1

บทท1

บทน ำ

ในปจจบนมการใชยานพาหนะขนสงกนเปนจ านวนมาก ยานพาหนะเหลานนใชเชอเพลงในการสนดาป ในปจจบนน ามนเชอเพลงมราคาสงมากและก าลงจะลดลง จงไดมการพฒนาการน าพลงงานไฟฟามาใชในการขบเคลอนดวยมอเตอร โดยใชมอเตอรกระแสตรงขนาด 24 โวลท 500 วตต และเพอศกษาความเปนไปไดในการน าไปใชงานจรงและน าไฟฟามาเปนพลงงานเปนการลดมลภาวะทางอากาศและเปนการประหยดพลงงานมากขน

1.1 ควำมส ำคญของปญหำ

1. ลดการใชน ามนและกาซธรรมชาตทมราคาคอนขางทจะสง 2. เกดความสะดวกและประยกตใชอเลกทรอนกสก าลงใหเปนประโยชน 3.ไมมมลพษและรกษาสงแวดลอมทจะเกดขน 4. ลดคาใชจายในการเดนทางและชวยประหยดพลงงาน

1.2 วตถประสงคของโครงงำน

1. เพอสรางรถจกรยานยนตไฟฟาขบเคลอนดวยมอเตอรไฟฟากระแสตรง 2. เพอใหรถสามารถวงไดทความเรว 40 กโลเมตรตอชวโมง และรบน าหนกโดยรวมไม เกน 180 กโลกรม 3. เพอศกษาวธการขบเคลอนมอเตอรโดยใชวงจรชอปเปอรแบบ 2 ควอตแดนซ 4. เพอประยกตหลกการของอเลกทรอนกสก าลงและแสดงผลแบบดจตอล 5. เพอวเคราะหหลกการท างานของตวขบเคลอน

2

1.3 ขอบเขตของโครงงำน

1. สรางตวขบเคลอนมอเตอรไซดไฟฟาโดยใชวงจรชอปเปอร 2. ใชมอเตอรไฟฟากระแสตรงขนาด 500 วตต 24 โวลท เปนตนตนก าลงในการขบเคลอน 3. ใชวงจรดซชอปเปอรแบบ 2 ควอตแดนซ ในการควบคมมอเตอรเปนการเบรกแบบ Regenerative 4. วดขนาดความเรวและแสดงผลแบบดจตอล

1.4 โครงสรำงของโครงงำน

ภาพท 1.1 โครงสรางของโครงงาน

1.5 ประโยชนทไดรบจำกโครงงำน

1. เพอเปนการอนรกษพลงงานในการขบเคลอนเครองยนต 2. มความสะดวกในการใชงานเนองจากการดแลรกษาท าไดงาย 3. มความประหยดกวาเพราะไมใชน ามนในการขบเคลอน 4. เพอเปนยานพาหนะแบบไรมลพษเพราะใชไฟฟาในการขบเคลอนเครองยนต

Speed Control PWM Chopper Motor

Speed Measure

3

1.6 วรรณกรรมทเกยวของ

1. เดชนะ ทฆายพรรค,ณฐพล มวงบาง, ปยพงษ สขรกษ, ปรากฤต เหลยงประดษฐ, 2549 :การปรบปรงระบบสงจายก าลงของรถจกรยานยนตของมอเตอรไฟฟากระแสตรงในการขบเคลอนรถใหสามารถวงไดทความเรว 40 กโลเมตรตอชวโมง ใชมอเตอรไฟฟากระแสตรงชนดแมเหลกถาวรขนาดก าลงไฟฟา 500 วตต แรงดนไฟฟา 24 โวลท ควบคมความเรวมอเตอรโดยใชวงจรชอปเปอรและมการตดตงชดชารจประจแบตเตอรไวกบตวรถเพอความสะดวกในการใชงาน

2. นครนทร แจมนล, สมบรณ เอยมอากาศ,ด ารงศ ผองศร, นมต บญภรมย, 2551 : น าเสนอรถจกรยานยนตไฟฟาขบเคลอนดวยมอเตอรไฟฟากระแสตรงไดท าการออกแบบและสรางรถจกรยานยนตไฟฟาทสามารถปรบความเรวได โดยใช ดซมอเตอร ขนาด 36 โวลท เปนตวขบเคลอน โดยตดตงมอเตอรไวทลอหลงและใชโซเปนตวสงก าลงจากเฟองหนาซงตดกบมอเตอร สามารถวงดวยความเรวประมาณ 40 กโลเมตรตอชวโมง

4

บทท 2

ทฤษฎทเกยวของ

2.1 คณลกษณะพนฐำนของมอเตอรไฟฟำกระแสตรง [1]

วงจรเทยบเคยงของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยก มลกษณะดงภาพท 2.1

Va

ia Lm

Rm

Lf

Rf

if

+

-

M

ω

Td

+

-

B

ภาพท 2.1 วงจรเทยบเคยงของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยก เมอมอเตอรถกกระตนดวยกระแสทฟวส ( i

f) และกระแสทอารเมเจอร ( i

a) ภายในวงจร

อารเมเจอรขอมอเตอรท าใหเกดแรงดนแรงดนตานกลบ (BackEmf) และแรงบดทโหลด ณ ระดบความเรวคงท i

f ของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยกไมไดขนอยกบนนคอหมายถงการ

เปลยนแปลงใด ๆของ ไมมผลกระทบตอ ifนอกจากน i

f ยงมคามากกวา i

aนมากๆจากภาพท

2.1 เราสามารถหาคากระแสทฟวสชวขณะ

5

ไดสมการ

(2.1)

หาคากระแสอารเมเจอรชวขณะไดจากสมการ

(2.2)

แรงดนตานกลบ (eg) ของมอเตอรซงรยกวา แรงดนความเรว (Speed Voltage) มคาเปน

g v fe K i (2.3) แรงบดทอารเมเจอร (Torque Developed ; Td ) มคาเปน

d t f aK i i (2.4)

d มคาเทากบแรงบดทสงไปยงโหลด ดงน

d L

dJ B

dt

(2.5)

เมอ = ความเรวเชงมมหรอความเรวมอเตอร มหนวยเปนเรเดยลตอวนาท (rad/s) หรอ

รอบตอนาท (rpm)

B = คาคงทของแรงเสยดทานมหนวยเปนN.m/ เรเดยลตอวนาท (rad/s)

Kv = คาคงทของแรงดน มหนวยเปนโวลตตอแอมแปร- เรเดยลตอวนาท (V/A-rad/s)

Kt = Kv = คาคงทของแรงบด

La = อนดกแตนชของวงจรอารเมเจอร มหนวยเปนเฮนร (H)

Lf = อนดกแตนซของวงจรฟลด มหนวยเปนเฮนร (H)

Ra = ความตานทานของวงจรอารเมเจอร มหนวยเปน (Ω)

Rf = ความตานทานของวงจรฟลด มหนวยเปน (Ω) ขณะสภาวะคงท (Steady State) คาอนพนธเวลา (Time Derivatives; dt) จากสมการเหลาน

เปนศนยเปนผลใหปรมาณตาง ๆ ทปรากฏในสมการขางบนนคาเฉลยทสภาวะคงท ดงนคอ

f f fV R I (2.6)

g a fE K I (2.7)

6

a a a gV R I E

a a v gR I K I (2.8)

d t f aK I I

dB (2.9) ก าลงไฟฟาทอารเมเจอร (Developed Power; dP ) มคาเปน

(2.10) ความสมพนธระหวางกระแสฟลด ( if ) กลบแรงดนตานกลบ (Eg) จะไดวาไมเปนเชง

เสนเนองจากการอมตวแมเหลก ซงเหนไดจากคณลกษณะของการเกดแมเหลก (Magnetization Characteristic) ดงภาพท 2.2

ภาพท 2.2 ความสมพนธระหวางกระแสฟลด (if ) กบแรงดนตานกลบ ( gE )

หาคาความเรวเชงมมหรอความเรวของมอเตอรไดจากสมการ คอ

(2.11)

จากสมการ 2.9 ท าใหทราบวาการเปลยนแปลงความเรวของมอเตอรท าไดโดย

1. ควบคมแรงดนทอารเมเจอร aV ซงเรยกวา การควบคมแรงดน 2. ควบคมกระแสทฟลด ซงเรยกวา การควบคมกระแสฟลด 3. ควบคมกระแสทอารเมเจอร (Ia) ขณะ (If) มคาคงท

7

ความเรวซงสอดคลองกบคาพกดของ คาพกดของ และคาพกดของ จะเรยกวาความเรวฐาน (Base Speed) หรอความเรวพกด ส าหรบคณลกษณะของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบกระตนแยกนเมอมการน าสมการ 2.9 มารวม พจารณาท าใหทราบวา : กรณความเรวของมอเตอรต ากวาความเรว หรอฐานเรงความเรวใหถงความเรวฐาน คา จะคงท ดงนน เมอความเรวของมอเตอรต ากวาความเรวฐาน จงขนอยกบการปรบคาของแรงดนอารเมเจอร (Va) เพอใหไดแรงบดคงท กรณความเรวของมอเตอรสงกวาความเรวฐาน คาแรงดนอารเมเจอร (Va) จะคงท ดงนน ความเรวของมอเตอรจงขนอยกบการปรบคาของ fI (เพอใหได dP คงท)

