều tốc độ + (0 ( - (0, động dần chuyển sang đường đặc tính có -Uư, làm việc điểm B (((B(>(- (0() Về mặt lượng, tích luỹ cao lớn tuôn vào động cơ, làm cho động trở thành máy phát, phát lượng trả lại nguồn, hình 2-5c

Trong thực tế, cấu nâng hạ cầu trục, thang máy, nâng tải, động truyền động thường làm việc chế độ động (điểm A hình 2-5c), hạ tải động làm việc chế độ máy phát (điểm B hình 2-5c)

2.1.2 Hãm ngược:

Hãm ngược mômen hãm động ngược chiều với tốc độ quay (M((() Hãm ngược có hai trường hợp:

a) Đưa điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng:

Động làm việc điểm A, ta đưa thêm Rưf lớn vào mạch phần ứng động chuyển sang điểm B, D làm việc ổn định điểm E ((ơđ = (E (ơđ(((A) đặc tính có thêm Rưf lớn, đoạn DE đoạn hãm ngược, động làm việc máy phát nối tiếp với lưới điện, lúc sức điện động động đảo dấu

Hình 2.13:Hãm ngược đưa điện trở vào mạch phần ứng

b) Đặc tính hãm ngược thêm Rưf.

b) Hãm ngược cách đảo chiều điện áp phần ứng:

Động làm việc điểm A, ta đổi chiều điện áp phần ứng (vì dịng đảo chiều lớn nên phải thêm điện trở phụ vào để hạn chế) thì:

Động chuyển sang điểm B, C làm việc xác lập D phụ tải ma sát Đoạn BC là đoạn hãm ngược, lúc dịng hãm mơmen hãm động cơ:

Hình 2.14: a) Hãm ngược cách đảo chiều Uư b)Đắc tính hãm ngược cách đảo

2.1.3 Hãm động năng: (cho Uư = 0) a) Hãm động kích từ độc lập:

Động làm việc với lưới điện (điểm A), thực cắt phần ứng động khỏi lưới điện đóng vào điện trở hãm Rh, động tích luỹ động cơ, động quay làm việc máy phát biến thành nhiệt điện trở hãm điện trở phần ứng

Phương trình đặc tính hãm động năng:

Hình 2.15:a) Sơ đồ hãm động kích từ độc lập

b) Đặc tính hãm động kích từ độc lập

Trên đồ thị đặc tính hãm động ta thấy mômen cản phản kháng động dừng hẵn (các đoạn B10 B20), cịn mơmen cản tác dụng tải kéo động quay theo chiều ngược lại ((ôđ1 (ôđ2)

b) Hãm động tự kích từ :

Động làm việc với lưới điện (điểm A), thực cắt phần ứng kích từ động khỏi lưới điện đóng vào điện trở hãm Rh, động tích luỹ động cơ, động quay làm việc máy phát tự kích biến thành nhiệt điện trở

Phương trình đặc tính hãm động tự kích từ:

Hình 2.16:a) Sơ đồ hãm động tự kích từ

Trên đồ thị đặc tính hãm động tự kích từ ta thấy trình hãm, tốc độ giảm dần dịng kích từ giảm dần, từ thơng động giảm dần hàm tốc độ, đặc tính hãm động tự kích từ giống đặc tính khơng tải máy phát tự kích từ

So với phương pháp hãm ngược, hãm động có hiệu có tốc độ hãm ban đầu, tốn lượng

2.2.ĐỘNG CƠ ĐIỆN BLDC (BRUSHLESS DC MOTOR) 2.2.1.Giới thiệu chung động BLDC

Động DC không chổi than-BLDC (Brushles Dc motor) dạng động đồng nhiên động BLDC kích từ loại nam châm vĩnh cửu dán rotor dùng dòng điện DC ba pha cho dây quấn phần ứng stator Cũng giống động đồng thông thường, cuộn dây BLDC đặt lệch 120 điện không gian stator Các nam châm dán chắn vào thân rotor làm nhiệm vụ kích từ cho động Đặc biệt điểm khácbiệt hoạt động động BLDC so với động đồng nam châm vĩnh cửu kháclà đông BLDC bắt buộc phải có cảm biến vị trí rotor động hoạt động Nguyên tác điều khiển động BLDC xắc định vị trí rotor để điều khiển dịng điện vào cuộn dây stator tương ứng, không động tự khởi động hay thay đổi chiều quay Chính ngun tác điều khiển dựa vào vị trí rotor nên động BLDC địi hỏi phải có điều khiển chuyên dụng phối hợp với cảm biến Hall để điều khiển động

a. Ưu điểm

và sắt rotor hiệu suất động cao

Động kích từ nam châm vĩnh cửu khơng cần chổi than vành trượt nên khơng tốn chi phí bảo trì chổi than Ta thay đổi đặc tính động cách thay đổi đặc tính nam châm kích từ cách bố trí nam châm rotor

Một số đặc tính bật động BLDC hoạt động: - Mật độ từ thơng khe hở khơng khí lớn

- Tỷ lệ công suất/khối lượng máy điện cao

- Tỷ lệ momen/qn tính lớn (có thể tăng tốc nhanh)

- Vận hành nhẹ nhàng(dao động momen nhỏ)thậm chí tốc độ thấp - Mômen điều khiển vị trí khơng

- Vận hành tốc độ cao

- Có thể tăng tốc giảm tốc thời gian ngắn - Hiệu suất cao

- Kết cấu gọn

b. Nhược điểm

Do động kích từ nam châm vĩnh cửu nên chế tạo giá thành cao nam châm vĩnh cửu cao với phát triển công nghệ giá thành nam châm giảm

Động BLDC điều khiển điều khiển với điện ngõ dạng xung vuông cảm biến Hall đặt bên động để xắc định vị trí rotor Điều làm tăng giá thành đẩu tư sử dụng động BLDC Tuy nhiên điều cho phép điều khiển tốc độ mơmen động dễ dàng, xắc

Nếu dùng loại nam châm sắt từ chúng dễ từ hóa khả tích từ khơng cao, dễ bị khử từ đặc tính từ nam châm bị giảm tăng nhiệt độ Nhưng với loại nam châm nhược điểm cải thiện đáng kể

