THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỤM TRUYỀN ĐỘNG Ô TÔ ĐIỆN

TÓM TẮT Trong khóa luận này đề cập đến việc “Thiết kế hệ thống điều khiển cụm truyền động ô tô điện” góp phần làm giảm mức độ ô nhiễm môi trường cũng như giải quyết được tình trạng khan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỤM TRUYỀN ĐỘNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỤM

TRUYỀN ĐỘNG Ô TÔ ĐIỆN

Giáo viên hướng dẫn:

TS.DƯƠNG MINH TÂM ThS ĐOÀN THANH THÔNG

Tháng 05 năm 2011

LỜI CẢM TẠ

Trước tiên con xin cảm ơn cha mẹ, người thân gia đình đã sinh ra, nuôi dưỡng, động viên và yêu thương con trong suốt thời gian qua Gia đình là chổ dựa vững chắc giúp con trong suốt những năm học tại trường

Sau đó, em xin được gởi lời cảm ơn đến quý thầy cô Trường Đại Học Nông Lâm

TP Hồ Chí Minh, đặc biệc là thầy cô Khoa Cơ Khí- Công Nghệ đã tận tình dạy dỗ và truyền đạt cho em những kiến thức cần thiết trong suốt 4 năm theo học ở trường

Em xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS Dương Minh Tâm, thầy

ThS.Đoàn Thanh Thông Khu Công Nghệ Cao TP HCM đã trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn

em trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Em xin cảm ơn ban giám đốc, các anh đang làm việc tại Phòng Thí Nghiệm Cơ Khí Chính Xác Và Tự Động Hóa, Trung Tâm Nghiên Cứu Và Triển Khai Khu Công Nghệ Cao TP.HCM đã giúp đỡ em trong suốt thời gian làm đề tài tại Trung Tâm

Cuối cùng, mình xin cảm ơn tập thể các bạn trong lớp DH07TD nói riêng và các bạn nói chung đã động viên, giúp đỡ mình trong suốt những năm học vừa qua và trong thời gian thực hiện khóa luận

Em xin chân thành cảm ơn!

Tp HCM, tháng 05 năm 2011

Sinh viên thực hiện Trần Văn Trọng

TÓM TẮT

Trong khóa luận này đề cập đến việc “Thiết kế hệ thống điều khiển cụm truyền động ô tô điện” góp phần làm giảm mức độ ô nhiễm môi trường cũng như giải quyết được tình trạng khan hiếm nhiên liệu trong tương lai Một số vấn đề cần làm trong đề tài này là:

- Tìm hiểu và phân tích truyền động của ô tô điện

- Tính toán, thiết kế hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều của cụm truyền động ô tô điện

- Viết chương trình điều khiển bằng vi xử lý

 Kết quả

- Tính toán và thiết kế và lập trình hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều của cụm truyền động ô tô điện

Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa i

Lời cảm ơn ii

Tóm Tắt iii

Mục lục iv

Danh sách các hình vii

Danh sách các bảng x

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Các nghiên cứu đã thực hiện 1

1.3 Mục đích và giới hạn của đề tài 1

1.3.1 Mục đích 1

1.3.2 Giới hạn của đề tài 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Tổng quan về ô tô điện 3

2.1.1 Giới thiệu chung 3

2.1.2 Nhu cầu sử dụng ô tô điện 3

2.1.2.1 Phương tiện cá nhân 3

2.1.2.2 Các phương tiện dùng chuyên biệt trong các lĩnh vực giải trí thể thao, các lĩnh vực công nghiệp, các loại xe chuyên dùng trong các ngành: 4

2.1.2.3 Các phương tiện dùng chuyên biệt trong các lĩnh vực chuyên dùng, vận chuyển, nâng chuyển hàng hóa, phục vụ cho người tàn tật: 5

