Chân Ký hiệu Mô tả Giá trị
1 VSS GND 0V
2 VCC Cấp dương 5V
3 VO Điều khiển độ sáng màn hình
4 RS Lựa chọn thanh ghi RS=0 (mức thấp) chọn thanh ghi
lệnh.
RS=1 (mức cao) chọn thanh ghi dữ liệu.
5 RW Chọn thanh ghi đọc/viết dữ
liệu RW=0 thanh ghi viết RW=1 thanh ghi đọc
6 E Enable(Cho phép ghi vào
LCD)
7 D0 Chân truyền dữ liệu 8bit
8 D1 Chân truyền dữ liệu 8bit
9 D2 Chân truyền dữ liệu 8bit
10 D3 Chân truyền dữ liệu 8bit
11 D4 Chân truyền dữ liệu 4/8bit
12 D5 Chân truyền dữ liệu 4/8bit
13 D6 Chân truyền dữ liệu 4/8bit
14 D7 Chân truyền dữ liệu 4/8bit
15 VDD Cực dương đèn LED nền 5V
16 K Cực âm đèn LED nền 0V
Thông số kỹ thuật của I2C:
- Điện áp hoạt động 2.5 – 6VDC.
- Hỗ trợ màn hình: LCD1602, 1604, 2004 (driver HD44780). - Giao tiếp I2C.
- Địa chỉ mặc định: 0x3F (có thể điều chỉnh ngắn mạch chân A0, A1, A2).
- Kích thước: 41.5x19x15.3 mm.
- Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt.
Chương 4. THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM BĂNG THỬ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 4.1. Thiết kế mơ hình băng thử động cơ điện
Sau khi tìm hiểu về phần mềm thiết kế Inventor kết hợp với các thông số cơ bản của
động cơ điện, máy phát điện nhóm chúng tơi bắt đầu thiết kế các chi tiết cần thiết và giá đỡ
băng thử động cơ điện.
4.1.1. Thiết kế khớp nối, mặt bích
Dưới đây là các bản vẽ kỹ thuật về các chi tiết cần thiết cho việc liên kết giữa động cơ
điện và máy phát điện.
Hình 4.2. Bản vẽ khớp nối cho máy phát điện.
4.1.2. Thiết kế giá đỡ động cơ và máy phát
Sau khi đã hoàn thành được bản vẽ kỹ thuật của các chi tiết cần thiết, nhóm chúng tơi tiến hành ước tính khoảng cách, khả năng chịu tác động của giá đỡ trong suốt quá trình thử nghiệm và tiến hành đưa ra bản vẽ kỹ thuật giá đỡ băng thử động cơ phù hợp nhất.
Hình 4.3. Bản vẽ giá đỡ động cơ và máy phát.
4.1.3. Mơ hình băng thử động cơ điện trong môi trường 3D
Băng thử động cơ điện trong mơi trường Inventor 3D
Hình 4.5. Mơ hình 3D khi nhìn trực diện.
Hình 4.6. Mơ hình 3D khi nhìn từ trên xuống.
4.2. Mơ hình thực tế của băng thử động cơ điện
Được sự thông qua các bản vẽ kỹ thuật từ giáo viên hướng dẫn, nhóm chúng tơi tiến
Hình 4.7. Giá đỡ thực tế của băng thử.
Hình 4.9. Mơ hình băng thử trong thực tế.
4.3.1. Kết quả nghiệm thu phần cơ khí
Phần cơ khí của băng thử động cơ điện khi nghiệm thu bao gồm: - Mặt bích và ống lót kết nối trục động cơ với trục máy phát điện. - Giá đỡ động cơ và máy phát điện
- Các ổ đỡ giúp đỡ trục động cơ và trục máy phát điện được đồng trục và giữ cố định chúng.
- Panel chứa các bản mạch, công tắc điều khiển và các thiết bị thu thập dữ liệu.
4.3.2. Thử nghiệm băng thử với các chế độ khác nhau của động cơ.
Sau khi kết nối hồn chỉnh các phần cơ khí của băng thử với nhau, nhóm chúng tơi tiến hành chạy thử nghiệm băng tải với các chế độ khác nhau của động cơ theo các bước sau:
- Tiến hành cấp nguồn cho các bản mạch và các thiết bị thu thập dữ liệu.
- Cho chạy động cơ ở chế độ không tải ( lúc này cơng tắc kích từ đang có chức năng là ngắt dịng điện đi qua Rotor của động cơ, vì thế mặc dù động cơ điện dù đang liên tục làm quay trục của máy phát điện nhưng vẫn không hề có bất kì giá trị nào về điện áp lẫn dòng điện được tạo thành từ máy phát điện). Trên màn hình thơng số chỉ cho giá trị tốc
độ quay của động cơ thơng qua tín hiệu từ cảm biến Hall thu được từ đĩa răng gắn trên
trục động cơ.