Khácvới động chiều bình thường, động chiều khơng chổi than BLDC có phần ứng đứng n nằm stator phần cảm quay nằm rotor

Stator: bao gồm lõi sắt (các thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau) dây quấn, rãnh stator đặt cuộn ứng rãnh phần ứng bình thường

Rotor thường nam châm vĩnh cửu

Hình 2.17: Cấu tạo động BLDC Micrichip

2.2.3.Cấu trúc động BLDC

Nam châm vĩnh cửu dùng để kích từ loại nam châm điện từ loại nam châm như: AlNiCo, NdFeB, SmCO… Tuy nhiên người ta thường sử dụng loại nam châm chúng có từ dư lớn, từ tính thay đổi nhiệt độ tăng, khó bị khử từ…Với cơng nghệ chế tạo nam châm ngày phát triển mạnh đặc tính từ nam châm vĩnh cửu ngày cải thiện, chất lượng nam châm ngày tốt Điều cho phép động BLDC chế tạo ứng dụng nhiều

Hình 2.18: Nam châm đặt rotor động BLDC

a,b,c: nam châm dán bề mặt rotor d,e,f,g: nam châm đặt bên rotor

Theo vị trí tương đối rotor stator ta có hai kiểu động cơ: Động rotor nằm bên ( interior rotor) động rotor nằm bên (exterior rotor)

a. Động nam châm dán bề mặt rotor

Hình 2.10: Kiểu rotor nam châm dán ngồi bề mặt

Trong trường hợp nam châm gắn bề mặt rotor, tăng độ thẩm từ mơi trường bên ngồi 1,02-1,2 Chúng có cường độ từ trường lớn, xem máy điện có khe hở khơng khí lớn, bỏ qua tượng cực lồi (điều dẫn đến điện cảm từ hóa trục d điện cảm từ hóa trục q,Lmd=Lmq=Lm) Hơn nữa,do khe hở khơng khí lớn, điện cảm đồng (Ls=Lsl+Lm) nhỏ bỏ qua

hiện tượng phản ứng phần ứng Một hệ khe hở khơng khí lớn số điện cuộn stator nhỏ Nam châm dán nên rotor có nhiều hình dạng, dạng cung hay dạng phẳng có độ dày vài milimet Nam châm dạng cung tạo từ thơng khe hở khơng khí phẳng mơmen dao động Cũng giảm dao động mơmen cách thiết kế stator thích hợp

b. Động có nam châm vĩnh cửu đặt bên rotor

trong trường hợp nam châm dán mặt ngồi rotor Do khe hở khơng khí khơng đồng dạng nên điều khiển phức tạp nhiều so với máy điện có nam châm dán mặt ngồi rotor, mơmen tạo gồm hai thành phần: thành phần thành phần cưỡng

Hình 2.19: Kiểu rotor nam châm nằm bên

2.2.4.Phương trình mơ hình tốn cho động BLDC a. Phương trình điện áp tức thời

Phương trình điện áp Kirchhoff cho động đồng bộ:

v1=ef+R1ia+Ls (2.12) Trong đó: ef sức điện động cảm ứng tức thời cuộn dây pha

R1 điện trở cuộn dây pha

Ia dòng điện tức thời pha dây quấn stator Ls cảm kháng dây quấn pha

Đây phương trình điện áp pha tính điểm trung tính hệ thống Đối với động pha nối Y, dạng sóng điện áp vào tồn cho kỳ, thời điểm ln có hai cuộn dây có dịng điện chạy qua

Do phương trình điện áp có dạng:

v1=(efA-efB)+2R1ia+2Ls (2.14)

Do động BLDC dùng dòng chiều cho cuộn dây phần ứng bỏ qua cảm kháng cuộn dây Ls 0,v1=Vdc điện áp chiều đưa vào biến đổi điện áp

Phương trình viết lại cho động BLDC: Đối với điện áp dạng bán sóng:

ia(t)= (2.15)

Đối với dạng điện áp tồn sóng:

ia(t)= (2.16)

Nếu xét đến cảm kháng Ls giả thiết efL-L=EfL-L gần số phương trình viết lại sau:

ia(t)= (1-e.R1 L

1t)+Ia0e.(R1/L1)t (2.17) Trong đó: Ia0 dòng điện thời điểm t=0

b. Sức điện động cảm ứng

Sức điện động cảm ứng EMF cuộn dây tính theo cơng thức tốc độ rotor n:

Đối với điện áp bán sóng:

Ef=CEdc f.n=KEdc.n (2.18)

Đối với điện áp tồn sóng:

EfL-L=CEdc f.n=KEdc.n (2.19) Trong đó: CEdc f=KEdc gọi số sức điện động cảm ứng hay gọi tắt số cảm ứng Kích từ nam châm vĩnh cửu ta xem không đổi

f=const

CEdc xắc định theo công thức:

CEdc=8pN1kw1 (2.20)

c. Mômen điện từ

Mômen điện từ động BLDC xắc định giống động DC có chổi than:

Td=CTdc fIa=KTdcIa (2.21) Trong đó: CTdc f=KTdc số mômen

Hằng số moomen xắc định theo công thức:

CTdc= (2.22)

d. Vận tốc dài rotor

Vận tốc dài m/s tính theo cơng thức:

v= =2 pn (2.23)

Trong đó: bước cực p số cặp cực

n số vòng quay rotor

e. Sức điện động mômen động BLDC

Đối với dây quấn nối Y, thời điểm dòng điện chạy qua hai ba cuộn dây dây quấn stator Dịng điện DC kích từ có =0 nên công thức sức điện động giống động DC:

Vdc=EfL-L+2R1Ia (2.24)

Sức điện động cảm ứng EfL-L tổng sức điện động cảm ứng hai cuộn dây nối tiếp nhau, điện áp Vdc điện áp DC đưa vào điều khiển:

Xét điều kiện lý tưởng với từ thơng dạng hình chữ nhật khơng đổi Bmb=const giai đoạn x ta có từ thông cảm ứng từ:

f=Li dx= LiBmg (2.25)