2.2 Giới thiệu tổng quát về hệ thống truyền động ô tô điện 6

2.2.1 Nhiệm vụ 6

2.2.2 Phân loại 6

2.2.3 Sơ đồ bố trí cụm truyền động ô tô điện 6

2.3 Động cơ điện một chiều 7

2.3.1 Công dụng 7

2.3.2 Cấu tạo 7

2.3.3 Nguyên lý hoạt động 9

2.3.4 Phân loại 9

2.3.4.1 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập 9

2.3.4.2 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 10

2.3.5 Các phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều 11

2.3.5.1 Thay đổi giá trị điện trở mạch phần ứng của động cơ 11

2.3.5.2 Thay đổi từ thông  12

2.3.5.3 Thay đổi giá trị điện áp phần ứng của động cơ 12

2.4 Ly hợp 14

2.4.1 Nhiệm vụ 14

2.4.2 Yêu cầu 14

2.4.3 Phân loại 15

2.5 Hộp số 16

2.5.1 Công dụng 16

2.5.2 Yêu cầu 16

2.5.3 Phân loại 16

2.5.4 Số cấp và tỷ số truyền của hộp số 16

2.5.4.1 Số cấp của hộp số 16

2.5.4.2 Tỷ số truyền của hộp số 17

2.5.5 Hộp số 3 cấp 18

2.6 Bộ truyền lực chính 19

2.6.1 Công dụng 19

2.6.2 Yêu cầu 19

2.6.3 Phân loại 19

2.6.4 Bộ truyền lực chính loại đơn, dạng bánh răng côn xoắn 22

2.6.5 Bộ truyền lực chính loại đơn, dạng bánh răng hypôít 22

2.7 Cơ cấu vi sai 23

2.7.1 Công dụng 23

2.7.2 Cấu tạo 23

2.7.3 Nguyên lý hoạt động 24

2.8 Các loại ắc quy dùng cho ô tô điện 25

2.8.1 Ắc quy chì axit 25

2.8.2 Ắc quy NiMH (Nickel Metal Hydride) 25

2.8.3 Ắc quy Li - ion 26

2.8.4 Các thông số cơ bản của ắc quy 26

2.9 Mạch điều khiển cụm truyền động ô tô điện 27

2.9.1 Điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều bằng phương pháp điều rộng xung 27

2.9.2 Điều khiển đảo chiều quay động cơ điện một chiều 28

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 29

3.1 Địa điểm và thời gian thực hiện đề tài 29

3.1.1 Địa điểm 29

3.1.2 Thời gian 29

3.2 Đối tượng nghiên cứu 29

3.3 Phương pháp thực hiện đề tài 29

3.3.1 Chọn phương pháp mạch điều khiển 29

3.3.2 Phương pháp thực hiện phần điện tử 30

3.3.3 Phương pháp thực hiện phần mềm 30

3.4 Phương tiện thực hiện đề tài 31

CHƯƠNG 4 THỰC HIỆN ĐỀ TÀI-KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32

4.1 Tính toán và chọn thông số các chi tiết của cụm truyền động ô tô điện 32

4.1.1 Chọn các thông số chung của ô tô điện 32

4.1.2 Tính toán chọn động cơ điện 33

4.1.3 Tính toán vận tốc lớn nhất của ô tô điện 36

4.1.4 Xác định tỷ số truyền của bộ truyền lực chính 37

4.1.5 Xác định tỷ số truyền của hộp số 37

4.1.6 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền động ứng với điều kiện lực lực kéo lớn nhất tại bánh xe 39

4.1.7 Khả năng leo dốc của ô tô điện 39

4.1.8 Xác định thông số cho bộ nguồn Ắc quy 39

4.2 Tính toán thiết kế phần điện tử 40

4.2.1 Sơ đồ khối tổng quát mạch điều khiển 40

4.2.2 Thiết kế mạch nguồn 40

4.2.3 Thiết kế mạch nhận điều khiển 41

4.2.4 Thiết kế mạch khối nhận tín hiệu phản hồi (đếm số vòng quay) 41

4.2.5 Thiết kế mạch khối vi điều khiển 42

4.2.6 Thiết kế mạch hiển thị LCD 42

4.2.7 Thiết kế mạch công suất điều khiển động cơ điện một chiều 43

4.3 Thực hiện phần mềm 44

4.3.1 Lưu đồ giải thuật 44

4.3.2 Viết chương trình điều khiển 45

4.4 Kết quả và thảo luận 46

4.4.1 Kết quả 46

4.4.2 Thảo luận 47

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 48

5.1 Kết luận 48

5.2 Đề nghị 48

DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1 Ô tô điện của hãng Nissan 3

Hình 2.2 Ô tô điện của hãng Mitsubishi 4

Hình 2.3 Ô tô điện của công ty Wow-Car 4

Hình 2.4 Ô tô điện sử dụng trong sân golf 4

Hình 2.5 Xe chở hàng của công ty Tùng Lâm 5

Hình 2.6 Xe bệnh viện của công ty Tùng Lâm 5

Hình 2.7 Tàu điện chạy ray 6

Hình 2.8 Sơ đồ khối cụm truyền động ô tô điện 7

Hình 2.9 Các thành phần cơ bản của động cơ điện một chiều 8

Hình 2.10 Stato của động cơ điện một chiều 8

Hình 2.11 Lá thép rôto 8

Hình 2.12 Cổ góp và chổi than 9

Hinh 2.13 Lực từ F tác dụng lên khung dây dẫn abcd đặt trong từ trường 9

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý đấu dây động cơ điện một chiều kích từ song song 10

Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý đấu dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập 10

Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý đấu dây động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 11

Hình 2.17 Đặc tính cơ khi tăng điện trở phụ mạch phần cứng 12

Hình 2.18 Đồ thị đặc tính cơ 12

Hình 2.19 Đồ thị đặc tính cơ điện 12

Hình 2.20 Điều khiển động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng 13