- Cho động cơ chạy, bật công tắc từ và bắt đầu thay đổi mức tải ( bộ tạo tải cho băng thử là những dây điện trở nhiệt được mắc song song với nhau và được điều khiển kết nối với nhau thông qua núm điều chỉnh “mức tải” được chia làm 8 mức độ thông qua bộ 8 relay). Lúc này các thiết bị thu thập dữ liệu sẽ gửi tín hiệu về màn hình thơng số ( cảm biến Load cell thông qua lực tác dụng lên nó và gửi tín hiệu điện tương ứng; cảm biến dòng
được mắc nối tiếp từ chân B+ của máy phát điện và một chân với bộ relay điều khiển tải
nên khi có tải dịng điện chạy qua cảm biến sẽ gửi tín hiệu về cho vi xử lý xuất ra màn hình thơng số; mạch đo điện áp được nối một đầu vào chân B+ của máy điện và một chân
được nối chung với chân Mass của máy phát vào một đầu của tải, khi có dịng điện đi qua
Hình 4.11. Giao diện của Panel khi được cấp nguồn.
Sau khi được cấp nguồn động cơ hoạt động thông qua tay ga để điều khiển tốc độ nhanh hay chậm tùy thuộc vào vị trí tay ga của người điều khiển mong muốn. Khi chưa bật cơng tắc kích từ, máy phát điện lúc này chưa hoạt động vì thế các cảm biến được kết nối với máy phát
điện khơng gửi tín hiệu về bộ vi xử lý. Trên màn hình lúc này chỉ hiển thị tín hiệu từ cảm biến
Sau khi mở cơng tắc kích từ, Rotor của máy phát điện được kích từ và bắt đầu hoạt động. Lúc này các cảm biến kết nối với máy phát điện sẽ gửi tín hiệu về bộ vi xử lý và hiển thị lên màn hình thơng số.
Hình 4.13. Màn hình thơng số khi cơng tắc kích từ mở và kết nối tải. Trong quá trình thực hiện thử nghiệm, nhóm đã gặp những khó khăn sau: Trong q trình thực hiện thử nghiệm, nhóm đã gặp những khó khăn sau:
- Tín hiệu từ cảm biến dịng điện gửi về bộ vi xử lý và xuất lên màn hình thơng số cịn bị nhiễu do chất lượng dây dẫn và cảm biến chưa cao.
- Tín hiệu từ cảm biến Hall bị nhiễu do đĩa răng bị đảo khi quay.
- Tín hiệu từ cảm biến Load cell bị nhiễu do chất lượng dây dẫn còn kém và chất lượng cảm biến không cao.
- Để khắc phục những khó khăn trên nhóm chúng tơi đã cố gắng điều chỉnh các hệ số cân
bằng phù hợp cho bộ vi xử lý khi các cảm biến gửi tín hiệu đến.
Các đồ thị dưới đây biểu thị mối tương quan của các đại lượng điện áp (V), cường độ dịng điện (A), mơ – men xoắn (N.m) theo tốc độ quay của động cơ (RPM) ở mức tải 5.
Đồ thị điện áp tải theo tốc độ động cơ 16 14 12 10 0 91 140 193 250 318 398 477 512 590 650 716 807 912 1012 1113 Tốc độ(RPM)
Đồ thị mô - men xoắn theo tốc độ động cơ 4.5 3.5 2.5 1.5 0.5 0 91 140 193 250 318 398 477 512 590 650 716 807 912 1012 1113 Tốc độ(RPM)
Hình 4.14. Đồ thị điện áp tải theo tốc độ động cơ.
Hình 4.15. Đồ thị mơ – men xoắn theo tốc độ động cơ.
M ô - m en x o ắn (N .m ) Đ iệ n á p (V )
Đồ thị dòng điện trên tải theo tốc độ động cơ 30 25 20 15 10 0 91 140 193 250 318 398 477 512 590 650 716 807 912 1012 1113 Tốc độ(RPM)
Hình 4.16. Đồ thị dịng điện trên tải theo tốc độ động cơ.
Thông qua các đồ thị trên, có thể nhận thấy rằng khi động cơ điện hoạt động, lúc này động cơ đang cung cấp cho máy phát điện một công suất cơ học đầu vào. Khi máy phát điện được kích từ và được nối với dây điện trở nhiệt, từ công cơ học vào ban đầu máy phát điện tạo
ra công suất điện năng tương ứng thông qua các đại lượng đặc trưng như điện áp (V) và cường
độ dịng điện (A). Cơng cơ học cung cấp càng lớn thì giá trị điện năng càng cao ( hay nói cách
khác khi động cơ càng quay nhanh thì máy phát sẽ tạo ra điện năng càng lớn).