Trong thực tế từ thơng nhỏ bp< , công thức trở thành: f=bpLiBmg= i LiBmg (2.26)

Với kích từ dạng xung vng, sức điện động cảm ứng vòng dây sau:

Nếu tính tới chiều rộng cực bp= i cuộn dây có N1 vịng với hệ số quấn dây kw1 ta có sức điện động cảm ứng tính:

ef=4pnN1kw1 iBmgLi =4pnN1kw1 f (2.28)

Với mạch nối Y, thời điểm dòng điện qua hai cuộn dây thì: EfL-L=2ef=8pN1kw1i LiBmgn=cEdcfn=kEdcn (2.29)

Trong ta thay:cEdc=8pN1kw1, f= i LiBmg kEdc=cEdcf Mômen điện từ sinh có giá trị:

Td= = = p.N1kw1 LiBmgIa (2.30) Td= pN1kw1 fIa=CTdc fIa=kTdcIa (2.31)

fĐặc tính moment- vận tốc

Đặc tính moment- vận tốc động theo cơng thức ta có: Với vận tốc khơng tải: n0= (2.32) Moment khởi động Tdst=kTdc.Iash dòng điện khởi động Iash=

Ta có:

=1- =1 -

Các công thức công thức gần khơng sử dụng để tính đặc tính kinh tế cho động BLDC

2.2.5.Các phương pháp điều khiển động BLDC a. Đặc điểm điều khiển

Giống với loại động đồng nam châm vĩnh cửu thông thường, động BLDC sử dụng nguồn điện pha để tạo từ trường quay Tuy nhiên động BLDC sử dụng dòng điện chiều điều khiển khóa cơng suất để tạo điện áp DC pha lệch 120 để hoạt động,

nó có tên gọi động DC khơng chổi than Giản đồ dòng điện áp chiều ba pha xoay chiều pha sau:

Hình 2.21: Giản đồ so sánh dạng sóng sin ba pha DC ba pha (a):sóng sin (b):sóng DC

thể dễ dàng điều khiển vận tốc vị trí động

Động BLDC điều khiển điều khiển tương ứng Bộ điều khiển cấu tạo giống nghịch lưu bap thơng thường nhiên dịng điện dịng điện khơng đổi DC Tại thời điểm hoạt động điều khiển cho dòng điện DC chạy qua hai cuộn dây hai pha tương ứng với vị trí rotor lúc Đây khác biệt động BLDC với động đồng tương ứng

b.Cảm biến vị trí rotor - Cảm biến Hall

Để xắc định vị trí rotor dùng cảm biến Hall Encoder Có thể đặt phần tử cảm biến bên động cơ, đầu trục động hay dùng cảm biến bên lắp vào trục động

Cảm biến hiệu ứng Hall (gọi tắt cảm biến Hall) dùng động BLDC để xắc định vị trí cực nam châm rotor Tín hiệu vị trí sở để điều khiển đóng cắt khóa cơng suất cấp dịng DC cho cuộn dây stator tương ứng Khi đặt cảm biến Hall vùng từ trường có dịng điện DC chạy qua có điện áp sinh ngõ cảm biến có giá trị tính theo cơng thức:

VH=kH (2.33) Trong : kH số Hall (m

3 /C) độ dày chất bán dẫn IC dòng điện cấp vào

B là mật độ từ thông

góc lệch mật độ từ thơng bề mặt cảm biến

Sự phân cực suất cảm biến quét qua nam châm động Theo cơng thức điện áp VH sinh có dạng tuyến tính thay đổi theo góc lệch cảm biến từ trường Chúng ta cần tín hiệu kỹ thuật số để điều khiển có dạng nhị phân 1/0 cảm biến chế tạo tích hợp IC để dạng điện áp dạng xung vuông Các cảm biến Hall đặt động lệch góc 120 điện hay 60 điện để xắc định xắc vị trí rotor để điều khiển tương ứng pha dòng điện phần ứng stator

c.Các phương pháp điều khiển động BLDC

Để điều khiển động BLDC có hai phương pháp chính: phương pháp dùng cảm biến vị trí Hall ( Encoder) phương pháp điều khiển không cảm biến (sensorless control) Trong ta có hai phương pháp điều chế điện áp từ điều khiển điện áp dạng sóng hình thang dạng sóng hình sin Cả hai phương pháp hình thang hình sin sử dụng cho điều khiển có cảm biến Hall không cảm biến, phương pháp không cảm biến dùng phương pháp điện áp dạng song hình thang

1. Phương pháp điều khiển tín hiệu cảm biến Hall-phương pháp

bước

Phương pháp dựa nguyên lý hoạt động động BLDC dùng tín hiệu đưa từ cảm biến vị trí rotor để làm tín hiệu đóng ngắt dịng điện vào cuộn dây tương ứng Giản đồ xung kích dịng điện đóng ngắt tương ứng thể hình 2.18

Hình 2.28: Cảm biến hall gắn stator

Hình 2.29: Dạng sóng sức phản điện động pha,dây tín hiệu đưa Hall sensor

2. Điều khiển động BLDC điện áp cách điều chỉnh điện áp ngõ

vào.

độ ngõ bám sát theo tốc độ đặt cho hệ thống Để thay đổi chiều quay ta thay đổi khóa cơng suất cho dịng điện chạy qua cuộn dây pha có chiều ngược lại Trong phương pháp khóa bán dẫn có nhiệm vụ đóng cắt dịng điện qua

3. Điều khiển phương pháp PWM

Trên sở điều khiển tốc độ động BLDC phương pháp điều chỉnh điện áp vào ta áp dụng kỹ thuật PWM để điều khiển tốc độ động Đây phương pháp sử dụng rộng rãi điều khiển điện áp Với phương pháp điện áp cung cấp cho khóa cơng suất không đổi, nhiên điện áp khỏi khóa đến động thay đổi theo thuật tốn điều khiển Phương pháp PWM dùng cho khóa trên, khóa hay đồng thời hai khóa lúc

