Nghiên cứu hệ thống động lực và điều khiển động lực xe điện tốc độ chậm

ðại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

NGUYỄN TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC VÀ
ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM
Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô – máy kéo

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2011


CƠNG TRÌNH ðƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA
ðẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : ............................................................................
Chữ ký

TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ...................................................................................
Chữ ký

Cán bộ chấm nhận xét 2 : ...................................................................................
Chữ ký

Luận văn thạc sĩ ñược bảo vệ tại HỘI ðỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA,
ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .

ðẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------

ðộc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm . . . . . .

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: NGUYỄN TRUNG KIÊN

Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 28/07/1982

Nơi sinh : TP.HCM

Chuyên ngành : Kỹ thuật Ơ tơ – Máy kéo

MSHV: 01308282

Khố (Năm trúng tuyển) : 2008
1- TÊN ðỀ TÀI: “Nghiên cứu hệ thống ñộng lực và ñiều khiển ñộng lực xe
ñiện tốc ñộ chậm”
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
a. Nghiên cứu hệ thống ñộng lực và ñiều khiển ñộng lực, quản lý năng
lượng xe điện 04 chỗ ngồi.
b. Nghiên cứu và tính tốn năng lượng tiêu thụ cho hành trình vận chuyển,
tính tốn tính ñộng lực học của ô tô thiết kế.

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 05 / 07 / 2011
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 05/12/2011
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI

TS. TRẦN HỮU NHÂN

Nội dung và ñề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chun ngành thơng qua.
Ngày
tháng
năm
TRƯỞNG PHỊNG ðT – SðH
TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG


LỜI CẢM ƠN
Sau 2 năm theo học chương trình đạo tạo thạc sĩ chun ngành Kỹ Thuật Ơ tơ – Máy kéo
thuộc Khoa Kỹ Thuật Giao Thông. Ở học kỳ cuối, em ñược thực hiện ñề tài “Nghiên cứu
hệ thống ñộng lực và ñiều khiển ñộng lực cho xe ñiện tốc ñộ chậm” do thầy TS. Nguyễn
Lê Duy Khải hướng dẫn.
Sau 7 tháng thực hiện, bao gồm cả thời gian thực hiện đề cương và lên phương án
giải quyết, hơm nay em đã hồn thành luận văn. Trong q trình làm luận văn, thầy TS.
Nguyễn Lê Duy Khải ñã hướng dẫn em rất nhiệt tình, chỉ cho em hướng đi ñúng cũng

như cung cấp các tài liệu cần thiết. Bên cạnh đó là sự hỗ trợ trong cơng việc của các anh
em, bạn bè và các bạn học viện trong lớp.
Em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Nguyễn Lê Duy Khải, các giảng viên khoa kỹ
thuật giao thông giao thơng và các anh em, bạn bè đồng nghiệp.
Mặc dù luận văn đã hồn thành nhưng do hạn chế về khả năng cũng như về thời
gian nên chắc chắn không thể tránh khỏi sai sót. Mong các thầy cơ, bạn bè góp ý, bổ sung
để đề tài có thể nhanh chóng đưa ra ứng dụng cho thành phố và có ý nghĩa hơn.
Học viên

NGUYỄN TRUNG KIÊN


TĨM TẮT LUẬN VĂN

Trong những năm gần đây, tình trạng ùn tắc, kẹt xe, tai nạn giao thông và ô nhiễm
môi trường ngày càng gia tăng. Xu hướng phát triển xe điện đã hình thành ngày càng rõ
rệt trên thị trường thế giới và cũng ñã ñến với Việt Nam khoảng 05 năm gần ñây. Tuy
nhiên mảng xe phục vụ cho nhu cầu đi lại xa thì thị trường xe ñiện ở Việt Nam chưa ñáp
ứng ñược nên số xe ñiện ñược sử dụng trên ñường hằng ngày là con số rất nhỏ.
Trong nước cũng có rất nhiều các cơng trình nghiên cứu chế tạo xe điện và cũng đã
có rất nhiều dự án được hồn thành. Tuy nhiên, lý do xe ñiện vẫn chưa ñược phổ biến là
do giá thành cịn cao, chế tạo nhỏ lẻ, khơng đáp ứng ñược nhu cầu ñi lại, mà cụ thể là khả
năng chịu tải thấp của dòng xe này. Trên cơ sở ñó, học viên nghiên cứu ñề tài này nhằm
ñưa ra phương án khả thi nhất cho dịng xe điện, đặc biệt là xe phục vụ trong các khu nội
bộ. Nếu chế tạo thành cơng sẽ là cơ sở để phát triển thêm các mảng xe khác sau này.
Nội dung nghiên cứu của luận văn gồm có các phần:
Chương 1. Nghiên cứu về mơi trường và tổng quan tình hình xe ñiện trên thế giới
và Việt Nam hiện nay.
Chương 2. Lựa chọn hệ thống ñộng lực cho xe. Bao gồm lựa chọn động cơ điện,
cụm bình điện tạo động lực cho xe, và các hệ dẫn ñộng.

Chương 3. Dựa trên cơ sở các chi tiết đã chọn ở Chương 2, tính tốn lại năng
lượng cần thiết cho xe điện hoạt động, tính số ắc quy cần trang bị và tính tốn tính động
lực học cho xe điện thiết kế.
Chương 4. Nghiên cứu chọn và tính tốn hệ thống điều khiển động lực cho xe,
chủ yếu là bộ ñiều khiển PCM (Powertrain Control Module) và xây dựng ngun lý
tính tốn cho bộ ñiều khiển này.
Chương 5. Nghiên cứu hệ thống quản lý năng lượng thông minh trên xe EMS
(Energy Management System) và ñưa ra các quy tắc hoạt ñộng cho EMS.
Chương 6. Kết luận, thống kê hiệu suất sử dụng, tính khả thi của mẫu xe thiết kế.


LUẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC &
ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................. - 1 Chương 1. Tổng quan ................................................................................................. - 2 1.1.

Mục tiêu, ñối tượng nghiên cứu ....................................................................... - 2 -

1.2.

Tình hình xe điện hiện nay: .............................................................................. - 4 -

Chương 2. Lựa chọn phương án xây dựng hệ thống ñộng lực ................................. - 12 2.1.

Tiêu chí thiết kế: ............................................................................................. - 12 -

2.2.