2.2 ทฤษฎพนฐำนของวงจรควบคม

วงจรควบคมนจะเปนวงจรทใชเปลยนแปลงแรงดนกระแสตรงจากแหลงจายไฟฟากระแสตรงทมแรงดนระดบหนงไปเปนอกระดบหนง การน าไปใชงานสวนมากจะเปลยนแรงดนเพอจายใหกบอารเมเจอรของมอเตอรกระแสตรง เพอชวยในการเรมเดนและควบคมความเรวของมอเตอร และยงสามารถใชเปนแหลงจายไฟฟากระแสตรงทเปลยนแปลงแรงดนไดสะดวก หลกการเบองตนของวงจรควบคม สามารถพจารณาจากวงจรพนฐานในวงจรประกอบดวยแหลงจายไฟฟากระแสตรงสวทซโหลดเปนความตานทานของวงจรทใชงานจรงจะใชเพาเวอรทรานซสเตอร เอสซอารมอสเฟสและไอจบท ท าหนาทเปนสวทซ แตในโครงงานนจะใช ไอจบท เปนสวทซซงตอบสนองความถไดสงเมอปดสวทซ แรงดนทโหลดจะเทากบแรงดนทแหลงจาย เมอเปดสวทซ แรงดนทโหลดจะเทากบศนยและแรงดนเฉลยทโหลดจะเปลยนแปลงตามระยะเวลาทปดสวทซและเปดสวทซ จงเรยกวธนวา“ชอปเปอร” หรอ D.C – to - D.C. ถาชวงระยะเวลาทสวทซเปด-ปดเปลยนแปลงแตกตางกน กจะท าใหแรงดนทโหลด ( 0V ) และกระแสทโหลดเปลยนแปลง ซงจะมคาแรงดนเฉลยและจะมความสมพนธกบแรงดนไฟฟาของแหลงจาย ดงน

onT = ระยะเวลาทสวทซปด

offT = ระยะเวลาทสวทซเปด

T = ระยะเวลาในหนงไซเคล = onT + offT

8

0 0

1 t

saveV V

T (2.12)

0

onTs tV

T

on

s

TV

T

0 saveV K V

(2.13)

ซงคา on

on off

TK

T T

อตราสวนระยะเวลาเปดและเวลาปด

= DutyCycle

2

. .0

1 onT

r m s sV V t dtT

(2.14)

sV k

(2.15)

ลกษณะการเปด-ปดสวทซในวงจรควบคม สามารถแบงออกได 3 ลกษณะคอ 1) เปลยนแปลง และ เปลยนแปลง แต T คงทจะเรยกการท างานลกษณะนวา “วธการเปลยนแปลงความกวางของพลส” (Pulse Modulation) แรงดนทโหลดจะมคาลดลงเมอ ลดลง 2) คงทและ เปลยนแปลง แตT เปลยนแปลงจะเรยกการท างานลกษณะนวา “วธการเปลยนแปลงความถ”(Frequency Modulation) แรงดนทโหลดจะมคาลดลงเมอ มากขน 3) ลกษณะการท างานของการเปลยนแปลงความกวางของพลสและเปลยนแปลงความถ ซงแบงได 2 กรณ คอ เปลยนแปลง และ คงท แต T เปลยนแปลงและ เปลยนแปลง และ เปลยนแปลง และ T เปลยนแปลงเมอพจารณาจากวงจรแลวนนจะเหนวาจะมแรงดนเอาทพททเปนภาพ Wave Form ทจะเปนแรงดนไฟฟากระแสตรงไดอยางไรวธแกกคอ สวทซทใชจะตองใชกบสญญาณทมความถสงๆจงจะมองไมออกวาเปน Wave Form

9

2.3 ไอจบท (IGBT) ยอมำจำก Insulate Gate Bipolar Transistor[2]

ภาพท 2.3 สญลกษณของไอจบททง 2 แบบ ไอจบทคอนขางจะเปนอปกรณทใหมอยแตพอจะมใชกนบางในปจจบนและมจ าหนายกนหลากหลายเบอรดวยกนในปจจบนจงมสญลกษณอยหลายรปแบบดวยกนซงขนอยกบผผลตวาจะมการก าหนดสญลกษณใดๆเปนสญลกษณประจ าสนคาทผลตขนสวนมากจะมอย 2 แบบดงภาพท 2.3 ซงเปนสญลกษณและชอเรยกขาตางๆของไอจบทชนดเอนแชนเนลจากภาพท 2.3 ก. จะเหนวามสญลกษณคลายกบมอสเฟสมากๆ เพยงแตสญลกษณจะมลกศรเพมขนมาตรงขาเดรนลกษณะของลกศรจะชเขาหาตวหรอชเขาหาชนของซลคอนภายในตวไอจบทสวนสญลกษณของภาพท 2.3 ข.จะเหมอนกบสญลกษณของทรานซสเตอรแตตรงขาเกตหรอขาเบสของทรานซสเตอร จะเพมขดขนมาอกหนงขดเพอใหเหนวาขดทเพมมานนไมไดตอถงกนโดยตรงกบขาทตอออกมาใชภายนอก

ภาพท 2.4 ภาพหนาตดโครงสรางพนฐานของไอจบท

10

โครงสรางของไอจบทชนดเอนแชนเนลแสดงเปนภาพตดขวางไดดงภาพท 2.4 โครงสรางสวนมากจะมลกษณะเหมอนมอสเฟสจะแตกตางกนตรงทไอจบทจะมชน P+ หรอชนองเจทตงจะตออยระหวางขาเดรนซงในทนมอสเฟสจะไมมและจากการทขาเกทถกกนดวยชนของซลคอนออกไซด (SiO2) เปนผลท าใหความตานทานอนพตทขาเกตมคาสงมากเหมอนกบเพาเวอรมอสเฟสโดยทวไปจะมคาอยชวง 10 กกะโอหม

ภาพท 2.5 โครงสรางของไอจบทชนดเอนแชนเนล ก. กราฟแสดงคณสมบตระหวางกระแสและแรงดนของไอจบท ข. กราฟแสดงลกษณะสมบตการถายโอนของไอจบท

จากผลดงกลาวท าใหลกษณะของกราฟแสดงคณสมบตของกระแสและแรงดนของไอจบทมลกษณะคลายกบระหวางขาเกตและขาซอรสมากกวา การควบคมกระแสทขานจะเหมอนกบตวทรานซสเตอรซงกราฟแสดงแสดงคณสมบตของกระแสและแรงดนของไอจบทแสดงดงภาพท 2.5 ก. และภาพท 2.5 ข. เปนกราฟคณสมบตการถายโอนกระแสและแรงดนกราฟของทรานซสเตอรแตการควบคมกระแสเดรนจะอาศยการควบคมแรงดนจากภาพกราฟแสดงใหเหนวาสวนใหญของเสนกราฟกจะมคณลกษณะเปนเสนตรงแตจะเรมโคงกตอเมอกระแสเดรนต าๆนนกคอจดทแรงดนระหวางขาเกตและขาซอรสต าลงเขาใกลแรงดนจดเรมเปลยนสภาวะการท างานทจด (Threshold Voltage:VGS(th)) โดยถาแรงดนระหวางเกตและซอรสนต ากวาแรงดนทจด VGS(th) แลวไอจบทจะอยในสภาวะหยดน ากระแสหรอคทออฟในกรณของไอจบทชนดพแชนเนลนนคณสมบตจะคลายกบเอนแชนเนลแตโครงสรางและสญลกษณมลกษณะตรงกนขามกบเอนแชนเนล

11

2.3.1 สภำวะน ำกระแส

ภาพท 2.6 ทศทางการไหลของอเลกตรอนและโฮลในขณะน ากระแส

ขาเดรนเมอไดรบแรงดนไบอสตรงคอเปนบวกเมอเทยบกบซอรสและแรงดนระหวางเกตกบซอรสมคาเกน VGS(th) ประจไฟฟาบวกทเกดจากแรงดนทขาเกตจะดงเอาอเลกตรอนคอกระแสอเลกตรอนทไหลจากขาซอรสผานบรเวณใตเกตมายงบรเวณรอยเลอน n- จะรวมกบโฮลจะทเปนพาหนะขางนอยทถกฉดมาจากชนอนเจทตงp+เพราะทรอยตอJ1ไดรบแรงดนไบอสตรง ท าใหไอจบทอยในสภาวะน ากระแสเกดการไหลของกระแสไฟฟาจากเดรนไปยงซอรสไดการรวมกนของโฮลและอเลกตรอนภายในบรเวณ n- เรยกวาการมอดเลตสภาพการน ากระแสผลการมอดเลตนจะท าใหความตานทานของบรเวณ n- มคาต าลงเปนการเพมความสามารถในการขบผานกระแสไดสงขนซงมลกษณะเหมอนเพาเวอรทรานซสเตอรผลของความตานทานทลดลงท าใหแรงดนตกครอมทสภาวะน ากระแสลดต าลงดวยการสญเสยก าลงงานขณะน ากระแสจงลดลงดวยทศทางการไหลของอเลกตรอนและโฮล

2.3.2 สภำวะหยดน ำกระแส

เมอแรงดนระหวางขาเกตและซอรสลดลงต ากวาแรงดน VGS(th) จะท าใหมแรงดนทไมเพยงพอส าหรบการแปรสภาพชนบอด p เปน n ไดท าใหบรเวณ n-ไมตรงกบบรเวณซอรส n+ไอจบทจงจะอยในสภาวะหยดน ากระแสและในสภาวะนรอยตอ J2 ทไดรบแรงดนไบอสกลบจะท าใหเกดกระแสรวไหลเพยงเลกนอยเทานนและนอกจากนยงท าใหเกดบรเวณปลอดพาหะขนทรอยตอ J2ดวยบรเวณปลอดพาหะนจะมการขยายบรเวณกวางขนจนเกนเขามายงบรเวณ n- มากกวาทจะขยายไปยงบรเวณชนบอด p เพราะชนบอด p มความหนาแนนของสารทโดปบรเวณรอยเลอย n-

12

มากเพยงพอกจะท าใหเกดการขยายของบรเวณปลอดพาหะทไมสามารถแตะกบชนอนเจทตง p- ไดชนบฟเฟอร n+(Buffer Layer) กไมจ าเปนทจะตองท าใหเกดขนหรอไมจ าเปนทจะตองโดปสาเพม ทงนเพราะการแตะกนของบรเวณทงสองจะท าใหเกดการพงทลายทางดานไบอสตรงส าหรบไอจบททไมการโดปสารในชนบฟเฟอร n+ นจะเรยกวาไอจบทแบบสมมาตรซงจะมอตราการทนแรงดนยอนกลบ (VRM หรอ BVSDS) เหมาะส าหรบการน าไปประยกตใชในวงจรไฟฟากระแสสลบ การลดบรเวณความหนาของ n- ลงแตยงคงความสามารถของอตราทนแรงดนไบอสตรงไว สามารถท าไดโดยเพมของชนบฟเฟอร n+ เขาไปเพอปองกนการแตะกนของบรเวณปลอดพาหะกบบรเวณอนเจทต p+ ซงจะเรยกไอจบทชนดนวาไอจบทแบบไมสมมาตร และจากการลดความหนาแนนท าใหแรงดนตกครอมขณะน ากระแสลดต าลงเปนผลใหการสญเสยก าลงงานลดนอยลงดวยแตขอเสยของการเพมของชนบฟเฟอร n+ กคอ จะลดความสามารถของอตราทนแรงดนดานยอนกลบใหเหลอนอยลงเพยงไมกสบโวลต นนทงนเมอไอจบทไดรบแรงดนไบอสกลบทขาเดรน รอยตอ J1 ซงทงสองขางมความหนาแนนในการโดปของสารมาก จะไมสามารถทนแรงดนดานยอนกลบไดสงดงนนไอจบทชนดนไมเหมาะสมทจะน ามาใชในวงจรไฟฟากระแสสลบ

