Nghiên cứu chế tạo băng thử máy phát trên ô tô có giao tiếp máy tính

Nghiên cứu chế tạo băng thử máy phát trên ô tô có giao tiếp máy tính Nghiên cứu chế tạo băng thử máy phát trên ô tô có giao tiếp máy tính Nghiên cứu chế tạo băng thử máy phát trên ô tô có giao tiếp máy tính Nghiên cứu chế tạo băng thử máy phát trên ô tô có giao tiếp máy tính Nghiên cứu chế tạo băng thử máy phát trên ô tô có giao tiếp máy tính Nghiên cứu chế tạo băng thử máy phát trên ô tô có giao tiếp máy tính

TĨM TẮT Băng thử máy phát có giao tiếp máy tính với ứng dụng phần mềm LabVIEW cịn Việt Nam Được hướng dẫn thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng, tác giả thiết kế chế tạo băng thử loại máy phát ô tô du lịch, nhằm giúp người sửa chữa ô tô, học sinh sinh viên chun ngành khí động lực có khả kiểm tra thông số kỹ thuật, đánh giá chất lượng máy phát Đó lý tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo băng thử máy phát điện tơ có giao tiếp máy tính” Các kết luận văn bao gồm: - Chế tạo băng thử máy phát có giao tiếp với máy tính - Sử dụng phần mềm LabVIEW điều khiển hiển thị kết - Kiểm tra đánh giá máy phát qua việc đo thông số đặc trưng máy phát như: Điện áp máy phát, dịng điện tải máy phát, điện áp kích từ, tốc độ máy phát - Vẽ đường đặc tuyến tải theo số vòng quay máy phát - Là tài liệu tham khảo cho sinh viên trường Đại học, Cao đẳng, Trung cấp nghề thợ sửa chữa ô tô iv ABSTRACT Alternators test bench by communication with LabVIEW software applications is relatively new in Vietnam Under the guidance of Prof Do Van Dung, author has designed and built a alternators test bench, in order to help automotive repairer, students majoring in Automotive technology have the ability to check the specifications and evaluation the quality of alternators That is reason the author choose the subject: "Researching and making automotive alternators test bench with PC communication" The result of thesis consisted: - To manufacture a alternator test bench to communicate with computer - Using LabVIEW software to control and display the results - Testing and evaluating by measure the characteristic parameters of such alternators: voltage and current alternator, excitation voltage, alternator speed - Draw the load characteristisc according to rotation of the alternator - As a reference for students of universities, colleges, vocational institutions and automotive repairer v MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Xác nhận cán hướng dẫn Lý lịch khoa học i Lời cam đoan .ii Lời cảm tạ iii Tóm tắt iv Abstract v Mục lục vi Danh sách chữ viết tắt ix Danh sách hình x Danh sách bảng xiii Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Các kết nghiên cứu 1.2.1 Kết nghiên cứu nước 1.2.2 Các sản phẩm băng thử máy phát hãng giới 1.3 Mục tiêu đối tƣợng nghiên cứu 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.3.2 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Điểm đề tài 1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu vi Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan hệ thống cung cấp điện ô tô 2.1.1 Hệ thống cung cấp điện ô tô 2.1.2 Hệ thống cung cấp điện phụ tải ô tô 2.2 Cơ sở lý thuyết máy phát điện xoay chiều ô tô 10 2.2.1 Nguyên lý máy phát điện 10 2.2.2 Máy phát điện xoay chiều kích thích nam châm vĩnh cửu 12 2.2.3 Máy phát điện xoay