báo cáo truyền động điện đề tài hệ truyền động xe ô tô điện

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.1 MB, 27 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

---BÁO CÁO

TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

GV.PHỤ TRÁCH: TS. NGUYỄN DUY ĐỈNH SINH VIÊN: HÀ ĐỨC THẮNG

MSSV: 20202699MÃ HỌC PHẦN: EE4332MÃ LỚP: 145432

Hà Nội, ngày 10 tháng 1 năm 2024

HA NOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU...i

MỤC LỤC...ii

DANH MỤC HÌNH VẼ...v

1. CƠNG NGHỆ XE Ơ TƠ ĐIỆN...1

1.1. Giới thiệu về ô tô điện...

1.2. Ưu nhược điểm...

1.4.2. Dòng xe điện Tesla Model S...5

1.4.3. Dòng xe điện Kia Soul EV...6

1.5. Cấu tạo của xe điện...

1.6. Phạm vi hoạt động...

2. CẤU TRÚC HỆ TRUYỀN ĐỘNG...9

2.1. Yêu cầu truyền động...

2.2. Lựa chọn cấu trúc truyền động...

3. TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ...10

3.1. Các bước tính chọn động cơ...

3.2. Tính tốn sơ bộ cơng suất động cơ...

3.2.1. Các thơng số từ bài tốn...10

4. THIẾT KẾ CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN...15

4.1. Cấu trúc điều khiển...

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

4.2. Điều khiển động cơ theo phương pháp FOC...

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các dịng xe điện trên thị trường...3

Hình 1.2 Xe điện VF-e34 của hãng Vinfast...4

Hình 1.3 Xe điện Tesla Model S của hãng Tesla...5

Hình 1.4 Dịng xe điện Kia Soul EV của hãng KIA...6

Hình 1.5 Cấu tạo cơ bản của ô tô điện...7

Hình 2.1 Hệ truyền động ô tô sử dụng cấu trúc truyền động biến tần – động cơ khơng đồng bộ...9

Hình 3.1 Catalog động cơ Siemens...11

Hình 3.2 Động cơ Siemens...12

Hình 3.2 Biến tần Siemens MICROMASTER 440...14

Hình 4.1 Mạch vịng điều khiển động cơ cho xe điện...15

Hình 4.2 Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển động cơ không đồng bộ theo phương pháp FOC...16

Hình 4.3 Vector dịng điện stator trên hệ toạ độ cố định αβ và hệ toạ độ quay dq. 18Hình 4.4 Mơ hình từ thơng trên Matlab Simulink...20

Hình 4.5 Cấu trúc bộ điều khiển dịng điện...22

Hình 4.6 Cấu trúc mạch vịng điều khiển dịng điện...23

Hình 4.7 Mạch vịng dịng điện trên Matlab...23

Hình 4.8 Cấu trúc mạch vịng điều khiển từ thơng rotor...24

Hình 4.9 Mạch vịng từ thơng trên Matlab...24

Hình 4.10 Cấu trúc mạch vịng điều khiển tốc độ...25

Hình 6.9 Momen tải và momen điện từ của động cơ...32

Hình 6.10 Dịng điện stator động cơ...33

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Hình 6.17 Dịng điện stator động cơ...35

Hình 6.23 Momen tải và momen điện từ của động cơ...38

Hình 6.24 Dịng điện stator động cơ...38

Hình 6.25 Dịng điện trục d và trục q...38

Hình 6.26 Đáp ứng từ thơng động cơ...39

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

ĐỀ TÀI: HỆ TRUYỀN ĐỘNG XE Ô TÔ ĐIỆN

(Ghi chú: x = 6)

Thiết kế hệ truyền động xe ô tô điện với thông số như sau:

- Tải trọng định mức: m = 566 kgload

- Tải trọng xe: m = 1666 kg0

- Tốc độ tối đa : v = 160 km/hmax

- Thời gian tăng tốc lên 60 km/h: t = 6sacc

Yêu cầu:

- Mô tả nguyên lý, công nghệ.

