ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHO XE Ô TÔ ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Trong đồ án môn học truyền động điện này em đã làm được những vấn đề cơ bản như: Thực hiện nghiên cứu tìm hiểu cách thiết kế tổng thể xe, tính toán chọn công suất động cơ cho xe điệ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

LỜI CẢM ƠN

Em xin cảm ơn thầy Trần Quang Thọ là người trực tiếp hướng dẩn, giúp

đỡ và chỉ bảo chúng em trong đồ án môn học truyền động điện này Thầy giúpchúng em giải quyết các vấn để nảy sinh trong quá trình làm đồ án và hoànthành đề tài đúng thời gian định hướng ban đầu Đặc biệt là học hỏi được nhữngkinh nghiêm và thái độ làm việc của thầy để chúng em áp dụng sau này

Chúng em xin gửi lời cám ơn đến các thầy cô khoa Điện -Điện tu củatrường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, đã tận tình giảng dạy truyềnđạt cho chúng em nhửng kiến thức về chuyên ngành nói chung và bộ môn truyềnđộng điện nói riêng Đó là những kiến thức và kình nghiệm quý báu mà chúng

em đã học được trong suốt thời gian qua

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các bạn và quý thầy cô đã giúp đởchúng em hoàn thành đồ án

Kính chúc quý thầy dồi dào sức khỏe

Sinh viên thực hiện đồ án:

Nguyễn Hữu Trung 17142337

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời gian làm Đồ án truyền động điện vừa qua, em đã được sự hướng

dẫn tận tình của thầy giáo, TS Trần Quang Thọ Từ đó, em đã tổng hợp được

nhiều kiến thức hữu ích từ những môn học mà em đã được các Thầy cô truyền đạt cho em để vận dụng vào trong đồ án của mình

Tuy nhiên, với kiến thức hạn hẹp cũng như những tài liệu mà em tìm kiếm được vẫn còn đôi chút sai sót Em mong thầy hướng dẫn chỉ bảo thêm cho em để

em được củng cố kiến thức từ đó rút kinh nghiệm cho những công việc cho cuộcsống sau này

Trong đồ án môn học truyền động điện này em đã làm được những vấn đề

cơ bản như: Thực hiện nghiên cứu tìm hiểu cách thiết kế tổng thể xe, tính toán chọn công suất động cơ cho xe điện, chọn lựa cách bố trí hợp lí các hệ thống, tính toán chọn pin năng lượng mặt trời cho xe điện, tổng thành trên ô tô điện có

sử dụng năng lượng mặt trời, tính toán được động lực học kéo của xe

Cuối lời em xin chân thành cảm ơn Thầy Trần quang Thọ đã tận tình giúp

đỡ em hoàn thành đồ án môn học truyền động điện này

Em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Ngày 29 tháng 5 năm 2020

Giáo viên hướng dẫn

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Nội dung đồ án:

- Tính toán chọn công suất động cơ điện cho xe ô tô điện sử dụng năng

lượng mặt trời

- Tính toán chọn pin năng lượng mặt trời cho xe ô tô điện.

Yêu cầu thực hiện:

- Xe ô tô điện mặt trời hoạt động torng môi trường sân golf.

- Xe ô tô điện có tải trọng tối đa 700kg.

- Xe ô tô điện chạy được vận tốc tối đa 30km/h.

- Xe có thể di chuyển ổn định linh hoạt trên mặt đường có độ dốc 10%.

MỤC LỤC

CHƯƠNG I : CHƯƠNG MỞ ĐẦU 7

1 Đặt vấn đề 7

2 Mục đích 7

3 Nội dung 7

4 Kế hoạch thực hiện 8

CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT HỆ THỐNG XE ĐIỆN ĐIỂM MỚI ĐIỂM HẠN CHẾ CỦA XE ĐIỆN 10

1.1 Tổng quan về xe điện sử dụng năng lượng mặt trời 10

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 11

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 12

1.2 Nghiên cứu hệ thống điện của ô tô điện năng lượng mặt trời 13

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ ĐIỆN PHÙ HỢP ĐƯỢC SỬ DỤNG CHO ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 17

