Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết kế hệ thống truyền động ôtô hybrid hai chỗ ngồi VEA

Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết kế hệ thống truyền động ôtô hybrid hai chỗ ngồi VEA 1. Tên đề tài: Thiết kế hệ thống truyền động ô tô hybrid hai chỗ ngồi VEA 2. Các số liệu ban đầu. 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán. 1. Tổng quan về ô tô hybrid. 2. Phân tích các phương án truyền động ôtô hybrid kiểu bán hỗn hợp. 3. Thiết kế hệ thống truyền động ôtô hybrid hai chỗ ngồi VEA. 4. Kết luận và đề nghị.

MỤC LỤC

1 TỔNG QUAN VỀ ÔTÔ HYBRID 1

1.1 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN ÔTÔ SẠCH 1

1.2 ÔTÔ HYBRID 2

1.2.1 Giới thiệu về ôtô hybrid 2

1.2.2 Phân loại các hệ thống hybrid 2

2.2.3 Ưu điểm của ôtô dùng nguồn động lực hybrid 6

2 PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ÔTÔ HYBRID KIỂU BÁN HỖN HỢP 7

2.1 CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT HỢP HAI NGUỒN ĐỘNG LỰC NHIỆT – ĐIỆN 8

2.2 CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG KIỂU CƠ KHÍ 9

2.2.1 Hệ thống lai kiểu bán hỗn hợp, dạng truyền động cơ khí sử dụng hộp giảm tốc loại 1 9

2.2.2 Hệ thống lai kiểu bán hỗn hợp, dạng truyền động cơ khí sử dụng hộp giảm tốc loại 2 12

2.2.3 Hệ thống lai kiểu bán hỗn hợp, dạng truyền động cơ khí sử dụng hộp giảm tốc loại 3 13

3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ÔTÔ HYBRID CHỖ NGỒI VEA 15

3.1 PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG TRÊN XE HYBRID HAI CHỖ NGỒI VEA .15

3.1.1 Phân tích, chọn phương án bố trí hệ thống truyền lực 15

3.1.2 phương án bố trí hệ thống truyền động 17

3.1.3 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ hybrid hai chỗ ngồi VEA 18

3.2 TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CỤM ĐỘNG CƠ ĐIỆN – BỘ NGUỒN ẮC QUY VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN LẮP TRÊN XE HYBRID HAI CHỖ NGỒI NGỒI VEA 19

3.2.1 Xác định công suất động cơ điện và bộ nguồn ắc quy 19

3.2.2 Thiết kế mạch điện điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 26

3.3 TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CỤM ĐỘNG CƠ NHIỆT - MÁY PHÁT ĐIỆN LẮP TRÊN XE HYBRID HAI CHỖ NGỒI VEA 36

3.3.1 Tính toán công suất, lựa chọn loại động cơ nhiệt 36

3.3.2 Tính toán công suất, lựa chọn loại máy phát điện 38

3.4 TÍNH TOÁN SỨC KÉO CỦA XE HYBRID HAI CHỖ NGỒI VEA 43

3.4.1 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực 43

3.4.2 Lập đồ thị đặc tính nhân tố động lực học của ôtô khi nguồn động lực là động cơ đốt trong 48

3.4.3 Lập đồ thị đặc tính kéo và đặc tính nhân tố động lực học của ôtô khi nguồn động lực là động cơ điện 56

3.5 THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CƠ KHÍ LẮP TRÊN XE HYBRID VEA 60

3.5.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền lực cơ khí 60

3.5.2 Tính toán thiết kế bộ ly hợp cơ khí 61

3.5.3 Tính toán thiết kế hộp số 67

3.5.4 Tính toán thiết kế hộp giảm tốc và vi sai cầu chủ động 73

4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 108

4.1 KẾT LUẬN 108

4.2 ĐỀ NGHỊ 108

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

Lời Nói Đầu

Cho đến ngay phải nói lĩnh vực phát triển chế tạo ra những chiếc ôtô đáp ứng

nhu c ầu cho nhân loại đã đ ạt đến gần như hoàn thiện về mặt kết cấu cũng như đáp ứng

được phần nào về tính môi trường của từng Quốc Gia Các hãng sản xuất lớn của thế

giới đã không ngừng cho ra đời những chiếc xe ôtô hiện đ ại từ nhiều phượng diện,

trong đó nổi bật nhất là vấn đề đặt sự an toàn cho con người, như trên xe trang bị các

túi khí nhằm đ ảm bảo an toàn cho người lái cũng như hành khách khi có sự va chạm

xẩy ra Nhưng đứng trước tình hình về toàn cầu thì nhiên liệu sử dụng cho những

chiếc xe hơi ngày càng trở nên cạn kiệt cộng với thực trạng hiện nay vấn đề ô nhiễm

môi trường đang được cả thế giới quan tâm buộc các hãng sản xuất xe hơi phải tuân

theo luật bảo vệ ô nhiễm môi trường của từng quốc gia Chính vì thế nghành công

nghiệp ôtô trên thế giới đang đứng trước câu hỏi lớn: là làm thế nào để có thể sản suất

loại xe ôtô không gây ô nhiễm môi trường và tiết kiệm năng lượng

Ôtô Hydro, ôtô điện, ôtô pin mặt trời, ôtô phin nhiên liệu đều không dễ thực

hiện nhưng giờ đây ôtô hybrid - dòng ôtô sử dụng nguồn năng lượng tổng hợp đã

phần nào trả lời được câu hỏi hóc búa trên Ôtô hybrid giảm hẳn lượng khí thải độc

hại và giảm tới một nửa nhiên liệu tiêu thụ

Chính vì lẽ đó mà em chọn đề tài tốt nghiệp ‘’Thiết kế hệ thống truyền đ ộng

ôtô hybrid hai chỗ ngồi VEA’’ Trải qua hơn ba tháng tìm hiểu về ôtô hybrid thông

qua tài liệu cũng như thực tế đã phần nào giúp em hiểu tầm quan trọng cũng như một

số kết cấu của ôtô hybrid Do kiến thức còn hạn chế và khó khăn về việc tìm kiếm tài

liệu cũng như thực tế ở Việt nam không có ôtô hybrid nhiều để em có thể thực hiện

đề tài của mình tốt hơn, nên không thể tránh được những thiết sót, em kính mong sự

chỉ bảo nhiệt tình thầy giáo hướng dẫn, các thầy cô giáo trong khoa và các bạn đồng

nghiệp

Để thực hiện được đề tài tốt nghiệp này đúng với thời gian được giao là nhờ

vào sự nỗ lực của bản thân và sự gúp đỡ nhiệt tình c ủa các bạn đồng nghiệp, thầy giáo

Nguyễn Quang Trung đã tận tình góp những ý kiến quý báu về mặt kiến thức, cùng

các thầy cô trong Khoa cơ khí giao thông, Chú Hồ Sĩ Xuân Diệu công ty đăng kiểm

Huế và đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn TS Dương Việt Dũng đã nhiệt tình chỉ bảo,

và tạo mọi điều kiện như : tài liệu tham khảo, thời gian cũng như về mặt tinh thần để

em có thể hoàn thành đề tài tốt nghiệp của mình đúng thời gian quy định

Em xin chân thành c ảm ơn xâu s ắc đến thầy giáo hướng dẫn TS Dương Việt

Dũng, các thầy cô giáo trong khoa, cùng tất cả các bạn đồng nghiệp, chú Hồ Sĩ Xuân

1 TỔNG QUAN VỀ ÔTÔ HYBRID

1.1 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN ÔTÔ SẠCH

Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói

chung không giống nhau, nhưng đều có xu hướng là từng bước ôtô hóa dần các

quãng đường dịch chuyển Tốc độ gia tăng số lượng ôtô trên thế giới rất lớn, đặc

biệt là khu vực Nam Á, chẳng hạn: Hàn Quốc tốc độ tăng hàng năm là 20%,

Malayxia tốc độ này có thể đạt 70% Sự gia tăng mật độ ôtô dẫn đến hai vấn đề lớn

cần phải giải quyết Đó là sự ô nhiễm môi trường và sử dụng nguồn năng lượng mới

thay thế nguồn năng lượng chính sắp can kiệt là dầu mỏ

Vì thế, ôtô sạch không gây ô nhiễm (zero emission) là mục tiêu hướng tới

của các nhà nghiên cứu và chế tạo ôtô ngày nay Có nhiều giải pháp đã được công

bố trong những năm gần đây, tập trung là hoàn thiện quá trình cháy động cơ Diesel,

sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ôtô như LPG, khí thiên nhiên,

methanol, biodiesel, điện, pile nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ôtô lai (hybrid)

Ôtô chạy điện về nguyên tắc là ôtô sạch tuyệt đối (zero emission) đối với

môi trường không khí trong thành phố Nhưng ôtô chạy bằng năng lượng điện gặp

phải khó khăn vấn đề cung c ấp điện năng, nếu như tất cả các loại ôtô đều chạy bằng

điện thì ít hay nhiều còn phụ thuộc loại nhiên liệu dùng trong sản xuất điện năng So

với nhiên liệu truyền thố ng, mức độ có lợi tính theo C02 tương đương trên 1Km lên

