Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo băng thử động cơ điện

Tải trọn bộ đồ án tốt nghiệp thiết kế và chế tạo băng thử động cơ điện. Tài liệu chi tiết về động cơ BLDC, bộ điều khiển và quy trình thử nghiệm.

• Tác giả: Võ Minh Lưu
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Trung Hiếu
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ khí Động lực
• Đề tài: Nghiên cứu, Thiết kế và Chế tạo Băng thử Động cơ điện
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Băng thử Động cơ điện

Băng thử động cơ điện là thiết bị quan trọng trong lĩnh vực kiểm tra và đánh giá hiệu suất của các loại động cơ điện. Đây là một công cụ không thể thiếu trong các phòng thí nghiệm, nhà máy sản xuất và các trung tâm nghiên cứu kỹ thuật. Thiết kế và chế tạo băng thử động cơ điện đòi hỏi kiến thức sâu rộng về cơ khí, điện tử và kỹ thuật tự động hóa. Bài viết này sẽ hướng dẫn chi tiết quá trình thiết kế, lựa chọn linh kiện, lắp ráp và kiểm định một hệ thống băng thử hoàn chỉnh theo tiêu chuẩn kỹ thuật hiện đại.

1.1. Khái niệm và vai trò của băng thử động cơ

Băng thử động cơ điện là hệ thống máy móc được thiết kế để kiểm tra các thông số kỹ thuật của động cơ như công suất, tốc độ quay, hiệu suất, mô men xoắn và tiêu thụ năng lượng. Nó giúp xác định chất lượng sản phẩm, phát hiện các lỗi kỹ thuật và đảm bảo động cơ đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế.

1.2. Ứng dụng thực tiễn trong công nghiệp

Băng thử được ứng dụng rộng rãi trong kiểm tra động cơ DC, AC, động cơ không đồng bộ, động cơ bước và các loại động cơ đặc biệt. Nó là thiết bị bắt buộc trong quy trình kiểm định chất lượng sản phẩm trước khi xuất xưởng, giúp nâng cao độ tin cậy và giảm thiểu rủi ro hỏng hóc trong quá trình sử dụng.

II. Nguyên tắc hoạt động và cấu trúc hệ thống

Hệ thống băng thử động cơ điện hoạt động dựa trên nguyên tắc sử dụng một động cơ hoặc bộ phanh điện từ để tạo tải lực, đo lường các thông số của động cơ được thử. Cấu trúc bao gồm phần cơ khí (trục, vòng bi, khớp nối), phần điều khiển (PLC, bộ điều khiển biến tần), phần đo lường (cảm biến tốc độ, cảm biến lực) và phần hiển thị dữ liệu. Nguyên tắc làm việc là động cơ thử được kết nối với bộ phận tạo tải, sau đó các thông số được thu thập bởi cảm biến và xử lý bằng phần mềm chuyên dụng.

2.1. Phần cơ khí chính

Phần cơ khí bao gồm trục chính được hỗ trợ bởi các vòng bi chất lượng cao, khớp nối mềm để giảm rung động, và phần đầu nối chuẩn để gắn các loại động cơ khác nhau. Các thành phần này được chế tạo với độ chính xác cao để đảm bảo quá trình thử nghiệm chính xác và an toàn.

2.2. Hệ thống tạo tải

Hệ thống tạo tải là thành phần quan trọng, có thể sử dụng bộ phanh điện từ, động cơ DC hoặc AC để tạo ra lực cản. Bộ phanh được điều khiển bởi hệ thống PLC nhằm tạo ra các điều kiện tải khác nhau cho quá trình thử nghiệm theo đòi hỏi của tiêu chuẩn kỹ thuật.

III. Quy trình thiết kế chi tiết

Quy trình thiết kế băng thử động cơ điện bao gồm các bước: xác định yêu cầu kỹ thuật, tính toán thông số cơ khí, lựa chọn linh kiện thích hợp, thiết kế hệ thống điều khiển, xây dựng phần mềm giám sát và cuối cùng là thử nghiệm toàn bộ hệ thống. Mỗi bước đều cần tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế như ISO, IEC để đảm bảo độ tin cậy và an toàn. Thiết kế phải xem xét các yếu tố như hiệu suất, chi phí, khả năng mở rộng và thời gian bảo trì.