Cụ thể với tốc độ động cơ không đổi như trong các đồ thị dưới đây ( tốc độ động cơ ở mức 650 RPM), việc thay đổi tải theo công tắc “mức tải” theo từng nấc sẽ tạo ra sự thay đổi thay đổi đáng kể đến giá trị điện áp (V), cường độ dòng điện (A), đồng thời làm tốc độ giảm xuống theo từng mức độ thay đổi của công tắc “mức tải”. Việc thay đổi mức tải khiến cho động cơ cần phải tăng cường công suất cơ học cấp cho máy phát điện để đảm bảo tốc độ quay
khơng bị thay đổi.
D ị n g đ iệ n (A )
Đồ thị điện áp theo mức tải 14
12 10
Mức tải
Đồ thị dòng điện theo mức tải 18 16 14 12 10 Mức tải
Hình 4.17. Đồ thị điện áp tải theo mức tải.
Hình 4.18. Đồ thị dòng điện trên tải theo mức tải.
D ị n g đ iệ n (A ) Đ iệ n á p (V )
Hình 4.19. Đồ thị mơ – men xoắn theo mức tải.
Sau khi thử nghiệm và thu kết quả, nhóm chúng tơi sử dụng đồng hồ ampe kiềm để đo kiểm tra lại thông số đã thu được phải đáng tin cậy. Kết quả kiểm tra sự tin cậy của kết quả thu được được thể hiện qua hình ảnh sau:
Hình 4.20. Kết quả thu được từ đồng hồ đo ampe kiềm và băng thử động cơ điện.
M ơ - m en x o ắn (N .m ) Mức tải 3.5 2.5 1.5 0.5
Hình 4.21. Đồ thị dòng điện tối đa qua tải theo tốc độ động cơ.
Hình trên là đồ thị dịng điện tối đa đi qua tải (0.225 Ohm) cao nhất mà nhóm chúng tơi sử dụng trong q trình thử nghiệm này. Kết quả cho thấy, ở tốc quay cao nhất là 1145 RPM thu được cường độ dòng điện qua tải khoảng 60 A.
Đồ thị dòng tối đa qua tải theo tốc độ động cơ 70 60 50 40 30 20 10 Tốc độ(RPM) D ò n g đ iệ n (A ) 0 34 45 80 10 2 17 0 18 2 20 5 26 2 29 5 30 7 35 2 39 8 42 2 48 8 54 5 58 0 60 0 64 7 70 0 76 1 80 0 85 0 90 0 95 0 1 0 3 0 1 0 8 0 1 1 4 5
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1. Những kết quả đạt được 5.1. Những kết quả đạt được
- Khảo sát các loại động cơ phổ biến sử dụng cho xe máy điện.
- Tìm hiểu và nghiên cứu về động cơ BLDC (về nguyên lý hoạt động cũng như cách thử nghiệm động cơ này trên băng thử).
- Khảo sát và tìm hiểu cách thức hoạt động của các loại băng thử phổ biến trên thị trường hiện nay.
- Đi sâu và nghiên cứu cách thức hoạt động của loại băng thử động cơ điện sử dụng máy
phát điện trên ô tô làm tải.
- Sử dụng phần mềm Inventor để thiết kế các chi tiết cơ khí tạo ra băng thử động cơ điện. - Thu thập và xử lý các tín hiệu từ các cảm biến như Load cell, cảm biến dòng, mạch đo
áp, cảm biến Hall thông qua Arduino Uno/Mega và hiển thị lên màn hình LCD. - Hồn thành được băng thử động cơ điện loại nhỏ để thử nghiệm các động cơ xe máy
điện.
- Thử nghiệm động cơ ở các chế độ chạy và mức tải khác nhau.
- Có tính thiết thực trong thực tiễn, vì động cơ mà nhóm thử nghiệm đã được một nhóm thuộc hệ đào tạo chất lượng cao tiếng anh sử dụng lắp vào xe Attila Elizabeth 2010.
5.2. Hạn chế của đề tài
- Chưa có bộ nguồn thích hợp để cung cấp cho động cơ điện hoạt động được hết công suất. - Việc xử lý các tín hiệu từ các cảm biến truyền về vẫn chưa được tối ưu tối đa.
- Chưa thử nghiệm được hết tất cả các chế độ hoạt động của động cơ giống như ngồi mơi trường thực tế.
- Vì để đơn giản cơ cấu kết nối giữa động cơ và máy phát điện nên động cơ vẫn chưa cung cấp được tốc độ quay phù hợp cho máy phát hoạt động được tối ưu.
