Động cơ điện Induction motor trên xe điện và xe lai Phần I: Tổng quan về các loại động cơ điện trên ô tô điện và ô tô lai. Phần II: Cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tính, ứng dụng của động cơ Induction trên ô tô. Phần III: Kết luận1.1. Quá trình phát triển động cơ điện
LỜI NÓI ĐẦU Nền kinh tế nước ta phát triển với tốc độ cao, kéo theo gia tăng mạnh mẽ nhu cầu lượng Đây vấn đề đặt nhiều thách thức lớn mà nguồn lượng sơ cấp than đá, dầu khí…đang cạn kiệt Đó mối đe dọa cho phát triển ngành cơng nghiệp khí ơtơ Trong tương lai khơng xa, khái niệm ơ-tơ hồn tồn thay đổi Khơng cịn bình xăng động đốt nữa, ô-tô truyền động động điện Cuối kỷ 19 ô tô điện sử dụng rộng rãi thành phố lớn, taxi New York xe ô tô điện Thế kỷ 20 ô tô điện gần biến cạnh tranh với xe động đốt Thế kỷ 21 sứ mệnh lặp lại với ô tô điện, xe xanh, tiết kiệm thơng minh tơ điện Xe điện không xuất đời sống dân sinh mà xuất lĩnh vực: Xe quân đảm bảo tính bí mật, Xe F1 hybrid, giải đua F1 cho xe điện Dự báo năm 2030 lượng xe điện bán châu Âu chiếm 95% Xe điện xu tất yếu giải pháp hiệu toán an tồn giao thơng, mơi trường lượng Tại Việt Nam, tơ điện vào Việt Nam có vài đặc điểm như: Thị trường: người Việt Nam thích cơng nghệ nhiều hơn, mà tơ điện loại xe thông minh nên người dùng quan tâm nhiều Từ vấn đề em định hướng lựa chọn tiểu luận: “Động điện Induction motor xe điện xe lai” Nội dung đồ án gồm phần: - Phần I: Tổng quan loại động điện ô tô điện ô tô lai - Phần II: Cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tính, ứng dụng động Induction ô tô - Phần III: Kết luận Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày ….tháng … năm 2 PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRÊN Ô TÔ ĐIỆN VÀ ÔTÔ LAI 1.1 Quá trình phát triển động điện Dựa tượng cảm ứng điện từ, Jedlik (nhà nghiên cứu vật lý người Hungary) chế tạođộng điện vào năm 1828 Kể từ đó, loại máy móc sử dụng điện đời, có thủy tổ ơ-tơ điện lúc đầu “cỗ máy có bánh xe biết chạy” Gần bảy mươi năm sau phát minh Jedlik, ô-tô điện mang dáng vẻ đại chế tạo Thomas Parker vào năm 1895 (H 1-a) Ơ-tơ điện nhanh chóng bước vào thời đại hoàng kim năm đầu kỷ 20 Ơ-tơ điện chạy êm, dễ dàng điều khiển với phụ nữ, sẽ, lại không gây tiếng ồn Nếu bước lên cỗ máy thời gian quay lại năm 1905, thấy ô-tô điện cá nhân taxi điện đường thành phố lớn Mỹ châu Âu Nhưng thời đại hồng kim khơng kéo dài lâu Ơ-tơ dùng động đốt ồn thải khí nhiều chất độc hại, lại có ưu vượt trội tốc độ độ dài hành trình 1.2 Phân loại Các loại động sử dụng cho ô tô điện 1.2.1 Động chiều (DC Motor) Động chiều có ưu điểm bật dễ điều khiển Khi công nghệ bán dẫn kỹ thuật điều khiển chưa phát triển, động chiều lựa chọn hàng đầu cho ứng dụng cần điều khiển tốc độ, mômen Nhược điểm loại động cần vành góp, chổi than, có tuổi thọ thấp, địi hỏi bảo trì, bảo dưỡng thường xun, khơng phù hợp với điều kiện nóng ẩm, bụi bặm Khi cơng nghệ bán dẫn kỹ thuật điều khiển phát triển mạnh, động chiều dần bị thay loại động khác 1.2.2 Động không đồng (Induction Motor – IM) Động