CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Tính cấp thiết của đề tài Vấn đề ô nhiễm môi trường từ lâu đã trở thành vẫn đề được đem ra nhắc mỗi khi thế giới có những đợt biến đổi khí hậu, nóng lên toàn cầu,…. Nguyên nhân của việc này là do ảnh hưởng của các loại khí thải mà con người thải ra mỗi ngày mỗi giờ như khí CO, CO2, khí SOx, NOx,… đã và đang làm cho môi trường không khí ngày càng trở nên ô nhiễm gây ra tác hại không những đến bản thân chính con người mà con gây hại đến cả sự tồn tại của các loài sinh vật. Khí CO gây ngộ độc cho con người do nó gây ảnh hưởng đến việc vận chuyển Oxy trong máu.
Khi ngộ độc, khí CO này gắn chặt vào phân tử máu chiếm vị trí của Oxi làm cho máu không thể dẫn Oxy đi nuôi các tế bào. Khí CO2 gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu, biến đổi khí hậu và là một phần tạo nên hiện tượng mưa axit. Khí thải SOx và NOx là những tác nhân gây ô nhiễm không khí nghiêm trọng. Khí SOx khi phản ứng với nước mưa tạo ra axit H2SO4, dẫn đến hiện tượng mưa axit ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của thực vật.
Ngoài ra, sự hiện diện của SOx trong không khí còn gây ăn mòn kim loại, bê tông và các công trình kiến trúc. Trong khi đó, khí NOx không chỉ gây tổn thương tế bào phổi mà còn liên quan đến các vấn đề về tim mạch và hô hấp như hen suyễn, viêm phổi. Để giải quyết vấn đề này, nhiều quốc gia đã áp dụng các tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt như EURO5, EURO6 đối với các phương tiện sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, sự cạn kiệt dần của nguồn nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt là dầu mỏ - nguồn năng lượng chủ chốt của nền kinh tế toàn cầu, đã tạo nên nhu cầu cấp thiết phát triển các phương tiện giao thông tiết kiệm nhiên liệu hơn, trong đó xe điện được xem là một lựa chọn khả thi để đảm bảo cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải.
Do đó nhóm thực hiện quyết định chọn 1 đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển cho xe máy điện” để nghiên cứu và để có nhiều góc nhìn cụ thể hơn về xe điện. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1. Đối tượng nghiên cứu - Động cơ không đồng bộ 3 pha - Vi điều khiển STM32F103C8T6 - Phần mềm Matlab/ Simulink - Phần mềm STM32CubeMX - Phần mềm Keil uVision5 - Phần mềm Proteus 8 1. Phạm vi nghiên cứu - Tìm hiểu lý thuyết và nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha.
- Tìm hiểu, nghiên cứu phương pháp điều khiển động cơ xe điện. - Tìm hiểu và thiết kế mạch điện để điều khiển động cơ xe điện. Tình hình nghiên cứu và phát triển của đề tài 1. Trong nước Trong những năm gần đây, tình hình phát triển xe điện đang trở thành xu hướng tất yếu của sự phát triển toàn cầu nói chung và Việt Nam đang đi theo đúng lộ trình đó, phát triển đầy triển vọng, với sự hỗ trợ của chính phủ, sự hợp tác quốc tế và cam kết của cộng đồng nghiên cứu và doanh nghiệp.
Đã có nhiều đề tài nghiên cứu từ nhỏ đến lớn về lĩnh vực này: Luận văn thạc sĩ “Tính toán thiết kế hệ thống điều khiển trên xe máy điện” do Thạc sĩ Đinh Cao Trí nghiên cứu tại trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP. [1] Đồ án tốt nghiệp “ Thiết kế hệ thống điều khiển cho xe gắn máy điện” do Phạm Chí Linh và Lê Thị Thu Hải nghiên cứu tại trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP. [2] Startup VinFast là một trong những dẫn đầu về phát triển xe máy điện tại Việt Nam. Họ đã giới thiệu mẫu xe máy điện VF e-Lux với phạm vi hoạt động lên đến 120 km và thời gian 2 sạc nhanh chỉ 1 giờ.
VinFast cũng đang xây dựng hệ thống trạm sạc xe máy điện trên toàn quốc. PEGA và YADEA là hai startup Việt khác cũng đã cho ra mắt những mẫu xe máy điện có thiết kế và tính năng cạnh tranh, như PEGA Xmen City và YADEA U5. Ngoài nước Thị trường xe máy điện tiếp tục tăng trưởng mạnh mẽ: Các thị trường chủ chốt như Trung Quốc, Ấn Độ, châu Âu và Mỹ đều ghi nhận sự tăng trưởng hai con số về doanh số bán xe máy điện. Nhiều quốc gia đã đưa ra các chính sách hỗ trợ và ưu đãi nhằm thúc đẩy sự phổ biến của xe máy điện.
Các nhà sản xuất xe máy lớn như Honda, Yamaha, Suzuki đã đầu tư mạnh vào nghiên cứu và phát triển xe máy điện trong những năm gần đây. Họ đã giới thiệu một số mẫu xe máy điện chạy được khoảng 50-100 km mỗi lần sạc pin. Sự cạnh tranh ngày càng gay gắt: Các hãng xe máy truyền thống cũng như các startup công nghệ đều đẩy mạnh đầu tư và phát triển dòng sản phẩm xe máy điện. Công nghệ pin, động cơ điện và hệ thống điều khiển liên tục được cải tiến nhằm nâng cao hiệu suất và phạm vi hoạt động.