2.1 Nghiên cứu, tìm hiểu phân tích về động cơ điện một chiều DC 17

2.1.1 Khái niệm động cơ điện 1 chiều 17

2.2 Nghiên cứu, tìm hiểu phân tích về động cơ điện xoay chiều AC 20

2.3 Nghiên cứu, phân tích loại động cơ phù hợp cho dòng xe ô tô điện mặt trời đang nghiên cứu 21

2.3.1 ưu điểm của động cơ điện 21

2.3.2 Yêu cầu về động cơ cho ô tô điện 22

2.3.3 Các loại động cơ động cơ sử dụng cho xe ô tô điện 23

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ PHÙ HỢP VỚI THIẾT KẾ XE Ô TÔ ĐIỆN MẶT TRỜI 29

3.1 Tính toán chọn công suất động cơ điện cho xe ô tô điện năng lượng mặt trời 29

3.2 Tính toán chọn pin năng lượng mặt trời và bộ điều khiển sạc cho ô tô điện sử dụng năng lượng mặt trời 31

3.2.1 Chọn Pin năng lượng mặt trời 31

3.2.2 Chọn bộ điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời 32

3.3 Tính toán chọn hệ thống lưu trữ năng lượng cho xe ô tô điện 33

3.3.1 Kết quả tính toán chọn dãy công suất động cơ 34

3.3.2 Tính chọn dãy dung lượng ắc quy dùng cho xe điện 35

3.4 Tính toán chọn Động cơ 37

3.5 Nghiên cứu chọn bộ biến đổi năng lượng cấp nguồn cho xe điện bộ

biến đổi xung áp Chopper 40

3.5.1 Bộ biến đổi xung áp giảm áp (loại A) 41

3.5.2 Bộ biến đổi xung áp tăng áp loại B 42

3.5.3 Bộ biến đổi xung áp loại C 43

3.5.4 Bộ biến đổi xung áp loại D 44

3.5.5 Bộ biến đổi xung áp loại E 45

CHƯƠNG KẾT LUẬN 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

CHƯƠNG I : CHƯƠNG MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Ngày nay, Chúng ta phải đối mặt với nạn ô nhiễm và việc nóng dần lêncủa trái đất Các chất đốt hóa thạch ngày càng khan hiếm và gây ô nhiễm môitrường, tình trạng kẹt xe ở các thành phố lớn trên thế giới là một vấn nạn, …Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM đặc biệt quan tâm đến vấn đề tiếtkiệm năng lượng Nhận thấy, việc sử dụng xe điện phần nào giúp giải quyết cácvấn nạn trên, tuy nhiên tại Việt Nam những nghiên cứu về xe điện hiện nay chưa

được nghiên cứu sâu rộng Đề tài “Nghiên cứu và tính toán chọn công suất động cơ điện cho xe điện sử dụng năng lượng mặt trời” bước đầu tìm hiểu

các loại xe điện, nghiên cứu các bộ phận quan trọng của xe điện như accu, động

cơ điện, bộ nguồn cấp cho động cơ ứng dụng cho xe điện, pin năng lượng mặttrời, đề tài là một phần nội dung trong dự án nghiên cứu chế tạo xe điện sử dụngnăng lượng mặt trời của của tác giả