2.3.3 กำรแลตชในไอจบท

นอกจากนโฮลสวนใหญทรวมกบอเลกตรอนภายใตบรเวณ n-แลวยงมกระแสโฮลบางสวนทไหลขามบรเวณn- เขาสบรเวณชนบอดpโดยตรงผลของกระแสโฮลนท าใหเกดแรงดนตกตรอมความตานทานขางเคยงดงภาพท 2.6 ถาแรงดนนมคามากพอคอประมาณ 0.7 โวลต จะท าใหรอยตอ J3 ไดรบไบอสตรง เปนผลใหอเลกตรอนจากบรเวณซอรส n+ ถกฉดเขามาในชนบอด p ถาดจากภาพท 2.8 ค. จะหมายถงขาเบสและอมตเตอรของทรานซสเตอรเอนพเอนจะไดรบแรงดนไบอสตรงจะสงผลใหไทรสเตอรซงแฝงอยภายในโครงสรางของไอจบทจะอยในสภาวะแลตชการน ากระแสท าใหทขาเกตไมสามารถควบคมปรมาณกระแสเดรนไดอกตอไปแตการควบคมของกระแสเดรนนจะขนอยกบตวตานทานทน ามาตอในวงจรภายนอกถาหากมการแลตชเกดขนในวงจรเปนเวลานาน อาจท าใหไอจบทเสยหายไดเพราะมการสญเสยก าลงงานเกนคาพกดกระแสททนได สวนใหญหรอมาตรฐานคมอการผลตมกจะมการบอกคากระแสเดรนสงสดทสามารถไหลผานไอจบทไดโดยยงไมเกดการแลตชขน (IDM) แตเนองจากกระแสเดรนถกก าหนดหรอควบคมโดยตรงจากแรงดนระหวางขาเกตและซอรสบางครงคมอบอกแรงดนทสงสดระหวางขาเกตและซอรสสงสดการแลตชทกลาวถงขางตนเรยกวาการแลตชในหมดสแตตกเพราะเกดขนเมอกระแสทไหลในสภาวะการน ากระแสมคาเกน IDM แตลกษณะการแลตชนกสามารถเกดขนได เรยกวาโหมดไดนามกซงจะเกดขนเมอมการเปลยนการท างานจากสภาวะน ากระแสไปเขาสสภาวะหยดน ากระแส

13

ไดดวยในบางครงการแลตชนเกดขนไดแมวากระแสเดรนขณะน ากระแสยงมคาต ากวาคา IDM กตามยงสงผลทเกดขนท าใหบรเวณปลอดพาหะทมการขยายบรเวณของชนบอดp โดยเฉพาะจะขยายเขาสบรเวณ n- มากกวา เพราะมความหนาแนนของการโดปสารทต ากวาการขยายบรเวณของปลอดพาหะอยางรวดเรว จะท าใหโฮลทคางอยบรเวณ n- ขณะน ากระแสและยงไมไดรวมกบอเลกตรอนหลดรอดจากการขดขวางของบรเวณปลอดพาหะเขาไปสะสมอยในบรเวณรอยตอ J2 เปนการเพมกระแสทไหลผานตวตานทานขางเคยงใหสงขนท าใหไทรสเตอรภายในไอจบทเกดการแลตชขนไดเมอเกดการแลตชขนนนแรงดนตกครอมขาซอรสและเดรนขณะน ากระแสจะมคาต ากวาระดบปกตนอกจากนการแลตชยงสามารถเกดขนไดอก

2.3.4 กำรปองกนกำรแลตช

การหลกเลยงการแลตชของไอจบทสามารถท าไดทงผผลตและผใชงานเองโดยจะมอยสองวธดงน วธแรกอาจท าไดโดยลดความกวางของบรเวณซอรส n+ ลงนนคอลดคา Ls ลงนนเอง วธทสองเปนการแบงระดบความหนาแนนในการโดปสารของบรเวณบอด p ดงในภาพท 2.7

ภาพท 2.7 โครงสรางทปรบปรงเพอปองกนการแลตชในไอจบท

จะเหนวาบรเวณบอดp ภายใตเกตจะโดปดวยความหนาแนนในระดบปกต 1016 cm3และมความหนาแนนนอยกวาของบรเวณซอรส n+ แตสวนอนทเหลอของบรเวณบอดp จะโดปดวยสวนความหนาแนนทมมากกวาคอ 1019 cm3รวมถงความหนากจะมมากกวาดวยการท าเชนนจะท าใหเพมความสามารถในการน ากระแสใหสงขนเปนการชวยลดความตานทานขางเคยงใหนอยลงดวย ส าหรบผใชงานกสามารถปองกนการแลตชในโหมดสแตตกได โดยออกแบบไมใหกระแสทไหลในโหลดไหลเกนคากระแส IDM และปองกนการแลตชในโหมดไดนามกไดโดยหนวงเวลาขณะหยดน ากระแสใหยาวขน เพอใหโฮลทยงคางอยในบรเวณ n- มเวลาพอทจะรวมกบอเลกตรอนเปนการลดกระแสทไหลผาน คาความตานทานขางเคยงใหนอยลงเผอใหไดการหนวง

14

เวลาขณะหยดน ากระแสใหยาวนานขนท าไดโดยการเพมความตานทานภายนอกอนกรมเขากบขาเกตของไอจบท

2.3.5 วงจรสมมลของไอจบท

ภาพท 2.8 วงจรสมมลของไอจบท ก. แสดงโครงสรางทมทรานซสเตอรและมอสเฟสฝงอยภายใน ข. วงจรสมมลส าหรบการท างานสภาพปกตของไอจบท ค. วงจรสมมลทแสดงสวนของไทรสเตอรทแฝงอยในไอจบท

วงจรสมมลของไอจบทแสดงไวในภาพท 2.8 ก. โดยในภาพนนจะเหนวาในบรเวณบอด p ชนบรเวณ n- และชนองเจกตง p+ จะคลายกบทรานซสเตอรชนดเอนพเอน โดยแทนไดดวยขาคอลเลกเตอร เบสและอมตเตอรตามล าดบและบรเวณภายใตเกตกจะแทนไดดวยมอสเฟสซงจะมความตานทานบรเวณ n- เชอมขาเบสของทรานซสเตอรพเอนพเขากบขาเดรนของมอสเฟสซงเมอเขยนวงจรสมมลออกมาจะไดวงจรดงภาพท 2.8 ข. จากภาพท 2.8 ข. จะเหนวาเปนวงจรดารลงตนโดยมมอสเฟสเปนตวขบทรานซสเตอรพเอนพแตมจดพเศษทแตกตางจากวงจรทวไปคอกระแสเดรนสวนใหญจะไหลจากอมตเตอรมายงเบสผานความตานทานบรเวณรอยเลอนและผานขาเดรนของมอสเฟสมาจบลงทขาซอรสจะมกระแสสวนนอยเทานนทไหลจากอมตเตอรมายงคอลเลกเตอรและขาซอรสส าหรบวงจรในภาพท 2.8 ค. จะแสดงใหเหนวาภายในไอจบทจะมไทรสเตอรแฝงอยดวยโดยดไดจากทรานซสเตอรชนดเอนพ

15

เอนและพเอนพตอเขาดวยกนในลกษณะทมการปอนกลบ จะเหนไดชดเจนถงเหตทท าใหเกดการแลตชของไอจบทถากระแสสวนนอยทไหลผานจากอมตเตอรมายงคอลเลกเตอรของทรานซสเตอรพเอนพแลวผานความตานทานขางเคยงของรอยตอแลวนนกจะท าใหเกดแรงดนตกครอมความตานทานสงกวา 0.7 โวลตทรานซสเตอรเอนพเอนจะน ากระแส สงผลใหเกดการแลตชขนใน ไอจบทส าหรบแรงดนตกครอมขาเดรนและซอรสของไอจบทขณะน ากระแส สามารถเขยนสมการไดดงน (2.16) เมอ Vj1 เปนแรงดนไบอสตรงทตกครอมรอยตอพเอน จงมคาคอนขางจะคงทและจะมการเปลยนแปลงบางกเลกนอยเพราะมความสมพนธโดยตรงในลกษณะเอกซโปเนนเซยลกบกระแส ท าใหมคาอยระหวาง 0.7-1โวลท Vdrift เปนแรงดนทตกครอมความตานทานบรเวณรอยเลอนซงความตานทานนมคาคอนขางคงทเมอเปรยบเทยบกบคาแรงดนในมอสเฟสแลวจะมคานอยกวาเพราะผลของการมอดเลตสภาพน าทเกดขนในไอจบท Rchannel เปนคาความตานทานในยาน 1- 1,000 โอหม มคาคอนขางคงท IDRchannel เปนแรงดนตกครอมมอสเฟส ดงนนจงสรปไดวา จะมคาสงมากขนตามคากระแสเดรนทสงขนโดยทวไปไอจบทจะสามารถท างานไดในอณหภมรอยตอสงสดถง 150 องศาเซลเซยลและผลของการเปลยนแปลงอณหภมจากคาอณหภมหองไปถงคาสงสดนกจะสงผลใหเกดการเปลยนแปลงของคา เพยงเลกนอยเทานน เพราะไอจบทมคา เปนผลรวมระหวางแรงดนตกครอมมอสเฟสทมสมประสทธทางอณหภมเปนบวกอณหภมสงขนแรงดนตกครอมความตานทานบรเวณลอยเลอนจะสงขนตามกบแรงดนตกครอมความตานทานบรเวณรอยเลอนทมสมประสทธของอณหภม