chiều kích thích điện từ có vịng tiếp điện 13 2.2.4 Máy phát điện xoay chiều kích thích điện từ khơng có vịng tiếp điện 17 2.2.5 Máy phát xoay chiều hai nấc điện áp 14/28V 19 2.3 Tiết chế sử dụng với máy phát xoay chiều kích từ điện 20 2.3.1 Bộ tiết chế điều chỉnh hoạt động liên tục: 20 2.3.2 Bộ tiết chế điều chỉnh hoạt động gián đoạn 21 2.4 Tiết chế vi mạch 22 2.4.1 Tiết chế vi mạch loại D 22 2.4.2 Tiết chế vi mạch loại M 23 2.4.3 Điều khiển đầu tiết chế vi mạch 24 2.5 Tính tốn chế độ tải chọn máy phát điện ô tô 31 2.6 Phần mền LabVIEW 33 2.6.1 LabVIEW 33 2.6.2 Ứng dụng LabVIEW thực tế 34 2.6.3 Lập trình với LabVIEW 35 Chƣơng THIẾT KẾ CHẾ TẠO CƠ KHÍ VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 36 3.1 Thiết kế phần cứng 36 3.1.1 Mô tả hệ thống 36 3.1.2 Sơ đồ khối hệ thống 36 3.1.3 Thiết kế vẽ khí 38 vii 3.1.4 Thiết kế phần điện 39 3.2 Lập trình điều khiển 53 3.2.1 Giao diện điều khiển LabVIEW 53 3.2.2 Sơ đồ thuật toán 54 3.3 Hoàn thiện mơ hình thực tế 56 Chƣơng THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 59 4.1 Máy phát thực tế đƣợc thí nghiệm 59 4.2 Qui trình thí nghiệm 60 4.3 Kết thí nghiệm đánh giá 70 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 71 5.1 Kết luận 71 5.2 Hạn chế 71 5.3 Hƣớng phát triển 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC 74 viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT LabVIEW : Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench – Phần mềm lập trình ngơn ngữ đồ họa AVR : Advanced Virtual RISC – Họ vi điều khiển IC : Integrated circuit – Vi mạch tích hợp AC : Alternating current – Dòng điện xoay chiều DC : Direct current – Dong điện chiều RS-232 : Recommended Standard-232 – Chuẩn giao tiếp nối tiếp thiết bị ngoại vi với máy tính DAQ : Data Acquisition ix DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 : Thiết bị thử máy phát TDQ-2B hãng Trung Quốc Hình 1.2 : Thiết bị thử máy phát Đức Hình 1.3: Thiết bị thử máy phát model FQZ-2A Trung Quốc Hình 2.1: Sơ đồ cung cấp điện tổng quát ô tô Hình 2.2: Sơ đồ phụ tải điện ô tô Hình 2.3: Nguyên lý phát điện (Nguồn: theo www.hcmute.edu.vn) .10 Hình 2.4: Nguyên lý phát điện thực tế 10 Hình 2.5: Mối quan hệ máy phát điện động điện 11 Hình 2.6: Các loại máy phát kích từ nam châm vĩnh cữu .12 Hình 2.7: Cấu tạo máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ .13 Hình 2.8: Các kiểu đấu dây cấu trúc statot, rotor máy phát điện 13 Hình 2.9: Sơ đồ kết nối máy phát ô tô 14 Hình 2.10: Đặc tính máy phát điện xoay chiều kích nam châm vĩnh cửu 14 Hình 2.11: Đặc tuyến khơng tải ứng với số vịng quay khác (a); 15 Đặc tuyến ứng với số vòng quay khác (b) 15 Hình 2.12: Đặc tuyến tải theo số vịng quay 16 Hình 2.13: Sơ đồ máy phát xoay chiều không chổi than thay đổi từ thơng 17 Hình 2.14: Các loại máy điện xoay chiều kích thích điện từ khơng có vịng tiếp điện 18 Hình 2.15: Các kiểu máy phát hai nấc điện áp 19 Hình 2.16: Đặc tính điều chỉnh máy phát 21 Hình 2.17: Sơ đồ mạch điện chân tế tiết chế vi mạch loại D 22 Hình 2.18: Sơ đồ mạch điện chân tế tiết chế vi mạch loại M 23 Hình 2.19: Mạch điện khoá điện trạng thái ON 24 Hình 2.20: Mạch điện máy phát phát điện 25 Hình 2.21: Mạch điện điện áp máy phát cao điện áp hiệu chỉnh 26 x Hình 2.22: Mạch điện Rotor bị đứt 27 Hình 2.23: Mạch điện Rotor bị ngắn mạch 28 Hình 2.24: Mạch điện cực S bị