Nghiên cứu chế tạo xe điện 2 bánh phục vụ cho quãng đường di chuyển ngắn, có hệ thống hãm điện, thu hồi năng lượng

Máy điện một chiều cho phép điều chỉnh tốc độ trơn trong khoảng rộng và momen mở máy lớn vì vậy nó được sử dụng rộng rãi làm động cơ kéo, khi cần điều chỉnh chính xắc tốc độ động cơ [r]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

ISO 9001:2015

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO XE ĐIỆN MINI BÁNH PHỤC VỤ CHO QUÃNG ĐƯỜNG DI CHUYỂN

NGẮN, CÓ HỆ THỐNG HÃM ĐIỆN, THU HỒI NĂNG LƯỢNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

ISO 9001:2015

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO XE ĐIỆN MINI BÁNH PHỤC VỤ CHO QUÃNG ĐƯỜNG DI CHUYỂN NGẮN, CÓ HỆ THỐNG HÃM ĐIỆN,

THU HỒI NĂNG LƯỢNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

Sinh viên:Nguyễn Xuân Lâm

Người hướng dẫn: Th.S Đinh Thế Nam

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc

-o0o -

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Sinh viên : Nguyễn Xuân Lâm – MSV : 1412102072 Lớp : ĐC1801- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

1 Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ)

2 Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn

CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn :

Trường Đại học dân lập Hải Phòng Toàn đề tài

Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn :

Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm 2018

Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng năm 2018 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N

Sinh viên

Nguyễn Xuân Lâm

Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Cán hướng dẫn Đ.T.T.N

Th.S Đinh Thế Nam

Hải Phòng, ngày tháng năm 2018 HIỆU TRƯỞNG

PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1.Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp

2 Đánh giá chất lượng Đ.T.T.N ( so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N, mặt lý luận thực tiễn, tính tốn giá trị sử dụng, chất lượng vẽ )

Cho điểm cán hướng dẫn

( Điểm ghi số chữ)

Ngày……tháng…….năm 2018 Cán hướng dẫn

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

1 Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp mặt thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất lượng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài

Cho điểm cán chấm phản biện

( Điểm ghi số chữ)

Ngày……tháng…….năm 2018 Người chấm phản biện

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG

1.2 THÔNG SỐ VÀ ĐẠI LƯỢNG CHÍNH CỦA MỘT SỐ XE ĐẠP ĐIỆN HIỆN CĨ MẶT TRÊN THỊ TRƯỜNG VIỆT NAM

1.2.1 Thông số kỹ thuật xe đạp điện hãng Yamaha

1.2.2 Thông số kỹ thuật xe đạp điện hãng Bridgestone

1.2.3 Thông số kỹ thuật xe đạp điện hãng Honda 10

1.2.4 Thông số kỹ thuật xe đạp điện hãng Gaint .11

1.3 HÌNH DÁNG – KẾT CẤU XE ĐẠP ĐIỆN .12

CHƯƠNG .15

2.1.1.1 Phân loại động điện chiều 15

2.1.1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động động điện chiều .15

