Luận văn nghiên cứu hệ thống điện kết cấu kỹ thuật và công nghệ của xe đạp điện hiện đại đang được sử dụng rộng rãi tại việt nam

THIỆU VỀ XE ĐẠP ĐIỆN

XE ĐẠP ĐIỆN VÀ LỢI ÍCH XÃ HỘI

Xe đạp từng là phương tiện phổ biến trên khắp các nẻo đường, khi mà việc sử dụng phương tiện và nhiên liệu còn gặp nhiều khó khăn Tuy nhiên, trong bối cảnh xe máy trở thành phương tiện chủ yếu, người tiêu dùng ngày càng chú trọng đến kiểu dáng và tính năng của xe đạp, xe đạp điện Đặc biệt, với tình hình tai nạn giao thông gia tăng và nhu cầu bảo vệ môi trường hiện nay, xe đạp và xe đạp điện đang phát triển mạnh mẽ Lợi ích nổi bật của xe đạp điện là tiết kiệm chi phí: chỉ cần 1 lần nạp điện (khoảng 1.000 đồng) có thể đi được 60km với tốc độ tối đa 35km/giờ, trong khi 1 lít xăng (20.000 đồng) chỉ đủ cho 40-50km Nếu sử dụng 1 lít xăng mỗi ngày, người dùng có thể tiết kiệm gần 4.000.000 đồng mỗi năm khi chuyển sang xe đạp điện.

Sử dụng xe đạp điện không chỉ là một phương tiện di chuyển tiện lợi mà còn góp phần bảo vệ môi trường Lượng khí thải từ các phương tiện chạy xăng đang gia tăng, gây ô nhiễm không khí ở các thành phố Do đó, chuyển sang sử dụng xe đạp điện sẽ giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ khí quyển.

Về mặt kỹ thuật, động cơ xe điện vượt trội hơn so với xe xăng với hiệu suất đạt khoảng 90%, trong khi động cơ xăng chỉ khoảng 30% Ngoài ra, động cơ điện có độ bền cao hơn, ít rung và ít hư hỏng trong quá trình sử dụng.

Xe điện đang trở thành lựa chọn thời trang hơn so với xe máy nhờ vào thiết kế đơn giản và ấn tượng Sự khác biệt này giúp xe điện dễ dàng thu hút sự chú ý và tạo phong cách riêng cho người sử dụng.

Vận hành êm, không sử dụng xăng dầu, không gây ô nhiễm môi trường

Việc đăng ký xe không phải là bắt buộc, cũng như không cần phải đội mũ bảo hiểm, mặc dù việc đội mũ bảo hiểm được khuyến cáo để bảo đảm an toàn cho bản thân Ngoài ra, bạn cũng không cần có bằng lái xe để tham gia.

Giá nhiên liệu ngày càng tăng và ô nhiễm môi trường đã thúc đẩy xu hướng sử dụng xe đạp điện Chi phí sạc cho xe đạp điện chỉ khoảng 2.000 đồng mỗi ngày, trong khi xe gắn máy tiêu tốn đến 8.000 đồng Một bình ắc quy xe đạp điện có thể sạc đầy trong 4-8 giờ, cho phép di chuyển từ 35-80 km, với giá từ 450.000-800.000 đồng, không quá cao cho người tiêu dùng Ngoài ra, xe đạp điện còn mang lại nhiều lợi ích xã hội, đảm bảo an toàn giao thông và phù hợp với thu nhập của người Việt, làm cho lựa chọn này trở nên hợp lý hơn bao giờ hết.

Xe đạp điện tích hợp chức năng sử dụng bàn đạp như xe đạp truyền thống, với kích thước và trọng lượng gọn nhẹ từ 28-35 kg Tốc độ tối đa đạt khoảng 20-30 km/h và một lần sạc điện cho phép di chuyển từ 40-60 km.

Xe đạp điện Trung Quốc được trang bị nhiều tiện ích như đèn pha, công tơ mét hiển thị tốc độ và cảnh báo điện ắc quy, với bình ắc quy được che kín giúp chống nước hiệu quả Một số nhà sản xuất trong nước cũng đã cải thiện các tính năng này nhưng với mức giá phải chăng hơn so với xe nhập khẩu Khi sử dụng xe đạp điện sản xuất trong nước, người tiêu dùng sẽ được hưởng chế độ bảo hành hậu mãi chu đáo.

THÔNG SỐ VÀ ĐẠI LƢỢNG CHÍNH CỦA MỘI SỐ XE ĐẠP ĐIỆN HIỆN CÓ MẶT TRÊN THỊ TRƯỜNG VIỆT NAM

Xe Trung Quốc sản xuất: có các thương hiệu sản xuất từ các nhà máy trung ương và địa phương như: Jili, Asama, robo…

Xe Nhật Bản chủ yếu là hàng đã qua sử dụng, mặc dù mẫu mã không nổi bật như xe Trung Quốc, nhưng vẫn được nhiều người tiêu dùng ưa chuộng nhờ chất lượng và giá cả hợp lý.

Các nước khác chủ yếu là Đài loan với sản phẩm: Yamaha, Bridgestone Trong nước sản xuất với các thương hieeui: Delta, Lieha

Hàng nội địa thường thiếu sự đa dạng về mẫu mã và màu sắc, dù có giá rẻ hơn hàng ngoại, nhưng vẫn không thu hút được người tiêu dùng Việc lựa chọn một chiếc xe đạp điện phù hợp với khả năng tài chính và sở thích cá nhân khá đơn giản Tuy nhiên, để sử dụng hiệu quả và thuận tiện là điều mà người tiêu dùng đặc biệt quan tâm.