ngắt 29 Hình 2.25: Mạch điện cực B bị ngắt 30 Hình 2.26: Mạch điện chân F nối mát 31 Hình 2.27: Các lĩnh vực ứng dụng LabVIEW 34 Hình 2.28: Mã nguồn viết LabVIEW 35 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển mơ hình băng thử máy phát 37 Hình 3.2: Bản vẽ thiết kế 3D băng thử máy phát .38 Hình 3.3: Bố trí thiết bị băng thử 39 Hình 3.4: Card NI 6009 39 Hình 3.5: Sơ đồ khối bên card NI6009 41 Hình 3.6: Thứ tự chân chức NI6009 .41 Hình 3.7: Các thành phần kết nối với NI6009 42 Hình 3.8: Hình dáng biến tần ACS350 .43 Hình 3.9: Sơ đồ phần cứng kết nối biến tần dòng ACS350 .44 Hình 3.10: Sơ đồ kết nối mạch động lực 45 Hình 3.11: Hình dạng sơ đồ khối cảm biến dịng ACS7656-050B-PFF-T 45 Hình 3.12: Sơ đồ kết nối mạch cảm biến dòng ACS756 46 Hình 3.13: Bóng đèn dùng làm tải 47 Hình 3.14: Mạch điện đấu nối tải 15 cấp .48 Hình 3.15: Mơ hình thực tạo tải 15 cấp 48 Hình 3.16: Lưu đồ thuật toán điều khiển tải 49 Hình 3.17: Board mạch Atmega8 51 Hình 3.18: Nguyên lý mạch vi điều khiển 51 Hình 3.19: Mạch điện kết nối máy phát 52 Hình 3.20: Mạch điều khiển tải ngõ 52 Hình 3.21: Giao diện LabVIEW .53 Hình 3.22: Sơ đồ thuật toán điều khiển đo lường máy phát LabVIEW .54 xi Hình 3.23: Sơ đồ thuật tốn đo áp dịng máy phát, đo dịng kích từ 55 Hình 3.24: Bên tủ điện điều khiển 56 Hình 3.25: Bộ phận gá máy phát 57 Hình 3.26: Mơ hình băng thử máy phát điện 58 Hình 4.1: Các loại máy phát thí nghiệm 59 Hình 4.2: Motor ngừng quay, chưa tải 62 Hình 4.3: Đèn báo sạc sáng 62 Hình 4.4: Tốc độ máy phát 780 rpm, dịng kích từ 3A, điện áp 12.4V 63 Hình 4.5: Tốc độ máy phát 3655 rpm, dịng kích từ 0.5A 63 Hình 4.6: Đèn báo sạc tắt, máy phát làm việc 64 Hình 4.7: Điện áp 12.8V, dòng tải 5.1A 64 Hình 4.8: Bóng đèn tải bật sáng .65 Hình 4.9: Điện áp 12.4, dịng đo 9.6A 65 Hình 4.10: Điện áp 12.2V, dịng tải 14.1A .66 Hình 4.11: Điện áp 12.1V, dòng tải 18.5A 66 Hình 4.12: Điện áp 12.1V, dịng tải 22.8A 67 Hình 4.13: Điện áp 12.5V, dịng tải 27.1A 67 Hình 4.14: Điện áp 12.1V, dòng tải 31.6A 68 Hình 4.15: Điện áp 12.1V, dịng tải 35.9A 68 Hình 4.16: Điện áp 12.3V, dịng tải 40.3A 69 Hình 4.17: Điện áp 12.1V, dòng tải 43.0A 69 xii DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Các bước tính tốn chế độ tải chọn máy phát điện ô tô .32 Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật Card NI 6009 40 Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật biến tần ACS350-01E-04A7-2 ABB 43 Bảng 3.3: Thông số hoạt động ACS756SCA-050B-T .46 Bảng 3.4: Bảng thật 16 trạng thái ngõ điều khiển tải 50 Bảng 4.1: Bảng giá trị điện áp cường độ dòng điện cấp tải .70 xiii Đèn báo sạc tắt, máy phát quay (cơng tắc máy mở) Hình 4.6: Đèn báo sạc tắt, máy phát làm việc Ngắt nguồn ắc qui 12V cấp cho máy phát, điện áp đo lúc 13.8V Nếu máy phát tốt, điện áp dao động khoảng 13.8V – 14.2V, điều có tiết chế máy phát tốt Tải bật cấp 1, dòng điện ngõ 4.8A Hình 4.7: Điện áp 12.8V, dịng tải 5.1A 64 Bóng đèn tải bật sáng: Hình 4.8: Bóng đèn tải bật sáng Tăng tải lên cấp 2, dòng tải 9.6A, tải thơ nên đồ thị cị chuyển mức từ 5.1A lên 9.6A Hình 4.9: Điện áp 12.4V, dịng tải đo 9.6A 65 Tiếp tục tăng tải lên cấp dịng đo tăng theo, hình dịng tải 14.1A Hình 4.10: Điện áp 12.2V, dịng tải 14.1A Tiếp tục tăng tải lên cấp 4, dòng tải lúc 18.5A Hình 4.11: Điện áp 12.1V, dịng tải 18.5A 66 Tiếp tục tăng tải lên cấp 5, dòng tải