ĐỘNG CƠ ĐIỆN.

2.3.1 Phân loại các động cơ điện.

Hiện nay trên thị trường chúng ta có hai loại động cơ điện chính là: Động cơ điện xoay chiều 3 pha và Động cơ điện xoay chiều 1 pha.

2.3.1.1 Động cơ điện xoay chiều 3 pha.

Động cơ điện xoay chiều 3 pha được hoạt động dựa trên nguyên lý sau: Một dòng điện ba pha được dẫn qua ba nam châm điện đặt cách đều nhau trên một vịng trịn. Cách bố trí này giúp tạo ra một từ trường quay liên tục tác dụng lên roto. Cách bố trí các cuộn dây trong động cơ điện xoay chiều 3 pha tương tự với cách bố trí trong máy phát điện ba pha. Khi mắc động cơ vào nguồn điện ba pha, từ trường xuất hiện tại stato sẽ tạo ra lực cơ học khiến cho roto quay quanh trục. Lực cơ học này sẽ được truyền từ roto của động cơ điện ra ngoài và được sử dụng để vận hành thiết bị điện.

Phân loại các động cơ điện phổ biến

2.3.1.2 Động cơ điện xoay chiều 1 pha.

Động cơ điện xoay chiều 1 pha có nguyên lý hoạt động tương tự với động cư điện xoay chiều ba pha. Điều khác biệt nằm ở chỗ, stato của động cơ điện xoay chiều 1 pha sẽ bao gồm hai cuộn dây đặt ở hai vị trí khác nhau. Hai dây nối, một dây nối với nguồn điện và dây kia nối với nguồn điện thông qua 1 tụ điện. Điều này sẽ tạo ra tạo ra hai nguồn điện với điện áp khác nhau. Sự chênh lệch về điện áp này sẽ khiến tạo ra một từ trường quay.

Động cơ điện xoay chiều 1 pha có cơng suất khá nhỏ nên thường được ứng dụng trong việc sản xuất các thiết bị gia dụng như máy hút bụi, quạt điện, máy bơm gia đình, …

2.3.2 Cấu tạo chi tiết.

Cấu tạo động cơ điện được cấu tạo gồm hai phần là phần đứng yên gọi là stato và phần chuyển động được gọi là roto. Roto bao gồm nhiều vòng dây dẫn được quấn quanh lõi hoặc là một nam châm vĩnh cửu. Khi được nối với nguồn điện, các từ trường sẽ xuất hiện ở cả roto và stato. Các từ trường ở hai phần sẽ có sự tương tác với nhau tạo thành chuyển động khiến cho roto quay.

Stato bao gồm.

+Vỏ lõi được làm bằng vật liệu thép đúc. Phần này có nhiệm vụ bảo vệ mạch từ cùng với tấm chắn để đảm bảo stato được cố định trong cấu trúc động cơ.

+Lõi stato được làm bằng sắt non có cấu tạo tương tự với lõi stato của máy điện dị bộ dây quấn phần ứng như dây quấn 3 pha của máy điện dị bộ.

Roto bao gồm.

+Lõi thép được ghép bằng các lá thép được xử lý bằng kỹ thuật điện. +Thanh dẫn được làm bằng vật liệu đồng hoặc nhơm.

+Vịng đoản mạch bao gồm 2 vịng được đặt ở 2 đầu của roto. 2.3.3 Nguyên lí hoạt động.

Phần lớn các động cơ điện có nguyên lý hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Một số loại động cơ khác hoạt động dựa trên các nguyên lý khác như lực tĩnh điện hay hiệu ứng áp điện.

Khi một dòng điện chạy qua cuộn dây quấn xung quanh lõi được làm bằng sắt non (stato), roto sẽ chịu tác động của lực từ. Cạnh bên cực dương sẽ bị tác động của một lực có chiều hướng lên trên và cạnh bên cực âm sẽ bị tác động của một lực có chiều hướng xuống dưới. Cơ chế này được hình thành theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming.

Nguyên lý hoạt động của một động cơ điện

Khi bị tác dụng bởi lực từ, roto sẽ bắt đầu quay.

Tuy nhiên để có thể duy trì được chuyển động này, động cơ điện phải được trang bị thêm một bộ cổ góp điện. Thiết bị này sẽ có chức năng chuyển mạch dịng điện sau một thời gian ứng với ½ chu kỳ. Khi mặt của

cuộn dây nằm song song với các đường sức từ của từ trường, roto sẽ không chịu tác dụng của lực từ nữa mà quay theo quán tính 2.3.4 Ưu điểm và nhược điểm.

Ưu điểm:

+Thân thiện với mơi trường, khơng thải ra khí thải. +Hoạt động êm.