Ngoài kiểu dáng, mầu sắc ƣa thích, khi mua bạn nên chú ý đến các thông số kỹ thuật:

Công suất động cơ: tính bằng Watt (250W, 350W )

Xe sử dụng mấy bình điện (ácquy): 3 hoặc 4 bình Điện áp và dòng điện của mỗi bình: 12V 12Ah

Nếu thông số này có giá trị càng lớn, có nghĩa là chiếc xe đó có tính năng kỹ thuật cao

Khi chọn bình ác quy, cần chú ý đến dung lượng, quãng đường di chuyển khi sạc đầy và thời gian sạc Tùy thuộc vào nhà sản xuất, một số loại bình cần sạc khi chưa hết, trong khi những loại khác yêu cầu sử dụng hết trước khi sạc để bảo đảm tuổi thọ Ngoài ra, vị trí lắp đặt bình điện, bộ điều tốc và động cơ cũng rất quan trọng; nếu được đặt ở vị trí khô ráo, tuổi thọ của chúng sẽ cao hơn.

1.2.1 Thông số kỹ thuật của xe đạp điện hãng Yamaha

1.2.1.1 Xe đạp điện Yamaha ICATS H1

Hình 1.1: Xe đạp điện Yamaha ICATS H1

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của xe Yamaha ICATS H1

Chiều dài chiều rộng chiều cao 1539mm 635mm 1015mm

Chiều cao yên xe 750mm Đường kính bánh xe Bánh trước:455mm,Bánh sau:455mm

Cách thức thao tác Tự động

Quãng đường đi được khi pin đầy 50km

Vận tốc tối đa 20km/h-30km/h

Phụ kiện xe Ắc quy 48V-15Ah

Sạc điện Tự động ngắt khi ác quy đầy

Thời gian sạc 6-8giờ Điện áp 220v-50Hz Động cơ xe Động cơ 3 pha,Công suất 240W Điện áp động cơ 48V

Khả năng trở vật nặng 100kg

1.2.1.2.Xe đạp điện Yamaha ICAT N2

Hình 1.2: Xe đạp điện Yamaha ICAT N2

Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật của xe Yamaha ICAT N2

Chiều dài chiều rộng chiều cao 1170mm 655mm 1055mm

Chiều cao yên xe 790mm

Cự ly 2 bánh Bánh trước :560mm,Bánh sau:560mm

Vận tốc tối đa 25km-35km

Phụ kiện xe Ác quy 48V-15Ah

Thời gian sạc 6-8 giờ Điện áp 240V-50Hz Đông cơ xe Động cơ 3 pha Điện áp động cơ 48V

Khả năng chở vật nặng 100kg

1.2.2 Thông số kỹ thuật của xe đạp điện hãng Bridgestone

1.2.2.1 Xe đạp điện Bridgestone MLI

Hình 1.3: Xe đạp điện Bridgestone MLI

Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật của xe Bridgestone MLI

Chiều dài Chiều rộng Chiều cao 1820mm 670mm 1046mm

Chiều cao yên xe 745~900mm Đường kính bánh xe Bánh trước:22” 1.95”,Bánh sau:24” 1.95”

Vận hành Đạp trợ lực

Vận tốc tối đa 30km/h

Phụ kiện xe Ắc quy Pin Lithium-ion

Sặc điện Tự động ngắt khi ác quy đầy

Công suất 350W Động cơ xe Trơn bóng,đông cơ chổi than Điện áp động cơ 36V Điện áp 220V-50Hz

1.2.2.2 Xe đạp điện Bridgestone PKLI

Hình 1.4: Xe đạp điện Bridgestone PKLI

Bảng 1.4: Thông số kỹ thuật của xe Bridgestone PKLI

Chiều dài chiều rộng Chiều cao 1598mm 590mm 1015mm

Chiều cao yên xe 745~900mm Đường kính bánh xe Bánh trước:20” 2.125”,Bánh sau:20” 2.125”

Phụ kiện xe Ắc quy Pin Lithium-ion

Công suất 250W Động cơ xe Trơn bóng,động cơ chổi than Điện áp động cơ 36V Điện áp 220V-50Hz

1.2.2.3 Xe đạp điện Bridgestone DLI

Hình 1.5: Xe đạp điện Bridgestone DLI

Bảng 1.5: Thông số kỹ thuật của xe Bridgestone DLI

Chiều dài Chều rộng Chiều cao 1598mm 590mm 1015mm

Chiều cao yên xe 745~900mm Đường kính bánh xe Bánh trước:16” 2.125”.Bánh sau:16” 2.125”

Phụ kiện xe Ắc quy 48V-15Ah-NEC Nhật

Sặc điện Tự động ngắt khi pin đầy

Công suất 250W Động cơ xe Trơn bóng Điện áp động cơ 36V Điện áp 220V-50HZ

1.2.3 Thông số kỹ thuật của xe đạp điện hãng Honda

1.2.3.1 Xe đạp điện Honda Cool

Hình 1.6: Xe đạp điện Honda Cool

Bảng 1.6: Thông số kỹ thuật của xe Honda Cool

Chiều dài Chều rộng Chiều cao 1627mm 680mm 1019mm

Chiều cao yên xe 16” 2.125” Đường kính bánh xe Bánh trước:18” 1.75”.Bánh sau:18” 2.125”

Sặc điện Tự động ngắt khi sạc đầy

Thời gian sạc 6-8 giờ Điện áp 220V-50Hz Động cơ xe Động cơ 3 pha Điện áp động cơ 48-15Ah

1.2.3.2 Xe đạp điện Honda HDC 141

Hình 1.7: Xe đạp điện Honda HDC 141

Bảng 1.7: Thông số kỹ thuật của xe Honda HDC 141

Quãng đường đi được khi pin đầy 40~50km

Công suất 350W Điện áp 220V-50Hz Động cơ xe Động cơ 3 pha Điện áp động cơ 48-15Ah