Hình 2.30: Giản đồ xung điều khiển PWM kênh

- Kỹ thuật điện áp hình thang kỹ thuật điều khiển động BLDC IC chuyên dùng áp dụng kỹ thuật để điều khiển Kỹ thuật địi hỏi khóa đóng ngắt đồng với cảm biến Hall theo tần số PWM định

Hình 2.31: Giản đồ điện áp hình thang tương ứng với cảm biến Hall - Kỹ thuật điện áp hình sin cịn gọi điều khiển AC không chổi than (brushless AC) Kỹ thuật làm giảm tiếng ồn nghe thấy được, giảm gợn sóng mơmen dạng sóng điện áp dịng điện bị gợn sóng

4. Điều khiển động BLDC không sử dụng cảm biến ( sensorless control)

Đây phương pháp sử dụng ước lượng từ thông rotor để điều khiển khóa đóng cắt thay cho cảm biến Hall truyền thống Do phương pháp goi phương pháp điều khiển không cảm biến (sensorless control) Cơ sở điều khiển khơng cảm biến động BLDC dựa vào thời điểm qua zero sức điện động cảm ứng pha động Tuy nhiên phương pháp áp dụng phương pháp điện áp hình thang

Về có hai kỹ thuật điều khiển khơng cảm biến:

- Một xắc định vị trí rotor dựa vào sức điện động động cơ, phương pháp đơn giản, dễ dàng thực giá thành rẻ Trong đề tài nói đề cập đến phương pháp

- Hai ước lượng vị trí dùng thông số động cơ,các giá trị điện áp dòng điện động Phương pháp đòi hỏi phải tính tốn phức tạp để tính tốn thơng số.Phương pháp tính tốn phức tạp, khó điều khiển, giá thành cao

Phương pháp ước lượng vị trí rotor dựa vào thời điểm qua zero sức điện động địi tạo điểm trung tính để đo bắt điểm qua zero sức điện động Điểm trung tính trung tính trung tính ảo

Đặc biệt lúc động khởi động tín hiệu nhận nhỏ dẫn đến điều khiển khơng xắc Do phương pháp áp dụng phạm vi tốc độ hạn chế có đặc tính khởi động nhỏ

Hình 2.33: Đo điện áp cảm ứng điểm trung tính (a): điểm trung tính thật

(b): điểm trung tính ảo

2.2.6.Hệ thống điều khiển

Hình 2.34: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển BLDC

Hình 2.35: Cấu tạo IC MC33035

Hình 2.36 Sơ đồ khối chức IC MC33035

Trên hình 2.31 hình ảnh độ rộng xu ng IC33035

Hình 2.38: Độ rộng xung MC33035

Độ rộng xung có so sánh điện áp chân số 10-chân dao động dạng tam giắc dao động RT CT chân số 13-PWM input Hình 2.31 cho thấy MC33035 so sánh hai tín hiệu analog Trong giao tiếp từ vi xử lý tới MC33035 PWM Do mơ hình điều khiển tốc độ động cách nâng tín hiệu PWM lên tín hiệu áp cao, đưa vào chân số 13 Như hình 2.32 với VA nhận tín hiệu PWM từ vi xử lý, VB=0

Hình 2.39: Điều khiển PWM theo cổng vào

Hình 2.40: Mạch bảo vệ dòng cho MOSFET

Mạch đơn giản gồm khuếch đại điện áp điện trở Rs, điện trở đo dòng qua MOSFET Điện áp điểm ITRIP (sau khuếch đại) mang thơng tin dịng điện qua MOSFET, so sánh với điện áp tham chiếu op amp LM358 Giá trị tham chiếu thiết lập cho động làm việc bình thường lớn giá trị áp điểm ITRIP Một dòng xẩy điểm ITRIP tác động làm BLDC controller ngắt tín hiệu cổng Tín hiệu q dịng báo cho vi xử lý biết qua opto cách ly Pc917

2.2.1. Sơ đồ khối mạch xe đạp điện

Hệ thống điều khiển xe với tay khiển (quen gọi tay ga, làm tăng giảm tốc) dùng linh kiện bán dẫn làm việc theo hiệu ứng Hall (1), dạng linh kiện cảm ứng theo từ trường Và khóa điện có tác dụng làm thắng xe (2) Xe hoạt động với nguồn ắc-qui thường 36V (12V x 3), người ta dùng mạch ổn áp với transistor diode Zener (13) để có mức áp ổn định dùng cấp cho mạch điện khắc, dùng mạch đo mức áp nguồn (14) cho hiển thị Led dùng mạch báo hết nguồn (15), nhiều mạch báo khắc

Trong mạch, dùng IC điều chỉnh công suất theo dạng xung điều biến độ rộng TL494 Trong IC có mạch tạo dạng sóng tam giắc (5) (hay dạng cưa) mạch lấy mẫu để chuyển tín hiệu dạng xung điều biến độ rộng PWM (6) Có mạch tạo mức áp ổn định 5V dùng làm mức áp mẫu (4) cấp cho tầng so áp Mạch cắt nguồn phanh xe (3) Xe đạp cần nguồn quay điện, người ta dùng motor DC hay dùng motor cảm ứng từ (11), ngang motor phải dùng diode (12) dập điện áp nghịch phát từ cuộn cảm motor

2.2.2. Mạch điều khiển tốc độ động xe đạp điện

Hình 2.42: Mạch điều khiển xe đạp điện sử dụng IC MC 33035

2.3.NGUỒN ẮC QUY

Ắc quy nguồn điện thứ cấp thiếu ngành công nghiệp đời sống ngày nguồn điện xoay chiều cung cấp ổn định Trong nhà máy điện trạm biến áp nguồn thao tác làm nhiệm vụ cung cấp điện cho thiết bị: bảo vệ rơle, tự động hóa, điều khiển, tín hiệu, ánh sáng cố, cấu tự động quan trọng… Do đó, nguồn thao tác cần có độ tin cậy cao, cơng suất chúng phải đủ lớn điện áp góp cần có ổn định lớn Muốn vậy, nguồn lưới điện phân phối dòng thao tác cần có độ dự trữ lớn