- Xây dựng yêu cầu truyền động, cấu trúc hệ truyền động.- Tính chọn cơng suất động cơ.

- Thiết kế các mạch vòng điều chỉnh.- Thiết kế logic hoạt động của hệ thống.

- Mô phỏng kiểm chứng theo một kịch bản làm việc.

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

1. CƠNG NGHỆ XE Ơ TƠ ĐIỆN1.1. Giới thiệu về ơ tô điện

Cũng giống như các loại ô tô khác, ô tơ điện có hình dáng kích thước tươngđương với các dạng ô tô sử dụng động cơ xăng, dầu. Các xe ơ tơ chạy hồn tồnbằng điện (EV) đều được trang bị một hoặc nhiều motor điện thay thế cho độngcơ đốt trong.

Những chiếc xe này sử dụng một bộ nguồn ắc quy kéo để truyền năng lượngcho motor điện và phải được cắm ở các trạm sạc hoặc điện lưới. Bởi vì chạybằng điện cho nên phương tiện khơng có khí thải và lược bỏ đi những bộ phậncủa hệ thống nhiên liệu lỏng thơng thường như bình nhiên liệu, bơm nhiên liệu,đường ống nhiên liệu.

Chính vì vậy phát minh này đã giúp cải thiện ô nhiễm môi trường một cáchhiệu quả, tiết kiệm được nhiều nhiên liệu, dễ sử dụng và phù hợp với nhu cầu củangười sử dụng.

1.2. Ưu nhược điểm1.2.1. Ưu điểm

 Ơ tơ điện có cấu trúc đơn giản và dễ dàng lắp ráp. Người sử dụng ơ tơđiện sẽ ít phải bảo dưỡng xe hơn và sẽ tiết kiệm các chi phí bảo dưỡngnhư thay thế phụ tùng, thay dầu,… Người mua ô tô điện có thể nhậnđược các khoản hỗ trợ kinh phí từ nhà nước hoặc công ty.

 Thân thiện với môi trường, độ an tồn cao, chi phí tái nạp rẻ hơn nhiều sovới xăng và dầu. Chi phí bảo dưỡng như thay dầu nhớt, làm mát, bảodưỡng, kiểm duyệt khí thải được giảm bớt hoặc loại bỏ hồn tồn. Có thểcung cấp điện trở lại cho một số thiết bị điện dân dụng nếu cần. Ngay cảkhi nguồn điện dung để nạp ắc quy được tạo ra từ các nhà máy nhiệt điệndùng nhiên liệu hóa thạch thì hiệu quả sử dụng năng lượng của chúngvẫn cao hơn nhiều so với động cơ đốt trong.

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

 Giảm thiểu quan ngại về cháy nổ. Ơ tơ điện có triển vọng hơn cả xe sửdụng hidro lỏng vì sự phổ dụng và chi phí phân phối rất thấp, khơng cầnđầu tư một hệ thống trạm nhiên liệu quy mô lớn và cực kỳ đắt tiền. Ngoàira, hiệu quả chuyển đổi năng lượng của xe còn cao hơn ắc quy nhiên liệuhidro lỏng.

 Điện có thể tạo ra từ các nguồn thủy điện, địa nhiệt, gió, hidro, mặt trờihoặc hạt nhân… là các nguồn năng lượng khơng phát thải khí độc hại gốccarbon. Ơ tơ điện sẽ làm giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóathạch. Làm giảm chi phí năng lượng đến 90%, ít gây ồn so với động cơđốt trong.