1.2.4 Thông số kỹ thuật của xe đạp điện hãng NISHIKI

1.2.4.1 Xe đạp điện NISHIKI 26inch

Hình 1.8: Xe đạp điện Nishiki 26 inch

Bảng 1.8: Thông số kỹ thuật của xe Nishiki 26inch

Chiều cao yên xe 16” 2.215” Đường kính bánh xe 26” 1.75”

Vận tốc tối đa 24 km/h

Phụ kiện xe Ắc quy Pin Lithium-ion,36V-10Ah,AC 100-

Thời gian sạc 3-6 giờ Điện áp 220V-50Hz Động cơ xe Động cơ 3 pha,không chổi than,250W

1.2.4.2 Xe đạp điện NISHIKI 24inch

Hình 1.9: Xe đạp điện Nishiki 24inch

Bảng 1.9: Thông số kỹ thuật của xe Nishiki 24inch

Chiều cao yên xe 16” 2.215” Đường kính bánh xe 26” 1.75”

Phụ kiện xe Ắc quy Pin Lithium-ion,36V-10Ah,AC 100-240V

Thời gian sạc 3-6 giờ Điện áp 220V-50Hz Động cơ xe Động cơ 3 pha,không chổi than

1.2.5 Thông số kỹ thuật của xe điện hãng Emoto

1.2.5.1 Xe điện Emoto phanh chân E011

Hình 1.10: Xe điện Emoto phanh chân E011

Bảng 1.10: Thông số kỹ thuật của xe Emoto phanh chân E011

Chiều cao yên xe 745~900mm Đường kính bánh xe Bánh trước:18” 3.125”.Bánh sau:18” 3.125”

Quãng đường đi được khi pin đầy 60-80km

Vận tốc tối đa 35 km/h

Thời gian sạc 6-8 giờ Điện áp 220V-15Ah Động cơ xe Động cơ 3pha,công suất 350W Điện áp động cơ 48V

HÌNH DÁNG XE ĐẠP ĐIỆN

Thị trường xe đạp điện hiện có hơn 14 loại với gần 60 mẫu mã khác nhau, từ xe có mô-tơ kéo đơn giản đến những thiết kế gọn nhẹ với bình điện tích hợp Xe đạp điện Trung Quốc chiếm khoảng 10% thị trường, trong khi các thương hiệu nội địa như Hitasa, Yamaha, Miyata, Asama, Bridgestone, Songtian, Giant, Delta và Five Stars đang cạnh tranh mạnh mẽ.

Xe đạp điện Trung Quốc có thiết kế bắt mắt, khỏe khoắn và chắc chắn, mang dáng dấp của một chiếc xe máy Với hai giảm xóc ở phía trước và sau, đặc biệt là giảm xóc sau được thiết kế chắc chắn, xe vận hành ổn định hơn, giảm thiểu độ xóc khi di chuyển trên địa hình xấu, phù hợp với điều kiện đường xá tại Việt Nam.

Bánh xe được thiết kế kiểu bánh mập với vành bằng gang đúc cỡ 480, loại vành nhỏ này mang lại sự thuận tiện cho người già và phụ nữ khi sử dụng.

Bình ácquy được thiết kế bên trong, không lộ ra ngoài hay được lắp ngay dưới yên, rất thuận tiện khi sạc điện hay tháo ra lắp vào

Hệ thống đèn của xe được thiết kế hiện đại, với cụm đèn pha và đèn xi-nhan liền mạch, cùng công tắc bố trí tiện lợi ở hai bên tay lái Mặt trên có công tơ mét hiển thị tốc độ và đèn báo hiệu điện của bình ắc-quy Phía sau, cụm đèn hậu, đèn báo phanh và đèn xi-nhan được sắp xếp gọn gàng và hợp lý.

Yên xe được thiết kế giống như yên xe máy, cho phép chở thêm người Hệ thống phanh được trang bị kiểu phanh đĩa kết hợp với phanh bát, đảm bảo an toàn hơn khi xe chạy ở tốc độ cao.

Xe Trung Quốc có thiết kế xích trần mà không có xích hộp, điều này làm cho xe rất kín nước Tuy nhiên, khi gặp trời mưa hoặc ngập nước, nước có thể xâm nhập vào động cơ, gây hư hỏng Bộ điều tốc được đặt dưới gầm xe, dễ bị hỏng khi xe ngập nước.

Xe đạp điện hiện nay có nhiều mẫu mã và kiểu dáng đa dạng, phù hợp cho mọi lứa tuổi từ học sinh, sinh viên đến người già Với thiết kế nhỏ gọn và đẹp mắt, xe có kiểu dáng độc đáo và mạnh mẽ Sản phẩm sử dụng ba bình điện dễ dàng tháo ra, đi kèm với đèn chiếu sáng trước và sau rất sáng, khung xe làm từ nhôm bền bỉ Yên xe có thể điều chỉnh độ cao phù hợp với chiều cao người sử dụng, cùng với hệ thống phanh trước và sau chắc chắn Bánh xe nhỏ gọn và hệ thống giảm xóc hiệu quả, đặc biệt phù hợp với giới trẻ.

Xe đạp thể thao có thiết kế độc đáo, mạnh mẽ với nhiều tính năng tiện ích như nút bật đèn trước, đèn báo hiệu lượng điện và bình ác quy dễ dàng tháo rời Thiết kế chắc chắn cùng yên xe có thể điều chỉnh chiều cao, phanh trước và sau an toàn, tay ga dễ sử dụng, phù hợp cho mọi đối tượng Ngoài ra, xe còn là lựa chọn lý tưởng để vận động và rèn luyện sức khỏe.

Xe đạp điện không có bàn đạp, chỉ hoạt động bằng điện, mang lại vẻ ngoài bắt mắt với nhiều kiểu dáng tinh tế và sang trọng Loại xe này đặc biệt phù hợp cho người cao tuổi, giúp họ di chuyển dễ dàng và thuận tiện hơn.

KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA XE ĐẠP ĐIỆN

Kết cấu của xe đạp điện

Hình 1.11: Kết cấu của xe đạp điện

2 Vành 9 Tay ga 16.Hộp xích

4 Chắn bùn sau 11 Đèn xe

TRÚC CỦA XE ĐẠP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN

NGUỒN ĐIỆN(ÁC-QUY)

Ácquy là nguồn điện thứ cấp quan trọng trong ngành công nghiệp và đời sống hàng ngày, mặc dù nguồn điện xoay chiều hiện nay rất ổn định Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, ácquy cung cấp điện cho các thiết bị như bảo vệ rơle, tự động hóa, điều khiển, tín hiệu và ánh sáng sự cố Do đó, nguồn thao tác cần đảm bảo độ tin cậy cao, công suất đủ lớn và điện áp ổn định trên thanh góp Để đạt được điều này, các nguồn và lưới điện phân phối dòng thao tác cần có độ dự trữ lớn.

Nguồn thao tác có thể là một chiều hoặc xoay chiều, nhưng để đảm bảo độ tin cậy trong cung cấp điện và cấu tạo thiết bị thứ cấp gọn nhẹ tại các nhà máy và trạm biến áp lớn, nguồn thao tác một chiều thường được ưa chuộng Dù có giá thành cao và vận hành phức tạp, ácquy là nguồn thao tác một chiều phổ biến trong các nhà máy điện và trạm biến áp Ácquy được xem là nguồn tin cậy vì hoạt động của chúng không phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài, giúp các thiết bị điện thứ cấp hoạt động ổn định ngay cả khi mất điện từ lưới điện chính.

Bình ắc quy lưu trữ năng lượng cho hệ thống điện và cung cấp nguồn cho mạch điện Khi mạch điện được đóng, ắc quy sẽ phóng ra dòng điện một chiều qua các thiết bị kết nối với các cực của nó.

Dòng điện trong bình ắc quy được tạo ra thông qua phản ứng hóa học giữa các vật liệu trên bản cực và axit sulfuric, còn được gọi là chất điện giải.

Sau 1 thời gian sử dụng năng lƣợng dự trữ trong ácquy sẽ cạn kiệt dần Tuy nhiên năng lƣợng đó có thể đƣợc sạc lại bẳng cách cho 1 dòng điện bên ngoài đi theo chiều ngƣợc lại với chiều phát điện của bình

2.1.1 Cấu tạo chung của một bình ácquy

Bình ác quy được cấu tạo từ nhiều tế bào, mỗi tế bào được bao bọc bởi vỏ cao su cứng hoặc nhựa cứng Các đơn vị cơ bản của mỗi tế bào bao gồm bản cực dương và bản cực âm.

Những bản cực này có những vật liệu hoạt hóa nằm trong các tấm lưới phẳng Bản cực dương sau khi sạc là peroxit chì (PbO2) có mầu nâu

Một nhóm bản cực đƣợc hàn lại với nhau vào một đai một cách nối tiếp

Hình 2.1: Cấu trúc chung của một tế bào ácquy

Các bản cực âm và dương được sắp xếp xen kẽ, trong đó nhóm bản cực âm thường có số lượng nhiều hơn một bản cực dương, dẫn đến việc bản cực âm nằm bên ngoài nhóm Các bản cực được phân tách bởi những tấm ngăn xốp, cho phép chất điện giải di chuyển nhanh chóng giữa các bản cực Sự sắp xếp này được gọi là một phần tử.

Sau khi sắp xếp các bộ phận, chúng được đặt vào ngăn trong vỏ bình ắc quy Nắp đậy mềm của bình ắc quy được lắp lên, sau đó các tế bào được kết nối bằng cách hàn các phiến nối vào các cực của tế bào Cách nối này đảm bảo các tế bào được liên kết liên tiếp Cuối cùng, nắp đậy bình ắc quy được hàn chặt lại.

Bình ác quy có nắp đậy chung giúp giảm thiểu sự ăn mòn trên vỏ bình Các bình ác quy được thiết kế với bản cực nối xuyên qua tấm ngăn cách giữa các tế bào, điều này nâng cao hiệu suất hoạt động của ác quy nhờ vào việc ngăn và nắp đậy kín Đầu nối chính của ác quy bao gồm cực âm và cực dương, trong đó cực dương lớn hơn cực âm để tránh nhầm lẫn giữa các điện cực.

Nắp thông hơi nằm trên mỗi tế bào của ắc quy, có hai chức năng chính: vừa giúp đậy kín tế bào, vừa cho phép người dùng kiểm tra và thêm nước khi cần thiết.

Khi sạc bình người ta cũng mở nắp đậy này để chất khí có thể thoát ra

Mỗi tế bào ácquy có điện thế 2V, do đó, để tạo ra điện thế cao hơn, các tế bào được mắc nối tiếp Ví dụ, ácquy 6V có ba tế bào nối tiếp, trong khi ácquy 12V có sáu tế bào nối tiếp.

Hình 2.2: Các tế bào và bình ácquy đƣợc mắc nối tiếp

2.1.2 Chu trình phóng điện của ácquy

Khi bình ác quy được kết nối để tạo thành một mạch điện khép kín, quá trình phóng điện bắt đầu khi dòng điện chảy ra từ bình ác quy Dòng điện này được sinh ra nhờ các phản ứng hóa học diễn ra bên trong.

Oxy trong bản cực dương kết hợp với hidro trong axit để tạo thành nước,

Pb ở bản cực dương kết hợp với gốc sunfat chì

Dòng điện tạo ra do các phiến khác nhau trong chất liệu điện giải

Hình 2.3: Cách thức bình ácquy tạo ra dòng điện

Khi quá trình phóng điện diễn ra, dung dịch trong ắc quy sẽ dần loãng và sunfat chì tích tụ ở bản cực, dẫn đến việc phản ứng hóa học ngừng lại và ắc quy không còn tạo ra điện Để sử dụng lại ắc quy, cần phải sạc nó bằng một nguồn điện bên ngoài với cường độ phù hợp.