Nhược điểm: +Giá thành cao.

+Tốn nhiều thời gian để sạc lại pin, không linh động. 2.4 ĐỘNG CƠ HYBRID.

2.4.1 Cấu tạo chi tiết.

Cấu tạo xe hybrid tương tự như xe sử dụng động cơ đốt trong thông thường. Động cơ kết nối với hệ thống truyền động để dẫn động các bánh xe. Tuy nhiên xe hybrid có thêm một động cơ điện chia sẻ nhiệm vụ dẫn động hoặc hỗ trợ động cơ đốt trong.

Để cơ cấu này phối hợp nhuần nhuyễn và vận hành trơn tru cần có thêm một số bộ phận hỗ trợ khác như pin và bộ chuyển đổi công suất. Pin (hay ắc quy điện áp cao) là thiết bị giúp tích trữ và cung cấp năng lượng cho động cơ điện. Bộ chuyển đổi công suất giúp chuyển đổi nguồn động lực của động cơ thành nhiều phần phục vụ các mục đích sử dụng khác nhau như dẫn động xe và nạp điện cho pin.

2.4.2 Các loại động cơ hybrib

Xe hybrid có 3 loại cấu trúc truyền động cơ bản: 2.4.2.1 Nối tiếp

Động cơ điện trực tiếp truyền lực đến hệ thống dẫn động bánh xe. Động cơ đốt trong chỉ đảm nhận nhiệm vụ cung cấp năng lượng cho động cơ điện và nạp cho ắc quy.

Ưu điểm: Động cơ xăng chủ yếu chỉ hoạt động khi chạy xe đường dài nên giúp tiết kiệm xăng và giảm ô nhiễm môi trường.

Nhược điểm: Với loại hệ thống này, dung tích và kích thước ắc quy lớn do động cơ điện đảm nhận vai trò truyền lực chính. Động cơ xăng dễ rơi vào tình trạng làm việc q tải vì phải ln cung cấp năng lượng cho động cơ điện và ắc quy.

2.4.2.2 Song song

Cả động cơ điện và động cơ đốt trong đều cùng đảm nhận vai trò truyền lực. Khi nào động cơ điện làm việc, khi nào động cơ đốt trong làm việc hay khi nào cả hai cùng làm việc sẽ do bộ điều khiển trung tâm quyết định tuỳ vào từng điều kiện vận hành.

2.4.3 Các loại xe hybrid

Có nhiều loại xe hybrid. Các loại này chủ yếu khác nhau ở cách phối hợp công suất và thời điểm phối hợp công suất giữa động cơ điện và động cơ đốt trong.

2.4.3.1 Full hybrid

Xe full hybrid (cịn gọi là parallel hybrid) là loại xe hybrid có động cơ điện và động cơ đốt trong có thể hoạt động riêng lẻ hoặc kết hợp với nhau tuỳ

từng điều kiện vận hành. Pin động cơ điện có thể tự sạc bằng năng lượng cung cấp từ động cơ đốt trong.

Xe full hybrid là loại xe hybrid có động cơ điện và động cơ đốt trong có thể hoạt động riêng lẻ hoặc kết hợp với nhau

Loại xe full hybrid có thể chạy hồn tồn bằng điện hoặc hoàn toàn bằng xăng/dầu hoặc kết hợp cả hai. Động cơ điện thường hoạt động riêng lẻ ở tốc độ thấp – trung bình. Tuy nhiên chỉ di chuyển trong quãng đường ngắn do giới hạn pin xe. Nhưng bù lại, pin lại có lợi thế tự sạc nhanh bằng động cơ đốt trong. Ở loại xe này, động cơ đốt trong vừa đảm nhận truyền lực cho xe, vừa tạo năng lượng để sạc pin cấp điện cho động cơ điện. Ở các loại xe full hybrid, khi vừa khởi động, xe vận hành ở chế độ không tải, động cơ điện sẽ làm việc một mình. Khi xe bắt đầu di chuyển, tuỳ theo cách thức lái xe mà bộ điều khiển sẽ quyết định khi nào cho động cơ đốt trong hoạt động, khi nào cho động cơ điện hoạt động hay khi nào cho cả hai hoạt động cùng lúc.

Nếu di chuyển ở tốc độ thấp, đạp ga nhẹ nhàng thì động cơ điện thường vẫn làm việc đơn lẻ. Nếu đạp ga sâu thì bộ điều khiển sẽ kích hoạt động cơ đốt trong để xe tăng tốc nhanh theo ý muốn người lái. Nếu tốc độ đã ổn định, ví dụ như duy trì đều đặn ở dải tốc trung bình 50 – 60 km/h thì động cơ đốt trong sẽ tự ngắt, chỉ có động cơ điện hoạt động.

