BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 HỆ THỐNG HÃM MÁY PHÁT CỦA XE ĐIỆN TRUYỀN ĐỘNG BẰNG ĐỘNG CƠ BLDC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHỊNG - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 HỆ THỐNG HÃM MÁY PHÁT CỦA XE ĐIỆN TRUYỀN ĐỘNG BẰNG ĐỘNG CƠ BLDC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinh viên: Phạm văn Cường Người hướng dẫn: GS.TSKH Thân Ngọc Hồn HẢI PHỊNG - 2018 Cộng hồ xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Phạm văn Cường– MSV : 1412102007 Lớp : ĐC1802- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : Hệ thống hãm máy phát xe điện truyền động động BLDC NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp : CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên Học hàm, học vị Cơ quan công tác Nội dung hướng dẫn : : : : Thân Ngọc Hồn GS.TSKH Trường Đại học dân lập Hải Phòng Toàn đề tài Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm 2018 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng .năm 2018 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Phạm Văn Cường GS.TSKH Thân Ngọc Hồn Hải Phòng, ngày tháng năm 2018 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1.Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng Đ.T.T.N ( so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N, mặt lý luận thực tiễn, tính tốn giá trị sử dụng, chất lượng vẽ ) Cho điểm cán hướng dẫn ( Điểm ghi số chữ) Ngày……tháng…….năm 2018 Cán hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp mặt thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất lượng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài Cho điểm cán chấm phản biện ( Điểm ghi số chữ) Ngày……tháng…….năm 2018 Người chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU NAM CHÂM VĨNH CỬU KHÔNG CHỔI THAN (BLDC) 1.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ BLDC Ưu điểm động BLDC: Nhược điểm động BLDC: 1.2 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ BLDC 1.2.1 Cấu tạo stator động BLDC 1.2.2 Cấu tạo rotor động BLDC 10 1.2.3 Cảm biến vị trí rotor 12 1.2.4 Bộ phận chuyển mạch điện tử (Electroniccommutator) 15 1.2.5 Sức phản điện động 15 CHƯƠNG NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC 17 2.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ BLDC 17 2.1.1 Nguyên lý hoạt động động BLDC 17 2.1.2 Đặc tính đặc tính làm việc động BLDC 19 2.2 MƠ HÌNH TỐN, PHƯƠNG TRÌNH SỨC ĐIỆN ĐỘNG VÀ MÔ MEN CỦA ĐỘNG CƠ BLDC 21 2.2.1 Phương trình sức điện động mơ men 21 2.2.2 Phương trình động học động BLDC 28 2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC 28 2.3.1 Phương pháp điều khiển động BLDC sử dụng cảm biến vị trí 29 2.3.2 Điều khiển động BLDC không sử dụng cảm biến (sensorless control) 42 2.4 ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BLDC 43 2.4.1 Điều khiển tốc độ động BLDC vòng khép kín 43 2.4.2 Điều khiển tốc độ động BLDC phương pháp PWM 45 CHƯƠNG 3: HÃM MÁY PHÁT CỦA XE ĐIỆN TRUYỀN ĐỘNG BẰNG ĐỘNG CƠ BLDC 47 3.