3.1. Tính toán thông số kỹ thuật

Bước đầu tiên là xác định khoảng công suất cần thử (thường từ 0.1 kW đến 50 kW), tốc độ quay tối đa (từ 0-3000 vòng/phút), độ chính xác đo lường (thường ±1-2%). Dựa vào các thông số này, tính toán mô men xoắn tối đa, công suất bộ phanh và kích thước trục chính để đảm bảo an toàn vận hành.

3.2. Lựa chọn linh kiện và thiết bị

Chọn bộ phanh điện từ phù hợp, cảm biến tốc độ (cảm biến quang hoặc từ), cảm biến lực hoặc cảm biến mô men, bộ điều khiển PLC, bộ cấp nguồn và các phần tử điện tử khác. Các thiết bị phải có chứng chỉ chất lượng, phù hợp với điều kiện làm việc và đáp ứng tiêu chuẩn an toàn quốc tế.

IV. Chế tạo lắp ráp và kiểm định hệ thống

Giai đoạn chế tạo bao gồm gia công các bộ phận cơ khí theo bản vẽ thiết kế, lắp ráp các thành phần lại với nhau, cài đặt hệ thống điện và viết phần mềm điều khiển. Sau đó, tiến hành các bài thử nghiệm ban đầu để kiểm tra chức năng cơ bản, sau đó calibration các cảm biến đo lường. Cuối cùng, thực hiện kiểm định toàn bộ hệ thống với các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế để đảm bảo độ chính xác và an toàn trước khi đưa vào sử dụng thực tế.

4.1. Quy trình chế tạo và lắp ráp

Gia công cơ khí: khoan, tiện, phay các bộ phận theo bản vẽ với công差 H7, lắp ráp các vòng bi với kính lựa chọn phù hợp, lắp ráp khớp nối, vòng phanh và hệ thống truyền động. Sau đó lắp ráp phần điện tử, nối dây điều khiển, kiểm tra cách điện và tiến hành thử chạy vô tải.

4.2. Kiểm định và hiệu chuẩn

Tiến hành kiểm định độ chính xác của cảm biến tốc độ, tải, mô men bằng các thiết bị chuẩn đã hiệu chuẩn. Lập bảng dữ liệu chuẩn, viết report kiểm định chi tiết. Thử nghiệm hệ thống với các động cơ tham chiếu để xác nhận độ chính xác đáp ứng yêu cầu kỹ thuật (thường ±1-2% độ chính xác).

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan đề tài Chương 2. Cơ sở lý thuyết Chương 3. Các thiết bị thu thập dữ liệu Chương 4.

Thiết kế và thử nghiệm băng thử động cơ điện Chương 5. Kết luận và định hướng phát triển 3 Chương 2. Nghiên cứu chọn loại động cơ 2. Ưu điểm của động cơ điện Trong tương lai xe điện sẽ trở thành phương tiện giao thông chính.

Xe điện góp phần cho thế giới xanh hơn. Vì vậy xe điện sẽ mang lại nhiều ưu điểm nổi trội hơn so với động cơ đốt trong truyền thống. Động cơ điện không sử dụng nhiên liệu đốt ( xăng, dầu) vì vậy nó không thải khí xả, chất độc hại nên không gây ô nhiễm môi trường. Khả năng đáp ứng mô – men nhanh và chính xác Kích thước động cơ nhỏ ít tỏa nhiệt.

