Tổng Hợp Các Thông Số Của Động Cơ Điện Và Bộ Ắc Quy:

trong đó đặc biệt chú trọng vai trò của động cơ điện để phát huy lợi thế về tiềm năng thủy điện của nước ta.

Như chúng ta đã biết, đối với động cơ lai điện nhiệt, nếu theo nguyên tắc “vận hành hiệp trợ” thì động cơ nhiệt là nguồn cung cấp năng lượng chính, ắc quy không được nạp lại điện năng từ bên ngoài. Hiện nay đã xuất hiện thêm kiểu lai "plug in hybrid" với việc ắc quy được nạp lại điện năng

từ lưới điện dân dụng thì vai trò của động cơ điện đã được tăng cường

hơn. Tuy nhiên, nền tản của hệ thống này vẫn là kiểu lai "vận hành hiệp trợ", trong đó chỉ có khác biệt nhỏ là ắc quy có cấu tạo lớn hơn, xe có thể chạy "điện không xăng" được quãng đường dài hơn, nhưng nếu xét một cách toàn diện thì động cơ nhiệt vẫn là nguồn cung cấp năng lượng chính. Ngoài ra, hệ thống truyền động lai "vận hành hiệp trợ" rất khó bố trí trên xe gắn máy do bị giới hạn bởi hai yếu tố là kích thước không gian và giá thành chế tạo. Vì vậy, mặc dù được đánh giá là tốt nhất nhưng hệ thống lai này cũng chỉ phù hợp với ô tô mà thôi.

Xét trong điều kiện sử

dụng

ở Việt Nam, nếu nâng cao vai trò của

động cơ điện trong hệ thống lai thì sẽ giúp giảm chi phí vận hành nhờ giá điện sinh hoạt ở nước ta thấp hơn nhiều so với giá xăng dầu. Nguồn năng lượng điện chủ yếu được sản xuất từ thủy điện là một nguồn năng lượng sạch và tái sinh được. Do đó, hệ thống lai thích hợp là phải xây dựng theo nguyên tắc “vận hành phụ trợ”. Với nguyên tắc này, nguồn điện cung cấp cho động cơ điện chủ yếu được nạp lại từ lưới điện dân dụng 220V và do

đó động cơ

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 118 trang tài liệu này.

nhiệt chỉ

cung cấp năng lượng dự

phòng cho xe chạy khi ắc

quy bị

hết điện bất ngờ

hoặc khi xe cần chạy với quãng đường quá xa,

vượt quá khả năng một lần cung cấp điện của ắc quy. Ngoài ra, động cơ nhiệt cần phải sử dụng nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) để giảm tối

đa khí thải gây ô nhiễm môi trường. Với phương án này, chắc chắn động

cơ lai điện nhiệt “vận hành phụ

trợ” của xe gắn máy cần thiết kế

sẽ là

loại động cơ “sạch”, hiệu suất cao, phù hợp với cơ sở hạ tầng giao thông

đô thị, điều kiện phát triển kinh tế Nam.

2.3. Kết luận:

và nền kỹ

thuật công nghệ

của Việt

Xe gắn máy (xe hai bánh) là mẫu xe rất phù hợp để sử dụng làm

phương tiện giao thông cá nhân tại Việt Nam xét về góc độ điều kiện cơ sở hạ tầng giao thông và khả năng tiêu dùng của người dân.

Động cơ lai điện nhiệt vận hành phụ trợ với động cơ nhiệt sử dụng nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG (Liquid Petroleum Gas) là một nguồn động lực sạch, hiệu suất cao và thích hợp với tiềm năng năng lượng của Việt Nam.

Xe gắn máy lai điện nhiệt được cải tiến từ xe hai bánh chạy điện (xe mô tô điện) là một giải pháp tối ưu cho đề tài nghiên cứu chế tạo phương tiện giao thông cá nhân phù hợp với nước ta.

Chương 3:

TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHO XE GẮN MÁY LAI

(HYBRID) SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ NHIÊN LIỆU

KHÍ HOÁ LỎNG LPG

3.1. Chọn sơ bộ khối lượng của các thành phần:

Khung sườn:

Bộ nguồn ắc quy:

Các bánh xe và động cơ điện:

Trọng tải (2 người):

Động cơ khí ga và máy phát xoay chiều:

Tổng cộng:

20 kg.

30 kg.

140 kg.

20 kg.

240 kg.