IM có ưu điểm giá thành thấp, thông dụng, dễ chế tạo Với kỹ thuật nay, hồn tồn thực thuật tốn điều khiển vector tiên tiến cho động IM, đáp ứng yêu cầu công nghệ cần thiết Nhược điểm động IM có hiệu suất thấp Các hãng xe Hoa Kỳ GM phần lớn sử dụng động IM làm động truyền động, lý xe Mỹ chủ yếu chạy đường cao tốc, khoảng cách dài, đường đô thị rộng thống; động IM phát huy tối đa hiệu suất mình, tổn thất không lớn Ở Việt Nam, đường chủ yếu nhỏ, hẹp, đông đúc, xe thường chạy tốc độ thấp hay phải dừng, đỗ Với chế độ hoạt động vậy, động IM phải thường xuyên chạy tốc độ định mức gây hiệu suất thấp, hạn chế đáng kể quãng đường cho lần nạp ắc quy 1.2.3 Động từ trở đồng (Synchronous Reluctance Motor – SynRM) Động SynRM có cấu trúc stator giống động xoay chiều thông thường với dây quấn lõi sắt từ Rotor động thiết kế gồm lớp vật liệu từ tính phi từ tính đan xen ta thấy hình Cấu trúc khiến cho từ trở dọc trục từ trở ngang trục động khác nhau, sinh mômen từ trở làm động quay 1.2.4 Động từ trở thay đổi (Switched Reluctance Motor – SRM) Động SRM có cấu tạo rotor stator có dạng cực lồi, stator có dây quấn tương tự dây quấn kích từ động chiều, rotor khối sắt, khơng có dây quấn hay nam châm Với cấu tạo đặc biệt này, SRM bền vững khí, cho phép thiết kế dải tốc độ cao, lên tới hàng chục nghìn vịng / phút Ngun lý hoạt động động sau: dây quấn stator kích từ (gần giống động bước – stepping motor), lực từ trường tác dụng lên rotor làm quay từ vị trí có từ trở lớn (vị trí lệch trục) đến vị trí có từ trở nhỏ (vị trí đồng trục) Mạch từ động làm việc vùng tuyến tính vùng bão hịa nên ta sử dụng tối đa khả vật liệu từ, động SRM có tỉ lệ cơng suất khối lượng (kích thước) lớn 1.2.5 Động chiều không chổi than (Brushless DC motor – BLDC motor) Động BLDC thực tế loại động đồng nam châm vĩnh cửu Điểm khác biệt so với động đồng khác sức phản điện động (back-EMF) động có dạng hình thang cấu trúc dây quấn tập trung (các loại khác có dạng hình sin cấu trúc dây quấn phân tán) Dạng sóng sức phản điện động hình thang khiến cho động BLDC có đặc tính giống động chiều, mật độ công suất, khả sinh mômen cao, hiệu suất cao 1.2.6 Động đồng nam châm vĩnh cửu chìm (Interior Permanent Magnet Motor – IPM motor) Động IPM có ưu gần tuyệt đối ứng dụng cho ô tô điện Động nam châm vĩnh cửu thơng thường có nam châm gắn bề mặt rotor (SPM) vốn có đặc tính điều khiển tốt Động IPM có nam châm gắn chìm bên rotor (hình 9), dẫn tới khác biệt điện cảm dọc trục điện cảm ngang trục (hình 10), từ tạo khả sinh mômen từ trở (Reluctance Torque) cộng thêm vào mômen vốn có nam châm sinh (Magnet Torque) ta thấy hình 11 Đặc tính khiến động IPM có khả sinh mơmen cao, đặc biệt phù hợp cho ô tô điện Mặt khác, động IPM có phản ứng phần ứng mạnh, dẫn tới khả giảm từ thông mạnh, cho phép nâng cao vùng điều chỉnh tốc độ, làm việc tốt vùng II phân tích mục 2c phía 1.2 Động hybrid cần hiểu động hybrid - xăng lại điện giải pháp để đáp ứng đòi hỏi khắt khe nước phát triển tiêu chuẩn khí thải, mức tiêu thụ nhiên liệu Hybrid có nhiều