2 Mục đích

- Tìm hiểu tổng quan về xe điện

- Tìm hiểu bộ tích trữ năng lượng acquy, tính toán chọn acquy cho xe điện

- Tìm hiểu các loại động cơ điện dùng cho xe điện

- Tìm hiểu bộ biến đổi năng lượng cung cấp nguồn cho xe điện

- Tìm hiểu, ứng dụng, tính toán và chọn pin năng lượng mặt trời cho xe

- Chương II: Nghiên cứu và phân tích các loại động cơ điện phù hợp được

sử dụng cho xe điện sử dụng năng lượng mặt trời

- Chương III: Tính toán lý thuyết chọn công suất động cơ phù hợp với thiết

kế xe ô tô điện mặt trời

- Kết quả tổng thể, Kết luận sau khi hoàn thành dự án

4 Kế hoạch thực hiện

Nội dung

Thời gian thực hiện và tiến độ Chương I: Nghiên cứu và phân tích lý thuyết hệ

thống xe điện điểm mới, điểm hạn chế của xe điện

1.1 Tổng qua về xe điện sử dụng năng lượng mặt trời

1.2 Nghiên cứu hệ thống điện của ô tô điện năng

lượng mặt trời

Chương II: Nghiên cứu và phân tích các loại động

cơ điện phù hợp được sử dụng cho xe điện sử dụng

năng lượng mặt trời

2.1 Nghiên cứu, tìm hiểu phân tích về động cơ điện

một chiều DC

2.2 Nghiên cứu, tìm hiểu phân tích về động cơ điện

xoay chiều AC

2.3 Nghiên cứu, phân tích loại động cơ phù hợp cho

dòng xe ô tô điện mặt trời đang nghiên cứu

Chương III: Tính toán lý thuyết chọn công suất

động cơ phù hợp với thiết kế xe ô tô điện mặt trời

05/2020 - 06/2020

05/2020 – 06/2020

3.4 Tính toán chọn Động cơ

3.5 Chọn bộ điều khiển tốc độ động cơ

CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT HỆ THỐNG

XE ĐIỆN ĐIỂM MỚI ĐIỂM HẠN CHẾ CỦA XE ĐIỆN

1.1 Tổng quan về xe điện sử dụng năng lượng mặt trời

Với tình trạng ô nhiểm môi trường nhất là ô nhiểm nguồn không khí hiệnnay không chỉ ở việt nam mà các quốc gia lớn trên thế giới như Trung Quốc, Ấn

Độ, Từ thực tế đó tác giả nhận thấy ra rằng với sự phát triển của khoa họccông nghệ và làn sóng năng lượng mới đang lan rộng, vậy làm thế nào chúng ta

có thể tiếp nhận sự phát triển của công nghệ trên để giải quyết các vấn đề nanggiải như ô nhiễm nguồn không khí Với Việt Nam ta các nhà chức trách đã đưa

ra rất nhiều giải pháp như:

- Biện pháp kỹ thuật:

+ Thay thế các loại máy móc, dây chuyền công nghệ lạc hậu bằng các công nghệhiện đại ít gây ô nhiểm hơn

+ Thay thế nhiên liệu đốt cháy từ tháng đá, dầu mazut bằng việc xử dụng điện

để ngăn chặn ô nhiểm nguồn không khí bởi mồ hóng và SO2.

- Biện pháp huy hoạch:

+ Trồng nhiều cây xanh trong thành phố

+ Khuyến khích người dân sử dụng các loại phương tiện công cộng để làm giảmmật độ khói bụi và các chất thải trong quá trình đốt cháy nhiên liệu xăng dầutrong không khí, nhất là giờ cao điểm

Nhưng theo tác giả nguyên nhân nào trực tiếp dẫn đến hệ quả trên cầntrực tiếp thay đổi, và cái mà tác giả đề cập đến là động cơ đốt trong từ các loạiphương tiện Cần hạn chế các phương tiện sử dụng động cơ đốt trong bởi hai lý

đáp ứng mọi nhu cầu của người sử dụng Và sao nhiều tháng nghiên cứu tác giảđã nghiên cứu thành công và cho ra chiếc xe ô tô điện sử dụng năng lượng mặttrời Chiếc ô tô điện, sử dụng hai nguồn năng lượng là năng lượng mặt trời vàđiện lưới để cho xe vận hành qua cơ cấu sạc Là một phương tiện di chuyểnchuyên dụng hoàn toàn sạch và thân thiện với môi trường Qua phân tích trên, rõràng việc nghiên cứu chế tạo xe ô tô điện năng lượng mặt trời là một việc làmcần thiết và có ý nghĩa lớn đối với Việt Nam Bởi vì đây là một loại phương tiệngiao thông cá nhân mới phù hợp với điều kiện sử dụng tại Việt Nam, giá thành

rẻ và không hề gây ô nhiễm môi trường Ngoài ra, khi đề tài này nghiên cứu tínhtoán thành công nó còn góp phần tạo động lực thúc đẩy phát triển nền côngnghiệp xe điện nước ta Chính vì thế mà đề tài xe ô tô điện sử dụng năng lượngmặt trời là đề tài rất cần thiết và có ý nghĩa khoa học kỹ thuật lớn đối với ViệtNam

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Trong nước ta cũng có rất nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến dự