Chọn ñộng cơ ñiện: ........................................................................................ - 13 -

2.3.

Lựa chọn hộp giảm tốc: .................................................................................. - 36 -

2.4.

Chọn phương án bố trí chung trên xe: ............................................................ - 37 -

2.5.

Chọn loại ắc qui:............................................................................................. - 41 -

Chương 3. Tính tốn năng lượng và tính động lực học............................................ - 51 3.1.

Tính tốn năng lượng cần cung cấp cho xe ñiện: ........................................... - 51 -

3.2.

Tính tốn động lực học ................................................................................... - 57 -

Chương 4. Hệ thống ñiều khiển ñộng lực ................................................................ - 64 4.1.

Cơ sở lý thuyết ............................................................................................... - 64 -

4.2.

Các phương pháp ñiều khiển: ......................................................................... - 66 -

4.3.

Chọn bộ ñiều khiển ñộng lực: ........................................................................ - 71 -

4.4.

Các chi tiết khác trong hệ thống ñiều khiển: .................................................. - 79 -

Chương 5. Hệ thống quản lý năng lượng ................................................................. - 81 5.1.

Nguyên lý hoạt ñộng: ..................................................................................... - 81 -

5.2.

Bộ nạp ñiện:.................................................................................................... - 83 -

5.3.

Biến áp DC-DC Converter: ............................................................................ - 86 -

Chương 6. Kết luận................................................................................................... - 88 6.1.

Tính năng vận hành và hiệu suất của xe thiết kế:........................................... - 88 -

6.2.

Tính năng kinh tế của xe thiết kế: .................................................................. - 89 -

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ - 91 -

HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

Trang - 1 -

CBHD: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI


LUẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC &
ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

Chương 1. Tổng quan
1.1.

Mục tiêu, ñối tượng nghiên cứu

1.1.1. Mục tiêu nghiên cứu:
a. Thiết kế nguồn ñộng lực: bao gồm ñộng cơ điện và bình điện động lực và bình
điện cho các thiết bị phụ trợ.
- ðộng cơ ñiện: ðáp ứng cho việc tăng tốc xe ñến 30 km/h, tăng tốc và giảm
tốc nhẹ nhàng, tiết kiệm năng lượng. Có tính kinh tế, hiệu suất làm việc cao,
hoạt ñộng trên những qng đường ngắn.
- Bình điện: cung cấp cho xe điện 04 chỗ ngồi, ñủ năng lượng ñi quãng ñường
50_km mới phải nạp điện lại. ðảm bảo tính kinh tế và thực tiễn, là loại phổ biến
trên thị trường Việt Nam nhằm có thể đưa vào sản xuất hàng loạt.
- Năng lượng cho các thiết bị phụ trợ: cung cấp cho hệ thống ñiện tiện nghi
trên xe như kèn, ñèn, trợ lực lái, giải nhiệt…
b. Thiết kế hệ thống ñiều khiển ñộng lực: bao gồm 2 thành phần chính là cụm ñiều
khiển ñộng lực (PCM) và biến áp ñổi ñiện 1 chiều (DC-DC Converter)
- Cụm ñiều khiển ñộng lực (PCM: Powertrain Control Module) : Hệ thống này
có nhiệm vụ tiếp nhận thông tin về yêu cầu vận hành từ người lái, bao gồm bộ
điều khiển cơng suất , các tín hiệu ñầu vào và ñộng cơ ñiện, ñiều khiển thay ñổi

lực kéo tại bánh xe chủ ñộng phù hợp với yêu cầu sử dụng và điều kiện làm
việc của ơ tơ. Bộ điều khiển cơng suất kết hợp với bộ quản lý năng lượng ñể
cung cấp năng lượng cho ñộng cơ ñiện cũng như thu hồi năng lượng từ phanh
ñộng cơ. Ngồi ra, cụm PCM này cịn có nhiệm vụ cung cấp thơng tin về tình
trạng hoạt động của động cơ cho bộ ñiều tiết năng lượng (EMS: Energy
Management System) ñể EMS tính tốn năng lượng cần thiết cung cấp cho
động cơ.
- Ngồi ra, hệ thống điều khiển động lực cịn bao gồm các cảm biến đưa tín
hiệu vận hành và phản hồi từ ñộng cơ ñiện về cho bộ PCM và EMS như: tín
hiệu chân ga, chân thắng và tín hiệu phản hồi tình trạng hoạt động của động cơ
điện (điện áp, số vịng quay, nhiệt độ…).
c. Thiết kế hệ thống quản lý năng lượng: bao gồm cụm ñiều khiển năng lượng
(EMS), hệ thống nạp ñiện, thu hồi năng lượng từ phanh (Charger) và hệ thống
thơng tin, hiển thị tình trạng của xe (Monitor), biến áp 1 chiều (DC-DC
converter).

HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

Trang - 2 -

CBHD: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI


LUẬN
ẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN
”NGHI
CỨU HỆ THỐNG ðỘNG
ỘNG LỰC &
ðIỀU
ỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

- Cụm
ụm ñiều khiển năng lượng
ợng (Energy Management System): có nhiệm vụ
quản lý năng lượng
ợng từ cụm ắc qui, phân phối ñến ñộng cơ
ơ ñiện
ñi và các thiết bị
ñiện, theo dõi
õi tình trạng
tr
năng lượng trên xe ñểể vừa ñảm bảo cho hoạt ñộng của
xe, vừa
ừa ñảm bảo xe có ñủ năng lượng
l
cần thiết, tránh
ánh hư hỏng
h
, tăng tuổi thọ
cho cụm ắc qui;; Ngồi ra, EMS cịn quản
qu lý q trình nạp
ạp điện của xe, đảm bảo
thời
ời gian nạp điện nhanh mà
m khơng ảnh hưởng
ởng ñến tuổi thọ ắc qui.
- Biến
ến áp ñiều khiển động cơ
c (DC-DC
DC converter) có nhiệm

nhi
vụ chuyển đổi
năng lượng
ợng từ bộ ắc
ắ qui qua EMS ñến
ến các thiết bị phụ tải với điện áp phù
ph hợp.