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 47 3.1.1 Tổn thất ma sát khí động học 48 3.1.2 Tổn thất ma sát lăn 49 3.1.3 Lực đẩy lên dốc 49 3.2 HỆ THỐNG PHANH CHIẾN LƯỢC 49 3.2.1 Sự phân bố lực phanh 50 3.2.2 Điều khiển mờ 52 3.2.3 Điều khiển tỷ số-tích phân-Derivative (PID) 54 3.3 HỆ THỐNG ÁC QUY 54 3.4 TỐI ƯU TÍNH CHẤT HÃM VÀ HIỆU XUẤT CỦA MÁY PHÁT HÃM 56 3.5 TÍNH CHẤT ĐỘNG VÀ SỰ PHÂN BỐ LỰC Ở CÁC ĐẦU VÀO PHANH HÃM KHÁC NHAU 58 3.6 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG HÃM MÁY PHÁT ĐỘNG CƠ BLDC .59 3.6.1 Mơ hình tốn hệ thống máy phát động BLDC 61 3.6.2 Mơ đường đặc tính tốc độ EV 64 3.6.3 Kết phân bố lực hãm 65 3.6.4 Hiệu suất thu hồi lượng 66 3.6.5.Đường đặc tính cáp dòng điện DC động BLDC 66 3.7 NẠP ẮC QUI (SOC) 67 3.8 ỨNG DỤNG 67 KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 3.6 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG HÃM MÁY PHÁT ĐỘNG CƠ ĐIỆN BLDC 3.6.1 Mơ hình tốn hệ thống máy phát động BLDC Mơ hình tốn đối tượng mối quan hệ tốn học nhằm mục đích mơ tả lại đối tượng thực tế dạng biểu thức tốn học để thuận lợi cho q trình phân tích, khảo sát, thiết kế Đối với động cơ, mơ hình tốn học đóng vai trò quan trọng khảo sát tính tốn lý thuyết dựa mơ hình tốn Vì mơ hình tốn chìa khóa để mở vấn đề q trình tính tốn thiết kế cho động Để thực xây dựng mơ hình tốn cần phải đưa động BLDC thành phần điện tử Hình 3.8 mơ hình mạch điện động gồm có ba cuộn dây stator quy ước điện trở Ra điện cảm La Vì ba cuộn dây stator đặt cạnh nên tất nhiên xảy tương hỗ cảm ba cuộn dây với Sự hỗ cảm cuộn dây stator thể qua đại lượng M Mặt khác rotor BLDC làm nam châm vĩnh cửu nên rotor quay quét qua cuộn dây stator, hai từ trường tương tác với Vì đại lượng ea, eb, ec thể tương tác từ trường rotor từ trường cuộn dây stator, biên độ sức phản điện động có giá trị E Do nam châm làm vật liệu có suất điện trở cao nên bỏ qua dòng cảm ứng rotor Hình 3.8 :Mơ hình mạch điện động BLDC Ba cuộn dây stator có điện trở Ra, Rb, Rc, La, Lb, Lc điện cảm cuộn dây, Lab, Lbc, Lca hỗ cảm cuộn dây tương ứng Phương trình vi phân điện áp ba pha động BLDC dạng ma trận: �� �� � 0 [ �� ] = [ ] + [�� ] �� 0 � � � �� ��� ��� ] [��� ] + � [��� �� ��� �� � ��� �� ��� �� ��� ] [��� �� ��� Nhưng pha đối xứng nhay nên giá trị điện trở, điện cảm, hỗ cảm ba cuộn dây Ra = Rb = Rc = R; La = Lb = Lc = L; Lab = Lbc = Lca = M Ta nhận dạng ma trận: �� �� � 0 [�� ] = [0 [�� ] �� 0 � � � � � � ] [ ��� ] + � [� �� � � � � �� ��� � �] [��� ] + �� ��� Do ba cuộn dây stator đấu nên: ia + ib + ic = Suy ra: M.ia + Mib = -Mic �� �� � 0 [�� ] = [ [��� ] + � [ �� 0 � � � �−� 0] 0 �−� �� � �−� ��� �� ] [��� ] + [�� ] ��� �� Triển khai ra, ta có phương trình vi phân điện áp ba pha stator động BLDC sau: �� = ���� + (� − �)����� + �� �� = � ��� + (� − �)����� + �� �� = ���� + (� − �)����� + �� Ta có mơ hình thu gọn động BLDC: Hình 3.9: Mơ hình thu gọn động BLDC Ta đưa mơ hình tốn động BLDC không ý tới ảnh hưởng độ tự cảm lên dạng dòng điện Sự tồn cảm ứng cuộn dây làm dạng dòng điện bớt thẳng đứng mà có dạng sau: Hình 3.10: Dạng dòng điện SĐĐ pha động BLDC ý tới tự cảm cuộn dây 3.6.2 Mô đường đặc tính tốc độ EV Như từ hình 3.11, đặc tính tốc độ EV gồm ba giai đoạn tăng tốc, bốn giai đoạn