án Nhưng đa phần các dự án chưa khả thi, chưa thực tiển một số chỉ là lý thuyếtnằm trên giấy nên đến nay vẫn chưa được áp dụng vào đời sống Năm 2016.Chiếc xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời được các sinh viên của khoa Điện– Điện Tử trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM chế tạo thành công và sửdụng trong khuôn viên trường Nhưng xe chỉ hoạt động tốt khi trời nắng và cókhả năng lưu trữ còn thấp Năm 2017 Sinh viên Nguyễn Hữu Trung khoa Điện– Điện Tử Đã chế tạo ra chiếc xe máy điện mang tên xe máy điện “FutureEnergy” nhận thấy còn nhiều khuyết điểm khá lớn thứ nhất là quãng đường xe dichuyển, hai cơ cấu sạc hoạt động không ổn định, pin sử dụng mau hỏng và chai.Nên tác giả đã cải tiến lại hoàn toàn và đạt được kết quả khả thi

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Thì gần đây trên trang báo khoa học công nghệ đã có bài viết về chiếc xemáy điện Gogoro do công ty khởi nghiệp Gogoro Đài Loan và công ty con củaBosch sản xuất với giá bán 4000 USD, với mức giá quá đắt so với thị trườngViệt Nam, gần 90 triệu đồng cho một chiếc xe điện Bên cạnh đó công ty sảnxuất xe điện Châu Âu Eurobike vừa ra mắt chiếc xe điện chạy hoàn toàn bằngnăng lượng mặt trời mang tên Leaos Solar e-bike với những tính năng như xeđiện thông thường Và mới đây, Jesper Frausig, một nhà phát minh người ĐanMạch vừa giới thiệu chiếc xe điện đầu tiên hoạt động bằng năng lượng mặt trời.Chiếc xe đạp có tên gọi Solarbike này sử dụng các tấm pin năng lượng mặt trời

ờ 2 bên của cả 2 bánh xe trước và sau để nạp điện cho pin khi xe không dichuyển Khi nạp đầy chiếc xe đạp này có thể chạy tối đa 70km trước khi bạnphải dùng chân đạp Không chỉ có khoảng cách di chuyển khá xa mà The SolarBike còn có thể hoạt động tối đa 50km/h, nhưng thông thường tốc độ tối ưu nhất

là 25 km/h Được biết do cách thiết kế dùng pin nằm trên bánh xe không hướngtrực tiếp vào mặt trời nên The Solar Bike phải dùng pin năng lượng có hiệu năngcao hơn và nếu để nó ngoài trời thì nạp được năng lượng đủ để đi 2 0 – 25kmmổi ngày tùy thuộc vào nắng Với những công năng vượt trội thì sau quá trìnhnghiên cứu em nhận thấy Solar Bike còn nhiều hạn chế như, khi muốn sạc pincho xe thì phải để xe ở bên ngoài trời từ đó dễ làm hỏng, hư khung sườn và cácchi tiết do phải tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời

1.2 Nghiên cứu hệ thống điện của ô tô điện năng lượng mặt trời.

Hình 1.1: Sơ đồ khái quát nguyên lý xe điện sử dụng năng lượng mặt trời

* Nguyên lý làm việc: Động cơ điện được cung cấp nguồn năng lượng từ ắc quy

hoặc các dòng xe mới sử dụng pin lithium – ion, thông qua hệ thống truyền lực truyền mô men tới bánh xe chủ động Động cơ điện được điều khiển bởi một bộ điều khiển động cơ riêng biệt, tín hiệu điều khiển được lấy từ bàn đạp ga (hoặc tay ga) để xác định tốc độ tương ứng, dùng mạch đảo chiều dòng điện để đảo chiều quay động cơ khi lùi xe Ắc quy được nạp điện từ hai nguồn: Tấm pin năng lượng mặt trời và nguồn điện dân dụng 220V thông qua bộ sạc Những hệ thống khác trên xe hoạt động tương tự như một chiếc ô tô bình thường