Hình 1.1

Sơ đồ bộ biến áp DC-DC
DC Converter

- Hệệ thống sạc: tiếp nhận năng lượng
l
để đưa vềề EMS từ 2 nguồn:
• Từ
ừ nguồn điện AC.
• Từ năng lượng
ợng phanh tái sinh.
- Hệệ thống thơng tin: có nhiệm vụ đưa
đ các thơng số về tình trạng
tr
hoạt ñộng
của
ủa xe về cho EMS, giúp EMS quản lý và
v phân phối
ối năng lượng
l
phù hợp nhất.

Ngoài ra, hệệ thống cịn
c báo cho người lái về tình trạng
ạng năng lượng
l
của xe, các
hư hỏng nếu có.

HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN
ÊN

Trang - 3 -

CBHD: TS. NGUYỄN
NGUY
LÊ DUY KHẢI


LUẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC &
ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

Hình 1.2

Mơ hình của hệ thống nguồn động lực và điều khiển ñộng lực xe ñiện.

1.1.2. ðối tượng nghiên cứu:
- Hệ thống thiết kế cho xe 4 chỗ ngồi, hoạt ñộng hồn tồn bằng điện. Sử dụng
trong khn viên ðại học Bách khoa. Phục vụ cho nhu cầu ñi lại của cán bộ, cơng
nhân viên.
- Mở rộng, mơ hình có thể ñược sử dụng cho các khu nội bộ, cảng, trường học,
bệnh viện, khu mua sắm, khu du lịch…

1.1.3. Phương pháp nghiên cứu:
1.2.

Tập hợp thơng tin.
Xây dựng mơ hình lý thuyết.
Thị trường xe điện hiện nay:
1.2.1. Trên thế giới:

Tình hình sản xuất và sử dụng xe ñiện trên thế giới hiện nay rất phát triển, các hãng xe
cũng như các nước ñều nhảy vào cuộc cạnh tranh trong lĩnh vực chế tạo loại xe thân
thiện với môi trường này.
Việc sản xuất ôtô ñiện gần ñây ñã ñược mở rộng, mặc dù cịn hạn chế và tốc độ chậm.
Nhiều cơng ty quốc tế đang cạnh tranh sản xuất các dịng xe điện.
Nỗ lực của họ thường được hỗ trợ bởi những chính sách khuyến khích tài chính và
miễn giảm thuế. ðiều này dẫn tới việc hạ giá thành ơtơ điện, giúp cho loại xe này có

HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

Trang - 4 -

CBHD: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI


LUẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC &
ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

thể cạnh tranh được với giá của những loại ơtơ thơng thường, được trang bị động cơ
đốt trong.
Giá của ơtơ điện hiện ở mức 25.000-30.000 USD, so với hơn 40.000 USD trước đây.
Mitsubishi đã giới thiệu một ơtơ điện bốn chỗ ngồi với giá 30.500 USD, sau khi Chính

phủ Nhật Bản có chính sách khuyến khích tài chính với cơng ty này.
Nissan đã giới thiệu một ơtơ điện khác với giá 32.000 USD và cũng ñã nhận ñược sự
trợ giúp tài chính từ Chính phủ Nhật Bản, giúp giảm từ giá bán ban đầu là 40.500
USD. Mẫu ơtơ này sẽ có mặt tại thị trường Mỹ với giá 25.000 USD nhờ chính sách
miễn thuế đối với ơtơ điện ở Mỹ.
Tại Trung Quốc, cơng ty ơtơ quốc doanh Trung Quốc đã bắt ñầu bán ôtô ñiện với giá
25.000 USD. Tại Mỹ, Ford đang có kế hoạch bắt đầu tiếp thị ơtơ điện vào cuối năm
2011.
Ơtơ điện từng được sử dụng nhiều từ giữa thế kỷ 19 và ñầu thế kỷ 20, khi ñiện là dạng
năng lượng ưa thích hơn so với xăng.
Thực tế, xe lai (hybrid) ñầu tiên hoạt ñộng cả bằng ñiện và xăng ñã ñược chế tạo tại
Mỹ năm 1917. Tuy vậy, những phát triển về công nghệ, kinh tế và dịch vụ diễn ra vào
thời điểm đó nghiêng về hướng ơtơ chạy bằng xăng thay vì điện vì một chiếc xe chạy
bằng xăng có thể đi khoảng cách xa hơn ơtơ điện.
Ơtơ điện sẽ rất khó chiếm lại ưu thế các thị trường, ít nhất là trong ngắn hạn. Có hàng
trăm triệu ơtơ thơng thường đang được sử dụng trên khắp thế giới, so với vài nghìn
chiếc ơtơ điện.
ðể thay ñổi ngành này cần những nỗ lực lớn hơn nhiều so với hiện nay. Bất chấp sự hỗ
trợ tài chính của chính phủ và giảm thuế, ơtơ điện vẫn có tầm giá cao hơn ơtơ thơng
thường.
Thực tế, ơtơ điện sẽ cần nhiều sự hỗ trợ tài chính hơn để cạnh tranh kinh tế với ơtơ
thơng thường. ðó là chưa kể tới vấn ñề phụ thuộc vào xăng hoặc dầu diesel vốn đủ cho
ơtơ thơng thường chạy những qng đường dài, khơng như nhu cầu sạc lại ắcqui điện
trong cho những quãng thời gian và ñường ngắn hơn.

HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

Trang - 5 -

CBHD: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI

LUẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC &
ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