Khi làm việc bình ácquy đóng vai trò nhƣ một máy phát điện Điều này xảy ra nhƣ sau:

Bình ác quy là nguồn cung cấp điện cho hệ thống điện và có khả năng phát điện Ngược lại, máy phát điện cung cấp dòng điện để sạc lại bình ác quy.

Mạch điều hòa điện thế, giới hạn điện thế sạc trong 1 phạm vi an toàn để ácquy không bị sạc ở mức độ quá lớn

Những phản ứng hóa học xẩy ra trong chu kỳ sạc ngƣợc lại với phản ứng trong chu kỳ xả điện

Trong quá trình phản ứng, sulfat chì ở hai bản cực phân tách thành chì (Pb) và ion sulfat (SO4) Đồng thời, nước cũng phân ly thành hidro, tạo ra axit sulfuric (H2SO4) Ngoài ra, oxy sẽ kết hợp với chì ở bản cực dương, hình thành chì oxit (PbO2).

MẠCH SẠC NGUỒN XE ĐẠP ĐIỆN SỬ DỤNG IC UC3842

Mạch sạt nguồn 24VDC vẽ lại theo mạch thị trường 2008 ( TPT )

Hình 2.4: Mạch sạc nguồn xe đạp điện sử dụng IC UC3842

IC UC3842 có 8 chân và nhiệm vụ của các chân nhƣ sau:

Chân 1 (COMP) là chân nhận điện áp so sánh, có điện áp tỉ lệ thuận với điện áp ra Trong mạch nguồn, chân 1 không nhận điện áp hồi tiếp mà chỉ kết nối qua một điện trở (R) sang chân số 2.

Chân 2 (VFB) là chân nhận điện áp hồi tiếp, có khả năng hồi tiếp qua quang hoặc trực tiếp từ cuộn hồi tiếp sau cầu phân áp Điện áp hồi tiếp về chân 2 tỷ lệ nghịch với điện áp ra; nếu điện áp đưa về chân 2 tăng lên do bất kỳ lý do nào, điện áp ra sẽ giảm hoặc có thể bị ngắt.

Chân 3 (Cảm biến dòng) theo dõi điện áp ở chân S của đèn mosfet; khi dòng qua mosfet tăng, điện áp chân S và chân 3 cũng sẽ tăng Nếu điện áp chân 3 đạt ngưỡng 0,6V, dao động sẽ bị ngắt Điện trở chân S xuống mass giảm khoảng 0,22 ohm; nếu điện trở này tăng hoặc thay đổi trị số lớn hơn, nguồn sẽ bị ngắt khi có tải.

Chân 4 (Rt/Ct) kết nối với R-C để tạo ra dao động, với tần số dao động phụ thuộc vào tri số R-C Điều này giúp đồng pha giữa tần số dòng và tần số dao động nguồn, đảm bảo rằng khi dòng tiêu thụ nguồn hoạt động, Mosfet nguồn sẽ mở kịp thời để cung cấp điện, từ đó ngăn ngừa hiện tượng sụt áp ở điện áp ra khi hoạt động ở mức cao.

Chân 6 là chân dao động ra, có chức năng điều chỉnh độ rộng xung vuông để thay đổi thời gian ngắt mở của Mosfet, từ đó làm thay đổi điện áp ra.

Chân 7 của mạch là chân Vcc, với điện áp cung cấp dao động từ 12V đến 14V Nếu điện áp giảm xuống dưới 12V, dao động có thể bị ngắt Điện áp tại chân 7 được cấp qua một trở mồi và trong quá trình hoạt động, điện áp này được bổ sung từ cuộn hồi tiếp sau khi đã được chỉnh lưu và lọc.

Chân 8 (Vref) của IC cung cấp điện áp chuẩn 5V, thường được sử dụng để cấp nguồn cho chân dao động số 4 Để bảo vệ mạch, người ta thường thiết kế mạch bảo vệ kết nối với chân 8, nhằm ngắt dao động khi có sự cố về nguồn điện.

2.2.1 Mạch hiển thị chỉ mức áp nguồn của ácquy

Hình 2.5: Mạch hiển thị mức áp nguồn ácquy

Các tầng so áp có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các tầng khuếch đại toán thuật (Op-Amp), cho phép hiển thị mức áp thông qua các đèn LED Mạch này thường được sử dụng để thể hiện chỉ số mức áp của nguồn pin ácquy.

Mạch điện sử dụng R1 (3.6K) và diode Zener 11V để tạo ra mức áp chuẩn Qua các điện trở chia áp R3 (12K), R4 (1K), R5 (1K), R6 (1K), R7 (20K), các mức áp ngưỡng được thiết lập cho các tầng so áp Tín hiệu từ dây đen đi qua mạch chỉnh áp với R8 (17K), chiết áp W (10K) và R9 (12K), đồng thời cung cấp điện áp cho các tầng so áp Khi điện áp vào một tầng so áp vượt quá mức ngưỡng, Led sẽ phát sáng, cho phép hiển thị mức áp qua các Led mắc nối tiếp C1 là tụ lọc nhiễu tần cao trong mạch cấp áp chuẩn.

ĐỐI TƢỢNG ĐIỀU KHIỂN

2.3.1.Động cơ điện một chiều

Máy điện một chiều là loại máy điện làm việc với dòng điện một chiều, có thể sử dụng làm máy phát điện hoặc động cơ điện

Máy điện một chiều là lựa chọn lý tưởng cho việc điều chỉnh tốc độ linh hoạt và có momen khởi động lớn, do đó được sử dụng phổ biến làm động cơ kéo Ngoài ra, máy điện một chiều còn được ứng dụng rộng rãi trong việc nạp ácquy, hàn điện và cung cấp điện, đặc biệt khi cần điều chỉnh chính xác tốc độ động cơ trong khoảng rộng.