16

2.3.6 ลกษณะกำรสวตช

ลกษณะของสญญาณกระแสและแรงดนในชวงเวลาทเกดการน ากระแสและหยดน ากระแสแสดงไวในภาพท 2.9

ภาพท 2.9 ลกษณะของสญญาณกระแสและแรงดน ก. ลกษณะของกระแสและแรงดนขณะน ากระแส ข. ลกษณะของกระแสและแรงดนขณะหยดน ากระแส

โดยชวงเวลาในการน ากระแสของไอจบทจะแสดงไวในภาพท 2.9 ก. ซงะมลกษณะของการน ากระแสจะคลายกบการน ากระแสของมอสเฟสคอจะมเวลากอนการน ากระแส (td(on)) จะนบตงแตเวลาทแรงดนระหวางเกตกบซอรสอยในชวง VGG- จนถง VGS(th) ความจรงแลวการปอนแรงดนนจะมลกษณะการเปลยนแปลงทนททนใดจากคา VGG- เปน VGG+ แตมลกษณะเปน

17

เอกซโปเนนเซยล เหตทเปนเชนนนคอเนองมาจากผลการชารจประจของตวเกบประจระหวางขาเกตและขาซอรสและเกทกบเดรนภายในไอจบทแรงดนทขาเดรนจะยงคงทในชวงเวลาขาขน (tri) หรอในชวงเวลาทกระแสเดรนยงไมถงคากระแสท างานน (Io) หลงจากกระแสเดรนกจะคงทแตแรงดนจะตกลงสคา VSD(on) โดยจะแบงชวงเวลาลงเปนสองชวง คอชวง tfv1 เปนชวงทท างานอยในยานความตานทานสงๆสวน tfv2 ชวงทท างานอยในชวงความตานทานต า ในภาพท 2.9 ข. จะเปนภาพแสดงลกษณะกระแสและแรงดนในชวงเวลาทไอจบทหยดน ากระแสจะเหนไดวากระแสเดรนยงคงทอยตลอดชวงเวลาทแรงดนทขาเดรนเพมขนและมชวงเวลาลงของกระแสทขาเดรนทแตกตางชดเจนสองชวงโดยชวงแรก tfi1 จะเปนชวงหยดน ากระแสของมอสเฟสภายในไอจบทแตและชวง tfi2 จะเปนชวงหยดน ากระแสของทรานซสเตอรพเอนพซงจะชากวามอสเฟสท าใหชวงเวลานนานกวาชวงแรกและมการสญเสยก าลงงานมากในชวงน

2.3.7 พนทกำรท ำงำนทปลอดภย

ในขณะไบอสตรงทกวางมาก เกอบไดเปนสเหลยมส าหรบเวลาในการสวตชทสนๆนนแตจะแคบลงเมอเวลาในการสวตชยาวนานขน ซงถาเทยบกบเพาเวอรมอสเฟสแลวไอจบทจะท างานไดในชวงพนททกวางกวาเมอเวลาในการสวตชเทากนไอจบทมพนทการท างานทปลอดภยทงในระหวางน ากระแสและหยดน ากระแสโดยมพนทการท างานทปลอดภย

ภาพท 2.10 พนทการท างานของไอจบท

ก. พนทการท างานทปลอดภยในสภาวะไบอสตรง

ข. พนทการท างานทปลอดภยในสภาวะไบอสกลบ

18

ในชวงระยะเรมน ากระแสและขณะทน ากระแสแลวจดการท างานของ ไอจบทกจะตองมขนาดแรงดนและกระแสทขาเดรนอยภายในพนทการท างานทปลอดภยในชวงไบอสตรงเสมอดงภาพท 2.10 ก. หากไมเชนนนแลวจะท าใหเกดการเสยหายเกดขนกบไอจบทจากรปพนทการท างานทปลอดภยของไอจบทนแสดงถงขดจ ากดของกระแสเดรน , อตราทนแรงดนไหลตรงและอณหภมรอยตอของ ไอจบทตามล าดบส าหรบการท างานทปลอดภยในชวงของการไบอสกลบ จะแตกตางจากในชวงไบอสตรงโดยในรปนจะแสดงคาจ ากดของคาอตราการเปลยนแปลงแรงดนทขาเดรนตอเวลา (dvDS/dt) ซงจะเกดขนในชวงระหวางหยดน ากระแสแทนขดจ ากดทางดานอณหภมทรอยตอ และ จะมพนทแคบลงถา ( dvDS/dt) มคาสงมากขนสวนเหตผลทถกจ ากดโดยคานเพราะไมตองการใหเกดการแลตชขนทไอจบทคา (dvDS/dt) นจะมผลโดยตรงกบชวงเวลาหยดน ากระแสของไอจบทหมายความวาถามอตราการเปลยนแปลงเรวจะท าใหชวงเวลาหยดน ากระแสนอยแตกยงถอวาโชคดทขดจ ากด dvDS/dt ของไอจบทมคาสงมากเมอเทยบกบอปกรณไทรสเตอรตวอนๆดงนนความจ าเปนในการใชวงจรสนบเบอรเพอปองกนการแลตชกไมมความจ าเปนตองใชและการควบคมคา dvDS/d ทเกดขนยงท าไดงายขนดวยการออกแบบวงจรขบเกตทมคาความตานทานทตอกบขาเกตและคา VGG-ทเหมาะสม

2.3.8 DC-DC CONVERTER [2]

Io

load VoVin

s

Vo

Vin

0 on t

ภาพท 2.11 หลกการของ DC-DC Chopper

ดซชอปเปอรเปนวงจรทท าหนาทเปลยนแปลงแรงดนไฟฟาดซจากแหลงจายไฟฟาทมคาคงทใหไดแรงดนเอาทพทดซทสามารถปรบคาไดตามตองการ โดยใชหลกการ ON และ OFF อเลกทรอนกสสวตซ หรอ ดซชอปเปอรโดยทวไปจะน าไปใชในงานตอไปนรถยนตทขบเคลอนดวยพลงงานไฟฟาจากแบตเตอรกระแสตรงและภายในโครงงานนไดน ามาใชในการขบเครองรถจกรยานยนตไฟฟาดวยพลงงานไฟฟาจากแบตเตอรกระแสตรงเชนเดยวกนRegulator ประสทธภาพสง เปนตน การ ON และ OFF อเลกทรอนกส สวตซมวธการ 2 แบบคอ

19

1. แบบ Constant – Freqency เปนวงจรชอปเปอรทควบคมให Time Period (T) คงท แลวปรบเวลา ON Time (Ton) การควบคมในลกษณะนเรยกวาPulse - Width – Modulation (PWM) 2. แบบ Variable – Frequency เปนวงจรชอปเปอรทปรบ Time Period โดยการปรบ ON Time หรอ OFF Time (T – Ton) การควบคมแบบนเรยกวา Frequency – Modulation แตเนองจากการควบคมในลกษณะนความถมการเปลยนแปลงในยานกวางท าใหยากในการ Filter

2.3.9 อเลกทรอนกสสวตซทใชในวงจรมอย2 แบบคอ

1. แบบทท าใหกระแสหยดไหลดวยการบบบงคบ(Forced Commutation) คอ เอสซอารจะน ามาใชงานในความถต า 2. แบบทท าใหกระแสไหลไดดวยตวเอง (Self Commutation) คอเพาเวอรทรานซสเตอร มอสเฟส จทโอ และ ไอจบทจะน ามาใชในงานความถสง

2.4 กำรขบเคลอนมอเตอรไฟฟำกระแสตรงดวยชอปเปอรใน 2 ควอตแดนซ [3]

มอเตอรแบบ Regenerative ทศทางของแรงดนเปนบวก แตทศทางของกระแสจะกลบเปนทศทางจากเดมทศทางกระแสเปนลบ ในสภาวะน มอเตอรจะเปลยนสภาวะเปนเครองก าเนดไฟฟา ก าลงงานของมอเตอรจะไหลยอนกลบไปทแหลงจายไฟฟาและถกลดวงจรกระแสตรงโดยใชไอจบทแรงบดมทศทางสวนทางกลบทางเดมท าใหความเรวรอบของมอเตอรจะลดลงอยารวดเรว

2.4.1 วงจรชอปเปอรแบบ 2 ควอตแดนซ

การควบคมวงจรชอปเปอรจะท างานในควอตแดนซท 1 เมอแรงดนอารเมเจอรและกระแสอารเมเจอรเปนบวกในการเบรกนนวงจรชอปเปอรจะท างานในควอตแดนซท 2 แสดงในภาพท 2.13 ก าลงเปนทนยมใชกนมากในการเบรกมอเตอร วงจรไอจบทแบบ 2 ควอตแดนซจะแสดงในภาพท 2.14

การควบคมก าลงไอจบท Q1 และ ไดโอด D2 จะท างานเมอ Q1 ท างาน แรงดนแหลงจาย VS

จะไหลไปทมอเตอร เมอ Q1ไมท างานกระแสในอารเมเจอรจะไหลวนเวยนผานไดโอด D2

20

V

I

M

Q1D1

Q2

D2

+

-

VS

ภาพท 2.12 วงจรขบเคลอนมอเตอรแบบ 2 ควอตแดนซ

ภาพแสดงวงจรการขบเคลอนมอเตอรแบบ 2 ควอตแดนซและการควบคมก าลงไอจบท Q1

และ ไดโอด D2 จะท างานเมอ Q1 ท างาน แรงดนแหลงจาย VS จะไหลไปทมอเตอร เมอ Q1ไมท างานกระแสในอารเมเจอรจะไหลวนเวยนผานไดโอด D2

2.4.2 กำรควบคมกำรเดนหนำของมอเตอร

M

Q1

D1

Q2 D2

+

-

VS

I

ภาพท 2.13 ภาพแสดงการเดนหนาของมอเตอร

การควบคมการเดนหนาของมอเตอร ไอจบท Q1 จะท างาน Q2 จะหยดท างาน เมอ D1 ท างานแรงดนจากแหลงจายจะปรากฏทจดตอของมอเตอรและกระแสอารเมเจอรจะเพมขนเมอ Q1

หยดท างาน Q2 จะท างาน คอการท างานในควอตแดนซท 2 คอการเบรก

21

สมการแรงเคลอนไฟฟาเฉลยของการเดนหนา

a sV kV (2.17) โดยท k = DutyCycle

sV = แรงดนทแหลงจาย

V

IM

Q1D1

Q2D2

+

-

VSI

ภาพท 2.14 ภาพแสดงการเบรกของมอเตอร

การเบรคแบบ Regenerativeไอจบท Q2 และไดโอ D1 จะท างานเมอ Q2 ท างานมอเตอรจะเปรยบเสมอนเครองก าเนดและกระแสอารเมเจอรจะเพมขนคนพลงงานใหกบแหลงจาย โดยกระแสจะไหลผานไดโอด D1 ในอตสาหกรรมทวไปจะนยมใช 4 ควอตแดนซดงแสดงในภาพท 2.14

สมการแรงเคลอนไฟฟาเฉลยของการเบรกมอเตอร

1CH sV k V (2.18)

1a CH a CHP I V I V k (2.19)

g v aE K I (2.20)

1CH a a s a aV R I k V R I

(2.21)

22

บทท 3

กำรออกแบบโครงงำน

3.1 กำรออกแบบโครงงำน

การออกแบบโครงงานการขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบ 2 ควอตแดนซแบงออกเปน 3 สวนดงน

- วงจรก าเนดสญญาณพ.ดบเบลย.เอม. (P.W.M.) - วงจรการเลอนเฟส (Phase shift) - วงจรขบเกตไอจบท (Gate driver circuit)

3.2 วงจรขบเคลอนมอเตอรไฟฟำกระแสตรงแบบ 2 ควอตแดนซ

ภาพท 3.1 แสดงวงจรก าเนดสญญาณพ.ดบเบลย.เอม. (P.W.M.)