Hình 2.21 Phạm vi điều chỉnh điện áp phần ứng 13

Hình 2.22 Đường cong của đặc tính truyền động 17

Hình 2.23 Tỷ số truyền của hộp số 19

Hình 2.24 Sơ đồ động hộp số 3 cấp 19

Hình 2.25 Bộ truyền lực chính loại kép có hai cặp bánh răng 20

Hình 2.26 Bộ truyền lực chính loại đơn, dạng bánh răng côn xoắn 21

Hình 2.27 Bộ truyền lực chính loại đơn dạng bánh răng hypôít 22

Hình 2.28 Sơ đồ động cơ cấu vi sai 23

Hình 2.29 Cơ cấu vi sai 24

Hình 2.30 Thành phần trong một ngăn của ắc quy chì – axít 25

Hình 2.31 Phương pháp điều rộng xung 27

Hình 2.32 Đảo chiều động cơ DC bằng mạch cầu H 28 Hình 2.33 Sơ đồ chân và hình dạng LM7805 phụ lục Hinh 2.34 Sơ đồ chân và hình dạng LM7812 phụ lục Hình 2.35 Sơ đồ chân và hình dạng IRF540 phụ lục Hình 2.36 Sơ đồ chân và hình dạng IRF9540 phụ lục Hình 2.37 OPTO PC817 phụ lục Hình 2.38 Sơ đồ chân và hình dạng ADC 0804 phụ lục Hình 2.39 Kiểm tra ADC ở chế độ chạy tự do phụ lục Hình 2.40 Sơ đồ chân và hình dạng LCD1602 phụ lục Hình 2.41 Hình chíp IC 89C51 và sơ đồ chân phụ lục

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển cụm truyền động 30

Hình 4.1 Các lực tác dụng lên ô tô trong trường hợp tổng quát 34

Hình 4.2 Sơ đồ khối mạch điều khiển 40

Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn +5V 41

Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn +12V 41

Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý mạch nhận tín hiệu điều khiển 41

Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý khối nhận tín hiệu phản hồi 42

Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển dùng 89C51 42

Hình 4.8 Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị 48

Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất điều khiển động cơ một chiều 44

Hình 4.10 Chương trình cho vi điều khiển 46

Hình 5.1 Khối mạch nguồn phụ lục Hình 5.1 Mạch công suất điều khiển động cơ phụ lục Hình 5.3 Mạch điều khiển động cơ phụ lục Hình 5.4 Mạch điều khiển hoàn chỉnh phụ lục DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1 Các số thông số của IRF540 phụ lục Bảng 2.2 :Các số thông số của IRF9540 phụ lục Bảng 2.3 Kí hiệu và chức năng các chân của LCD 1602 phụ lục Bảng 4.1 Hệ số cản lăn của ô tô và máy kéo 32

Bảng 4.2 Hệ số bám  33

Bảng 4.3 Hệ số cản K, diện tích cản chính diện F và nhân tố W 33

sử dụng năng lượng điện không gây ô nhiễm có ý nghĩa đặc biệt quan trọng

Cụm truyền động là một trong những cụm chi tiết quan trọng của ô tô điện Việc thiết kế hệ thống điều khiển cụm truyền động góp phần nâng cao tính ưu việt của

ô tô cũng là mối quan tâm hàng đầu của nhà sản xuất Hệ thống truyền động có nhiệm

vụ truyền mômen xoắn từ động cơ đến bánh xe chủ động, thay đổi tốc độ xe

Để góp phần ứng dụng những kiến thức đã học vào việc giải quyết các vấn đề thực tế Được sự chấp thuận của Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường Đại Học Nông Lâm TP HCM, cùng sợ hỗ trợ giúp đỡ của Trung Tâm Nghiên Cứu

Triển Khai Khu Công Nghệ Cao TP HCM Em tiến hành thực hiện đề tài : “Thiết kế

hệ thống điều khiển cụm truyền động ô tô điện.”

1.2 Các nghiên cứu đã thực hiện

-"Thiết kế và chế tạo mô hình mô phỏng các chế độ hoạt động của xe

Hybrid"-Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

-"Thiết kế xe ô tô HYBRID 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời-Động cơ

nhiệt."-Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

-“Thiết kế hệ thống động lực trên ôtô bốn chỗ ngồi sử dụng hai nguồn động

lực: Động cơ nhiệt và động cơ điện V100-40" -Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

-"Nghiên cứu mẫu xe điện phục vụ trong các siêu thị"-Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM

-Tính toán và chọn các chi tiết của cụm truyền động ô tô điện

-Tính toán thiết kế và chế tạo mạch nguồn cung cấp

-Thiết kế mạch điều khiển, lập trình cho hệ thống điều khiển

-Tính toán, thiết kế và chế tạo mạch công suất

Chương 2 TOÅNG QUAN

2.1 TOÅNG QUAN VỀ OÂ TOÂ ĐIỆN

2.1.1 Giới thiệu chung

Ô tô điện sử dụng một động cơ điện cho lực kéo; acquy, pin nhiên liệu cung cấp nguồn năng lượng tương ứng cho động cơ điện

Ô tô điện có nhiều ưu điểm hơn các loại phương tiện sử dụng động cơ đốt trong, chẳng hạn như không phát thải khí ô nhiễm, hiệu suất cao, độc lập với nguồn năng lượng từ dầu mỏ, yên tĩnh và hoạt động trơn tru Các nguyên tắt hoạt động cơ bản giữa ô tô điện và phương tiện sử dụng động cơ đốt trong tương tự nhau.Tuy nhiên, một số khác biệt giữa phương tiện sử dụng động cơ đốt trong và ô tô điện, chẳng hạn như sử dụng một bồn chứa xăng so với nguồn pin, động cơ đốt trong so với động cơ điện, và khác nhau về yêu cầu truyền dẫn