2.3.1.1 Phân loại động cơ điện một chiều Động cơ điện 1 chiều phân loại theo kích từ thành những loại sau:

2.3.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều có cấu trúc gồm 3 bộ phận chính: phần cảm, phần ứng, cổ góp và chổi than

Phẩn cảm là bộ phận tạo ra từ trường đặt ở stato, thông thường phần cảm là một nam châm điện gồm có cực từ N-S và cuộn dây kích từ

Phần ứng có lõi thép đặt ở rotor, có phay rãnh để đặt dây quấn phần ứng Mỗi cuộn dây đƣợc nối tới hai lá góp của cổ góp điện

Trong chế độ máy phát, cần cung cấp điện một chiều cho cuộn kích từ và kết nối rotor với động cơ sơ cấp khác để quay rotor Khi rotor quay trong từ trường phần cảm, sẽ xuất hiện thế điện động trong cuộn dây, được cổ góp và chổi than chuyển đổi thành điện áp một chiều.

Trong chế độ động cơ, cần cung cấp điện một chiều cho cuộn kích từ và cuộn dây phần ứng Dòng điện trong phần ứng tương tác với từ trường do phần cảm tạo ra, tạo ra momen quay cho rotor.

Hình 2.6: Sơ đồ cấu tạo động cơ điện một chiều 2.3.1.3 Phương trình cân bằng của động cơ

Khi một máy điện một chiều đã kích từ được kết nối vào lưới điện, cuộn cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện Dòng điện này tương tác với từ trường, tạo ra lực theo quy tắc bàn tay trái, từ đó sinh ra momen điện từ khiến rotor quay với tốc độ nhất định Đồng thời, trong cuộn dây xuất hiện sức điện động (sđđ) cảm ứng.

Khi n,Iƣ thay đổi ta có: Uƣ +(-eƣ)+(-Ladiƣ/dt)=iƣRƣ, ở chế độ ổn định (n=cont,Iƣ=const), ta có: Uƣ =Eƣ+IƣRƣ

Trong đó:Eƣ: sức điện động phần ứng

Iƣ: dòng điện phần ứng Dòng điện I ƣ đƣợc tính theo công thức sau:

Trong đó: P-số đôi cực từ chính

N- số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

- từ thông kích từ của một cực ckt

2.3.1.4 Đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều a Đặc tính cơ của động cơ kích từ độc lập và song song

Đường đặc tính cơ của động cơ kích từ độc lập và song song thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ và mô men điện từ, được biểu diễn dưới dạng hàm f(M) với điều kiện dòng kích từ I kt = const Dòng kích từ I kt được xác định qua công thức I kt = U kt / R kt, tương đương với k t i kt.

Phương trình đặc tính cơ điện: =(Uư – Iư Rư)/k Trong đó: 0=Uư /k là tốc độ không tải

2 (2.3) b Đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp

Hình 2.8: Đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp

(2.5) Trong máy này: Ikt=Iƣ

Khi 0 Máy chƣa bão hòa: =kI ƣ

Trong phạm vi dòng tải nhỏ hoặc nhỏ hơn dòng định mức, đặc tính của động cơ có dạng hyperbol Khi dòng điện Iư lớn hơn dòng định mức Iđm, máy bão hòa động cơ sẽ không còn trùng với đường hyperbol nữa Đặc tính của động cơ kích từ hỗn hợp cũng cần được xem xét trong bối cảnh này.

Hình 2.9: Đặc tính cơ động cơ kích từ hỗn hợp

Động cơ kích từ hỗn hợp có đặc tính cơ học độc đáo, với các dây quấn kích từ có thể được nối thuận hoặc ngược, ảnh hưởng đến từ thông Khi nối thuận, đặc tính cơ của động cơ sẽ là trung bình giữa đặc tính của động cơ kích từ song song và nối tiếp.

Động cơ làm việc nặng nề có hai loại dây quấn kích từ: dây quấn nối tiếp và dây quấn song song Dây quấn song song giúp duy trì tốc độ động cơ ổn định khi momen nhỏ, trong khi động cơ kích từ hỗn hợp với dây quấn nối tiếp có đặc tính cơ cứng, giữ tốc độ quay gần như không đổi Ngược lại, khi dây quấn nối thuận, động cơ sẽ có đặc tính mềm hơn, cho phép momen khởi động lớn hơn, phù hợp với các ứng dụng như máy nén, máy bơm, máy nghiền và máy cán.

2.3.1.5 Khởi động động cơ một chiều a Khởi động trực tiếp Đưa động cơ trực tiếp vào lưới điện không qua một thiết bị phụ nào, dòng khởi động đƣợc xác định bằng công thức:Ikđ t dm

Vì giá trị Rt nhỏ, nên Ikđ có giá trị rất lớn (20-25), dẫn đến sự tăng đột ngột dòng điện gây ra tia lửa điện ở cổ góp, làm xuất hiện xung cơ học và giảm điện áp lưới Do đó, phương pháp này hầu như không được sử dụng Bên cạnh đó, khởi động bằng điện trở khởi động cũng có những đặc tính cơ riêng.

Hình 2.10: Đặc tính cơ của khởi động điện trở khởi động

Trong rotor, người ta lắp đặt một điện trở điều chỉnh, được gọi là điện trở khởi động, nhằm kiểm soát dòng khởi động với giá trị: Ikđ kd t dm.

Điện trở khởi động được ngắt dần theo sự tăng tốc độ, và cần chọn nấc khởi động đầu tiên sao cho dòng phần ứng không vượt quá mức cho phép và momen khởi động đủ lớn Động cơ kích từ nối tiếp sẽ có momen khởi động lớn hơn so với động cơ kích từ song song khi có cùng dòng phần ứng.