Ông Shai Agassi, chủ "Thung lũng Silicon" của Israel ñã ký thỏa thuận hợp tác trị giá
350 triệu USD với tập đồn HSBC để xây dựng mạng lưới ơtơ điện đầu tiên trên thế
giới.
ðây là một trong những dự án công nghệ sạch lớn nhất từ trước tới nay.
Theo ông Agasi, dự án Better Place là thành quả hợp tác kỹ thuật giữa Renault-Nissan,
chịu trách nhiệm cung cấp xe ñiện, và "Thung lũng Silicon" của ơng, đảm đương việc
xây dựng mạng lưới trạm sạc.
Các trạm sạc này sẽ khắc phục ñiểm bất tiện của ơtơ điện là "đời" pin ngắn, việc sạc và
thay pin khi đó sẽ đơn giản như thay và sạc pin ñiện thoại di ñộng. Hơn nữa, chủ xe sẽ
chỉ phải trả "thuê bao" hàng tháng như khi sử dụng điện thoại di động với chi phí trung
bình rẻ hơn so với dùng xe chạy xăng.
Trong khi các hãng sản xuất khác chú trọng ñầu tư vào loại xe nhiên liệu kép (xăng và
điện) để tránh chi phí q lớn thì HSBC và các đối tác của mình vẫn vững tin sản xuất
dịng xe chạy hồn tồn bằng điện.
Cụ thể các quốc gia đang có các chính sách phát triển ơ tơ điện như:
Trung Quốc:
Nhà sản xuất ơtơ BYD của Trung Quốc vừa cho biết họ ñang lên kế hoạch ñưa các sản
phẩm xe chạy ñiện và chạy nhiên liệu tổ hợp (hybrid) vào thị trường châu Âu trong
năm tới. Thực hiện kế hoạch này, BYD sẽ trở thành hãng xe Trung Quốc ñầu tiên gia
nhập thị trường xe sử dụng nhiên liệu thay thế của châu Âu.
Theo hãng tin Bloomberg, ông Paul Lin, một phát ngôn viên của BYD cho biết, chiếc
xe chạy ñiện E6 sẽ là một trong số những mẫu xe mà BYD dự kiến giới thiệu với
người tiêu dùng châu Âu. Chiếc E6 có thể chạy ñược 322 km mỗi lần xạc ñiện này
thậm chí cịn chưa được BYD bán ra tại thị trường Trung Quốc.
Ngồi thị trường châu Âu, BYD cịn đặt mục tiêu nhảy vào thị trường Mỹ khi nhận

thấy người tiêu dùng tại các thị trường này có xu hướng giảm tiêu thụ xăng và giảm
lượng khí thải.
Hàn Quốc:
HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

Trang - 6 -

CBHD: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI


LUẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC &
ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

Kỷ nguyên xe ñiện tốc ñộ cao sẽ mở ra tại Hàn Quốc vào năm tới. Bộ Kinh tế và tri
thức hơm 9/9 tại Phủ tổng thống đã giới thiệu dịng ô tô ñiện cỡ nhỏ tốc ñộ cao mang
tên BlueOn. Tại đây, Bộ cũng đã cơng bố kế hoạch sản xuất 1 triệu chiếc xe này cho
ñến năm 2020. Theo kế hoạch, việc sản xuất ñại trà xe ñiện sẽ ñược ñẩy nhanh từ năm
2017 thành 2014 và khoảng 20% thị phần xe trong nước sẽ ñược thay thế bởi xe điện
vào năm 2020.
Hàn Quốc đã sản xuất ơ tơ ñiện, nhưng ñó là xe ñiện tốc ñộ chậm, xe ý tưởng ñịnh
hướng mẫu xe tương lai hay xe chạy xăng chuyển đổi. Chưa có ơ tơ điện tốc độ cao
với vận tốc hơn 100km/giờ ñể sản xuất ñại trà.
BlueOn là loại xe ñiện thứ 2 trên thế giới ñược thương mại hóa sau mẫu xe i-MIEV
của hãng ơ tơ Mitsubishi của Nhật Bản ñược ra mắt vào tháng 3 năm nay. Tuy ra đời
sau, BlueOn có tính năng vượt trội đối thủ Nhật trên mọi khía cạnh, như qng ñường
ñi và thời gian sạc pin. ðiều này có nghĩa rằng các nhà sản xuất trong nước sẽ có lợi
thế hơn đối thủ trong thị trường ơ tơ thân thiện với mơi trường. ðiều đáng khích lệ hơn
nữa là sự hợp tác chặt chẽ giữa các công ty cung cấp vừa và nhỏ đã làm tăng tỷ lệ nội
địa hóa của xe ñiện lên ñến 90%. ðiều này giúp cho Hãng ô tô Hyundai tự phát triển
thành công 11 phụ tùng chủ chốt và qua đó tiết kiệm được một khoản chi phí lớn. Trên

thực tế, tỷ lệ tham gia của các nhà cung cấp vừa và nhỏ là 88%, tạo 1 ví dụ tốt về chiến
lược 2 bên cùng có lợi trong sự bắt tay giữa các cơng ty lớn và các cơng ty vừa và nhỏ.
ðức:
Chính phủ liên bang ðức ñã cam kết ñưa 1.000.000 xe ñiện áp dụng trên ñường bộ của
nước này vào năm 2020.
Bà Angel Merkel Thủ tướng ðức đã có cuộc gặp gỡ với nhiều nhà điều hành hàng đầu
từ các ngành cơng nghiệp ôtô của nước này tại Berlin vào ngày thứ Hai ñể khởi ñộng
kế hoạch quốc gia vận ñộng phát triển ñiện. Tại sự kiện này, VW ñã trình bày mẫu
2013 Golf blue, một phiên bản dành cho tất cả các mẫu xe điện của mơ hình thành
cơng nhất ở châu Âu.
Brazil: Thị trường ô tô lớn thứ 4 thế giới
Theo thống kê của Hiệp hội các nhà sản xuất ô tơ Anfavea, Brazil đã chính thức vượt
ðức và trở thành thị trường ô tô lớn thứ 4 thế giới trong năm 2010.

HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

Trang - 7 -

CBHD: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI


LUẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC &
ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

Tính đến cuối năm 2010, có khoảng 3,45 triệu ơ tơ ñược bán tại thị trường Brazil, tăng
gần 10% so với năm 2009, và ñưa quốc gia Nam Mỹ này vượt ðức trở thành thị
trường ô tô lớn thứ 4 thế giới - sau Trung Quốc, Mỹ và Nhật Bản.
Xét về phương diện chế tạo, Brazil là nhà sản xuất ô tô lớn thứ 6 thế giới với tổng sản
lượng 3,64 triệu ô tô với 17 thương hiệu khác nhau. Con số này có thể cịn tiếp tục
tăng trong thời gian tới, khi Hyundai (Hàn Quốc) và Chery (Trung Quốc) có kế hoạch