+ Bộ điều khiển sạc: Thiết bị trung gian giữa các tấm pin mặt trời và các

bình ắc quy hoặc pin lithium – ion lưu trữ Nhiệm vụ chính của bộ điều khiển sạc bao gồm nhiều chế độ bảo vệ cho pin hoặc ăc quy (bao gồm quá tải, sạc quá mức, ngược cực pin, ngăn dòng điện ngược từ ắc quy hoặc pin lên tấm pin năng lượng mặt trời vào ban đêm), bảo vệ và nâng cao tuổi thọ của ắc quy và tấm pin năng lượng mặt trời

+ Động cơ điện: Cung cấp mô men cho bánh xe chủ động Có hai loại

động cơ điện thông dụng sử dụng trên xe điện có sử dụng năng lượng mặt trời: Động cơ điện xoay chiều (AC) và động cơ điện một chiều (DC)

+ Ắc quy hoặc Pin Lithium – ion: Trên xe điện ắc quy hoặc Pin Lithium –

ion bộ phận lưu trữ năng lượng là nguồn năng lượng chính, dùng để cung cấp năng lượng cho động cơ điện và cung cấp năng lượng cho tất cả các phụ tải khácngay cả khi động cơ điện không làm việc

+ Pin năng lượng mặt trời: Là loại pin phát sinh điện áp khi được chiếu

sáng, nó chính là nguồn điện để nạp cho ắc quy khi xe hoạt động ở ngoài trời.Pin năng lượng mặt trời là thiết bị chuyển hóa trực tiếp ánh sáng mặt trời thànhnăng lượng điện Hiệu ứng quang điện là khả năng phát ra điện tử (electron) khiđược ánh sáng chiếu vào Tấm pin năng lượng mặt trời được làm bằng nhiều tếbào quang điện có nhiệm vụ tạo ra điện từ ánh sáng mặt trời Chất bán dẫnsilicon được biết đến là một chất bán dẫn Chất bán dẫn là vật liệu trung giangiữa chất dẫn điện và chất cách điện, chất bán dẫn hoạt động như chất cách điện

ở nhiệt độ thấp và là chất dẫn điện ở nhiệt độ phòng Với tính chất như vậysilicon là một phần quan trọng trong cấu tạo của pin năng lượng mặt trời Silicon

có mức dẫn điện hạn chế nhưng nó có cấu trúc tinh thể rất phù hợp t ạo ra chấtbán dẫn Nguyên tử silicon cần 4 electron để trung hòa điện tích nhưng lớp vỏbên ngoài 1 nguyên tử silicon chỉ có một nữa electron cần thiết nên nó sẽ bámchặc các nguyên tử khác để tìm cách trung hòa điện tích

Hình 1.2: Phân tích chi tiết tế bào pin quang điện (Pin năng lượng mặt

trời)

Để tăng độ dẫn điện của silicon các nhà khoa học đã tạp chất hóa nó bắngcách kết hợp các vật liệu khác, quá trính này được gọi là “doping” và silicon phatạp với các tạp chất tạo ra nhiều electron tự do và lỗ trống Một chất bán dẫnsilicon có 2 phần mỗi phần được pha tạp với các vật liệu khác nhau Phần đầuđược pha với photpho, photpho cần 5 electron để chung hòa điện tích và có đủelectron trong vỏ của nó Khi kết hợp với silicon, một electron sẽ dư ra, electronsẽ đặc trưng cho điện tích âm nên phần này sẽ được gọi là electron loại N (Điệncực N) Đễ tạo silicon loại P (Điện cực P) các nhà khoa học kết hợp silicon vớiboron Boron chỉ cần 3 electron để trung hòa điện tích và khi kết hợp với siliconsẽ tạo ra những lỗ trống cần được lấp đầy bởi các electron

Khi chất bán dẫn silicon tiếp xúc với năng lượng, các electron tự do ởđiện cực N sẽ di chuyển sang lấp đầy các lỗ trống ở điện cực P Sau đó cácelectron từ điện cực N và điện cực P sẽ cùng nhau tạo ra điện trường, các tế bàonăng lượng mặt trời trở thành một diode cho phép electron di chuyển từ điện cực

P đến điện cực N và không cho phép di chuyển chiều ngược lại

Tất nhiên để kích hoạt cần có năng lượng tiếp xúc với các tế bào silicon.Ánh sáng mặt trời bao gồm các hạt rất nhỏ là photon được tỏa ra từ mặt trời, các

hạt nhỏ năng lượng có thể tiếp xúc với các tế bào năng lượng mặt trời và nớilõng liên kết các electron ở điện cực N Sự di chuyển các electron từ điện cực Ntới điện cực P tạo ra dòng điện.