lúc 22.8A Hình 4.12: Điện áp 12.1V, dòng tải 22.8A Tiếp tục tăng tải lên cấp 6, dịng tải lúc 27.1A Hình 4.13: Điện áp 12.5V, dòng tải 27.1A 67 Tiếp tục tăng tải lên cấp 7, dòng tải lúc 31.6A Hình 4.14: Điện áp 12.1V, dịng tải 31.6A Tiếp tục tăng tải lên cấp 8, dòng tải lúc 35.9A Hình 4.15: Điện áp 12.1V, dịng tải 35.9A 68 Tiếp tục tăng tải lên cấp 9, dòng tải lúc 40.3A Hình 4.16: Điện áp 12.3V, dòng tải 40.3A Tiếp tục tăng tải lên cấp 10, dịng tải lúc 43.0A Hình 4.17: Điện áp 12.1V, dòng điện tải 43.0A 69 Tiếp tục tăng tải lên cấp 11, hết mức tải định mức băng thử Máy phát hoạt động tốt Bảng 4.1: Bảng giá trị điện áp cường độ dòng điện cấp tải Cấp tải Điện áp Cường độ dòng điện 12.8V 5.1A 12.4V 9.6A 12.2V 14.1A 12.1V 18.5A 12.1V 22.8A 12.5V 27.1A 12.1V 31.6A 12.1V 35.9A 12.3V 40.3A 10 12.1V 43.0A 11 - 15 Uđm = 12.1V-13.0V Iđm = 50A Với kết đo ta kiểm tra đầy đủ thông số kỹ thuật máy phát: Điện áp máy phát, dòng tải máy phát, dịng kích từ, cơng suất, số vịng quay Từ thông số ta dễ dàng đánh giá tình trạng kỹ thuật máy phát 70 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận: Qua đề tài nghiên cứu chế tạo băng thử máy phát điện tơ có giao tiếp máy tính Dựa các kiế n thức trang bi ̣ôtô cũng các kiế n thức liên quan đế n đề tài mà tác giả hoàn thành nhiệm vụ đề tài đề Trong trình thực luận văn tốt nghiệp, với cố gắng thân, quan tâm hướng dẫn thầy hướng dẫn, người thực đề tài hoàn thành nội dung đề tài thực công việc sau: - Chế tạo thành cơng băng thử máy phát có giao tiếp máy tính - Thực nghiệm loại máy phát điện thơng dụng dịng xe du lịch hãng Toyota - Kiểm tra, đánh giá thông số kỹ thuật đặc trưng máy phát - Cho phép vẽ đường đặc tuyến tải theo số vòng quay 5.2 Hạn chế: Bên cạnh kết đóng góp đề tài cịn mặc hạn chế với đề tài mới, chi phí chế tạo thấp so với thiết bị tương tự chế tạo nước Đề tài thành công công cụ hỗ trợ đắc lực cho việc dạy học thực hành trường Đại học, Cao đẳng, Trung cấp nước Trong cịn số hạn chế tồn sau: - Do hạn chế thời gian kinh tế nên tác giả nghiên cứu chế tạo băng thử máy phát điện dòng xe du lịch (máy phát hãng Toyota) - Chưa thử nghiệm dịng máy phát có cơng suất lớn 1000 W - Chưa thực việc kiểm tra mạch chỉnh lưu diode máy phát 71 5.3 Hƣớng phát triển: Trong thời gian tới, đề tài phát triển theo hướng sau: - Nghiên cứu hệ thống cung cấp điện loại xe tải, xe khách - Tiến hành thực nghiệm máy phát có công suất lớn, loại máy phát hãng xe khác - Băng thử có khả chẩn đốn hư hỏng phận khí như: chổi than, chỉnh lưu… - Tiếp tục nghiên cứu tài liệu hãng nước nhằm hoàn thiện thêm tính cho băng thử 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [01] PGS.TS Đỗ Văn Dũng, “Trang bị điện điện tử ô tô đại”, Nxb Đại học quốc gia Tp.HCM, năm 2004 [02] TS Nguyễn Bá Hải, “Lập trình LabVIEW trình độ bản”, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, 2011 [03] Lê Đắc Đại - Hồ Trường Thạnh, “Ứng dụng LabVIEW giao tiếp PC hệ thống điều khiển động 2009” [04] Ngô Diên Tập, “Kỹ Thuật Vi Điều Khiển Với AVR”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội – 2003 [05] http://www.labview.hocdelam.org Tìm hiểu lập trình LabVIEW bản, nâng cao [06] PGS.TS.