loại loại lắp Corolla Cross dạng dễ sử dụng "lành" tính Sau hybrid, ngành cơng nghiệp ơtơ cịn có xe chạy điện, pin nhiên liệu, hydro cách khác để bảo vệ môi trường Xe hybrid xuất từ năm 1997 hình cấu tạo hệ thống động hybrid corolla Về cấu tạo, xe chạy động xăng thông thường kết nối động với cấu truyền động làm quay bánh xe, với động hybrid, cấu có thêm mơtơ điện chia sẻ nhiệm vụ với động xăng Để cấu hoạt động trơn tru cần có thêm phận hỗ trợ khác đổi điện, chia công suất, giảm tốc môtơ đặc biệt khối pin nguồn cung cấp lượng cho môtơ điện PHẦN II: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, ĐẶC TÍNH, ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ INDUCTION TRÊN Ô TÔ 2.1 Định nghĩa Induction motor: Động cảm ứng loại động điện phổ biến sử dụng cơng nghiệp sử dụng hầu hết thứ, từ thang máy, thang cuốn, máy bơm, quạt, băng tải, v.v Bất thứ cần di chuyển tịa nhà sử dụng động Chúng phổ biến chúng tương đối rẻ, hiệu quả, dễ cài đặt kiểm sốt, bảo trì thấp hoạt động nhiều năm 10 2.2 Các phận động cảm ứng Trước hết có phần thân chính, khung Phần bắt vít xuống sàn vào khung Khung nơi thứ bắt vít vào kết nối với nhau, điểm tham chiếu trung tâm Nó vỏ cho stator Stato gọi stato đứng yên Bên stato, bạn có tất cuộn dây, chúng quấn quanh rãnh bên stato, xem xét kỹ điều sau Nhưng cuộn dây quấn quanh bên khung stato, thành nhiều vòng quanh chu vi bên stato, dòng điện chạy qua cuộn dây Khi dòng điện chạy qua nó, tạo từ trường điều khiến động quay Chạy qua tâm động cuộn dây rôto Đây trục có gắn cuộn cảm Cuộn cảm bị ảnh hưởng từ trường, điều làm cho quay Khi quay, quay trục, trục mà gắn vào mặt học điều cung cấp lượng học mà sử dụng để di chuyển thứ Chúng tơi xem xét điều sau giây 11 Ngồi cịn có vịng bi đầu, kết nối với trục Chúng phù hợp với bên chắn cuối Các ổ trục đảm bảo trục quay trơn tru có ma sát tối thiểu Rõ ràng trục quay với vận tốc góc lớn Sau đó, đầu có chắn cuối, chắn bắt vít vào khung vịng bi nằm bên Chúng bảo vệ bên động khỏi hạt bên xâm nhập vào phận quay Họ cố định thứ để đảm bảo rơto, quay, vị trí khơng bay ngồi bắt đầu chạm vào stato cuộn dây, v.v Sau đó, phía sau, có quạt, bắt vít trực tiếp vào đầu trục Khi trục quay, quạt Trục quay nhanh quạt quay nhanh Đây đặc điểm quan trọng thiết kế động Quạt hút khơng khí xung quanh vào đưa vào cánh quạt sau ép khơng khí bên ngồi quạt, để lấy phần nhiệt 12 Các cánh tản nhiệt nhô hết xung quanh vỏ động cơ, dẫn phần nhiệt khỏi tâm Chúng hoạt động cách tăng diện tích bề mặt vỏ điều giúp hút phần nhiệt không mong muốn ngồi cho phép nguội Nếu khơng, làm chảy lớp cách điện cuộn dây gây ngắn mạch làm chết động Bạn thấy từ hình ảnh nhiệt, mát nhiều nơi khơng khí vào (ngồi bên trái) Có chút điểm nóng phần lại vỏ máy ấm lên nhiệt tạo dòng điện qua cuộn dây đồng bên Cuối cùng, phía sau, chúng tơi có phận bảo vệ quạt, điều thực để bảo vệ quạt bảo vệ bạn ngăn bạn cắt ngón tay Nhìn vào rơto, loại rơto biết đến loại lồng sóc Đó đề cập đến dẫn điện chạy dọc theo chiều dài Nó đặt tên trơng giống lồng mà bạn nhốt