2.1.2 Nhu cầu sử dụng ô tô điện

Xe điện là loại phương tiện giao thông được sử dụng ngày càng rộng rãi trên thế giới Đặt biệt ngày nay xe điện được ứng dụng trên nhiều loại phương tiện, các phương tiện này dùng động cơ điện để làm xe chuyển động Có thể liệt kê một số loại

xe điện theo lĩnh vực và theo cách sử dụng của chúng như sau:

2.1.2.1 Phương tiện cá nhân:

+ Xe ô tô điện : xe điện sử dụng nguồn điện acqui, dùng năng lượng mặt trời Các loại

xe này được ứng dụng trên cả ô tô cá nhân, ô tô tải, ô tô tải phục vụ công cộng

Hình 2.1 Ô tô điện của hãng Nissan

Hình 2.2 Ô tô điện của hãng Mitsubishi

Hình 2.3 Ô tô điện của công ty Wow-Car

2.1.2.2 Các phương tiện dùng chuyên biệt trong các lĩnh vực giải trí thể thao, các lĩnh vực công nghiệp, các loại xe chuyên dùng trong các ngành:

+ Loại xe điện dùng trong thể thao: phục vụ các mục đích khác nhau, như trong lĩnh vực Golf…

2.1.2.3 Các loại phương tiện dùng trong các lĩnh vực chuyên dùng, vận chuyển, nâng chuyển hàng hóa, phục vụ cho người tàn tật

Xe điện sẽ được sử dụng trong các bệnh viện vận chuyển nhanh chóng bệnh nhân cũng như các y bác sĩ để kịp thời cứu chữa bệnh nhân, đây là một hướng mới của đề tài Tuy nhiên để có thể áp dụng hợp lí có hiệu quả cần nghiên cứu thay đổi kết cấu, bố trí lại các trang thiết bị để phù hợp với điều kiện sử dụng trong y tế

Hình 2.5 Xe chở hàng của công ty Tùng Lâm

Hình 2.6 Xe bệnh viện của công ty Tùng Lâm

Tàu điện : tàu điện được ứng dụng từ rất lâu là loại phương tiện dùng chở khách trong thành phố và khá phổ biến ở các nước trên thế giới cũng như nước ta

Hình 2-7 Tàu điện chạy ray

2.2 Giới thiệu tổng quát về hệ thống truyền động ô tô điện

Hệ thống truyền động là hệ thống tập hợp tất cả các cơ cấu nối từ động cơ đến bánh xe chủ động Bao gồm: các cơ cấu truyền, cắt đổi chiều quay, biến đổi giá trị mômen truyền

2.2.1 Nhiệm vụ

-Nối và nhả lực

-Chọn các tỉ số truyền

-Làm đổi chiều quay

-Cân bằng lực cho các bánh truyền động để quay

2.2.2.Phân loại:

Theo phương pháp biến đổi các tỷ số truyền:

Truyền lực có cấp: là truyền lực có tỉ số truyền cố định, việc thay đổi tỉ số truyền theo dạng bậc thang

Truyền lực vô cấp: là truyền lực có tỉ số truyền biến đổi liên tục, tùy thuộc vào chế độ làm việc của động cơ và mặt cản đường

2.2.3.Sơ đồ bố trí cụm truyền động trên ô tô điện

Thông thường cụm truyền động được bố trí như sau:

* Động cơ, ly hợp, hộp số chính, cầu chủ động, trục các đăng, bánh xe

* Động cơ, ly hợp, hộp số chính, hộp phân phối, cầu chủ động, trục các đăng, khớp nối bánh xe

Trong phạm vi đề tài chủ yếu nghiên cứu hệ thống truyền động trên ô tô điện dạng xe

du lịch và có sơ đồ bố trí như hình 2.8

Hình 2.8: Sơ đồ khối cụm truyền động ô tô điện

Từ sơ đồ khối mô hình cụm truyền động ô tô điện cơ bản gồm có:

-Cơ cấu vi sai và hai bánh chủ động

2.3.Động cơ điện một chiều

- Mạch điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ điện một chiều chế tạo dễ dàng hơn

- Ô tô điện sử dụng nguồn điện một chiều, nên khi sử dụng động cơ điện một chiều không cần phải có bộ chuyển đổi từ một chiều sang xoay chiều,

2.3.2.Cấu tạo:

Cấu tạo của một máy điện gồm 3 phần chính:

1-Stator với cực từ (phần cảm)

2-Rotor và dây quấn (phần ứng)

Cổ góp – chổi than có nhiệm vụ truyền điện giữa phần ứng của máy điện với thiết bị bên ngoài Khi hoạt động ở chế độ máy phát điện cổ góp còn có nhiệm vụ chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều trước khi đưa ra mạch điện ngoài