Có thể dễ dàng tính toán chính xác mô – men của động cơ điện bằng cách đo đạc các thông số về dòng điện và điện áp của động cơ ( điều rất khó thực hiện được ở động cơ đốt trong truyền thống). Thực tế ở Việt Nam nói riêng và toàn thế giới nói chung, xe máy điện là một công nghệ đang rất nóng và đang được xem là bước chuyển mình nhằm thay đổi nên công nghiệp xe máy ở nhiều nơi. Vấn đề giao thông hiện nay Sự tăng trưởng đến chóng mặt của kinh tế và bùng nổ dân số ở nước ta đã làm cho quá trình cơ giới hóa diễn ra nhanh chóng, đặc biệt về sở hữu phương tiện cá nhân. Quá trình phát triển kinh tế nhanh chóng làm cho nhu cầu cuộc sống tăng lên.

Hiện nay theo khảo sát cho tổng nhu cầu đi lại xe máy chiếm 73%, các phương tiện công cộng chiếm 5%, xe ô tô con chiếm 10% tỷ lệ xe đạp giảm xuống còn 3,8% còn lại là các phương tiện khác (8,2%). Theo tình hình của những nước có nền kinh tế đang phát triển số người sử dụng xe máy vẫn chiếm só lượng đông đảo nước ta cũng không ngoại lệ và cả những thành phố ở các nước Đông Nam Á khác. Hiện nay thì tình hình giao thông trong các thành phố lớn ở nước ta ngày càng trở nên xấu đi. Tắc nghẽn giao thông ngày càng tăng, an toàn giao thông ngày càng giảm, tai nạn xảy ra vẫn còn ở mức cao, ô nhiễm không khí tăng cao, công trình đô thị bị xuống cấp, khả năng 4 tiếp cận các dịch vụ đô thị giảm.

Tình hình này cứ tiếp tụ sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến các hoạt động kinh tế và nền công nghiệp Việt Nam. Khảo sát một số loại xe máy điện trên thị trường hiện nay Ở nước ta phương tiện cá nhân được sử dụng nhiều nhất là xe máy gắn động cơ đốt trong truyền thống. Do đó, lượng khí thải thải ra môi trường của các phương tiện này rất là đáng kể. Theo Trung Tâm Quan Trắc Môi Trường thống kê năm 2011, lượng khí thải do xe máy thải thải ra môi trường 60% khí TSP, 10% SO2, 10% NO2, 98% CO, 98% VOC.

Bên cạnh đó theo Bộ Giao Thông Vận Tải thống kê vào năm 2013, ở Hà Nội có hơn 4,5 triệu chiếc xe máy tham gia giao thông mỗi ngày. Vì thế thị trường xe máy điện tuy mới xuất hiện nhưng đã nhanh chóng thu hút được nhiều sự quan tâm của người tiêu dùng ở nước ta nói riêng cũng như toàn thế giới nói chung bởi sự năng động và đa dạng về mẫu mã, giá cả và trên hết là sự thân thiện với môi trường. Một số hãng xe tiêu biểu, nổi bật trong khu vực Châu Á và một số nước trên thế giới như: 2. Hãng xe máy điện PEGA PEGA tiền thân là HKBike được biết đến là thương hiệu xe hàng đầu Việt Nam, nổi lên với hàng loạt xe điện tự thiết kế có kiểu dáng bắt mắt và chất lượng vượt trội hơn so với các dòng xe điện khác trên thị trường.

Kể từ sau 5 năm gia nhập thị trường xe điện, đầu năm 2017, PEGA đã chính thức cho ra mắt những sản phẩm đầu tiên được nội địa hóa tại Việt Nam với tỉ lệ nội địa hóa tính theo giá trị sản phẩm lên đến 85%. Đây được xem là một bước đột phá mới trong ngành sản xuất xe 2 bánh của Việt Nam, khi mà lần đầu tiên có một sản phẩm xe 2 bánh được thiết kế và sản xuất bởi người Việt Nam và tại Việt Nam. Xe máy điện PEGA Newtech. Thông tin về một số dòng xe của hãng PEGA.

