Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự gia tăng nhanh chóng của các hoạt động công nghiệp và phương tiện giao thông sử dụng nhiên liệu hóa thạch (xăng, dầu) đang gây ra những hệ lụy môi trường nghiêm trọng, đặc biệt là phát thải khí nhà kính ($CO_2$), các chất khí độc hại ($CO, SO_2, NO_x, VOC$) và bụi mịn ($PM_{10}, PM_{2.5}$). Theo Báo cáo thường niên về chỉ số môi trường (The Environmental Performance Index - EPI) của tổ chức Môi trường Mỹ, Việt Nam nằm trong nhóm 10 quốc gia ô nhiễm không khí hàng đầu châu Á. Báo cáo của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) cũng chỉ ra rằng ngành giao thông vận tải đóng góp tới 24,34% tổng lượng phát thải carbon hàng năm. Tại các đô thị lớn như Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh, chỉ số chất lượng không khí (AQI) thường xuyên dao động ở mức báo động (150 - 200). Tính đến tháng 2/2020, Việt Nam có gần 3,6 triệu ô tô và hơn 45 triệu xe máy, là nguồn phát thải chính gây suy giảm chất lượng không khí.

Trước bối cảnh cạn kiệt tài nguyên nhiên liệu hóa thạch và nhu cầu chuyển đổi sang năng lượng xanh, xe máy điện sử dụng động cơ điện một chiều không chổi than (BLDC) trở thành xu hướng phát triển tất yếu nhờ hiệu suất cao (lên đến 90% so với 70 - 75% của động cơ DC có chổi than), không phát thải trực tiếp, tỷ lệ công suất/khối lượng cao và khả năng vận hành êm ái. Tuy nhiên, trước khi đưa vào sản xuất thương mại hoặc ứng dụng thực tế, động cơ điện cần trải qua quá trình kiểm định nghiêm ngặt trên các thiết bị chuyên dụng nhằm xác định các đặc tính cơ - điện, đánh giá ưu - nhược điểm và tìm ra phương án vận hành tối ưu.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là tìm hiểu nguyên lý hoạt động của động cơ BLDC, đồng thời nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình băng thử động cơ điện nhằm đo đạc, kiểm tra chính xác các thông số vận hành cốt lõi bao gồm tốc độ quay, lực, mô-men xoắn và công suất tức thời của động cơ.

Nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

  1. Khảo sát tình hình thị trường xe điện trong và ngoài nước.
  2. Khảo sát các loại động cơ điện dùng trên xe máy điện.
  3. Khảo sát các bộ điều khiển động cơ điện.
  4. Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều không chổi than (BLDC).
  5. Tìm hiểu, khảo sát các loại băng thử động cơ điện.
  6. Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh mô hình băng thử động cơ điện để tiến hành thử nghiệm động cơ.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống băng thử đo kiểm mô-men/tốc độ và động cơ điện một chiều không chổi than (BLDC) dùng cho xe hai bánh. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế cơ khí, tích hợp hệ thống cảm biến đo lường (Loadcell, cảm biến tiệm cận), mạch thu thập dữ liệu (Arduino, ADC HX711), phần mềm giám sát (LabVIEW) và thử nghiệm thực nghiệm tại Khoa Công nghệ Động lực - Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh trong khoảng thời gian từ ngày 01/09/2021 đến ngày 10/06/2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài vận dụng các cơ sở lý thuyết chuyên ngành về máy điện, điện tử ô tô và đo lường cảm biến:

  • Nguyên lý động cơ BLDC: Động cơ điện một chiều không chổi than gồm stato có các cuộn dây quấn 3 pha đặt trong các rãnh lõi thép kỹ thuật điện và roto là các nam châm vĩnh cửu bố trí xen kẽ cực Bắc - Nam. Động cơ sử dụng 3 cảm biến vị trí hiệu ứng Hall gắn trên stato (lệch pha $60^\circ$ hoặc $120^\circ$ điện) để nhận biết vị trí cực từ của roto, kết hợp cùng bộ điều khiển điện tử chuyển mạch các pha.
  • Nguyên lý tạo tải hãm dựa trên máy phát điện xoay chiều (Alternator): Mô hình sử dụng máy phát điện ô tô làm bộ hấp thụ công suất (tạo tải cản). Khi roto máy phát quay dưới tác động của động cơ thử nghiệm, dòng điện kích từ cấp vào cuộn dây roto tạo ra từ trường biến thiên cắt các cuộn dây stato 3 pha, sinh ra dòng điện cảm ứng. Dựa trên định luật Lenz, dòng điện cảm ứng sinh ra lực từ cản trở chuyển động quay của roto theo công thức:

$$F = I \cdot B \cdot l \cdot \sin\alpha$$

Trong đó:

  • $F$: Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn kín ($N$)

  • $I$: Cường độ dòng điện cảm ứng ($A$)

  • $B$: Cảm ứng từ ($T$)

  • $l$: Chiều dài đoạn dây dẫn ($m$)

  • $\alpha$: Góc tạo bởi vector cảm ứng từ $\vec{B}$ và dòng điện $I$

  • Phương pháp xác định mô-men tải: Vỏ stato máy phát điện được lắp đồng trục trên các ổ đỡ có khả năng xoay tự do quanh trục. Khi xuất hiện lực hãm điện từ, phản lực tác dụng lên vỏ máy phát làm vỏ có xu hướng quay cùng chiều. Một cánh tay đòn gắn trên vỏ máy phát sẽ tì lên cảm biến lực (Loadcell). Mô-men tải ($M_{load}$) tác dụng lên động cơ được tính bằng:

$$M_{load} = F \cdot R$$

Trong đó:

  • $M_{load}$: Mô-men tải hãm ($N \cdot m$)
  • $F$: Lực do cảm biến Loadcell thu nhận ($N$)
  • $R$: Khoảng cách từ tâm trục vỏ máy phát đến điểm tì tác dụng lực lên Loadcell ($m$)

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết, mô hình hóa thiết kế cơ khí 3D trên phần mềm SolidWorks, xây dựng mạch phần cứng giao tiếp thu thập dữ liệu qua cổng nối tiếp (Serial) với vi điều khiển Arduino ATmega328, lập trình giao diện đo lường thời gian thực bằng LabVIEW và tiến hành thực nghiệm đo đạc ở nhiều chế độ tải khác nhau. Nguồn dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu gồm các thông số kỹ thuật thực tế của các dòng xe máy điện, động cơ, bộ điều khiển thương mại, cùng các báo cáo môi trường từ WHO, IEA, HEI, IHME và tài liệu chuyên môn từ Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống băng thử động cơ điện BLDC được thiết kế và chế tạo bao gồm ba phân hệ chính: cơ khí động lực, phần cứng đo lường cảm biến và phần mềm thu thập/xử lý tín hiệu.

[Động cơ BLDC + Đĩa răng] ---> [Khớp nối & Mặt bích] ---> [Máy phát điện xoay chiều ô tô]
          |                                                               |
 [Cảm biến tiệm cận NPN]                                        [Cánh tay đòn R + Loadcell]
          |                                                               |
          |                                                    [Mạch ADC 24-bit HX711]
          \-----------------------\                  /--------------------/
                                   \                /
                             [Board Arduino ATmega328]
                                        | (Giao tiếp Serial)
                            [Máy tính - LabVIEW GUI]
                         (Hiển thị & Vẽ đồ thị n, M, P)

  1. Kết cấu cơ khí và hệ thống truyền động:

    • Giá đỡ khung kim loại được thiết kế trên SolidWorks để định vị đồng trục giữa động cơ thử nghiệm và máy phát điện ô tô.
    • Trục động cơ điện BLDC được liên kết với trục máy phát điện thông qua hệ thống mặt bích và khớp nối cơ khí.
    • Trên trục động cơ gắn một đĩa răng thép phục vụ việc đo tốc độ vòng quay.
    • Vỏ máy phát điện ô tô (loại tích hợp chổi than graphit, bộ tiết chế vi mạch và bộ nắn dòng 6-8 diode) được lắp đặt trên cơ cấu cho phép vỏ dao động góc quanh trục, truyền phản lực ép xuống cảm biến Loadcell thông qua cánh tay đòn có bán kính $R$.

  2. Hệ thống cảm biến và phần cứng thu thập dữ liệu (DAQ):

    • Đo lực và mô-men: Sử dụng cảm biến tải trọng Loadcell cấu tạo từ cầu điện trở biến dạng (Strain Gauge) theo cấu hình cầu Wheatstone. Tín hiệu điện áp vi sai siêu nhỏ từ Loadcell được đưa vào mạch biến đổi tương tự - số (ADC) chuyên dụng 24-bit HX711 nhằm khuếch đại và số hóa trước khi gửi đến vi điều khiển.
    • Đo tốc độ vòng quay: Sử dụng cảm biến tiệm cận phát hiện kim loại LJ12A3-4-Z/BX thuộc loại NPN. Khi đĩa răng quay qua đầu cảm biến, các xung điện áp mức thấp/cao liên tục được tạo ra và gửi về chân ngắt của vi điều khiển để tính toán tốc độ vòng quay (vòng/phút - rpm).
    • Khối điều khiển trung gian: Sử dụng board Arduino trang bị vi điều khiển 8-bit ATmega328 nhằm đọc xung từ cảm biến tiệm cận, đọc dữ liệu số 24-bit từ module HX711, xử lý sơ bộ và đóng gói dữ liệu truyền qua cổng USB/Serial lên máy tính.

  3. Giao diện phần mềm và xử lý dữ liệu:

    • Xây dựng chương trình trên nền tảng LabVIEW gồm hai thành phần chính: Giao diện người dùng (Front Panel) trực quan hiển thị các đồng hồ số, đồ thị thời gian thực và Sơ đồ khối (Block Diagram) chịu trách nhiệm nhận luồng dữ liệu từ cổng COM, phân tách chuỗi, tính toán mô-men theo công thức $M = F \cdot R$, tính tốc độ và công suất tức thời.
    • Chương trình tự động biểu diễn các đường đặc tính: đồ thị tốc độ theo thời gian, đồ thị mô-men theo thời gian và đồ thị đặc tính cơ tốc độ - mô-men ($n - M$).

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Chương 1 phân tích tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ vấn đề ô nhiễm môi trường không khí tại Việt Nam và xu hướng chuyển dịch phương tiện giao thông sang xe điện. Nội dung xác định rõ mục tiêu chế tạo băng thử kiểm tra tốc độ, mô-men động cơ BLDC; vạch ra 6 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể; xác định phương pháp nghiên cứu (kết hợp lý thuyết, thiết kế 3D, lập trình và thực nghiệm); liệt kê phương tiện thực hiện (máy tính cá nhân, phần mềm SolidWorks, LabVIEW, đồng hồ VOM, thước kẹp, máy hàn); và công bố bố cục gồm 5 chương của khóa luận.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2 trình bày tổng quan lý thuyết toàn diện phục vụ quá trình thiết kế:

  • Khảo sát thị trường xe điện và động cơ: Khảo sát thông số kỹ thuật chi tiết của các dòng xe máy điện trong và ngoài nước.
Hãng sản xuất Mẫu xe Loại động cơ Công suất cực đại Mô-men xoắn Điện áp / Pin Quãng đường 1 lần sạc Tốc độ tối đa
PEGA Pega - S PMSM 4000 W 140 N.m 72V - 32Ah 120 km 65 km/h
Newtech BLDC 2250 W - 72V - 20Ah 90 km 60 km/h
Aura 9 BLDC 1200 W - 60V - 20Ah 100 km 45 - 50 km/h
X-men 9 BLDC 1200 W - 60V - 20Ah 100 km 50 km/h
VinFast Klara (Lithium) Bosch BLDC 1200 W - Li-ion Bosch 80 km 50 km/h
Klara (Chì) BLDC 800 W 60 N.m Ắc quy chì 70 km 45 km/h
Ludo BLDC 1100 W 60 N.m 50.4V - 22Ah 68 km 33.5 km/h
Impes BLDC 1700 W 80 N.m 50.4V - 22Ah 68 km 49 km/h
YADEA Yadea G5 BLDC GTR 1200 W 19 N.m 60V - 24Ah Lithium 60 km 50 km/h
Yadea Ulike BLDC GTR 1000 W - 72V - 22Ah Lead acid 109 km 47 km/h
Yadea E3 BLDC GTR 500 W - 60V - 20Ah Lead acid 82 km 37 km/h
Yadea BuyE BLDC 4.0 1200 W - 72V - 20Ah Graphene 90 km 50 km/h
Quốc tế Super SOCO VS1 BLDC 4000 W 124 N.m 60V - 45Ah 140 km 80 km/h
Super SOCO cuX BLDC Bosch 1600 W - 60V - 30Ah 75 km 45 km/h
Kymco Like EV BLDC 3200 W - 50V - 13Ah 200 km 45 km/h
Niu Nqi GT Pro BLDC Bosch 3500 W - 60V - 70Ah 130 - 140 km 70 km/h
  • Khảo sát và lựa chọn động cơ - bộ điều khiển thử nghiệm: Phân tích các loại động cơ rời trên thị trường:
    • QS 205 50H V1 / 52H V: Hub motor BLDC, 2000 W, đường kính 10 inch, 48 - 72 V, 300 - 980 rpm, 24 cặp cực, 2 cảm biến Hall, hiệu suất 88%, mô-men xoắn 135 N.m.
    • QS 205 50H V2: BLDC PMSM Rotor ngoài, 2000 W, 48 - 96 V, hiệu suất 88 - 92%, mô-men 162 N.m.
    • X-men: Động cơ BLDC 1000 W, 48 - 60 - 72 V, tốc độ 55 - 60 km/h.
    • Yuma 2000W: Hub motor BLDC 2000 W, 10 inch, 72 V (10 - 83 A), 1 cảm biến Hall, hiệu suất 93%, mô-men 50 - 200 N.m.
    • Động cơ chọn thử nghiệm: Động cơ Humi 133M liền vành, loại BLDC PMSM rotor ngoài tích hợp bánh xe trung tâm, công suất định mức 500 W, điện áp hoạt động 48 - 60 V.
    • Bộ điều khiển chọn sử dụng: Humi S20 Plus (công suất 500 W, điện áp 48 - 60 V, tụ điện 80 V, tích hợp chức năng chống trộm, số lùi, chạy 2 chế độ Êm và Đa Năng khi mất cảm biến Hall).
  • Lý thuyết động cơ BLDC, máy phát điện ô tô và băng thử: Phân tích chi tiết stato 3 pha, roto nam châm vĩnh cửu, cảm biến vị trí Hall (lệch pha $60^\circ$ hoặc $120^\circ$ điện), cấu tạo máy phát điện xoay chiều ô tô (roto 6 cặp cực/12 cực từ, chổi than graphit, bộ tiết chế vi mạch, bộ chỉnh lưu 6-8 diode), thiết lập công thức tính lực hãm từ định luật Lenz ($F = I \cdot B \cdot l \cdot \sin\alpha$) và phương pháp đo mô-men ($M_{load} = F \cdot R$). Giới thiệu tổng quan tính năng phần mềm SolidWorks và LabVIEW.

CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ THU THẬP DỮ LIỆU

Chương 3 đi sâu vào thông số kỹ thuật và cấu tạo của các linh kiện đo lường phần cứng:

  • Cảm biến Loadcell: Sử dụng nguyên lý cầu điện trở Wheatstone gắn các tấm Strain Gauge kim loại, khi biến dạng cơ học dưới tác dụng của lực ép sẽ làm thay đổi điện trở và tạo ra điện áp chênh lệch tỉ lệ thuận với lực tác dụng.
  • Mạch chuyển đổi ADC 24-bit HX711: Mạch chuyển đổi chuyên dụng 24-bit với độ phân giải cao, nhận tín hiệu tương tự vi mô từ Loadcell và chuyển đổi thành chuỗi dữ liệu số chính xác.
  • Cảm biến tốc độ: Cảm biến tiệm cận phát hiện kim loại LJ12A3-4-Z/BX loại NPN ngõ ra, đấu nối các chân tín hiệu và nguồn để phát hiện răng của đĩa kim loại khi quay.
  • Khối vi điều khiển: Board mạch Arduino sử dụng vi điều khiển ATmega328, xử lý đọc xung tín hiệu từ cảm biến tốc độ và đọc dữ liệu số từ module HX711, sau đó truyền thông Serial với máy tính.

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH BĂNG THỬ ĐỘNG CƠ ĐIỆN

Chương 4 mô tả toàn bộ quy trình thiết kế cơ khí và thử nghiệm thực tế:

  • Thiết kế cơ khí 3D: Xây dựng bản vẽ kỹ thuật chi tiết của mặt bích khớp nối động cơ, bản vẽ giá đỡ động cơ và máy phát điện; lắp ráp mô hình 3D tổng thể trong môi trường SolidWorks (kiểm tra hướng nhìn trực diện, nhìn từ trên xuống).
  • Chế tạo thực tế: Gia công khung giá đỡ chịu lực, gia công cơ khí khớp nối - mặt bích liên kết trục động cơ Humi 133M với máy phát điện, lắp đặt đĩa răng đo tốc độ và bố trí cụm cảm biến Loadcell, cảm biến tiệm cận NPN.
  • Xây dựng chương trình LabVIEW: Thiết kế Front Panel (đồng hồ số, công tắc, màn hình đồ thị trực quan) và lập trình sơ đồ khối (Block Diagram) kết nối chuỗi xử lý tín hiệu.
  • Quá trình thử nghiệm và đánh giá: Vận hành hệ thống ở các điều kiện vận hành khác nhau. Nhóm tác giả thực hiện đo đạc và xuất ra các dạng đồ thị:
    • Biểu diễn đồ thị tốc độ động cơ theo thời gian ($n - t$).
    • Biểu diễn đồ thị mô-men theo thời gian ($M - t$) tại 3 mức tải khác nhau (Mức tải thứ 1, Mức tải thứ 2, Mức tải thứ 3).
    • Biểu diễn đồ thị đặc tính cơ tốc độ theo mô-men ($n - M$) tại cả 3 mức tải nói trên.

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Chương 5 đúc kết các kết quả đạt được về mặt thiết kế chế tạo cơ khí và hệ thống đo lường cảm biến - phần mềm; chỉ rõ các hạn chế tồn tại của mô hình và đề ra phương hướng nghiên cứu nâng cấp hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu và nhiệm vụ đề ra:

  • Kết quả chế tạo phần cứng: Chế tạo thành công băng thử động cơ điện BLDC hoàn chỉnh với khung giá đỡ vững chắc, cụm khớp nối - mặt bích truyền động đồng trục giữa động cơ Humi 133M (500 W) và máy phát điện xoay chiều ô tô.
  • Kết quả hệ thống đo lường và phần mềm: Tích hợp thành công cảm biến Loadcell qua mạch ADC 24-bit HX711 và cảm biến tiệm cận NPN LJ12A3-4-Z/BX với vi điều khiển Arduino ATmega328; lập trình thành công giao diện LabVIEW (Front Panel và Block Diagram) nhận dữ liệu ổn định qua cổng Serial, tự động tính toán mô-men tải ($M = F \cdot R$) và vẽ đồ thị thời gian thực.
  • Kết quả thực nghiệm: Tiến hành thử nghiệm thành công mô hình ở 3 cấp độ tải hãm khác nhau; thu thập và phân tích đầy đủ các đường đặc tính kỹ thuật gồm: đồ thị tốc độ theo thời gian, đồ thị mô-men theo thời gian cho 3 mức tải và đồ thị quan hệ tốc độ - mô-men ($n - M$) cho 3 mức tải.
  • Đóng góp kỹ thuật: Đề tài đề xuất giải pháp tận dụng máy phát điện xoay chiều ô tô kết hợp cánh tay đòn tì Loadcell để làm bộ tạo tải hãm và đo mô-men phản lực dựa trên định luật Lenz, mang lại giải pháp băng thử động cơ điện có chi phí thấp, kết cấu gọn gàng, phù hợp trang bị cho các phòng thí nghiệm đào tạo chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Căn cứ vào nội dung được trình bày trong khóa luận, các hạn chế và định hướng phát triển được xác định như sau:

  • Hạn chế của đề tài:
    • Quy mô thử nghiệm mới chỉ áp dụng cho động cơ điện BLDC công suất nhỏ (động cơ Humi 133M 500 W).
    • Việc điều chỉnh dòng kích từ để thay đổi tải hãm trên máy phát điện xoay chiều vẫn mang tính chất thủ công.
    • Quá trình vận hành ở tốc độ cao còn phát sinh rung động cơ khí ảnh hưởng nhất định đến độ ổn định tín hiệu của cảm biến lực Loadcell.
  • Hướng phát triển của đề tài:
    • Nâng cấp hệ thống điều khiển tự động hóa dòng kích từ của máy phát điện bằng thuật toán vi điều khiển hoặc mạch điều khiển công suất chuyên dụng để thay đổi tải hãm mượt mà theo chương trình định sẵn.
    • Mở rộng kết cấu cơ khí và công suất máy phát để kiểm tra được các loại động cơ xe điện có dải công suất lớn hơn (từ 1000 W đến 4000 W như các dòng động cơ QS, Yuma, Pega).
    • Hoàn thiện thuật toán lọc nhiễu số cho cảm biến Loadcell và cảm biến tốc độ trong LabVIEW nhằm nâng cao độ chính xác đo lường.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo giá trị cho sinh viên, học viên và giảng viên thuộc các chuyên ngành:

  • Công nghệ Kỹ thuật Ô tô & Công nghệ Động lực: Cung cấp thông số kỹ thuật thực tế phong phú của các dòng xe máy điện thương mại (VinFast, PEGA, YADEA, Super SOCO, Kymco, Niu) và các loại động cơ Hub Motor BLDC, bộ điều khiển thương mại (Humi S20 Plus).
  • Kỹ thuật Cơ điện tử & Kỹ thuật Đo lường - Điều khiển: Tham khảo phương pháp tích hợp cảm biến lực Loadcell cầu Wheatstone qua IC ADC 24-bit HX711, cảm biến tiệm cận NPN LJ12A3-4-Z/BX với vi điều khiển ATmega328, cũng như kỹ thuật lập trình giao diện thu thập dữ liệu nối tiếp và vẽ đồ thị thời gian thực trên LabVIEW.
  • Kỹ thuật Thiết kế Cơ khí: Cung cấp các phương án thiết kế bản vẽ 2D/3D giá đỡ, mặt bích và khớp nối đồng trục trong môi trường SolidWorks.

Câu hỏi thường gặp

1. Băng thử trong khóa luận sử dụng nguyên lý nào để tạo tải cản và đo mô-men xoắn của động cơ điện? Băng thử sử dụng một máy phát điện xoay chiều ô tô (Alternator) liên kết đồng trục với động cơ BLDC để tạo tải hãm dựa trên định luật Lenz (dòng điện cảm ứng sinh ra lực từ chống lại chuyển động quay). Vỏ máy phát được lắp xoay tự do quanh trục, khi có tải hãm, phản lực từ vỏ máy phát sẽ tì lên cảm biến Loadcell qua một cánh tay đòn khoảng cách $R$. Mô-men xoắn được xác định trực tiếp bằng công thức $M_{load} = F \cdot R$, trong đó $F$ là lực ép đo được từ Loadcell.

