Luan van xe dap dien
1. Bộ giáo dục và đào tạo
Trường…………
Luận văn
Nghiên cứu hệ thống điện, kết cấu kỹ thuật và công nghệ của xe
đạp điện hiện đại đang được sử dụng rộng rãi tại Việt Nam
2. 1
LỜI MỞ ĐẦU
Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn chiếm một vị trí quan trọng
trong hệ điều chỉnh tự động truyền động điện, nó đƣợc sử dụng trong hệ thống
đòi hỏi có độ chính xác cao, vùng điều chỉnh rộng và quy luật điều chỉnh phức
tạp. Cùng với sự tiến bộ của văn minh nhân loại chúng ta có thể chứng kiến sự
phát triển rầm rộ kể cả về quy mô lẫn trình độ của nền sản xuất hiện đại.
Ở nƣớc ta do nhu cầu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nƣớc nên ngày
càng xuất hiện nhiều những dây truyền sản xuất mới có mức độ tự động hóa cao
với hệ truyền động hiện đại. Việc xuất hiện các hệ truyền động hiện đại đã thúc
đẩy sự phát triển, nghiên cứu, đào tạo ngành từ động hóa ở nƣớc ta tiếp thu khoa
học kỹ thuật hiện đại nhằm tạo ra những hệ truyền động mới và hoàn thiện
những hệ truyền động cũ.
Trong quá trình học tập tại trƣờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng. Với sự
giúp đỡ của nhà trƣờng và khoa Điện Dân Dụng và Công Nghiệp em đã đƣợc
nhận đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu hệ thống điện, kết cấu kỹ thuật và công
nghệ của xe đạp điện hiện đại đang được sử dụng rộng rãi tại Việt Nam”.
Đồ án gồm các nội dung sau:
Chƣơng 1: Giới thiệu về xe đạp điện.
Chƣơng 2: Cấu trúc của xe đạp sử dụng năng lƣợng điện.
Chƣơng 3: Hoạt động vận hành và khai thác xe đạp điện.
Em xin chân thành cảm ơn sự hƣớng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS
Nguyễn Tiến Ban, cùng với các thầy cô giáo trong khoa đã giúp đỡ em hoàn
thành đồ án đƣợc giao.
Em mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn.
Hải Phòng, ngày…tháng…năm 2012
Sinh viên
Đỗ Văn Quang
3. 2
CHƢƠNG 1.
GIỚI THIỆU VỀ XE ĐẠP ĐIỆN
1.1. XE ĐẠP ĐIỆN VÀ LỢI ÍCH XÃ HỘI
Đã một thời xe đạp hầu nhƣ có mặt trên khắp các nẻo đƣờng. Bởi vì lúc đó
phƣơng tiện, nhiên liệu còn quá khó khăn và xe đạp chính là phƣơng tiện chính
để đi lại lúc bấy giờ, nên thời điểm đó, nhà sản xuất và ngƣời tiêu dùng ít quan
tâm đến kiểu dáng, tính năng và một số yếu tố kỹ thuật khác. Còn giờ đây khi xe
máy trở thành phƣơng tiện phổ thông, thì ngƣời tiêu dùng lại sử dụng xe đạp, xe
đạp điện với kiểu dáng, tính năng kỹ thuật vừa mới lạ, lại vừa không thua kém
xe máy về yêu cầu sử dụng. Đặc biệt trong tình hình tai nạn giao thông gia tăng
và yêu cầu bảo vệ môi trƣờng nhƣ hiện nay thì mặt hàng xe đạp, xe đạp điện bắt
đầu phát triển. Bởi vì những mặt lợi ích mà khách hàng có đƣợc khi sử dụng xe
đạp điện là: Mỗi lít xăng (giá khoảng 20.000 đồng) khách hàng chỉ đi đƣợc
chừng 40 đến 50km khi sử dụng cho xe máy, nhƣng với xe đạp điện khách hàng
chỉ cần 1 lần nạp điện (khoảng 1Kwh điện, giá 1.000 đồng) sẽ sử dụng liên tục
đƣợc 60km với tốc độ tối đa 35km/giờ. Nếu sử dụng bình quân 1 lít xăng/ngày
thì 1 năm khách hàng tiết kiệm đƣợc gần 4.000.000 đồng.
Sử dụng xe đạp điện là bảo vệ môi trƣờng. Lƣợng khí thải quá lớn từ
phƣơng tiện chạy xăng đang làm cho các thành phố trở nên ô nhiễm vì vậy việc
sử dụng xe đạp điện sẽ góp phần bảo vệ khí quyển.
Về phƣơng diện kĩ thuật, động cơ xe điện ƣu việt hơn xe xăng rất nhiều:
Hiệu suất động cơ xăng khoảng 30%, xe điện lên tới 90%. Bên cạnh đó độ bền
động cơ điện cao hơn, ít rung, ít hƣ hỏng trong quá trình sử dụng.
4. 3
Xe điện hợp thời trang: Khác hẳn với xe máy, xe điện đang trở nên rất
hợp thời trang so với xe máy, bởi thiết kế khá đơn giản nên việc thiết kế trang trí
rất ấn tƣợng hơn xe động cơ xăng.
Vận hành êm, không sử dụng xăng dầu, không gây ô nhiễm môi trƣờng.
Không bắt buộc phải đăng ký xe, không bắt buộc đội nón bảo hiểm (tuy
nhiên khuyến cáo các bạn hãy đội mũ bảo hiểm vì sự an toàn của chính mình),
không cần bằng lái xe.
Giá nhiên liệu ngày một tăng, môi trƣờng ô nhiễm, sử dụng xe đạp điện là
một điều tốt. Theo tính toán, chi phí sạc điện để sử dụng cho xe đạp điện trong
một ngày chỉ mất khoảng hơn 2.000 đồng, trong khi đó dùng xe gắn máy trung
bình phải mất 8.000 đồng/ngày. Đƣợc biết, một bình điện của xe đạp điện nếu
sạc đầy từ 4-8 giờ sẽ đi đƣợc từ 35km-80 km, giá một chiếc bình ắc quy dao
động từ 450.000-800.000 đồng, thì cũng không quá đắt cho ngƣời sử dụng.
Cùng với những lợi ích xã hội khác, bảo đảm an toàn giao thông, phù hợp với
mức thu nhập, xu hƣớng chuyển sang dùng xe đạp diện là rất phù hợp với ngƣời
tiêu dùng Việt Nam.
Vừa có thể chạy bằng điện, vừa có thể sử dụng bàn đạp nhƣ xe đạp thông
thƣờng. Kích thƣớc và trọng lƣợng xe khá gọn nhẹ, khoảng 28-35 kg. Tốc độ tối
đa vào khoảng 20-30 km/h và mỗi lần nạp điện có thể chạy khoảng 40-60km.
Một số tiện ích của xe đạp điện Trung Quốc nhƣ đèn pha, có công tơ mét
hiển thị tốc độ và báo điện ắc quy, bình ắc quy đƣợc che kín nên khó vô nƣớc…,
các tính năng này hiện một số nhà sản xuất xe trong nƣớc cũng đã khắc phục,
làm đƣợc, nhƣng giá không đắt nhƣ xe nhập. Sử dụng xe đạp điện sản xuất trong
nƣớc ngƣời tiêu dùng sẽ đƣợc thụ hƣởng chế độ bảo hành hậu mãi chu đáo.
1.2.THÔNG SỐ VÀ ĐẠI LƢỢNG CHÍNH CỦA MỘI SỐ XE ĐẠP ĐIỆN
HIỆN CÓ MẶT TRÊN THỊ TRƢỜNG VIỆT NAM
Xe Trung Quốc sản xuất: có các thƣơng hiệu sản xuất từ các nhà máy
trung ƣơng và địa phƣơng nhƣ: Jili, Asama, robo….
5. 4
Xe Nhật Bản: đa phần là hàng đã qua sử dụng, tuy nhiên mẫu mã không
bắt mắt bằng hàng Trung Quốc sản xuất nhƣng đƣợc nhiều ngƣời dùng ƣa thích
vì chuộng hàng Nhật, giá vừa phải.
Các nƣớc khác chủ yếu là Đài loan với sản phẩm: Yamaha, Bridgestone…
Trong nƣớc sản xuất với các thƣơng hieeui: Delta, Lieha…
Hàng trong nƣớc thƣờng đơn điệu về mẫu mã, mầu sắc, tuy có giá rẻ hơn
của nƣớc ngoài song vẫn không hấp dẫn ngƣời tiêu dung. Để chọn đƣợc 1 chiếc
xe đạp điện phù hợp với khả năng tài chính và sở thích của mỗi ngƣời cũng
tƣơng đối dễ dàng. Tuy nhiên để sử dụng đƣợc hiệu quả và thuận tiện lại là
những vấn đề ngƣời tiêu dùng quan tâm.
Ngoài kiểu dáng, mầu sắc ƣa thích, khi mua bạn nên chú ý đến các thông
số kỹ thuật:
Công suất động cơ: tính bằng Watt (250W, 350W…)
Xe sử dụng mấy bình điện (ácquy): 3 hoặc 4 bình
Điện áp và dòng điện của mỗi bình: 12V…12Ah…
Nếu thông số này có giá trị càng lớn, có nghĩa là chiếc xe đó có tính năng
kỹ thuật cao.
Ngoài ra, lƣu ý thêm về thông số dung lƣợng của bình ác quy: Đi đƣợc
bao nhiêu km khi sạc đầy bình và thời gian sạc là bao lâu. Tùy theo nhà sản xuất
, có loại phải sạc khi chƣa hết bình, có xe phải sử dụng hết bình rồi mới sạc mới
đảm bảo tuổi thọ của bình. Vị trí đặt bình điện,bộ điều tốc và động cơ cũng rất
quan trọng: ở vị trí khô ráo trên xe, động cơ, bộ điều tốc và bình điện có tuổi
thọ cao và ngƣợc lại.
6. 5
1.2.1. Thông số kỹ thuật của xe đạp điện hãng Yamaha
1.2.1.1. Xe đạp điện Yamaha ICATS H1
Hình 1.1: Xe đạp điện Yamaha ICATS H1.
Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của xe Yamaha ICATS H1.
Ngoại hình
Chiều dài chiều rộng chiều cao 1539mm 635mm 1015mm
Chiều cao yên xe 750mm
Đƣờng kính bánh xe Bánh trƣớc:455mm,Bánh sau:455mm
Tính năng
Cách thức thao tác Tự động
Quãng đƣờng đi đƣợc khi pin đầy 50km
Vận tốc tối đa 20km/h-30km/h
Phụ kiện xe
Ắc quy 48V-15Ah
Sạc điện Tự động ngắt khi ác quy đầy
Thời gian sạc 6-8giờ
Điện áp 220v-50Hz
Động cơ xe Động cơ 3 pha,Công suất 240W
Điện áp động cơ 48V
Chú thích
Trọng lƣợng xe 48kg
Khả năng trở vật nặng 100kg
7. 6
Bảo vệ tụt áp 41V+/-1.0V
Bảo vệ quá dòng 14A+/-2.0A
1.2.1.2.Xe đạp điện Yamaha ICAT N2
Hình 1.2: Xe đạp điện Yamaha ICAT N2.
Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật của xe Yamaha ICAT N2.
Ngoại hình
Chiều dài chiều rộng chiều cao 1170mm 655mm 1055mm
Chiều cao yên xe 790mm
Cự ly 2 bánh Bánh trƣớc :560mm,Bánh sau:560mm
Tính năng
Cách thức thao tác Tự động
Quãng đƣờng đi đƣợc khi pin đầy 55km
Vận tốc tối đa 25km-35km
Phụ kiện xe
Ác quy 48V-15Ah
Sạc điện Tự động ngắt khi ác quy đầy
Thời gian sạc 6-8 giờ
Điện áp 240V-50Hz
Đông cơ xe Động cơ 3 pha
Điện áp động cơ 48V
Chú thích
Trọng lƣợng xe 50kg
8. 7
Khả năng chở vật nặng 100kg
Bảo vệ tụt áp 42V+/-1.0V
Bảo vệ quá dòng 14A+/-2.0A
1.2.2. Thông số kỹ thuật của xe đạp điện hãng Bridgestone
1.2.2.1. Xe đạp điện Bridgestone MLI
Hình 1.3: Xe đạp điện Bridgestone MLI.
Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật của xe Bridgestone MLI.
Ngoại hình
Chiều dài Chiều rộng Chiều cao 1820mm 670mm 1046mm
Chiều cao yên xe 745~900mm
Đƣờng kính bánh xe Bánh trƣớc:22” 1.95”,Bánh
sau:24” 1.95”
Tính năng
Vận hành Đạp trợ lực
Cách thức thao tác Tự động
Quãng đƣờng đi đƣợc khi pin đầy 60km
Vận tốc tối đa 30km/h
Phụ kiện xe
Ắc quy Pin Lithium-ion
Sặc điện Tự động ngắt khi ác quy đầy
Thời gian sạc 3-4giờ
Công suất 350W
Động cơ xe Trơn bóng,đông cơ chổi than
Điện áp động cơ 36V
Điện áp 220V-50Hz
9. 8
Chú thích
Trọng lƣợng xe 29.2kg
Khả năng chở vật nặng 120kg
Bảo vệ tụt áp 41V
Bảo vệ quá dòng 16A
1.2.2.2. Xe đạp điện Bridgestone PKLI
Hình 1.4: Xe đạp điện Bridgestone PKLI.
Bảng 1.4: Thông số kỹ thuật của xe Bridgestone PKLI.
Ngoại hình
Chiều dài chiều rộng Chiều cao 1598mm 590mm 1015mm
Chiều cao yên xe 745~900mm
Đƣờng kính bánh xe Bánh trƣớc:20” 2.125”,Bánh
sau:20” 2.125”
Tính năng
Vận hành Đạp trợ lực
Cách thức thao tác Tự động
Quãng đƣờng đi đƣợc khi pin đầy 50km
Vận tốc tối đa 30km/h
Phụ kiện xe
Ắc quy Pin Lithium-ion
Sạc điện Tự động ngắt khi ác quy đầy
10. 9
Thời gian sạc 3-4 giờ
Công suất 250W
Động cơ xe Trơn bóng,động cơ chổi than
Điện áp động cơ 36V
Điện áp 220V-50Hz
Chú thích
Trọng lƣợng xe 27.2kg
Khả năng chở vật nặng 120kg
Bảo vệ tụt áp 41V
Bảo vệ quá dòng 16A
1.2.2.3. Xe đạp điện Bridgestone DLI
Hình 1.5: Xe đạp điện Bridgestone DLI.