90% đối với điện sản xuất bằng năng lượng nguyên tử, khoảng 20% khi sản xuất

điện bằng nhiên liệu và gần như không có lợi gì khi sản xuất bằng than

Về mặt kỹ thuật thì ôtô chạy bằng điện có hai nhược điểm quan trọng đó là

năng lượng dữ trữ thấp (khoảng 100 lần so với ôtô dùng động cơ nhiệt truyền

thống) và giá thành ban đầu cao hơn (30-40%) cao hơn so với ôtô dùng động cơ

nhiệt) Những chướng ngại khác cần được giải quyết để đưa ôtô chạy điện vào ứng

dụng thực tế một cách đại trà là khản năng gia tốc, thời gian nạp điện, vấn đề sưởi

và điều hòa không khí trong ôtô

Nếu như sự xâm nhập những ôtô chạy bằng điện vào cuộc sống của nhân loại

thay các loại ôtô chạy bằng động cơ nhiệt, thì các loại động cơ nhiệt được xử lý ô

nhiễm triệt để với những thành tựu công nghệ hiện đ ại dĩ nhiên bị biến mất vì thế

mức độ có lợi về mặt ô nhiễm khi dùng động cơ điện sẽ không đáng kể, chắc chắn ít

có lợi hơn khi thay ô tô cũ bằng ô tô mới dùng động cơ nhiệt hoàn thiện triệt để về

mặt ô nhiễm

Về mặt xã hội ô tô chạy điện trong giai đoạn đ ầu sẽ có ảnh hưởng quan trọng

đến vấn đề tâm lý xã hội Thật vậy, sự hạn chế tính năng kỹ thuật cũng như bán

kính ho ạt động của ôtô, trở ngại trong vấn đề nạp điện, khản năng sử dụng các dịch

vụ tự phục vụ sẽ góp phần làm thay đổi thói quen c ủa người dùng và dần dần làm

thay đổi cách sống

Tóm lại ô tô chạy bằng điện chắc chắn vấn là sự lựa chọn số một của nhân

loại vào những năm tới của thế kỷ 21 mà sự phát triển của nó đi theo những sự cải

tiến, hoàn thiện hay phát minh quan trọng về công nghệ, nhưng hiện tại sự phát triển

của ô tô này cũng không cho phép gi ải quyết một cách nhanh chóng vấn đề ô nhiễm

môi trường đô thị vì không thể xây dựng toàn bộ cơ cấu hạ tầng cơ sở phục vụ trong

một thời gian ngắn

1.2 ÔTÔ HYBRID

1.2.1 Giới thiệu về ôtô hybrid

Ôtô hybrid là loại ôtô sử dụng ít nhất hai nguồn sức kéo bổ sung cho nhau

Để khắc phục những vấn đề mà ôtô chạy bằng điện còn nhiều hạn chế, thì ôtô

hybrid hay còn gọi là ôtô lai nhiệt – điện, xuất hiện từ đầu những năm 1990 và cho

đến nay, ôtô hybrid đã luôn được nghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu

quả về tính kinh tế và môi trường Trong thời gian gần đây, các nhà sản xuất ôtô

hàng đầu trên thế giới như Toyota, Honda, đã tung ra thị trường những thế hệ ôtô

mới có hiệu suất cao và giảm đáng kể lượng chất thải gây ô nhiểm môi trường được

gọi là “ô tô lai” (Hybrid - Car) Có thể nói, công nghệ lai là chìa khoá mở cánh cửa

tiến vào kỷ nguyên mới của những chiếc ôtô, đó là ôtô không gây ô nhiễm môi

trường hay còn gọi là ôtô sinh thái (the ultimate eco-car)

Động cơ nhiệt sử dụng cho công nghệ lai ở đây có thể là động cơ Diesel hiện

đại với hệ thống lọc bồ hóng và xử lý khí xả hay động cơ sử dụng nhiên liệu khí

(khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hoá lỏng LPG) Lý tưởng nhất là ôtô lai sử dụng động

cơ điện một chiều và động cơ nhiệt kéo máy phát điện nạp điện bổ sung cho bộ

nguồn dữ trữ điện năng, chạy bằng nhiên liệu khí (khí thiên nhiên hay khí dầu mỏ

hóa lỏng LPG) với bộ xúc tác ba chức năng lắp trên đường xả

Xu hướng phát triển ôtô sạch trên thế giới được mô tả như ở hình 1.1 Vị trí

sắp xếp của các thế hệ động cơ theo chiều cao thể hiện thời điểm ra đời của nó Rõ

ràng, động cơ lai xăng - điện vận hành hiệp trợ HSD (Hybrid Synergy Drive) được

xếp loại là loại động cơ có ưu điểm đứng đ ầu hiện nay Động cơ HSD còn được gọi

là động cơ THS II (Toyota Hybrid System II)

Đặc điểm quan trọng của động cơ lai HSD là nó có thể sử dụng phối hợp

động cơ xăng và động cơ điện trong bất kỳ tình huống nào và thậm chí vừa chạy

vừa nạp điện cho bộ nguồn dự trữ điện năng

Hình 1.1 Xu hướng phát triển ôtô sạch trên thế giới

1.2.2 Phân loại các hệ thống lai hybrid

Tuỳ theo sự phối hợp giữa nguồn động lực động cơ nhiệt và nguồ n động lực

động cơ điện mà có ba dạng hệ thống hybrid sau đây được sử dụng

 Hệ thống lai nối tiếp (series)

Mô tơ điện điều khiển những bánh xe, công việc duy nhất của động cơ nhiệt

là kéo máy phát điện để phát sinh ra điện năng Hệ thống lai này được mô tả như ở

hình 1.2

Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để sạc bình ắc quy và một sẽ chạy

một mô tơ điện

Mô tơ điện ở đây có vai trò như một máy phát điện (tái sinh năng lượng) khi

xe xuống dốc và thực hiện quá trình phanh

Hình 1.2: Hệ thống lai nối tiếp

1 – Động cơ nhiệt; 2 – Máy phát điện; 3 – Bộ chuyển đổi điện; 4 – Bộ nguồn ắc

quy; 5 – Động cơ điện; 6 – Bánh răng giảm tốc; 7 – Bán trục cầu chủ động;

8- Bánh xe chủ động

Ưu điểm: động cơ nhiệt sẽ không khi nào hoạt động ở chế độ không tải nên

giảm được ô nhiễm môi trường Độ ng cơ nhiệt có thể chọn ở chế độ ho ạt động tối

ưu, phù hợp với các loại ôtô, sơ đồ này có thể không cần hộp số

Nhược điểm: tuy nhiên, hệ thống lai nối tiếp còn tồn tại những nhược điểm

như: kích thước và dung tích ắc quy lớn hơn so với hệ thống lai song song, động cơ

nhiệt luôn làm việc ở chế độ nặng nhọc để cung cấp nguồn điện cho ắc quy nên dễ

bị quá tải

 Hệ thống lai song song (parallel)

Dòng năng lượng truyêng tới bánh xe chủ động đi song song Cả động cơ

nhiệt và mô tơ điện cùng truyền lực tới trục bánh xe với mức độ tuỳ thèo các điều

kiện hoạt động khác nhau Ở hệ thống lai này động cơ nhiệt đóng vai trò là nguôn

năng lượng truyền mômen chính còn môtơ điện chỉ đóng vai trò trợ giúp khi tăng

tốc hoặc vượt dốc

Hệ thống lai năy không cần dùng mây phât điện riíng do mô tơ điện có tính

năng giao hoân lưỡng dụng sẽ lăm nhiệm vụ nạp điện cho ắc quy trong câc chế độ

hoạt động bình thường, ít tổn thất cho câc cơ cấu truyền động trung gian, nó có thể

khởi động động cơ nhiệt vă dùng như một mây phât điện để nạp điện cho ắc quy

Hệ thống lai năy được mô tả như ở hình 1.3

1

43

2

6

5

78

Dòng cơ năng Dòng điệ n năng

Hình 1.3: Hệ thống lai song song

1 – Động cơ nhiệt; 2 – Cơ cấu truyền động; 3 – Bộ chuyển đổi điện; 4 – Bộ nguồn

ắc quy; 5 – Động cơ điện; 6 – Bânh răng giảm tốc; 7 – Bân trục cầu chủ động;

8- Bânh xe chủ động

Hệ thống lai năy có ưu điểm lă: công suất của ôtô sẽ mạnh hơn do sử dụng cả

hai nguồn năng lượng, mức độ hoạt động của động cơ điện ít hơn động cơ nhiệt nín

dung lượng binh ắc quy nhỏ vă gọn nhẹ, trọng lượng bản thđn của xe nhẹ hơn so với

kiểu ghĩp nối tiếp vă hỗn hợp

Nhược điểm: mơ tơ điện (mây điện) cũng như bộ phận điều khiển mô tơ điện

có kết cấu phức tạp, giâ thănh đắt vă động cơ nhiệt phải thiết kế công suất lớn hơn

kiểu lai nối tiếp Tính ô nhiễm môi trường cũng như tính kinh tế nhiín liệu không

bằng hệ thống lai hỗn hợp

 Hệ thống lai hỗn hợp (series/ parallel)

Hệ thố ng lai này kết hợp cả hai hệ thống nối tiếp và song song nhằm tận

dụng tối đa các lợi ích được sinh ra Hệ thống lai hỗn hợp này có một bộ phận gọi là

"thiết bị phân chia công suất" chuyển giao một tỷ lệ biến đổi liên tục công suất của

động cơ nhiệt và động cơ điện đến các bánh xe chủ động Tuy nhiên xe có thể chạy

theo "kiểu êm dịu" chỉ với một mình động cơ điện Hệ thống này chiếm ưu thế trong

việc chế tạo xe hybrid, và được mô tả như ở hình 1.4

1 – Động cơ nhiệt; 2 – Máy phát điện; 3 – Bộ chuyển đổi điện; 4 – Bộ nguồn ắc

quy; 5 – Động cơ điện; 6 – Bánh răng giảm tốc; 7 – Bán trục cầu chủ động;