Sự xuất hiện của các mô hình xe máy điện mới: Ngoài các mẫu xe máy điện truyền thống, ngày càng có nhiều mẫu mã đa dạng như xe tay ga, xe mô tô, xe ba bánh, v. Một số mẫu xe máy điện mới còn tích hợp các công nghệ như lái tự động, kết nối Internet of Things. Tập trung vào tính bền vững và an toàn: Các nhà sản xuất chú trọng vào việc nâng cao hiệu suất năng lượng, giảm phát thải và an toàn cho người sử dụng. Các tiêu chuẩn về an toàn và bảo vệ môi trường đối với xe máy điện cũng được thắt chặt.
Nhìn chung, thị trường xe máy điện đang phát triển rất sôi động và là một xu hướng không thể đảo ngược trong tương lai. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp chủ đạo: Phương pháp nghiên cứu thu thập thông tin: thu thập và phân tích các tài liệu đã được xuất bản liên quan đến gương chiếu hậu có nhớ ô tô, bao gồm các bài báo, sách và các tài liệu khác. Phương pháp này giúp người nghiên cứu hiểu rõ hơn về trạng thái hiện tại của lĩnh vực nghiên cứu và đưa ra các đề xuất mới cho đề tài. Phương pháp nghiên cứu mô phỏng: phương pháp sử dụng mô phỏng máy tính để nghiên cứu và phân tích các hiện tượng, quá trình hoặc hệ thống.
Cho phép dự đoán hoặc giải thích các dữ liệu trước khi thực nghiệm nhằm tăng sự hiệu quả và giảm rủi ro. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: thực hiện các thí nghiệm trên sản phẩm hoặc các mô hình mô phỏng của sản phẩm. Đây là phương pháp quan trọng để kiểm tra tính khả thi và hiệu quả của các giải pháp đề xuất và đưa ra các cải tiến trong quá trình phát triển sản phẩm. - Phương pháp bổ trợ: Phương pháp nghiên cứu đánh giá: đánh giá các sản phẩm có sẵn trên thị trường và so sánh với các sản phẩm mới được phát triển.
Phương pháp này giúp người nghiên cứu hiểu rõ hơn về các yếu điểm của sản phẩm hiện có và đưa ra các giải pháp để cải thiện sản phẩm mới. Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu và nắm được cơ sở lí thuyết của động cơ không đồng bộ 3 pha và các linh kiện điện tử như: Tụ điện, điện trở, IC ổn áp,…. - Mô phỏng hệ thống bộ nghịch lưu 3 pha toàn kì và 3 pha bán kì bằng phần mềm Matlab/ Simulink và đưa ra đánh giá - Tính toán thông số đầu vào cho vi điều khiển bằng Matlab - Thiết kế mạch điều khiển, mạch driver và mạch công suất cho bộ nghịch lưu bằng phần mềm Proteus - Lập trình vi điều khiển STM32 4 - Thực nghiệm đánh giá và đưa ra phương án cải tiến mạch điều khiển 1. Kết quả dự kiến Nghiên cứu, thiết kế được mạch nghịch lưu ba pha nhiều tần số dùng để điều khiển cho động cơ không đồng bộ 3 pha trên xe máy điện.
Nội dung Chương 1 : Tổng quan. Chương 2 : Cơ sở lý thuyết Chương 3 : Xây dựng hệ thống Chương 4 : Thực nghiệm Chương 5 : Kết luận. 5 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Động cơ không đồng bộ 3 pha [3] 2.
Khái niệm về động cơ không đồng bộ 3 pha Động cơ không đồng bộ 3 pha là loại động cơ sử dụng dòng điện xoay chiều 3 pha để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ. Động cơ này hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng từ, trong đó từ trường quay được tạo ra trong stato sẽ tạo ra lực từ kéo roto quay theo, nhưng với tốc độ chậm hơn stato. Đây là loại động cơ rất phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp. Cấu tạo động cơ không đồng bộ 3 pha Động cơ không đồng bộ 3 pha được cấu tạo từ 2 phần chính là quay tĩnh (stator) và phần động (rotor): Hình 2.
1 Cấu tạo động cơ không đồng bộ 3 pha [3] 6 a) Stator Stato được cấu tạo từ 2 bộ phận chính là lõi sắt và dây quấn. Ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy được làm bằng gang. 2 Cấu tạo Stator [3] - Lõi sắt Lõi sắt được sử dụng để dẫn từ. Để giảm thiểu tổn thất, lõi sắt được làm từ các lá thép kỹ thuật điện mỏng có độ dày 0,5mm.
Mỗi lá thép được phủ một lớp sơn cách điện mỏng để hạn chế tổn thất do dòng điện xoáy, sau đó các lá thép này được ép lại thành khối. - Dây quấn Dây quấn stato, được lắp vào các rãnh của lõi sắt và cách điện tốt với lõi, đóng vai trò then chốt trong việc chuyển đổi năng lượng giữa điện và cơ. Đây là bộ phận quan trọng trong máy điện, đảm bảo quá trình biến đổi năng lượng diễn ra hiệu quả. Phần quay (Rôto) Rotor cũng có lõi thép, dây quấn và trục động cơ.
- Lõi thép: Lõi thép của stato được ghép từ nhiều lá thép kỹ thuật điện. Phần ngoài của lõi có các rãnh để đặt dây quấn, trong khi phần giữa có lỗ để lắp trục. Những lá thép này được xếp chồng lên nhau, tạo nên cấu trúc lõi hoàn chỉnh. 7 - Dây quấn: gồm 2 loại chính, roto kiểu dây quấn và roto kiểu lồng sóc.
+ Roto kiểu dây quấn sử dụng loại dây quấn tương tự như dây quấn trên Stator và được đặt trong lõi thép. Dây quấn ba pha thường được đấu hình sao, ba đầu sao lần lượt nối với ba vòng trượt bằng đồng có ba chổi than tì lên trên.