 Nâng hiệu suất sử dụng năng lượng lên 70% (bằng cách nạp lại điệnnăng) so với hiệu suất 15% (kể cả hệ thống truyền lực) trong các ứngdụng động cơ đốt trong. Tạo ra moment xoắn cao hơn và đường đặc tínhmoment xoắn khơng đổi, giúp xe có khả năng tăng tốc nhanh hơn. Giảm bớt hiệu ứng nhà kính và tình trạng nóng lên của trái đất. Khơng

thải ra khí xả độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

 Hồn tồn có thể đáp ứng tầm hoạt động dưới 500km, bằng loại ắc quyLithium ion. Nạp điện tại nhà hoặc nơi công cộng đơn giản, thuận tiệnhơn so với các cây xăng. Có thể thu hồi năng lượng trong quá trình phanh(bằng cách chuyển động năng của xe thành điện năng lưu trữ vào ắc quy). Ngoại trừ ắc quy, chi phí sản xuất các bộ phận khác rẻ hơn sơ với sửdụng động cơ đốt trong vì số chi tiết rời ít hơn và khơng địi hỏi gia cơngchính xác.

1.2.2. Nhược điểm

 Phạm vi hoạt động hạn chế, ít lựa chọn cho khách hàng.

 Hệ thống cơ sở hạ tầng hỗ trợ chưa hoàn thiện, có rất ít trạm nạp điệndành cho ơ tơ điện.

 Bị giới hạn về thời gian hoạt động và thời gian nạp lại đầy điện. 2

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

 Giá thành sản xuất cho ắc quy điện còn quá đắt, nằm trong khoảng từ1500USD/xe (ắc quy chì-axit) cho đến 20000USD/xe (ắc quy Lithium-ion), thay pin xe ơ tơ điện cịn tốn kém.

 Khối lượng vận chuyển bị hạn chế, tốc độ thấp.

 Một số loại ắc quy hoạt động kém hiệu quả khi gặp thời tiết lạnh giá. Pin dự trữ năng lượng sẽ nhanh chóng xuống cấp sau một thời gian sử

 Người sử dụng phải đối mặt với nguy cơ bị điện giật, nhiễm điện từ.

1.3. Phân loại

Hình 1.1 Các dịng xe điện trên thị trường

Có thể chia xe ơ tơ điện thành 4 dịng chính:

Xe Hybrid: hay cịn gọi là xe lai điện, đây là loại xe ô tô sử dụng kết hợp động

cơ đốt trong và động cơ điện. Động cơ điện sẽ hoạt khi chạy chậm khoảng trungbình dưới 30km/h, ngược lại khi tăng tốc thì động cơ điện chỉ đóng vai trị hỗ trợcho động cơ truyền thống. Với loại xe điên này, xăng và dầu diesel vẫn được coi lànguồn nguyên liệu chính để vận hành xe điện, nhưng động cơ điện với khả năng tựtái tạo đi kèm đóng vai trị nhất định trong việc giảm thiểu tác động cho môitrường.

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Xe Hybrid sạc ngoài (PHEV): là loại xe lai giữa xe ô tô điện và ô tô dùng

xăng dầu thông thường. Loại xe này có thể cắm bộ sạc ngồi cho pin năng lượng.Với xe điện PHEV, động cơ điện là động cơ chính, cịn động cơ xăng là phụ. Loạixe ơ tơ điện có khả năng di chuyển đoạn đường xa hơn và tiết kiệm được khoảng30-60% nhiên liệu xăng/dầu diesel.

Xe điện Battery electric vehicles (BEVs): cấu trúc của xe không bao gồm

động cơ xăng hay ống phun xăng, là loại xe điện chạy hoàn toàn bằng pin. Điệncủa xe này được lưu trữ trong pin sạc và cũng có thể được sạc từ nguồn bên ngồihoặc từ phanh tái tạo ngay bên trong xe. Một số dịng xe điện BEV hiện nay códung lượng pin rất lớn, thời gian sử dụng kéo dài lâu mà không cần phải liên tụcsạc lại.

Xe điện nhiên liệu Hydro (FCEV): Đây là dòng xe điện dùng pin nhiên liệu để

vận hành chuyển khí Hydro thành điện năng để cung cấp năng lượng cho máymóc.