Các hạt photon chiếu vào tế báo quang điện

+ Bộ điều khiển động cơ điện bằng điện tử:( hay còn gọi là bộ điều tốc) Mạch

này có chức năng cấp dòng điều khiển động cơ điện chuyển động theo tốc độ mong muốn, đổi chiều động cơ điện cho trường hợp lùi xe, tương quan vận tốc của hai bánh xe chủ động trong và ngoài khi xe quay vòng

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ ĐIỆN PHÙ HỢP ĐƯỢC SỬ DỤNG CHO ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG

MẶT TRỜI 2.1 Nghiên cứu, tìm hiểu phân tích về động cơ điện một chiều DC

2.1.1 Khái niệm động cơ điện 1 chiều

Động cơ điện một chiều là một máy điện có chức năng biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ hoạt động trên dòng điện một chiều

2.1.2 Nguyên lý hoạt động động cơ điện 1 chiều

Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnhcửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điệnmột chiều, một phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp

quay của rotor

Hình 2.1B: Pha 2 Rotor tiếp tục quay

Hình 2.1C: Pha 3 Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và

rotor cùng dấu, trở lại pha 1Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện

áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành phần: sức phản điện động, và điện áp giángtạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng Dòng điện chạy qua động cơ được tính theo biều thức sau:

được, được tính bằng:

Khi có một dòng điện chạy qua cuộn dây quấn xung quanh một

lõi sắt non, cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trongkhi cạnh đối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm

cho rotor quay Để làm cho rotor quay liên tục và đúng chiều, một bộ cổ

góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu kỳ Chỉ

có vấn đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ trường Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90o so với phương ban đầu của nó, khi đó rotor sẽ quay theo quán tính Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều phiến góp khác nhau trên cổ góp Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục và hầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của rotor Phương trình cơ bản của động cơ 1 chiều:

- Φ: Từ thông trên mỗi cực(Wb)

- V: Điện áp phần ứng (V)

- Rư: Điện trở phần ứng (Ohm)

- omega: tốc độ động cơ(rad/s)

- M: moment động cơ (Nm)

- K: hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ

2.2 Nghiên cứu, tìm hiểu phân tích về động cơ điện xoay chiều AC

2.2.1 Khái niệm động cơ điện xoay chiều AC

Động cơ điện xoay chiều hay Động cơ AC là động cơ điện được dẫn độngbằng dòng điện xoay chiều (AC) Động cơ AC thường bao gồm hai phần cơ bản,một stator bên ngoài có các cuộn dây được cấp dòng xoay chiều để tạo ra từ trường quay và một rô-to bên trong được gắn vào trục đầu ra tạo ra từ trường quay thứ hai Từ trường rôto có thể được tạo ra bởi các nam châm vĩnh cửu, sự lồi từ trở, hoặc cuộn dây điện DC hoặc AC

2.2.2 Nguyên lý hoạt động động cơ điện xoay chiều AC

Hai loại động cơ AC chính là động cơ cảm ứng điện từ và động cơ đồng

bộ Động cơ cảm ứng điện từ (hoặc động cơ không đồng bộ) luôn phụ thuộc vào

sự khác biệt nhỏ về tốc độ giữa từ trường quay stator và tốc độ trục rotor được gọi là sự trượt tạo ra dòng điện cảm ứng trong cuộn dây rotor Kết quả là, động

cơ cảm ứng điện từ không thể tạo ra mô-men xoắn bằng với tốc độ đồng bộ khi hiện tượng cảm ứng (hoặc trượt) không liên quan hoặc ngừng tồn tại Ngược

than là động cơ đồng bộ có thể hoạt động bằng chính xác tần số nguồn cấp hay bằng bội số của tần số cung cấp.