Bảng 1.5: Thông số kỹ thuật của xe Bridgestone DLI.
Ngoại hình
Chiều dài Chều rộng Chiều cao 1598mm 590mm 1015mm
Chiều cao yên xe 745~900mm
Đƣờng kính bánh xe Bánh trƣớc:16” 2.125”.Bánh
sau:16” 2.125”
Tính năng
11. 10
Vận hành Đạp trợ lực
Cách thức thao tác Tự động
Quãng đƣờng đi đƣợc khi pin đầy 60km
Vận tốc tối đa 30km/h
Phụ kiện xe
Ắc quy 48V-15Ah-NEC Nhật
Sặc điện Tự động ngắt khi pin đầy
Thời gian sạc 6-8 giờ
Công suất 250W
Động cơ xe Trơn bóng
Điện áp động cơ 36V
Điện áp 220V-50HZ
Chú thích
Trọng lƣợng xe 50 kg
Khả năng chở vật nặng 120kg
Bảo vệ tụt áp 41V
Bảo vệ quá dòng 16A
1.2.3. Thông số kỹ thuật của xe đạp điện hãng Honda
1.2.3.1. Xe đạp điện Honda Cool
Hình 1.6: Xe đạp điện Honda Cool.
Bảng 1.6: Thông số kỹ thuật của xe Honda Cool.
Ngoại hình
Chiều dài Chều rộng Chiều cao 1627mm 680mm 1019mm
Chiều cao yên xe 16” 2.125”
Đƣờng kính bánh xe Bánh trƣớc:18” 1.75”.Bánh
12. 11
sau:18” 2.125”
Tính năng
Vận hành Đạp trợ lực
Cách thức thao tác Tự động
Quãng đƣờng đi đƣợc khi pin đầy 50km
Vận tốc tối đa 30km/h
Phụ kiện xe
Ắc quy 48V-15Ah
Sặc điện Tự động ngắt khi sạc đầy
Thời gian sạc 6-8 giờ
Điện áp 220V-50Hz
Động cơ xe Động cơ 3 pha
Điện áp động cơ 48-15Ah
Chú thích
Trọng lƣợng xe 50 kg
Khả năng chở vật nặng 100kg
Bảo vệ tụt áp 41V
Bảo vệ quá dòng 16A
1.2.3.2. Xe đạp điện Honda HDC 141
Hình 1.7: Xe đạp điện Honda HDC 141.
Bảng 1.7: Thông số kỹ thuật của xe Honda HDC 141.
Tính năng
Vận hành Đạp trợ lực
Cách thức thao tác Tự động
Quãng đƣờng đi đƣợc khi pin đầy 40~50km
13. 12
Vận tốc tối đa 35km/h
Phụ kiện xe
Ắc quy 48V-12Ah
Sặc điện Tự động ngắt khi sạc đầy
Thời gian sạc 4-5 giờ
Công suất 350W
Điện áp 220V-50Hz
Động cơ xe Động cơ 3 pha
Điện áp động cơ 48-15Ah
Chú thích
Trọng lƣợng xe 30 kg
Khả năng chở vật nặng 130kg
Bảo vệ tụt áp 41V
Bảo vệ quá dòng 16A
1.2.4. Thông số kỹ thuật của xe đạp điện hãng NISHIKI
1.2.4.1. Xe đạp điện NISHIKI 26inch
Hình 1.8: Xe đạp điện Nishiki 26 inch.
Bảng 1.8: Thông số kỹ thuật của xe Nishiki 26inch.
Ngoại hình
Chiều dài Chiều rộng Chiều cao 1380mm 510mm 1100mm
Chiều cao yên xe 16” 2.215”
Đƣờng kính bánh xe 26” 1.75”
14. 13
Tính năng
Vận hành Đạp trợ lực
Cách thức thao tác Tự động
Quãng đƣờng đi đƣợc khi pin đầy 60km
Vận tốc tối đa 24 km/h
Phụ kiện xe
Ắc quy Pin Lithium-ion,36V-10Ah,AC 100-
240V
Sặc điện Tự động ngắt khi sạc đầy
Thời gian sạc 3-6 giờ
Điện áp 220V-50Hz
Động cơ xe Động cơ 3 pha,không chổi than,250W
Chú thích
Trọng lƣợng xe 22 kg
Khả năng chở vật nặng 120kg
Bảo vệ tụt áp 41V
Bảo vệ quá dòng 16A
1.2.4.2. Xe đạp điện NISHIKI 24inch
Hình 1.9: Xe đạp điện Nishiki 24inch.
Bảng 1.9: Thông số kỹ thuật của xe Nishiki 24inch.
Ngoại hình
Chiều dài Chiều rộng Chiều cao 1380mm 510mm 1100mm
Chiều cao yên xe 16” 2.215”
Đƣờng kính bánh xe 26” 1.75”
Tính năng
15. 14
Vận hành Đạp trợ lực
Cách thức thao tác Tự động
Quãng đƣờng đi đƣợc khi pin đầy 40km
Vận tốc tối đa 24km/h
Phụ kiện xe
Ắc quy Pin Lithium-ion,36V-10Ah,AC 100-240V
Sặc điện Tự động ngắt khi sạc đầy
Thời gian sạc 3-6 giờ
Điện áp 220V-50Hz
Động cơ xe Động cơ 3 pha,không chổi than
Công suất 250W
Chú thích
Trọng lƣợng xe 17 kg
Khả năng chở vật nặng 100kg
Bảo vệ tụt áp 41V
Bảo vệ quá dòng 16A
1.2.5. Thông số kỹ thuật của xe điện hãng Emoto
1.2.5.1. Xe điện Emoto phanh chân E011
Hình 1.10: Xe điện Emoto phanh chân E011.
Bảng 1.10: Thông số kỹ thuật của xe Emoto phanh chân E011.
Ngoại hình
Chiều dài Chiều rộng Chiều cao 1598mm 590mm 1015mm
Chiều cao yên xe 745~900mm
16. 15
Đƣờng kính bánh xe Bánh trƣớc:18” 3.125”.Bánh
sau:18” 3.125”
Tính năng
Vận hành Đạp trợ lực
Cách thức thao tác Tự động
Quãng đƣờng đi đƣợc khi pin đầy 60-80km
Vận tốc tối đa 35 km/h
Tính năng
Ắc quy 12V
Sặc điện Tự động ngắt khi sạc đầy
Thời gian sạc 6-8 giờ
Điện áp 220V-15Ah
Động cơ xe Động cơ 3pha,công suất 350W
Điện áp động cơ 48V
Chú thích
Trọng lƣợng xe 60kg
Khả năng chở vật nặng 120kg
Bảo vệ tụt áp 41V
Bảo vệ quá dòng 16A
1.3. HÌNH DÁNG XE ĐẠP ĐIỆN
Thị trƣờng hiện có hơn 14 loại xe đạp điện với gần 60 mẫu mã khác nhau,
từ xe có gắn môtơ kéo đơn giản với bình điện cho đến những loại đƣợc thiết kế
gọn nhƣ bình điện gắn trong thân xe, môtơ gắn dƣới gầm xe cho đến loại hình
dáng sang trọng nhái xe tay ga. Trong đó, xe Trung Quốc chiếm khoảng 10% thị
trƣờng, còn lại là sự cạnh tranh giữa các hãng sản xuất nội địa nhƣ xe đạp điện
Hitasa, Yamaha, Miyata, Asama, Bridgestone, Songtian, Giant, Delta, Five
Stars…
Thiết kế của một chiếc xe đạp điện Trung Quốc khá bắt mắt, xe khỏe và
chắc chắn, phảng phất dáng dấp của một chiếc xe máy. Xe có hai giảm xóc trƣớc
và sau. Riêng giảm xóc sau đƣợc thiết kế bằng một giảm xóc cối rất khỏe hoặc
bằng hai phuộc nhún hai bên, khi vận chuyển xe đầm hơn, giảm đƣợc độ xóc khi
đi vào đƣờng xấu, phù hợp với địa hình Việt Nam.
Bánh xe đƣợc thiết kế theo kiểu bánh mập, vành bằng gang đúc cỡ 480
(vành nhỏ), loại vành nhỏ này thuận tiện hơn cho ngƣời già và phụ nữ sử dụng.
17. 16
Bình ácquy đƣợc thiết kế bên trong, không lộ ra ngoài hay đƣợc lắp ngay dƣới
yên, rất thuận tiện khi sạc điện hay tháo ra lắp vào.
Toàn bộ hệ thống đèn đƣợc thiết kế rất hiện đại với cụm đèn pha và đèn
xi-nhan thiết kế liền. Công tắc đèn pha và đèn xi-nhan… đƣợc bố trí ở hai bên
tay lái rất thuận tiện khi điều khiển. Mặt trên là công tơ mét có đèn báo hiệu điện
của bình ácquy, báo tốc độ khi xe chạy. Phía sau xe là cụm đèn hậu, đèn báo
phanh, đèn xi-nhan đƣợc bố trí rất gọn và hợp lý.
Yên xe đƣợc thiết kế nhƣ yên xe máy, có thể chở thêm ngƣời. Hệ thống
phanh đƣợc thiết kế theo kiểu phanh đĩa kết hợp với phanh bát, khi xe chạy ở tốc
độ cao sử dụng phanh sẽ an toàn hơn.
Tuy nhiên xe Trung quốc cũng thiết kế xích trần không có xích hộp. Xe Trung
quốc rất kín nƣớc do vậy khi đi trời mƣa hay ngập nƣớc, nƣớc vào trong động cơ dễ
làm hỏng xe. Bộ điều tốc để dƣới gẩm xe lên khi ngập nƣớc dễ bị hỏng.
Xe đạp điện có rất nhiều mẫu mã kiểu dáng khác nhau phù hợp cho
từng lứa tuổi nhƣ học sinh, sinh viên, ngƣời già. Thiết kế nhỏ gọn, đẹp, kiểu
dáng lạ, độc đáo, mạnh, sử dụng ba bình điện, tháo ra dể dàng và có đèn, sƣờn
nhôm, có đèn trƣớc và sau rất sáng, yên tăng giảm to nhỏ, tùy theo chiều cao
ngƣời sử dụng, phanh trƣớc phanh sau rất chắc chắn, bánh nhỏ gọn, yên sau,
giảm xóc rất tốt, rất phù hợp với các bạn trẻ..
Thiết kế kiểu dáng thể thao, độc đáo, chạy mạnh, có nút bật đèn trƣớc,
có đèn báo hiệu lƣợng điện, bình ác quy tháo ra dễ dàng, thiết kế chắc chắn, yên
tăng giảm theo chiều cao, phanh trƣớc phanh sau chắc chắn, tay ga an toàn…phù
hợp cho mọi ngƣời. Với thiết kế thể thao, xe đạp kiểu dáng này còn đƣợc sử
dụng để vận động rèn luyện sức khỏe.
Các loại xe đạp điện không trang bị bàn đạp, chỉ chạy điện, loại này
nhỉn rất bắt mắt và có nhiều kiểu dáng tinh tế, sang trọng. Loại xe này rất phù
hợp với những ngƣời cao tuổi.
1.4. KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA XE ĐẠP ĐIỆN
Kết cấu của xe đạp điện.
8 9
6
18. 17
Hình 1.11: Kết cấu của xe đạp điện.
Chú thích:
1. Lốp 8. Cọc yên 15. Đùi
2. Vành 9. Tay ga 16.Hộp xích
3. Nan hoa 10. Phốt tăng
4. Chắn bùn sau 11. Đèn xe
5. Baga 12. Chắn bùn trƣớc
6. Yên 13. Càng trƣớc
7. Bình đệm 14.Để chân
12
3
4
5 7
10
11
12
13
1415
16
19. 18
CHƢƠNG 2.
CẤU TRÚC CỦA XE ĐẠP SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG ĐIỆN
Trong một chiếc xe đạp điện có 4 bộ phận chính:
Nguồn ácquy.
Mạch nạp cho nguồn ácquy.
Motor dùng làm nguồn động lực.
Mạch điều khiển.
Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu tuần tự các bộ phận trên của xe đạp điện.
2.1. NGUỒN ĐIỆN(ÁC-QUY)
Ácquy là nguồn điện thứ cấp không thể thiếu trong ngành công nghiệp
cũng nhƣ trong đời sống hằng ngày mặc dù bây giờ nguồn điện xoay chiều đƣợc
cung cấp rất ổn định. Trong các nhà máy điện về trạm biến áp nguồn thao tác
làm nhiệm vụ cung cấp điện cho các thiết bị: bảo vệ rơle, tự động hóa, điều
khiển, tín hiệu, ánh sáng sự cố, các cơ cấu tự động quan trọng… Do đó, nguồn
thao tác cần có độ tin cậy cao, công suất của chúng phải đủ lớn và điện áp trên
thanh góp cần có sự ổn định lớn. Muốn vậy, các nguồn và lƣới điện phân phối
dòng thao tác cần có độ dự trữ lớn.
Nguồn thao tác có thể là một chiều hoặc xoay chiều. Xong để có độ tin cậy
cung cấp điện và cấu tạo của các thiết bị thứ cấp gon nhẹ, đơn giản trong các nhà
máy và trạm biến áp lớn ngƣời ta thƣờng dùng nguồn thao tác 1 chiều mặc dù giá
thành của chúng rất đắt và vận hành khá phức tạp. Ácquy là nguồn thao tác 1
chiều sử dụng rộng rãi trong các nhà máy điện, trạm biến áp và các ứng dụng
khác. Ácquy là nguồn thao tác tin cậy vì sự làm việc của chúng không phụ thuộc
vào các điều kiên bên ngoài và đảm bảo cho các thiết bị điện thứ cấp làm việc tốt
ngay cả mất điện trong lƣới điện chính của nhà máy và trạm biến áp.