2.1.1.3 Phương trình cân sđđ động .16

2.1.1.4 Đặc tính động điện chiều .17

b Đặc tính động kích từ nối tiếp 17

c Đặc tính động kích từ hỗn hợp .19

2.1.1.5 Khởi động động chiều .19

b Khởi động dùng điện trở khởi động .20

2.1.1.6 Điều chỉnh tốc độ động chiều .20

a Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp nguồn nạp .21

b Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở mạch rotor 21

c Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông 22

2.1.1.7 Tổn hao hiệu suất máy điện chiều .23

2.1.2 Động điện BLDC (Brushless DC motor) .24

a Ưu điểm 24

b Nhược điểm 25

2.1.2.2 Cấu tạo động BLDC .25

2.1.2.3 Cấu trúc động BLDC 26

a Động nam châm dán ngồi bề mặt rotor .27

b Động có nam châm vĩnh cửu đặt bên rotor .28

2.1.2.4 Phương trình mơ hình tốn cho động BLDC .29

b Sức điện động cảm ứng 30

c Mômen điện từ 30

d Vận tốc dài rotor 30

e Sức điện động mômen động BLDC .31

f Đặc tính moment- vận tốc .32

2.1.2.5 Các phương pháp điều khiển động BLDC .32

2.2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 42

2.2.1 Sơ đồ khối mạch xe đạp điện .47

2.2.2 Mạch điều khiển tốc độ động xe đạp điện .49

2.3 NGUỒN ẮC QUY .50

2.3.1 Cấu tạo chung bình ắc quy 51

2.3.2 Chu trình phóng điện ắc quy .52

2.3.3 Các loại bình ắc quy .53

2.3.3.1 Bình ắc quy loại khơ .53

2.3.3.2 Bình ắc quy ướt .55

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

CHƯƠNG .58

Để thiết kế, xây dựng xe điện mini cần phận sau: 58

3.2.1 Động điện BLDC .58

3.2.2 Bộ điều khiển .59

3.2.2.1 Tay ga xe đạp điện .59

3.2.2.2 Bộ nạp ắc quy 63

3.3 THIẾT KẾ MẠCH HÃM TỐC VÀ THU HỒI NĂNG LƯỢNG, LẮP RÁP HOÀN THIỆN XE 63

3.3 NHỮNG LƯU Ý KHI CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG XE ĐIỆN MINI BÁNH .70

KẾT LUẬN 74

LỜI MỞ ĐẦU

Trong công nghiệp nay, công nghệ tiên tiến dây truyền sản xuất đại với mức độ tự động hóa cao với hệ truyền động đại Trong dây truyền đại, thiết bị máy móc khác muốn hoạt động, vận hành không kể đến động điện Động điện chiều chiếm vị trí quan trọng hệ điều chỉnh tự động truyền động điện, sử dụng hệ thống địi hỏi có độ xac cao, vùng điều chỉnh rộng, gọn nhẹ khả tự động hóa cao

Trong q trình học tập trường, với giúp đỡ nhà trường khoa Điện Tự Động Công Nghiệp em nhận đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu chế tạo xe điện mini bánh phục vụ cho quãng đường di chuyển ngắn, có hệ thống hãm điện, thu hồi lượng.’’

Nội dung đồ án gồm chương : Chương 1: Giới thiệu xe đạp điện

Chương 2: Cấu trúc xe đạp sử dụng lượng điện

Chương 3: Thiết kế xe điện mini bánh phục vụ cho quãng đường di chuyển ngắn, có hệ thống hãm điện, 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 !

CHƯƠNG

GIỚI THIỆU VỀ XE ĐẠP ĐIỆN 1.1.XE ĐẠP ĐIỆN VÀ LỢI ÍCH XÃ HỘI

Từ bao năm xe đạp có mặt khắp nẻo đường Trước phương tiện, nhiên liệu khó khăn xe đạp phương tiện để lại lúc giờ, nên thời điểm nhà sản xuất người tiêu dùng quan tâm đến kiểu dáng, tính Cịn xe máy trở thành phương tiện phổ thơng, người tiêu dùng lại sử dụng xe đạp, xe đạp điện với kiểu dáng, tính kỹ thuật vừa lạ, chi phí thấp nhiều so với xăng dầu lại vừa không thua xe máy yêu cầu sử dụng Đặc biệt tình hình tai nạn giao thơng gia tăng yêu cầu bảo vệ môi trường xe đạp, xe đạp điện bắt đầu quan tâm phát triển rộng rãi

Sử dụng xe đạp điện bảo vệ mơi trường Lượng khí thải lớn từ phương tiện chạy xăng làm cho thành phố trở nên nhiễm việc sử dụng xe đạp điện góp phần bảo vệ khí

Về phương diện kĩ thuật, động xe điện ưu việt xe xăng nhiều: hiệu suất động xăng khoảng 30%, xe điện lên tới 90% Bên cạnh độ bền động điện cao hơn, hư hỏng q trình sử dụng

khoảng 30kg phù hợp cho người lớn tuổi học sinh lại thuận tiện với tốc độ thấp mà sử dụng sức

1.2. THƠNG SỐ VÀ ĐẠI LƯỢNG CHÍNH CỦA MỘT SỐ XE ĐẠP ĐIỆN HIỆN CÓ MẶT TRÊN THỊ TRƯỜNG VIỆT NAM

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 ắc quy phải sử dụng tăng theo