mở thêm các nhà máy sản xuất mới. Theo Anfavea, 6% ơ tơ sản xuất tại Brazil được
xuất khẩu sang Argentina và 20% xuất sang các khu vực khác. Tính chung trong cả
năm 2010, Brazil đã xuất khẩu khoảng 780.000 ơ tơ, tăng 64% so với năm 2009. Cịn
trên phương diện nhập khẩu, 50% số ô tô nhập khẩu là từ Argentina, 22% từ Hàn Quốc
và Trung Quốc, 10% từ Mexico và 6,5% từ châu Âu và Mỹ. Tuy nhiên, tình hình có
thể thay đổi khi đồng real tiếp tục tăng giá so với USD và euro, khiến ô tô nhập khẩu
trở nên rẻ, trong khi xuất khẩu gặp nhiều khó khăn.
Các hãng đi đầu về lĩnh vực này có thể kể đến những cái tên như:
Toyota & Honda:
2 hãng xe này dự ñịnh sẽ chinh phục thị trường ô tô ñiện ở Nhật Bản và Mỹ vào năm
2012, một phần trong chiến lược đa dạng hóa thế hệ tiếp theo của các loại xe thân
thiện với môi trường.
Toyota và Honda từng coi xe lai hybrid là loại xe ưu tiên về công nghệ thân thiện với
môi trường. Tận dụng nguồn vốn nghiên cứu và phát triển cùng với công nghệ accu ưu
việt từ các loại xe hybrid, hai hãng nói trên đang hướng tới những dịng xe thân thiện
với môi trường thế hệ tiếp theo.
Tại Triển lãm ô tô Los Angeles, Toyota cho ra mắt một phiên bản xe chạy ñiện thể
thao RAV4, loại xe ñiện ñược hợp tác chế tạo giữa Toyota và ñối tác Mỹ Tesla
Motors. Với hệ thống pin của Tesla, RAV4 có khả năng chạy liên tục khoảng 160 km
mới cần nạp ñiện.
1.2.2. Thị trường ơ tơ điện ở Việt Nam hiện nay:
Khác với thị trường quốc tế khá sôi nổi, thị trường ô tơ điện ở Việt Nam cịn ảm đạm,
chưa phát triển trên diện rộng. Một số hoạt động có thể kể ñến như:

HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

Trang - 8 -

CBHD: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI

LUẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC &
ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

Du lịch phố cổ, hồ Gươm bằng xe ñiện từ tháng 7
(Dân trí) - Thủ tướng Chính phủ cùng UBND TP.Hà Nội đã đồng ý cho khai trương và
thực hiện thí ñiểm Dự án xe ñiện phục vụ khách du lịch thăm quan trong phố cổ và
xung quanh hồ Hoàn Kiếm từ tháng 7/2010.
Theo kế hoạch khai trương vào ñầu tháng 7 tới đây, sẽ có 12 ơ tơ điện được ñưa vào
hoạt ñộng. Lộ trình của tuyến du lịch trong phố cổ có chiều dài khoảng 7km, đi qua 28
tuyến phố thương mại, 13 phố nghề, 22 đình, 9 đền, 3 chùa, 8 di tích lịch sử, thắng
cảnh khu vực hồ Hồn Kiếm và chợ ðồng Xn. Khu vực đường đơi trên phố ðinh
Tiên Hồng được chọn làm ga đầu và ga cuối của ơ tơ điện.

“Mỗi ơ tơ điện có khả năng chở được 8 người với giá vé là 15.000 đồng/người/lượt và
khơng chở hàng cồng kềnh; đối với trẻ em sẽ có những nghiên cứu về miễn, giảm hoặc
vận dụng theo như xe buýt hiện hành. Thời gian hoạt ñộng ban ngày là từ 8h30 16h30, buổi tối từ 19h - 23h; thời gian xe dừng ñỗ tại các điểm là 20 giây” - ơng Thủy
cho biết.

Hình 1.3

Xe ñiện dùng du lịch phố cổ, hồ Gươm

Dự án xây dựng ñường sắt và xe ñiện ở TPHCM:
HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

Trang - 9 -

CBHD: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI

LUẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC &
ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

Ngân hàng phát triển Á Châu ADB mới phê duyệt quyết ñịnh hỗ trợ tài chánh trị giá
trên một tỷ ñô la ñể thực hai dự án xây ñường sắt cao tốc tại thành phố Hồ Chí Minh.
Ngân khoản hỗ trợ thứ nhất dành cho hệ thống ñường xe ñiện ngầm dài trên 11 km,
phát xuất từ Bến Thành ñi qua trung tâm thành phố Hồ Chí Minh, sân bay quốc tế Tân
Sơn Nhất và đến Tham Lương.
Gói hỗ trợ thứ hai ñược dành cho dự án thiết lập ñường cao tốc tới phía Nam thành
phố Hồ Chí Minh, trên đoạn ñường 57 km xe ñiện cao tốc, từ Bến Lức, Long An ñến
Long Thành, ðồng Nai, sẽ giúp làm giảm hơn phân nửa lưu lượng giao thông trong
trung tâm thành phố Hồ Chí Minh. Một khi hịan thành tuyến đường sắt này, vịêc
chun chở hàng hóa giữa các cảng chính của thành phố sẽ ñược thuận lợi và nhanh
Tháng 8 khởi cơng tuyến xe điện đại lộ ðơng Tây, TPHCM
Chạy dọc theo đại lộ ðơng - Tây (rộng 8-10 làn xe) và nằm sát bờ kênh Bến Nghé Tàu Hũ, tuyến tramway sau khi hoàn thành sẽ trở thành một cú hích thúc đẩy phát
triển kinh tế - xã hội - du lịch cho thành phố.
1.2.3. Xe ñiện tốc ñộ chậm:
Ngồi những mẫu xe điện thuần túy như trên, hiện nay trên thị trường xe ñiện thế giới
xuất hiện 1 phân khúc mới: xe ñiện tốc ñộ chậm (NEV: Neighborhood Electric
Vehicles). Loại xe này ñược sử dụng chủ yếu trong các khu du lịch hoặc di chuyển
trong khu nội bộ với yêu cầu về tốc ñộ cũng như ñộ leo dốc khơng cao, chủ yếu đi
những qng đường ngắn, số lượng hành khách từ 02 – 06 người tùy vào mục đích sử
dụng. Ngồi ra loại xe này cịn được sử dụng ở các khu vực có giới hạn tốc ñộ, tốc ñộ
tối ña của xe thông thường khoảng 48km/h.
-

ðây là loại xe có tính cơ động cao, nhiều ưu ñiểm như:
Xe nhỏ gọn: trọng lượng dưới 1400kg, vận hành dễ dàng, êm ái.
Có thể nạp điện lại dễ dàng với nguồn ñiện dân dụng.