8- Bộ phân chia công suất

2.2.3 Ưu điểm của ôtô dùng nguồn động lực hybrid

Giảm ô nhiễm môi trường: so với các ôtô có công suất tương đương, động cơ

nhiệt sử dụng trên ôtô hybrid có công suất bé, và điều quan trọng là do nó chỉ làm

việc ở một chế độ duy nhất ổn định nên người ta có thể điều chỉnh, thiết kế để ở chế

độ này động cơ phát ô nhiễm thấp nhất

Giảm sự tổn thất năng lượng: ôtô hybrid có thể tự động dừng động cơ nhiệt

ở chế độ không tải, vì vậy giảm bớt sự tổn hao năng lượng không cần thiết

Thu hồi và tái sử dụng năng lượng: năng lượng bị bỏ đi khi giảm tốc, xuống

dốc hoặc phanh xe được thu hồi thành năng lượng điện, sau đó được dùng để cung

cấp cho bộ khởi động và động cơ điện

Có thể điều khiển sự hoạt động của ôtô đạt hiệu suất cao: ôtô hybrid có thể

tối ưu hóa hiệu suất toàn phần của ôtô bằng cách s ử dụng môtơ điện để dẫn động

bánh xe ở chế độ hoạt động - khi hiệu suất sử dụng động cơ nhiệt thấp, và dùng để

nạp điện ở chế độ hoạt động - khi hiệu suất động cơ nhiệt cao

2 PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ÔTÔ HYBRID KIỂU BÁN HỖN HỢP

Với các ưu điểm nổi bật về môi trường và tiết kiệm nhiên liệu, ôtô hybrid

đang được sự quan tâm nghiên cứu và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng

sản xuất ôtô trên thế giới Ngày càng có nhiều mẫu ôtô hybrid xuất hiện trên thị

trường và càng có nhiều người tiêu dùng sử dụng loại ô tô này Ôtô Hydrô, ôtô điện,

ôtô pin mặt trời đều không dễ thực hiện với thực trạng như đất nước ta Trong bối

cảnh đó thì ôtô lai nhiệt điện phù hợp với nước ta nhất trong giai đoạn đón đ ầu về

xu thế phát triển ôtô sạch nhằm đáp ứng tính khắt khe môi trường đô thị, tính nguy

cơ cạn kiệt nhiên liệu Tuy nhiên chúng ta chỉ có thể sử dụng những loại xe lai nhiệt

điện cỡ nhỏ hai chỗ ngồi hoặc bốn chỗ hoạt động trong phạm vi các thành phố, các

khu du lịch và có thể vận hành trên các loại đường dài hàng trăm kilômet tương đối

bằng phẳng .chứ không thể sử dụng ô tô lai nhiệt điện thay hẳn các loại ôtô khác

vì tính công nghệ lai còn nhiều hạn chế, nên chưa có thể chế tạo nên những chiếc

động cơ hybrid có công suất cao

Vì vậy việc xác định một loại xe ôtô thỏa mãn các tiêu chí về mức độ phát ô

nhiễm, tiết kiệm nhiên liệu, kiểu dáng xe phù hợp với cơ sở hạ tầng, phù hợp với

túy tiền đại đa số người dân, tạo nét văn minh đô thị ở nước ta là rất cần thiết Trong

bối cảnh đó thì ôtô hybrid cỡ nhỏ hai chỗ ngồi có tốc độ và quãng đường tương

đương với xe gắn máy, nhưng an toàn và tiện nghi hơn, đặc biệt là tránh mưa nắng,

bụi trên đường được xem là phù hợp nhất

Hình 2.1: Ôtô SMART hai chỗ ngồi

2.1 CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT HỢP HAI NGUỒN ĐỘNG LỰC NHIỆT – ĐIỆN

Tùy theo sự kế hợp giữa hai nguồn động lực là động cơ nhiệt và động cơ

điện mà ta có các hệ thống lai khác nhau, mà cụ thể là các hệ thống lai nối tiếp,

song song và hỗn hợp Trong các hệ thống lai đó thì hệ thống lai hỗn hợp thể hiện

đươc tính năng tận dụng tối đa các lợi ích được sinh ra (hoạt động với hiệu suất cao

nhất có thể) Tuy nhiên hệ thống lai hỗn hợp đòi hỏi tính công nghệ chế tạo cũng

như tính kinh tế cao nên chỉ có thể kết hợp hai nguồn động lực nhiệt – điện theo

cách bán hỗn hợp

Hình 2.2: Hệ thống lai bán hỗn hợp

Hệ thống lai bán hỗn hợp như sơ đồ hình 2.1, là sự kết hợp giữa động cơ

nhiệt và động cơ điện một cách luân phiên, nghía là không có sự truyền động mô

men xo ắn xuống cầu chủ động một cách đồng thời mà khi động cơ nhiệt truyền mô

SVTH : Nguyễn Văn Tuấn

Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Lớp : 01C4

Trang: 9

men xoắn xuống các bánh xe chủ động thì động cơ điện ngắt, không tham gia

truyền động và ngược lại Sự kết hợp truyền động mô men xo ắn xuống các bánh xe

chủ động là tùy thuộc vào nhu cầu vận hành của xe

Sự truyền động từ động cơ lai xuống các bánh xe chủ động ta có thể sử dụng

bằng nhiều cách truyền động như : cơ khí, thủy tĩnh, thủy động, truyền động bằng

điện,…trong đó truyền động thủy động, thủy tĩnh về tính năng có rất nhiều ưu điểm

và được sử dụng rộng rãi trên các loại ôtô ngày nay Song, nó không phù hợp với

ôtô lai có công suất cỡ nhỏ và trung bình vì: kết cấu phức tạp đòi hỏi chế tạo với

tính công nghệ cao Giá thành đắt, chăm sóc bảo dưỡng tương đối phức tạp, thường

dùng trên xe có công suất vận hành lớn Chính vì vậy ta chỉ đề cập các dạng truyền

động kiểu cơ khí Để đón đầu cho việc phát triển ôtô sinh thái, chúng ta chọn sự kết

hợp hai nguồn động lực của ôtô Việt Nam là động cơ nhiệt và động cơ điện theo

kiểu lai bán hỗn hợp vận hành „‟phụ trợ‟‟ như hình 2.2 Nằm trong điều kiện tình

hình như ở nước ta, các kiểu truyền động đó được điều khiển theo ý chủ quan của

người lái nên không trang bị các bộ điều khiển điện tử trên xe

2.2 CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG KIỂU CƠ KHÍ

Có rất nhiều cách phối hợp giữa động cơ nhiệt và động cơ điện thông qua

hộp giảm tốc Song trong phạm vi đồ án tốt nghiệp này chỉ có thể đưa ra ba phương

án sử dụng hộ p giảm tốc để kết hợp giữa hai nguồn động lực nhiệt – điện cho kiểu

lai bán hỗn hợp, dạng truyền động cơ khí

2.2.1 Hệ thống lai kiểu bán hỗn hợp, dạng truyền động cơ khí sử dụng hộp

10 – Bộ đảo chiều quay

11 – Động cơ điện một chiều

18

17

14 13

11 10

4

Đặc điểm của sơ đồ: động cơ điện là loại một chiều có khản năng tái sinh

năng lượng là điện năng, khi ôtô ở trạng thái hãm và xuống dốc

Hộp giảm tốc loại 1: thực chất là bộ tuyền lực chính là hai cấp Cấu tạo của

nó gồ m hai bộ ly hợp điện từ, có hai c ặp bánh răng quay lồng không trên trục, với tỷ

số truyền khác nhau Tương ứng với mỗi cấp là từng chế độ hoạt động của động cơ

điện và động cơ nhiệt thông qua bộ đồng tốc

Bộ ly hợp điện từ, thực chất là một khớp nối Có nhiệm vụ cắt ho ặc nối, để

truyền mô men xo ắn từ trục động cơ điện cũng như trục động cơ nhiệt xuống cầu

chủ động thông qua bộ truyền đai

Sự truyền công suất của hai nguồn động lực là động cơ điện và động cơ nhiệt

hoàn toàn độc lập nhau Cả động cơ nhiệt và động cơ điện cùng truyền mô men

xoắn đến bánh xe chủ động, nhưng hoàn toàn độc lập với nhau Nghĩa là gi ữa chúng

không đồng thời truyền mô men xoắn cùng lúc Khi động cơ điện hoạt động, thì

động cơ nhiệt được ngắt thông qua bộ đồng tốc Lúc này ly hợp điện từ phía động

cơ nhiệt ngắt, và khi động cơ nhiệt hoạt động thì ly hợp điện từ bên phía động cơ

điện được điều khiển ngắt Các ly hợp điện từ được điều khiển đóng ngắt thông qua

một công tắc điện

Sự điều khiển động cơ lai chủ yếu do trình độ của người lái, sơ đồ này không

trang bị bộ điều khiển điện tử nhằm nâng cao tính khả thi có thể thiết kế Việc nạp

điện cho bộ nguồn ắc quy ngoài máy phát điện, bộ nguồn ắc quy còn được nạp điện

từ lưới điện với bộ kết nối sạc điện luôn sẵn sàng trên xe

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ: trạng thái hoạt động của ôtô hoàn toàn phụ

thuộc vào tính khách quan điều khiển của người lái, tuỳ vào trạng thái vận hành của

xe mà người điều khiển có thể cho chạy theo từng chế độ sao cho hiệu suất của xe

sẽ là lớn nhất Sự truyền động của động cơ nhiệt và các bộ phận truyền lực hoàn

toàn giống với một xe ôtô bình thường

Khi chạy trên đường bằng và chủ yếu trong thành phố thì động cơ điện là

nguồn truyền động chính lấy năng lượng từ ắc quy Sự tái sinh năng lượng luôn

thực hiện khi xe ở trang thái phanh, vì động cơ điện có tính chất lưỡng dụng (đóng

vai trò như một máy phát điện)

