Phân tích các sơ đồ mạch điện các loại xe :

Phân tích các sơ đồ mạch điện, các loại xe thường gặp:

Sơ đồ khối cho thấy các thành phần cấu thành một chiếc xe-đạp-điện:

Xe đạp cần một nguồn quay bằng điện, người ta dùng motor DC hay dùng motor cảm ứng từ (11), ngang motor phải dùng diode (12) dập điện áp nghịch phát ra từ các cuộn cảm trong motor. Tầng công suất (8) thường là các transistor MOSFET loại công suất, nó đóng mở theo xung điều biến độ rộng (PWM) trên cực Cổng, tín hiệu này qua tầng khuếch đại thúc (7) với các transistor loại hai mối nối, xung PWM kích thích vào cực Cổng (Gate) của các transistor MOSFET. Trên cực Nguồn (Source) người ta đặt một điện trở nhỏ Ohm (9) để lấy tín hiệu cấp cho mạch tạo tác động hồi tiếp nghịch (10). Tác dụng hồi tiếp nghịch dùng để ổn định hoạt động của mạch điều khiển trong IC494, qua mạch hồi tiếp người ta có thể ổn định lức quay của motor.

Trong mạch, dùng một IC điều chỉnh công suất theo dạng xung điều biến độ rộng TL494. Trong IC có mạch tạo ra dạng sóng tam giác (5) (hay dạng răng cưa) và mạch lấy mẫu để chuyển tín hiệu ra dạng xung điều biến độ rộng PWM (6). Có mạch tạo ra mức áp ổn định 5V dùng làm mức áp mẫu (4) cấp cho các tầng so áp. Mạch cắt nguồn khi thắng xe (3).

Hệ thống điều khiển xe với tay khiển (quen gọi là tay gar, làm tăng giảm tốc) dùng linh kiện bán dẫn làm việc theo hiệu ứng Hall (1), đây là một dạng linh kiện cảm ứng theo từ trường. Và khóa điện có tác dụng làm thắng xe (2). Xe hoạt động với nguồn ắc-qui thường là 36V (12V x3), người ta dùng mạch ổn áp với các transistor và các diode Zener (13) để có các mức áp ổn định dùng cấp cho các mạch điện khác, còn dùng mạch đo mức áp nguồn (14) cho hiển thị bằng Led và cũng dùng mạch báo hết nguồn (15), và nhiều mạch chỉ báo khác.

 Mạch 1: Mạch điều khiển dùng IC TL494 (IC tạo xung điều biến độ rộng PWM).

 

Trước hết chúng ta hãy tìm hiểu nguyên lý hoạt động của IC điều biến xung (PWM), TL494 (Bạn xem hình).

Trên chân 5, 6 cho mắc tụ điện CT và điện trở RT để định tần số của mạch dao động nội. Chân 1, 2 và 16, 15 là các ngả vào của hai tầng khuếch đại so áp. Chân 3 tạo điều kiện mắc mạch hồi tiếp để ổn định cho các tầng khuếch đại so áp. Chân 4 tạo điều kiện để khởi động mềm. Chân 12 nối vào đường nguồn Vcc và chân 7 cho nối masse. Chân 14 là ngả ra của mức áp mẫu (+5V), dùng làm điện áp chuẩn cho các tầng so áp. Chân 8, 9 và 11, 10 là ngả ra của các tầng khuếch đại. Chân 13 dùng chọn định kiểu ngả ra.

Ghi nhận: IC TL494 còn rất thông dụng trong các hộp nguồn dùng cấp điện cho các máy vi tính để bàn.

Phân tích sơ đồ mạch điện Xe Đạp Điện, mạch dùng IC TL494: Chân 7 cho nối masse, chân 12 cho lấy nguồn +12V. Chân số 14 là ngả ra của mức áp chuẩn (+5V), người ta dùng mạch chia áp với các điện trở R8 (33K), R31 (12K) và R7 (7.5K) để tạo ra các mức áp ngưỡng cấp cho:

    - Chân 1 là tầng so áp 1 với tín hiệu điều chỉnh cho vào trên chân 2.