23

ภาพท 3.2 แสดงวงจรเลอนเฟส (Phase Shift)

ภาพท 3.3 แสดงวงจรขบเกตไอจบท (Gate Driver Circuit) โดยใชไอซ TLP250

24

หลกการท างานของวงจรขบเคลอนมอเตอรแบบ 2 ควอตแดนซจะประกอบไปดวยวงจรหลกสามวงจรคอ วงจรก าเนดสญญาณ พ.ดบเบลย.เอม.คอ สญญาณสเหลยมทสามารถปรบความกวางของสญญาณเพอใชในการควบคมความเรวของมอเตอร วงจรเลอนเฟสมหนาทในการปรบขอบขาขนของสญญาณพลสใหมการหนวงเวลาในการเกดของแตละควอตแดนซเพอปองกนการชนกนของสญญาณพลสในแตละควอตแดนซ อาจท าใหเกดความเสยหายกบไอจบท วงจรไดรมอเตอรจะประกอบดวยอปกรณส าคญคอไอซเบอร TLP250 ท าหนาทในการขยายสญญาณ พ.ดบเบลย.เอม.(P.W.M.) เพอใชในการควบคมการท างานของไอจบท (IGBT) (Insulated - Gate Bipolar Transistor) ในทนใชเบอร IRG4PH40UD 1200V จะเหนวาเพม Fast Diode เปนอปกรณในการคนพลงงานกลบ Revcovery ในแตละตวของ State ของตวไอจบท

3.3 กำรออกแบบวงจรกำรขบเคลอนมอเตอรไฟฟำกระแสตรง [4]

จากหลกการพนฐานของวงจร ชอปเปอรดงทกลาวมาแลวนน จะน ามาสรางชดขบเคลอนมอเตอรโดยในทนเราจะเลอกการขบเคลอนแบบ 2 ควอตแดนชทแสดงในหวขอทผานมา โดยมจดประสงคใหมอเตอรเคลอนทในทศทางเดยวการควบคมแรงดนเฉลยในวงจรอารเมเจอรจะใชวธ พ.ดบเบลย.เอม. (P.W.M.) พกดของขนาดมอเตอรทตองการขบเคลอนทม ขนาดไมเกน 500 วตต แรงดน 24 โวลตโดยโครงสรางชดขบเคลอนมอเตอรแบบ 2 ควอตแดนช จะมรายละเอยดดงน

3.4 กำรสรำงวงจรก ำเนดสญญำณพ.ดบเบลย.เอม. (P.W.M.) [5] [6]

วงจรก าเนดสญญาณ พ.ดบเบลย.เอม. (P.W.M.) นจะเลอกใชไอซเบอร MC34060A นซงมวงจรก าเนดสญญาณฟนเลอยและวงจรเปรยบเทยบอยภายใน การก าหนดคาพารามเตอรในการก าเนดความถก าหนดไดดงน

fosc เทากบ ความถของสญญาณพลล RT,CT เทากบ คาพารามเตอรของวงจรก าเนดสญญาณพลล

RT =

(3.1)

25

3.4.1 กำรค ำนวณหำคำ CT และ RT

วงจรก าเนดสญญาณสญญาณ พ.ดบเบลย.เอม. (P.W.M.) น ไดเลอกใชความถท 10 กโลเฮรท เหตผลในการเลอกความถในยานน เพอตองการใหกระแสของมอเตอรมรปเปลนอยลง เราสามารถเลอกยานความถใหมคามากกวาน แตผลทตามมาจะมสญญาณรบกวนมาก จากคมอของ

MC 34060A จะหาคาของ CT และ ความตานทาน RT จากสมการ fosc =

ค านวณหาคา R จากสตร

RT =

(3.2)

พจารณา CT = 0.01 ไมโครฟารด พจารณา fosc= 10 กโลเฮรท

RT =

= 12 กโลโอหม

ภาพท 3.4 แสดงวงจรการสรางสญญาณ พ.ดบเบลย.เอม. (P.W.M.) โดยใช IC MC34060A

แสดงภาพวงจรการสรางสญญาณ พ.ดบเบลย.เอม. (P.W.M.) โดยใช ไอซเบอรMC34060A คาความกวางของสญญาณเอาทพท จะถกควบคมจากระดบแรงดนไฟฟากระแสตรง ทปอนเขาทางอนพททขา 4 ในชวงระดบแรงดน 0-15 โวลต คาความถของสญญาณเอาทพทจะถกก าหนดทคา CT และ RT ตามภาพท 3.4

26

3.4.2 สญญำณ Pulse Width Modulation (P.W.M.) [5] [6]

ภาพท 3.5 แสดงรปคลนสญญาณเอาทพทของ Pulse Width Modulation (P.W.M.)

เปนตวก าเนดสญญาณความถและควบคมความกวางของสญญาณ ตามคาค าสงทผานใหวงจร ก าหนดใหค าสงเทากบคา VS ซงเปนระดบแรงดนไฟฟากระแสตรงนน เมอเปรยบเทยบกบสญญาณรปฟนเลอยททถกสรางขนภายในวงจร พ.ดบเบลย.เอม. หนาทส าคญของวงจรพ.ดบเบลย.เอม.คอสรางสญญาณรปฟนเลอยและเปรยบเทยบสญญาณฟนเลอยกบระดบแรงดนVSจากภาพท 3.5 นแสดงใหเหนถงการเปรยบเทยบสญญาณทงสองไดสญญาณเอาทพทเปนภาพพลสทสามารถเปลยนแปลงคาดวตไซเคลตามผลการเปรยบเทยบสญญาณเอาทพทน จะน าไปผานวงจรขบเกตของไอจบท เพอควบคมการเปด-ปดตอไป สวนสญญาณ Dead Time Control ทเหนในรปเปนสญญาณอนพทอกขาหนง MC34060Aมไวใชในกรณทตองการควบคม Dead Time โดยคณสมบตเดยวกบขา VS

3.4.3 กำรก ำหนดยำนควำมถของวงจร พ.ดบเบลย.เอม. (P.W.M.)

หลกเกณฑในการก าหนดขนาดความถใหวงจรชอปเปอร มดงน - คณสมบตของไอจบททน ามาใชในการเปด-ปดวงจรในทนเลอกใช ไอจบท ของบรษท International Rectifier(IR) เบอร IRG4PH40UDอตราทนแรงดนสงสดจะเทากบ 1200 โวลท การตอบสนองความถ 1-10 กโลเฮรท อตราทนกระแสตอเนองทคอลเลคเตอร 41 แอมแปรทอณหภม 25 องศาเซลเซยส - ความตอเนองของกระแสอารเมเจอร ในขณะทมการเปด-ปด ถาความถของการเปด-ปด นอยเกนไปจะเกดความไมตอเนองของกระแสท าใหมผลกบคาแรงบดทมอเตอรสรางขน

27

3.5 วงจรเลอนเฟส (Phase Shift)

เนองจากการออกแบบการขบเคลอนมอเตอรในทนเปนแบบ 2 ควอตแดนซ โดยก าหนดใหไอจบททงสองตวท างานสลบกนเฟสของสญญาณควบคมไอจบททงสองจะหางกน 180 องศาหรอท างานสลบกนแตปญหาในการเปด-ปดไอจบทแตละตวจะมโอกาสทจะท างานพรอมกนไดชวขณะจะท าใหเกดการลดวงจรได ดงนนจงไดใชวงจรเลอนเฟสของสญญาณทงสองใหมการหนวงเวลาเพอปองกนการลดวงจรจากภาพท 3.6 แสดงใหเหนถงสญญาณควบคมไอจบททงสองตวหลงจากไดผานวงจรเลอนเฟสจะเหนไดวาจะมชองวางเลกนอยกอนท ไอจบทแตละตวจะท างานตามภาพท 3.7 แสดงวงจรเลอนเฟสโดยประยกตจาก IC.OP-AMP และ IC.CMOS สรางวงจรเลอนเฟส

ภาพท 3.6 แสดงรปสญญาณทผานการเลอนเฟส

28

ภาพท 3.7 แสดงวงจรเลอนเฟส

3.6 วงจรขบเกตไอจบท (Gate Driver Circuit)

เปนวงจรทท าหนาทขยายสญญาณ พ. ดบเบลย. เอม. (P.W.M.) ในโครงงานนจะเลอกใชไอซส าเรจรป TLP250 เพอใชในการควบคมการท างานของไอจบท (IGBT) (Insulated - Gate Bipolar Transistor) ในทนใชเบอร IRG4PH40UD 1200V จะเหนวาเพม Fast Diode เปนอปกรณในการคนพลงงานกลบ Revcovery ในแตละตวของ State ของตวไอจบท

29

ภาพท 3.8 แสดงวงจรขบเกตไอจบท แบบ 2 ควอตแดนซ โดยใชไอซ TLP250

แสดงการใชไอซ TLP250 ขบขาเกตแบบ 2 ควอตแดนซ โดยจะมขาอนพท2 ขา คอ PWM1 และ PWM2 ซงรบสญญาณจากไอซMC34060A สรางสญญาณพ.ดบเบลย.เอม (P.W.M.) ทผานวงจรเลอนเฟสแลว ตามวงจรทแสดงในภาพท 3.8 นเปนวงจรทผลตไดแนะน าในคมอการใชไอซ