sóc vào… Tơi đốn? Ngày trước, họ định gọi lồng sóc Khung lồng sóc có dẫn chạy từ đầu sang đầu Chúng thường làm từ đồng nhôm Chúng có vịng cuối gắn vào hai điều làm ngắn nó, tạo mạch điện điều cho phép dịng điện cảm ứng chạy qua Điều tạo từ trường riêng cảm ứng rôto Từ trường bên rôto bị đẩy lùi từ trường stato Các lực đối nghịch làm cho rô to quay để cố gắng thoát khỏi lực Các kỹ sư nhận 13 họ tiếp tục chuyển động từ trường rơto tiếp tục chuyển động đi, khai thác lượng để điều khiển máy bơm quạt Kẹp vòng cuối sắt dát mỏng Chúng dày nửa milimet Chúng để tăng cường từ trường, chúng làm giảm dòng điện xốy Bạn nhận thấy cuộn cảm không thẳng, chúng bị lệch Điều thiết kế để tăng mơ-men xoắn Có độ xiên tối đa mà bạn đặt góc độ xiên phụ thuộc vào thiết kế động 2.3 nguyên lý làm việc Khi bạn cho dòng điện chạy qua dây dẫn, biết tạo từ trường xung quanh Điều thay đổi hướng với dòng điện xoay chiều cường độ từ trường thay đổi theo dịng điện thay đổi giá trị cực đại cực tiểu sóng sin Khi đạt đến đỉnh, cường độ tối đa sau qua vạch 0, cường độ tối thiểu, sau đạt cực đại lại đỉnh thấp Chu kỳ lặp lại liên tục 100 lần giây 50Hz 120 lần giây 60Hz Bây giờ, bạn thêm nhiều dây với kết nối với pha, bạn quấn dây, tạo từ trường mạnh nhiều khuếch đại từ trường Vì vậy, quấn loạt dây với sau cho dịng điện chạy qua chúng, tất từ trường cộng lại với bạn có từ trường thực mạnh 14 Nếu lấy vỏ động stato tạo hai cuộn dây, đặt chúng đối diện stato, sau chúng tơi kết nối chúng với cho dòng điện chạy qua chúng, điều tạo cực bắc cực nam Điều lật hai cuộn dây qua chu kỳ bước sóng Nếu sau lấy nguồn cung cấp ba pha kết nối cuộn dây với pha khác đặt cuộn dây quay 120 độ so với cuộn trước đó, xung quanh bên stato, số cuộn dây đạt công suất cực đại chúng mức khác thời gian đến cuộn dây khác Sóng hình sin cho biết cuộn dây đạt đến cường độ cực đại, cực tiểu theo thứ tự Điều có nghĩa điểm từ trường cực đại chuyển động xung quanh stato từ cuộn dây sang cuộn dây tiếp theo, điều gây từ trường quay đặt rơto trung tâm nó, rơto liên tục bị ép quay Sau đó, chúng tơi gắn máy bơm quạt vào rôto sử dụng chúng để làm việc cho 15 Phần III: Kết luận - phiên hybrid tiết kiệm khoảng gần nửa so với xăng có điều kiện vận hành (người lãi, quãng đường, số km ) Quan trọng hơn, tiêu thụ nhiên liệu, nên lượng khí phát thải mơi trường 16 ... QUAN VỀ CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRÊN Ô TÔ ĐIỆN VÀ ÔTÔ LAI 1.1 Quá trình phát triển động điện Dựa tượng cảm ứng điện từ, Jedlik (nhà nghiên cứu vật lý người Hungary) chế tạođộng điện vào năm 1828 Kể... lượng cho môtơ điện PHẦN II: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, ĐẶC TÍNH, ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ INDUCTION TRÊN Ô TÔ 2.1 Định nghĩa Induction motor: Động cảm ứng loại động điện phổ biến sử dụng cơng nghiệp... thường kết nối động với cấu truyền động làm quay bánh xe, với động hybrid, cấu có thêm môtơ điện chia sẻ nhiệm vụ với động xăng Để cấu hoạt động trơn tru cần có thêm phận hỗ trợ khác đổi điện, chia