Nguồn thao tác chiều xoay chiều Xong để có độ tin cậy cung cấp điện cấu tạo thiết bị thứ cấp gon nhẹ, đơn giản nhà máy trạm biến áp lớn người ta thường dùng nguồn thao tác chiều giá thành chúng đắt vận hành phức tạp.Ắc quy nguồn thao tác chiều sử dụng rộng rãi nhà máy điện, trạm biến áp ứng dụng khắc Ắc quy nguồn thao tác tin cậy làm việc chúng khơng phụ thuộc vào điều kiên bên đảm bảo cho thiết bị điện thứ cấp làm việc tốt điện lưới điện nhà máy trạm biến áp

Bình ắc quy tich trữ lượng cho hệ thống điện, sử dụng làm nguồn cung cấp cho mạch điện Khi đóng điện thơng mạch, ắc quy phóng dịng điện chiều qua mạch điện thiết bị nối với cực

Dịng điện bình ắc quy tạo phản ứng hóa học vật liệu cực axit sulphuric bình hay cịn gọi chất điện giải

2.3.1. Cấu tạo chung bình ắc quy

Bình ắc quy làm từ số tế bào (cell) đặt vỏ bọc cao su cứng hay nhựa cứng Những đơn vị tế bào cực dương cực âm

Những cực có vật liệu hoạt hóa nằm lưới phẳng Bản cực dương sau sạc peroxit chì (PbO2) có mầu nâu

Một nhóm cực hàn lại với vào đai cách nối tiếp Bản

cực Bản cực

âm

Vách

ngăn dương

Nước điện giải

Hình 2.43: Cấu trúc chung tế bào ắc quy

Các cực âm dương xen kẽ, nhóm cực âm thường nhiều cực dương khiến cho cực âm nằm bên ngồi nhóm cực, cực xếp ngăn cách với ngăn xốp Những ngăn xốp cho phép chất điện giải nhanh qua cực Một xếp gọi phần tử (element)

Bình ắc quy có nắp đậy chung làm giảm ăn mòn vỏ bình Những bình ắc quy có cực nối xuyên qua ngăn cách tế bào Điều làm cho ắc quy vận hành tốt nối ngăn nắp đậy kín

Đầu nối ắc quy cực âm cực dương Cực dương lớn cực âm để tránh nhầm lẫn điện cực

Nắp thông đặt nắp tế bào Những nắp có mục đích:

- Để đậy kín tế bào ắc quy, cần kiểm tra hay thêm nước người ta mở nắp đậy

- Khi sạc bình người ta mở nắp đậy để chất khí Mỗi tế bào ắcquy có điện 2V, ắcquy 6V có ba tế bào mắc nối tiếp, ắcquy 12V có sáu tế bào mắc nối tiếp… Vì muốn có điện cao người ta mắc nối tiếp tế bào với

2.3.2. Chu trình phóng điện ắc quy

Khi bình ắc quy nối để tạo mạch điện khép kín, dịng điện từ bình ắc quy ra, chu trình phóng điện bắt đầu Dịng điện tạo phản ứng hóa học sau:

Oxy cực dương kết hợp với hidro axit để tạo thành nước, Pb cực dương kết hợp với gốc sunfat chì

Khi q trình phóng điện tiếp diễn dung dịch lỗng dần với tích tụ sunfat chì cực đến lúc phản ứng hóa học chấm dứt ắc quy không tạo điện ta nói hết điện Muốn sử dụng lại ta cần phải sạc ắcquy nguồn điện với cường độ thích hợp

Khi làm việc bình ắc quy đóng vai trị máy phát điện Điều xảy sau:

 Bình ắc quy cung cấp điện cho hệ thống điện trở nên phát điện

 Máy phát điện cung cấp dịng điện ngược lại cho bình ắc quy, nói cách khác sạc ắcquy

 Mạch điều hòa điện thế, giới hạn điện sạc phạm vi an tồn để ắcquy khơng bị sạc mức độ lớn

Những phản ứng hóa học xẩy chu kỳ sạc ngược lại với phản ứng chu kỳ xả điện

Sunfat chì hai cực tách thành Pb S04 nước tách thành hidro để tạo H2S04 lúc oxi kết hợp với chì cực dương để tạp Pb02

Chúng ta ghi nhận nước yếu tố vơ quan trọng phản ứng hóa học bình ắc quy Nước tinh khiết dùng để châm bình vấn để tranh cãi cịn dùng nước cất để châm bình tốt Nước có tạp chất làm giảm tuổi thọ cản trở vận hành ắc quy

2.3.3. Các loại bình ắc quy

Có hai loại bình ắc quy loại khơ loại ướt

2.3.3.1. Bình ắc quy loại khô

Ở nhà máy ắc quy sạc sau: dòng điện chiều định qua cực, cực nhúng dung dịch điện giải H2S04 yếu Các cực sau sạc lấy khỏi dung dịch điện giải, rửa nước sấy khơ hồn tồn Sau lắp vào bình ắc quy

Bình ắc quy khơ trì tình trạng sạc điện khơng khí ẩm khơng xâm nhập vào tế bào bình Nếu đem để nơi thống mát khơ loại bình ắcquy sử dụng tốt

Ắcquy khơ kích hoạt cách châm nước điện giải vào bình điều kiện thường Việc kích hoạt làm sau:

 Đổ nước điện giải vào tới mức quy định

 Đo trọng lượng riêng nước điện giải

 Để yên vài phút kiểm tra lại mức chất lỏng ngăn Nếu cần châm thêm nước điện giải

 Kiểm tra lại điện hở mạch ắc quy Nếu điện ắc quy 12V hay hơn, sử dụng Nếu điện từ 10V đến 12V sạc lại bình ắc quy Nếu điện khơng tới 10V coi bình gặp vấn đề

 Kiểm tra sau đo trọng lượng riêng nước điện giải Nếu số đọc hạ xuống 0.03 so với lần đo trước cần sạc lại bình ắc quy

 Sạc bình từ từ để đảm bảo ắcquy đầy đủ điện

 Sau bình ắc quy đưa vào hoạt động ta cần thêm nước cất, không thêm axit

 Sau đưa vào sử dụng bảo trì theo chế độ bảo dưỡng bình thường Những bình ắc quy khơ thường cất giữ nơi mát độ ẩm thấp Đảm bảo nhiệt độ từ 160