20. 19
Bình ácquy tich trữ năng lƣợng cho hệ thống điện, đƣợc sử dụng làm
nguồn cung cấp cho mạch điện. Khi đóng điện thông mạch, ácquy sẽ phóng ra
dòng điện 1 chiều qua mạch điện và các thiết bị nối với các cực của nó.
Dòng điện bình ácquy tạo ra do phản ứng hóa học hoặc giữa những vật
liệu trên bản cực và axit sulphuric trong bình hay còn gọi là chất điện giải.
Sau 1 thời gian sử dụng năng lƣợng dự trữ trong ácquy sẽ cạn kiệt dần.
Tuy nhiên năng lƣợng đó có thể đƣợc sạc lại bẳng cách cho 1 dòng điện bên
ngoài đi theo chiều ngƣợc lại với chiều phát điện của bình.
2.1.1. Cấu tạo chung của một bình ácquy
Bình ác quy đƣợc làm từ một số tế bào (cell) đặt trong vỏ bọc bằng cao su
cứng hay nhựa cứng. Những đơn vị cơ bản của mỗi tế bào là những bản cực
dƣơng và bản cực âm.
Những bản cực này có những vật liệu hoạt hóa nằm trong các tấm lƣới
phẳng. Bản cực dƣơng sau khi sạc là peroxit chì (PbO2) có mầu nâu.
Một nhóm bản cực đƣợc hàn lại với nhau vào một đai một cách nối tiếp.
Hình 2.1: Cấu trúc chung của một tế bào ácquy.
Bản cực
âm
Nƣớc
điện giải
Vách
ngăn
Bản
cực
dƣơng
21. 20
Các bản cực âm và dƣơng xen kẽ, nhóm bản cực âm thƣờng nhiều hơn
bản cực dƣơng 1 bản khiến cho bản cực âm nằm bên ngoài nhóm bản cực, các
bản cực đƣợc xếp ngăn cách với nhau bằng những tấm ngăn xốp. Những tấm
ngăn xốp cho phép chất điện giải đi nhanh qua các bản cực. Một bộ những sắp
xếp nhƣ vậy gọi là một phần tử (element).
Sau khi sắp xếp 1 bộ phận nhƣ trên nó đƣợc đặt vào 1 ngăn trong vỏ bình
ácquy. Ở bình ácquy có nắp đậy mềm, các lắp tế bào đƣợc đặt lên. Sau đó những
phiến nối đƣợc hàn vào để nối các cực liên tiếp của tế bào. Trong cách nối này
các tế bào đƣợc nối liên tiếp. Cuối cùng nắp đậy bình ácquy đƣợc hàn vào.
Bình ácquy có nắp đậy chung làm giảm đƣợc sự ăn mòn trên vỏ bình.
Những bình ác quy có bản cực nối đi xuyên qua tấm ngăn cách từng tế bào. Điều
này làm cho ácquy vận hành tốt hơn bởi vì bản nối ngăn và nắp đậy kín.
Đầu nối chính của ácquy là cực âm và cực dƣơng. Cực dƣơng lớn hơn cực
âm để tránh nhầm lẫn điện cực.
Nắp thông hơi đƣợc đặt trên nắp mỗi tế bào. Những nắp này có 2 mục
đích:
Để đậy kín tế bào ác quy, khi cần kiểm tra hay thêm nƣớc ngƣời ta sẽ
mở nắp đậy này.
Khi sạc bình ngƣời ta cũng mở nắp đậy này để chất khí có thể thoát ra.
Mỗi tế bào ácquy có điện thế 2V, ácquy 6V có ba tế bào mắc nối tiếp,
ácquy 12V có sáu tế bào mắc nối tiếp… Vì vậy muốn có điện thế cao hơn ngƣời
ta mắc nối tiếp các tế bào với nhau.
22. 21
Hình 2.2: Các tế bào và bình ácquy đƣợc mắc nối tiếp.
2.1.2. Chu trình phóng điện của ácquy
Khi bình ác quy đƣợc nối ra để tạo ra 1 mạch điện khép kín, dòng điện đi
từ bình ác quy ra, chu trình phóng điện bắt đầu. Dòng điện đƣợc tạo ra do phản
ứng hóa học nhƣ sau:
Oxy trong bản cực dƣơng kết hợp với hidro trong axit để tạo thành nƣớc,
Pb ở bản cực dƣơng kết hợp với gốc sunfat chì.
Dòng điện tạo ra do các phiến
khác nhau trong chất liệu điện giải
Hình 2.3: Cách thức bình ácquy tạo ra dòng điện.
12V
2V 2V2V 2V 2V 2V
6V
24V
12V 12V
23. 22
Khi quá trình phóng điện tiếp diễn dung dịch loãng dần cùng với sự tích
tụ sunfat chì ở bản cực đến 1 lúc nào đó phản ứng hóa học chấm dứt và ác quy
không tạo ra điện nữa ta nói nó đã hết điện. Muốn sử dụng lại ta cần phải sạc
ácquy bằng 1 nguồn điện ngoài với cƣờng độ thích hợp.
Khi làm việc bình ácquy đóng vai trò nhƣ một máy phát điện. Điều này
xảy ra nhƣ sau:
Bình ác quy cung cấp điện cho hệ thống điện và trở nên phát điện.
Máy phát điện cung cấp dòng điện ngƣợc lại cho bình ác quy, nói
cách khác là sạc ácquy.
Mạch điều hòa điện thế, giới hạn điện thế sạc trong 1 phạm vi an
toàn để ácquy không bị sạc ở mức độ quá lớn.
Những phản ứng hóa học xẩy ra trong chu kỳ sạc ngƣợc lại với phản ứng
trong chu kỳ xả điện.
Sulfat chì ở hai bản cực tách thành Pb và S04 còn nƣớc tách thành hidro để
tạo ra H2S04 cùng lúc này oxi kết hợp với chì ở bản cực dƣơng để tạp ra Pb02.
Chúng ta ghi nhận rằng nƣớc là yếu tố vô cùng quan trọng trong phản ứng
hóa học của bình ácquy. Nƣớc tinh khiết dùng để châm bình là một vấn để tranh
cãi còn dùng nƣớc cất để châm bình là tốt nhất. Nƣớc có tạp chất sẽ làm giảm
tuổi thọ và cản trở sự vận hành của ácquy.
2.1.3. Các loại bình ácquy
Có hai loại bình ácquy là loại khô và loại ƣớt.
2.1.3.1. Bình ác quy loại khô
Bình ácquy có đầy đủ mọi phần tử đƣợc xạc đầy nhƣng không có chứa
dung dịch điện giải cho đến khi đem ra sử dụng. Nhƣ thế nó rời khỏi nhà máy
trong tình trạng khô. Một khi đƣợc kích hoạt đem ra sử dụng nó cũng giống
ácquy ƣớt khác.
Ở nhà máy ácquy đƣợc sạc nhƣ sau: dòng điện một chiều đƣợc chỉ định
qua các bản cực, khi những bản cực này đƣợc nhúng trong dung dịch điện giải là
24. 23
H2S04 yếu. Các bản cực sau khi đƣợc sạc đƣợc lấy khỏi dung dịch điện giải, rửa
trong nƣớc và sấy khô hoàn toàn. Sau đó đƣợc lắp vào bình ácquy.
Bình ácquy khô duy trì tình trạng sạc điện của nó nếu không khí ẩm
không xâm nhập vào trong các tế bào của bình. Nếu đem ra để nơi thoáng mát
khô ráo loại bình ácquy này vẫn có thể sử dụng tốt.
Ácquy khô đƣợc kích hoạt bằng cách châm nƣớc điện giải vào bình trong
điều kiện thƣờng. Việc kích hoạt đƣợc làm nhƣ sau:
Đổ nƣớc điện giải vào tới mức quy định.
Đo trọng lƣợng riêng nƣớc điện giải.
Để yên vài phút kiểm tra lại mức chất lỏng trong từng ngăn. Nếu
cần châm thêm nƣớc điện giải.
Kiểm tra lại điện thế hở mạch của ácquy. Nếu điện thế ácquy là
12V hay hơn, có thể sử dụng. Nếu điện thế từ 10V đến 12V sạc lại
bình ácquy. Nếu điện thế không tới 10V thì coi nhƣ bình gặp vấn
đề.
Kiểm tra sau cùng là đo trọng lƣợng riêng nƣớc điện giải. Nếu chỉ
số đọc đƣợc hạ xuống 0.03 so với lần đo trƣớc đó cần sạc lại bình
ác quy.
Sạc một bình mới từ từ để đảm bảo ácquy đầy đủ điện.
Sau khi bình ácquy đƣợc đƣa vào hoạt động ta chỉ cần thêm nƣớc
cất, không đƣợc thêm axit.
Sau khi đƣa vào sử dụng bảo trì theo chế độ bảo dƣỡng bình
thƣờng. Những bình ác quy khô thƣờng đƣợc cất giữ ở nơi mát và
độ ẩm thấp. Đảm bảo nhiệt độ từ 160
đến 320
. Trong những điều
kiện nhƣ vậy ácquy có thể giữ nhiều năm mà vẫn còn điện. Trong
những điều kiện không tốt ácquy mất điện trong vài tuần. Thuận lợi
của bình ác quy khô là không bị sulfat hóa và hao mòn trong khi
tồn trữ nhƣ bình ác quy ƣớt.
25. 24
2.1.3.2. Bình ácquy ƣớt
Ácquy ƣớt có các phần tử đƣợc sạc và đổ đầy axit tại xƣởng. Ác quy ƣớt
không giữ đƣợc điện trong thời gian tồn trữ và phải đƣợc sạc lại định kỳ.
Trong thời gian tồn trữ mặc dù ác quy không sử dụng phản ứng hóa học
vẫn xảy ra nhƣng chậm và làm cho ác quy mất điện dần. Đây là hiện tƣợng tự xả
điện.
Mức độ tự xả điện diễn ra khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ nƣớc điện
giải. Một ác quy sạc đầy đủ cất giữ trong phòng nhiệt độ 380
C sẽ hoàn toàn mất
điện trong 90 ngày, nếu ở nhiệt độ 160
C thì nó chỉ mất một ít điện.
2.2. MẠCH SẠC NGUỒN XE ĐẠP ĐIỆN SỬ DỤNG IC UC3842
102/2K
1
47K
1K5
150K
222
2K
220/100 3K3
2W
Bình acq uy 24V
10K
3
2
1C358
5
6
7C358
220K
103
15K
15K
1
330
10K
10K
102
56K
1K2
2K2
100 100
15
220K
680
Dz12V
47
47
8
4
1K5
2K2
Quaït
2K2
2K2
1 2 3 4
8 7 6 5
103
103 103
100/50
103
3K9
102
10
5K1
1K
IRF 840
1 2 3
TL 431A
UC 3842
13V8
VR1
VR2
10
220VAC
10K
Power
Chaân 1 IC 358 :
H – led xanh saùng
L – led ñoû saùng
Maïch saït nguoàn 24VDC veõ laïi theo maïch thò tröôøng 2008 ( TPT )
G
D
S
104/630V
103/2K
820
Dz 6V
.47
82/400V
5K1
27,6V
K 0536
3K9
2K2 +5K1
330
22
10K
Hình 2.4: Mạch sạc nguồn xe đạp điện sử dụng IC UC3842.
26. 25
IC UC3842 có 8 chân và nhiệm vụ của các chân nhƣ sau:
-Chân 1 (COMP): đây là chân nhận điện áp so sánh, điện áp chân số 1 tỉ lệ
thuận với điện áp ra, thông thƣờng trong mạch nguồn,chân 1 không nhận áp hồi
tiếp mà chỉ đấu qua một R sang chân số 2.
-Chân 2 (VFB): đây là chân nhận điện áp hồi tiếp, có thể hồi tiếp so quang
hoặc hồi tiếp trực tiếp từ cuộn hồi tiếp sau khi đi qua cầu phân áp, điện áp hồi
tiếp về chân 2 tỷ lệ nghịch với điện áp ra, nếu 1 lý do nào đó làm điện áp đƣa về
chân 2 tăng lên thì điện áp ra sẽ giảm thấp hoặc bị ngắt.
-Chân 3 (Current sense): chân cảm biến dòng, chân này theo dõi điện áp ở
chân S của đèn mosfet, nếu dòng qua mosfet tăng => điện áp chân S sẽ tăng =>
điện áp chân 3 sẽ tăng, nếu áp chân 3 tăng đến ngƣỡng 0,6V thì dao động sẽ bị
ngắt, điện trở chân S xuống mass giảm khoảng 0,22ohm, nếu điện trở này tăng
tri số hoặc bị thay đổi trị số lớn hơn thì khi chạy có tải là nguồn bị ngắt.
-Chân 4 (Rt/Ct): chân nối với R-C tạo dao động, tần số dao động phụ
thuộc vào tri số R-C ở chân 4 để đồng pha giữa tần số dòng với tần số dao động
nguồn, điều đó đảm bảo khi dòng hoạt động tiêu thụ nguồn thì Mosfet nguồn
cũng sẽ mở để kịp thời cung cấp, điều đó làm điện áp ra không bị sụt áp khi cao
áp chạy.
-Chân 5 là Mass
-Chân 6: là chân dao động ra,dao động ra là dao đông xung vuông có độ
rộng có thể thay đổi để điều chỉnh thời gian ngắt mở của Mosfet thay đổi thì
điện áp ra thay đổi.
-Chân 7 là chân Vcc, điện áp cung cấp cho chân 7 từ 12V đến 14V,nếu
điện áp giảm dƣơi 12V thì dao động có thể bị ngắt, điện áp chân 7 đƣợc cấp qua
trở mồi, khi nguồn chạy điện áp này đƣợc bổ xung từ cuộn hồi tiếp sau khi
chúng đƣợc chỉnh lƣu và lọc.
