(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu chế tạo băng thử máy phát trên ô tô có giao tiếp máy tính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN CƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BĂNG THỬ MÁY PHÁT TRÊN Ơ TƠ CĨ GIAO TIẾP MÁY TÍNH S K C 0 9 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 602546 S KC 0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN CƢƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BĂNG THỬ MÁY PHÁT TRÊN Ô TƠ CĨ GIAO TIẾP MÁY TÍNH NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 602546 Hướng dẫn khoa học: PGS TS ĐỖ VĂN DŨNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2014 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ tên: Nguyễn Văn Cương Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 10-08-1984 Nơi sinh: Hải Dương Quê quán: Thanh Hà – Hải Dương Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: Số 35 Bùi Văn Hòa – P Long Bình – Biên Hịa - Đồng Nai Điện thoại di động: 0914190196 E mail: lycuong84.cko@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Thời gian 2003 - 2008 2011 - 2013 Nơi học tập Công việc đảm nhiệm Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật, Tp Hồ Chí Minh Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật, Tp Hồ Chí Minh Sinh viên đại học Học viên cao học III Q TRÌNH CƠNG TÁC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 03/2009 Tổng cơng ty GTVT Sài Gịn Nhân viên kiểm tra chất lượng 10/2009 Công ty TNHH VMEP Việt Nam Nhân viên phòng kĩ thuật 07/2011 Trường CĐ nghề số 8/BQP Giáo viên i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 04 năm 2014 Ký tên Nguyễn Văn Cƣơng ii LỜI CẢM TẠ Với khoảng thời gian hai năm học Cao học trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, tơi tích lũy nhiều kiến thức bổ ích nâng cao khả tự nghiên cứu chuyên môn nghiệp vụ tinh thần làm việc sau - Luận văn hoàn thành tốt, xin chân thành gởi lời cảm ơn đến Thầy PGS TS Đỗ Văn Dũng tận tình giảng dạy hướng dẫn chuyên môn, giúp xác định hướng để tơi hồn thành luận văn - Tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn đến thầy khoa khí động lực trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập trình làm luận văn - Quý thầy phản biện đề tài giành thời gian đọc đóng góp ý kiến quý báu giúp đề tài hoàn thiện - Cảm ơn bậc sinh thành, người thân gia đình nguồn động viên cho tơi suốt q trình học tập, phấn đấu Một lần xin chân thành cảm ơn với tất lịng Học viên thực Nguyễn Văn Cƣơng iii 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 Hồn 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 Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Chúng ta sống kỷ tri thức khoa học kỹ thuật tiên tiến Hiện nay, khoa học công nghệ cao khẳng định vị trí tất mặt đời sống người Với tốc độ phát triển nhanh chóng vậy, nhiều sản phẩm cơng nghệ cao chế tạo ngày nhỏ tinh vi Sự đời vi xử lý làm việc với tốc độ cao, xác ứng dụng nhiều lĩnh vực để đáp ứng nhu cầu xã hội Cùng với xu hướng phát triển khoa học kỹ thuật cơng nghệ cơng nghiệp ô tô phát triển không ngừng Từ năm 80 kỷ XX, công nghệ điện tử ứng dụng ô tô thay cấu điều khiển khí Qua nhiều thập niên điện tử trở thành nhân tố quan trọng thiếu ô tô Để đạt tính ấy, động trang bị nhiều cảm biến để thu thập thông tin dạng điện áp chuyển ECU Bộ ECU xử lý hay “tính tốn” liệu nhập vào để thực định hồn thành chức đầu Nó khơng giúp động tơ điều khiển xác mà cịn làm giảm nhiểm mơi trường, tiết kiệm nhiên liệu, tăng