V. Các nội dung chính trong đề tài
2.3.4 Tính toán lựa chọn động cơ điện
Hiện nay, động cơ điện trang bị trên ô tô có rất nhiều loại khác nhau như: động cơ một chiều có chổi than, động cơ xoay chiều không đồng bộ, động cơ xoay chiều đồng bộ, động cơ xoay chiều từ trở và động cơ một chiều không chổi than. Xét về đặc tính cơ của động cơ điện thì động cơ điện một chiều sẽ cung cấp một momen kéo tốt hơn động cơ điện xoay chiều. Tuy nhiên loại động cơ điện một chiều có chổi than thì tuổi thọ không cao, trong quá trình vận hành đòi hỏi phải bảo dưỡng chổi than. Còn động cơ điện một chiều không chổi than thì có rất nhiều ưu điểm tuy giá thành hơi cao. Động cơ xoay chiều có nhược điểm là hệ thống điều khiển phức tạp,
-24-
cần có bộ biến tần để biến đổi điện một chiều (DC) từ ắc quy thành dòng điện xoay chiều (AC) để cung cấp cho động cơ. Ta chọn loại động cơ điện một chiều không có chổi than làm nguồn động lực cho xe thiết kế.
Theo cách kích thích từ thì động cơ điện một chiều có rất nhiều loại. Theo cách phân loại này thì có các loại động cơ điện như hình 2.7:
(a) (b) (c) (d)
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều
(a): Kích thích độc lập. (b) : Kích thích song song.(c) : Kích thích nối tiếp. (d): Kích thích hỗn hợp.
+ Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: bao gồm động cơ kích thích bằng nam châm vĩnh cửu hay kích thích điện từ. Loại kích thích bằng nam châm vĩnh cữu chỉ dùng cho các loại động cơ có công suất nhỏ (cỡ vài chục W). Loại kích thích điện từ có dây quấn lấy điện từ ắc quy lưới điện một chiều và được dùng trong trường hợp điều chỉnh điện áp trong phạm vi rộng, công suất lớn và điện áp thấp hoặc điện áp cao.
+ Động cơ điện một chiều tự kích thích: tuỳ theo cách nối các dây quấn kích thích ta có: động cơ điện một chiều kích thích song song, động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp và động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp.
Đối với động cơ điện một chiều kích thích độc lập mặc dù nó có ưu điểm là khả năng điều chỉnh dòng kích thích thuận lợi và kinh tế. Tuy nhiên, ta phải sử dụng thêm một nguồn kích thích phụ bên ngoài, điều này sẽ gây khó khăn trong việc bố trí và sắp xếp các chi tiết nên ta không chọn loại động cơ điện loại này.
U It Ut Iø I Rdc Iø It U I Iø I U Rt Rt Iø I U Rdc It
-25-
Trong các loại động cơ điện tự kích thích do phạm vi hoạt động của xe thiết kế chủ yếu chạy ở thành phố nên kiểu động cơ điện kích thích nối tiếp phù hợp nhất vì có tốc độ quay không tải lý tưởng lớn nên có thể tái sinh năng lượng khi động cơ ở trạng thái hãm. Không những thế động cơ điện kích từ nối tiếp còn có khả năng quá tải lớn về mômen, khi có cùng một hệ số quá tải dòng điện như nhau thì mômen của động cơ điện kích từ nối tiếp lớn hơn, mặt khác dòng điện cho phép của động cơ điện loại này có thể lớn đến 2,5 Iđm. Do vậy ta chọn loại động cơ điện này để lắp cho xe đang thiết kế.
Động cơ điện kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng. Vì dòng kích từ bằng dòng điện phần ứng (Ikt = Iư = I) nên cuộn kích từ có tiết diện lớn, ít vòng dây và điện trở nhỏ. Mạch điện tương đương trên hình với Rtn điện trở của dây quấn kích từ nối tiếp.
Hình 2.8 Sơ đồ mạch tương ứng của động cơ điện kích từ nối tiếp.
Tuỳ theo cách kích thích từ, động cơ điện một chiều có những tính năng khác nhau biểu diễn bằng các đường đặc tính làm việc. Trong các loại đặc tính thì quan trọng nhất là đặc tính cơ: Là đặc tính biểu thị quan hệ giữa tốc độ quay và momen n = f(M) khi U = const.
Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp có dạng của đường hyperbol bậc hai. Ta thấy rằng ở động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp, tốc độ (n) giảm rất nhanh khi momen (M) tăng và khi mất tải (I = 0, M = 0) có trị số rất lớn. Cũng vì vậy mà thường ít dùng động cơ điện một chiều trong các trường hợp dễ xảy ra mất tải như dùng đai truyền. Vì khi xảy ra mất tải thì tốc độ của động cơ
Rtn E- U R- I- M T¶i n I
-26-
sẽ tăng đột ngột rất nguy hiểm. Với đặc tính cơ mềm mại như vậy, động cơ điện một chiều rất có ưu việt trong những điều kiện cần mở máy nặng nề và cần tốc độ thay đổi trong một phạm vi rộng. Ví dụ ở các đầu máy kéo tải (xe điện, đầu máy điện, cần trục...).
Hình 2.9 Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện
n0 - Số vòng quay không tải lý tưởng.
nđm - Số vòng quay định mức(hay số vòng quay cơ bản ). M0- Mômen của động cơ ở tốc độ không tải lý tưởng. Mđm - Mômen định mức.nđm<< n0.
Phân tích lựa chọn hiệu điện thế cho động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
Với cùng một công suất, nếu tăng hiệu điện thế của động cơ điện thì dòng điện chạy trong mạch và khối lượng của động cơ điện sẽ giảm. Tuy nhiên số lượng bình ắc quy sẽ tăng theo nhằm đảm bảo hiệu điện thế cần thiết đồng thời đòi hỏi tốt hơn vấn đề an toàn điện. Theo thống kê thực tế, khối lượng bình ắc quy tỷ lệ thuận với dung lượng của nó. Do đó, khối lượng tổng cộng của bộ nguồn ắc quy không phụ thuộc vào điện áp của hệ thống mà chỉ phụ thuộc vào công suất cần cung cấp.
Từ những ràng buộc trên, đồng thời dựa vào thống kê mức điện áp của các loại động cơ điện có trên thị trường chọn loại động cơ điện một chiều trên website:
http://www.metricmind.com/data/ac_induction_motors_carraro.pdf ta có thông số:
Tên gọi: MES 200-175 to 200-250. Công suất định mức: 30kW. Số vòng quay định mức: 2850 vòng/phút. n M n0 ndm 0 M0 Mdm Mm I
-27- Số vòng quay cực đại: 9000 vòng/phút. Hiệu điện thế: 185V.
Khối lượng: 61 kg.
Hình 2.10 Động cơ điện một chiều MES 200-175 to 200-150