3.7 กำรค ำนวณคำสมประสทธของรถจกรยำนยนตไฟฟำ

การทรถจกรยานยนตไฟฟานนเคลอนทไดนนตองอาศยก าลงของมอเตอร ทสงผานระบบสงก าลงมาทลอเพอใชในการขบเคลอน ขณะทรถไฟฟาเคลอนทนนจะมแรงตานการเคลอนทโดยจะมทศทางทสวนทางกบแรงขบเคลอนทดวยความเรวคงทเชน 40 กโลเมตร/ชวโมง เราสามารถทจะหาคาแรงขบเคลอนไดโดยอาศยกฎขอท 1 ของนวตนจะไดวา แรงขบเคลอน=แรงตานทงหมด (3.3) โดยทถาแรงในการขบเคลอนมากกวาแรงตานทงหมดรถไฟฟาจะมอตราเรวมากขน อาจท าไดโดยการกดปมบงคบการเรงเพอเพมกระแสไฟฟาใหกบมอเตอรจะท าใหแรงขบเคลอนทลอมากขน และถาแรงขบเคลอนนอยกวาแรงตานทงหมดรถไฟฟาจะมอตราเรวทลดลงในขณะท

30

อตราเรวลดลงนน แรงตานทงหมดจะลดลงดวยจนในทสดจนแรงขบเคลอนจะเทากบแรงตานทงหมดของรถจกรยานยนตไฟฟาจะวงดวยอตราเรวคงทตอไป ซงแรงตานเหลานนไดแก

แรงตานการหมนลอ (Rolling Resistance) แรงตานอากาศ (Air Resistance) แรงตานทางชน (Gradient Resistance)

นอกจากนนในขณะเรงมอเตอร ก าลงบางสวนตองสญเสยไปเพอเอาชนะความเฉอยของรถไฟฟา เรยกวา แรงตานเฉอย (Inertia Resistance)

3.8 แรงตำนกำรหมนของลอ

ก าลงจากมอเตอรทลอขบเคลอน จะถกใชไปเพอเอาชนะแรงตานการหมนของลอ การหาแรงตานการหมนของลออาจท าไดโดยการออกแรงดนรถไฟฟาใหเคลอนทไปดวยอตราเรวคงทคาหนงแรงทใชในการดนรถไฟฟาจะมคามากหรอนอยขนอยกบสงตอไปน

ตารางท 3.1 แสดงความสมพนธระหวางสภาพถนน และคาสมประสทธ (Kr)

สภำพถนน คำสมประสทธ(Kr) สภาพด 0.01-0.016

ถนนเปนกรวด 0.015-0.020 ถนนไมอดกนเรยบ 0.020-0.030

ถนนเปนหน 0.016-0.07 ถนนเปนทราย 0.15-0.3

3.9 แรงตำนทำงอำกำศ

ก าลงจากมอเตอรทใชในการขบเคลอนทลอสวนมากตองใชไปเพอเอาชนะแรงตานอากาศโดยเฉพาะอยางยงทอตราเรวสงๆ แรงตานอากาศจะเกดขนเมอรถจกรยานยนตไฟฟามการเคลอนทและจะมากหรอนอยขนอยกบรปทรง อตราพนทหนาตดของรถจกรยานยนตไฟฟา

สตรทใชในการค านวณเพอหาแรงตานอากาศ Ra = Ka.A. (3.4) เมอ Ra = แรงตานอากาศ,

Ka = สมประสทธแรงตานอากาศ (0.031)

31

A = ทหนาตดของรถไฟฟา,m2 V = อตราเรวรถไฟฟา,km/h เนองจากพนทหนาตดของรถจกรยานยนตไฟฟานนไมเปนสเหลยม คอ มสวนเวาโคงตามความสวยงามของรถการออกแบบจงท าใหไมสามารถหาพนทหนาตดของรถจกรยานยนตไฟฟาไดอยางถกตองดงนนจงท าไดโดยวธประมาณ

A = 0.78Ba.Ha (3.5) เมอ A = พนทหนาตดรถไฟฟา,

Ba = ความกวางของรถไฟฟา,m

Ha = ความสงของรถไฟฟา,m

3.10 แรงตำนทำนทำงชน

ในขณะทรถจกรยานยนตไฟฟาวงขนทางชน ก าลงของมอเตอรบางสวนตองถกใชไปเพอเอาชนะแรงตานทางชน ท าใหมอเตอรตองท างานหนกมากขนกวาวงบนทางระดบ แตในทางกลบกบรถไฟฟาวงในทางลาดมอเตอร จะท างานเบาขนเพราะมแรงเสรม เนองจากน าหนกรถไฟฟาท าใหรถไฟฟาเคลอนทไดเอง

แรงตานทางชนเกดมากนอยขนอยกบ 1 น าหนกของรถไฟฟา 2 ความชนของถนน

สามารถหาแรงตานทางชนสตร Rg = W sin (3.6)

เมอ Rg = แรงตานทางชน,N W = น าหนกของรถไฟฟา,N

sin = ความชน

3.11 แรงตำนรวม

ในหวขอนจะกลาวถงแรงตานรวมคอแรงตานในการขบเคลอนและถาแรงขบเคลอนนอยกวาแรงตานทงหมดรถจกรยานยนตไฟฟาจะไมสามารถขบเคลอนได

Rt = Rr + Ra + Rg (กรณคดรวมแรงตานทางชน) (3.7) Rt = Rr + Ra (กรณทางเรยบ) (3.8)

32

3.12 ก ำลงไฟฟำทใชในกำรขบเคลอน

ค านวณหาก าลงไฟฟาทใชในการขบเคลอน เพอใหไดความเรวท 40 กโลเมตรตอชวโมงตามความตองการเนองจากรถวงดวยอตราเรงคงท โดยแรงขบเคลอนทลอ F = หาไดจาก Rt

ก าลงขบเคลอนทลอหาไดจาก

Pw =

(3.9) โดยท Pw = ก าลงเคลอนทลอW

F = แรงขบเคลอน N V = ความเรวทใช km/h

3.13 ทอรคและก ำลงทสงได

ในการสรางรถจกรยานยนตไฟฟาตองค านงถงทอรคของมอเตอรเพอใหสามารถรบโหลดตามการออกแบบรถจกรยานยนตไฟฟา

Te =

(3.10)

โดยท Tm = ทอรค Pm = ก าลงของมอเตอร N = จ านวนรอบตอวนาท

3.14 ค ำนวณหำขนำดแบตเตอรทใช

รถจกรยานยนตไฟฟาตองใชพลงงานจากแบตเตอรในการขบเคลอนจงตองค านวณใหไดคากระแสทมอเตอรตองการเพอประสทธภาพการท างานของมอเตอรทสมบรณ

Ia =

(3.11)

เมอ Ia = กระแสทใช Pe = ก าลงมอเตอร

Ca = เซลลแบตเตอร

33

3.15 กำรค ำนวณและกำรออกแบบ

ในการสรางรถจกรยานยนตไฟฟานนตองมการออกแบบเพอใหไดขอบเขตของโครงสรางตางๆทสวยงามและ มความส าคญในทางวศวกรรมทเหมาะสม

น าหนกรถ 45 kg รศมลอ 0.19 m พนทหนาตดรถ 0.94 x 0.6

สมประสทธในการตานอากาศ 0.031 คดทความเรวประมาณ 40 km/h

3.16 กำรค ำนวณหำแรงตำนทงหมดจำก

การขบเคลอนรถจกรยานยนตไฟฟานนกลาวถงแรงตานรวมคอแรงตานในการขบเคลอนและถาแรงขบเคลอนนอยกวาแรงตานทงหมดรถจกรยานยนตไฟฟาจะไมสามารถขบเคลอนได

Rt = Rr + Ra + Rg (3.12) โดยท Rt = แรงตานทานทงหมด

Rr = แรงตานการหมนของลอ Ra = แรงตานทานอากาศ

Rg = แรงตานทานความชน

แรงตำนกำรหมนของลอหำไดจำก

Rr = Kr x W (3.13)

โดยท Kr = สมประสทธแรงตานการหมนของลอ(0.015) V = ความเรว km/ h W = น าหนกรถ Rr = 0.015 x 180 x 9.81 = 26.49 kN

แรงตำนทำนอำกำศหำไดจำก

Ra = Ka.A. (3.14)

34

โดยท Ka = สมประสทธแรงตานทานอากาศ (0.031)

A = พนทหนาตดรถ

= ความเรว

Ra = 0.031 x 0.564 x = 27.97 kN

แรงตำนทำนควำมชน

Rg = mg sin (3.15) โดยท m = น าหนก kg g = คาโนมถวง sin = มมความชน 15 องศา Rg = 180 x 9.81 sin 15 = 457.02 kN

คำควำมตำนทำนรวมทงหมดมคำเทำกบ

Rt = 26.49 + 27.97 + 457.02 = 511.48 kN (กรณทางชน) (3.16) Rt = 26.49 + 27.97 = 54.46 kN (กรณทางเรยบ) (3.17) เลอก Rt = 54.46 kN (กรณทางเรยบ) เพราะโครงงานนออกแบบใหใชส าหรบทางเรยบ

3.17 ค ำนวณหำก ำลงไฟฟำทใชในกำรขบเคลอน

ค านวณหาก าลงไฟฟาทใชในการขบเคลอน เพอใหไดความเรวท 40 กโลเมตรตอชวโมงตามความตองการเนองจากรถวงดวยอตราเรงคงท สมการ

โดยทแรงขบเคลอนทลอ F = หาไดจาก Rt ก าลงขบเคลอนทลอหาไดจาก

Pw =

(3.18)

โดยท Pw = ก าลงเคลอนทลอ W F = คาความตานทาน V = ความเรวทใช km/h

Fw =

= 605.11 W

35

3.18 ค ำนวณหำสมรรถนะของรถ

ก าลงมอเตอรหาไดจาก

Pm =

ประสทธภาพ (3.19)

โดยท Pm = ก าลงมอเตอร Pw = ก าลงขบขทลอ ประสทธภาพ = คดท 90 %

Pm =

= 672.34 W

เลอกใชขนาดมอเตอร 500 W

3.19 ขบเคลอนรถไฟฟำใหไดควำมเรวทเรำตองกำร

N =

(3.20)

V = ความเรวรถไฟฟา km / h r = รศมลอรถรวมยาง 0.19m เมอตองการใหรถวงทความเรว (V) 40 km / h

N =

= 558.44 r.p.m

เลอกใชรอบของมอเตอร 558.44 r.p.m

3.20 ค ำนวณหำกระแสมอเตอรทใช

P = VI (3.21) เมอแรงดน (V) = 24โวลท(V)

I =

(3.22)

I =

= 20.83 A

กระแสมอเตอรทใช 20.83 A

36

บทท 4

กำรทดสอบและผลกำรทดสอบ

4.1 วงจรควบคมควำมกวำงของสญญำณพลส (P.W.M.)