-Chân 8 (Vref): đây là chân từ IC đƣa ra điện áp chuẩn 5V, điện áp này
thƣờng dùng cung cấp cho chân dao động số 4, ngƣời ta thƣờng thiết kế mạch
27. 26
bảo vệ bám vào chân 8 để khi nguồn có sự cố sẽ làm mất nguồn chân 8 => mạch
ngắt dao động.
2.2.1. Mạch hiển thị chỉ mức áp nguồn của ácquy
Hình 2.5: Mạch hiển thị mức áp nguồn ácquy.
-Đây là các tầng so áp, ta có thể dùng các tầng khuếch đại toán thuật (Op-
Amp) để làm các tầng so áp, ngả ra đặt các Led hiển thị mức áp ngả vào. Ngƣời
ta dùng mạch này để hiển thị chỉ mức áp của nguồn pin ácquy.
-Trong mạch: R1 (3.6K) và diode Zener 11V dùng tạo ra mức áp chuẩn,
qua các điện trở chia áp R3 (12K), R4 (1K), R5 (1K), R6 (1K), R7 (20K) tạo ra
các mức áp ngƣỡng cấp áp mẫu cho các tầng so áp. Tín hiệu lấy trên dây đen
qua mạch chỉnh áp với R8 (17K), chiết áp W (10K) và R9 (12K), điện áp này
cùng lúc đƣa vào các tầng so áp. Chúng ta biết, khi điện áp vào một tầng so áp,
nếu mức áp này cao hơn mức áp ngƣỡng thì Led ở ngả ra sẽ đƣợc cấp dòng và
28. 27
phát sáng. Với các Led mắc nối tiếp, chúng ta có mạch hiển thị mức áp với các
Led sáng dần lên. C1 là tụ lọc nhiễu tần cao trên mạch cấp áp chuẩn.
2.3. ĐỐI TƢỢNG ĐIỀU KHIỂN
2.3.1.Động cơ điện một chiều
Máy điện một chiều là loại máy điện làm việc với dòng điện một chiều, có
thể sử dụng làm máy phát điện hoặc động cơ điện.
Máy điện một chiều cho phép điều chỉnh tốc độ trơn trong khoảng rộng và
momen mở máy lớn vì vậy nó đƣợc sử dụng rộng rãi làm động cơ kéo, khi cần
điều chỉnh chính xác tốc độ động cơ trong khoảng rộng, máy điện một chiều còn
đƣợc sử dụng rộng rãi làm nguồn nạp ácquy, hàn điện, nguồn cung cấp điện…
2.3.1.1. Phân loại động cơ điện một chiều
Động cơ điện 1 chiều phân loại theo kích từ thành những loại sau:
-Kích từ độc lập.
-Kích từ song song.
-Kích từ nối tiếp.
-Kích từ hỗn hợp.
2.3.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều có cấu trúc gồm 3 bộ phận chính: phần cảm, phần
ứng, cổ góp và chổi than.
Phẩn cảm là bộ phận tạo ra từ trƣờng đặt ở stato, thông thƣờng phần cảm
là một nam châm điện gồm có cực từ N-S và cuộn dây kích từ.
Phần ứng có lõi thép đặt ở rotor, có phay rãnh để đặt dây quấn phần ứng.
Mỗi cuộn dây đƣợc nối tới hai lá góp của cổ góp điện.
Trong chế độ máy phát, cần cấp điện một chiều cho cuộn kích từ và nối
rotor với động cơ sơ cấp khác để quay rotor (máy lai động cơ). Khi rotor quay
trong từ trƣờng phần cảm, trong cuộn dây sẽ xuất hiện thế điện động, đƣợc cổ
góp và chổi than nắn thành sđđ một chiều.
29. 28
S
Zt
N
Trong chế độ động cơ, cần cấp điện một chiều cho cuộn kích từ và cuộn
dây phần ứng. Dòng điện chạy trong phần ứng sẽ tác dụng với từ trƣờng gây bởi
phần cảm tạo thành momen quay rotor.
Hình 2.6: Sơ đồ cấu tạo động cơ điện một chiều
2.3.1.3 Phƣơng trình cân bằng của động cơ
Khi đƣa một máy điện một chiều đã kích từ vào lƣới điện thì cuộn cảm
ứng sẽ chạy một dòng điện, dòng điện này sẽ tác động với từ trƣờng sinh ra
lực,chiều của nó đƣợc xác định bằng quy tắc bàn tay trái và tạo ra momen điện
từ làm cho rotor quay với tốc độ , trong cuộn dây xuất hiện sđđ cảm ứng:
Eƣ =ke (2.1)
Khi n,Iƣ thay đổi ta có: Uƣ +(-eƣ)+(-Ladiƣ/dt)=iƣRƣ, ở chế độ ổn định
(n=cont,Iƣ=const), ta có: Uƣ =Eƣ+IƣRƣ
Trong đó:Eƣ: sức điện động phần ứng.
Rƣ: điện trở phần ứng
Iƣ: dòng điện phần ứng
Dòng điện Iƣ đƣợc tính theo công thức sau:
Iƣ =
a
PN
2
=k . (2.2)
Trong đó: P-số đôi cực từ chính.
N- số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
– từ thông kích từ của một cực.
30. 29
ckt
Rf
U
Ru
M®m
0
M
Uu
E
CKT
Rf
Sức điện động:
Eƣ =ke n =
60
2 n
=
55.9
n
ke =0.105k.
2.3.1.4. Đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều
a. Đặc tính cơ của động cơ kích từ độc lập và song song
Hình 2.7: Đƣờng đặc tính cơ của đông cơ kích từ độc lập và song song.
Đặc tính cơ là mối quan hệ hàm giữa tốc độ và momen điện từ =f(M),
khi Ikt=const. Dòng kích từ đƣợc xác định bằng: Ikt =Ukt /Rkt , =ktikt
Phƣơng trình đặc tính cơ điện: =(Uƣ – Iƣ Rƣ)/k . Trong đó: 0 =Uƣ /k
là tốc độ không tải.
= 0 –
= u
fu
I
k
RR
= M
k
RR fu
2
(2.3)
b. Đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp
Hình 2.8: Đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp.
31. 30
Uu
Rf1
Rf2
ckt1
ckt2
E
Từ công thức: Uƣ =Eƣ +RƣIƣ (2.4)
= u
uu
I
k
R
k
U
= M
k
R
k
U uu
(2.5)
Trong máy này: Ikt=Iƣ
Khi 0<Iƣ<Iđm=>> Máy chƣa bão hòa: =kIƣ
M=CmkIƣIƣ=C’mI2
ƣ Iƣ =
M
Cm
.Khi đó: =
kM
RRC
k
U dctmu
. (2.6)
Nhƣ vậy trong phạm vi dong tải nhỏ hoặc nhỏ hơn dòng định mức đặc
tính có dạng hypecbol. Khi Iƣ>Iđm, máy bão hòa động cơ không trùng với đƣờng
hypecbol nữa.
c. Đặc tính của động cơ kích từ hỗn hợp
Hình 2.9: Đặc tính cơ động cơ kích từ hỗn hợp.
32. 31
Trên hình vẽ ta biểu diễn động cơ kích từ hỗn hợp và đặc tính cơ của nó,
các dây quấn kích từ có thể nối thuận hoặc nối ngƣợc làm giảm từ thông. Đặc
tính cơ của động cơ kích từ hỗn hợp khi nối thuận (đƣờng 1), sẽ là trung bình
giữa đặc tính cơ của động cơ kích từ song song (đƣờng 2) và nối tiếp (đƣờng 3).
Các động cơ làm việc nặng nề,dây quấn kích từ nối tiếp là dây quấn kích
từ chính còn dây quấn kích từ song song là dây quấn kích từ phụ và đƣợc nối
thuận. Dây quấn kích từ song song đảm bảo tốc độ động cơ không tăng quá lớn
khi momen nhỏ. Động cơ kích từ hỗn hợp có dây quấn kích từ nối tiếp là kích từ
phụ và nối ngƣợc có đặc tính cơ rất cứng (đƣờng 4) nghĩa là tốc độ quay của
động cơ hầu nhƣ không đổi. Ngƣợc lại khi nối thuận sẽ làm cho động cơ có đặc
tính mềm hơn, momen mở máy lớn hơn, thích hợp với máy nén, máy bơm, máy
nghiền, máy cán…
2.3.1.5. Khởi động động cơ một chiều
a. Khởi động trực tiếp
Đƣa động cơ trực tiếp vào lƣới điện không qua một thiết bị phụ nào, dòng
khởi động đƣợc xác định bằng công thức: Ikđ =
t
dm
R
U
(2.7)
Vì Rt nhỏ nên Ikđ có giá trị rất lớn (20 25) Iđm sự tăng dòng đột ngột làm
xuất hiện tia lửa điện ở cổ góp làm hiện xung cơ học và giảm điện áp lƣới,
phƣơng pháp này hầu nhƣ không sử dụng.
b. Khởi động điện trở khởi động
Đặc tính cơ:
Hình 2.10: Đặc tính cơ của khởi động điện trở khởi động
33. 32
Ngƣời ta đƣa vào rotor 1 điện trở có khả năng điều chỉnh và gọi là điện
trở khởi động dòng khởi động bây giờ có giá trị: Ikđ =
kdt
dm
RR
U
. (2.8)
Điện trở khởi động đƣợc ngắt dần ra theo sự tăng của tốc độ, nấc khởi
động thứ nhất phải chọn sao cho dòng phần ứng không lớn quá và momen khởi
động không nhỏ quá. Khi có cùng dòng phần ứng thì động cơ kích từ nối tiếp có
momen khởi động lớn hơn của động cơ kích từ song song.
Lƣu ý: Với các động cơ kích từ song song khi dùng điện trở khởi động
phải nối sao cho cuộn kích từ trong mọi thời gian đều đƣợc cấp điện áp định
mức để đảm bảo lớn nhất. Nếu trong mạch kín từ có điện trở điều chỉnh thì
khi khởi động điện trở này phải ngắn mạch.
Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều dùng điện trở ở mạch rotor.
2.3.1.6.Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều
Các phƣơng trình điều chỉnh tốc độ.
-Thay đổi điện áp nguồn nạp.
-Thay đổi điện trở mạch rotor.
-Thay đổi từ thông.
a.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn nạp
Khi cho Uƣ=var thì o=var.Nếu Mc=const thì tốc độ = var ta điều chỉnh
đƣợc tốc độ của động cơ. Khi điện áp nạp thay đổi các đặc tính cơ song song với
nhau. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nạp thì chỉ thay đổi đƣợc
theo chiều tốc độ giảm ( vì mỗi cuộn dây đã đƣợc thiết kế với Uđm nên không thể
tăng điện áp đặt lên cuộn dây. Trên hình vẽ ta biểu diễn đặc tính cơ của động cơ
khi Uƣ=var.
Hình 2.11: Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn nạp
34. 33
b.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rotor
Ta có: =M.(Rt +Rđc), nếu tat hay đổi đƣợc Rđc thì ta sẽ thay đổi đƣợc
(độ giảm tốc độ), khi M=const nghĩa là thay đổi đƣợc tốc độ động cơ. Đồ thị
nhƣ hình vẽ.
Hình 2.12: Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rotor.
Đồ thị này có những ƣu khuyết điểm sau:
-Dễ thực hiện, giá thành rẻ.
-Điều chỉnh tƣơng đối láng.
Phạm vi điều chỉnh hẹp và phụ thuộc vào tải (tải càng lớn phạm vi điều
chỉnh càng rộng), không thực hiện đƣợc ở vùng tốc độ không tải, điều chỉnh có
tổn hao lớn. Ngƣời ta chứng minh rằng để giảm 50% tốc độ định mức thì tổn
hao trên điện trở điều chỉnh chiếm 50% công suất đƣa vào.
Điện trở điều chỉnh tốc độ có chế độ làm việc lâu dài nên không dùng
điện trở khởi động (làm việc ở chế độ ngắn hạn), làm điện trở điều chỉnh.
c.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
Từ biểu thức: = u
tu
I
k
R
k
U
. (2.9)
Khi M=const, Uƣ=const, =var (thay đổi dòng kích từ) thì tăng lên.
Thật vậy khi giảm từ thông dòng điện ở rotor tăng nhƣng không làm cho biểu
thức thay đổi vì giảm điện áp ở Rt chỉ chiếm vài phần trăm của điện áp phần ứng
nên khi giảm từ thông thì tốc độ sẽ tăng, song nếu cứ tiếp tục giảm dòng kích từ
thì tới 1 lúc nào đó tốc độ không tăng đƣợc nữa, sở dĩ nhƣ vậy là vì momen điện
35. 34
từ của động cơ giảm. Phƣơng pháp này chỉ thực hiện khi từ thông giảm tốc độ
còn tăng. Trên hình vẽ biểu diễn đặc tính cơ khi từ thông thay đổi.
Phƣơng pháp thay đổi từ thông để điều chỉnh tốc độ rất láng và kinh tế.
Không điều chỉnh tốc độ ở dƣới tốc độ định mức.
Chú ý: Không đƣợc giảm kích từ tới giá trị không vì lúc này chỉ còn từ dƣ khi
tải tăng tốc độ tăng quá lớn thƣờng ngƣời ta thiết kế bộ điện trở điều chỉnh để
không khi nào mạch từ bị hở.
Hình 2.13: Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông.
d.Hệ thống máy phát động cơ
Để tăng phạm vi điều chỉnh tốc độ, ngƣời ta thƣờng dùng hệ thống máy
phát điện một chiều nạp trực tiếp cho động cơ một chiều, ta gọi nó là hệ thống
máy phát động cơ. Trong hệ thống này cả máy phát và động cơ đều là máy phát
một chiều kích từ độc lập.
Trong hệ thống máy phát động cơ có thể áp dụng phƣơng pháp điều chỉnh
điện áp nguồn nạp (thay đổi kích từ máy phát) thay đổi điện trở mạch rotor động
cơ, từ thông kích từ động cơ, hệ thống cho ta phạm vi điều chỉnh rộng, điều
chỉnh đƣợc cả hai chiều tăng và giảm, có độ điều chỉnh láng.