    - Chân 15 là tầng so áp 2 với tín hiệu hồi tiếp nghịch trả về trên chân 16.

C9 (103) là tụ lọc nhiễu tần cao. Mạch hồi tiếp nghịch lấy trên điện trở R30 (0.1 Ohm), qua mạch lọc với điện trở R14 (10K), C13 (10uF), C14 (103) trả về chân 16 của IC TL494 để ổn định dòng tải.

Tín hiệu cho ra trên chân số 8,  các chân ngả ra khác như 11 bỏ trống, 9, 10 cho nối masse và chân 13 định dạng ngả ra cũng cho nối masse. Tín hiệu ra trên chân 8 qua điện trở hạn dòng R6 (10K), kích thích chân B của Q1 (2SA733), sau khi được khuếch đại tín hiệu lấy ra trên điện trở R2 (4.7K), lại cho qua tầng thúc với transistor 2SA733, tín hiệu này tác động vào chân Cổng của transistor công suất MOSFET IRF540, dòng chảy ra trên chân Dẫn (cực Drain) cấp điện cho một motor DC (Motor này có 2 dây lấy điện). Ở đây người ta dùng mạch lọc nhiễu với cuộn cảm L1 (10uH), các tụ C1 (103), C2 (103). Dùng diode D1 (MBR1645) để dập biên điện áp ngược phát ra từ các cuộn dây trong motor DC. Tụ C3 (2200uF) làm kho chứa điện lớn nhầm ổn định điều kiện cấp điện cho toàn mạch. Trên đường nối vào cực dương +36V của ắc-qui là một khóa điện chính.

 Mạch 2: Mạch điều khiển dùng IC điều biến độ rộng với MC33035.

Trước hết chúng ta hãy tìm hiểu IC chính trong mạch là MC33035:

 

IC có 24 chân, dòng điện 3 pha ra trên chân 19, 20, 21 và tín hiệu 3 pha đưa vào trên các chân 6, 5, 4. Các ngả ra khác là 24, 1, 2.

dCảm biến dòng đưa vào trên chân 9, 15. Mạch dao động nội định tần theo điện trở RT trên chân 8, 10 và tụ điện CT trên chân 10 và masse. Chân 8 là ngả ra của mức điện áp chuẩn.

Chân 3 nhận tín hiệu đảo chiều quay. Chân 22 chọn góc pha của các tín hiệu ngả ra. Chân 7 kiểm soát dòng ngả ra. IC làm việc với chân 16 nối masse và nguồn Vcc vào trên chân 18 (và cả trên chân 17). Chân 23 nhận tín hiệu tạo tác dụng thắng.

Ghi nhận: IC này rất thông dụng trong các đầu máy ghi phát hình VCR, nó cấp dòng cho motor cảm ứng 3 pha dùng làm quay trục Capstan để kéo băng qua các đầu từ quay.

Sơ đồ cho thấy mạch ứng dụng, dùng IC MC33035 để làm quay một motor cảm ứng 3 pha. Dòng ra lấy trên các chân 21, 20, 19 và 2, 1, 24. Khi vành nam châm quay, người ta lấy tín hiệu bằng các IC Hall, các tín hiệu này cho hồi tiếp vào trên các chân 4, 5, 6. Các chân khác có tác dụng chọn mode vận hành và điều khiển lực quay của motor.

Bạn xem sơ đồ mạch điện:

Trong mạch người ta dùng IC MC33035 để vận hành một motor DC, nó tạo xung điều biến độ rộng PWM cho ra trên chân 19, tín hiệu này kích thích các transistor công suất MOSFET Q1, Q2 để cấp dòng cho motor DC (mắc trên chân Drain). Ngang motor đặt mạch dập điện áp nghịch với D1, C2 (0.01uF) và R2 (56).