Các loại động cơ khác bao gồm động cơ dòng điện xoáy, máy móc

chuyển mạch cơ học AC và DC, trong đó tốc độ phụ thuộc vào kết nối cuộn dây

và điện áp

2.3 Nghiên cứu, phân tích loại động cơ phù hợp cho dòng xe ô tô điện mặt trời đang nghiên cứu

2.3.1 ưu điểm của động cơ điện

Động cơ điện không sử dụng nhiên liệu đốt (xăng, dầu) và không thải ra khí carbonic gây ô nhiễm môi trường – đó là ưu điểm hiển nhiên so với động cơ đốt trong Bên cạnh đó, động cơ điện còn có những ưu điểm vượt trội về khả năng điều khiển, cho phép chúng ta sử dụng các phương pháp điều khiển tiên tiến để điều khiển động cơ, qua đó nâng cao chất lượng động học của ô tô điện

a Khả năng đáp ứng mômen nhanh và chính xác

Động cơ điện có khả năng đáp ứng mômen nhanh gấp khoảng 100 lần so với động cơ đốt trong [1]

b Có thể sử dụng hai hay bốn động cơ in-wheel lắp trong mỗi bánh xe

Ô tô thông thường chỉ có một động cơ đốt trong, động cơ được nối vớicầu chủ động (cầu trước, cầu sau hoặc hai cầu) qua trục các-đăng và phân chiamômen cho mỗi bánh xe bằng hộp vi sai Thay vào đó, động cơ điện có thể đượctích hợp bên trong các bánh xe (gọi là động cơ in-wheel), do vậy một chiếc ô tôđiện có thể có một, hai hoặc bốn động cơ truyền động Việc tích hợp động cơtrong bánh xe làm thay đổi một cách cơ bản kết cấu cơ khí của ô tô điện Hơnthế nữa, điều này cho phép ta điều khiển các bánh xe một cách độc lập từ đó dẫntới khả năng điều khiển chuyển động của xe rất linh hoạt

c Có thể tính toán dễ dàng và chính xác mômen của động cơ điện

Khác với động cơ đốt trong, ta có thể tính toán, ước lượng một cách chínhxác và dễ dàng mômen điện từ của động cơ điện bằng cách đo các thông số vềdòng điện và điện áp của động cơ Ước lượng được mômen sẽ giúp ta điều khiểnchính xác mômen do động cơ sinh ra, từ đó tính toán và điều khiển chính xác lựctác động giữa mặt đường và bánh xe – điều rất khó thực hiện đối với động cơđốt trong.

2.3.2 Yêu cầu về động cơ cho ô tô điện

Động cơ truyền động cho ô tô điện có những yêu cầu riêng, có những điểm khác so với động cơ dùng trong công nghiệp Nhìn chung, loại động cơ này cần có những yêu cầu được phân tích dưới đây

a Khối lượng nhẹ, kích thước nhỏ gọn, mật độ công suất lớn.

Động cơ truyền động cho ô tô điện thường có công suất từ khoảng 30 kWcho tới 100 kW và hơn thế nữa Với công suất này, nếu sử dụng động cơ thôngthường trong công nghiệp, khối lượng động cơ sẽ rất lớn, làm tăng tự trọng của

xe (khối lượng net), dẫn đến tiêu tốn năng lượng, giảm quãng đường đi đượcmỗi lần nạp điện (một thông số rất quan trọng của ô tô điện)

Động cơ trong công nghiệp làm việc ở vùng I nhiều hơn vùng II Trongkhi đó, đặc tính của vùng II lại phù hợp với đặc tính làm việc nêu trên của ô tôđiện như ta thấy một cách tương đối trên hình 2.

Với những yêu cầu như trên, rõ ràng cần phải nghiên cứu, thiết kế, chế tạođộng cơ trong chiến lược tổng thể phát triển ô tô điện Đối với Việt Nam, đây làmột yêu cầu khó vì nước ta chưa có nền công nghiệp chế tạo động cơ phát triểnmạnh Trên thực tế, hiện nay chỉ có Công ty cổ phần chế tạo máy điện Việt –Hung là đơn vị duy nhất chế tạo động cơ ở nước ta trên quy mô công nghiệp, vàsản phẩm của công ty phần lớn là động cơ không đồng bộ Do vậy, nếu muốnnghiên cứu chế tạo ô tô điện, nhất thiết phải đầu tư nghiên cứu chế tạo động cơđiện một cách đồng bộ