2.3.1.7.Tổn hao và hiệu suất máy điện một chiều
Trong máy điện có hai loại tổn hao: tổn hao chính và tổn hao phụ.
-Tổn hao chính gồm:
Tổn hao cơ (tổn hao ổ bi, tổn hao ma sát ở cổ góp, ma sát với không khí).
Tổn hao sắt từ trong cuộn rotor và stator, trong cuộn phụ, cuộn khử trong mạch
kích từ.
Tổn hao ở hai lớp tiếp xúc của chổi than và vành khuyên.
36. 35
1k1
2k
1k
3k
Rtg1
1k4
Rtg2
1k3
KD
Rtg1
1k2
+
+
+
–
–
–
D
Rtg2
R2
2k
R1
3k
M
kt
-Tổn hao phụ:
Tổn hao phụ xuất hiện trong lõi thép và trong đồng, nó gồm tổn hao dòng
xoáy, tổn hao nối cân bằng, tổn hao do phân bố từ trƣờng không đều, do mật độ
ở chổi than không đều…
Hiệu suất của động cơ đƣợc tính nhƣ sau: =
PP
P
1
2
(2.10)
Hình 2.14: Tổn hao và hiệu suất máy điện một chiều.
Trong đó: P : Tổng hợp các tổn hao của máy
P1: công suất vào
P2:công suất đƣa ra
2.3.1.8. Một số sơ đồ điều khiển động cơ một chiều
a.Sơ đồ điều khiển mở máy động cơ một chiều theo hàm thời gian
37. 36
Hình 2.15: Sơ đồ điều khiển mờ máy theo hàm thời gian.
Trên hình vẽ giới thiệu sơ đồ điều khiển mở máy theo hàm thời gian của
động cơ một chiều M có hai cấp điện trở mở máy R1 và R2.
Khi đóng điện, rơle thời gian Rtg1 có điên, ấn nút mở máy khởi động, công
tắc tơ 1k đóng điện đóng tiếp điểm chính 1k1 cấp điện cho phần ứng của động
cơ qua 2 điện trở phụ R1, R2, đóng tiếp điểm phụ 1k2 để tự duy trì, cắt tiếp điểm
phụ 1k3 để cắt điên rơle thời gian Rtg1 và bắt đầu tính thời gian đóng tiếp điểm
1k4 để chuẩn bị cấp điện cho công tắc tơ 2k,3k.
Khi rơle thời gian Rtg1 bị cắt điên sau khoảng thời gian t1, tiếp điểm Rtg1
đóng, cuộn dây công tắc tơ 2k có điện,đóng tiếp điểm 2k để ngắn mạch điện trở
mở máy R2 tốc độ của động cơ tăng lên, đồng thời do tiếp điểm 2k ngắn mạch
điện trở R2 nên rơle thời gian Rtg2 mất điện bắt đầu tính thời gian giai đoạn
hai,sau khoảng thời gian 2 tiếp điểm Rtg2 sẽ đóng điện cho công tắc tơ 3k, tiếp
điểm 3k ngắn mạch sẽ đóng điện cho công tắc tơ 3k, tiếp điểm 3k ngắn mạch
điện trở mở máy R1 , động cơ tiếp tục tăng tốc độ đến khi mở máy hoàn toàn,ở
giai đoạn 1 động cơ làm việc ở đặc tính cơ đƣờng, ở giai đoạn 2 động cơ
làm việc ở đƣờng 2, sau thời gian 2 động cơ làm việc ở đƣờng đặc tính cơ tự
nhiên. Đặc tính động M(t) và (t) của quá trình vẽ trên hình c.
Phƣơng pháp trên đơn giản, độ tin cậy cao, có thể điều chỉnh đƣợc thời
gian và dùng một loại rơle thời gian.
38. 37
1k
2k
k
k
k
+
+
+ –
–
–
KD
D
R1
1k
R2
2k
M
kt
b.Sơ đồ điều khiển mở máy động cơ điện một chiều theo hàm tốc độ
Trên hình 1 vẽ sơ đồ điều khiển mở máy động cơ một chiều theo hàm tốc
độ (hàm sức điện động).
Hình 2.16: Sơ đồ điều khiển mở máy động cơ điện một chiều theo hàm tốc độ.
Trƣờng hơp từ thông trong động cơ không đổi, điện áp trên phần ứng tỉ lệ
với tốc độ quay. Hai công tắc tơ 1k,2k đƣợc chỉnh định với điện áp tác động
U1,U2. Khi nhấn nút KĐ công tắc tơ K tác động đóng tiếp điểm K để phần ứng
của động cơ đƣợc cấp điện qua hai điện trở mở máy R1, R2 , động cơ quay và
khi tốc độ tăng điện áp phần ứng sẽ tăng. Khi điện áp phần ứng đạt giá trị U1
công tắc tơ 1k tác động đóng tiếp điểm 1k, ngắn mạch điện trở R1, khi điện áp
phần ứng tiếp tục tăng đến U2 thì công tắc tơ 2k sẽ tác động ngắn mạch điện trở
R2.
Việc điều chỉnh điện áp tác động của các công tắc tơ bị hạn chế nên
phƣơng pháp này sử dụng có những khó khăn nhất định.
Trên hình 2 giới thiệu sơ đồ điều khiển máy bằng hãm động năng của
động cơ một chiều theo hàm thời gian.Giả sử động cơ đang làm việc trên đặc
tính cơ tự nhiên (đƣờng 1). Khi dừng máy ta nhấn nút D, công tắc tơ K mất điện
mở tiếp điểm k1 căt động cơ khỏi lƣới điện đồng thời tiếp điểm k3 cắt rơle thời
39. 38
+
+
+ –
–
H
k3
k2
k1
Rtg
Rtg
k4
K
Rh
KD
D
R
1k
M
kt
U®k
So s¸nh
T¹o ®iÖn
¸p chuÈn
KhuÕch ®¹i t¹o
xung ®iÒu khiÓn
gian Rtg để bắt đầu tính thời gian, tiếp điểm k4 đóng điện cho công tắc tơ hãm H
để đóng dòng phản ứng động cơ qua điện trở hãm RH, tiến hành hãm động năng
(đặc tính cơ đƣờng 2) sau thời gian tiếp điểm Rtg sẽ cắt điện của công tắc tơ
H kết thúc quá trình hãm. Đặc tính động (t) và M(t) của quá trình hãm vẽ trên
hình.
Hình 2.17: Sơ đồ điều khiển máy bằng hãm động năng theo hàm thời gian.
c.Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Hình 2.18: Sơ đồ mạch điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều sử dụng thyristor.
Trên hình vẽ là sơ đồ tự động điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều.
Tốc độ của động cơ đƣợc đo bằng máy phát tốc, máy phát tốc là loại máy điện
một chiều có công suất nhỏ, điện áp của nó tỉ lệ thuận với tốc độ. Biến thiên tốc
độ của động cơ đƣợc so sánh và dẫn tới khối điều khiển chỉnh lƣu có điều khiển.
Điện áp cung cấp cho động cơ đƣợc lấy từ bộ chỉnh lƣu ba pha hình tia có điều
khiển. Khi tốc độ động cơ thay đổi, tín hiệu ra của bộ so sánh tác động vào khối
điều khiển sẽ thay đổi vào góc mở của thyristor làm trị số trung bình của điện áp
40. 39
chỉnh lƣu thay đổi. Do điện áp đặt vào phần ứng của động cơ thay đổi sẽ làm
cho tốc độ quay của động cơ thay đổi theo nhằm giữ cho tốc độ ổn định ở vị trí
cho trƣớc.
2.3.2. Động cơ điện BLDC
2.3.2.1. Giới thiệu chung về động cơ BLDC
Động cơ DC không chổi than-BLDC (Brushles Dc motor) là một dạng
động cơ đồng bộ tuy nhiên động cơ BLDC kích từ bằng một loại nam châm vĩnh
cửu dán trên rotor và dùng dòng điện DC ba pha cho dây quấn phần ứng stator.
Cũng giống nhƣ động cơ đồng bộ thông thƣờng, các cuộn dây BLDC cũng đƣợc
đặt lệch nhau 120 điện trong không gian của stator. Các thanh nam châm đƣợc
dán chắc chắn vào thân rotor làm nhiệm vụ kích từ cho động cơ. Đặc biệt điểm
khác biệt về hoạt động của động cơ BLDC so với các động cơ đồng bộ nam
châm vĩnh cửu khác là đông cơ BLDC bắt buộc phải có cảm biến vị trí rotor để
cho động cơ hoạt động. Nguyên tắc điều khiển của động cơ BLDC là xác định vị
trí rotor để điều khiển dòng điện vào cuộn dây stator tƣơng ứng, nếu không động
cơ không thể tự khởi động hay thay đổi chiều quay. Chính vì nguyên tắc điều
khiển dựa vào vị trí rotor nhƣ vậy nên động cơ BLDC đòi hỏi phải có một bộ
điều khiển chuyên dụng phối hợp với cảm biến Hall để điều khiển động cơ.
a. Ƣu điểm
Động cơ DC không chổi than BLDC (Brushles DC motor) có các ƣu điểm
của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu nhƣ: tỷ lệ momen/quán tính lớn, tỷ lệ
công suất trên khối lƣợng cao.
Do máy đƣợc kích từ bằng nam châm vĩnh cửu nên giảm tổn hao đồng và
sắt trên rotor hiệu suất động cơ cao hơn.
Động cơ kích từ nam châm vĩnh cửu không cần chổi than và vành trƣợt
nên không tốn chi phí bảo trì chổi than. Ta cũng có thể thay đổi đặc tính động cơ
bằng cách thay đổi đặc tính của nam châm kích từ và cách bố trí nam châm trên
rotor.
41. 40
Một số đặc tính nổi bật của động cơ BLDC khi hoạt động:
Mật độ từ thông khe hở không khí lớn.
Tỷ lệ công suất/khối lƣợng máy điện cao.
Tỷ lệ momen/quán tính lớn (có thể tăng tốc nhanh).
Vận hành nhẹ nhàng (dao động của momen nhỏ) thậm chí ở tốc độ
thấp (để đạt đƣợc điều khiển vị trí một cách chính xác).
Mômen điều khiển đƣợc ở vị trí bằng không.
Vận hành ở tốc độ cao.
Có thể tăng tốc và giảm tốc trong thời gian ngắn.
Hiệu suất cao.
Kết cấu gọn.
b. Nhƣợc điểm
Do động cơ đƣợc kích từ bằng nam châm vĩnh cửu nên khi chế tạo giá
thành cao do nam châm vĩnh cửu khá cao nhƣng với sự phát triển công nghệ
hiện nay thì giá thành nam châm có thể giảm.
Động cơ BLDC đƣợc điều khiển bằng một bộ điều khiển với điện ngõ ra
dạng xung vuông và cảm biến Hall đƣợc đặt bên trong động cơ để xác định vị trí
rotor. Điều này làm tăng giá thành đẩu tƣ khi sử dụng động cơ BLDC. Tuy
nhiên điều này cho phép điều khiển tốc độ và mômen động cơ dễ dàng, chính
xác hơn.
Nếu dùng các loại nam châm sắt từ chúng dễ từ hóa nhƣng khả năng tích
từ không cao, dễ bị khử từ và đặc tính từ của nam châm bị giảm khi tăng nhiệt
độ. Nhƣng với loại nam châm hiếm nhƣ hiện nay thì nhƣợc điểm này đã đƣợc
cải thiện đáng kể.
2.3.2.2. Cấu tạo động cơ BLDC
Khác với động cơ một chiều bình thƣờng, động cơ một chiều không chổi than
BLDC có phần ứng đứng yên nằm trên stator và phần cảm quay nằm trên rotor.
Stator: bao gồm lõi sắt (các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau) và dây quấn,
trong các rãnh của stator đặt cuộn ứng nhƣ trong các rãnh phần ứng bình thƣờng.
Rotor thƣờng là nam châm vĩnh cửu.
42. 41
Hình 2.19:Cấu tạo của động cơ BLDC của Micrichip.
2.3.2.3. Cấu trúc động cơ BLDC
Nam châm vĩnh cửu dùng để kích từ có thể là loại nam châm điện từ hoặc
loại nam châm hiếm nhƣ: AlNiCo, NdFeB, SmCO… Tuy nhiên hiện nay ngƣời
ta thƣờng sử dụng các loại nam châm hiếm vì chúng có từ dƣ lớn, từ tính ít thay
đổi khi nhiệt độ tăng, khó bị khử từ…Với công nghệ chế tạo nam châm ngày
càng phát triển mạnh các đặc tính từ của nam châm vĩnh cửu ngày càng đƣợc cải
thiện, chất lƣợng nam châm ngày càng tốt hơn. Điều này cho phép động cơ
BLDC đƣợc chế tạo và ứng dụng nhiều hơn.
Theo cách dán nam châm vào rotor động cơ ta phân thành hai kiểu rotor:
rotor có nam châm dán trên bề mặt bên ngoài ( rotor-surface-mounted magnet)
và dạng rotor nam châm nằm bên trong ( interior magnets).
Hình 2.20: Nam châm đƣợc đặt trên rotor của động cơ BLDC
43. 42
a,b,c: nam châm dán bề mặt ngoài rotor
d,e,f,g: nam châm đặt bên trong rotor.
Theo vị trí tƣơng đối của rotor đối với stator ta có hai kiểu động cơ: Động
cơ rotor nằm bên trong ( interior rotor) và động cơ rotor nằm bên ngoài (exterior
rotor).
a.Động cơ nam châm dán ngoài bề mặt rotor
Máy điện có nam châm vĩnh cửu dán trên bề mặt rotor đƣợc xem nhƣ một
động cơ cực từ ẩn.Thiết kế và cấu trúc stator và các cuộn dây tƣơng tự nhƣ trong
các máy điện đồng bộ truyền thống. Nam châm vĩnh cửu đƣợc đặt trên bề mặt cả
rotor và đƣợc gắn chặt vào rotor. Do nam châm có độ thẩm từ rất nhỏ so với sắt
cho nên ảnh hƣởng của khe hở không khí lên máy là lớn. Thông thƣờng giả thiết
khi phân tích máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu thì khe hở không khí là
đồng dạng.