Do xe thiết kế ñể di chuyển trên những quãng ñường ngắn nên các yêu cầu về
khí động học, tiện nghi, chức năng an tồn đều ñược ñơn giản hóa tối ña giúp
giảm giá thành cũng như chi phí vận hành xe.
An tồn: tốc độ giới hạn dưới 48km/h.

HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

Trang - 10 -

CBHD: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI


LUẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC &
ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

- Nhược điểm: tầm hoạt động ngắn, tốc độ thấp, khơng thích hợp để đi trên đường
trường.
-

Ngồi ra, nếu cần thiết, xe vẫn có thể trang bị các thiết bị cơ bản trên ơ tơ như: kính

chắn gió, cần gạt nước và cả hệ thống túi khí nếu cần.

HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

Trang - 11 -

CBHD: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI

LUẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC &
ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

Chương 2. Lựa chọn phương án xây dựng hệ thống ñộng lực
2.1. Tiêu chí thiết kế:
2.5.1. Yêu cầu kỹ thuật của xe ñiện thiết kế:
-

-

-

-

Tải trọng: 4 người (bao gồm cả người lái)
o Khối lượng 1 người + vật dụng (trung bình): 80kg/người.
o Tổng tải trọng: 80x4 + 30= 306 kg ≈ 3230 N.
Tầm hoạt ñộng:
o Vận tốc cực ñại: 30 km/h.
o Quãng ñường hoạt ñộng: 50km trước khi phải nạp ñiện lại.
o Thời gian hoạt ñộng: 4 tiếng trước khi sạc lại ñiện.
ðiều kiện mặt ñường:
o Hệ số cản lăn: f = 0.02
o ðộ dốc cực ñại: i=10%.
Khả năng vận hành, trong điều kiện đầy tải (04 người):
o Có khả năng ñạt ñược vận tốc 30 km/h trong ñiều kiện ñường nằm ngang, có hệ
số cản lăn f = 0.02.
o Do xe chỉ chạy trong khuôn viên trường ðại học nên chỉ cần xe có khả năng
vượt dốc với độ dốc cực đại i=10%.

-

u cầu thời gian nạp điện:
o Có thể nạp ñầy 80% dung lượng accu trong 75 phút.
o Chế ñộ nạp chậm: nạp ñầy 100% dung lượng accu trong 4 giờ.
o Có thể nạp từ nguồn điện gia dụng (220V AC, 50 Hz).
2.5.2. Yêu cầu về tính kinh tế:

- Hệ thống ñộng lực là một trong những hệ thống chính của xe điện, nếu tối ưu được
chi phí chế tạo sẽ làm giảm giá thành của xe ñiện thiết kế rất nhiều. Nâng cao tính khả
thi của đề tài.
- ðề tài tập trung vào tính kinh tế và thích ứng của mẫu xe điện nên các bộ phận cấu
thành sẽ ñược ưu tiên lựa chọn theo hướng giảm giá thành chế tạo và sự phổ biến trên
thị trường Việt Nam. Tăng tỉ lệ nội địa hóa các bộ phận của xe ñiện thiết kế (khoảng
60%) ñể dễ dàng chế tạo, giảm thời gian chế tạo, mẫu xe nghiên cứu có giá thành dưới
150.000.000 VNð, thời gian chế tạo thành phẩm hàng loạt ước tính 90 giờ (~11 ngày
làm việc).

HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

Trang - 12 -

CBHD: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI


LUẬN
ẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN
”NGHI
CỨU HỆ THỐNG ðỘNG
ỘNG LỰC &

ðIỀU
ỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

2.2. Chọn ñộng cơ ñiện
ện:
I.Giới
ới thiệu các loại ñộng cơ
c ñiện:
A. ðộng cơ ñiện 1 chiều:
u:
1. Cấu tạo ñộng cơ ñiện
ñi 1 chiều:
-

Kết
ết cấu chủ yếu của máy ñiện một chiều như
nh (hình 3-1)
1) và có thể
th phân thành hai

phần chính là phần
ần tĩnh và
v phần quay.

Hình 2.1.

M cắt ngang và cắt
Mặt
ắt dọc của máy điện một chiều

1. Ổ bi

10. Cổ góp

2. Trục

11. Cực từ chính

3. Nắp

12. Dây quấn
ấn cực từ chính

4. Cánh quạt
qu

13. Lõi sắt
ắt phần ứng

5. Vỏ máy

14. Cực từ phụ

6. Cực từ

15. Dây quấn
ấn cực từ phụ

7. Lõi sắt
ắt phần ứng

16. Vỏ
ỏ máy (gông từ)

8. Dây quấn
ấn phần ứng

17. Dây quấn
ấn phần ứng

9. Chổi
ổi than

18. Rãnh phần
ần ứng

2. Nguyên lý làm việc
ệc ñộng cơ
c ñiện 1 chiều:
Khi ñặt một dây dẫn vào
ào trong từ
t trường và cho dịng điện
ện chạy qua dây dẫn thì
th từ
trường
ờng sẽ tác dụng một lực từ vào
v dây dẫn (dịng điện) vàà làm dây dẫn
d chuyển ñộng.
Chiều của lực từ ñược
ợc xác ñịnh theo quy tắc bàn

b tay trái.

HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN
ÊN

Trang - 13 -

CBHD: TS. NGUYỄN
NGUY
LÊ DUY KHẢI


LUẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC &
ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

0

0’

Hình 2.2.