จากวงจรควบคมความกวางของสญญาณพลสตองการใหท างานทความถคงท และ ton , toff

สามารถเปลยนแปลงได ความถทใชในโครงงานน 10 KHz วงจรควบคมความกวางของสญญาณพลสไดใชไอซ MC34060A ซงเปน ไอซส าเรจรป เราสามารถหาคา RT และ CT ไดจากการก าหนดคา CT เทากบ 0.01 µF คาความถเทากบ 10 KHz ดงนนหาคา RT ดวยสมการ

fose =

(4.1)

RT =

RT =

RT = 12 กโลโอหม

ดงนนจงไดคา RT = 12 กโลโอหม เมอท าการทดลองแลวคาของความถไดตามตองการคอ10 KHz ท าการเปลยนคาของ CT ใหมากขนจะท าใหสญญาณฟนเลอย มความชนมากขน

ภาพท 4.1 แสดงการวด Output ของ คาปาซเตอร (C) ทจด A

37

จากภาพท 4.1 แสดงการวด Output ของ คาปาซเตอร (C) ทจด A โดยใชไอซเบอร

MC34060A จะถกควบคมจากระดบแรงดนไฟฟากระแสตรงทปอนเขาทางอนพททขา 4 ทความถ

10 KHz คาความถของสญญาณเอาทพทจะถกก าหนดทคาความตานทาน (RT) และคาคาปาซเตอร

(CT) ตามสมการท 3.2

- ปรบสโคปท Volt/Div = 1 , Time/Div = 50 µsec ทสายโปรพ = ×10

ภาพท 4.2 แสดงภาพสญญาณฟนเลอยของ คาปาซเตอร (C) ทจด A

ภาพท 4.3 แสดงการวด Output ของสญญาณ P.W.M. ทจด B

38

จากภาพท 4.3 แสดงการวด Output ของสญญาณ P.W.M. ทจด B จะไดสญญาณพลส

ออกมาเปนรปคลนสเหลยม โดยทสญญาณ Output ทไดมาจากคาความตานทาน (RT) = 10 กโล

โฮหม และคาคาปาซเตอร (CT) = 0.01µF สญญาณ Output ทออกมาจะน าไปควบคมวงจรเลอนเฟส

- ปรบสโคปท Volt/Div = 5, Time/Div = 20 µsec ทสายโปรพ = ×10

ภาพท 4.4 แสดงภาพสญญาณสเหลยมของ P.W.M. ทจด B

4.2 วงจรเลอนเฟส (Phase Shift)

ภาพท 4.5 แสดงการวดสญญาณ Output ของวงจรเลอนเฟส ทจด A,B

39

จากภาพท 4.5 แสดงการวดสญญาณ Output ของวงจรเลอนเฟส เนองจากการออกแบบการขบเคลอนมอเตอรในทนเปนแบบ 2 ควอตแดนซ จงมโอกาสทจะท างานพรอมกนไดอาจท าใหเกดการลดวงจรทไอจบท จงไดใชวงจรเลอนเฟสควบคมสญญาณทงสองใหมการหนวงเวลาเพอปองกนการลดวงจรทไอจบทสวนความตานทานปรบคาไดมไวใชในกรณทตองการควบคม Dead Time

- ปรบสโคปท Volt/Div = 50 , Time/Div = 20 µsec ทสายโปรพ = ×10

ภาพท 4.6 แสดงสญญาณ Output ของวงจรเลอนเฟส ทจด A,B และ Dead Time

40

4.3 วงจรขบเกตไอจบท (Gate Driver Circuit)

ภาพท 4.7 แสดงวงจรการขบเกตไอจบท แบบ 2 ควอตแดนซ โดยใชไอซ TLP250

จากภาพท 4.7 แสดงการใชไอซ TLP250 ขบขาเกต แบบ 2 ควอตแดนซ โดยมขาอนพท 2

ขาคอ PWM1 และ PWM2 ซงรบสญญาณจากวงจรการสรางสญญาณ พ.ดบเบลย.เอม.(P.W.M.) ท

ผานวงจรเลอนเฟสแลว ในทน เลอกใช ไอจบท ของบรษท International Rectifier(IR) เบอร

IRG4PH40UD อตราทนแรงดนสงสดจะเทากบ 1200 โวลท การตอบสนองความถ1-10 กโลเฮรท

อตราทนกระแสตอเนองทคอลเลคเตอร 41 แอมแปรทอณหภม 25 องศาเซลเซยส

41

- ปรบสโคปท Volt/Div = 50 , Time/Div = 50 µsec ทสายโปรพ = ×10

ภาพท 4.8 แสดงสญญาณ Output ของMotor ทจด A

ภาพท 4.9 รปคลนแรงดนของ Motor ทจด A

42

4.4 กำรทดลองวดสญญำณดวตไซเคลเทยบกบแรงดนทจำยใหมอเตอร

การทดลองปรบดวตไซเคลท 25 เปอรเซนต

ก. ข. ภาพท 4.10 การปรบดวตไซเคล 25 เปอรเซนต

ก. แสดงสญญาณการปรบแรงดนของ Motor ทจด A ข. ภาพขยายของสญญาณแรงดนเอาทพททความกวางของพลส จากภาพท 4.10 ก. แสดงสญญาณการปรบภาพสญญาณแรงดนทขวของอารเมเจอรเมอจาย

แรงดนไฟฟากระแสตรงใหกบมอเตอรจากในภาพนเปนการปรบดวตไซเคลท 25 เปอรเซนตจะเหนวามการเกดกระเพอมของสญญาณ (Overshoot) ทสงมากๆเนองจากในการขบมอเตอรนมโหลดของมอเตอรอยดวยจงมการเกดกระเพอมของสญญาณสง เปนอกเทาของรปพลสของสญญาณชอปเปอรสญญาณทกระเพอมนถามมากอาจท าใหเกดความเสยหายกบวงจรไดภาพท 4.10 ข. ภาพขยายของสญญาณ (Overshoot) ทเกดจากการปรบดวตไซเคลท 25 เปอรเซนต จะเหนวามการเกดแรงดนพงเกนเปนสองเทาของแรงดนทใชงานอยเนองจากการปดของสวตชของไอจบทในชวขณะ และจะเหนภายในรปสญญาณขอมอเตอรทท าใหเกดแรงดนตานกลบ (BackEmf) ทไดโอดไหลคนพลงงานและแรงบดทโหลด ณ ระดบความเรวคงท ผออกแบบจงตองค านงถงรายละเอยดในจดนเพอใชในการออกแบบไอจบททเหมาะสมมาใชงานทสามารถทนแรงดนพงเกนไดจะไมท าใหไอจบทเสยหาย

43

การทดลองปรบดวตไซเคลท 50 เปอรเซนต

ก. ข. ภาพท 4.11 การปรบดวตไซเคล 50 เปอรเซนต

ก. แสดงสญญาณการปรบแรงดนของ Motor ทจด A ข. ภาพขยายของสญญาณแรงดนเอาทพททความกวางของพลส จากภาพท 4.11 ก. แสดงสญญาณการปรบภาพสญญาณแรงดนทขวของอารเมเจอรเมอจาย

แรงดนไฟฟากระแสตรงใหกบมอเตอรจากในภาพนเปนการปรบดวตไซเคลท 50 เปอรเซนต จะเหนวาสญญาณพลสมความกวางเพมขนและในทางเดยวกนกจะมการเกดแรงดนพงเกน (Overshoot) ทสงมากๆเนองจาก ในการขบมอเตอรนมโหลดของมอเตอรอยดวย จงมการกระเพอมของสญญาณสงเปนสองเทาของรปพลสของสญญาณชอปเปอรสญญาณพงเกนนถามมากอาจท าใหเกดความเสยหายกบวงจรไดภาพท 4.11 ข. ภาพขยายของสญญาณ (Overshoot) ทการปรบดวตไซเคลท 50 เปอรเซนต จะเหนวามการเกดแรงดนพงเกนเปนสองเทาของแรงดนทใชงานอยเนองจากการปดของสวตชของไอจบทในชวขณะ และจะเหนภายในรปสญญาณขอมอเตอรทท าใหเกดแรงดนตานกลบ (BackEmf) ทไดโอดไหลคนพลงงานและแรงบดทโหลด ณ ระดบความเรวคงทผออกแบบจงตองค านงถงรายละเอยดในจดนเพอใชในการออกแบบไอจบททเหมาะสมกบการน ามาใชงานทสามารถทนแรงดนพงเกนนไดจะไมท าใหเกดความเสยหายแกอปกรณไอจบท

44

การทดลองปรบดวตไซเคลท 75 เปอรเซนต

ก. ข. ภาพท 4.12 การปรบดวตไซเคล 75 เปอรเซนต

ก. แสดงสญญาณการปรบแรงดนของ Motor ทจด A ข. ภาพขยายของสญญาณแรงดนเอาทพททความกวางของพลส จากภาพท 4.12 ก. ภาพแสดงสญญาณการปรบภาพสญญาณแรงดนทขวของอารเมเจอรเมอ