Phân loại gồm hai loại chính là kích từ độc lập và nối tiếp

2.3.4.1 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Khi nguồn điện một chiều có công suất lớn và điện áp không đổi thì mạch kích

từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ song song

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ điện một chiều kích từ song song

Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng

và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập

Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý đấu dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập

2.3.4.2 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng

Hình 2.16: Sơ đồ nguyên lý đấu dây động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Trong đề tài chọn mô hình sử động cơ điện một chiều kích từ độc lập vì độ ổn định cao, công suất của nguồn môt chiều và mômen mở máy không lớn lắm

2.3.5 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

Từ phương trình đặc tính cơ, và cơ điện của động cơ điện một chiều

Ta nhận thấy tốc độ phụ thuộc vào 3 thông số là : R, , U Do đó có 3 phương pháp

cơ bản để điều khiển là:

-Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện trở mạch phần ứng của động cơ

-Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông 

-Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện áp phần ứng

2.3.5.1 Thay đổi giá trị điện trở mạch phần ứng của động cơ

U u = const , R u =const,  = const, Rf = var

Thay đổi điện trở mạch phần ứng bằng cách mắc thêm một điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng và thay đổi điện trở Rf thì tốc độ động cơ sẽ thay đổi theo

u

U k

Hình 2.17:Đặc tính cơ khi tăng điện trở phụ mạch phần cứng

Nhận xét: Với cùng một mômen Mc khi điện trở phụ thay đổi làm cho <dm

tức tốc độ thấp hơn tốc độ định mức Phương pháp này cho hiệu suất thấp

2.3.5.2 Thay đổi từ thông 

U u = const , R u , R f = const,  = var

Đề thay đổi từ thông  thay đổi dòng điện kích từ nhờ biến trở Rkt mắc ở mạch kích từ động cơ Vì chỉ có thể tăng điện trở kích từ nhờ Rkt nên từ thông kích từ chỉ có thể thay đổi về phía giảm so với từ thông định mức tăng làm cho từ thông giảm xuống

Nhận xét: Nếu từ thông giảm sẽ làm cho tốc độ tăng vọt và mômen giảm nhanh, làm cho hệ số quá tải giảm Vì vậy phương pháp này làm cho động cơ làm việc kém

ổn định

2.3.5.3 Thay đổi giá trị điện áp phần ứng của động cơ

Hình 2.20: Điều khiển động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

Điều khiển động cơ điện một chiều đặc tính cơ điện của hệ thống ở trạng thái xác lập

Nhận xét:

Đường đặc tính có hệ số góc không đổi nên tốc độ được điều chỉnh tương đối ổn định Trong 3 phương pháp trên chọn phương pháp điều khiển tốc độ dộng cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng phương pháp thay đổi giá trị điện áp phần ứng vì -Tốc độ được điều chỉnh tương đối ổn định

-Phương pháp này điều chỉnh được vô cấp tốc độ

-Dải điều chỉnh tốc độ phương pháp này rất lớn

-Khi chịu tải quá lớn, ly hợp đóng vai trò như một cơ cấu an toàn nhằm tránh quá tải cho hệ thống truyền động và động cơ

-Khi có hiện tượng cộng hưởng (rung động lớn) ly hợp có nhiệm vụ dập tắt nhằm nâng cao chất lượng truyền lực

q

M

M >1 Trong đó Mms: momen ma sát của ly hợp

Mq: momen quay của động cơ

: hệ số dự trữ của ly hợp

Thông thường:

* Đối với xe du lịch =1,3 - 1,75

* Đối với ô tô vận tải = 1,6 - 2,25

* Đối với máy kéo  = 2 - 4

-Khi tách dứt khoát, nhanh chóng Nghĩa là cắt hoàn toàn truyền động từ động cơ đến

hệ thống truyền động trong thời gian ngắn nhất

-Cấu tạo đơn giản, sử dụng, chăm sóc và điều khiển dễ dàng

-Moment quán tính của các chi tiết thụ động phải nhỏ để giảm lực va đập lên bánh răng

-Các bề mặt ma sát thoát nhiệt tốt, đảm bảo sự làm việc bình thường

-Khi cắt ly hợp lực tác dụng lên bàn đạp nhẹ

2.4.3 Phân loại:

Có nhiều cách để phân loại ly hợp :

*Phân loại theo truyền động từ trục động cơ đến trục ly hợp:

-Ly hợp ma sát: truyền động nhờ ma sát

-Ly hợp thủy lực: truyền động nhờ vào chất lỏng

-Ly hợp điện từ: truyền động nhờ lực điện từ

*Theo đĩa ma sát:

-Ly hợp một đĩa

-Ly hợp hai đĩa

-Ly hợp nhiều đĩa

*Theo phương pháp sinh lực ép trên đĩa ma sát:

-Loại lò xo: lực ép sinh ra lò xo

-Loại ly tâm: lực ép sinh ra do lực ly tâm của trọng khối quay

-Loại bán ly tâm: kết hợp hai loại trên

*Theo phương pháp điều khiển ly hợp:

-Cơ khí

-Thủy lực

-Có cường hóa

Các loại ô tô du lịch có hộp số cơ khí hầu như sử dụng ly hợp ma sát một đĩa dùng lò

xo ép Ly hợp lò xo có thể là ly hợp lò xo xoắn hoặc ly hợp lò xo màng Hiện nay ly hợp lò xo màng được sử dụng nhiều hơn vì:

-Giảm được kích thước của các cơ cấu ly hợp

-Do không có chi tiết lắp ở vòng ngoài , bộ ly hợp nên việc cân bằng tương đối

dễ dàng

-Vì không có chi tiết vòng ngoài nên loại trừ được các lực ly tâm-> giảm sức đè lên đĩa ma sát ở vận tốc cao

2.5 Hộp số

2.5.1 Công dụng

-Nhằm thay đổi tỉ số truyền và mômen xoắn tự động phù hợp với mômen cản thay đổi nhằm tận dụng công suất tối đa động cơ

-Giúp cho xe thay đổi được chiều chuyển động

-Đảm bảo cho xe dừng tại chỗ mà không cần ngắt nguồn động cơ điện hoặc tách ly hợp

2.5.2 Yêu cầu

-Có dãy tỉ số truyền phù hợp nhằm nâng cao tính năng động lực học

-Phải có hiệu suất truyền lực cao cao, không có tiếng ồn khi làm việc

-Hộp số vô cấp được chia theo:

+Hệ số thủy lực (hệ số thủy lực, hệ số thủy động)

+Hộp số điện

+Hộp số ma sát

2.5.4 Số cấp và tỉ số truyền của của hộp số

2.5.4.1 Số cấp của hộp số

Hình 2.22: Đường cong của đặc tính truyền động

- Đồ thị hình trình bày các đường cong tính năng truyền động chỉ rõ mối quan hệ giữa lực dẫn động và tốc độ xe từ số 1 tới số 6 A là đường cong lý tưởng khi chuyển

số Phần gạch chéo là phần mômen xoắn sử dụng không có hiệu quả khi chuyển số -Khi xe có ít tay số thì phần này sẽ mở rộng và hộp số không được sử dụng trong thực

tế Ngược lại nếu hộp số có quá nhiều tay số thì các đường cong tay số sẽ gần đường A (đường cong lý tưởng), làm giảm phần mômen xoắn không hiệu quả, nhưng hộp số sẽ rất phức tạp khi thiết kế và lái xe gặp nhiều khó khăn khi vận hành

2.5.4.2 Tỷ số truyền của hộp số

Hình 2.23:: Tỷ số truyền của hộp số

Tỷ số truyền: i12= n1/n2 = Z2/Z1

Z2: Số răng của bánh răng bị động

Z1: Số răng của bánh răng chủ động

n1: Số vòng quay của bánh răng chủ động

n2: Số vòng quay của bánh răng bị động

Tỷ số truyền giảm: i>1 (Z2>Z1) Trong hộp số tương ứng với các số 1,2

Tỷ số truyền không đổi ( tỷ số truyền thẳng): i=1 (Z2=Z1) Trong hộp số tương ứng với

- Ở các số truyền khác, mômen truyền qua hai cặp bánh răng do đó có thể tạo được tỷ số truyền lớn với kích thước bánh răng khá nhỏ gọn, nhờ đó giảm kích thước, trọng lượng hộp số nên dễ dàng bố trí trên khung xe

-Hộp số ba trục có số truyền thẳng Khi dùng số truyền này, công suất động cơ được sử dụng tốt hơn, giảm mài mòn, tiếng ồn và trục trung gian hầu như được giảm tải hoàn toàn

-Có thể thay đổi tốc độ chuyển động của ôtô bằng cách thay đổi tỷ số truyền của hộp số thông qua các cặp bánh răng ăn khớp Khi tốc độ đầu ra của hộp số chậm thì mômen của nó sinh ra sẽ cao để ôtô vượt chướng ngại vật và leo dốc dễ dàng Ngược lại khi tốc độ đầu ra của hộp số càng nhanh thì mômen ở đầu ra của hộp số bé, được sử dụng cho ô tô hoạt động ở tốc độ cao

-Trục thứ cấp B được đặt đồng tâm so với trục sơ cấp A Đầu trước trục thứ cấp đặt trong ổ bi kim phía sau trục sơ cấp Trên trục trung gian có bốn bánh răng, các bánh răng này thường được chế tạo liền khối Ở hộp số này có hai bánh răng luôn ăn khớp với nhau (1) và (9), (2) và (8) Đều là những bánh răng trụ nghiêng Trong hộp

số có bộ đồng tốc để gài số truyền (II) và (III), khối bánh di động (3) để gài số 1 và sô lùi

-Các số truyền động:

Số 1: A -1-9-8-2-bộ đồng tốc-B

Số 2: A-1-9-7-4-B

Số 3: A- bộ đồng tốc - B (Số truyền thẳng)

