Bảng 2.3: Thông số động cơ điện
Loại động cơ Động cơ điện không chổi than (BLDC)
Điện áp (DCV) 72V
Công suất (W) 1000W
Khối lượng 5 kg
Số vịng quay khơng tải (rpm) 400 rpm – 600 rpm
Moment xoắn 37 Nm
Moment xoắn cực đại 72 Nm
Sức chứa tối đa 200 kg
Dòng (Ampe) 20 A
Bảng 2.4: Các giá trị ban đầu
f - hệ số cản lăn (đường nhựa) 0,01
a – gia tốc của xe 1 m/s2
m – khối lượng xe 150 kg
m1 – khối lượng pin lithium-ion 13 kg m2 – khối lượng động cơ điện 5 kg
G – trọng lượng xe (N) 𝐺𝐺 =𝑚𝑚.𝑎𝑎= 150.9,8 = 1470𝑁𝑁
α – góc dốc mặt đường 5o43’ k – hệ số cản khơng khí 0,3 Ns2/m4
B – chiều rộng của xe 0,5m
H – chiều cao xe 1,2m
V – vận tốc lớn nhất xe đạt được 50 km/h = 13,9 m/s
Công suất cần thiết để động cơ điện có thể tạo ra lực kéo FM dùng để thắng lực cản lăn của mặt đường FL, lực cản lên dốc FD, lực cản gió FG và lực qn tính khi tăng tốc FQ.
Phương trình cân bằng lực như sau: FM = FL + FD + FG + FQ Lực cản lăn được tính như sau:
FL = f.G Trong đó:
− f là hệ số cản lăn. Hệ số cản lăn được tính cho đường cứng là 0,01 cho xe máy điện;
− G là tổng trọng lượng xe, ở đây G = 150. 9,8 = 1470N. Suy ra:
FL = f.G = 0,01.1470 = 14,7N Lực cản lên dốc được tính với cơng thức:
FD = G.sinα Trong đó:
α là góc dốc của mặt đường, chọn độ dốc là 10% tương ứng với α = 5o43’. Suy ra:
FD = G.sinα = 1470.sin(5o43’)= 1470.0,09961 = 146,4N Lực cản gió được tính với cơng thức như sau:
FG= k.S.v2 Trong đó:
− k là hệ số cản khơng khí, đối với xe máy là 0,3 Ns2/m4; − S là diện tích chính diện, S = 0.8.B.H;
− B là chiều rộng của xe, B = 0,5m; − H là chiều cao của xe, H = 1,2m.
Cho nên S = 0.8.B.H = 0.8.0,5.1,2 = 0,48m2.
V là vận tốc lớn nhất của xe, V được chọn là 50 km/h = 13,9 m/s. Suy ra:
FG = k.S.v2 = 0,3.0,48.13,92 = 927,8N Lực quán tính được tính với cơng thức như sau:
FQ = M.a Trong đó:
− M là khối lượng toàn bộ M = 150 kg; − a là gia tốc của xe, chọn gia tốc a = 1 m/s2. Suy ra:
FQ = M.a = 150.1 = 150N
Từ những cơng thức tính tốn trên, thay những giá trị đã được tính vào phương trình cân bằng lực ta được:
FM = FL + FD + FG +FQ = 14,7 + 146,4 + 27,8 + 150 = 338,9N Công suất cần thiết để cân bằng với công cản của xe trong trường hợp này là:
PM = PCG/ η
Với η là hiệu suất truyền động, do xe truyền động trực tiếp nên hiệu suất η = 1. Suy ra:
PM = PCG/ η = 340/ 1 = 340W
Vậy ta chọn động cơ điện có cơng suất tại vịng quay lớn nhất là 1000W. Ta chọn dư như vậy để trừ hao trọng lượng khi chở thêm vật nặng, chở thêm người hoặc leo dốc cao hơn dự đoán với tải trọng 2 người.
Từ đó ta chọn động cơ điện có cơng suất 1000W tại số vòng quay cao nhất là 600 vòng một phút với dòng điện là 34 Ampe, đây là chế độ hoạt động khi xe chạy với tốc độ cao nhất là 50 km/h.
Tính tốn lựa chọn Pin Lithium- lion.
Dung lượng của pin phụ thuộc vào số giờ mà xe chạy hết bình và tỷ lệ khối lượng của hệ thống truyền động điện so với tổng khối lượng xe theo tối ưu là không quá 30%.
Ta chọn loại pin có hiệu điện thế là 72V và dung lượng 34Ah. Dung lượng pin bằng tích giữa dịng điện phóng và thời gian phóng điện: Ah = IM.t. Theo đặc tuyến của ắc quy thì thì phóng định mức bằng dung lượng của pin Lithium và dịng phóng cho phép có thể đạt gấp 3 lần dịng định mức.
Vì vậy ta tính được thời gian hoạt động của xe như sau: t = Ah/ IM
Thời gian hoạt động của xe với cơng suất 1000W và dịng điện phóng là 34A là: t= Ah/ IM = 34/ 20 = 1,7 giờ = 102 phút.
Dựa vào thông số của nhà sản xuất, loại pin 72V- 34Ah có khối lượng m1 = 13 kg. Động cớ điện có khối lượng m2 = 5 kg.
Như vậy tổng khối lượng hệ thống truyền động điện là: m = m1 + m2 = 13 + 5 = 18 kg.
Tính hệ số tỷ lệ khối lượng:
λ = m/M = 18/ 150 = 0,12 = 12% < 30%. Như vậy tỷ lệ này đạt yêu cầu kỹ thuật.
Quãng đường xe đi được với tốc độ tối đa là 50 km/h. S= V.t
Trong đó:
− S là quãng đường (km); − V là vận tốc (km/h); − t là thời gian (giờ).
Mà thời gian xe đi được với vận tốc tối đa phục thuộc vào dung lượng của pin. Dung lượng của pin là 34000 mAh, đổi sang Wh ( Watt hour) ta có cơng thức:
Wh = (mAh.V)/ 1000= (34000.72)/1000=2448 Wh Thời gian xe đi được với tốc độ tối đa:
t= Wh/ W= 2448/ 1000 = 2,448
Từ đó ta tính được qng đường xe đi được với tốc độ tối đa trong xấp xỉ 2,5 giờ: S= V.t = 50*2,5 = 125 km
CHƯƠNG 3
MÔ PHỎNG, THI CƠNG, LẮP RÁP VÀ THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH XE MÁY ĐIỆN