1.4. Một số dịng xe điện tiêu biểu1.4.1. Dịng xe điện VF-e34

Hình 1.2 Xe điện VF-e34 của hãng Vinfast

VinFast VF-e34 là dòng xe ô tô điện thuộc phân khúc hạng C 4

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

SUV/crossover. Xe có kích thước tổng thể (dài x rộng x cao):4300x1793x1613mm. Chiều dài cơ sở: 2610,8mm, khoảng sáng gầm 180mm.Là mẫu xe ô tô điện thông minh đầu tiên tại Việt Nam được trang bị hàng loạttính năng thơng minh như: Ứng dụng trí tuệ nhân tạo AI, tương tác bằng tiếngviệt theo ngôn ngữ tự nhiên đa vùng miền, Hệ thống hỗ trợ người lái thôngminh, Điều khiển và tương tác với xe trên ứng dụng thông minh, cập nhậtphần mềm từ xa…..

Xe có các thơng số như sau: Cơng suất tối đa: 110kW. Momen xoắn cực đại: 242Nm. Quãng đường: 300 km/1 lần sạc. Giá tham khảo : 690 triệu đồng.

1.4.2. Dịng xe điện Tesla Model S

Hình 1.3 Xe điện Tesla Model S của hãng Tesla

Tesla là một trong những hãng xe chuyên sản xuất xe ô tô điện nổi tiếngkhắp thế giới. Tesla Model S là mẫu xe ô tô điện đầu tiên mà hãng này sản

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

xuất, mẫu xe hơi chạy bằng điện này cũng nhận được rất nhiều những giảithưởng cho riêng mình.

Xe có các thơng số như sau: Công suất tối đa: 315 mã lực. Momen xoắn cực đại: 441Nm. Quãng đường: 473 km/1 lần sạc. Giá tham khảo : 3,1 tỷ đồng.

1.4.3. Dòng xe điện Kia Soul EV

Hình 1.4 Dịng xe điện Kia Soul EV của hãng KIA

Xe ô tô điện Kia Soul EV sở hữu thiết kế vng vắn gần giống “hìnhhộp” với phần trần xe được vuốt gọn gàng, đầu xe hơi bo tròn nhưng vẫn hòanhập tốt với phần còn lại của xe. Thân xe vng vắn với viền cửa sổ góc cạnh,phía dưới là bộ lazang đậm chất tương lai với 5 chấu được sơn trắng bắt mắt.Đuôi xe là chi tiết gây ấn tượng mạnh nhất với cụm đèn hậu siêu dài ôm trọncả nửa trên đuôi xe.

Xe có các thông số như sau:

6

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

6. MƠ PHỎNG

6.1. Kịch bản và cấu trúc mơ phỏng6.1.1. Cấu trúc mơ phỏng

Hình 6.21 Sơ đồ mơ phỏng hệ truyền động xe điện trên phần mềm Matlab/Simulink

Hình 6.22 Sơ đồ Inverter

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Hình 6.23 Khối điều khiển FOC

Hình 6.24 Khơi phát xung PWM

30

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

Hình 6.25 Thơng số động cơ

6.1.2. Kịch bản

Thay đổi giá trị tốc độ động cơ, momen tải, từ đó ta xem đáp ứng tốc độ thựctế của xe, tốc độ động cơ, gia tốc của xe, momen,…

Ta mô phỏng với 3 kịch bản hoạt động của xe như sau:

 Kịch bản 1: Ơ tơ chạy đầy tải (tức 4 người) trên đường bằng phẳng với các

giai đoạn thay đổi tốc độ (tăng tốc, ổn định, thay đổi tốc độ, giảm tốc).Cụ thể như sau:

o Từ 0 – 0,3s tốc độ là 0 km/h.

o Từ 0,3 – 6,3s tốc độ tăng dần từ 0 60 km/h.o Từ 6,3 – 10s tốc độ ổn định ở 60 km/h.o Từ 10 – 14s tốc độ tăng dần từ 60 90 km/h.o Từ 14 – 22s tốc độ ổn định ở 90 km/h.o Từ 22 – 28s tốc độ giảm dần từ 90 40 km/h.o Từ 28 – 34s tốc độ ổn định ở 40 km/h.o Từ 34 – 42s tốc độ giảm dần từ 40 0 km/h.