1. Cuộn dây phần cảm
(cuộn kích từ)
2. Stator
3. Chổi than
4. Cổ góp điện
5. Cực từ
6. Cuộn dây phần ứng
7. Rotor

Sơ ñồ nguyên lý làm việc ñộng cơ ñiện 1 chiều

3. Phân loại ñộng cơ ñiện 1 chiều:
ðộng cơ ñiện một chiều được phân loại theo cách kích thích từ gồm có các loại sau:
ðộng cơ điện kích thích độc lập.
ðộng cơ điện kích thích song song.
ðộng cơ điện kích thích nối tiếp.
ðộng cơ điện kích thích hỗn hợp.
4. ðặc tính của động cơ điện một chiều:
Tùy theo cách kích thích từ, động cơ điện một chiều có những tính năng khác nhau
biểu diễn bằng các đường đặc tính làm việc, đặc tính động cơ khác nhau. Trong các
đặc tính đó, quan trọng nhất là đặc tính cơ biểu thị quan hệ giữa tốc độ quay và mơmen
n = f(M) hay ω = f(M). Dưới ñây sẽ khảo sát lần lượt ñặc tính cơ của từng loại ñộng cơ
ñiện một chiều.
a.) ðặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập và song song
ðặc tính cơ của động cơ ñiện một chiều là mối quan hệ giữa tốc ñộ quay và mômen
của ñộng cơ: n = f(M) hay ω = f(M).
Trong đó:

ω – tốc độ góc, rad/s
n – tốc ñộ quay, v/ph

HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

Trang - 14 -

CBHD: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI


LUẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC &

ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

M – mơmen, N.m
Khi nguồn điện một chiều có cơng suất rất lớn và điện áp khơng đổi thì mạch kích từ
thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này ñộng cơ ñược gọi là ñộng cơ kích
từ song song (hình 2.4).
Khi nguồn điện một chiều có cơng suất khơng đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch
kích từ mắc vào hai nguồn một chiều ñộc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là
động cơ kích từ ñộc lập (hình 2.3).
_

+

_

+

Uu

Uu

Rf

E

CKT

RKT

I

CKT

IKT

RKT

+

Rf

E

IKT
UKT

I
_

Hình 2.4. Sơ ñồ nguyên lý nối dây của
động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Hình 2.3. Sơ ñồ nguyên lý nối dây của ñộng
cơ ñiện một chiều kích từ song song

Phương trình đặc tính cơ n = f(M) được xây dựng từ các phương trình sức điện động
của máy và phương trình cân bằng sức ñiện ñộng của ñộng cơ ñiện một chiều.
Khi ñộng cơ làm việc, rotor mang cuộn ứng quay trong từ trường của cuộn cảm nên
trong cuộn ứng lại xuất hiện một sức điện động cảm ứng có chiều ngược lại với ñiện
áp ñặt vào phần ứng ñộng cơ. Theo sơ ñồ ngun lý ở (hình 2.3) và hình (2.4), có thể
viết phương trình cân bằng điện áp của mạch rotor như sau:

U u = E u + (R u + R f )I u

Trong đó:

(2.1)

Uu – điện áp phần ứng, V

Eu – sức ñiện ñộng phần ứng, V
Ru – ñiện trở của mạch phần ứng, Ω
Rf – ñiện trở phụ trong mạch phần ứng, Ω
Iu – dịng điện mạch phần ứng, A
Sức ñiện ñộng Eu của phần ứng ñộng cơ ñược xác ñịnh theo biểu thức:
HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

Trang - 15 -

CBHD: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI


LUẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC &
ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

Eu =

pN
Φω = K e Φω
2πa

Trong đó:

(2.2)

p – số đơi cực từ chính.
N – số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.
a – số đơi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng.

Φ – từ thơng kích từ dưới một cực từ, Wb.
ω=

Ke =

2πn
60 – tốc độ góc, rad/s.

pN
2πa – hệ số phụ thuộc vào kết cấu của máy và dây quấn.

Nếu biểu diễn sức ñiện ñộng theo tốc độ quay n (vịng/phút) thì sức điện động tỷ lệ với
tốc độ quay của rotor qua cơng thưc sau:
E u = K e Φn

Vì vậy:

Eu =

(2.3)

pN
Φn

60a

Từ phương trình (3.1) và (3.2) ta suy ra được phương trình đặc tính cơ ñiện của ñộng
cơ ñiện một chiều như sau:
ω=

Uu R u + R f
−
Iu
KΦ
KΦ

(2.4)

Mặc khác mơmen điện từ Mdt của ñộng cơ ñược xác ñịnh bởi công thức sau:

M dt = KΦI u
⇒ Iu =

M dt
KΦ

(2.5)

Thay giá trị Iu vào cơng thức (3.4), nếu bỏ qua tổn thất cơ thì mơmen trên trục động cơ
M bằng mơmen điện từ thì chúng ta sẽ được phương trình đặc tính cơ của ñộng cơ
ñiện một chiều kích từ ñộc lập.

ω=

U Ru + Rf
−
M
KΦ (KΦ) 2

HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

(2.6)

Trang - 16 -

CBHD: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI


LUẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC &
ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

ω

ω0 =

U
kφ

0
M
Hình 2.5. ðặc tính cơ của động cơ điện một
chiều kích từ độc lập

Phương trình (2.6) có dạng hàm bật nhất y = B + Ax, nên ñường biểu diễn trên hệ toạ

độ MOω trên (hình 3-11) là một đường thẳng với hệ số góc có trị số âm. ðường đặt

ω0 =
tính cơ cắt trục tung Oω tại điểm có tung ñộ:

U
kφ .

Tốc ñộ ω0 là tốc ñộ ứng với Mc = 0, nghĩa là khi động cơ khơng có lực cản nào cả. ðó
là tốc độ lớn nhất của động cơ mà khơng thể nào đạt được vì khơng bao giờ xảy ra Mc
= 0 (do lực ma sát ln tồn tại khi động cơ quay). Tốc độ ω0 gọi là tốc độ khơng tải lý
tưởng.
Khi tồn bộ các thơng số điện của động cơ là định mức như thiết kế (ghi trên nhãn
động cơ) và khơng mắc thêm ñiện trở phụ vào mạch ñộng cơ thì RΣ = Rư và phương
trình đặc tính cơ sẽ có phương trình như (3.7). ðường đặc tính cơ lúc này gọi là ñường
ñặc tính cơ tự nhiên.