Chân số 8 cho ra mức áp mẫu cấp cho IC Hall H trong tay gar dùng chỉnh tốc độ quay và cấp cho tầng so áp A để hiển thị trạng thái hoạt động của motor. Tín iệu hồi tiếp lấy trên điện trở R5 (0.05) trả về chân 9 qua mạch lọc với R16 (1K) và tụ C (4.7uF), tác dụng của đường hồi tiếp là ổn định lực quay của motor.

Người ta dùng IC HA17555 để tạo tín hiệu dạng xung đưa ra trên chân 3 qua tầng khuếch đại với Q4 và vào chân số 7 để tắt mở mạch.

Người ta dùng Relay để đóng mở tiếp điểm là kim nhầm tắt mở motor. Mạch dùng các IC ổn áp LM317T và LM7805 để tạo ra các đường nguồn ổn áp +24V và +5V cấp điện cho các mạch khác. Trong mạch dùng 2 khóa điện để tạo chức năng thắng đặt bên tay trái và đặt tay phải. Mạch làm việc với nguồn ắc-qui 36V (do 2 ắc qui 12V ghép nối tiếp).

 Mạch 3: Đây là các tầng so áp, Bạn có thể dùng các tầng khuếch đại toán thuật (Op-Amp) để làm các tầng so áp, ngả ra đặt các Led hiển thị mức áp ngả vào. Người ta dùng mạch này để hiển thị chỉ mức áp của nguồn pin ắc-qui.

Trong mạch: R1 (3.6K) và diode Zener 11V dùng tạo ra mức áp chuẩn, qua các điện trở chia áp R3 (12K), R4 (1K), R5 (1K), R6 (1K), R7 (20K) tạo ra các mức áp ngưỡng cấp áp mẫu cho các tầng so áp. Tín hiệu lấy trên dây đen qua mạch chỉnh áp với R8 (17K), chiết áp W (10K) và R9 (12K), điện áp này cùng lúc đưa vào các tầng so áp. Chúng ta biết, khi điện áp vào một tầng so áp, nếu mức áp này cao hơn mức áp ngưỡng thì Led ở ngả ra sẽ được cấp dòng và phát sáng. Với các Led mắc nối tiếp, chúng ta có mạch hiển thị mức áp với các Led sáng dần lên. C1 là tụ lọc niễu tần cao trên mạch cấp áp chuẩn.

Ghi nhận: Chúng ta biết, có nhiều IC VU LED cũng có thể dùng làm mạch đo mức áp chỉ thị bằng Led. Tuy nhiên do IC dùng mạch chia áp đặt bên trong IC, do đó Bạn phải chia mức áp theo qui định của nhà sản xuất. Trường hợp trên, Bạn có thể thay đổi trị số của các điện trở tạo mức áp ngưỡng và có thể chọn định mức áp chỉ thị đúng cho các Led.

Mạch 4: Sơ đồ tham khảo, mạch điện Xe Đạp Điện đơn giản.

Mạch 5: Sơ đồ tham khảo, mạch điện Xe Đạp Điện đơn giản.

Mạch 6: Sơ đồ tham khảo, sơ đồ mạch điện dùng motor cảm ứng 3 pha, tầng thúc với IC IR2103.

Bạn tìm hiểu dữ liệu về IC IR2103 (Bạn xem hình). IR2103 dùng làm tầng thúc cho mạch điện motor 3 pha:

Sơ đồ chức năng của IC IR2103.

Mạch 7: Sơ đồ tham khảo, sơ đồ Xe Đạp Điện dùng IC lập trình với IC AT89C2051 và tầng thúc với IR2103.

  

Giải thích các cơ phận của xe bằng hình ảnh:

Trong một chiếc xe đạp điện có 4 cơ phân chính, đó là:

* Motor dùng làm nguồn động lực.

* Nguồn ắc-qui.

* Board nạp điện cho ắc-qui.

* Board điều khiển.

Sau đây là các hình ảnh giải thích các cơ phận chính trong một xe đạp điện điển hình.