1.2.1. Thông số kỹ thuật xe đạp điện hãng Yamaha

Hình 1.1:Xe đạp điện Yamaha ICATS H1

Bảng 1.1: 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

1.2.2. Thông số kỹ thuật xe đạp điện hãng Bridgestone

Hình 1.2:Xe đạp điện Bridgestone MLI

Bảng 1.2: 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

1.2.3. Thông số kỹ thuật xe đạp điện hãng Honda

Hình 1.3: Xe đạp điện Honda Harricane

Bảng 1.3: 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

1.2.4. Thông số kỹ thuật xe đạp điện hãng Gaint

Hình 1.4: Xe đạp điện Giant 133M

Bảng 1.4: Thơng 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

1.3 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, môtơ 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 ắc quy thiết kế bên trong, khơng lộ 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 khác 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, yên 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

4

Hình 1.5: Kết cấu xe đạp điện Bảng 1.5: 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 Gắc Baga 11 Đèn xe

6 Yên 12 Chắn bùn trước

6

7

10

11

12

13

2 15 14

CHƯƠNG

CẤU TRÚC CỦA XE ĐẠP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN 2.1.ĐỘNG CƠ ĐIỆN

2.1.1. 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 xắc tốc độ động khoảng rộng, máy điện chiều sử dụng rộng rãi làm nguồn nạp ắc quy, hàn điện, nguồn cung cấp điện…

2.1.1.1. Phân loại động điện chiều

Động điện chiều phân loại theo kích từ thành loại sau: - Kích từ độc lập

- Kích từ song song - Kích từ nối tiếp - Kích từ hỗn hợp

2.1.1.2. Cấu tạo nguyên lý hoạt động động điện chiều

Động điện chiều có cấu trúc gồm phận chính: phần cảm, phần ứng, cổ góp chổi than

Phẩn cảm phận tạo từ trường đặt stato, thông thường phần cảm nam châm điện gồm có cực từ N-S cuộn dây kích từ

Phần ứng có lõi thép đặt rotor, có phay rãnh để đặt dây quấn phần ứng Mỗi cuộn dây nối tới hai góp cổ góp điện

trong từ trường phần cảm, cuộn dây xuất sức điện động, cổ góp chổi than nắn thành sđđ chiều

Ở chế độ động cơ, cần cấp điện chiều cho cuộn kích từ cuộn dây phần ứng Dòng điện chạy phần ứng tác dụng với từ trường gây phần cảm tạo thành momen quay rotor

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo động điện chiều 2.1.1.3. 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 tắc 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 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)

Trong đó: Eư: sức điện động phần ứng Rư: điện trở phần ứng

2.1.1.4. Đặc tính động điện chiều

a. Đặc tính động kích từ độc lập song song U

Rf

Hình 2.2:Đường đặc tính đơng kích từ độc lập song song Đặc tính mối quan hệ hàm tốc độ momen điện từ =f(M), 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 không tải

=0 -

 = Ru kR f I u = Ru R f M

k 2

b.Đặc tính động kích từ nối tiếp

Uu

Rf E

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:

c. Đặc tính động kích từ hỗn hợp

Rf1

Rf2

Uu

ckt2

Hình 2.4:Đặc tính động kích từ hỗn hợp

Động gồm cuộn kích từ: cuộn nối tiếp cuộn song song Đặc tính động giống đặc tính động kích từ nối tiếp song song phục thuộc vào cuộn kích từ giữ vai trò định Ở động nối thuận, stđ cuộn dây chiều giữ vai trò chủ yếu cuộn song song So sánh đặc tính động kích từ hỗn hợp với nối tiếp ta thấy động kích từ hỗn hợp có tốc độ khơng tải (kho khơng tải từ thơng nối tiếp khơng từ thơng kích từ song song kháckháckhơng nên có tốc độ khơng tải) dịng tải tăng lên, từ thơng cuộn nối tiếp tác động, đặc tính mang tính chất động nối tiếp Trên hình thứ biểu diễn đặc tính n=f(I) động kích từ song song (đường 1), động kích từ nối tiếp (đường 2), động kích từ hỗn hợp nối thuận (đường 3) đặc tính động kích từ nối tiếp nối ngược (đường4) để dễ so sánh Còn hình thứ 3là đặc tính động kích từ hỗn hợp

2.1.1.5. Khởi động động chiều a. Khởi động trực tiếp

Đưa động trực tiếp vào lưới điện không qua thiết bị phụ nào, dòng khởi động xắc định công thức: Ikđ =