Đỗ Văn Dũng, “Điện động điều khiển động cơ”, Nxb Đại học quốc gia Tp.HCM, năm 2013 [07] Đinh Ngọc Ân “Trang bị điện ô tô máy kéo” Nhà xuất giáo dục, năm 1993 TIẾNG NƢỚC NGOÀI [08] B.H Nguyen, J.H Ryu “Direct Current Measurement Based Steer-By-Wire Systems for Realistic Driving Feeling” Proceedings of the IEEE International Symposium on Industrial Electronics 2009, Seoul, Korea [09] JEFFREY Travis and JIM Kring, LabVIEW For Everyone Graphical Grogrammimg Made Easy and Fun, Third Edition, Prentice Hall, Tháng 7/2006 [10] http://www.Autoshop10.com [11] http://www.ni.com [12] http://www.karindustries.com [13] http://www.jimcotest.com 73 PHỤ LỤC Chƣơng trình điều khiển tải viết C phần mềm CodeVision AVR #include // Declare your global variables here void main(void) { PORTB=0x00; DDRB=0xFF; PORTC=0x00; DDRC=0x00; PORTD=0x00; DDRD=0xFF; // Timer/Counter initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer Stopped TCCR0=0x00; TCNT0=0x00; // Timer/Counter initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer1 Stopped // Mode: Normal top=0xFFFF // OC1A output: Discon // OC1B output: Discon // Noise Canceler: Off // Input Capture on Falling Edge // Timer1 Overflow Interrupt: Off // Input Capture Interrupt: Off 74 // Compare A Match Interrupt: Off // Compare B Match Interrupt: Off TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00; // Timer/Counter initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer2 Stopped // Mode: Normal top=0xFF // OC2 output: Disconnected ASSR=0x00; TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; // External Interrupt(s) initialization // INT0: Off // INT1: Off MCUCR=0x00; // Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x00; // USART initialization // USART disabled 75 UCSRB=0x00; // Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off // Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80; SFIOR=0x00; // ADC initialization // ADC disabled ADCSRA=0x00; // SPI initialization // SPI disabled SPCR=0x00; // TWI initialization // TWI disabled TWCR=0x00; while (1) { switch(PINC) { case 0x00: PORTB=0x00; PORTD=0x00; break; case 0x01: PORTB=0x01; PORTD=0x00; break; case 0x02: 76 PORTB=0x03; PORTD=0x00; break; case 0x03: PORTB=0x07; PORTD=0x00; break; case 0x04: PORTB=0x0F; PORTD=0x00; break; case 0x05: PORTB=0x1F; PORTD=0x00; break; case 0x06: PORTB=0x3F; PORTD=0x00; break; case 0x07: PORTB=0x7F; PORTD=0x00; break; case 0x08: PORTB=0xFF; PORTD=0x00; break; case 0x09: PORTB=0xFF; PORTD=0x01; break; case 0x0A: 77 PORTB=0xFF; PORTD=0x03; break; case 0x0B: PORTB=0xFF; PORTD=0x07; break; case 0x0C: PORTB=0xFF; PORTD=0x0F; break; case 0x0D: PORTB=0xFF; PORTD=0x1F; break; case 0x0E: PORTB=0xFF; PORTD=0x3F; break; case 0x0F: PORTB=0xFF; PORTD=0x7F; break; default: break; } } } Khi ngõ vào thay đổi trạng thái ngõ thay đổi theo bảng 3.4 Các ngõ dùng để kích relay đóng tải đèn tương ứng 78 ... nghiên cứu, thiết kế, chế tạo chuyển giao thiết bị mới”, ThS Lê Văn Điện (Trường cao đẳng giao thông vận tải III) nghiên cứu chế tạo thành công băng thử máy phát điện xoay chiều xe ô tô Băng thử máy. .. tiện Giao tiếp máy tính thiết bị máy móc dùng sản xuất công nghiệp ứng dụng phổ biến dùng dạy học cịn hạn chế Vì vậy, đề tài ? ?nghiên cứu chế tạo băng thử máy phát điện AC có giao tiếp với máy tính. .. điện tơ có giao tiếp với máy tính với ứng dụng phần mềm LabVIEW Băng thử máy phát có giao tiếp máy tính dùng để thực thí nghiệm nhằm đo thơng số đặc trưng máy phát qua vẽ đường đặc tuyến máy phát