công suất động Song song với việc đại hố tơ ngày hồn hảo vấn đề bảo trì, chẩn đoán, sửa chữa ngày phức tạp Với ô tô đại ngày lượng liệu điều khiển xe ngày nhiều nên việc chẩn đoán sửa chữa theo phương pháp thủ công trở nên khó khăn Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo thiết bị, máy móc kiểm tra, chẩn đốn, giúp cho việc kiểm tra phát hư hỏng ơtơ cách nhanh chóng, kịp thời kinh tế nhu cầu cần thiết Trên thị trường nước ngồi có nhiều thiết bị, máy móc kiểm tra chẩn đốn tơ Một số có băng thử máy phát, thiết bị có giá thành cao nên với kinh phí trường học, garage khó tiếp cận trang thiết bị Từ động lực này, tác giả tập trung vào nghiên cứu chế tạo băng thử máy phát 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 phục vụ việc giảng dạy, nghiên cứu học tập cho giáo viên học sinh Mặt khác, chương trình giao tiếp cho phép người sử dụng thay đổi tải máy phát cách tuyến tính tự động v.v Ngồi ra, chương trình giao tiếp cho phép người sử dụng tạo pan băng thử, giúp thuận tiện việc dạy học 1.2 Các kết nghiên cứu 1.2.1 Kết nghiên cứu nƣớc Hiện sản phẩm băng thử máy phát điện, máy đề có vài cơng ty chun sản xuất cung cấp thiết bị trường học gồm: Tân Phát, Gamma Các sản phẩm đa dạng gồm nhiều chủng loại hầu hết thiết bị nhập ngoại Năm 2011, với hỗ trợ Trung tâm thiết kế chế tạo thiết bị TP.HCM (Neptech) chương trình “Hỗ trợ nâng cao lực 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 phát thiết bị cho phép tạo tải tạo tải cho máy phát, điều khiển tốc độ dẫn động máy phát phạm vi mong muốn nhằm khảo sát đầy đủ tính kỹ thuật máy phát điện Băng thử máy phát điện xoay chiều xe tơ gắn bốn loại máy phát phổ biến Việt Nam với công suất khác Băng thử tải cịn có mạch điều khiển tương tác hiển thị thơng số hình máy tính Băng thử tải không thiết bị thử máy phát trước đo thông số thời điểm, mà đo lúc từ - thông số vẽ đồ thị trực tiếp máy tính Thay sử dụng động điện ba pha kết hợp với biến tần làm nguồn dẫn động, băng tải sử dụng động đốt nên sử dụng giảng dạy cho sinh viên bị cúp điện 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, dòng tải đo 9.6A 65 Tiếp tục tăng tải lên cấp dòng đo tăng theo, hình dịng tải 14.1A Hình 4.10: Điện áp 12.2V, dòng tải 14.1A Tiếp tục tăng tải lên cấp 4, dịng tải lúc 18.5A Hình 4.11: Điện áp 12.1V, dòng tải 18.5A 66 Tiếp tục tăng tải lên cấp 5, dòng tải lúc 22.8A Hình 4.12: Điện áp 12.1V, dịng tải 22.8A Tiếp tục tăng tải lên cấp 6, dòng tải lúc 27.1A Hình 4.13: Điện áp 12.5V, dịng tải 27.1A 67 Tiếp tục tăng tải lên cấp 7, dòng tải lúc 31.6A Hình 4.14: Điện áp 12.1V, dòng tải 31.6A Tiếp tục tăng tải lên cấp 8, dịng tải lúc 35.9A Hình 4.15: Điện áp 12.1V, dòng tải 35.9A 68 Tiếp tục tăng tải lên cấp 9, dòng tải lúc 40.3A Hình 4.16: Điện áp 12.3V, dịng tải 40.3A Tiếp tục tăng tải lên cấp 10, dòng tải lúc 43.0A Hình 4.17: Điện áp 12.1V, dịng 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, dịng tải máy phát, dịng kích từ, cơng suất, số vịng quay Từ thơng 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 công 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 ngồi Đề tài thành cơng 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 công 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 cơng 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 ngồi nhằm hồn 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 chế tạo băng thử máy phát 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. .. 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