Khi sử dụng điện trở khởi động cho động cơ kích từ song song, cần đảm bảo cuộn kích từ luôn được cấp điện áp định mức để đạt hiệu suất tối đa Nếu mạch kín từ có điện trở điều chỉnh, điện trở này phải được ngắn mạch trong quá trình khởi động Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều phụ thuộc vào việc sử dụng điện trở trong mạch rotor.

2.3.1.6.Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều

Các phương trình điều chỉnh tốc độ

-Thay đổi điện áp nguồn nạp

-Thay đổi điện trở mạch rotor

-Thay đổi từ thông a.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn nạp

Khi Uƣ = var, thì o = var Nếu Mc = const, tốc độ của động cơ có thể được điều chỉnh Sự thay đổi điện áp nạp ảnh hưởng đến các đặc tính cơ của động cơ Việc điều chỉnh tốc độ thông qua thay đổi điện áp nạp chỉ có thể làm giảm tốc độ, vì mỗi cuộn dây đã được thiết kế với điện áp định mức (U đm), do đó không thể tăng điện áp đặt lên cuộn dây Hình vẽ minh họa đặc tính cơ của động cơ khi Uƣ = var.

Hình 2.11: Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn nạp b.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rotor

HỆ ĐIỀU KHIỂN

Sơ đồ nguyên lý phần điều khiển động cơ BLDC cho thấy rotor được xác định qua ba cảm biến Hall Tín hiệu từ các cảm biến này được lọc nhiễu và đệm, sau đó truyền vào bộ điều khiển BLDC và mạch Hall pulses Bộ điều khiển BLDC sử dụng tín hiệu từ vi điều khiển và cảm biến Hall để phát tín hiệu điều khiển phù hợp cho driver Mosfet, nhằm điều khiển động cơ hiệu quả Mạch Hall pulses bao gồm hai cổng X-OR, hoạt động như một encoder, tạo ra xung tương ứng với sự quay của động cơ.

Hình 2.37:Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển BLDC

IC MC33035 có 24 chân, trong đó chân 19, 20, 21 là đầu ra dòng điện 3 pha và chân 4, 5, 6 là tín hiệu đầu vào ba pha Các chân ra khác bao gồm chân 24, 1, 2, trong khi cảm biến dòng được kết nối với chân 9 và 15 Mạch dao động được điều chỉnh tần số thông qua điện trở RT ở chân 8, 10 và tụ điện CT giữa chân 10 và masse Chân 8 cung cấp điện áp chuẩn, chân 3 nhận tín hiệu đảo chiều quay, và chân 22 cho phép chọn góc pha của tín hiệu đầu ra Chân 7 kiểm soát dòng ra, với chân 16 nối masse và nguồn Vcc vào chân 18 (và chân 17) Cuối cùng, chân 23 nhận tín hiệu tạo tác dụng phanh.

Hình 2.38:Cấu tạo IC MC33035

Sơ đồ khối của MC33035 được thể hiện trong hình 2.39, trong đó tín hiệu điều khiển và tín hiệu hồi tiếp từ các cảm biến Hall được đưa vào khối giải mã vị trí Rotor Khối này thực hiện việc giải mã tín hiệu từ ba cảm biến Hall và phát ra xung điều khiển tương ứng, như minh họa trong hình 2.41 MC33035 điều chỉnh tốc độ động cơ thông qua việc điều chỉnh độ rộng xung của ba khóa tầng dưới.

Hình 2.39: Sơ đồ khối chức năng của IC MC33035

Hình 2.40:Mạch điện ứng dụng của IC MC33035

Sơ đồ mạch ứng dụng sử dụng IC MC33035 để điều khiển motor cảm ứng 3 pha, với dòng ra từ các chân 21, 20, 19 và 2, 1, 24 Khi vành nam châm quay, tín hiệu được thu nhận qua các IC Hall và hồi tiếp vào các chân 4, 5, 6 Các chân khác của IC có chức năng chọn chế độ vận hành và điều chỉnh lực quay của motor.

Hình 2.41:Giá trị cổng ra của MC33035

MC33035 sử dụng bộ so sánh điện áp giữa chân số 10 và chân số 13 để điều chỉnh độ rộng xung Hình 2.42 minh họa quá trình so sánh hai tín hiệu analog, trong khi tín hiệu giao tiếp từ vi xử lý tới MC33035 là PWM Mô hình điều khiển tốc độ động cơ thực hiện bằng cách nâng tín hiệu PWM lên mức áp cao và đưa vào chân số 13, như thể hiện trong hình 2.43, với VA nhận tín hiệu PWM từ vi xử lý và VB=0.

Hình 2.43: Điều khiển PWM theo 2 cổng vào

Trong mạch điều khiển động cơ này còn có phần báo quá dòng điện, nhằm bảo vệ FET trong trường hợp quá dòng.Sơ đồ nguyên lý hình 2.44

Hình 2.44: Mạch bảo vệ quá dòng cho MOSFET

Mạch đơn giản bao gồm khuếch đại điện áp trên điện trở R s và điện trở đo dòng qua MOSFET Điện áp tại điểm ITRIP, sau khi được khuếch đại, chứa thông tin về dòng điện qua MOSFET và được so sánh với điện áp tham chiếu từ op amp LM358 Giá trị tham chiếu được thiết lập để lớn hơn điện áp tại ITRIP khi động cơ hoạt động bình thường Khi xảy ra quá dòng, điểm ITRIP sẽ kích hoạt BLDC controller ngắt tín hiệu cổng ra, đồng thời thông báo cho vi xử lý qua opto cách ly Pc917.