chạy tốc độ không đổi, bốn giai đoạn giảm tốc, hai giai đoạn thả lỏng, xác định tiêu chuẩn GT / T18386-2005 Hình 3.11 Mơ đường đặc tính tốc độ EV 3.6.3 Kết phân bố lực hãm Hình 3.12 cho thấy phân bố lực hãm Đường cong (a) thể lực hãm tổng cần thiết; Đường cong (b), đường cong (c), (d) biểu diễn lực hãm ma sát phía sau, lực hãm phía trước lực hãm tái sinh Từ Hình 3.12, kết luận lực hãm ma sát bánh xe phía trước nhỏ lực hãm tái sinh, lực hãm bánh trước cung cấp chủ yếu phanh điện thời gian giảm tốc EV Tốc độ cao tỷ lệ phanh điện lớn, điều chứng tỏ tốc độ cao phù hợp cho hãm tái sinh atổng lực phan h b-lực phan h phía trước Hình 3.12: Phân phối lực phanh c l c m a s t b n h s u d l c p h a h t i s n h 3.6.4 Hiệu suất thu hồi lượng Trong toàn chu kỳ lái xe thị, có bốn giai đoạn giảm tốc, ắc qui phục hồi phần lượng động học EV Như hình 3.13 , phần bóng tối lượng thu hồi có tỷ lệ khoảng 50% Tuy nhiên, tỷ lệ liên quan chặt ché đến tốc độ EV, thông tin giao thông, SOC, thói quen người lái xe Hình 3.13: Thu hồi lượng 3.6.5.Đường đặc tính cáp dòng điện DC động BLDC Như thể hình 3.14, dòng điện cáp dòng DC BLDC có liên quan đến tốc độ Khi hãm EV, RBS điều khiển dòng điện động BLDC để đảm bảo mô men không đổi điều khiển PID Bộ điều khiển PID điều chỉnh tỷ lệ PWM để thực điều khiển động BLDC Hình 3.14:Đường đặc tính xe bt DC dc BLDC với điều khiển PID 3.7 NẠP ẮC QUI (SOC) SOC Ắc qui chứng minh cách trực quan mức tiêu thụ lượng EV Như thể hình 3.15 , tồn chu kỳ lái xe thị, q trình gia tốc EV tiêu thụ lượng nhiều trình khác, SOC tương ứng giảm nhanh Trong giai đoạn giảm tốc, đường cong SOC tăng nhẹ, cho thấy hãm tái sinh hoạt động Hình 3.15: Nạp ắc qui( SOC) 3.8 ỨNG DỤNG RBS mô tả trước thử nghiệm thành cơng Trong hệ thống thí nghiệm thực tế thể hình 3.16, sử dụng TMS320F2812 làm chip điều khiển Hình 3.16: Thực thực tế thông số motor Như thể hình 3.17, có điện áp khác cho dạng PWM khác với tốc độ Do đó, tốc độ khác nhau, điều chỉnh PWM để có điện áp khác Trong Hình 3.17, thực tốc độ 60 km/h Thông qua điều chỉnh dạng PWM, điện áp cápt dc đạt chí điện áp danh định Đồng thời, tốc độ 30 km / h, 50% cơng su ất PWM làm cho điện áp cáp dc đạt đến điện áp định mức, điều chỉnh PWM đến 70% điện áp tăng thể hình 3.18 Hình 3.17: Điện áp cáp DC dạng PWM khác tốc độ Hình 3.18: Điện áp cáp DC với tốc độ Hình 3.19 cho thấy dạng điện áp, dòng điện tốc độ trạng thái hãm Khi tốc độ EV giảm từ 70 km / h đến khoảng 30 km / h, điện áp cáp dc giữ giá trị cao khu vực tái sinh EV chuyển sang hãm học tốc độ thấp Đồng thời, dòng điện DC giảm xuống EV dừng lại Hình 3.19: Các dạng sóng điện áp, dòng điện tốc độ trạng thái phá vỡ Trong chương trình bày RBS EVs điều khiển động BLDC Việc thực hệ thống phanh tái sinh EVs thực kế hoạch kiểm soát thực mơ thí nghiệm Bằng cách kết hợp kiểm soát mờ phương pháp điều khiển PID hai phương pháp phức tạp, RBS phân phối lực phanh học lực phanh điện tự động Kiểm soát PID phương pháp phổ biến kiểm soát xe điện, khó khăn để có phanh điện áp xác Lực phanh bị ảnh hưởng :SOC, tốc độ, độ bền phanh Trong đồ án, lựa chọn ba yếu tố quan trọng