ω=

U dm
Ru
−
M
KΦ dm (KΦ dm ) 2

(2.7)

Giá trị mơmen lớn nhất và dịng điện lớn nhất của ñộng cơ ñạt ñược khi ñộng cơ ñược
cấp ñiện ñầy ñủ mà tốc ñộ bằng 0. Trường hợp này xảy ra khi bắt ñầu mở máy và khi
ñộng cơ ñang chạy mà bị dừng lại vì bị kẹt hay bị tải q lớn khơng kéo được, dịng

U dm
R u lúc này có giá trị lớn và thường bằng: Inm = (10 ÷ 20)Idm. Giá trị dịng
điện
điện này có thể gây cháy hỏng ñộng cơ nếu hiện tượng tồn tại kéo dài.
I=

HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

Trang - 17 -

CBHD: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI


LUẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC &
ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

Do vậy khi mở máy phải thêm ñiện trở phụ Rf vào mạch rotor để hạn chế dịng điện
mở máy và khi ñộng cơ ñang chạy bị ngừng lại, cần phải nhanh chóng cắt dịng điện.

b.) ðặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
ðộng cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây
phần ứng như sơ ñồ ngun lý ở (hình 2.6).

_

+
I

IKT

Rf

E
Hình 2.6. Sơ đồ ngun lý nối dây của động cơ điện một chiều kích
từ nối tiếp

Với cách mắc nối tiếp, dịng điện kích từ bằng dịng điện phần ứng nên cuộn dây kích
từ nối tiếp có tiết diện dây lớn và số vịng dây ít. Từ thơng của động cơ phụ thuộc vào
dịng điện phần ứng (có nghĩa là phụ thuộc vào tải):
φ = k’.Iư

(2.8)

Trong ñó: k’ – hệ số phụ thuộc vào cấu tạo của cuộn dây kích từ.

φ
φbh

IưIư

0

Hình 2.7. Từ thơng động cơ điện một chiều
kích từ nối tiếp phụ thuộc vào dịng kích từ

Biểu thức (2.8) cho biết: từ thơng φ phụ thuộc vào dịng điện phần ứng (tức dịng điện
kích từ). ðiều này đúng khi mạch từ khơng bão hồ và khi dịng điện Iư < (0,8 ÷
HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

Trang - 18 -

CBHD: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI


LUẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC &
ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

0,9)Iñm. Tiếp tục tăng Iư thì tốc độ tăng từ thơng φ chậm hơn tốc độ tăng Iư rồi sau đó
khi tải lớn (Iư > Iđm), có thể coi φ = const vì mạch từ đã bị bão hồ (hình 2.7).
Xuất phát từ các phương trình cơ bản của động cơ ñiện một chiều, ta có:
U = E + Iư.Rư

(2.a)

E = k.φ.ω

(2.b)

M = k.φ.Iư = k.k’.I2ư

(2.c)

Ta tìm được phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp như
sau:
Thế (3.8) vào (3.b) rồi thay tiếp vào (3.a) ta rút ra:

ω=

R

U
− uΣ
kk' I u kk '

(2.d)

Rút Iư từ (3.c) và thay vào (3.d) sẽ được phương trình đặc tính cơ:

ω=

R
U
− uΣ
kk ' M kk '

(2.9)

ω

ωđm

A
M
Mc.đm
Hình 2.8. ðặc tính cơ của động cơ
điện một chiều kích thích nối tiếp

Phương trình (2.9) biểu diễn đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối
tiếp có dạng hyperbol.
Khi Mc = 0 (Iư = 0), theo (2.9) thì trị số sẽ vô cùng lớn. Thực tế, do luôn có Mc ≠ 0 vì

ln có lực ma sát ở cổ trục ñộng cơ và mạch từ khi Ikt = 0 vẫn cịn có từ dư (φdu ≠ 0)
nên khi khơng tải Mc ≈ 0, và tốc độ động cơ sẽ là:

HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

Trang - 19 -

ω0 =

U
kφ du .

CBHD: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI


LUẬN VĂN THẠC SỸ ”NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ðỘNG LỰC &
ðIỀU KHIỂN ðỘNG LỰC XE ðIỆN TỐC ðỘ CHẬM ”

Tốc ñộ này không phải lớn vô cùng nhưng do từ dư φdu nhỏ nên ω0 cũng lớn hơn
nhiều so với giá trị định mức (5 ÷ 6)ωđm và có thể gây nguy hiểm cho hệ truyền động
điện. Vì vậy, khơng ñược ñể ñộng cơ ñiện một chiều kích thích nối tiếp làm việc ở chế
độ khơng tải hoặc rơi vào tình trạng khơng tải. Do đường đặc tính cơ mềm nên tốc độ
động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp biến ñộng mạnh theo phụ tải. Ở vùng tải lớn
thì độ cứng đặc tính cơ lớn hơn, do đó tốc độ ít bị thay đổi mạnh theo tải.
c.) ðặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp
ðộng cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp ít gặp hơn các loại ñộng cơ ñã xét ở trên.
Trong động cơ loại này, từ thơng được tạo ra do tác dụng của 2 cuộn kích từ: một cuộn
song song và một cuộn nối tiếp (hình 3-15) và (hình 3-16). Do vậy, đường đặc tính cơ
của động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp (đường 3, đường 4) phân bổ giữa đặc tính
cơ của động cơ điện một chiều kích từ song song (đường 1) và đường đặc tính cơ của

động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp (ñường 2).
Nếu từ trường của cuộn song song tạo ra mạnh hơn từ trường của cuộn nối tiếp thì ñặc
tính cơ của ñộng cơ kích từ hỗn hợp (ñường 3) gần đặc tính cơ của động cơ kích từ
song song.
Nếu từ trường của cuộn nối tiếp tạo ra mạnh hơn từ trường của cuộn song song thì đặc
tính cơ của động cơ kích từ hỗn hợp (đường 4) gần đặc tính cơ của động cơ kích từ nối
tiếp.
ω

_

+

Uu
KTss

ω0
ωdm

RKT

IKT
E

KTdl

Rf

I
Hình 2.9. Sơ ñồ nguyên lý nối dây của

ñộng cơ ñiện một chiều kích từ hỗn hợp

2

1
3
4

M

Hình 2.10. ðặc tính cơ của ñộng cơ
ñiện một chiều kích từ hỗn hợp

B. ðộng cơ ñiện xoay chiều:
B.1. ðộng cơ ñiện xoay chiều 3 pha khơng đồng bộ:
ðộng cơ điện khơng đồng bộ được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế. Ưu ñiểm nổi bật
của loại ñộng cơ này là: cấu tạo ñơn giản, ñặc biệt là rotor lồng sóc; so với ñộng cơ

HVTH: NGUYỄN TRUNG KIÊN

Trang - 20 -

CBHD: TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI