LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay khi xã hội này càng phát triển , nhu cầu sử dụng xe ôtô cùng với các phƣơng tiện sử dụng các loại nhiên liệu hóa thạch tăng cao. Nhƣng vấn đề ở đây là nguồn nguyên liệu này không phải là vô tận. Chúng ta khai thác một cách thiếu tổ chức và sử dụng chƣa hợp lý, đứng trƣớc nguy cơ một ngày nào đó chúng sẽ cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch. Do đó ngày nay đi cùng sự phát triển của khoa học ôtô sử dụng động cơ điện đã dần trở lên phổ biến hơn.
Trong một tƣơng lai không xa những chiếc ôtô điện sẽ là một phƣơng tiện di chuyển số một. Động cơ điện một chiều có cấu trúc từ kháng cho ôtô đang đƣợc sử dụng rộng rãi. Là loại động cơ ƣu việt dùng cho ôtô trong thời điểm hiện tại, với cấu trúc đơn giản nhƣng vấn đề hoạt động trên dải tốc độ của động cơ rất rộng luôn là mục tiêu tìm hiểu. Vì vậy em đƣợc bộ môn giao cho đề tài:“Tìm hiểuđộng cơ từ kháng và từ kháng có cấu trúc mới sử dụng cho ô tô điện”.
Đồ án gồm 3 chƣơng: Chƣơng 1:Tổng quan tình hình nghiên cứu ô tô điện trên thế giới và tại Việt Nam Chƣơng 2:Tìm hiểu động cơ từ kháng Chƣơng 3:Tìm hiểu động cơ từ kháng có cấu trúc mới sử dụng cho ô tô điện Em xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Điện Tự Động Công Nghiệp và đặc biệt là thầy GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn đã hƣớng dẫn nhiệt tình, cùng với quá trình tìm hiểu của bản thân giúp em hoàn thành bản đồ án này. Hải Phòng, ngày … tháng… năm…. Sinh viên 3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ô TÔ ĐIỆN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.
SƠ LƢỢC VỀ LỊCH SỬ Ô TÔ ĐIỆN 1. Thời kỳ đầu Ô tô điện không phải là một khái niệm mới mà trên thực tế đã có lịch sử lâu đời. Từ đầu thế kỷ 19, xe chạy bằng nguồn năng lƣợng điện đã có vị thế cạnh tranh tƣơng đƣơng với xe chạy bằng động cơ hơi nƣớc. Vào khoảng những năm 1832 và 1839, Robert Anderson ngƣời Scotland đã phát minh ra loại xe điện chuyên chở đầu tiên.
Năm 1842, hai nhà phát minh ngƣời Mỹ là Thomas Davenport và Scotsmen Robert Davidson trở thành những ngƣời đầu tiên đƣa pin vào sử dụng cho ô tô điện. Đến những năm 1865, Camille Faure đã thành công trong việc nâng cao khả năng lƣu trữ điện trong pin, giúp cho xe điện có thể di chuyển một quãng đƣờng dài hơn. Pháp và Anh là hai quốc gia đầu tiên đƣa ô tô điện vào phát triển trong hệ thống giao thông vào cuối thế kỷ 18. a) Chiếc xe đua La Jamais Contente (1899) 4 b) Edison và chiếc xe Detroit (1914) 1.
Suy yếu và biến mất Đến đầu thế kỷ 20, ô tô điện trở nên yếu thế so với ô tô sử dụng động cơ đốt trong do những nguyên nhân chính sau: - Vào thời điểm này, ngƣời ta đã tìm ra những mỏ dầu lớn trên thế giới dẫn đến việc hạ giá thành của dầu và các sản phẩm dẫn xuất trên toàn cầu. Vấn đề nhiên liệu cho xe chạy động cơ đốt trong trở nên đơn giản. - Về giá thành, năm 1928, một chiếc xe chạy điện có giá khoảng 1750 USD, trong khi đó một chiếc xe chạy xăng chỉ có giá khoảng 650 USD. - Về mặt kỹ thuật, công nghệ chế tạo động cơ đốt trong và công nghiệp ô tô có những tiến bộ vƣợt bậc: Charles Kettering đã phát minh ra bộ khởi động cho xe chạy xăng, Henry Ford đã phát minh ra các động cơ đốt trong có giá thành hạ, v.
Kết quả là đến năm 1935, ô tô điện đã gần nhƣ biến mất do không thể cạnh tranh đƣợc với xe chạy động cơ đốt trong. Sự trở lại và phát triển Bắt đầu từ thập niên 60, 70 của thế kỷ trƣớc, thế giới phải đối mặt với hai vấn đề lớn mang tính toàn cầu: - Vấn đề năng lƣợng: các nguồn năng lƣợng hóa thạch nhƣ dầu mỏ, than đá không phải là vô tận, chúng có khả năng bị cạn kiệt và không thể tái tạo đƣợc. Các phƣơng tiện giao thông sử dụng trực tiếp nguồn năng lƣợng này (xăng, dầu) chắc chắn sẽ không tồn tại trong tƣơng lai. Trong khi đó, điện năng là loại năng lƣợng rất linh hoạt, nó có thể đƣợc chuyển hóa từ nhiều nguồn năng lƣợng khác, trong đó có các nguồn năng lƣợng tái tạo vô tận nhƣ năng lƣợng gió, mặt trời, sóng biển, v.
Do vậy, các phƣơng tiện sử dụng điện là phƣơng tiện của tƣơng lai. - Vấn đề môi trƣờng: không khó để nhận ra rằng môi trƣờng hiện nay đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, mà một trong những nguyên nhân chính là khí thải từ các phƣơng tiện giao thông, đặc biệt là ô tô. Ô tô điện là lời giải triệt để cho vấn đề này do nó hoàn toàn không có khí thải. Nhƣ vậy, ta thấy rằng ô tô điện là giải pháp tối ƣu cho cả hai vấn đề lớn, đó là lý do khiến nó trở thành mối quan tâm đặc biệt từ nửa sau thế kỉ 20 trở lại đây, và càng ngày càng trở thành mối quan tâm lớn của ngành công nghiệp ô tô và các nhà khoa học trên toàn thế giới.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN Ô TÔ ĐIỆN TRÊN THẾ GIỚI 1.
Hoa Kỳ Năm 2009, trong chuyến thăm Trung tâm Nghiên cứu Ô tô điện Edison tại miền Nam California, tổng thống Mỹ Barack Obama đã duyệt khoản chi 2,4 tỷ đô-la cho việc nghiên cứu ô tô điện. Khoản chi từ ngân sách này đƣợc phân bổ nhƣ sau: 6 Từ cơ cấu khoản chi trên, ta thấy rằng nguồn năng lƣợng và hệ truyền động là những vấn đề then chốt trong nghiên cứu ô tô điện. Châu Âu Tại Châu Âu, xe plug-in hybrid và các bộ biến đổi điện tử công suất là những vấn đề chính đƣợc quan tâm nghiên cứu. Ô tô điện lai (plug-in hybrid electric vehicle) là loại xe sử dụng hỗn hợp cả năng lƣợng xăng và điện nhƣ tên gọi “hybrid”.
Thuật ngữ “plug-in” cho biết rằng xe có bộ nạp tích hợp sẵn, ngƣời dùng chỉ cần cắm điện vào nguồn lƣới dân dụng mà không cần một bộ nạp bên ngoài. Một số dòng xe hybrid đã đƣợc lƣu hành tại Việt Nam nhƣ Toyota Prius, Ford Escape Hybrid, Honda Civic Hybrid, v.Cấu hình xe plug-in hybrid. Nhật Bản Tại Nhật Bản, các hãng ô tô lớn đang lần lƣợt đƣa các mẫu xe thuần điện (pure Evs) ra thị trƣờng. Nissan “trống giong cờ mở” với Nissan Leaf, tuy vậy Mitsubishi mới là hãng đầu tiên tung ra xe điện thƣơng phẩm với i- MiEV.
Xe i-MiEV đã đƣợc giới thiệu ở Việt Nam tại triển lãm Ô tô Vietnam Motor Show 2010. Để có thể đƣa ra thị trƣờng mẫu xe ô tô điện i-MiEV, hãng Mitsubishi Motors đã mất hơn 40 năm nghiên cứu. Từ khi ấp ủ những ý tƣởng đầu tiên về xe ô tô điện, chính thức bắt đầu nghiên cứu từ năm 1966, cho đến nay, hãng Mitsubishi Motors đã chế tạo ra 10 mẫu xe concept với hơn 500.000 km chạy thử nghiệm trên toàn cầu.Xe ô tô điện i-MiEV đƣợc đƣa ra thị trƣờng. Trong giới nghiên cứu, các trƣờng đại học lớn ở Nhật đều có những phòng thí nghiệm, trung tâm nghiên cứu về ô tô điện.