Khi chạy ở đường dài cần tốc độ cao thì chuyển sang chế độ hoạt động của

động cơ nhiệt Quá trình động cơ nhiệt hoạt động vừa lúc truyền mômen quay, vừa

lúc kéo máy phát điện quay để nạp điện cho bộ ắc quy Khi bộ ắc quy đã được nạp

no bình thì người lái ngắt dòng kích từ thông qua công t ắc điện, lúc đó toàn bộ công

suất của động cơ nhiệt được truyền xuống các bánh xe chủ động, xe chuyển động

với vận tốc lớn nhất có thể

Khi vượt dốc thì ưu tiên động cơ nhiệt hoạt động, tuỳ theo độ dốc lớn hay

nhỏ Nếu tại độ dốc mà động cơ điện có thể truyền mômen xoắn khắc phục được

các lực cản thì có thể điều khiển cho động cơ điện hoạt động

Khi khởi động: ưu tiên động cơ điện hoạt động cho quá trình khởi động và

thực hiện quá trình tăng tốc vì động cơ điện môn men lớn khi khởi động

Hoạt động ở chế độ phụ trợ: động cơ nhiệt hoạt động ở chế độ mà tại đó

công suất phát ra là lớn nhất, suất tiêu hao nhiên liệu và tính ô nhiễm môi trường là

thấp nhất cơ thể để kéo máy phát điện quay, nạp điện cho bộ nguồn ắc quy Lúc này

động cơ nhiệt chỉ kéo máy phát điện quay mà không truyền mô men xoắn xuống

cầu chủ động, sự truyền mô men xoắn xuống cầu chủ động dẫn dộng các bánh xe là

do động cơ điện lấy năng lượng từ bộ nguồn ắc quy đảm nhiệm Chọn công suất của

máy phát điện cân bằng với công suất của động cơ điện để có thể vận hành xe trong

thời gian dài mà không hết điện từ bộ nguồn ắc quy Tuy nhiên để động cơ nhiệt

hoạt động ở một chế dộ như vậy ta phải trang bị cho động cơ nhiệt một cơ c ấu cố

định vị trí bướm ga nếu là động cơ xăng, bộ điều tốc một chế độ nếu là động cơ

điezen

SVTH : Nguyễn Văn Tuấn

Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Lớp : 01C4

Trang: 12

Tóm lại sự hoạt động của xe hybrid như sơ đồ lai ở trên là tuỳ thuộc vào điều

kiện đường xã, tuỳ thuộc vào trạng thái hoạt động của xe và tuỳ thuộc vào sự điều

khiển của người lái Nhiệm vụ của người lái là phối hợp sao cho công suất phát ra

của từng động cơ là lớn nhất và hiệu suất của xe là lớn nhất, suất tiêu hao nhiên liệu

cũng như tính ô nhiễm môi trường thấp nhất có thể

Ưu điểm của kiểu lai này: hiệu suất sử dụng lớn, tính năng của xe đa dạng,

có thể hoạt động ở mỗi loại đường khác nhau như là một ôtô bình thường Làm việc

với độ độ tin cậy cao, có thể sữa chữa và bảo dưỡng đơn giảm

Nhược điểm: làm cho người điều khiển nhanh mệt vì phải thực hiện nhiều

phương án điều khiển (do không trang bị bộ điều khiển điện tử tự động) Hệ thống

điều khiển động cơ điện một chiều phức tạp Bố trí lắp đặt các bộ phận truyền lực

khó khăn, chiều rộng của xe lớn dẫn đến ảnh hưởng đến tính ổn định của xe khi

hoạt động Công suất của động cơ nhiệt bị tiêu hao do sử dụng hộp giảm tốc (bộ

truyền lực chính hai cấp)

Phạm vi sử dụng: bộ truyền (13), kết nối giữa trục của động cơ điện cũng

như động cơ nhiệt đến trục lắp bộ ly hợp điện từ nếu là xích thì : hạn chế khản năng

trượt và khản năng quá tải khi vận hành chế độ động cơ điện Song gây tiếng ồn khi

chuyển động, khó bảo dưỡng bôi trơn, có thể làm hỏng cuộn dây c ủa bộ ly hợp điện

từ Nếu dùng đai thì kết cấu đơn giản hơn, dễ bảo dưỡng sửa chữa, làm việc êm

không gây tiếng ồn Song lại cho ta tỷ số truyền không ổn định khi làm việc do có

hiện tượng trượt trơn giữa dây đai và bánh đai Có thể gây quá tải và dẫn tới làm

hỏng động cơ điện khi quá tải

So sánh những mặt ưu điểm khi dùng đai so với xích vì thế bộ truyền đai

được sử dụng rộng rãi hơn Nên ở sơ đồ này ta chỉ áp dụng cho các loại xe cỡ nhỏ

và trung bình không đòi hỏi tính cơ động cao, áp dụng thiết kế cho các loại xe chạy

7

12

13

4 15

Hình 2.4: Phương án sử dụng hộp giảm tốc loại 2

Phương án sử dụng hộp giảm tốc loại 2 như hình 2.4 hoàn toàn giống như ở

các trường hợp hoạt động như sơ đồ 2.3 về mặt nguyên lý truyền động, và các phần

tử truyền động Chỉ khác là nguyên lý cấu tạo c ủa hộp giảm tốc sử dụng ở trường

hợp này là hộp giảm tốc loại 2

Hộp giảm tốc loại 2: bao gồm ba trục, hai cặp bánh răng với tỷ số truyền

khác nhau tạo nên bộ truyền lực chính kép tập trung khi vận hành ở chế độ động cơ

nhiệt nhờ bộ đồng tốc tiến hành nối trục Trở thành truyền lực chính đơn khi vận

hành ở chế độ động cơ điện khi bộ ly hợp điện từ nối sự truyền động từ trục cơ của

động cơ điện với trục lắp bánh răng trung ương của truyền lực chính Khi bộ đồng

tốc ở vị trí gài thì bộ ly hợp điện từ đang ở trạng thái mở

So với phương án s ử dụng hộp giảm tốc loại 1 thì phương án s ử dụng hộp

giảm tốc loại 2 có ưu điểm: khoảng sáng gầm xe lớn hơn, kết cấu bộ vi sai đơn giản

nên có thể chọn sẵn có trên thị trường Giá thành, tí nh năng kinh tế thấp hơn do chỉ

dụng một bộ ly hợp điện từ Do chỉ bố trí bộ truyền đai kết nối bộ ly hợp điện từ và

trục cơ của động cơ điện nên hạn chế khản năng trượt từ dây đai truyền và bánh đai

Nhưng nó lại có nhược điểm sau : hiệu suất truyền động thấp do sử dụng cặp

bánh răng trung gian, nhiều trục dẫn động và các ổ lăn Hộp giảm tốc có kích thước

lớn hơn nên khó bố trí cụm động lực ở một cầu xe

2.2.3 Hệ thống lai kiểu bán hỗn hợp, dạng truyền động cơ khí dùng hộp

giảm tốc loại 3

Sơ đồ lai được thể hiện ở hình 2.5, kiểu lai này có đặc điểm là: không sử

dụng máy phát điện riêng, s ự nạp điện cho bộ nguồn ắc quy do máy điện một chiều

đảm nhận, không cần phải sử dụng bộ chuyển đổi điện

Máy điện một chiều: có tính chất lưỡng dụng, có thể hoạt động ở chế độ máy

phát nếu như ta c ấp dòng kích từ cho cuộn dây phần cảm và ngừng cấp điện thế cho

cuộn dây phần ứng Ở chế độ động cơ nếu như ta c ấp điện thế cho cuộn dây phần

ứng sao cho U > E

Hộp giảm tốc loại 3: cấu tạo của nó gồm bố n trục, ba c ặp bánh răng, hai bộ

đồng tốc tạo nên bộ truyền lực chính kép tập trung ở từng chế độ hoạt động của

động cơ nhiệt cũng như động cơ điện

Bộ ly hợp điện từ: có kết cấu khác một chút so với các bộ ly hợp ở các sơ đồ

trên Luôn ở trạng thái đóng để nối giữa trục trung gian của hộ p giảm tốc và trục cơ

của động cơ điện Nó chỉ ở trạng thái mở khi bộ nguồn ắc quy đã được nạp no bình

và vẫn chạy ở chế độ động cơ nhiệt

1 2 3

4

412

7

6

14

1315

119

Hình 2.5: Phương án sử dụng hộp giảm tốc loại 3

1 – Động cơ nhiệt; 2 – Ly hợp cơ khí; 3 – Hộp số cơ khí; 4 – Khớp nối đàn hồi;

5 – Hộp giảm tố; 6,7 – Các bộ đồng tốc; 8 – Bộ nguồn ắc quy; 9 – Bộ điều khiển

điện; 10 – Bộ đảo chiều quay; 11 – Máy điện một chiều; 12 – Bộ ly hợp điện từ;

13 – Vi sai cầu chủ động; 14 – Bán trục cầu chủ động; 15 – Bánh xe chủ động

Từ sơ đồ bố trí nhƣ ở hình 2.5, ta có nguyên lý hoạt động của sơ đồ nhƣ sau:

Khi chạy ở chế độ động cơ nhiệt thì ly hợp điện từ ở trạng thái đóng, bộ đồng tốc

(7) ở trạng thái nối giữa trục vào của hộp giảm tốc và trục trung gian Bộ đồng tốc

(6) ở trạng thái gài cặp bánh răng Z1- Z‟1 để truyền mô men quay đến cặp bánh răng

Z3 – Z‟3 và truyền xuống cầu chủ động Lúc này máy điện một chiều sẽ đƣợc điều

khiển ở chế độ máy phát, thông qua bộ biến đổi điện nạp điện cho bộ nguồn ắc quy

Khi chạy ở chế độ động cơ điện, thì bộ đồng tốc (7) ở trạng thái ngắt giữa

trục vào và trục trung gian Bộ đồng tốc (6) ở trạng thái gài c ặp bánh răng Z2- Z‟2 để

truyền mô men đến cặp bánh răng Z3 – Z‟3 Lúc này bộ ly hợp điện từ luôn luôn ở

trạng thái đóng Tất cả các chế độ hoạt động khác hoàn toàn giống với hai sơ đồ

trên, chỉ khác ở chỗ là không thể thực hiện chạy ở chế độ phụ trợ

Sơ đồ bố trí theo kiểu này so với hai sơ đồ trên nói chung hiệu suất truyền

động cao hơn do không có hiện tượng trượt xẩy ra, ít chi tiết hơn do không phải sử

dụng máy phát điện riêng Vì vậy loại sơ đồ này thường được sử dụng cho các loại

xe đòi hỏi công suất và tải trọng trung bình như xe bốn chỗ ngồi hoặc xe khách cỡ

nhỏ Song nó có nhược điểm như là máy điện một chiều khó chế tạo, bộ biến đổi

điện có tính công nghệ phức tạp vì thế giá thành của xe tăng lên, động cơ nhiệt luôn

ở tình trạng hoạt động với chế độ nặng nhọc

3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ÔTÔ HYBRID HAI CHỖ NGỒI VEA

Qua ba phương án truyền động nói trên ta chọn phương án „‟kiểu lai bán hỗn

hợp dạng truyền động cơ khí, sử dụng hộp giảm tốc loại 2 „‟ cho phương án thiết kế

hệ thống truyền động ôtô hybrid hai chỗ ngồi, vì nó đáp ứng được các nhu cầu thực

tại như đã nói ở trên Mặc dù nó vẫn có những nhược điểm, song có thể khắc phục

được bàng cách bỏ qua sự tái sinh năng lượng khi xe ở trạng thai hãm vì nhu cầu sử

dụng của xe thiết kế chỉ hoạt động trong phạm vi đường thành phố, các khu công

viên…nên chỉ vận hành với vận tốc vừa phải nằm trong giới hạn cho phép Vmax 

40 [Km/h] Ngoài sự nạp điện cho bộ dữ trữ ắc quy thông qua động cơ nhiệt còn

nạp điện từ lưới điện với bộ sạc điện luôn sẵn sàng trên xe

Để thuận lợi cho việc thiết kế các cơ cấu của hệ thống truyền động đối với xe

thiết kế, ta đặt tên cho xe thiết kế là „‟hybrid hai chỗ ngồi VEA‟‟

3.1 PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG TRÊN

XE HYBRID HAI CHỖ NGỒI VEA

3.1.1 Phân tích, chọn phương án bố trí hệ thống truyền lực

a) Bố trí cầu sau chủ động: việc bố trí hệ thống truyền lực đối với cầu sau

chủ động có ưu điểm: như tầm quan sát người lái tốt hơn, dễ tiếp cận động cơ lai để

bảo dưỡng và sửa chữa Phân bố trọng lượng trên cầu sau lớn hơn cầu trước nên khả

năng vượt dốc và chuyển động trên đường trơn trượt của xe tốt hơn Dễ bố trí ghế

ngồi, cách nhiệt và cách âm cho người lái

Song nó có nhược điểm như: động cơ đặt phía sau nên không bảo vệ được

cho người lái khi xe va chạm hoặc đâm vào chướng ngại vật Khoang hành lý đặt

phía trước nên chiều ngang bị giới hạn bởi hai bánh trước

Theo tài liệu tham khảo [2] tỷ lệ phân bố tải trọng lên cầu trước và sau khi

đầy tải khoảng (42÷58 )% nên cầu sau hơi quá tải làm xe có khuynh hướng quay

vòng thừa nên kém ổn định đặc biệt là ở tốc độ cao, bắt buộc phải sử dụng hệ thống

treo độc lập ở cầu sau nên cơ cấu phức tạp Ngoài ra còn gặp phải khó khăn như:

chiều dài các bộ phận điều khiển lớn, phải có đường ngầm xuyên qua xe nên sàn xe

không được bằng phẳng Không thể dùng thùng xe có cửa mở phía sau, khản năng

vượt chướng ngại vật không tốt so với cầu trước chủ động Do các ưu nhược điểm

trên nên dẫn động phía sau chỉ sử dụng cho các xe có cỡ nhỏ tốc độ thấp

b) Bố trí cầu trước chủ động: nếu bố trí với cầu trước chủ động thì có ưu

điểm: an toàn hơn cho người lái, phân bố trọng lượng trên cầu trước và sau khi có một

người lái khoảng (60†40)%, đảm bảo cho xe có tính quay vòng thiếu và tính ổn định về

hướng cao với tải trọng bất kỳ

Nhược điểm với kiểu bố trí này là khả năng vượt dốc kém do giảm trọng

lượng bám trên cầu chủ động Có khả năng mất điều khiển trên đường trơn trượt do

lực kéo trên bánh chủ động lớn, khả năng hãm cứng các bánh xe sau khi phanh là

lớn nếu không đặt các bộ điều chỉnh lực phanh hoặc hệ thống chống hãm cứng bánh

xe Do các ưu nhược điểm trên, sơ đồ này thường dùng trên xe du lịch hiện đại, tốc

độ cao

Để phù hợp với loại xe ta thiết kế như là là xe chỉ hoạt động trên những loại

đường tốt,ít leo dốc, thường xuyên qua những chỗ đường cong đòi hỏi tính ổn định

cao và an toàn Ta chon phương án bố trí các hệ thống truyền lực ở cầu trước là cầu

chủ động cho xe hybrid hai chỗ ngồi VEA, hệ số phân bố tải trọng giữa hai cầu 55%

- 45% Cầu xe sử dụng kiểu treo độc lập

3.1.2 Phương án bố trí hệ thống truyền động

Đối với ôtô du lịch cỡ nhỏ hybrid mà ta cần thiết kế do có kích thước nhỏ,

nên để thuận lợi cho việc bố trí và không phải sử dụng trục các đăng, hạ thấp sàn xe

và tăng cao hiệu suất của hệ thống truyền lực Ta chọn kiểu bố trí giữa cụm động cơ

lai, hệ thống truyền lực cùng phía đối với cầu trước chủ động

Truyền lực chính và vi sai bố trí trong một vỏ chung, còn mô men từ vi sai

truyền đến các bánh xe chủ động được truyền từ trục cơ của động cơ điện, trục thứ

cấp của hộp số cơ khí đối với động cơ nhiệt, nên kết cấu hệ thống truyền lực gọn

nhẹ và kinh tế

Khi động cơ điện và động cơ đốt trong đặt nằm ngang có thể rút ngắn được

chiều dài cơ sở của xe Sau khi phân tích và chọn cách bố trí ở trên, ta có sơ đồ bố trí

hệ thống truyền động trên xe hybrid hai chỗ ngồi VEA như hình 3.1

Hình 3.1: Sơ đồ bố trí hệ thống truyền động trên xe hybrid hai chỗ ngồi VEA

1 – Động cơ nhiệt; 2 – Cụm truyền lực (hộp số và ly hợp cơ khí); 3 – Hộp giảm tốc; 4 –

Bộ truyền động đai; 5 – Máy phát điện xoay chiều; 6 – Bình chứa nhiên liệu; 7 – Động

cơ điện một chiều; 8 – Bộ điều khiển tốc độ động cơ điện; 9 – Bán trục cầu chủ động;

10 – Bánh xe cầu chủ động; 11 – Cơ cấu bàn đạp ga; 12 – Ghế ngồi; 13 – Bộ ắc quy

3.1.3 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ hybrid hai chỗ ngồi VEA

Toàn bộ hoạt động của hệ thống động cơ hybrid đối với xe hybrid hai chỗ

ngồi VEA được điều khiển theo ý chủ quan của người lái Sơ đồ nguyên lý c ủa hệ

5

6 7

(12V-50 AH) (12V-50 AH)

(12V-50 AH)

(12V-50 AH)

(12V-50 AH)

96V 84V 72V 60V

12V

Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ hybrid VEA

1 – Động cơ đốt trong; 2 – Máy phát điện; 3 – Bánh đai máy phát điện; 4 – Bộ tiết

chế điện áp; 5 – Đèn báo nạp; 6 - Công tắc máy; 7 – Đồng hồ ampe kế; 8 – Khóa

điện nguồn điều khiển; 9 – Khóa điện khởi động; 10 – Công tắc tiến lùi; 11 – Cơ

cấu bàn đạp ga; 12 – Bộ điều khiển tốc độ động cơ điện; 13 - Bộ đảo chiều quay;