Momen tải bằng momen quy đổi lớn nhất về đầu trục động cơ: Mload = 155,25 Nm

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

 Kịch bản 2: Ơ tơ chạy non tải (chỉ 1 người lái) trên trường bằng phẳng và

cũng có các giai đoạn như trường hợp 1.

Các giai đoạn thay đổi tốc độ giống với kịch bản 1, tuy nhiên momen tải chỉbằng ¼ so với kịch bản 1.

 Kịch bản 3: Ô tô chạy đầy tải với các giai đoạn lên dốc 5%, chạy đường

bằng phẳng và xuống dốc 5%.Cụ thể như sau:

o Từ 0 – 0,3s tốc độ là 0 km/h.

o Từ 0,3 – 6,3s tốc độ tăng dần từ 0 60 km/h.o Từ 6,3 – 30s tốc độ ổn định ở 60 km/h.

Momen tải thay đổi theo các giai đoạn lên dốc, xuống dốc và đường bằngphẳng.

6.1.3. Các thông số mô phỏng

 Thông số động cơ:

 Công suất định mức: P = 55 kW  Tốc độ định mức: v = 2965 vg/ph Hiệu suất: η = 94,3%

 Hệ số cơng suất: cosφ = 0,88 Dịng stator định mức: I = 96 A1đm

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Thông số PI từ thông Kp2; Ki2 Kp2 = 5; Ki2 = 100Thông số PI tốc độ Kp3; Ki3 Kp3 = 10; Ki3 = 300

6.2. Kết quả mô phỏng kịch bản 16.2.1. Tốc độ của xe

Hình 6.26 Đáp ứng tốc độ của xe

6.2.2. Gia tốc của xe

Hình 6.27 Gia tốc của xe

6.2.3. Tốc độ động cơ

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

Hình 6.30 Dịng điện stator động cơ

Hình 6.31 Dịng điện trục d và trục q

6.2.6. Từ thơng động cơ

Hình 6.32 Đáp ứng từ thông động cơ

6.3. Kết quả mô phỏng kịch bản 26.3.1. Tốc độ của xe

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

6.3.6. Từ thơng động cơ

Hình 6.39 Đáp ứng từ thơng động cơ

6.4. Kết quả mô phỏng kịch bản 36.4.1. Tốc độ của xe

Hình 6.40 Đáp ứng tốc độ của xe

6.4.2. Gia tốc của xe

38

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

Hình 6.41 Gia tốc của xe

6.4.3. Tốc độ động cơ

Hình 6.42 Tốc độ động cơ

6.4.4. Momen động cơ

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

Hình 6.43 Momen tải và momen điện từ của động cơ

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Hình 6.46 Đáp ứng từ thông động cơ

Nhận xét:

 Các giá trị đáp ứng bám sát giá trị đặt, chẳng hạn:o Sai lệch đáp ứng tốc độ của xe: <1 %o Gia tốc của xe thỏa mãn bài toán thiết kế.

o Các mạch vòng được thiết kế đã hoạt động chính xác yêu cầu. Động cơ đáp ứng được các q trình mơ phỏng  lựa chọn động cơ thỏa

mãn yêu cầu bài toán.

 Hệ truyền động xe điện hoạt động đúng với yêu cầu  cấu trúc điều khiểnđưa ra là chính xác.

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Điện tử công suất Lê Văn Doanh (chủ biên), NXBKHKT 2004.

[2] Truyền động điện Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, NXBKHKT 2005.

[3] Điều khiển truyền động trong cơng nghiệp Bùi Quốc Khánh, Đồn Quang Vinh, Phạm Quang Đăng, Nguyễn Quang Địch 2020

42

</div>

báo cáo truyền động điện đề tài hệ truyền động xe ô tô điện

<b>TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ</b>

<b>---BÁO CÁO </b>

<b>TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN</b>

<i>HA NOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY</i>

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về