-Đảm bảo tỉ số truyền cần thiết, kích thước và trọng lượng nhỏ

-Có hiệu suất cao khi vận tốc góc và nhiệt độ thay đổi

Hình 2.25: Bộ truyền lực chính loại kép có hai cặp bánh răng

1,2 Cặp bánh răng côn xoắn hoặc hypôít 3,4 Cặp bánh răng trục thẳng hoặc nghiêng

5.Cơ cấu vi sai

+ Loại đơn: Chỉ có một cặp bánh răng ăn khớp thường được sử dụng trên các

xe ô tô có tải trọng nhỏ

Hình 2.26: Bộ truyền lực chính loại đơn, dạng bánh răng côn xoắn

1.Bánh răng chủ động 2.Bánh răng bị động

Hình 2.27: Bộ truyền lực chính loại đơn, dạng bánh răng hypôít

2.6.4 Bộ truyền lực chính loại đơn, dạng bánh răng côn xoắn

2.6.5 Bộ truyền lực chính loại đơn, dạng bánh răng hypôit

Bộ truyền hypôít có trục bánh răng chủ động dặt lệch tâm 1 khoảng e so với tâm trục bị động

Ưu điểm:

-Giảm ồn hơn loại bánh răng thường và có hiệu suất cao

-Nâng cao độ bền cho bộ truyền do diện tích tiếp xúc lớn

-Tăng độ em dịu của bộ truyền

Nhược điểm:

Xảy ra sự trượt giữa các răng tăng theo cả chiều dài và mặt cạnh vì vậy, cần phải dùng dầu bôi trơn đặc biệc dau nay tạo nên mặt răng mọt lớp màng vững chắc

-Đòi hỏi phải lắp chính xác và bánh răng chủ động phải có điểm tựa vững chắc

do có sự trượt theo chiều cao và chiều dọc răng

Bộ truyền lực chính loại đơn, dạng bánh răng hypôít được sử dụng rộng rãi hơn dạng bánh răng côn xoắn

2.7.Cơ cấu vi sai

2.7.1.Công dụng

-Truyền mômen của động cơ tới các bánh xe

-Là cơ cấu giảm tốc cuối cùng trước khi mômen xoắn truyền tới các bánh xe -Truyền mômen xoắn tới bánh xe trong khi cho phép chúng quay với tốc độ khác nhau

Trên ô tô điện thường sử dụng cơ cấu vi sai bánh răng côn

2.7.2.Cấu tạo

Cơ cấu vi sai bánh răng côn là một cơ cấu hành tinh gồm có: Bánh răng 1,2 lắp

cố định bán hay nữa trục 3,4 bằng rãnh then hoa, hai bánh răng 5,6 còn gọi là bánh răng hành tinh luôn luôn ăn khớp với bán trục 7 và 8, có thể tự quay xung quanh đường tâm của nó nhờ trục 9 và 10, hộp vi sai gắn bánh răng 11 ăn khớp với bánh răng 12 của bộ truyền lực chính

Hình 2.28: Sơ đồ động cơ cấu vi sai

Hình 2.29: Cơ cấu vi sai

2.7.3.Nguyên lý hoạt động

Nếu ô tô chuyển động thẳng trên đường bằng phẳng, quãng đường lăn loặc lực cản ở hai bánh chủ động là như nhau , thì tốc độ quay của bán trục trái 3 (n3) và bán trục phải 4 (n4) và vỏ vi sai nvs bằng nhau:

n5 5

2

Z

Z

Trong đó: n5 -tốc độ quay của bánh răng hành tinh 10;

Z5 -số răng của bánh răng bán trục 4

Đồng thời bánh răng bán trục 3 cũng được tăng thêm tốc độ quay với trị số

n3=nvs + n5 5

2

Z Z

hay n1 + n3 = 2nvs

Như vậy tốc độ quay của hai bán trục trái (n1) và phải (n3) khi ô tô chuyển động thẳng cũng như chạy vào đường đều bằng hai lần tốc độ quay của vỏ vi sai (2.nvs)

Trong trường hợp nếu một bán trục bị hãm hoàn toàn (ví dụ bán trục trái bị hãm) thì tốc độ quay n1 bằng không (n1=0) và n1 bằng hai lần tốc độ quay của vỏ vi sai (n3=2nvs)

2.8 Các loại ắc quy dùng cho ô tô điện:

2.8.1 Ắc quy chì - axít

Ắc quy chì vẫn là loại được sử dụng phổ biến nhất trên các ô tô điện hiện nay Các nhà khoa học đang nỗ lực nghiên cứu tìm ra các loại ắc quy mới để đáp ứng nhu cầu về nguồn năng lượng dự trữ cho ô tô điện trong tương lai Hiện nay đây là loại ắc quy có giá thành thấp nhất trên thị trường

Hình 2.30 Thành phần trong một ngăn của ắc quy chì – axít

2.8.2 Ắc quy NiMH (Nickel Metal Hydride)

Ắc quy NiMH được xem như là một loại ắc quy thống lĩnh thị trường trong thời gian khá dài Ắc quy NiMH tương tự như Ắc quy niken cadmi (NiCd) nhưng sử dụng

hỗn hợp hấp thu hiđrua cho anốt thay cho cadmi, vốn là một chất độc hại; vì thế, nó không gây ô nhiễm nhiều cho môi trường Nhưng giá thành vẫn còn cao và mật độ cần được cải thiện