- Chỉ thử nghiệm được một phần nhỏ công suất của động cơ. - Kinh phí và thời gian cịn hạn chế nhiều.
- Chỉ thử nghiệm được một phần nhỏ công suất của động cơ.
5.3. Hướng phát triển của đề tài
- Cần thay đổi cơ cấu kết nối giữa trục động cơ điện và máy phát điện để có thể cung cấp
đủ tốc độ quay cầm chừng cho máy phát điện.
- Thay thế bộ nguồn có thể đáp ứng đầy đủ nhu cầu điện áp cho động cơ điện.
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] R.Fitzpatrick, “The University of Texas at Austin,” 14th january 2017. [Trực tuyến]. Available: http://farside.ph.utexas.edu/teaching/302l/lectures/lectures.html. [Đã truy cập 9 August 2020].
[2] KimUyên, “STDIO Board,” Đo Tốc Độ Động Cơ Sử Dụng Cảm Biến IR FC-03, 23 February 2012. [Trực tuyến]. Available: https://www.stdio.vn/dien-tu-ung-dung/do- toc-do-dong-co-su-dung-cam-bien-ir-fc-03-2Iu112. [Đã truy cập 30 July 2020]. [3] AhmadShamshiri, “Robojax,” Allegro ACS758 Current Sensor with Arduino, 29 May
2018. [Trực tuyến]. Available: https://robojax.com/learn/arduino/?vid=robojax- allegro_ACS758. [Đã truy cập 8 August 2020].
[4] NathanSeidle, “Arduino Resources,” SparkFun Electronics, 19 November 2014. [Trực tuyến]. Available: http://arduinoresources.weebly.com/load-cell.html. [Đã truy cập 8 August 2020].
[5] “cnqsmotor,” Motor, Controller, WheelRim,, 17th April 2014. [Trực tuyến]. Available:
http://www.cnqsmotor.com/en/article_list/QSMOTOR%20Controller/108.html. [Đã truy cập 15th May 2020].
[6] M.J.T. Kammegne, S. Khan, L.T. Grigorie, R.M. Botez, “ResearchGate,” 4th January
2015. [Trực tuyến]. Available:
https://www.researchgate.net/publication/270393902_New_Methodology_for_the_C ontroller_of_an_Electrical_Actuator_for_Morphing_a_Wing. [Đã truy cập 10th July 2020].
[7] TienTran, “ƯỚNG DẪN TỰ LÀM THIẾT BỊ ĐO VOLT KẾ DC,” [Trực tuyến]. Available: https://www.youtube.com/watch?v=aAdPvUVGITo. [Đã truy cập 10th August 2020].
[8] A.J. Martyr and M.A. Plint, Engine Testing Theory and Practice (chapter 2 and chapter 8), Jordan Hill Oxford (UK): Elsevier Ltd, 2007.
PHỤ LỤC 1. Code đọc tín hiệu Load cell và cách kết nối.[4]
Hình 5.2. Cách kết nối Load cell để thu dữ liệu. Code: Code:
#include "HX711.h"
#define calibration_factor 8870// giá trị hiệu chỉnh tối đa 200kg lực #define DOUT 3// chân Data 3
#define CLK 2// chân khóa tín hiệu 2 #define r 0.05// bán kính tác dụng lực (m) HX711 scale;
void setup() {
Serial.begin(9600);
Serial.println("HX711 scale demo"); scale.begin(DOUT, CLK);
scale.tare(); //khi khơng có lực tác dụng vào lúc khởi động thì đặt giá trị lại về 0
Serial.println("Readings:"); }
void loop() {
Serial.print("Reading: ");
Serial.print(scale.get_units()*0.453592, 1); //chuyển đổi lbs sang kg Serial.print(" kg ");
Serial.print(scale.get_units()*0.453592*r*10, 3);// công thức tính moment lấy giá 3 số sau dấu phẩy
Serial.print(" N.m"); Serial.println(); }
2. Code đọc tín hiệu cảm biến dịng ACS758 và cách kết nối.[3]
Hình 5.3. Cách kết nối ACS758 với Arduino. Code: Code:
float offset = 515;
const float vcc = 5.00;// supply voltage 5V or 3.3V const float factor = 0.02;// 20mV/A is the factor float voltage;
void setup() {
//Robojax.com ACS758 Current Sensor Serial.begin(9600);
Serial.println("Robojax Tutorial");
Serial.println("ACS758 Current Tester"); Serial.println("Basic Simple Code"); }
void loop() {
//Robojax.com ACS758 Current Sensor Serial.println(analogRead(VIN) - offset);
voltage = (5.0 / 1023.0)* (analogRead(VIN)- offset);// Read the voltage from sensor //voltage = voltage - (vcc * 0.5) ;// 0.007 is a value to make voltage zero when there is no