U dm

R (2.8)

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

b.Khởi động dùng điện trở khởi động

Mmin Mmax

Hình 2.5: 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 dòng 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 q momen khởi động khơng nhỏ q 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

2.1.1.6. 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 2.6: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 không 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 thông

Hình 2.8: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 không tăng nữa, momen điện từ động giảm

Phương pháp thực từ thông 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

2.1.1.7. 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

2.1.2. Động điện BLDC (Brushless DC motor) 2.1.2.1. 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 khác biệt hoạt động động BLDC so với động đồng nam châm vĩnh cửu khác 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 dòng 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

Động DC không chổi than BLDC (Brushles DC motor) có ưu điểm động đồng nam châm vĩnh cửu như: tỷ lệ momen/quán tính lớn, tỷ lệ công suất khối lượng cao

Do máy kích từ nam châm vĩnh cửu nên giảm tổn hao đồng sắt rotor hiệu suất động cao

Động kích từ nam châm vĩnh cửu không 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

- 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 - Mơmen 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 cơng 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

2.1.2.2. Cấu tạo động BLDC

Khácvới động chiều bình thường, động chiều khơng chổi than BLDC có phần ứng đứng yên 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

Hình 2.9: Cấu tạo động BLDC Micrichip 2.1.2.3. 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 công 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

Theo cách dán nam châm vào rotor động ta phân thành hai kiểu rotor: rotor có nam châm dán bề mặt bên ( rotor-surface-mounted magnet) dạng rotor nam châm nằm bên ( interior magnets)

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 ngồi bề mặt rotor

Máy điện có nam châm vĩnh cửu dán bề mặt rotor xem động cực từ ẩn.Thiết kế cấu trúc stator cuộn dây tương tự máy điện đồng truyền thống Nam châm vĩnh cửu đặt bề mặt rotor gắn chặt vào rotor Do nam châm có độ thẩm từ nhỏ so với sắt ảnh hưởng khe hở khơng khí lên máy lớn Thơng thường giả thiết phân tích máy điện đồng nam châm vĩnh cửu khe hở khơng khí đồng dạng

Hình 2.11:Kiểu rotor nam châm dán bề mặt

hiện tượng phản ứng phần ứng Một hệ khe hở không 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 thông 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

Động loại này, nam châm đặt bên than rotor, nam châm đặt vng góc hay chéo Máy điện có nam châm bên rotor động đồng cực lồi (Lq Ld) Do nam châm đặt bên rotor, ảnh hưởng khe hở khơng khí nhỏ nhiều so với máy điện có nam châm đặt bên ngồi rotor Đặc tính cho phép vận hành dễ dàng vùng từ trường yếu mà khó trường hợp nam châm dán mặt 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

2.1.2.4.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 (2.13) Trong đó: efA-efB điện áp cảm ứng dây efAB, viết lại efL-L

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

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)

Với : kw1 hệ số dây quấn

N1 số vòng dây quấn pha p số cặp động

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:

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 cơng 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 thơng cảm ứng từ:

f=Li dx= LiBmg (2.25)

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

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

ef0=2BmgLiv=4pnBmgLi (2.27)

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 dịng 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 Mơmen điện từ sinh có giá trị:

f. Đặc 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

Đặc tính moment- tốc độ động BLDC từ lý thuyết đến thực tế có khácbiệt:

Hình 2.13:Đặc tính moment-tốc độ lý thuyết thực tế: (a) Lý thuyết, (b) Thực tế

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

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

Hình 2.14:Giản đồ so sánh dạng sóng sin ba pha DC ba pha (a):sóng sin (b):sóng DC

Động BLDC hoạt động nguyên tác xác định vị trí rotor điều khiển dịng điện phần ứng cho phù hợp với vị trí Do động BLDC hoạt động phải có thiết bị xác định vị trí rotor Encoder cảm biến từ trường Hall Cảm biến gửi tín hiệu vị trí rotor điều khiển để đóng ngắt dịng điện DC chạy qua cuộn dây pha tương ứng với vị trí rotor lúc Đây nhược điểm hoạt động điều khiển động BLDC Tuy nhiên với nguyên tác hoạt động ta dễ dàng điều khiển vận tốc vị trí động