Pega – S Newtech Aura 9 X-men 9 Loại động cơ PSMS BLDC BLDC BLDC Công suất cực đại 4000W 2250W 1200W 1200W Momen xoắn 140N.m Tốc độ tối đa 65Km/h 60Km/h 45 – 50Km/h 50Km/h Điện áp 72V 72V 60V 60V Dung lượng Pin 32Ah 20Ah 20Ah 20Ah Quãng đường đi được 1 120Km 90Km 100Km 100Km lần sạc Thời gian sạc 8h 8 – 10h 6 – 8h 6 – 8h Bảo vệ quá dòng 37A 1A 30A 35A Trọng lượng xe (bao 155Kg 123Kg 90Kg 90Kg gồm acquy) 6 Tải trọng 250Kg 250Kg 180Kg 230Kg Truyền động Dẫn động dây Dẫn động trực Dẫn động Dẫn động đai tiếp trực tiếp trực tiếp Tính năng khác Smartkey, Bluetooth, sạc chống trộm, điện thoại, chìa IP67. khóa thông minh 2. Hãng xe máy điện Vinfast Vinfast là một công ty khởi nghiệp trong lĩnh vực ô tô với sự hậu thuẫn của Vingroup doanh nghiệp tư nhân lớn nhất và là một trong những Tập đoàn Công nghệ – Công nghiệp – Dịch vụ hàng đầu Việt Nam. Với sứ mệnh “ Vì một cuộc sống tốt đẹp hơn cho người Việt”, Vingroup muốn xây dựng cho đất nước một thương hiệu đầy tự hào, phong cách, đẳng cấp mang đậm tinh thần Việt Nam và có thể cạnh tranh trên thị trường thế giới.

Xe máy điện Vinfast Klara S. Thông tin một số dòng xe của hãng Vinfast. 7 Vinfast Klara Vinfast Ludo Vinfast Impes Phiên bản Lithium Axít – chì Loại động cơ Bosch BLDC BLDC Công suất lớn nhất 1200W 800W 1100W 1700W Momen xoắn 60Nm 80Nm Loại pin Li-on Bosch Axít - chì Ắc quy li-ion 5 bình nối tiếp Tốc độ tối đa 50Km/h 45Km/h 33.5 5% Km/h 49Km/h Điện áp hoạt động 60V 60V 50.4V Dung lượng Pin Tối đa 22,8 Ah Tối đa 21 Ah 22Ah Chuẩn 22 Ah Chuẩn 20 Ah Thời gian sạc 4 – 7h 10 – 12h Tải trọng 225Kg 246Kg 140 Kg 130 Kg Khối lượng (bao 106.5Kg 116Kg 68Kg 75Kg gồm pin) Quãng đường đi 80Km 70Km 68Km được 1 lần sạc Truyền động Dẫn động trực tiếp Chìa khóa RF Thường Tính năng khác 3G, Bluetooth, GPS Cảnh báo chống trộm, Định vị xe (GPS), kết nối điện thoại thông minh qua Mobile App 8 2. Hãng xe máy điện YADEA Yadea là một thương hiệu đến từ Hồng Kông.

Được biết đến là một tập đoàn sản xuất và phân phối sản phẩm xe máy điện hai bánh hàng đầu thế giới. Xe máy điện Yadea hiện nay đã có mặt tại 77 quốc gia trên toàn cầu, bao gồm những thị trường trọng điểm như Mỹ, Nhật Bản, Châu Âu và nhiều quốc gia khác. Xe máy điện YADEA G5. Thông một số dòng xe của hãng YADEA.