2. Động cơ và bộ điều khiển cụ thể nào được nhóm tác giả lựa chọn để lắp đặt và thử nghiệm trên mô hình? Nhóm tác giả đã lựa chọn động cơ BLDC PMSM Humi 133M liền vành (loại rotor ngoài gắn bánh xe trung tâm, công suất định mức 500 W, điện áp hoạt động 48 - 60 V) kết hợp cùng bộ điều khiển Humi S20 Plus (công suất 500 W, điện áp hoạt động 48 - 60 V, trang bị tụ điện 80 V và hỗ trợ 2 chế độ vận hành Êm / Đa Năng).

3. Hệ thống thu thập dữ liệu tốc độ và lực của băng thử gồm những linh kiện phần cứng nào? Hệ thống phần cứng thu thập dữ liệu gồm: cảm biến Loadcell (cầu điện trở Strain Gauge Wheatstone) kết hợp mạch chuyển đổi tương tự - số ADC 24-bit HX711 để đo lực/mô-men; cảm biến tiệm cận kim loại NPN LJ12A3-4-Z/BX đọc xung từ đĩa răng gắn trên trục động cơ để đo tốc độ; và một board Arduino mang vi điều khiển ATmega328 chịu trách nhiệm xử lý tín hiệu trung gian và truyền thông Serial lên máy tính.

4. Những phần mềm nào được nhóm tác giả ứng dụng trong toàn bộ quá trình thực hiện đề tài? Đề tài sử dụng phần mềm SolidWorks để thiết kế mô hình 3D, tính toán không gian và xuất bản vẽ kỹ thuật chi tiết của giá đỡ, mặt bích và khớp nối cơ khí; đồng thời sử dụng phần mềm LabVIEW (bao gồm Front Panel và Block Diagram) để lập trình giao diện điều khiển, thu thập dữ liệu đo từ Arduino và vẽ các đường đồ thị đặc tính kỹ thuật thời gian thực.

5. Thực nghiệm trên mô hình băng thử thực tế đã đo đạc và xuất ra những loại đồ thị nào? Quá trình thử nghiệm thực tế trên mô hình đã ghi nhận và vẽ thành công: (1) Đồ thị biểu diễn tốc độ động cơ theo thời gian ($n - t$); (2) Đồ thị biểu diễn mô-men theo thời gian ($M - t$) cho 3 mức tải hãm khác nhau (Mức tải thứ 1, Mức tải thứ 2, Mức tải thứ 3); và (3) Đồ thị đặc tính cơ biểu diễn tốc độ theo mô-men ($n - M$) tương ứng cho cả 3 mức tải hãm.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của nhóm tác giả tại Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh đã giải quyết thành công bài toán nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh mô hình băng thử động cơ điện BLDC phục vụ đo kiểm tốc độ và mô-men xoắn. Bằng việc ứng dụng máy phát điện xoay chiều ô tô làm bộ hãm tải theo định luật Lenz kết hợp cánh tay đòn tì cảm biến Loadcell, công trình mang lại một giải pháp kỹ thuật đo lường thực nghiệm có độ tin cậy và tính khả thi cao. Toàn bộ hệ thống phần cứng cơ khí (thiết kế trên SolidWorks), mạch đo lường (Loadcell HX711, cảm biến tiệm cận NPN, Arduino ATmega328) và phần mềm giám sát thời gian thực (LabVIEW) đã được tích hợp đồng bộ và kiểm chứng thành công qua các chế độ thử nghiệm tải thực tế. Đây là công trình kỹ thuật có giá trị thực tiễn và tính ứng dụng cao, đóng góp thiết thực cho công tác đào tạo và nghiên cứu thực nghiệm trong lĩnh vực công nghệ kỹ thuật ô tô điện.