จายแรงดนไฟฟากระแสตรงใหกบมอเตอรจากในภาพนเปนการปรบ ดวตไซเคลท 75 เปอรเซนตจะเหนวาสญญาณพลสมความกวางเพมขนและในทางเดยวกนกจะมการเกดกระเพอมของสญญาณ (Overshoot) ทสงมากๆตามเนองจากในการขบมอเตอรน มโหลดของมอเตอรซงเปนขวดลวดดวยจงท าใหมการเกดกระเพอมของสญญาณสงเปนอกเทาของรปพลสของสญญาณชอปเปอรสญญาณทกระเพอมนถามมากอาจท าใหเกดความเสยหายกบวงจรไดภาพท 4.12 ข. ภาพขยายของสญญาณ (Overshoot) ทการปรบดวตไซเคลท 75 เปอรเซนตจะเหนวามการเกดแรงดนพงเกนของสญญาณชวขณะ (Tran Sient) แตจะสงเกตไดวาแรงดนพงเกนนจะมนอยกวาการปรบดวตไซเคลท 50 เปอรเซนตเนองจากมอเตอรหมนดวยความเรวรอบสงจงท าใหสภาวะแรงดนพงเกนชวขณะนนมนอยกวาการปรบดวตไซเคลทคานอยๆและจะเหนภายในรปสญญาณขอมอเตอรทท าใหเกดแรงดนตานกลบ (BackEmf) ทไดโอดขณะไหลคนพลงงานและแรงบดทโหลด ณ ระดบความเรวคงท

45

การทดลองปรบดวตไซเคลเกอบ 100 เปอรเซนต

ก. ข. ภาพท 4.13 การปรบดวตไซเคลเกอบ 100 เปอรเซนต

ก. แสดงสญญาณการปรบแรงดนของ Motor ทจด A ข. ภาพขยายของสญญาณแรงดนเอาทพททความกวางของพลส จากภาพท 4.13 ก. ภาพแสดงสญญาณการปรบภาพสญญาณแรงดนทขวของอารเมเจอรเมอ

จายแรงดนไฟฟากระแสตรงใหกบมอเตอรจากในภาพนเปนการปรบ ดวตไซเคลเกอบ 100 เปอรเซนต จะเหนวาสญญาณพลสมความกวางเพมขนและในทางเดยวกนกจะมการเกดกระเพอมของสญญาณ (Overshoot) ทสงมากๆตาม เนองจากในการขบมอเตอรน มโหลดของมอเตอรซงเปนขวดลวดดวยจงท าใหมการเกดกระเพอมของสญญาณสงเปนอกเทาของรปพลสของสญญาณชอปเปอรสญญาณทกระเพอมนถามมากอาจท าใหเกดความเสยหายกบวงจรไดภาพท 4.13 ข. ภาพขยายของสญญาณ (Overshoot) ทการปรบดวตไซเคลเกอบ 100 เปอรเซนตจะเหนวามการเกดแรงดนพงเกนของสญญาณชวขณะ (Tran Sient) แตจะสงเกตไดวาแรงดนพงเกนนจะมมากกวาการปรบดวตไซเคลท 75 เปอรเซนตเนองจากมอเตอรหมนดวยความเรวรอบสงจงท าใหสภาวะแรงดนพงเกนชวขณะนนมนอยกวาการปรบดวตไซเคลทคานอยๆและจะเหนภายในรปสญญาณขอมอเตอรทท าใหเกดแรงดนตานกลบ (BackEmf) ทไดโอดขณะไหลคนพลงงานและแรงบดทโหลด ณ ระดบความเรวคงท

46

4.5 ขอมลทำงเทคนคของรถจกรยำนยนตไฟฟำ

ภาพท 4.14 แสดงดานหนาของตวรถจกรยานยนตไฟฟา

ภาพท 4.15 แสดงดานขางของตวรถจกรยานยนตไฟฟา

47

ภาพท 4.16 แสดงวงจรควบคมรถจกรยานยนตไฟฟา

เครองตนก าลง มอเตอรไฟฟากระแสตรงชนดกระตนแยกแรงเคลอนไฟฟาพกดมอเตอร 24 V กระแสกระตนขดลวดอารเมเจอร 27 A ก าลงไฟฟามอเตอร 500 W แหลงจายไฟฟา แบตเตอร 12 V 21Ahr จ านวน 3 ชด ตออนกรมไดแรงเคลอน 36 V กระแส 21Ahr แหลงจายวงจรควบคม 15 V น าหนกรถโดยประมาณ 45 kg น าหนกคนโดยประมาณ 80 kg น าหนกแบตเตอรกอนละ6kg ในทน ใช 3 ลก 18 kg ความกวางของตวรถ 0.60 m ความสงของตวรถจากลอถงมอจบ 0.94m ความสงของตวรถจากลอถงเบาะนง 0.75 m ความยาวของตวรถ 1.50 m รศมของลอรถรวมลอยาง 0.19 m ใชสายพานเปนตวสงก าลงจากมเลยตวหนาซงตดกบมอเตอรโดยตดตงมอเตอรไวทลอหลง

หมายเหต น าหนกของรถและน าหนกของคนอาจจะมการเปลยนแปลงภายหลง

48

บทท 5

สรป

จากการท าโครงงานรถจกรยานยนตไฟฟานไดน ามอเตอรไฟฟากระแสตรงมาตดตงในโครงสรางของรถจกรยานยนตไฟฟาเพอใหเหมาะสมส าหรบตดตงมอเตอรดซ 24 โวลต 500 วตตส าหรบขบเคลอนการตดตงมอเตอรไวทลอหลงโดยใชสายพานเปนตวสงก าลงจากมเลยตวหนาตดกบตวมอเตอรไปยงมเลยหลงซงตดกบลอหลงของรถจกรยานยนตไฟฟาโดยใชวงจรชอปเปอร 2 ควอตแดนซ มาเปนวงจรควบคม ออกแบบชดวงจรควบคมสญญาณโดยใชไอซเบอร MC34060Aใน ก า รส ร า งส ญญ าณ P.W.M. แ ล ะ ช ด ว ง จ ร เ ล อ น เ ฟสสญญ าณโดย ใ ช ไ อ ซ เ บ อ ร LM339N,CD4049UBE,CD4050BE และ HEF4073BPในสวนของวงจรขบมอเตอรใชไอซ TLP250 และ IGBT เบอร IRG4PC40Uเพอปอนใหกบไอจบทซงท าหนาทเปนตวสวตชชงใหแกวงจรทใชในการควบคมการไหลของกระแสเขาสมอเตอร ถาดวตไซเคลมคานอยกระแสจะไหลนอยมอเตอรจะหมดชาท าความเรวนอย แตถาดวตไซเคลมคามากกระแสกไหลมากมอเตอรจะหมดไดเรวท าความเรวมากขน ซงรถจกรยานยนตไฟฟาน สามารถวงดวยน าหนกรถจกยานยนตกบน าหนกคน ไมเกน 180 กโลกรม จากการทผท าโครงงานนไดท าการขบข ในการขบขนนไมควรปรบระดบความเรวแบบเฉยบพลน เพราะจะเกดแรงดนพงเกนสงมาก อาจท าให IGBT เสยหาย จงตองคอยๆปรบทละนอย เพอปองกนการเกดแรงดนพงเกนสง ตวโครงรถนนยงมน าหนกมากเกนไป คอ ประมาณ 45 กโลกรม ควรออกแบบใหรถมน าหนกลดลงสรปโดยรวมแลวรถไฟฟาคนนสามารถทจะใชงานวงไดจรงและยงมประสทธในการใชงานพอสมควรหากแตวาจะตองใชอปกรณและสวนประกอบบางอยางทมประสทธภาพ เนองดวยในงบประมาณ ระยะเวลาและอปกรณทใชจ ากด ในทางปฏบตจงท าใหมประสทธภาพของรถจกรยานยนตไฟฟาออกมาไดไมเตมท อยางทไดออกแบบไว ขอเสนอแนะ 1. รถจกรยานยนตไฟฟาคนน ถกสรางขนมาโดยออกแบบไมใหใชงานหนกมากนก ผใชควรศกษาวธการใชงานใหถกตองกอนน าไปใชเพอไมใหเกดความเสยหายขน ผใชควรไดรบขอมลทถกตองกอนน าไปใชงานทกครง 2. มอเตอรไฟฟากระแสตรงทใชในโครงงานนเปนแบบกระตนแยก ซงตองใชพลงงานจากแบตเตอรเปนจ านวนมากซงจะท าใหโหลดเพมขนมากไปดวย มอเตอรทเหมาะสมกบโครงงานน คอ แบบอนกรมใชพลงงานจากแบตเตอรนอยคณลกษณะตางๆดกวามอเตอรชนดอนๆ แตมราคาสงมากจงเลอกทจะใชมอเตอรชนดกระตนทมคณลกษณะใกลเคยงกบมอเตอรชนดอนกรม 3. การเบรกแบบรเจนเนอเรทฟ จะท าใหอปกรณอเลกทรอนกสก าลงเกดความเสยหายไดงาย จงใชการเบรกทางกลเขามาชวยในการเบรกแทน และยงมประสทธภาพในการเบรกทดจงน ามาใชในการหยดรถ ส าหรบรถจกรยานยนตไฟฟาคนน 4.

49

คนเรงของรถจกรยานยนตไฟฟาคนนเปนแบบความตานทานปรบคาจงท าใหเวลาใชงานไปนานๆจะท าใหเสอมสภาพลงได ในปจจบนมคนเรงทใชส าหรบรถไฟฟาโดยตรงเปนแบบแมเหลกและมชดควบคมคนเรงอยแลว ทางคณะผจดท าโครงงานนไดน ามาใชงานโดยตอรวมกบวงจรชอปเปอร แตทงสองชดนตอใชงานไมเขากน

50

เอกสำรอำงอง

[1] มงคล ทองสงคราม เครองกลไฟฟากระแสตรง พมพครงท 2 บรษท รามาการพมพ จ ากด กรงเทพมหานคร [2] MhammadH.Rashid , Power Electronics circuit , Devices , and Application , Pentice

Hall , 1993 [3] มงคล ทองสงคราม2543. อเลกทรอนกสก าลง. พมพครงท 4 . กรงเทพ. ว เจ พรนตง

[4] นมต บญภรมย “การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบฟซซชนดปรบคาดวยตวเอง” วทยานพนธ ภาควศวกรรมไฟฟา สถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาเจาคณทหาร ลาดกระบง 2541 [5] เรงชย นารผล และ ส า เรง บญแยม “การควบคมความเรวรอบดซมอเตอรดวย

คอมพวเตอร” ปรญญานพนธบณทต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม 2539 [6] Datasheet. On Semiconductor. http:/onsemi.com

51

ภำคผนวก