Nhìn chung, với xe full hybrid, động cơ điện gần như làm việc trong suốt q trình xe vận hành. Cịn động cơ xăng sẽ tham gia trong các tình huống xe cần lực kéo lớn như khi tăng tốc hay chạy tốc độ cao.

Các dòng xe hybrid của Toyota như Toyota Pirus, Toyota

Corolla hybrid, Toyota Camry hybrid, Toyota Corolla Cross hybrid, Toyota

RAV4 hybrid … đều là thuộc dòng full hybrid này. 2.4.3.2 Mild hybrid

Mild hybrid electric vehicle – MHEV (xe lai nhẹ) là loại xe hybrid có động cơ điện và động cơ đốt nhưng động cơ điện không thể hoạt động riêng lẻ. Ở loại xe này, động cơ điện chỉ đóng vai trị hỗ trợ cho động cơ đốt trong, không thể vận hành độc lập như full hybrid.

Mild hybrid là loại xe hybrid có động cơ điện và động cơ đốt nhưng động cơ điện không thể hoạt động riêng lẻ

Nhiệm vụ chính của động cơ điện là cho phép động cơ đốt trong tắt khi xe đang lao dốc, phanh gấp, tạm dừng… và nhanh chóng khởi động lại sau đó. Bên cạnh đó, động cơ điện cũng tạo ra công suất để tăng lực kéo cho động cơ đốt trong. Pin của động cơ điện sẽ được nạp năng lượng thơng qua q trình phanh xe.

So với hệ thống full hybrid, hệ thống mild hybrid thường có giá thành thấp hơn do kết cấu đơn giản hơn, chi phí sản xuất ít tốn kém hơn. Tuy nhiên, vì động cơ điện chỉ đóng vai trị phụ nên hiệu quả trong việc tối ưu công suất cũng như khả năng khả năng tiết kiệm nhiên liệu của xe mild hybrid sẽ không bằng xe full hybrid. Nhưng thực tế thì mild hybrid vẫn giúp tiết kiệm 10 – 15% nhiên liệu. Trong đó, cải thiện khá nhiều là khi xe chạy ở tốc độ thấp (thời điểm tiêu thụ nhiên liệu và phát thải cao).

Hệ thống mild hybrid thường được nhiều hãng xe sang như BMW, Mercedes-Benz, Audi, Volvo… ứng dụng trên các mẫu xe của mình.

2.4.3.3 Plug-in hybrid

Plug-in hybrid electric vehicle – PHEV (xe lai sạc điện) là loại xe hybrid có động cơ điện và động cơ đốt trong. Tuy nhiên pin của động cơ điện không do động cơ đốt trong nạp đầy, mà được sạc bằng cách kết nối với nguồn điện bên ngồi thơng qua phích cắm.

Plug-in hybridlà loại xe hybrid có động cơ điện và động cơ đốt trong, trong đó pin động cơ điện phải sạc từ nguồn điện bên ngoài

Xe plug-in hybrid hoạt động tương tự như xe full hybrid. Tuy nhiên quãng đường di chuyển của động cơ điện sẽ dài hơn do dung lượng pin lớn hơn. Xe plug-in hybrid có thể hoạt động hồn tồn bằng điện mà khơng cần dùng đến động cơ đốt trong.

Bởi trên lý thuyết nếu chỉ di chuyển trong phố thì người dùng hiếm khi vượt quá giới hạn quãng đường chạy bằng điện cho 1 lần sạc. Trong trường hợp hết pin, động cơ đốt trong có thể truyền động như xe full hybrid.

So với các loại xe hybrid khác, xe PHEV có khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải tốt hơn. Tuy nhiên có một khảo sát cho thấy rằng, nhiều người sử dụng xe plug-in hybrid không tận dụng tốt ưu thế này. Họ hiếm khi sạc pin mà chỉ dùng xe PHEV như một chiếc xe hơi thông thường. Cách dùng này gây “tốn kém” hơn một chiếc xe ô tô truyền thống. Bởi xe PHEV sẽ nặng hơn (do có hệ thống hybrid) nên sẽ hao nhiên liệu hơn.

Một số mẫu xe thươg mại áp dụng hệ thống plug-in hybrid có thể kể đến: Mistubishi Outlander, Audi Q7 E-Tron…

2.4.3.4 Range extender hybrid

Range extender hybrid – REX là loại xe hybrid có động cơ điện và động cơ đốt trong, nhưng động cơ đốt trong không chịu trách nhiệm truyền động cho các bánh xe mà chỉ dùng để sạc pin cho động cơ điện. Do đó loại xe hybrid này có thể chạy liên tục mà không cần phải dừng lại để sạc điện.