nhất: SOC, tốc độ độ bền phanh biến đầu vào điều khiển mờ Chúng phát RBS có dòng phanh thích hợp, sử dụng để tạo mô men xoắn Đồng thời thông qua điều khiển PID để điều chỉnh PWM động BLDC để có mơ men liên tục Kiểm sốt PID nhanh kiểm sốt mờ, hai phương pháp kết hợp với nhận chuyển đổi trơn tru Kết tương tự thu từ nghiên cứu thực nghiệm Vì vậy, kết luận RBS có khả thu hồi lượng đảm bảo an tồn phanh tình khác KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian quy định để thực đề tài tốt nghiệp, với nỗ lực, cố gắng tìm hiểu thân bảo giúp đỡ tận tình giảng viên khoa , đến em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Trong đề tài tốt nghiệp, em thực nội dung sau: - Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động động chiều nam châm vĩnh cửu không chổi than BLDC; - Các phương pháp điều khiển động BLDC; - Tìm hiểu hãm máy phát xe điện truyền động động BLDC Tuy nhiên thời gian có hạn trình độ thân có nhiều hạn chế, việc hồn thành đồ án nhiều thiếu sót Em mong muốn nhận bảo, sửa chữa, đóng góp ý kiến thầy cơ, bạn bè lớp để em thực hiện, hoàn thành đề tài tốt củng cố thêm kiến thức cho thân Một lần em xin chân thành cảm ơn bảo, hướng dẫn tận tình GS.TSKH Thân Ngọc Hồn, thầy cô khoa Điện - Điện Tử, bạn bè lớp giúp đỡ em nhiều Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực Phạm Văn Cường TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Xiaohong Nian,FeiPeng and Hang Zhang(2017), Regenerative Braking System of Electric vehicle [2] F Wang, X Yin, H Luo,và Y Huang (2012) , A series regenerative braking control strategy based on hybrid-power ,Proc Int Conf CDCIEM [3] N Mutoh Y Nakano (3/2012),Dynamics of front-and-rear- wheelindependent-drive-type electric vehicles at the time of failure, IEEE Trans Ind Electron [4] K Yoong, Y H Gan, G D Gan, C.K Leong, Z Y Phuan, B K Cheah, K.W.Chew (20/11/2010),Studies of regenerative braking in electric vehicle" Proc IEEE Conf [5] J M J Yang, H L Jhou, B Y Ma, K K Shyu (6/2009),A cost-effective method of electric brake with energy regeneration for electric vehicles ", IEEE Trans Ind Electron [6] N Mutoh (10/2012), Driving and braking torque distribution methods for frontan drear-wheel-in dependent drive-type electric vehicles on road swith low friction coefficient" IEEETrans.Ind.Electron [7] C.- H Huang, W.-J Wang, C.-H Chiu (7/2011), Design and implementation of fuzzy control on a two-wheel inverted pendulum" IEEE Trans Ind Electron ... điều khiển động BLDC Chương 3: Hệ thống hãm máy phát xe điện truyền động động BLDC CHƯƠNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU NAM CHÂM VĨNH CỬU KHÔNG CHỔI THAN (BLDC) 1.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ BLDC Động chiều... ĐỘNG CƠ BLDC 43 2.4.1 Điều khiển tốc độ động BLDC vòng khép kín 43 2.4.2 Điều khiển tốc độ động BLDC phương pháp PWM 45 CHƯƠNG 3: HÃM MÁY PHÁT CỦA XE ĐIỆN TRUYỀN ĐỘNG BẰNG ĐỘNG CƠ BLDC. .. ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 HỆ THỐNG HÃM MÁY PHÁT CỦA XE ĐIỆN TRUYỀN ĐỘNG BẰNG ĐỘNG CƠ BLDC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinh viên: Phạm văn Cường