2.4.1.1 Sơ đồ khối mạch xe đạp điện

Hình 2.45 Sơ đò khối mạch xe đạp điện

Hệ thống điều khiển xe sử dụng tay điều khiển (hay tay gar) để điều chỉnh tốc độ, dựa trên linh kiện bán dẫn hoạt động theo hiệu ứng Hall, một loại cảm ứng từ trường Khóa điện có chức năng thắng xe, trong khi xe hoạt động với nguồn ắc-qui 36V (12V x3) Mạch ổn áp sử dụng transistor và diode Zener để cung cấp điện áp ổn định cho các mạch điện khác, đồng thời có mạch đo mức áp nguồn hiển thị bằng LED và mạch báo hết nguồn Hệ thống còn tích hợp IC điều chỉnh công suất TL494, với mạch tạo sóng tam giác hoặc sóng răng cưa, cho phép chuyển tín hiệu thành dạng xung điều biến độ rộng PWM.

Mạch tạo ra mức áp ổn định 5V được sử dụng làm mức áp mẫu cho các tầng so áp và có chức năng cắt nguồn khi phanh xe Để cung cấp nguồn quay cho xe đạp, người ta thường sử dụng motor DC hoặc motor cảm ứng từ, trong đó cần có diode để dập điện áp nghịch từ các cuộn cảm Tầng công suất thường sử dụng transistor MOSFET loại công suất, hoạt động theo xung điều biến độ rộng (PWM) qua cực Cổng, với tín hiệu này được khuếch đại bởi các transistor hai mối nối Một điện trở nhỏ được đặt trên cực Nguồn để lấy tín hiệu cấp cho mạch hồi tiếp nghịch, giúp ổn định hoạt động của mạch điều khiển trong IC494 và duy trì lực quay của motor.

2.4.1.2 Mạch điều khiển động cơ xe đạp điện

Hình 2.46: Mạch điều khiển xe đạp điện sử dụng IC MC 33035

Trong mạch điều khiển motor DC, IC MC33035 được sử dụng để tạo xung điều biến độ rộng PWM tại chân 19, kích thích các transistor công suất MOSFET Q1 và Q2, cung cấp dòng điện cho motor DC kết nối với chân Drain Để bảo vệ motor khỏi điện áp nghịch, mạch dập điện áp gồm diode D1 và tụ điện C2 (0.01uF) được lắp đặt song song với motor.

Chân số 8 cung cấp áp mẫu cho IC Hall H, điều chỉnh tốc độ quay và cấp tín hiệu cho tầng so áp A hiển thị trạng thái hoạt động của motor Tín hiệu hồi tiếp từ điện trở R5 (0.05) được trả về chân 9 qua mạch lọc với R16 (1K) và tụ C (4.7uF), giúp ổn định lực quay của motor IC HA17555 được sử dụng để tạo tín hiệu dạng xung tại chân 3, qua tầng khuếch đại Q4 và vào chân số 7 để điều khiển tắt mở mạch Relay được sử dụng để đóng mở tiếp điểm, giúp tắt mở motor Mạch sử dụng các IC ổn áp LM317T và LM7805 để cung cấp nguồn ổn áp +24V và +5V cho các mạch khác Hai khóa điện được bố trí bên tay trái và tay phải để tạo chức năng phanh Mạch hoạt động với nguồn ắc-quy 36V, kết hợp từ hai ắc-quy 12V nối tiếp.

MÔ PHỎNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ

Hệ truyền động BLDC được mô phỏng bằng Matlab/Simulink, sử dụng mô hình động cơ BLDC, nguồn một chiều và bộ biến đổi công suất IGBT từ thư viện SimPowerSystem của Simulink Khối giải mã tín hiệu Hall được lấy từ demo của Matlab.

Hình 2.47:Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động BLDC trên Simulink

Khối giải mã tín hiệu Hall:

Hình 2.48:Khối giải mã tín hiệu Hall

Khối điều khiển dải trễ dòng điện Hysteresis Current Control-HCC:

Hình 2.49:Khối điều khiển dải trễ dòng HCC

Hình 2.50:Đáp ứng tốc độ và moment

Trong động cơ, hiện tượng nhấp nhô tồn tại và có thể chia thành hai loại: nhấp nhô do khâu PWM của bộ điều chỉnh dòng và nhấp nhô do chuyển mạch dòng điện Nhấp nhô do khâu PWM có biên độ nhỏ và tần số lớn, do đó có thể bỏ qua, đặc biệt khi động cơ được nối vào tải quán tính, nhấp nhô này gần như bị lọc bỏ hoàn toàn Ngược lại, nhấp nhô do chuyển mạch dòng điện có tần số cao hơn, khoảng 6 lần, và cần được chú ý hơn trong quá trình hoạt động của động cơ.

Chu kỳ này thể hiện sự nhấp nhô với biên độ lớn và tần số nhỏ, gây ra hiện tượng rung lắc cho động cơ Khi hoạt động ở tốc độ thấp, động cơ sẽ gặp khó khăn trong việc duy trì sự ổn định về tốc độ.

Hình 2.51:Nhấp nhô moment do PWM và do chuyển mạch dòng điện

Sức phản điện động dạng sóng hình thang:

Hình 2.52:Sức phản điện động

Dòng điện 3 pha đã đƣợc điều khiển:

Dòng điện và sức điện động 3 pha của BLDC khi vẽ trên cùng 1 hệ trục tọa độ cho ta thấy tính chất 1 chiều của động cơ:

Hình 2.54:Dòng điện và sức điện động 3 pha

Quỹ đạo từ thông của động cơ khi không tải có dạng hình tròn:

Hình 2.55:Quỹ đạo từ thông khi không tải

Khi có tải quỹ đạo từ thông xuất hiện các bậc tại thời điểm chuyển mạch:

Hình 2.56:Quỹ đạo từ thông khi có tải

Hình 2.57:Sự chuyển mạch dòng điện không lý tưởng và đập mạch PWM.

ĐỘNG, VẬN HÀNH VÀ KHAI THÁC XE ĐẠP ĐIỆN

Định dạng
Số trang	87
Dung lượng	3,06 MB