Hình 2.21: Kiểu rotor nam châm dán ngoài bề mặt.
Trong trƣờng hợp các thanh nam châm đƣợc gắn trên bề mặt của rotor, sự
ra tăng độ thẩm từ do môi trƣờng bên ngoài là 1,02-1,2. Chúng có cƣờng độ từ
trƣờng lớn, cho nên có thể xem máy điện có khe hở không khí lớn, do đó có thể
bỏ qua hiện tƣợng cực lồi (điều này dẫn đến điện cảm từ hóa trên trục d bằng
điện cảm từ hóa trên trục q,Lmd=Lmq=Lm). Hơn nữa,do khe hở không khí lớn,
điện cảm đồng bộ (Ls=Lsl+Lm) nhỏ và vì vậy có thể bỏ qua hiện tƣợng phản ứng
44. 43
phần ứng. Một hệ quả của khe hở không khí lớn là hằng số điện của cuộn stator
nhỏ. Nam châm dán nên rotor có thể có nhiều hình dạng, dạng cung trong hay
dạng phẳng có độ dày vài milimet. Nam châm dạng cung tạo một từ thông trong
khe hở không khí bằng phẳng và mômen ít dao động. Cũng có thể giảm dao
động của mômen bằng cách thiết kế stator thích hợp.
b.Động cơ có nam châm vĩnh cửu đặt bên trong rotor
Động cơ loại này, nam châm đƣợc đặt bên trong của than rotor, nam châm
có thể đƣợc đặt vuông góc nhau hay chéo nhau. Máy điện có nam châm bên
trong rotor cũng nhƣ động cơ đồng bộ cực lồi (Lq Ld). Do các thanh nam châm
đƣợc đặt bên trong rotor, ảnh hƣởng của khe hở không khí nhỏ hơn nhiều so với
máy điện có các thanh nam châm đặt bên ngoài rotor. Đặc tính này cho phép có
thể vận hành dễ dàng trong vùng từ trƣờng yếu mà rất khó trong trƣờng hợp nam
châm dán ở mặt ngoài rotor. Do khe hở không khí là không đồng dạng nên điều
khiển phức tạp hơn nhiều so với máy điện có nam châm dán ở mặt ngoài rotor,
do mômen tạo ra gồm cả hai thành phần: thành phần cơ bản và thành phần
cƣỡng bức.
Hình 2.22: Kiểu rotor nam châm nằm bên trong.
45. 44
2.3.2.4.Phƣơng trình mô hình toán cho động cơ BLDC
a.Phƣơng trình điện áp tức thời
Phƣơng trình điện áp Kirchhoff cho động cơ đồng bộ:
v1=ef+R1ia+Ls (2.11)
Trong đó: ef là sức điện động cảm ứng tức thời của cuộn dây một pha.
R1 là điện trở của cuộn dây một pha.
Ia là dòng điện tức thời của một pha dây quấn stator.
Ls là cảm kháng của dây quấn trên một pha.
Đây là phƣơng trình điện áp một pha tính tại điểm trung tính của hệ
thống. Đối với động cơ 3 pha nối sao Y, dạng sóng điện áp vào là toàn cho kỳ,
thì trong một thời điểm luôn có hai cuộn dây cùng có dòng điện chạy qua. Do đó
phƣơng trình điện áp có dạng:
v1=efA-efB+2R1ia+2Ls (2.12)
Trong đó: efA-efB là điện áp cảm ứng dây efAB, có thể viết lại efL-L.
v1=(efA-efB)+2R1ia+2Ls (2.13)
Do động cơ BLDC dùng dòng một chiều cho cuộn dây phần ứng chúng ta
bỏ qua cảm kháng cuộn dây Ls 0,v1=Vdc là điện áp một chiều đƣa vào bộ biến
đổi điện áp.
Phƣơng trình đƣợc viết lại cho động cơ BLDC:
Đối với điện áp dạng bán sóng:
ia(t)= (2.14)
Đối với dạng điện áp toàn sóng:
ia(t)= (2.15)
Nếu xét đến cảm kháng Ls và giả thiết efL-L=EfL-L gần bằng hằng số thì
phƣơng trình đƣợc viết lại nhƣ sau:
ia(t)= .(1-e.R1
L
1t
)+Ia0e.(R1/L1)t (2.16)
Trong đó: Ia0 là dòng điện tại thời điểm t=0.
46. 45
b.Sức điện động cảm ứng
Sức điện động cảm ứng EMF của cuộn dây đƣợc tính theo công thức của
tốc độ rotor n:
Đối với điện áp bán sóng:
Ef=CEdc f.n=KEdc.n (2.17)
Đối với điện áp toàn sóng:
EfL-L=CEdc. f.n=KEdc.n (2.18)
Trong đó: CEdc. f=KEdc gọi là hằng số sức điện động cảm ứng hay gọi tắt là hằng
số cảm ứng. Kích từ của nam châm vĩnh cửu ta xem nhƣ không đổi f=const.
CEdc đƣợc xác định theo công thức:
CEdc=8pN1kw1 (2.19)
Với : kw1 là hệ số dây quấn.
N1 số vòng dây quấn của một pha.
p số cặp của động cơ.
c.Mômen điện từ
Mômen điện từ của động cơ BLDC đƣợc xác định giống nhƣ của động cơ
DC có chổi than:
Td=CTdc fIa=KTdcIa (2.20)
Trong đó: CTdc f=KTdc là hằng số mômen.
Hằng số moomen đƣợc xác định theo công thức:
CTdc= (2.21)
d.Vận tốc dài của rotor
Vận tốc dài m/s đƣợc tính theo công thức:
v= =2 pn (2.22)
Trong đó: bƣớc cực
p số cặp cực
n số vòng quay của rotor
47. 46
e.Sức điện động và mômen động cơ BLDC
Đối với dây quấn nối Y, tại một thời điểm dòng điện chỉ chạy qua hai
trong ba cuộn dây của dây quấn stator. Dòng điện DC kích từ có =0 nên công
thức sức điện động giống nhƣ động cơ DC:
Vdc=EfL-L+2R1Ia (2.23)
Sức điện động cảm ứng EfL-L là tổng sức điện động cảm ứng của hai cuộn
dây nối tiếp nhau, điện áp Vdc là điện áp DC đƣa vào bộ điều khiển:
Xét điều kiện lý tƣởng với từ thông dạng hình chữ nhật không đổi
Bmb=const trong giai đoạn 0 x ta có từ thông cảm ứng từ:
f=Li dx= LiBmg (2.24)
Trong thực tế từ thông này nhỏ hơn vì bp< , công thức trở thành:
f=bpLiBmg= i LiBmg (2.25)
Với kích từ dạng xung vuông, sức điện động cảm ứng trên một vòng dây
nhƣ sau:
ef0=2BmgLiv=4pnBmgLi (2.26)
Nếu tính tới chiều rộng cực bp= i và cuộn dây có N1 vòng với hệ số quấn
dây kw1 ta có sức điện động cảm ứng đƣợc tính:
ef=4pnN1kw1 iBmgLi =4pnN1kw1 f (2.27)
Với mạch nối Y, trong một thời điểm dòng điện qua hai cuộn dây thì:
EfL-L=2ef=8pN1kw1 i LiBmgn=cEdc fn=kEdcn (2.28)
Trong đó ta thay:cEdc=8pN1kw1, f= i LiBmg và kEdc=cEdc f
Mômen điện từ sinh ra có giá trị:
Td= = = p.N1kw1 LiBmgIa (2.29)
Td= pN1kw1 fIa=CTdc fIa=kTdcIa (2.30)
f. Đặc tính moment- vận tốc
Đặc tính moment- vận tốc của động cơ theo công thức ta có:
Với vận tốc không tải: n0= (2.31)
48. 47
Moment khởi động Tdst=kTdc.Iash và dòng điện khởi động Iash= (2.32)
Ta có:
=1- =1 – (2.33)
Các công thức trên là công thức gần đúng do đó không đƣợc sử dụng để tính các
đặc tính kinh tế cho động cơ BLDC.
Đặc tính moment- tốc độ của động cơ BLDC từ lý thuyết đến thực tế có
sự khác biệt:
Hình 2.23: Đặc tính moment-tốc độ lý thuyết và thực tế: (a) Lý thuyết, (b) Thực
tế.
2.3.2.5. Các phƣơng pháp điều khiển động cơ BLDC
a.Đặc điểm bộ điều khiển
Giống với các loại động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu thông thƣờng,
động cơ BLDC cũng sử dụng nguồn điện 3 pha để tạo từ trƣờng quay. Tuy nhiên
động cơ BLDC sử dụng dòng điện một chiều đƣợc điều khiển bằng các khóa
công suất để tạo điện áp DC 3 pha lệch nhau 120 để hoạt động, do đó nó có tên
gọi động cơ DC không chổi than. Giản đồ dòng điện áp một chiều ba pha và
xoay chiều 3 pha nhƣ sau:
49. 48
Hình 2.24:Giản đồ so sánh dạng sóng sin ba pha và DC ba pha:
(a):sóng sin
(b):sóng DC
Động cơ BLDC hoạt động trên nguyên tắc xác định vị trí rotor và điều
khiển dòng điện phần ứng cho phù hợp với vị trí đó. Do đó động cơ BLDC hoạt
động phải có thiết bị xác định vị trí rotor nhƣ Encoder hoặc cảm biến từ trƣờng
Hall. Cảm biến này sẽ gửi tín hiệu vị trí rotor về bộ điều khiển để đóng ngắt
dòng điện DC chạy qua các cuộn dây của các pha tƣơng ứng với vị trí của rotor
lúc đó. Đây là một trong những nhƣợc điểm về hoạt động và điều khiển của
động cơ BLDC. Tuy nhiên với nguyên tắc hoạt động nhƣ vậy ta có thể dễ dàng
điều khiển vận tốc và vị trí của động cơ.
Động cơ BLDC đƣợc điều khiển bằng một bộ điều khiển tƣơng ứng. Bộ
điều khiển này cấu tạo giống nhƣ một bộ nghịch lƣu bap ha thông thƣờng tuy
nhiên dòng điện ra là dòng điện không đổi DC. Tại một thời điểm hoạt động bộ
điều khiển chỉ cho dòng điện DC chạy qua hai cuộn dây của hai pha tƣơng ứng
50. 49
với vị trí của rotor lúc đó. Đây là khác biệt giữa động cơ BLDC với các động cơ
đồng bộ tƣơng ứng.
Hình 2.25:Sơ đồ khóa và quá trình đóng cắt điều khiển động cơ BLDC
Hình 2.26:Giản đồ dòng điện tƣơng ứng ba pha của dây quấn stator.
b.Cảm biến vị trí rotor – Cảm biến Hall
Để xác định vị trí rotor có thể dùng cảm biến Hall hoặc Encoder. Có thể
đặt các phần tử cảm biến bên trong động cơ, trên đầu trục động cơ hay dùng cảm
biến bên ngoài lắp vào trục động cơ.
51. 50
Cảm biến hiệu ứng Hall (gọi tắt là cảm biến Hall) đƣợc dùng trong động
cơ BLDC để xác định vị trí cực nam châm của rotor. Tín hiệu vị trí này là cơ sở
để bộ điều khiển đóng cắt các khóa công suất cấp dòng DC cho cuộn dây stator
tƣơng ứng. Khi đặt cảm biến Hall trong vùng từ trƣờng và có một dòng điện DC
chạy qua thì sẽ có một điện áp sinh ra tại ngõ ra của cảm biến có giá trị tính theo
công thức:
VH=kH IcBsin (V)
Trong đó : kH là hằng số Hall (m3
/C).
là độ dày của chất bán dẫn.
IC là dòng điện cấp vào.
B là mật độ từ thông.
góc lệch giữa mật độ từ thông và bề mặt cảm biến.
Sự phân cực suất hiện khi cảm biến quét qua các nam châm của động cơ.
Theo công thức trên thì điện áp VH sinh ra có dạng tuyến tính thay đổi theo góc
lệch giữa cảm biến và từ trƣờng. Chúng ta cần tín hiệu kỹ thuật số để điều khiển
có dạng nhị phân 1/0 do đó cả cảm biến đều đƣợc chế tạo tích hợp trong một IC
để dạng điện áp ra là dạng xung vuông. Các cảm biến Hall đặt trong động cơ
lệch nhau một góc 120 điện hay 60 điện để xác định chính xác vị trí rotor để
điều khiển tƣơng ứng các pha của dòng điện phần ứng stator.
Hình 2.27: Tích hợp cảm biến Hall vào một IC.
52. 51
Hình 2.28: Đặt cảm biến Hall bên trong động cơ.
Hình 2.29: Tín hiệu cảm biến Hall và dòng điện tƣơng ứng các pha.
53. 52
c.Các phƣơng pháp điều khiển động cơ BLDC
Để điều khiển động cơ BLDC có hai phƣơng pháp chính: phƣơng pháp
dùng cảm biến vị trí Hall ( hoặc Encoder) và phƣơng pháp điều khiển không
cảm biến (sensorless control). Trong đó ta có hai phƣơng pháp điều chế điện áp
ra từ bộ điều khiển đó là điện áp dạng sóng hình thang và dạng sóng hình sin. Cả
hai phƣơng pháp hình thang và hình sin đều có thể sử dụng cho điều khiển có
cảm biến Hall và không cảm biến, trong khi phƣơng pháp không cảm biến chỉ
dùng phƣơng pháp điện áp dạng song hình thang.
1. Phƣơng pháp điều khiển bằng tín hiệu cảm biến Hall-phƣơng pháp 6 bƣớc.
Phƣơng pháp này đƣợc dựa trên nguyên lý hoạt động cơ bản của động cơ
BLDC dùng tín hiệu đƣa về từ cảm biến vị trí rotor để làm tín hiệu đóng ngắt
dòng điện vào các cuộn dây tƣơng ứng. Giản đồ xung kích và dòng điện đóng
ngắt tƣơng ứng thể hiện trong hình 2.29.
Hình 2.30:Sơ đồ bộ khóa và quá trình đóng cắt điều khiển động cơ BLDC.