14 – Động cơ điện một chiều; 15 – Bộ ly hợp điện từ; 16 – Hộp giảm tốc cầu chủ

động; 17 – Rơ le điều khiển điện từ; 18 – Khóa khởi động; 19 – Rơ le đề; 20 – Bộ

đề; 21 - Trục vào của hộp giảm tốc; 22 – Bộ nguồn ắc quy; 23 – Bánh xe chủ động

Khi động cơ đốt trong được khởi động và tiến hành chạy ở chế độ động cơ

đốt trong Ở chế độ này vừa kéo máy phát điện xoay chiều nạp điện cho bộ ắc quy,

vừa truyền mô men xoắn suống hai bánh xe chủ động Trong trường hợp này ly hợp

điện từ được điều khiển ở trạng thái mở thông qua rơ le điều khiển điện từ

Trong quá trình ho ạt động nếu như người điều khiển mong muốn vận tốc của

xe đạt cực đại Vmax hay bộ nguồn ắc quy đã được nạp no bình, mà vẫn muốn sử

dụng nguồn động cơ đốt trong thì người lái ngừng cấp dòng kích từ cho cuộn dây

phần cảm rôto của máy phát điện thông qua công tắc máy

Khi chạy ở chế độ động cơ điện ở những đoạn đường bằng, ít dốc hay chủ

yếu là chạy trong thành phố thì động cơ đốt trong được điều khiển ở chế độ ngừng

hoạt động Người lái bật khóa điện khởi động, đ ạp bàn đ ạp ga và động cơ điện được

khởi động, đồng thời với qua trình này là ly hợp điện từ được điều khiển đóng lại

thông qua rơ le điều khiển điện từ Tốc độ nhanh hay chậm của xe phụ thuộc vào vi

trí bàn đạp ga thông qua bộ điều khiển tốc độ động cơ điện

Khi xe chạy ở chế dộ đường dài (chế độ phụ trợ) động cơ điện được điều

khiển dẫn động các bánh xe, động cơ đốt trong được điều khiển hoạt động ở một

chế độ, mà tại đó công suất phát ra lớn hơn hoặc bằng công suất của máy phát điện,

để kéo máy phát điện nạp điện bổ sung cho bộ nguồn ắc quy Sự hoạt động của

động cơ đốt trong ở chế độ này phải có tính ô nhiễm môi trường và suất tiêu hao

nhiên liệu thấp nhất có thể

Khi xe thực hiện chuyển động lùi đối với động cơ điện thì người lái bật công

tắc tiến lùi ở vị trí lùi, lúc này điện áp được đổi chiều thông qua bộ đảo chiều, động

cơ điện quay theo chiều ngược lại Khi chạy ở chế độ động cơ đốt trong thì sử dụng

tay số lùi của hộp số

Tiến hành vựợt dốc, ưu tiên sử dụng nguồn năng lượng là động cơ đốt trong,

và khi vượt dốc thì tạm thời không nạp điện cho bộ nguồn ắc quy bằng cách không

cấp dòng kích từ cho cuộ n dây phần cảm rôto của máy phát điện với mục đích giảm

quá tải cho động cơ đốt trong

3.2 TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CỤM ĐỘNG CƠ ĐIỆN – BỘ NGUỒN ẮC

QUY VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN

LẮP TRÊN XE HYBRID HAI CHỖ NGỒI VEA

3.2.1 Xác định công suất động cơ điện và bộ nguồn ắc quy

 Xác định các thông số của động cơ điện

a) Tính toán công suất động cơ điện

+ Để tính công suất của động cơ điện cho xe thiết kế trước hết ta chọn sơ bộ

5 Hệ thống truyền động điện (không lớn 30%) 145[kg]

6 Động cơ nhiệt và máy phát điện xoay chiều 60[Kg]

Tổng cộng : 605[Kg], trọng lượng xe: G = 605[KG]

+ Khảo sát các lực cản tác dụng lên xe khi vận hành

Khảo sát sự chuyển động của xe khi lên dốc có gia tốc

a b

Hình 3.3: Các lực cản tác dụng lên xe khi lên dốc

G : trọng lượng toàn bộ của ôtô

XK , X1 : Phản lực đẩy của đường tại bánh xe chủ động và bị động

P : lực cản không khí

Pi : lực cản lên dốc

Pj : lực cản quán tính của ôtô khi chuyển động có gia tốc

Z1, Z2 : phản lực tiếp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe ở cầu

chủ động và bị động

(a, b, hg): toạ độ trọng tâm của xe

L: chiều dài cơ sở của xe

Ph ương trình cân b ằng của cá c lực cản tá c dụng lên xe khi lên

PK = Pf + P Pi Pj PK = G.cosa.f + W.V2  G.sina 

i

 G.j

g Dấu P j ứng trường hợp xe tăng tốc, và giảm tốc

Dấu P i ứng trường hợp xe lên dốc, và suống dốc

Lập phương trình cần bằng công suất của xe thiết kế khi vận hành

Phương trình cân bằng công suất tổng quát của ô tô khi chuyển động có

dạng: NK = Ne- Nt = Nf + N± Ni ± Nj ± N (3.3)

Trong đó:

+ NK: Công suất của động cơ phát ra tại bánh xe chủ động [KW]

+ Ne: Công suất của động cơ phát ra [kW]

+ Nt: Công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực [KW]

+ Nf: Công suất tiêu hao để thắng lực cản lăn được tính theo công thức sau:

Nf = f.G.cos V

1000



[kW] (3.4) Với:

- G: Trọng lượng toàn bộ của ôtô [N]

- V: Vận tốc chuyển động của ôtô [m/s]

j V g



[KW]

Với:

- g: Gia tốc trọng trường (m/s2)

- j: Gia tốc của ôtô (m/s2)

- i: Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối chuyển động quay

+ Nm, công suất cản ở móc kéo [KW], xe thiết kế không có móc nên bỏ qua

Nhận xét: khi xe vận hành thì không thể tồn tại đồng thời các lực cản: Lực

cản không khí P, lực cản quán tính Pj , lực cản dốc Pi, lực cản lăn Pf tác dung lên xe

nên công suất phát ra sau khi đã tiêu tốn đi một phần cho ma sát trong hệ thống

truyền lực, phần còn lại không đồng thời khắc phục các lực cản trên

Khi tính toán thiết kế : xe lên dốc ta chỉ cho phép xe với vận tốc nhỏ nên bỏ

qua lực cản không khí P Khi xe chuyển động trên đường bằng với vận tốc cực

VVmax thì lực quán tính Pj = 0, xe chỉ tác dung bởi các lực cản P f và P

Vì vậy công suất của xe thiết kế trong trường hợp xe chuyển động ổn định

(gia tốc quán tính j = 0) trên đường bằng (góc dốc  = 0), không kéo móc, t ức là:

Ni= 0, Nj= 0, Nm= 0 Khi đó phương trình cân bằng công suất (4 3) trở thành:

Nk= Ne - Nt = t.Ne = t(Nf + N)

Phương trình trên có dạng triển khai như sau:

3 1

- Đối với xe ta đang thiết kế là xe thường xuyên hoạt động trên đường thành

phố (đường nhựa bê tông trung bình ) thì fo = (0,018÷0,020) ta chọn fo= 0,0185

Chọn vận tốc của xe thiết kế là : Vmax = 63 [Km/h] = 17,5 [m/s]

N s

- Đối với ôtô du lịch theo [1] chọn : n t= 0,93

Vậy công suất của động cơ để khắc phục các lực cản chuyển động là :

3 1

Chọn công suất động cơ điện để trang bị cho xe là : PM = 4,5[KW]

b) Hiệu điện thế của động cơ điện

Với cùng một công suất, nếu tăng hiệu điện thế của mô tơ thì dòng điện chạy

trong mạch và khối lượng của mô tơ sẽ giảm, tuy nhiên số lượng bình ắc quy 12[V]

sẽ tăng và đòi hỏi tốt hơn về vấn đề an toàn điện Theo thống kê thực tế, khối lượng

bình ắc quy tỷ lệ thuận với dung lượng của nó Do đó, khối lượng tổng cộng của bộ

nguồn ắc quy không phụ thuộc vào điện áp c ủa hệ thống mà chỉ phụ thuộc vào công

suất cần cung cấp

Từ những ràng buộc trên, đồng thời dựa vào thống kê mức điện áp c ủa các

loại mô tơ điện có trên thị trường, chọn loại mô tơ có hiệu điện thế U = 96[V] Với

hiệu điện thế này khối lượng mô tơ tương đối nhỏ và số lượng bình ắc quy cũng vừa

phải

c) Chọn loại động cơ điện

Hiện nay, động cơ điện trang bị trên ôtô có rất nhiều lo ại khác nhau như:

Động cơ một chiều có chổi than, động cơ xoay chiều không đồng bộ, động cơ xoay

chiều đồng bộ, động cơ xoay chiều từ trở và động cơ một chiều không chổi than

Xét về đặc tính cơ c ủa động cơ điện thì động cơ điện một chiều sẽ cung c ấp một

momen kéo tốt hơn động cơ điện xoay chiều (hình 3.4) Tuy nhiên lo ại động cơ

điện một chiều có chổi than thì tuổi thọ không cao, trong quá trình vận hành đòi hỏi

phải bảo dưỡng chổi than Còn động cơ điện một không chổi than thì có rất nhiều

ưu điểm nhưng giá thành cao và cũng chưa được phổ biến trên thị trường Động cơ

xoay chiều có nhược điểm là hệ thống điều khiển phức tạp, cần có bộ biến tần để

biến đổi dòng điện một chiều (DC) từ ắc quy thành dòng điện xoay chiều (AC) để

cung cấp cho động cơ Nếu xét về mặt kinh tế, sử dụng động cơ một chiều có chổi

than sẽ cho ra giá thành thấp nhất Ngoài ra, ở vùng công suất nhỏ động cơ một

chiều có chổi than ho ạt động cũng khá hiệu quả Vì vậy ta chọn loại động cơ điện

một chiều có chổi than ZYT145/06-96 của Trung Quốc sản xuất với công suất

4,5[KW]., kích từ nối tiếp làm nguồn động lực cho xe hybrid hai chỗ ngồi VEA

Ưu điểm của loại kích từ nối tiếp này là khản năng hãm động năng, có khản

năng quá tải lớn về mô men, có đường đặc tính giữa mô men và tốc độ biến thiên

một cách „‟mềm mại‟‟ trong một khoảng điều khiển rộng về tốc độ vì vậy phù hợp

với loại xe mà ta thiết kế Tuy nhiên nó có nhược điểm là nếu khản năng mất tải xẩy

ra như đai bi trượt thì tốc độ của động cơ điện trở nên vô cùng lớn, gây ảnh hưởng

xấu đến tuổi thọ của động cơ Song với loại xe có tải nhỏ mà ta thiết kế thì có thể

khắc phục được nhược điểm này

Hình 3.4: Đường đặc tính của ba loại động cơ điện

Đường 1- Đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Đường 2- Đặc tính AC đồng bộ

Đường 3- Đặc tính AC không đồng bộ

 Xác định các thông số cho bộ nguồn ắcquy

Loại ắc quy được chọ n để lắp đặt cho xe là ắc quy axít chì vì nó thông dụng

và giá thành tương đối thấp Với hiệu điện thế của mô tơ được chọn là 96[V], số

lượng bình ắc quy cần thiết là 8 bình loại 12[V]

-Hình 3.5 : Sơ đồ đấu nối tiếp 8 bình ắcquy (12V- 50AH)

Dung lượng của ắc quy phụ thuộc vào số giờ mà xe chạy hết bình và tỷ lệ

khối lượng của hệ thống truyền động điện so với tổng khối lượng xe theo tỷ lệ tối

ưu là không quá 30% Chọn sơ bộ số giờ xe chạy hết bình là 1 giờ, dung lượng ắc

quy được xác định như sau:

AH = IM.t = (PM /U).t = (4500/96).1  50(AH)

Vì dung lượng ắc quy được sản xuất theo tiêu chuẩn, chọn loại bình có hiệu

điệu thế 12[V] và dung lượng 50 [AH] Sau khi chọn được loại ắc quy, chúng ta cần

kiểm tra lại tỷ lệ khối lượng của hệ thống truyền động so với tổng khối lượng của

xe Nếu vượt quá tiêu chuẩn thì hoặc là giảm bớt dung lượng của ắc quy (giảm số

giờ chạy hết bình) hoặc là chọn loại ắc quy khác có tỷ trọng khối lượng trên dung

lượng nhỏ hơn

Dựa vào thông số kỹ thuật của bình ắc quy do nhà sản xuất cung cấp, loại

bình ắc quy 12[V]-50 [AH] có khối lượng m = 15[kg] Loại mô tơ 96 [V] - 4,5

[KW] có khối lượng m2 = 25 [kg] Như vậy, tổng khối lượng của hệ thống truyền

động điện sẽ là:

m = 8.m1 + m2 = 8 15 + 25 = 145[Kg]

Tính hệ số tỷ lệ khối lượng:

λ = m / Ga = 145 / 605 = 0,24 < 30%

Như vậy, tỷ lệ này đã đạt yêu cầu kỹ thuật

 Tổng hợp các thông số của động cơ điện và bộ nguồn ắcquy

1 Động cơ điện (mô tơ):

- Kiểu: ZYT145/06-96 (TQ) - Hiệu điện thế : 96[V]

- Công suất : 4,5[KW)] - Vòng quay định mức: 3.000(v/ph)

- Khối lượng: 25[kg] - Mô men xoắn cực đại: 60[Nm]

2 Nguồn ắc quy:

- Loại: N12V-50AH (Đồng Nai) - Số lượng bình: 8(bình)

- Khối lượng mỗi bình: 15[kg] - Kích thước: 240 x 180 x 170[mm]

Hình 3.6: Kết cấu của động cơ điện DC ZYT145/06-96

3.2.2 Thiết kế mạch điện điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Để đảm bảo cho quá trình vận hành xe một cách hợp lí, ta thường phải điều

chỉnh tốc độ của xe một các vô c ấp Điều chỉnh tốc độ nhằm đảm bảo được các chế

độ làm việc tối ưu nhất và cho phép giảm nhỏ mức độ tiêu thụ năng lượng

Rtn

U

E-R

-

I-M

T¶in

I

Hình 3.7: Sơ đồ nối dây của

động cơ điện kích từ nối tiếp

R tn - Điện trở cuộn dây kích từ

R ư - Điện trở cuộn dâu phần ứng

Ở động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp, dòng điện kích thích chính là

dòng điện phần ứng It= Iư = I Vì vậy trong một phạm vi khá rộng có thể biểu thị:

.

Trong đó Kf là hệ số tỷ lệ nằm trong vùng I< 0,8.Iđm , còn khi I>(0,8÷0,9)Iđm

thì hơi giảm suống do ảnh hướng của báo hoà mạch từ

Theo [7] ta có đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

e e

U : điện áp phần ứng của động cơ điện

M : momen điện từ tác dụng lên dây quấn

Rư : điện trở phần ứng

Ce , CM : hệ số phụ thuộc vào kết cấu của máy và dây quấn

 : từ thông của động cơ điện

Từ biểu thức (3.8) ta thấy rằng:

Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp là dạng đường cong

hypebol bậc hai

Việc điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều có thể thực hiện được

bằng cách như thay đổi các đại lượng (f, Rư và U), tức là thay đổi đặc tính cơ tự

nhiên thành đặc tính nhân tạo

n

M 0

TN

Hình 3.8: Đường đặc tính tự nhiên của động cơ điện kích từ nối tiếp

Trong lĩnh vực điều khiển ôtô máy kéo, đầu máy… thì phương pháp điều

khiển tốc độ động cơ điện một chiều, kích từ nối tiếp bằng cách thay đổi điện áp

phần ứng được sử dụng rộng rãi nhất Vì vậy ta sử dụng phương pháp này để điều

khiển động cơ điện lắp trên xe hybrid hai ngồi VEA

Điều chỉnh tốc độ động cơ điện lắp trên xe thiết kế bằng cách thay đổi điện

áp phần ứng, cho phép điều chỉnh tốc độ quay dưới tốc độ định mức vì không thể

nâng cao điện áp hơn điện áp định mức của động cơ điện Phương pháp này không

gây tổn hao điện cho động cơ

Có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều:

Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ và điều chỉnh điện áp cấp cho

mạch kích từ động cơ, phương pháp này ít dùng vì có sự tổn thất điện năng lớn

Điện áp một chiều được thay đổi cấp cho phần ứng động cơ có rất nhiều cách

song do phạm vi điều khiển tốc độ của động cơ điện một chiều trên ôtô lấy điện áp

từ bình ắc quy nên ta s ử dụng phương pháp dùng bộ băm điện áp một chiều

(chopper :bộ biến đổi điện áp - xung) là hoàn toàn hợp lý nhất

Bộ băm dùng để biến đổi điện áp một chiều không đổi U thành điện áp có trị

số trung bình biến đổi Utb Utb có thể điều chỉnh được từ bằng 0 đến lớn nhất, bằng

chính điện áp nguồn cung cấp cho bộ băm

Bộ băm điện áp: băm áp dùng van đóng mở là tiristor, van đóng mở là

transitor mối loại có tính công nghệ riêng nhưng cùng một tính năng là thay đổi

điện áp cố định Băm áp dùng van đóng mở là transistor là một công nghệ mới,

song với nghiên cứu hiện tại của lĩnh vực truyền động điện nó chỉ nằm trong phạm

vi điều khiển những loại động cơ điện một chiều có công suất vài trăm oát Trong

nghành giao thông vận tải thường dùng bộ băm điện áp dùng van đóng mở là tiristor

để điều khiển tốc độ của động cơ điện một chiều trên ôtô máy kéo Vì vậy để điều

khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp lắp trên xe hybrid hai chỗ ngồi

VEA ta dùng bộ băm áp một chiều nối tiếp chuyển mạch hai tầng dùng van đống

mở là tiristor Sơ đồ nguyên lý của hệ thống được biểu diễn như 3.9

- Lc, Dc, C2: là các phần tử chuyển mạch, tạo mạch nạp cho tụ C2

- Dr: Diode hoàn năng lượng, duy trì dòng qua tải khi bộ băm ngắt

Từ sơ đồ hình 3.11 ta có nguyên lý hoạt động của bộ băm áp như sau:

Giả sử ở trạng thái ban đầu VS1 và VS2 đều bị khóa, tụ C2 được nạp đầy với

bản cực dương ở phía trên như ghi chú trong hình 3.12

Cho xung điều khiển kích tiristor chính VS1, VS1 mở, dòng điện từ cực dương

của nguồn U chạy qua VS1 vào mạch phụ tải (R, L, E của phần ứng động cơ điện)

rồi trở về cực âm c ủa nguồn U Đồng thời tụ C2 sẽ phóng điện theo vòng: VS1-Lc

-Dc-C2 và tụ C2 được nạp điện theo chiều ngược lại Điện áp ra trên tải Ud = U

Khi cho xung điều khiển kích tiristor phụ VS2, VS2 mở đặt điện áp giữa hai

bản cực của tụ C2 lên VS1 làm cho VS1 bị khóa lại Lúc này điện áp ra trên tải Ud = 0