K 0536

2.3.3.2. Bình ắc quy ướt

Ắc quy ướt có phần tử sạc đổ đầy axit xưởng Ắc quy ướt không giữ điện thời gian tồn trữ phải sạc lại định kỳ

Trong thời gian tồn trữ ắc quy khơng sử dụng phản ứng hóa học xảy chậm làm cho ắc quy điện dần Đây tượng tự xả điện

Mức độ tự xả điện diễn khác tùy thuộc vào nhiệt độ nước điện giải Một ắc quy sạc đầy đủ cất giữ phòng nhiệt độ 380C hoàn toàn điện 90 ngày, nhiệt độ 160C điện

2.4 MẠCH SẠC ẮC QUY XE ĐIỆN SỬ DỤNG IC UC3842

Trên hình 2.38 hình ảnh mạch sạc ắc quy xe điện sử dụng IC UC3842

Hình 2.45: Mạch sạc ắc quy xe điện sử dụng IC UC3842 82/40 V 103/2K 27,6V

2K2 102 Qua ït 5K1 1K2 .47 10K Power 15K 330

IRF 840 D 1K5

56K 10

8

103

7 6

UC 3842 5 220K 3 103 103 Dz 6V

C haâ n IC 58 : H - led x anh saù ng L - led đ ỏ sá ng

5K1 1K

Mạch sạt nguồ n 24VDC vẽ lại theo mạch thị trường 2008 ( TPT )

2K2 2K2 4

4 1 2 3

1K5 2 680 3K9 1 3K9 2K2 8 C358

2K2 + 5K1 VR1 100/5 103 10K 102 220K Dz12V 7 C358 330 5

1

6 47 22 100 100 10K 10 15 2/ K

820 47 13V8 S VR2 G 1 10K

220/100 3K3

222 2W

2K 10K

104/6 30 V

220VAC

TL 431A

Bình ắc q uy 24V

150K 47K

IC UC3842 có chân nhiệm vụ chân sau:

- Chân (COMP): chân nhận điện áp so sánh, điện áp chân số tỉ lệ thuận với điện áp ra, thông thường mạch nguồn,chân không nhận áp hồi tiếp mà đấu qua R sang chân số

- Chân (VFB): chân nhận điện áp hồi tiếp, hồi tiếp so quang hồi tiếp trực tiếp từ cuộn hồi tiếp sau qua cầu phân áp, điện áp hồi tiếp chân tỷ lệ nghịch với điện áp ra, lý làm điện áp đưa chân tăng lên điện áp giảm thấp bị ngắt

- Chân (Current sense): chân cảm biến dòng, chân theo dõi điện áp chân S đèn mosfet, dòng qua mosfet tăng => điện áp chân S tăng => điện áp chân tăng, áp chân tăng đến ngưỡng 0,6V dao động bị ngắt, điện trở chân S xuống mass giảm khoảng 0,22ohm, điện trở tăng tri số bị thay đổi trị số lớn chạy có tải nguồn bị ngắt

- Chân (Rt/Ct): chân nối với R-C tạo dao động, tần số dao động phụ thuộc vào tri số R-C chân để đồng pha tần số dòng với tần số dao động nguồn, điều đảm bảo dịng hoạt động tiêu thụ nguồn Mosfet nguồn mở để kịp thời cung cấp, điều làm điện áp khơng bị sụt áp cao áp chạy

- Chân Mass

- Chân 6: chân dao động ra,dao động dao đơng xung vng có độ rộng thay đổi để điều chỉnh thời gian ngắt mở Mosfet thay đổi điện áp thay đổi

- Chân (Vref): chân từ IC đưa điện áp chuẩn 5V, điện áp thường dùng cung cấp cho chân dao động số 4, người ta thường thiết kế mạch bảo vệ bám vào chân để nguồn có cố làm nguồn chân => mạch ngắt dao động

- Mạch hiển thị mức áp nguồn ắc quy

Hình 2.46: Mạch hiển thị mức áp nguồn ắc quy

 Đây tầng so áp, ta dùng tầng khuếch đại toán thuật (Op- Amp) để làm tầng so áp, ngả đặt Led hiển thị mức áp ngả vào Người ta dùng mạch để hiển thị mức áp nguồn pin ắc quy

CHƯƠNG

GIỚI THIỆU MỘT SỐ MẪU XE ĐIỆN TRÊN THỊ TRƯỜNG THIẾT KẾ MẠCH HÃM TỐC VÀ THU HỒI NĂNG LƯỢNG

3.1 GIỚI THIỆU MỘT SỐ MẪU XE ĐIỆN TRÊN THỊ TRƯỜNG

Hiện thị trường Việt Nam xuất nhiều hãng xe đạp điện tiếng nước với mẫu mã đẹp như: Honda, Yamaha, Gaint, Brigestone, Hkbike, Asama…

Xe nước thường đa dạng màu sắc, mẫu mã đẹp bắt mắt thu hút người tiêu dùng, nhiên chế độ bảo hành bảo trì sau mua hàng Xe nước thường đơn điệu mẫu mã, màu sắc, chế độ bảo hành bảo trì sau mua hàng phục vụ tận tình Để chọn xe đạp điện phù hợp với túi tiền sở thích người khơng khó Tuy nhiên để sử dụng hiệu quả, độ bền thuận tiện lại vấn đề người tiêu dùng quan tâm

Ngồi kiểu dáng, mầu sắc ưa thích, thơng số kỹ thuật vơ quan trọng để lựa chọn xe phù hợp với thơng số sau cịn liên quan đến tốc độ, khả mang tải, quãng được

- Loại động cơ: động pha, 3pha

- Công suất động cơ: liên quan đến khả mang tải, động cơng suất cao khả mang tải lớn lượng điện tiêu thụ tăng theo 250W, 350W, 380W, 500W …