54. 53
Hình 2.31:Cảm biến hall gắn trên stator.
Hình 2.32:Dạng sóng sức phản điện động pha,dây và tín hiệu đƣa về Hall
sensor.
55. 54
Bảng 2.1:Bảng mã điều khiển động cơ BLDC sắp xếp theo thứ tự các pha nhƣ
trong hình 2.29.
Pha
Sensor
A
Sensor
B
Sensor
C
T5
C
high
T6
C
low
T3
B
high
T4
B
low
T1
A
high
T2
A
Low
1 1 0 1 0 0 0 1 1 0
2 1 0 0 0 1 0 0 1 0
3 1 1 0 0 1 1 0 0 0
4 0 1 0 0 0 1 0 0 1
5 0 1 1 1 0 0 0 0 1
6 0 0 1 1 0 0 1 0 0
2. Điều khiển động cơ BLDC điện áp bằng cách điều chỉnh điện áp ngõ vào.
Đây là phƣơng pháp điều khiển giống với điều khiển động cơ DC thông
thƣờng. Tốc độ động cơ đƣợc điều khiển bằng cách điều chỉnh điện áp DC cung
cấp cho bộ khóa công suất. Điện áp ngõ vào đƣợc điều chỉnh sao cho tốc độ ngõ
ra bám sát theo tốc độ đặt cho hệ thống. Để thay đổi chiều quay ta thay đổi các
khóa công suất sao cho dòng điện chạy qua các cuộn dây các pha có chiều
ngƣợc lại. Trong phƣơng pháp này các khóa bán dẫn chỉ có nhiệm vụ đóng hoặc
cắt dòng điện qua nó.
3. Điều khiển bằng phƣơng pháp PWM.
Trên cơ sở điều khiển tốc độ động cơ BLDC bằng phƣơng pháp điều
chỉnh điện áp vào ta có thể áp dụng kỹ thuật PWM để điều khiển tốc độ động cơ.
Đây cũng là phƣơng pháp đƣợc sử dụng rộng rãi trong điều khiển điện áp hiện
nay. Với phƣơng pháp này điện áp cung cấp cho bộ khóa công suất không đổi,
tuy nhiên điện áp ra khỏi bộ khóa đến động cơ thay đổi theo thuật toán điều
khiển. Phƣơng pháp PWM có thể dùng cho khóa trên, khóa dƣới hay đồng thời
cả hai khóa trên và dƣới cùng lúc.
56. 55
Hình 2.33: Giản đồ xung điều khiển PWM kênh trên
Trong khi điều chế PWM ta có thể điều khiển điện áp ra kiểu sóng hình
thang hay kiểu sóng sin, do đó phƣơng pháp này đƣợc chia thành hai kỹ thuật:kỹ
thuật điện áp hình thang và kỹ thuật điện áp hình sin.
Kỹ thuật điện áp hình thang.
Đây là kỹ thuật cơ bản trong điều khiển động cơ BLDC và các IC chuyên
dùng cũng áp dụng kỹ thuật này để điều khiển. Kỹ thuật này chỉ đòi hỏi các
khóa đóng ngắt đồng bộ với cảm biến Hall theo tần số PWM nhất định.
Hình 2.34:Giản đồ điện áp hình thang tƣơng ứng với cảm biến Hall.
57. 56
Kỹ thuật điện áp hình sin.
Kỹ thuật này còn đƣợc gọi là điều khiển AC không chổi than (brushless
AC). Kỹ thuật này làm giảm tiếng ồn có thể nghe thấy đƣợc, giảm gợn sóng
mômen do dạng sóng điện áp và dòng điện ra ít bị gợn sóng.
Hình 2.35: Giản đồ điều chế điện áp hình sin.
4. Điều khiển động cơ BLDC không sử dụng cảm biến ( sensorless control).
Đây là phƣơng pháp sử dụng các ƣớc lƣợng từ thông rotor để điều khiển
các khóa đóng cắt thay cho cảm biến Hall truyền thống. Do đó phƣơng pháp này
đƣợc goi là phƣơng pháp điều khiển không cảm biến (sensorless control). Cơ sở
chính của điều khiển không cảm biến đối với động cơ BLDC là dựa vào thời
điểm qua zero của sức điện động cảm ứng trên các pha của động cơ. Tuy nhiên
phƣơng pháp này chỉ áp dụng đƣợc phƣơng pháp điện áp hình thang.
Về cơ bản có hai kỹ thuật điều khiển không cảm biến:
Một là xác định vị trí rotor dựa vào sức điện động của động cơ, phƣơng
pháp này đơn giản, dễ dàng thực hiện và giá thành rẻ. Trong đề tài chỉ nói
đề cập đến phƣơng pháp này.
Hai là ƣớc lƣợng vị trí dùng các thông số của động cơ,các giá trị điện áp
và dòng điện trên động cơ. Phƣơng pháp này đòi hỏi phải tính toán phức
tạp để tính toán các thông số.Phƣơng pháp này tính toán phức tạp, khó
điều khiển, giá thành cao.
58. 57
Phƣơng pháp ƣớc lƣợng vị trí rotor dựa vào thời điểm qua zero của sức
điện động đòi chúng ta tạo ra một điểm trung tính để có thể đo và bắt điểm qua
zero của sức điện động. Điểm trung tính có thể là trung tính hoặc trung tính ảo.
Điểm trung tính ảo trên lý thuyết có cùng điện thế với trung tính thật của
các cuộn dây đấu hình Y. Tuy nhiên điểm trung tính không phải là điểm cố định.
Điện áp của điểm trung tính có thể thay đổi từ 0 đến gần điện áp DC của nguồn.
Trong khi điều chế PWM, tín hiệu PWM chồng chất lên điện áp trung tính, gây
ra nhiễu rất lớn trên tín hiệu cảm biến. Để lấy tín hiệu chuẩn ta cần mạch lọc
nhiễu cho cảm biến, điều này gây trì hoãn không cần thiết cho tín hiệu cảm biến.
Đặc biệt là lúc động cơ khởi động tín hiệu nhận đƣợc rất nhỏ dẫn đến điều
khiển không chính xác. Do vậy phƣơng pháp này chỉ áp dụng trong phạm vi tốc
độ hạn chế và có đặc tính khởi động nhỏ.
Hình 2.36:Đo điện áp cảm ứng bằng điểm trung tính.
(a):điểm trung tính thật
(b):điểm trung tính ảo.
59. 58
2.4. HỆ ĐIỀU KHIỂN
Hình 2.37 là sơ đồ nguyên lý phần điều khiển BLDC. Vị trí rotor của
BLDC đƣợc đọc thông qua 3 cảm biến Hall.Tín hiệu này đƣợc lọc nhiễu và đệm,
sau đó đƣa vào BLDC controller và mạch Hall pulses. Phần BLDC controller
dựa vào tín hiệu từ vi điều khiển và tín hiệu từ cảm biến Hall rồi đƣa ra tín hiệu
phù hợp đến Mosfet driver để điều khiển động cơ. Mạch Hall pluses gồm 2 cổng
X-OR có chức năng giống nhƣ một encoder, tạo xung tƣơng ứng khi động cơ
quay.
Hình 2.37:Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển BLDC.
IC MC33035 có 24 chân, dòng điện 3 pha ra trên chân 19,20,21 và tín
hiệu ba pha đƣa vào trên các chân 4,5,6. Các cổng ra khác là chân 24,1,2. Cảm
biến dòng đƣa vào chân 9 và 15. Mạch dao động nột định tần theo điện trở RT
trên chân 8,10 và tụ điện CT trên chân 10 và masse. Chân 8 là cổng ra của mức
điện áp chuẩn. Chân 3 nhận tín hiệu đảo chiều quay. Chân 22 chọn góc pha của
các tín hiệu cổng ra. Chân 7 kiểm soát dòng cổng ra. IC làm việc với chân 16
60. 59
nối masse và nguồn Vcc vào chân 18 ( và cả trên chân 17). Chân 23 nhận tín
hiệu tạo tác dụng phanh. Hình 2.38.
Hình 2.38:Cấu tạo IC MC33035.
Sơ đồ khối bên trong MC33035 đƣợc trình bày trong hình 2.39. Tín hiệu
điều khiển và tín hiệu hồi tiếp từ các cảm biến Hall đƣợc đƣa vào khối Rotor
position decoder. Khối này giải mã tín hiệu từ ba cảm biến Hall và đƣa ra xung
điều khiển tƣơng ứng nhƣ trong hình 2.41. MC33035 điều khiển tốc độ động cơ
bằng cách điều rộng xung 3 khóa tầng dƣới.
62. 61
Hình 2.40:Mạch điện ứng dụng của IC MC33035
Sơ đồ cho thấy mạch ứng dụng, dùng IC MC33035 để làm quay một
motor cảm ứng 3 pha. Dòng ra lấy trên các chân 21, 20, 19 và 2, 1, 24. Khi vành
nam châm quay, ta lấy tín hiệu bằng các IC Hall, các tín hiệu này cho hồi tiếp
vào trên các chân 4, 5, 6. Các chân khác có tác dụng chọn mode vận hành và
điều khiển lực quay của motor.
63. 62
Hình 2.41:Giá trị cổng ra của MC33035.
Hình 2.42:Điều rộng xung của MC33035.
Độ rộng xung có đƣợc do bộ so sánh điện áp giữa chân số 10-chân dao
động dạng tam giác do dao động trên RT và CT và chân số 13-PWM input. Hình
2.42 cho thấy MC33035 so sánh hai tín hiệu analog. Trong khi giao tiếp từ vi xử
lý tới MC33035 là PWM. Do đó mô hình điều khiển tốc độ động cơ bằng cách
nâng tín hiệu PWM lên tín hiệu áp cao, và đƣa vào chân số 13. Nhƣ trong hình
2.43 với VA là nhận tín hiệu PWM từ vi xử lý, VB=0.
64. 63
Hình 2.43: Điều khiển PWM theo 2 cổng vào.
Trong mạch điều khiển động cơ này còn có phần báo quá dòng điện,
nhằm bảo vệ FET trong trƣờng hợp quá dòng.Sơ đồ nguyên lý hình 2.44.
Hình 2.44: Mạch bảo vệ quá dòng cho MOSFET.
Mạch đơn giản chỉ gồm khuếch đại điện áp trên điện trở Rs, điện trở đo
dòng qua MOSFET. Điện áp tại điểm ITRIP (sau khi đƣợc khuếch đại) này
mang thông tin dòng điện qua MOSFET, đƣợc so sánh với điện áp tham chiếu
bởi op amp LM358. Giá trị tham chiếu này đƣợc thiết lập sao cho khi động cơ
làm việc bình thƣờng thì nó lớn hơn giá trị áp trên điểm ITRIP. Một khi quá
dòng xẩy ra điểm ITRIP này sẽ tác động làm BLDC controller ngắt tín hiệu
cổng ra. Tín hiệu quá dòng này cũng đƣợc báo về cho vi xử lý biết qua opto
cách ly Pc917.
65. 64
2.4.1. Bộ điều khiển
2.4.1.1. Sơ đồ khối mạch xe đạp điện
Hình 2.45. Sơ đò khối mạch xe đạp điện.
Hệ thống điều khiển xe với tay khiển (quen gọi là tay gar, làm tăng giảm
tốc) dùng linh kiện bán dẫn làm việc theo hiệu ứng Hall (1), đây là một dạng
linh kiện cảm ứng theo từ trƣờng. Và khóa điện có tác dụng làm thắng xe (2). Xe
hoạt động với nguồn ắc-qui thƣờng là 36V (12V x3), ngƣời ta dùng mạch ổn áp
với các transistor và các diode Zener (13) để có các mức áp ổn định dùng cấp
cho các mạch điện khác, còn dùng mạch đo mức áp nguồn (14) cho hiển thị
bằng Led và cũng dùng mạch báo hết nguồn (15), và nhiều mạch chỉ báo khác.
Trong mạch, dùng một IC điều chỉnh công suất theo dạng xung điều biến độ
rộng TL494. Trong IC có mạch tạo ra dạng sóng tam giác (5) (hay dạng răng
cƣa) và mạch lấy mẫu để chuyển tín hiệu ra dạng xung điều biến độ rộng PWM
(6). Có mạch tạo ra mức áp ổn định 5V dùng làm mức áp mẫu (4) cấp cho các
tầng so áp. Mạch cắt nguồn khi phanh xe (3). Xe đạp cần một nguồn quay bằng
điện, ngƣời ta dùng motor DC hay dùng motor cảm ứng từ (11), ngang motor
66. 65
phải dùng diode (12) dập điện áp nghịch phát ra từ các cuộn cảm trong motor.
Tầng công suất (8) thƣờng là các transistor MOSFET loại công suất, nó đóng
mở theo xung điều biến độ rộng (PWM) trên cực Cổng, tín hiệu này qua tầng
khuếch đại thúc (7) với các transistor loại hai mối nối, xung PWM kích thích
vào cực Cổng (Gate) của các transistor MOSFET. Trên cực Nguồn (Source)
ngƣời ta đặt một điện trở nhỏ Ohm (9) để lấy tín hiệu cấp cho mạch tạo tác động
hồi tiếp nghịch (10). Tác dụng hồi tiếp nghịch dùng để ổn định hoạt động của
mạch điều khiển trong IC494, qua mạch hồi tiếp ngƣời ta có thể ổn định lức
quay của motor.
2.4.1.2. Mạch điều khiển động cơ xe đạp điện
Hình 2.46: Mạch điều khiển xe đạp điện sử dụng IC MC 33035.