Tuy nhiên nhược điểm của xe range extender hybrid là việc có thêm động cơ đốt trong khiến xe nặng hơn nên ảnh hưởng đến hiệu suất xe. Đồng thời hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu đem lại cũng không quá ấn tượng.

Trên thị trường hiện nay khơng cịn các mẫu xe sử dụng hệ thống REX. Tuy nhiên trước đây có một số mẫu xe REX từng được mở bán như BMW i3 REX, Chevrolet Volt…

Ở truyền động song song, cả động cơ điện và động cơ đốt trong đều cùng đảm nhận vai trò truyền lực

Ưu điểm: Xe đạt cơng suất cao hơn do có hai nguồn truyền lực. Dung tích và kích thước ắc quy khơng quá lớn.

Nhược điểm: Hệ thống có cấu tạo phức tạp, chi phí sản xuất cao. 2.4.3.5 Hỗn hợp

Hệ thống hỗn hợp kết hợp cả hai hệ thống nối tiếp và song song. Hệ thống này giúp tận dụng tối đa thế mạnh, đồng thời khắc phục nhược điểm của hai hệ thống trên. Đây hiện là loại hệ thống đang được ưu tiên áp dụng trong chế tạo xe hybrid ngày nay.

Cấu tạo xe hybrid gồm động cơ đốt trong và động cơ điện 2.4.4 ưu điểm và nhược điểm.

Ưu điểm

Tiết kiệm nhiên liệu

Xe hybrid do sử dụng song song cả động cơ đốt trong và động cơ điện nên sẽ sử dụng nhiên liệu ít hơn so với xe sử dụng động cơ đốt trong thông thường. Theo số liệu của nhiều mẫu xe có song song phiên bản thường và hybrid, phiên bản hybrid có mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn từ 30 – 50% so với phiên bản động cơ truyền thống. Đây chính là một trong các ưu điểm lớn nhất của xe hybrid.

Xe hybrid giúp tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả Giảm thiểu khí thải

Do kết hợp sử dụng điện năng và nhiệt năng để sinh cơng nên lượng khí thải xả ra ít hơn so với dịng ơ tơ truyền thống. Theo một hãng xe lớn cung cấp số liệu thì xe hybrid có thể giảm thiểu 1,5 – 2 lần mức khí thải so với xe sử dụng động cơ đốt trong.

Xe full hybrid êm ái hơn do phần lớn thời gian thường là động cơ điện hoạt động, nhất là khi chạy ở dải tốc thấp trong đơ thị. Bên cạnh đó xe hybrid nói chung cịn được đánh giá vận hành, tăng tốc mượt mà, liền mạch hơn do có sự phối hợp giữa động cơ điện và động cơ đốt trong.

Nhược điểm Giá cao hơn

Do có thêm động cơ điện và một số bộ phận hỗ trợ nên giá xe hybrid cao hơn ô tơ truyền thống. Với mẫu xe có song song phiên bản hybrid và bản thường thì giá xe phiên bản hybrid ln cao hơn.

Giá xe hybrid thường cao hơn xe ô tô truyền thống

Nặng hơn, cơng suất hạn chế hơn

Do có động cơ điện và pin nên trọng lượng xe hybrid sẽ nặng hơn ô tô truyền thống. Mặt khác công suất của xe hybrid cũng thường hạn chế hơn so với ô tơ truyền thống. Bởi dịng xe này được thiết kế nhằm hướng đến việc tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện mơi trường. Trong nhiều tình huống vận hành, nhất là khi di chuyển ở thành phố thì xe chỉ dùng động cơ điện.

Tốn nhiên liệu hơn nếu hết pin

Trong trường hợp xe hết pin hoặc pin hư, động cơ điện không thể hoạt động mà chỉ chạy bằng động cơ đốt trong thì xe hybrid sẽ tốn nhiên liệu hơn so với xe thường. Vì xe hybrid có thêm hệ thống động cơ điện và pin nên trọng lượng xe nặng hơn.

Vấn đề về pin

Bên cạnh các mặt bảo dưỡng xe tương tự như ô tô truyền thống, người dùng xe hybrid còn phải chú ý việc bảo dưỡng và sử dụng pin đúng cách. Trong trường hợp pin bị hỏng hay hết hạn sử dụng phải thay mới. Giá pin xe hybrid thấp nhất cũng trên dưới 100 triệu đồng. Tuy nhiên hiện nay nhiều hãng xe cho biết nếu bảo dưỡng và sử dụng pin đúng cách thì tuổi thọ pin cũng tương đương với tuổi thọ xe.