Hình 2.15:Sơ đồ khóa q trình đóng cắt điều khiển động BLDC

Hình 2.16: Giản đồ dòng điện tương ứng ba pha dây quấn stator b.Cảm biến vị trí rotor - Cảm biến Hall

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 thơng

góc lệch mật độ từ thông 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

Hình 2.18: Đặt cảm biến Hall bên động

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 khơng 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 khơng 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 dòng điện vào cuộn dây tương ứng Giản đồ xung kích dịng điện đóng ngắt tương ứng thể hình 2.18

Hình 2.21:Cảm biến hall gắn stator

Hình 2.22:Dạng sóng sức phản điện động pha,dây tín hiệu đưa Hall sensor

độ ngõ bám sát theo tốc độ đặt cho hệ thống Để thay đổi chiều quay ta thay đổi khóa cơng suất cho dòng 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 khơng 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 2.23: 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 đòi hỏi khóa đóng ngắt đồng với cảm biến Hall theo tần số PWM định

Hình 2.24: 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 không 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 thơng số động cơ,các giá trị điện áp dòng điện động Phương pháp địi 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 đòi 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 2.26: Đo điện áp cảm ứng điểm trung tính (a): điểm trung tính thật

(b): điểm trung tính ảo

2.2.HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Hình 2.27: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển BLDC

Hình 2.28: Cấu tạo IC MC33035

Hình 2.29: Sơ đồ khối chức IC MC33035

Trên hình 2.31 hình ảnh độ rộng xu ng IC33035

Hình 2.31: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 2.32:Điều khiển PWM theo cổng vào

Hình 2.33: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 thông tin dòng 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

2.2.2. Mạch điều khiển tốc độ động xe đạp điện

Hình 2.35: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, công suất chúng phải đủ lớn điện áp góp cần có ổn định lớn Muốn vậy, nguồn lưới điện phân phối dịng 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 không 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 2.36: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 mịn 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 khơng tạo điện ta nói hết điện Muốn sử dụng lại ta cần phải sạc ắc quy nguồn điện ngồi 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 dòng điện ngược lại cho bình ắc quy, nói cách khác sạc ắc quy

 Mạch điều hòa điện thế, giới hạn điện sạc phạm vi an toàn để ắc quy không 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 vô quan trọng phản ứng hóa học bình ắc quy Nước tinh khiết dùng để châm bình vấn để tranh cãi 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 khơ

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 ắc quy sử dụng tốt

Ắc quy 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 ắc quy 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 2.38: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 sá ng L - led đ oû saù 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

1

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 2.39: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

THIẾT KẾ XE ĐIỆN MINI BÁNH PHỤC VỤ CHO QUÃNG ĐƯỜNG DI CHUYỂN NGẮN, CÓ HỆ THỐNG HÃM ĐIỆN, THU HỒI NĂNG LƯỢNG

3.1. MỞ ĐẦU

Tình hình giao thơng nước ta diễn phức tạp Nhiều người sử dụng xe ôtô nội thành thành phố lớn bất cập việc thiếu không gian đỗ xe, nhiều nơi kiên xử lý mạnh tay trường hợp đỗ xe không nơi quy định “ nhiều có việc phải đến nơi tính phí đỗ xe theo giờ, tiền gửi nhiều tiền xăng Có hơm cịn phải th xe ơm bãi đỗ xe Thật ôtô thật phiền!’’ Xuất phát từ vấn đề em nghiên cứu với phương tiện mini để xe xe điện mini giải pháp tình

3.2 CÁC BỘ PHẬN CẦN THIẾT ĐỂ TẠO THÀNH XE ĐIỆN MINI Để thiết kế, xây dựng xe điện mini cần phận sau:

- Động điện

- Hệ thống điều chỉnh tốc độ động - Nguồn acquy nạp ắc quy 3.2.1. Động điện BLDC

Để thiết kế xe điện mini bánh em sử dụng động DC không chổi than BLDC có thơng số sau:

+ Cấp điện áp 24V sử dụng bình ắc quy 12V – 9Ah

Hình 3.1: Động BLDC 3.2.2. Bộ điều khiển.

Bộ điều chỉnh tốc độ động gồm phần chính: - Tay ga xe đạp điện

- Điều tốc xe đạp điện 3.2.2.1. Tay ga xe đạp điện.