Trong mạch ta sử dụng IC MC33035 để vận hành một motor DC, nó tạo
xung điều biến độ rộng PWM cho ra trên chân 19, tín hiệu này kích thích các
transistor công suất MOSFET Q1, Q2 để cấp dòng cho motor DC (mắc trên
chân Drain). Ngang motor đặt mạch dập điện áp nghịch với D1, C2 (0.01uF) và
67. 66
R2 (56). Chân số 8 cho ra mức áp mẫu cấp cho IC Hall H trong tay gar dùng
chỉnh tốc độ quay và cấp cho tầng so áp A để hiển thị trạng thái hoạt động của
motor. Tín iệu hồi tiếp lấy trên điện trở R5 (0.05) trả về chân 9 qua mạch lọc với
R16 (1K) và tụ C (4.7uF), tác dụng của đƣờng hồi tiếp là ổn định lực quay của
motor.Ngƣời ta dùng IC HA17555 để tạo tín hiệu dạng xung đƣa ra trên chân 3
qua tầng khuếch đại với Q4 và vào chân số 7 để tắt mở mạch.Ngƣời ta dùng
Relay để đóng mở tiếp điểm là kim nhầm tắt mở motor. Mạch dùng các IC ổn áp
LM317T và LM7805 để tạo ra các đƣờng nguồn ổn áp +24V và +5V cấp điện
cho các mạch khác. Trong mạch dùng 2 khóa điện để tạo chức năng phanh đặt
bên tay trái và đặt tay phải. Mạch làm việc với nguồn ắc-qui 36V (do 2 ắc qui
12V ghép nối tiếp).
2.5. MÔ PHỎNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ
Hệ truyền động BLDC đƣợc mô phỏng sử dụng Matlab/Simulink.Mô hình
động cơ BLDC, nguồn 1 chiều,bộ biến đổi công suất IGBT đƣợc lấy trong thƣ
viện SimPowerSystem của Simulink,khối giải mã tín hiệu Hall đƣợc lấy từ
demo của Matlab.
Hình 2.47:Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động BLDC trên Simulink.
68. 67
Khối giải mã tín hiệu Hall:
Hình 2.48:Khối giải mã tín hiệu Hall.
Khối điều khiển dải trễ dòng điện Hysteresis Current Control-HCC:
Hình 2.49:Khối điều khiển dải trễ dòng HCC.
69. 68
Kết quả mô phỏng:
Hình 2.50:Đáp ứng tốc độ và moment.
Ta thấy rằng moment của động cơ tồn tại các nhấp nhô. Các nhấp nhô này
có thể chia thành 2 loại: nhấp nhô do khâu PWM của bộ điều chỉnh dòng và
nhấp nhô do chuyển mạch dòng điện. Loại thứ nhất là nhấp nhô do khâu PWM
có thể bỏ qua vì các nhấp nhô này có biên độ nhỏ và tần số lớn, khi nối động cơ
vào tải (có tính chất quán tính) nhấp nhô này gần nhƣ bị lọc bỏ hoàn toàn. Loại
nhấp nhô thứ hai là nhấp nhô do chuyển mạch dòng điện, có tần số là 6 lần trong
1 chu kỳ. Đây là nhấp nhô có biên độ lớn và tần số nhỏ, sẽ gây rung và lắc động
cơ, khi chạy ở tốc độ thấp sẽ khó ổn định tốc độ.
Hình 2.51:Nhấp nhô moment do PWM và do chuyển mạch dòng điện.
70. 69
Sức phản điện động dạng sóng hình thang:
Hình 2.52:Sức phản điện động.
Dòng điện 3 pha đã đƣợc điều khiển:
Hình 2.53:Dòng điện 3 pha.
Dòng điện và sức điện động 3 pha của BLDC khi vẽ trên cùng 1 hệ trục
tọa độ cho ta thấy tính chất 1 chiều của động cơ:
71. 70
Hình 2.54:Dòng điện và sức điện động 3 pha.
Quỹ đạo từ thông của động cơ khi không tải có dạng hình tròn:
Hình 2.55:Quỹ đạo từ thông khi không tải.
72. 71
Khi có tải quỹ đạo từ thông xuất hiện các bậc tại thời điểm chuyển mạch:
Hình 2.56:Quỹ đạo từ thông khi có tải.
Hình 2.57:Sự chuyển mạch dòng điện không lý tƣởng và đập mạch PWM.
73. 72
CHƢƠNG 3.
HOẠT ĐỘNG, VẬN HÀNH VÀ KHAI THÁC XE ĐẠP ĐIỆN
3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay tự động hoá nhà máy công nghiệp ở Việt Nam ngày càng đƣợc
các nhà đầu tƣ quan tâm, vì tự động hoá là chìa khoá cho mọi thành công nếu
không tự động hoá thì chúng ta sẽ lạc hậu và thua các đối thủ cạnh tranh khác.
Trong các hệ thống tự động hoá thì động cơ điện đóng vai trò truyền động cho
các bộ phận khác, động cơ thực hiện truyền động làm cho các bộ phận khác
quay theo ý muốn của ngƣời thiết kế. Trong công nghiệp thì loại động cơ một
chiều và động cơ không đồng bộ đƣợc sử dụng phổ biến vì các ƣu điểm của
mình. Hiện nay những động cơ này vẫn đƣợc sử dụng nhƣng các nhà chế tạo
luôn có xu huớng sử dụng các loại động cơ khác để thực hiện truyền động. Động
cơ một chiều không chổi than cũng là một đối tƣợng để nghiên cứu và chế tạo.
Với các ƣu điểm của mình thì động cơ BLDC không thua kém gì các loại
động cơ khác. Động cơ BLDC có cấu tạo của rôto là các cặp cực nam châm vĩnh
cửu nên khi động cơ quay không xảy ra chuyển mạch cơ khí nên không gây ra
tia lửa. Đồng thời động cơ BLDC có đặc tính cơ giống động cơ một chiều là
đƣờng thẳng, có mômen khởi động lớn, vì vậy điều này mang lại lợi ích kỹ thuật
lớn trong khai thác, sử dụng.
3.2. VẬN HÀNH XE ĐẠP ĐIỆN
3.2.1. Vận hành
Khởi động xe:
Ngồi lên xe, 2 chân phải chạm đất, nếu 2 chân không chạm đất thì cần
điều chỉnh lại yên xe để 2 chân chạm đƣợc đất, tay trái nắm lấy tay phanh bên
74. 73
trái, tay phải cắm chìa khóa vào ổ công tắc nguồn điện,vặn đến vị trí ON ( mở),
lúc này đèn chỉ thị màu đỏ sẽ sáng lên, nghĩa là nguồn đã thông.
Chân trái chạm đất, chân phải để lên bàn đạp chân,từ từ nhả lỏng tay
phanh xe, chân phải từ từ đạp mạnh dần lên để xe chạy về phía trƣớc.
Tay phải đồng thời điều chỉnh tay ga vào trong ( theo chiều ngƣợc của
kim đồng hồ) thì xe sẽ bắt đầu khởi động, góc vặn của tay ga càng lớn thì tốc độ
chạy của xe càng nhanh hơn.
Chạy xe:
Khi xe vừa khởi động ta lên tăng tốc độ của xe chầm chậm, không nên tức
thời vặn hết ga để tránh làm hƣ hỏng linh kiện điện và lãng phí điện.
Khi lên dốc hay chở nặng ta nên dùng chân đạp thêm để trợ lực cho
xe,kéo dài tuổi thọ của ácquy (pin) và động cơ của xe.
Trong quá trình sử dụng xe nên cố gắng ít phanh xe và ít khởi động xe để
tiết kiệm điện.
Không nên chạy xe quá trọng tải 90kg.
Dừng xe.
Khi dừng xe hay khi xuống xe để dắt xe thì ta lên tắt công tắc điện để
tránh vô ý vặn tay ga khiến xe đột nhiên khởi động gây nguy hiểm.
Giữ gìn xe hàng ngày.
– Kiểm tra các bộ phân chuyển động của xe có bị kẹt không.
– Kiểm tra dây phanh xe có bị kẹt không.
– Kiểm tra đèn và còi xe.
– Nếu 1 thời gian dài không sử dụng xe thì ta nên bổ sung điện cho
ácquy để kéo dài tuổi thọ cho ácquy.
3.2.2. Những chú ý khi vận hành khai thác xe đạp điện
Kiểm tra trƣớc khi đi xe:
– Hệ thống lốp:
75. 74
Độ căng của lốp có đủ không? Bề mặt lốp có bị thủng không? Ốc của lốp
sau và trƣớc đã chặt chƣa?
– Hệ thống phanh:
Kiểm tra phanh trƣớc sau, sau khi bóp phanh xe có đứng yên tại chỗ đƣợc
không?
– Hệ thống điện:
Bình điện và xe đã khớp nhau chƣa? Điện đã đủ dùng chƣa?
Việc cần chú ý khi đi trên đƣờng:
– Khi rẽ nên đi với tốc độ chậm, không đƣợc cua gấp.
– Chú ý biển giao thông.
– Hãy chú ý đến điện của bình.
– Mới khởi động xe hay lên dốc hãy đạp trợ lực cho xe.
Việc cần làm để đi đƣợc an toàn:
– Khi xuống dốc không tăng tốc độ.
– Dừng xe hoặc xuống xe nên tắt nguồn điện.
– Khi gặp đƣờng quá ghồ ghề hãy xuống dắt xe.
– Càng trƣớc không đƣợc lắp thêm vật khác.
– Không đƣợc tháo linh kiện xe ra.
– Trƣớc khi đi chú ý xem bình điện có đủ điện không.
– Khi đi xe cảm thấy bất thƣơng hãy dừng xe và kiểm tra.
– Hãy sử dụng linh kiện chính hãng.
Việc cần nhớ:
– Khi sạc điện hay để bình điện ở nơi khác hãy để bình nằm ngang và
hƣớng lỗ sạc lên trên.
– Khi thay bình điện hãy thay cả bình.
– Bảo vệ môi trƣờng: không vứt bình điện cũ lung tung,hãy gửi bình
điện về nơi đã mua.
76. 75
3.2.3. Bảo dƣỡng và sửa chữa.
Kiểm tra và bảo dƣỡng định kỳ linh phụ kiện xe:
Để xe đạp điện đƣợc sử dụng một cách tốt nhất cần phải bảo dƣỡng định
kỳ,lau chùi và kiểm tra một số vấn để sau:
– Bánh trƣớc, sau có thích hợp không?
– Baga, các bộ phận xe đã sạch chƣa?
– Vân lốp đã mòn chƣa?
– Moay ơ có cần thêm dầu không?
– Ốc và bu lông đã vặn chặt chƣa?
– Sau khi đi một thời gian hãy kiểm tra nan hoa có đủ độ căng không?
– Động cơ, bình điện, tay ga không đƣợc tự tháo, khi gặp bất cứ vấn đề
gì hãy mang đến đại lý.
Bảo dƣỡng xe:
– Không đƣợc sử dụng nƣớc máy hoặc nƣớc phun mạnh để rửa xe đề
phòng làm ƣớt bộ phận điện tử và dây điện của xe.
– Không đƣợc dùng các dung dịch hay nƣớc rửa để rửa xe đề phòng làm
bề mặt của các bộ phận đổi màu.
– Moay ơ, bàn đạp, xích, líp, dây phanh trƣớc và sau 1,2 tháng chú ý tra
dầu 1 lần để dảm bảo trạng thái tốt. Dây phanh trƣớc và sau, xích dùng
dầu L-AN46GB443. Bộ phận không đƣợc tra dầu: thân xe, lốp.
– Độ căng của xích: kiến nghị khoảng cách giữa A-B là 5-15mm khi sử
dụng một thời gian xích sẽ giãn ra và cách để bạn điều chỉnh nhƣ sau:
vặn ốc trục ra, điều chỉnh ốc của xích nhẹ nhàng kéo về phía sau đến
khi có độ căng phù hợp. Nếu nhƣ xích quá căng hãy làm theo những
bƣớc trên để giãn xích.
3.3. CÁCH NẠP ĐIỆN VÀ NHỮNG ĐIỀU CẦN LƢU Ý
3.3.1. Nạp điện
77. 76
Nạp điện có 2 cách:
1. Trực tiếp nạp trên xe:
Đóng công tắc, tháo chìa điện nguồn, mở nắp nạp điện, cắm đầu ra của thiết bị
nạp điện (36V) vào ổ nạp điện của bình điện, cắm đầu vào (220V) ổ cắm điện.
Thiết bị nạp điện có đèn báo (màu đỏ), đèn nạp điện (màu đỏ) sáng lên thì bắt
đầu nạp điện.
2. Tháo hộp bình điện ra để nạp.
Mở khóa hộp bình điện, dùng tay nắm quai xách của bình điện ra, để nơi khô
ráo, trên mặt phẳng thông gió. Cắm đầu ra của thiết bị nạp điện(36V) vào ổ nạp
điện của bình điện, cắm đầu vào(220V) vào ổ cắm điện. Thiết bị nạp điện co đèn
báo (màu đỏ), đèn nạp điện (màu đỏ) sáng lên thì bắt đầu nạp điện.
Nếu đèn báo ở thiết bị nạp điện có màu xanh chứng tỏ điện nạp đã đầy.
Điện sau khi nạp đầy phải rút ra ngay, có thể nạp thêm 1-2 giờ để kéo dại tuổi
thọ bình điện. Thời gian nạp điện tùy tình trạng sử dụng bình điện, thông thƣờng
từ 2 đến 8 giờ. Thiết bị nạp điện có chức năng tự bảo vệ, thời gian dài không quá
24 tiếng, liên tục nạp điện tuổi thọ bình điện cũng không ảnh hƣởng.
3.3.2. Những điều lƣu ý khi nạp ácquy
– Xe mới trƣớc khi sử dụng, nạp điện đầy đủ phải trên 10 giờ đồng hồ,
nhằm kích hoạt tính chất hoạt tính nội bộ bình điện.
– Khi tháo bình điện ra tuyệt đối không dùng kim loại để chập vào bình,
cũng không trực tiếp dùng tay ƣớt chạm vào hai đầu điện cực, nếu không
sẽ có nguy hiểm.
– Cấm dựng ngƣợc bình điện để tiến hành nạp điện, nếu không sẽ ảnh
hƣởng nghiêm trọng đối với bình điện.
– Khi nạp điện trƣớc hết phải cho đầu cắm vào ổ điện, sau đó cắm vào đầu
điện nguồn, không nên cắm trƣớc đầu ổ điện và sau đó mới cắm đầu nạp
điện.
Bài viết liên Quan
