Thiết kế mô hình phanh tái sinh cho động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu trên xe điện
Tóm tắt bài báo (Abstract)
Nghiên cứu và thiết kế mô hình thử nghiệm hệ thống phanh tái sinh cho động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) trên ô tô điện với thuật toán điều khiển Sine PWM tối ưu năng lượng thu hồi.
Công trình Nghiên cứu Khoa học
THIẾT KẾ MÔ HÌNH PHANH TÁI SINH CHO ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU TRÊN XE ĐIỆN
A Design of Regenerative Braking Model for PMS Motor in Electric Vehicles
Lê Thanh Phúc, Nguyễn Trung Hiếu — Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
Tóm tắt nội dung nghiên cứu
Phanh tái sinh là ưu điểm vượt trội của ô tô điện so với ô tô truyền thống hoạt động ở điều kiện giao thông đô thị. Cơ năng do quán tính chuyển động của ô tô được tái tạo thành điện năng tích trữ vào hệ thống pin để dùng lại cung cấp cho động cơ. Bài báo trình bày về mô hình thử nghiệm phanh tái sinh cho động cơ PMS bao gồm mô tả thiết kế mạch điều khiển, mạch tạo tải, bố trí thử nghiệm và đánh giá kết quả. Động cơ kéo loại không đồng bộ 3 pha được dùng để giả lập tốc độ giảm tốc của ô tô. Mạch điều khiển thay đổi tốc độ động cơ kéo tương ứng với các giá trị giảm tốc khi phanh. Năng lượng điện sinh ra khi phanh tái sinh sẽ được đưa qua tải thay đổi độ lớn. Kết quả thử nghiệm cho ra năng lượng thu được ứng với các tốc độ và gia tốc phanh khác nhau.
1. TỔNG QUAN VỀ PHANH TÁI SINH TRÊN XE ĐIỆN
Trong hệ thống phanh truyền thống, toàn bộ động năng của xe khi giảm tốc bị tiêu tán dưới dạng nhiệt lượng qua má phanh và đĩa phanh. Đối với xe điện, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (Permanent Magnet Synchronous Motor - PMSM) có khả năng hoạt động ở chế độ máy phát khi người lái nhả bàn đạp ga hoặc đạp phanh, tạo mô-men cản hãm chuyển động và sinh dòng điện nạp ngược về pin.
2. THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN SINE PWM
Mô hình thử nghiệm bao gồm: Động cơ kéo không đồng bộ 3 pha kết nối đồng trục với động cơ thử nghiệm PMSM, biến tần điều khiển tốc độ, mạch cầu chỉnh lưu ba pha tích cực, cảm biến dòng/áp độ chính xác cao và bộ tải điện tử thay đổi.
Thuật toán Sine PWM điều khiển nghịch lưu chuyển đổi năng lượng AC ba pha sinh ra từ PMSM thành dòng DC với độ gợn sóng tối thiểu để nạp vào hệ thống pin an toàn.
3. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ NĂNG LƯỢNG THU HỒI
| Tốc độ ban đầu (km/h) | Gia tốc giảm tốc (m/s²) | Thời gian phanh (s) | Năng lượng thu hồi (kJ) | Hiệu suất thu hồi (%) |
|---|---|---|---|---|
| 40 | 1.2 | 9.2 | 48.6 | 62.4% |
| 60 | 1.5 | 11.1 | 112.4 | 68.1% |
| 80 | 2.0 | 11.1 | 204.8 | 71.5% |
4. KẾT LUẬN
Mô hình thử nghiệm đã chứng minh tính hiệu quả của hệ thống phanh tái sinh động cơ PMSM với hiệu suất thu hồi năng lượng đạt từ 62% đến 71.5%. Việc áp dụng phanh tái sinh trong chu trình đô thị giúp gia tăng từ 15% đến 22% quãng đường di chuyển cho xe điện trong một lần sạc.