Thay đổi tỷ số thời gian đóng và thời gian ngắt của VS1 sẽ điều chỉnh được

giá trị trung bình của điện áp ra trên tải

Gọi T là chu kỳ của bộ băm, T = Tđg + Tng Trong đó:

- Tđg = T là thời gian đóng mạch của VS1

- Tng = T - Tđg là thời gian ngắt mạch

-  = Tđg/T là tỷ số đóng của chu kỳ

Giá trị trung bình của điện áp ra trên tải:

Giữ cố định chu kỳ xung T (tần số cố định), thay đổi thời gian đóng mạch

Tđg của bộ băm Phương pháp này được gọi là phương pháp điều khiển độ rộng

xung; Giữ cố định thời gian đóng mạch Tđg, thay đổi chu kỳ của bộ băm T (tần số

biến thiên) Phương pháp này được gọi là phương pháp điều tần

Khi  = 0 tức là Tđg = 0 ta có Utb = 0, bộ băm thường xuyên ngắt mạch Khi

 = 1 tức là Tđg = T ta có Utb = U, bộ băm thường xuyên đóng mạch, tốc độ của

động cơ lúc này n = nmax

Sơ đồ mạch điện điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

lắp trên xe hybrid hai chỗ ngồi VEA được thể hiện như hình 3.10

Hình 3.10 : Sơ đồ mạch điện điều khiển

1 – Cơ cấu bàn đạp ga; 2 – Bộ biến trở (thay đổi điện trở ứng với thay đổi

vị trí con chạy của bàn đạp ga); 3 – Khâu tạo tần số (tạo điện áp tựa răng cưa U rc );

4 – Khâu so sánh (so sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển U đk ); 5 – Bộ tạo xung

khuếch đại; 6 – Bộ đảo chiều quay của động cơ điện một chiều; 7 – Động cơ điện

một chiều; 8 – Bộ băm điện áp một chiều nối tiếp chuyển mạch hai tầng; 9 – Bộ

nguồn ắc quy; K 1 , K 2 , K 3 – là các khóa điện; M – động cơ điện một chiều

Khâu tạo tần số: là dạng - tạo điện áp tam giác bằng tích phân sóng vuông

Hình 3.11 : Bộ tạo sóng điện áp vuông và tam giác bằng KĐTT

A 1 ,A 2 – Bộ khuếch đại thuật toán; R 1 , R 2 ,R 3 – Các điện trở; C – Tụ điện

Khuếch đại thuật toán A1 có hồi tiếp dương bằng điện trở R1, đầu ra có trị số

điện áp nguồn và dấu phụ thuộc hiệu điện áp hai cổng V, V

Đầu vào V có hai tín hiệu, một tín hiệu không đổi lấy từ đầu ra A1, một tín

hiệu biến thiên lấy từ đầu ra A2 Điên áp chuẩn so sánh để quyết định đổi dấu điện

áp ra c ủa A1 là trung tính vào V Giả sử của A1 dương (UA1>0), khuếch đ ại A2 tích

phân đảo dấu cho điện áp có sườn đi xuống của điện áp tựa Điện áp vào V lấy từ

R1 và R2, hai điện áp này trái dấu nhau Điện áp vào qua R2 biến thiên theo đường

nạp tụ điện, còn điện vào qua R1 không đổi, tới khi nào UV+ = 0 đầu ra của A1 đổi

dấu thành âm Chu kì điện áp ra của A1 cứ luân phiên đổi dấu như vậy cho ta điên

áp ra như hình 3.11-b

Từ sơ đồ ta có tần số của điện áp tựa được tính :

2 3 1



Bằng cách chọn chọn các giá trị của điện trở và tụ điện ta có được điện áp

tựa có tần số như mong muốn

Khâu so sánh: là khâu có nhiệm vụ xác định thời điểm mở và khóa van bán

dẫn tiritor Đầu vào của khâu này có hai tín hiệu, điên áp tựa (điện áp tam giác) và

điên áp một chiều làm điện áp điều khiển, sơ đồ như hình 3.12 - a

Từ hình 3.12 - b, ta thấy rằng trong mỗi chu kì điện áp tựa có hai thời điểm

điện áp tựa bằng điện áp điều khiển tại các thời điểm đó, đầu ra của khâu so sánh

SVTH : Nguyễn Văn Tuấn

đổi dấu điện áp Tương ứng với các thời điểm đột biến điện áp đầu ra của khâu so

sánh cần có lệnh mở hoặc khóa van bán dẫn

Khâu khuếch đại: Với nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở tiritor, tầng khuếch

đại cuối cùng thường được thiết kế bằng transistor công suất Để có xung dạng kim

gửi tới tiritor, ta thường dùng biến áp xung, điốt D0 bảo vệ Tr Có rất nhiều cách

chọn khâu khuếch đ ại khác nhau song ta chọn khâu khuếch đại với tầng khuếch đại

cuối cùng thường được sử dụng bằng sơ đồ darlington, phương pháp này thường

hay được dùng trongthực tế và nó hoàn

toàn có thể đáp ứng được yêu cầu về khuếch đại công suất, khi hệ số khuếch đại

được nhân lên theo thông số của transistor, sơ đồ mạch thể hiện như hình 3.13

Nguyên lý hoạt động của mạch điện điện điều khiển ở hình 3.10 như sau: giả

sử tại giao điểm sườn lên của điện áp tựa Urc và điện áp điều khiển (hình 3.14) phát

lệnh dẫn tiritor VS2, khi đó VS1 khóa, tại giao điểm sườn xuống của Urc với điện áp

điều khiển Uđk thì sẽ phát lệnh khóa tiritor VS2 khi đó VS1 ở trạng thái dẫn

Khi thực hiện thay đổi vị trí con chạy của bàn đ ạp ga sẽ có một hiệu điện thế

điều khiển Uđktương ứng, khi đó khâu so sánh sẽ so sánh điện áp điều khiển Uđk với

điện áp tựa Urc Nếu Uđk = Urc tại sườn lên của điện áp tựa thì xung điện áp sau khi

qua khâu so sánh sẽ có dạng xung hình chữ nhật, xung này qua khâu khuếch đại và

được khuếch đại thành xung điện áp dạng kim có đủ công suất (đủ điện áp và đủ

dòng điện) gửi đến các tiritor VS2 và tiritor VS1 Lúc này VS2 được điều khiển ở

trạng thái dẫn, VS1 ở trạng thái khóa, không những thế điện áp trên hai bản tụ điện

C2 đặt lên VS1 và làm cho VS1 khóa tích cực hơn,lúc này Ud = .U = 0 (tỷ số đóng

của chu kì Tdg 0

T

   ; tương ứng với thời gian đóng mạch Tdg = 0) thì động cơ điện

một chiều ngừng hoạt động

Nếu Uđk = Urc tại sườn suống của điện áp tựa, thì khâu so sánh sẽ gửi tín hiệu

điện áp U‟ss đến khâu và được khuếch đ ại thành xung điện áp dạng kim, xung này

có đủ công suất (đủ điện áp và đủ dòng điện) gửi đến các tiritor VS2, VS1 VS2 được

được điều khiển ở trạng thái khóa, lúc này VS1 ở trạng thái dẫn Điện áp từ ắc quy

khi qua bộ băm điện áp trở thành Ud = .U, gửi đến phần ứng động cơ điện và động

cơ điện được cấp điện thế Ud và động cơ quay, giá trị của Ud lớn hay nhỏ phụ thuộc

tỷ số đóng của chu kì , tức là phụ thuộc vào vị trí của con chạy của bàn đạp ga,

nếu người lái vẫn giứ mức ga cố định thì động cơ điện chạy ở một số vòng quay cố

định Nếu người lái tăng ga hết cỡ thì UT B = .U = U (tỷ số đóng của chu kì  =1)

nghĩa là động cơ quay ở số vòng quay định mức n = nđm

Vậy tốc độ quay nhanh hay chậm của động cơ điện là phụ thuộc vào thời

gian thời gian dẫn, khóa tiritor VS1 hay chu kỳ đóng c ắt của tiritor VS1, có nghĩa là

phụ thuộc vào vị trí con chạy của bàn đ ạp ga hay theo ý chủ quan c ủa của người

điều khiển

Động cơ điện được khởi động: bật các khóa điện K1, K2, K3 ở trạng thái

đóng, đạp bàn đạp ga để cho con chạy biến trở ở vị trí sao cho bộ băm áp cấp một

điện áp Ukđ = kđ.U đủ để khởi động động cơ

Khi động cơ được khởi động tương ứng với vị trí con chạy của bàn đạp ga

mà tại đó Uđk  Uđkkđ, và ngừng hoạt động khi con chay của bàn đạp ga ở tại vị trí

mà tại đó Uđk ≤ Uđkkđ (hiệu điện thế điều khiển khởi động)

Tóm lại: trạng thái ho ạt động của động cơ phụ thuộc vào vị trí con chạy của

bàn đạp ga

Tính chọn linh kiện mạch điều khiển: sau khi tìm hiểu nguyên lý làm việc

của mạch điều khiển, ta tiến hành tính toán các thông số của các phần tử lắp trong

mạch để từ đó chọn các phần tử này thích hợp để có thể lắp mạch điều khiển hợp lý

đối với loại động cơ đã chọn Nhưng trong đề tài này ta không thể tính toán hết

được tất cả các phần tử có trong mạch mà chỉ đi sâu tính toán các phần tử cấu tạo

nên bộ băm điện áp

Trở lại với sơ đồ nguyên lý băm ở hình 3.9, ta đi tính các giá trị của dòng