2.3.3 Các loại động cơ động cơ sử dụng cho xe ô tô điện

a Động cơ một chiều (DC Motor)

Động cơ một chiều có ưu điểm nổi bật là rất dễ điều khiển Khi công nghệbán dẫn và kỹ thuật điều khiển chưa phát triển, động cơ một chiều là sự lựa chọnhàng đầu cho những ứng dụng cần điều khiển tốc độ, mômen Nhược điểm củaloại động cơ này là cần bộ vành góp, chổi than, có tuổi thọ thấp, đòi hỏi bảo trì,bảo dưỡng thường xuyên, không phù hợp với điều kiện nóng ẩm, bụi bặm Khicông nghệ bán dẫn và kỹ thuật điều khiển phát triển mạnh, động cơ một chiềudần bị thay thế bởi các loại động cơ khác

b Động cơ không đồng bộ (Induction Motor – IM)

Động cơ IM có ưu điểm giá thành thấp, thông dụng, dễ chế tạo Với kỹthuật hiện nay, hoàn toàn có thể thực hiện các thuật toán điều khiển vector tiêntiến cho động cơ IM, đáp ứng các yêu cầu công nghệ cần thiết Nhược điểm củađộng cơ IM là có hiệu suất thấp Các hãng xe của Hoa Kỳ như GM phần lớn sửdụng động cơ IM làm động cơ truyền động, lý do là xe ở Mỹ chủ yếu chạy trênđường cao tốc, khoảng cách dài, đường trong đô thị cũng rộng và thoáng; khi đó

động cơ IM sẽ phát huy được tối đa hiệu suất của mình, tổn thất không lớn ỞViệt Nam, đường của chúng ta chủ yếu là nhỏ, hẹp, đông đúc, xe thường chạy ởtốc độ thấp và hay phải dừng, đỗ Với chế độ hoạt động như vậy, động cơ IM sẽphải thường xuyên chạy ở tốc độ dưới định mức gây hiệu suất thấp, hạn chếđáng kể quãng đường đi cho một lần nạp ắc quy.

c Động cơ từ trở đồng bộ (Synchronous Reluctance Motor - SynRM)

Động cơ SynRM có cấu trúc stator giống động cơ xoay chiều thôngthường với dây quấn và lõi sắt từ Rotor của động cơ được thiết kế gồm các lớpvật liệu từ tính và phi từ tính đan xen nhau như ta thấy trên hình 4 Cấu trúc nàykhiến cho từ trở dọc trục và từ trở ngang trục của động cơ khác nhau, sinh ramômen từ trở làm động cơ quay

Hình 4 Cấu trúc động cơ từ trở đồng bộ - SynRM [3] (a)

và so sánh rotor động cơ SynRM với động cơ IM của ABB

(b)

d Động cơ từ trở thay đổi (Switched Reluctance Motor – SRM)

Động cơ SRM có cấu tạo của rotor và stator đều có dạng cực lồi, trên

đến vị trí có từ trở nhỏ nhất (vị trí đồng trục) Mạch từ động cơ làm việc trong cảvùng tuyến tính và vùng bão hòa nên ta có thể sử dụng tối đa khả năng của vậtliệu từ, do vậy động cơ SRM có tỉ lệ công suất trên khối lượng (kích thước) lớn.

Hình 5 Động cơ từ trở thay đổi – SRM.

Động cơ SRM cũng có những nhược điểm làm hạn chế khả năng ứngdụng của nó Nguyên lý vận hành đơn giản, nhưng lại khó điều khiển với chấtlượng cao vì có nhấp nhô mômen (torque ripple) lớn, đặc biệt là trong thời gianchuyển mạch Mặt khác, do cấu tạo cực lồi, động cơ có tính phi tuyến cao, gâykhó khăn cho việc điều khiển và thiết kế động cơ Những nhược điểm này đangđược nghiên cứu, nếu khắc phục thành công sẽ mở ra các hướng ứng dụng rộngrãi cho SRM, cả trong công nghiệp và lĩnh vực ô tô điện Bản thân các tác giảđang tiến hành nghiên cứu về thiết kế và điều khiển loại động cơ này, cho đếnnay đã có những kết quả ban đầu được công bố trong các tài liệu [4]