2.8.3 Ắc quy Li - ion

Ắc qui Li-ion có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn pin Ni-Cd và Ni-MH trên cùng một dung tích Bởi đặc điểm năng lượng cao, ắc quy Li-ion được ứng dụng rộng rãi trong phi thuyền không gian, ô tô điện và ô tô lai Nhưng giá thành của Li-on còn rất cao do công nghệ chế tạo và chất liệu được sử dụng

* Từ những phân tích trên sử dụng ắc qui axit- chì là thích hợp cho ô tô điện

2.8.4 Các thông số cơ bản của ắc quy

Sức điện động của ắc qui kiềm và ắc qui axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phân Người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm :

Eo = 0,85 + γ ( V ) Trong đó:

Eo - sức điện động tĩnh của ắc qui ( V )

γ - Nồng độ dung dịch điện phân ở 15 oC ( g/cm3 )

Trong quá trình phóng điện thì sức điện động Ep của ắc qui được tính theo công thức:

Ep = Up + Ip

Trong đó :

Ep - Sức điện động của ắc qui khi phóng điện ( V )

Ip - Dòng điện phóng ( A )

Up - Điện áp đo trên các cực của ắc qui khi phóng điện (V)

raq - Điện trở trong của ắc qui khi phóng điện (Ω)

Trong quá trình nạp điện thì sức điện động En của ắc qui được tính theo công thức:

En = Un - In.raq

Trong đó :

En - Sức điện động của ắc qui khi nạp điện ( V )

In - Dòng điện nạp ( A )

raq - Điện trở trong của ắc qui khi nạp điện (Ω)

- Dung lượng phóng của ắc qui là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng lượng điện của ắc qui cho phụ tải, và được tính theo công thức :

Cp = Ip.tp

Trong đó :

Cp - Dung lượng thu được trong quá trình phóng (Ah)

Ip - Dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện tp (A)

tp - Thời gian phóng điện ( h )

- Dung lượng nạp của ắc qui là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng lượng của ắc qui và được tính theo công thức :

Cn = In.tn

Trong đó :

Cn - dung lượng thu được trong quá trình nạp ( Ah )

In - dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn ( A )

tn - thời gian nạp điện ( h )

2.9.Mạch điều khiển cụm truyền động ô tô điện:

2.9.1 Điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều bằng phương pháp điều rộng xung

Hình 2.31:Phương pháp điều rộng xung

Nội dung của phương pháp này là thay đổi t1, giữ nguyên chu kì T Giá trị trung bình của điện áp khi thay đổi độ rộng là:

t T

 

là hệ số lấp đầy, còn gọi là tỉ số chu kỳ

Theo phương pháp này tần số băm xung sẽ là hằng số Phương pháp này điều chỉnh bằng cách đóng ngắt động cơ vào nguồn cung cấp có chu kì Khi đóng động cơ vào nguồn cung cấp, năng lượng được đưa từ nguồn vào động cơ Năng lượng chủ yếu được truyền qua trục của động cơ, phần còn lại được tích tụ ở dạng động năng và năng lượng điện từ Khi ngắt động cơ ra khỏi nguồn thì hệ truyền động vẫn tiếp tục làm việc nhờ năng lượng tích lũy trong đó Ưu điểm của phương pháp này là: điều chỉnh tốc độ

và đảo chiều dễ dàng, tiết kiệm năng lượng, kinh tế và hiệu quả cao Độ rộng xung sẽ được điều khiển nhờ vi xử lí

2.9.2.Điều khiển đảo chiều quay động cơ điện một chiều

Trong sơ đồ hình 2.19 là mạch cầu H Khi đóng khóa K1 thì đột cơ chạy theo chiều thuận Khi đóng khóa K2 thì động cơ quay theo chiều nghịch

Hình 2.32: Đảo chiều động cơ DC bằng mạch cầu H

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU

3.1 Địa điểm và thời gian thực hiện đề tài

3.1.1 Địa điểm

Phòng cơ khí chính xác và tự động hóa của trung tâm R&D thuộc khu công nghệ cao Tp.HCM

3.1.2 Phân bố thời gian tiến hành đề tài

Đề tài đã tiến hành từ 23 tháng 03 năm 2011 đến 30 tháng 05 năm 2011

 Từ ngày 23/03/2011 đến ngày 07/04/2011: tìm hiểu đề tài và lý thuyết liên quan

 Từ ngày 08/04/2011 đến ngày 20/04/2011: tính toán chọn mô hình cụm truyền động

 Từ ngày 20/04/2011 đến ngày 20/05/2011: thiết kế và hoàn thiện mạch điều khiển động cơ điện một chiều

 Thời gian còn lại là hoàn thành bài luận văn

3.2 Đối tượng nghiên cứu

Tính toán và chọn mô hình cụm truyền động ô tô điện

Thiết kế mạch điều khiển động cơ điện một chiều của cụm truyền động ô tô điện

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Chọn phương pháp mạch điều khiển