Chọn sơ bộ tổng khối lượng của xe để tính toán công suất động cơ

điện và các thông số động học của xe là 240 kg.

3.2. Xác định các thông số của động cơ điện:

3.2.1. Công suất:

Công suất cần thiết của động cơ điện có thể tạo ra lực kéo (kí hiệu FM) dùng để thắng lực cản lăn của mặt đường (FL) , lực cản lên dốc (FD) , lực cản gió (FG) và lực quán tính khi tăng tốc (FQ) . Phương trình cân bằng lực như sau:

FM = FL + FD + FG + FQ (1)

Lực cản lăn được tính: FL = f.G với f là hệ số cản lăn và G là tổng

trọng tải của xe,

ở đây G = 2400(N), như

được chọn sơ

bộ ở

phần trên.

Theo phạm vi hoạt động thường xuyên của xe là đường thành phố, hệ số

cản lăn được tính cho đường nhựa không phẳng với f = 0,018 ÷ 0,020. Chọn f = 0,020, ta tính được:

FL = 2400.0,020 = 48 (N)

Lực cản lên dốc được tính: FD = G.sinα với sinα là độ dốc của mặt

đường, chọn sinα = 0,1 (độ dốc 10%), ta có FD = 2400.0,1 =240(N).

Lực cản gió được tính: FG = k.S.v2 với k là hệ số cản không khí, S là diện tích cản chính diện và v là vận tốc của xe. Đối với xe gắn máy: k = 0,4÷0,5(Ns2/m4) và S = 0,4÷0,6(m2). Chọn k = 0,4(Ns2/m4), S = 0,4(m2) và

vận tốc xe được chọn v = 60(km/h) = 16,7(m/s) ta có FG = 0,4.0,4.16,7.16,7 = 45(N).

Lực quán tính: FQ = M.a với M là khối lượng toàn bộ và a là gia tốc của xe. Chọn gia tốc a = 1(m/s2) ta có FQ = 240.1 = 240(N).

Từ những tính toán trên, thay các giá trị tính được vào công thức (1) ta được:

FM = 48 + 240 + 45 + 240 = 573(N)

Tuy nhiên, để hạn chế công suất cho động cơ điện ta không cho phép xe hoạt động ở chế độ có cả 4 lực cản xảy ra cùng lúc. Chẳng hạn, khi xe lên dốc ta chỉ cho phép xe chạy đều và vận tốc nhỏ nên bỏ qua lực quán

tính và lực cản gió, hoặc khi xe đang chạy

ở tốc độ

tối đa thì xem như

không tồn tại lực cản lên dốc và lực quán tính. Như vậy, lực cần thiết của động cơ điện ở hai trường hợp này được tính lại là:

FMD = FL + FD = 48 + 240 = 288(N) FMG = FL + FG = 48 + 35 = 83(N)

Cả hai trường hợp này đều có lực cản chung nhỏ hơn trường hợp tổng

quát và phù hợp với chế độ hoạt động thực tế của xe. Trường xe chạy ở

tốc độ tối đa được xem là sử dụng hết công suất của động cơ điện, trường

hợp xe leo dốc tuy lực cản có lớn hơn nhưng lúc này nếu ta chạy xe với vận tốc rất bé thì công suất phụ tải cũng sẽ bé hơn trường hợp xe chạy ở tốc độ tối đa. Ta chọn trường hợp xe chạy ở tốc độ tối đa để xác định cân bằng công suất cho động cơ điện, khi đó FMG = 83(N) và vận tốc của xe v = 16,7(m/s). Ta có công suất cản của xe lúc này là:

PMG = FMG . v = 83 . 16,7 = 1386(W) (2)

Đây là công cản của xe, công suất cần thiết của động cơ điện để cân bằng

với công cản của xe trong trường hợp này là: PM = PMG / với suất của hệ thống truyền lực, chọn sơ bộ = 0,95 ta được:

là hiệu

PM = 1386 / 0,95 = 1459(W) (3)

Chọn công suất của động cơ điện cần trang bị cho xe này là:

PM = 1500(W) = 1,5(KW)

3.2.2. Hiệu điện thế của động cơ điện:

Với cùng một công suất, nếu tăng hiệu điện thế của động cơ điện thì dòng điện chạy trong mạch và khối lượng của động cơ điện sẽ giảm, tuy nhiên số lượng bình ắc quy 12V sẽ tăng và đòi hỏi xử lý tốt hơn 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 của hệ thống mà chỉ phụ thuộc vào công suất cần cung cấp.