Yadea G5 Yadea Ulike Yadea E3 Yadea BuyE Loại động cơ BLDC BLDC BLDC BLDC GTR 4.0 Công suất cực 1200W 1000W 500W 1200W đại Momen xoắn 19.m Tốc độ tối đa 50Km/h 47Km/h 37Km/h 50Km/h Tốc độ quay 530 rpm 520 rpm Điện áp 60V 72V 60V 72V 9 Dung lượng Lithium 24Ah Lead acid 22Ah Lead acid 20Ah Graphene Pin 20Ah Tiêu thụ điện 2.h/ 100Km 100km 100km 100km Quãng đường 60Km 109Km 82Km 90Km đi được Trọng lượng 94Kg 104Kg 94Kg 113Kg xe (bao gồm acquy) Khả năng leo 12o – 60Kg 10o – 60Kg 9o – 60Kg dốc Tải trọng 130Kg 130Kg 130Kg 130Kg Chống trộm Có Có Có Có Hệ thống Kết nối APP thông minh điện thoại quản lý xe: Định vị, Scan xe, quản lý xe, hàng rào chống trộm điện tử Truyền động Dẫn động trực Dẫn động trực Dẫn động trực Dẫn động trực tiếp tiếp tiếp tiếp 2. Một số dòng xe tiêu biểu ở thị trường ngoài nước Bảng 2. Thông tin một số dòng xe cơ bản ở thị trường ngoài nước. 10 Super Super SOCO Kymco Like Niu Nqi GT Pro SOCO cuX VS1 EV Loại Động cơ BLDC BLDC Super BLDC BLDC Bosch Bosch SOCO Công suất 1600W 4000W 3200W 3500W Momen xoắn 124N.m Tốc độ xe 45km/h 80km/h 45km/h 70km/h Điện áp 60V 60V 50V 60V Loại pin Lithium Lithium Dung lượng pin 30Ah 45Ah 13Ah 70Ah Thời gian sạc 8h Fast charge 1h 4 – 7h 3.5h Loại dẫn động Dẫn động trực tiếp Quãng đường đi 75km 140km 200km 130 – 140km được 1 lần sạc (45km/h) (45km/h) Trọng lượng 94kg 2.

Khảo sát và chọn loại động cơ điện Thông qua việc khảo sát về xe máy điện ở trên, động cơ được sử dụng cho xe máy điện là loại động cơ điện BLDC, với dải công suất đa dạng ( 800 – 4000W). Vì thế sau khi khảo sát nhóm chúng tôi quyết định sử dụng động cơ BLDC với công suất 2000W. Động cơ Yuma 2000W 11 Hình 2. Thông số động cơ Yuma 2000W.

Thông số kỹ thuật Động cơ Yuma Loại động cơ Hub motor BLDC Công suất 2000W Đường kính động cơ 10 inch Vận tốc 39 – 63 km/h Điện áp hoạt động 72V Dòng điện hoạt động 10 – 83 A Cảm biến Hall 1 cảm biến Hiệu suất động cơ 93% Mô-men xoắn 50 – 200 N. Động cơ QS 205 50H V1 12 Hình 2. Động cơ BLDC QS 205 50H V1. Thông số động cơ QS 205 50H V1.

Thông số kỹ thuật Động cơ QS 205 50H V1 Loại động cơ Hub motor BLDC Công suất 2000W Đường kính động cơ 10 inch Vận tốc 30 – 70km/h Tốc độ 300 – 980 rpm Điện áp hoạt động 48 – 72V Cảm biến Hall 2 cảm biến Số cặp cực 24 Hiệu suất động cơ 88% Mô – men xoắn 135 N. Động cơ QS 205 50H V2 13 Hình 2. Thông số động cơ QS 205 50H V2. Thông số kỹ thuật Động cơ QS 205 50H V2 Loại động cơ Hub motor BLDC Công suất 2000W Đường kính động cơ 10 inch Vận tốc 30 – 70km/h Tốc độ 300 – 980 rpm Điện áp hoạt động 48 – 72V Cảm biến Hall 2 cảm biến Số cặp cực 24 Hiệu suất động cơ 88% Mô – men xoắn 160 N.

Động cơ QS 205 45H V3 14 Hình 2. Thông số động cơ QS 45H V3. Thông số kỹ thuật Động cơ QS 45H V3 Loại động cơ Hub motor BLDC Công suất 2000W Đường kính động cơ 10 inch Vận tốc 30 – 72 km/h Tốc độ 300 – 980 rpm Điện áp hoạt động 48 – 72V Cảm biến Hall 2 cảm biến Số cặp cực 16 Hiệu suất động cơ 88% Mô – men xoắn 168 N. Chọn loại động cơ điện Sau khi khảo sát một số loại thương hiệu động cơ, nhóm chúng tôi quyết định chọn động cơ QS 205 50H V2.