Hình 1: Hình chụp cho thấy các chổi than quét trên vành đồng để lấy điện cấp cho các cuộn dây cảm ứng đặt trên stator, nó sẽ tạo ra lực từ và làm quay bánh xe sau. Đây là loại motor DC chạy bằng chổi than, loại motornày này chỉ ra có 2 dây để lấy điện +/-. Các hư hỏng thường là mòn chổi than hay mòn khuyết các vành đồng. Bạn tháo cái hư ra tìm cách thay các chổi than mới hay thay thế các vành đồng mới vào là được.

Hình 2: Với motor DC, khi thay thế các vành đồng, Bạn phải nhả các đầu dây của các cuộn cảm ứng ra, thay vành đồng mới vào và hàn lại các đầu dây là được (Bạn xem hình).

  

Hình 3: Hình chụp cho thấy người ta dùng một ổ bi để làm giảm lức ma sát cho lúc quay. Nếu hư ổ bi, khi quay sẽ phát ra tiếng kêu rất lớn. Bạn đóng ổ bi cũ hư ra và thay vào ổ bi mới là được.

Hình 4: Hình chụp cho thấy motor cảm ứng 3 pha dùng linh kiện bán dẫn hiệu ứng Hall (Linh kiện cảm ứng theo từ trường) để lấy tín hiệu cảm ứng tạo ra dòng điện 3 pha cấp cho các cuộn dây ứng. Đặc điểm của loại motor này là ra nhiều dây, nhóm dây của 3 nhóm cuộn ứng và nhóm dây của các cảm biến Hall. Do không có ma sát giữa phần quay (rotor) và phần tĩnh (stator), nên loại motor này tốt hơn motor DC (chỉ ra có 2 dây lấy điện).

Hình 5: Hình chụp cho thấy các IC Hall đặt trên phần tĩnh (stator), khi vành nam châm gắn trên bánh sau (phần động, rotor) quay và quét qua các IC Hall, nó sẽ phát ra tín hiệu cảm ứng để trả về một IC làm đảo pha các dòng điện và nhờ đó luôn tạo ra các đối cực từ và khiến cho vành quay luôn quay. Khi các IC Hall hư Bạn tìm các IC HAll đùng mã số thay vào là được.

Hình 6: Trong loại motor cảm ứng dùng 3 IC Hall, người ta còn thêm bộ phận tăng tốc, hộp tăng tốc độ quay gồm có 3 bánh xe răng (Bạn xem hình), các bánh xe này có thể có vành răng bằng nhựa, nếu lâu ngày lớp răng bằng nhựa bị mòn Bạn tìm cái mới thay thế là được. Ngày nay người ta thích dùng loại motor cảm ứng có hộp tăng tốc, vì nó có hiệu suất sử dụng cao. Sự tiến triển của motor dùng làm nguồn động lực cho Xe Đạp Điện là từ motor DC chổi than ra 2 dây đến motor cảm ứng IC Hall ra nhiều dây và rồi đến loại motor cảm ứng có hộp tăng tốc. Đó chính là loại motor của tương lai vậy.

Hình 7: Hình chụp cho thấy cách gắn hộp tăng tốc vào bên trong phần quay của vành răng của một motor cảm ứng 3 pha với IC Hall.

Hình 8: Nguồn ắc qui của Xe Đạp Điện thường là dùng 3 ắc qui 12V ghép nối tiếp để có 36V. Đây là các ắc qui khô. Tuổi thọ thường từ 2 năm, nhiều khi chỉ 1 năm. Khi loại ắc qui này bị khô nước bên trong nó sẽ yếu và không giữ điện lâu. Bạn hãy tháo nắp che bên trên ra, tháo các nút đậy các ngăn nước (mỗi ngăn là nguồn 2V) và cho châm đầy nước cất vào các ổ bình này, sau đó đóng nắp lại, dùng loại mạch nạp mạnh (có dòng nạp lớn) cho nạp đầy bình rồi cho xả nhanh, làm vài lần (thường 3, 4 lần) là ắc qui sẽ hồi phục và trở lại hoạt động bình thường.

Hình 9: Nhiều xe đạp dùng nguồn pin Ion Lithium (loại pin hiện thông dụng trong máy điện thoại di động), loại pin này có đơn vị là 3.6V, như vậy trong hộp nguồn 36V sẽ do 10 pin Li+ ghép nối tiếp.  Pin này có tuổi thọ lâu (thường khoảng 10 năm), chất lượng tốt, nhưng giá thành cao.  Đây là loại nguồn điện năng của tương lai, người ta hy vọng khi sản xuất nhiều giá thành của nó sẽ hạ thấp. Hư hỏng của loại pin này thường là do bên trong các pin nối tiếp có nguồn pin đơn vị bị hư. Bạn tháo hộp pin để kiểm tra, xem cục nào hư thay cục mới vào là được.

Hình 10: Đây là bản mạch linh kiện trong một hộp nạp bình ắc qui. Người ta thường dùng mạch nghịch lưu với mạch dao động kéo đẩy, công suất lớn, có hiệu suất cao, để tạo ra mức áp cao hơn 36V dùng cho việc nạp bình. Thường có 3 phương thức nạp điện, lúc đầu cho nạp bằng nguồn dòng hằng (thường chọn dòng hằng khoảng 3A), sau đó chuyển qua nạp bằng nguồn áp hằng (cho ra mức áp khoảng 39V) và sau cùng là giữ cho nạp theo chế độ duy trì (nạp bù với dòng khoảng 100mA).

Trong board nạp này, các hư hỏng thường là hư transistor khóa (các transistor mắc trên lá nhôm giải nhiệt), nổ các tụ lọc, chạm các diode nắn dòng. Bạn dùng Ohm kế đo kiểm tra các linh kiện nghi hư, tìm các linh kiện đúng mã số hay tương đương thay thế là được.

Hình 11: Đây là hình chụp board khiển, dùng điều khiển sự vận hành của Xe Đạp Điện, hộp khiển ra rất nhiều dây, trong đó có bộ phận cấp dòng cho motor quay. Các hư hỏng thường là chạm các transistor công suất, Bạn dùng Ohm kế đo kiểm tra, nếu phát hiện linh kiện hư thì tìm linh kiện tương đương thay thế.

Hình 12: Hình chụp cho thấy trong hộp khiển có các transistor MOSFET gắn trên các miếng nhôm giải nhiệt, hãy kiểm tra kỹ các transistor này.

Hình 13: Chú ý các transistor đặt bên dưới bản mạch in, chú ý dùng giấy lót để tránh chạm.

Hình 14: Chú ý các đầu dây ra, cách đầu dây theo màu. Tránh đấu dây nguồn sai cực tính có thể làm hư mạch điện trong hộp khiển.

Ghi nhận của người soạn: nếu cần tra cứu các tài liệu liên quan đến Xe Đạp Điện, Bạn có thể lên mạng toàn cầu và vào các trang Web sau:

 http://www.elecfans.com/article/83/146/2009/20091225146240.html

Trang Web trình bày nguyên lý của các mạch điện dùng để nạp pin ắc qui.

http://www.dianlut.com/k/dianji/dianjikongzhidianlutu/index.html

Trang Web cho nhiều mạch điện liên quan đến Xe Đạp điện để Bạn tham khảo.

http://www.elecfans.com/soft/study/auto/2009/2009112254589.html

Trang Web cung cấp nhiều sách nói về Xe Đạp Điện, dĩ nhiên Bạn tải miễm phí, không tốn tiền.

http://v.mofile.com/show/28OGFLBO.shtml

Trang Web trình bày các vấn đề liên quan đến Xe Đạp Điện bằng phim ảnh.

Điều cần nói ở đây là tất cả các địa chỉ Web này đều dùng chữ Hoa hay phim ảnh nói bằng tiếng Hoa. Tôi nghỉ nếu Bạn thích và khi có dịp tôi sẽ viết bài hướng dẫn Bạn nhanh chóng học biết cách xem các tài liệu kỹ thuật tiếng Hoa, Bạn học biết cách khai thác các trang Web chữ Hoa cũng thấy thích thú lắm, phải không?

 Người biên soạn, giáo viên dạy nghề: Vương Khánh Hưng