Tay ga xe đạp điện thiết bị lắp ghi đông để người sử dụng tác động trực tiếp làm thay đổi tốc độ động truyền động thay đổi tín hiệu đưa vào điều chỉnh tốc độ động

Trên hình 3.2 ảnh tay ga xe đạp điện cịn hình 3.3 sơ đồ khối tay ga Nó gồm phận sau:

- Tay ga xe đạp điện gồm có đầu dây để nối với mạch điều chỉnh tốc độ động

Hình 3.2: Tay ga xe đạp điên

Sau sơ đồ khối tay ga xe đạp điện gồm có phận sau: - Ổn áp

- Cảm biến hall

- Khuếch đại thuật toán - Xử lý tín hiệu

Sơ đồ khối tay ga gồm có chân:

- nguồn cung cấp cho tay ga hoạt động - nối mass

Hình 3.3:Sơ đồ khối tay ga xe đạp điện

Hoạt động tay ga sau: Khi cấp điện vào chân tay ga qua ổn áp để ổn định điện áp cấp vào khâu cảm biến hall, khuếch đại thuật tốn xử lý tín hiệu Cảm biến hall có tín hiệu đầu tín hiệu tương tự đưa qua khuếch đại thuật toán để khuếch đại tín hiệu Tín hiệu từ khuếch đại đưa vào khâu xử lý tín hiệu đưa vào đầu Tín hiệu đầu tương tự lấy từ đầu khuếch đại thuật toán hoạt động với điện áp đầu tỉ lệ thuận với từ trường qua cảm biến hall Điện áp đầu xắc định theo công thức:

Trong đó: VH điện áp đầu RH điện trở

I dòng chảy qua cảm biến hall (A) t độ dày cảm biến (mm)

3.2.2.2 Điều tốc xe đạp điện

Hình ảnh điều khiển xe điện dùng mơ hình

1 Dây nguồn

2 Dây động lực động

3 Dây cảm biến hall động

4 Dây tay ga Dây tốc độ Dây phanh điện Dây cảm biến trợ lực

Hình 3.4:Điều tốc xe đạp điện 3.2.3 Bộ ắc quy nạp

Để thiết kế xe điện mini bánh em sử dụng bình ắc quy SKY- E BATERY

Trên hình 3.5 hình 3.6 hình ảnh ắc quy sky-e batery 9Ah

Hình 3.6: Ắc quy mắc nối tiếp 3.2.2.2. Bộ nạp ắc quy

Trên hình 3.6 sơ đồ nạp ắc quy 24V

Lựa chọn nạp ắc quy có thông số 24V 1A để nạp cho ắc quy

Hình 3.7: Bộ nạp ắc quy xe đạp điện

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

Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý mạch hãm thu hồi lượng 3.3.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống:

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 ắc 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

Trong đó:

- Um điện áp đầu động pha 24V

Hình 3.9: Cầu chỉnh lưu pha

- Điện áp sau chỉnh lưu max 39V, điện áp thơng qua ổn áp nạp điện cho ắc quy 30V

- 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%

Mạch điện thực tế

Hình 3.11: Mạch ổn áp 3.3.3 Các bước để hoàn thiện xe điện mini bánh: + Gia công khung xe

Khung xe gia công chắc, xử dụng sắt hộp mạ kẽm, đảm bảo chi tiết không bị biến dạng có tải trọng

Hình ảnh gia cơng khung xe sau

Hình 3.12:Gia cơng khung xe + Lắp bánh sau (động cơ) vào khung xe gia cơng

Hình 3.13: Động lắp vào khung xe gia công + Vị trí đặt ắc quy điều tốc xe

Ắc quy điều tốc đặt phía thân xe thuận tiện cho việc sửa chữa bị cố

Hình 3.15: Chân trống lắp vào xe Trên hình 3.16 hình ảnh tay ga phanh lắp vào xe

Hình 3.17: Xe điện mini bánh hoàn chỉnh Một số lưu ý lắp xe điện mini bánh

+ Chọn mua linh phụ kiện lắp ráp nơi đảm bảo uy tín, chất lượng

+ Khi lắp động lưu ý giữ cho đầu dây cố định đảm bảo q trình lắp ráp khơng bị tiếp xúc đầu dây bên động