- Điện áp cấp cho động cơ: thơng thường sử dụng cấp điện áp 24V, 36V, 48V, điện áp lớn số bình ac quy phải sử dụng tăng theo

của xe người ta lựa chọn bình acquy cho phù hợp

3.1.1.Thông số kỹ thuật xe đạp điện hãng Yamaha

Hình 3.1: Xe đạp điện Yamaha ICATS H1

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật xe Yamaha ICATS H1

Ngoại hình

Chiều dài chiều rộng chiều cao 1539mm 635mm 1015mm

Chiều cao yên xe 750mm

Đường kính bánh xe Bánh trước:455mm,Bánh sau:455mm

Tính

Cách thức thao tác Tự động

Quãng đường pin đầy 50km

Vận tốc tối đa 20km/h-30km/h

Phụ kiện xe

Ắc quy 48V-15Ah

Sạc điện Tự động ngắt ắc quy đầy

Thời gian sạc 6-8giờ

Điện áp 220v-50Hz

Động xe Động pha,Công suất 240W

Điện áp động 48V

Chú thích

Trọng lượng xe 48kg

Khả trở vật nặng 100kg

Bảo vệ tụt áp 41V+/-1.0V

3.1.2.Thông số kỹ thuật xe đạp điện hãng Bridgestone

Hình 3.11: Xe đạp điện Bridgestone MLI

Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật xe Bridgestone MLI

Ngoại hình

Chiều dài Chiều rộng Chiều cao 1820mm 670mm 1046mm

Chiều cao yên xe 745~900mm

Đường kính bánh xe Bánh trước:22” 1.95”,Bánh sau:24” 1.95”

Tính

Vận hành Đạp trợ lực

Cách thức thao tác Tự động

Quãng đường pin đầy 60km

Vận tốc tối đa 30km/h

Phụ kiện xe

Ắc quy Pin Lithium-ion

Sặc điện Tự động ngắt ắc quy đầy

Thời gian sạc 3-4giờ

Công suất 350W

Động xe Trơn bóng,đơng chổi than

Điện áp động 36V

Điện áp 220V-50Hz

Chú thích

Trọng lượng xe 29.2kg

Khả chở vật nặng 120kg

Bảo vệ tụt áp 41V

3.1.3.Thông số kỹ thuật xe đạp điện hãng Honda

Hình 3.12: Xe đạp điện Honda Harricane

Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật xe Honda Harricane

Ngoại hình

Chiều dài chiều rộng Chiều cao 1616×720×1010 mm

Chiều cao yên xe 724 mm

Đường kính bánh xe Bánh trước: 16” 2.125, Bánh sau: 16” 2.125

Tính

Vận hành Đạp trợ lực

Cách thức thao tác Tự động

Quãng đường pin đầy 55km

Vận tốc tối đa 25km/h – 35km/h

Phụ kiện xe

Ắc quy 48V -12Ah – 14Ah

Sạc điện Tự động ngắt ắc quy đầy

Thời gian sạc 6-8

Công suất 350W

Động xe Động 3fa

Điện áp động 48V

Điện áp 220V-50Hz

Chú thích

Trọng lượng xe 50kg

Khả chở vật nặng 100kg

Bảo vệ tụt áp 41V

3.1.4.Thông số kỹ thuật xe đạp điện hãng Gaint

Hình 3.13: Xe đạp điện Giant 133M

Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật xe Giant 133M

Ngoại hình

Chiều dài Chiều rộng Chiều cao 1588×605×1015 mm

Chiều cao yên xe 724 mm

Đường kính bánh xe Bánh trước: 16” 2.525, Bánh sau: 16” 2.525

Tính

Cách thức thao tác Tự động

Quãng đường pin đầy 55km

Vận tốc tối đa 25km/h – 35km/h

Phụ kiện xe

Ắc quy 48V -15Ah

Sặc điện Tự động ngắt ắc quy đầy

Thời gian sạc 6-8

Công suất 250W

Động xe Động 3fa

Điện áp động 48V

Điện áp 220V-50Hz

Chú thích

Trọng lượng xe 50kg

Khả chở vật nặng 100kg

Bảo vệ tụt áp 41V

3.1.5 Hình dáng – kết cấu xe đạp điện

Thị trường có 14 loại xe đạp điện với gần 60 mẫu mã khácnhau, từ xe có gắn mơtơ kéo đơn giản với bình điện loại thiết kế gọn bình điện gắn thân xe, mơtơ gắn gầm xe loại hình dáng sang trọng nhái xe tay ga Trong đó, xe Trung Quốc chiếm khoảng 10% thị trường, lại cạnh tranh hãng sản xuất nội địa xe đạp điện Hitasa, Yamaha, Miyata, Asama, Bridgestone, Songtian, Giant, Delta, Five Stars

Thiết kế xe đạp điện Trung Quốc bắt mắt, xe khỏe chắn, phảng phất dáng dấp xe máy Xe có hai giảm xóc trước sau Riêng giảm xóc sau thiết kế giảm xóc cối khỏe hai phuộc nhún hai bên, vận chuyển xe đầm hơn, giảm độ xóc vào đường xấu, phù hợp với địa hình Việt Nam

Bánh xe thiết kế theo kiểu bánh mập, vành gang đúc cỡ 480 (vành nhỏ), loại vành nhỏ thuận tiện cho người già phụ nữ sử dụng Bình ắcquy thiết kế bên trong, khơng lộ ngồi hay lắp yên, thuận tiện sạc điện hay tháo lắp vào

Toàn hệ thống đèn thiết kế đại với cụm đèn pha đèn xi-nhan thiết kế liền Công tác đèn pha đèn xi-nhan… bố trí hai bên tay lái thuận tiện điều khiển Mặt cơng tơ mét có đèn báo hiệu điện bình ắc quy, báo tốc độ xe chạy Phía sau xe cụm đèn hậu, đèn báo phanh, đèn xi-nhan bố trí gọn hợp lý

Yên xe thiết kế yên xe máy, chở thêm người Hệ thống phanh thiết kế theo kiểu phanh đĩa kết hợp với phanh bát, xe chạy tốc độ cao sử dụng phanh an toàn

động dễ làm hỏng xe Bộ điều tốc để gẩm xe lên ngập nước dễ bị hỏng

Xe đạp điện có nhiều mẫu mã kiểu dáng khácnhau phù hợp cho lứa tuổi học sinh, sinh viên, người già Thiết kế nhỏ gọn, đẹp, kiểu dáng lạ, độc đáo, tháo dể dàng có đèn, sườn nhơm, có đèn trước sau sáng, n tăng giảm to nhỏ, tùy theo chiều cao người sử dụng, phanh trước phanh sau chắn, bánh nhỏ gọn, yên sau, giảm xóc tốt, phù hợp với bạn trẻ…

Thiết kế kiểu dáng thể thao, độc đáo, chạy mạnh, có nút bật đèn trước, có đèn báo hiệu lượng điện, bình ắc quy tháo dễ dàng, thiết kế chắn, yên tăng giảm theo chiều cao, phanh trước phanh sau chắn, tay ga an toàn…phù hợp cho người Với thiết kế thể thao, xe đạp kiểu dáng sử dụng để vận động rèn luyện sức khỏe

Các loại xe đạp điện không trang bị bàn đạp, chạy điện, loại nhỉn bắt mắt có nhiều kiểu dáng tinh tế, sang trọng Loại xe phù hợp với người cao tuổi

6 7

5

1

1

1

2 1

Bảng 3.5: Tên ký hiệu hình 1.5

1 Lốp Bình điện 13 Càng trước

2 Vành Cọc yên 14.Để chân

3 Nan hoa Tay ga 15 Đùi

4 Chắn bùn sau 10 Phốt tăng 16.Hộp xích

5 Gắc Baga 11 Đèn xe

6 Yên 12 Chắn bùn trước

3.2 THIẾT KẾ MẠCH HÃM TỐC VÀ THU HỒI NĂNG LƯỢNG, LẮP RÁP HOÀN THIỆN XE

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lý mạch hãm thu hồi lượng

3.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống:

hút rơ le với nguồn điện 24v, rơ le R1 , R2, R3 cấp nguồn cắt dây động lực động U, V, W khỏi điều tốc, đồng thời đóng vào mạch chỉnh lưu, điện áp sau chỉnh lưu đưa vào tăng , ổn áp để sạc cho ac quy, đầu tăng, ổn áp đưa qua diode chống ngược sạc cho ac quy, mục đích để bảo vệ mạch tăng áp khơng bị điện ắc quy xông ngược vào làm hỏng mạch Trong khoảng thời gian nhả tay ga tới thời điểm xe chuẩn bị dừng hẳn, ac quy sạc điện, dòng sạc tối đa đo qua Ampe kế 1,4A Qua q trình thử nghiệm nhóm tác giả nhận thấy kích hoạt chế độ hãm thu hồi lượng xe bị hãm lại rõ rệt đồng thời Ampe kế hiển thị dòng sạc ac quy, điều cho thấy hệ thống hoạt động hiệu quả, áp dụng tốt cho xe thường xuyên tăng giảm tốc độ, quãng ngắn đặc biệt xe hoạt động khu vực có nhiều đèo dốc, khu vực nhiều cầu, vùng núi Khi xe từ dốc xuống, ta kích hoạt cơng tác hãm, lúc xe bị ghì lại động điện làm việc chế độ máy phát, chuyển động động thành điện sạc điện cho ac quy

Vì động sử dụng xe đạp điện đề tài loại động BLDC có cấu tạo tương đương động đồng pha nam châm vĩnh cửu nên Ta có mạch điện nguyên lý động sau

Để chuyển đổi điện áp xoay chiều pha thành điện chiều nạp cho ac quy ta sử dụng mạch chỉnh lưu cầu pha sau

Hình 3.17: Điện áp pha đưa qua cầu chỉnh lưu

Trong Um điện áp đầu động pha 24V

Hình 3.18: Mạch thực tế

Bộ ổn định điện áp nạp

Điện áp đầu vào từ 3V đến 42V Điện áp đầu từ V đến 35V

Dòng đáp ứng 4A, có hiệu suất làm việc 94%

Hình 3.19: Sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp

Mạch điện thực tế

KẾT LUẬN

Sau khoảng thời gian thực đề tài tốt nghiệp, với giúp đỡ tận tình Thầy giáo, bạn bè, đến Em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Trong đề tài em tìm hiểu thực yêu cầu sau:

- Nghiên cứu động chiều chế độ hãm động chiều - TÌm hiểu số loại xe điện thông dụng thị trường - Nghiên cứu động Brushless DC

- Nghiên cứu, lắp đặt mạch hãm thu hồi lượng cho động Brushless DC Tuy nhiên thời gian có hạn trình độ kinh nghiệm

thân nhiều hạn chế nên đề tài thực nhiều thiếu sót như: - Tìm hiểu chưa thực đầy đủ hết loại xe điện có thi trường - Thiết kế, lắp ráp mạch hãm thu hồi lượng chưa đẹp mắt

Em mong nhận bảo, sửa chữa đóng góp ý kiến thầy cô bạn để đồ án hoàn thiện

Một lần Em xin chân thành cảm ơn bảo, hướng dẫn tận tình Thầy- Th.S Đinh Thế Nam thầy cô khoa, bạn bè giúp đỡ em trình thực đề tài

Em xin chân thành cảm ơn!

Hải Phòng, ngày…tháng…năm 2018

Sinh viên thực

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Trần Gia Anh (2005), Kỹ thuật sửa chữa xe đạp điện, Nhà xuất

Thanh Niên

2 Nguyễn Bính (2005), Điện tử cơng suất, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật

3 Lê Văn Doanh (1997), Điện tử công suất Điều khiển động cơ, Sắch dịch Đại học Bắch Khoa Hà Nội

4 Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công ,Trần Văn Thịnh (2007), Điện tử

công suất Lý thuyết - thiết kế - mô - ứng dụng, Nhà xuất Khoa

học Kỹ thuật

5 GS.TSKH Thân Ngọc Hồn (1995), Máy Điện, Nhà xuất Giao Thơng Vận Tải

6 GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn (2004), Điện tử công suất, Nhà xuất Xây dựng

http://www.dientuvietnam.net http://www.webdien.com http://vi.wikipedia.org