Từ những ràng buộc trên, đồng thời dựa vào các bảng thống kê mức

điện áp của các loại động cơ

điện điện có trên thị

trường, ta chọn loại

động cơ điện có hiệu điện thế U = 48V. Với hiệu điện thế này khối lượng động cơ điện tương đối bé và số lượng bình ắc quy cũng vừa phải.

3.2.3. Chọn loại động cơ điện:

Hiện nay, động cơ

điện sử

dụng trên phương tiện giao thông có rất

nhiều loại 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 có chổi than. Xét về đặc tính cơ của động cơ thì động cơ điện một chiều sẽ cung cấp một mô men kéo tốt hơn động cơ điện xoay chiều (hình 31). Tuy nhiên, loại 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 chiều không có chổi than thì khắc

phục được nhược điểm của động cơ điện một chiều có chổi than nhưng

giá thành cao hơn và tỷ số G/P (trọng lượng / công suất) cũng lớn hơn.

Hình 31: Đường đặc tính cơ của 3 loại động cơ điện.

Động cơ xoay chiều còn có nhược điểm nữa là hệ thống điều khiển phức tạp, cần có bộ nghịch lưu để biến đổi điện một chiều (DC) từ ắc quy

thành dòng điện xoay chiều (AC) cung cấp cho động cơ. Từ những phân

tích trên ta chọn loại động cơ điện một chiều không có chổi than để lắp

đặt cho xe cần thiết kế. Hiện nay, trên thị trường có bán loại động cơ một chiều không có chổi than DC EBM08 do Trung Quốc sản xuất với hiệu điện thế định mức DC 48V và công xuất từ 120W 1500W, ta chọn loại

động cơ

này để

làm nguồn động lực cho xe cần thiết kế. Loại đông cơ

điện này được lắp trực tiếp vào may ơ bánh xe. Để hạn chế sự chênh lệch

lớn về phân bố tải trọng giữa hai bánh xe ta sử dụng một động cơ điện có

công suất 500W lắp

ở bánh trước và một động cơ

điện có công suất

1000W lắp ở bánh xe sau (tổng cộng bằng 1500W theo tính toán thiết kế).

3.3. Xác định các thông số cho bộ nguồn ắc quy:

Loại

ắc quy được chọn để

lắp đặt cho xe là

ắc quy axít chì vì nó

thông dụng và giá thành tương đối thấp, các loại ắc quy NiMH và Lithium ion tuy rất tốt nhưng hiện tại ở Việt Nam rất khó mua được và đồng thời nếu có mua được thì giá thành cũng rất cao. Với hiệu điện thế của động cơ điện được chọn là 48V, số lượng bình ắc quy cần thiết là 4 bình loại 12V. 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 = (1500/48) . 1 = 31,25(AH)

Vì dung lượng ắc quy được sản xuất theo tiêu chuẩn, chọn loại bình có hiệu điệu thế 12V và dung lượng 35AH. 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 khối bé hơn. Dựa vào thông số kỹ thuật của ắc quy do nhà

sản xuất cung cấp, loại ắc quy axít chì 12V35AH tốt nhất hiện nay có

khối lượng m1 = 10kg, loại động cơ điện 48V500W có khối lượng m2 = 7kg và loại động cơ điện 48V1000W có khối lượng m2 = 11kg . Như vậy, tổng khối lượng của hệ thống truyền động điện sẽ là:

m = 4 . m1 + m2 + m3 = 4 . 10 + 7 + 11 = 58(kg)

Giá trị

khối lượng sau khi thiết kế

tính toán tương đương với khối

lượng của hệ thống truyền động điện lựa chọn sơ bộ (60kg) và hệ số tỷ lệ

khối lượng sẽ là: = m / M = 58 / 240 = 0,23 = 23% < 30%

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

3.4. Tổng hợp các thông số của động cơ điện và bộ ắc quy:

Động cơ điện:

+ Kiểu: EBM08 (TQ).

+ Công suất : 1,5(KW).

+ Khối lượng: 18(kg).

Nguồn ắc quy:

+ Hiệu điện thế : 48(V).

+ Vòng quay định mức: 800(v/ph).

+ Mô men xoắn cực đại: 60(Nm).

+ Loại: N12V35AH (Đồng Nai). + Số lượng bình: 4(bình).

+ Khối lượng mỗi bình: 10(kg). + Kích thước: 200 x 100 x 80(mm).