+ Đi dây gọn gàng

+ Đảm bảo an toàn khoan, hàn…

3.3 NHỮNG LƯU Ý KHI CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG XE ĐIỆN MINI BÁNH

Trước vận hành xe nên ý chi tiết như: bình điện, tay ga, tay

- Tránh sử dụng xe nơi mưa to, ngập nước, khơng dùng vịi nước có áp suất cao để rửa, xịt trực tiếp vào xe

- Hạn chế chở tải so với tải trọng thiết kế

- Không nên vận hành xe xe chuẩn bị hết điện cố sử dụng ắc quy cạn nạp vào khó khơng tốt cho động

- Chạy xe:

Khi bắt đầu khởi động ta lên đẩy nhẹ xe phía trước để ta di chuyển xe không bị ỳ chánh bị dung lắc cho người sử dụng Khi xe vừa khởi động ta lên tăng tốc độ xe chầm chậm, không nên tức thời vặn hết ga để tránh làm hư hỏng linh kiện điện lãng phí điện Trong q trình sử dụng xe nên cố gắng phanh xe khởi động xe để tiết kiệm điện Xe thiết kế trọng tải chịu chạy xe không 80kg Khi chạy xe lên giảm bớt vào nơi sóc để đảm bảo tuổi thọ cho xe

- Dừng xe:

Khi dừng xe hay xuống xe để dắt xe ta lên tắt khóa điện để tránh vô ý vặn tay ga khiến xe khởi động gây nguy hiểm

- Giữ gìn xe hàng ngày:

Kiểm tra phận chuyển động xe có vận hành trơn chu khơng, khơng tra thêm dầu mỡ

Kiểm tra dây phanh xe xem có bị mịn, đứt khơng

Nếu thời gian dài không sử dụng xe ta nên bổ sung điện cho ắc quy để kéo dài tuổi thọ cho ắc quy

Xe nên để nơi khô tránh ẩm ướt - Kiểm tra bảo dưỡng định kỳ linh phụ kiện xe:

+ Bánh trước, sau có thích hợp khơng? + Vân lốp mịn chưa?

+ Ốc bu lông vặn chặt chưa?

+ Động cơ, bình điện, tay ga khơng tự tháo, gặp vấn đề mang đến đại lý

- Bảo dưỡng xe:

+ Không sử dụng nước máy nước phun mạnh để rửa xe đề phòng làm ướt phận điện tử dây điện xe

+ Không dùng dung dịch hay nước rửa để rửa xe đề phòng làm bề mặt phận đổi màu

- Lưu ý nạp ắc quy

+ Khi tháo bình điện tuyệt đối khơng dùng kim loại để chập vào bình, khơng trực tiếp dùng tay ướt chạm vào hai đầu điện cực, khơng có nguy hiểm

+ Cấm dựng ngược bình điện để tiến hành nạp điện, khơng ảnh hưởng nghiêm trọng bình điện

+ Khi nạp điện trước hết phải cho đầu cắm vào ổ điện, sau cắm vào đầu điện nguồn, khơng nên cắm trước đầu ổ điện sau cắm đầu nạp điện + Sau nạp điện rút đầu cắm ra, phải dùng tay nắm chặt phần đầu cắm, không nên kéo dây điện để rút

+ Không nên cắm sạc vào ổ cắm mà khơng cắm vào bình điện thời gian dài ảnh hưởng tới tuổi thọ sạc

+ Khi nạp điện, nạp điện bình điện phải để nơi khơ ráo, thơng gió, tránh xa hàng dễ cháy nổ

không phải nhân viên chuyên môn đừng tiếp xúc, dễ gây nguy hiểm

+ Thiết bị nạp điện q trình sử dụng có nhiệt độ nóng tăng dần có tiếng o o o… loại tượng bình thường, khơng phải lo lắng

KẾT LUẬN

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

- Nghiên cứu mạch hãm thu hồi lượng cho động DC BLDC

- Lắp ráp hoàn thiện xe điện mini bánh phục vụ cho quãng đường di chuyển ngắn

Tuy nhiên thời gian có hạn trình độ kinh nghiệm thân cịn nhiều hạn chế nên đề tài thực nhiều thiếu sót như:

- Thiết kế, lắp ráp xe 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 Hoàn (1995), Máy Điện, Nhà xuất Giao Thông Vận Tải

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

7 Website http://www.dientuvietnam.net

8 Website http://www.webdien.com

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