Trung tâm nghiên cứu dƣới sự lãnh đạo của Giáo sƣ Yoichi Hori (sau đây gọi tắt là Hori-Lab) tại Viện Khoa học Công nghiệp, Trƣờng Đại học Tokyo là một trong những đơn vị tiên phong nghiên cứu về xe điện tại Nhật Bản. Những nghiên cứu của Hori-Lab tập trung vào 2 lĩnh vực chính: (1) Điều khiển chuyển động (Motion Control) và (2) Hệ thống năng lƣợng cho xe (Vehicle Power System). 8 Lĩnh vực (1) điều khiển chuyển động đƣợc thực hiện với những nhánh sau: - Điều khiển chuyển động bám mặt đƣờng. - Điều khiển ổn định động học thân xe trên cơ sở quan sát các biến trạng thái và quan sát nhiễu.
- Điều khiển hệ thống lái. Lĩnh vực (2) nghiên cứu hệ thống năng lƣợng cho xe đƣợc tập trung vào hai nhánh chính: - Sử dụng công nghệ siêu tụ điện (Ultra-capacitor) tích trữ năng lƣợng. - Sử dụng công nghệ truyền tải điện không dây (Wireless Power Transmission). Các nghiên cứu của Hori-Lab đều đƣợc thực nghiệm trên hệ thống xe điện thí nghiệm xây dựng tại trung tâm gồm xe UOT Electric March I, II sử dụng nguồn ắc quy và hệ thống xe điện nhỏ COMS 1, 2, 3 chạy hoàn toàn bằng siêu tụ điện.
(a) Xe điện nhỏ COMS3 sử dụng siêu tụ 9 (b) Xe điện UOT Electric March II 1. Hàn Quốc và Trung Quốc Công nghệ truyền tải điện không dây ứng dụng trong xe điện đƣợc khai thác mạnh mẽ bởi các nhà nghiên cứu thuộc Viện Khoa học và Công nghệ tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) với dự án chế tạo xe điện nạp năng lƣợng từ dƣới đất trong suốt quá trình hoạt động (OnLine Electric Vehicle – OLEV). Các sản phẩm xe bus điện thuộc dự án này đang chạy thử nghiệm rất tốt trong khuôn viên của KAIST và Công viên Grand Seoul.Xe điện OLEV nạp điện không dây online tại KAIST 10 Tại Thƣợng Hải, Trung Quốc, xe bus điện sử dụng siêu tụ của hãng SINAUTEC đang gây tiếng vang mạnh mẽ. Siêu tụ đƣợc nạp nhanh chóng tại mỗi điểm dừng của xe bus.
Xe bus điện sử dụng siêu tụ tại Thƣợng Hải. Xu thế phát triển của ô tô điện Theo thời gian, ta có một số mốc dự đoán nhƣ sau: - Cuối năm 2010: Một số ô tô điện đã đƣợc giới thiệu và xuất hiện trên thị trƣờng. - Năm 2011: Rất nhiều hãng sẽ cho ra đời sản phẩm ô tô điện (theo các tuyên bố trƣớc đó). - Năm 2015: Châu Á – Thái Bình Dƣơng sẽ là thị trƣờng lớn nhất về ô tô điện.
Về cấu hình xe, các chuyên gia đều thống nhất rằng ô tô điện thuần (pure EV) là điểm phát triển cao nhất của ô tô điện, các cấu hình xe lai (hybrid) chỉ là bƣớc đệm về công nghệ trong quá trình quá độ từ xe chạy động cơ đốt trong lên xe điện.Ô TÔ ĐIỆN TẠI VIỆT NAM Trong khi làn sóng nghiên cứu ô tô điện đang nổi lên mạnh mẽ trên thế giới thì tại Việt Nam, đối tƣợng này chƣa nhận đƣợc sự quan tâm thích đáng của các nhà khoa học, giới doanh nghiệp cũng nhƣ các nhà làm chính sách. Qua khảo sát tình hình những năm vừa qua, có thể khẳng định rằng ở Việt Nam chƣa hề có một nghiên cứu nào thực sự bài bản, khoa học và mang tính hệ thống về ô tô điện.Trong vài năm trở lại đây, một số sản phẩm xe điện mang tính thử nghiệm đã đƣợc nghiên cứu chế tạo bởi các nhà khoa học và những nhà sáng chế không chuyên Việt Nam.