Главное управление по образованию Витебского областного исполнительного комитета Учреждения образования «Витебский государственный технический колледж» КУРСОВОЙ ПРОЕКТ По учебному предмету «Основы импульсной и преобразовательной техники» Тема: «Разработка и изготовление электромобиля» Пояснительная записка КП 2-36 04 32 32 24 00ПЗ Выполнил __________________И.В.Шабанов Руководитель __________________ Н.В. Лукина 2023 Содержание Введение…………………………………………………….……...……...…..3 1.Описание аналогичных способов решения поставленной задачи……….4 2.Разработка схемы электрической структурной…...………………..…......8 3.Разработка схемы электрической принципиальной……………………....9 3.1 Описание работы схемы электрической принципиальной…………….. 3.2 Описание элементной базы разрабатываемого устройства……………. 3.3 Выбор и расчет элементов схемы………………………………………. 3.4 Составление перечня элементов………………………………………… 3.5 Руководства пользователя……………………………………………….. 5.Расчет надежности …………………………………………………….…....21 Заключение………….……………………………………..…..………........…25 Литература………………………………………………………..…………....26 Приложение А Схема электрическая функциональная Приложение Б Схема электрическая принципиальная, совмещенная с перечнем элементов Изм. Лист № докум. Разраб. Шабанов И.В Провер. Лукина Н.В. Подпись Дата КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ Лит. Лист Реценз. Н. Контр. Утверд. ВГТК Листов Введение Тема моего курсового проекта «Разработка и изготовление электромобиля». Данный электромобиль прост в эксплуатации, надёжен и сравнительно не дорог в изготовлении. Характерной особенностью этого электромобиля является перевозка грузов до 450 кг. В Республике Беларусь в нынешнее время сильно развивается эксплуатация электромобилей, т.к у них есть множество достинств: 1. Не надо тратить деньги на бензин 2. Легко и просто обслуживать авто 3. Полная тишина в салоне К недостаткам можно отнести: 1. Почти нигде нет специальных станций для зарядки машины 2. Ограничение скорости и маленький запах хода 3. Длительная зарядка авто Существует три основных типа электромобилей: аккумуляторные электромобили (BEV), подключаемые гибридные электромобили (PHEV) и электромобили на топливных элементах (FCEV). Если сравнивать электромобили с обычными, то электромобили могут показаться дорогими при покупке, т.к стоят от 10000 долларов. Но после покупки электромобиля можно понять то, что не нужно тратиться на обслуживание электромобиля, а зарядка автомобиля стоит сущие копейки Рисунок 1 «Пример электромобиля» Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ Анализ исходных данных В современном мире очень много электромобилей, т.к имеют множество достинств. В Беларуси электромобили пользуются спросом, т.к они бесшумные, комфортные, и относительно дешевые в обслуживании. Существует три основных типа электромобилей: аккумуляторные электромобили (BEV), подключаемые гибридные электромобили (PHEV) и электромобили на топливных элементах (FCEV). Аккумуляторные электромобили Аккумуляторные электромобили (BEV), также иногда называемые полностью электрическими транспортными средствами, не используют бензин. Вместо этого они работают от большой батареи, которая полностью питает электродвигатели, обеспечивая дальность пробега до 300+ миль. новые модели по мере развития аккумуляторных технологий дальность пробега становится все выше и выше. В дополнение к тому, что электромобили никогда не нуждаются в бензине, они также требуют меньшего обслуживания, поскольку в них значительно меньше движущихся частей, чем в автомобиле, работающем на газе. Одним из преимуществ аккумуляторных электромобилей по сравнению с подключаемыми гибридными электромобилями является способность BEV использовать Зарядные устройства постоянного тока, которые обеспечивают дальность полета более 100 миль за 30 минут. Подключаемые гибридные электромобили Подключаемые гибридные электромобили (PHEV) предлагают варианты вождения как на бензине, так и на электричестве. С батареями меньшего размера, чем у BEV, PHEVS может достичь дальности движения на чистом электроприводе от 20 до 55 миль, во время которых они не производят выбросов выхлопных газов. Когда PHEV израсходует свой электрический запас хода, он переключается на газ и едет так же, как обычный бензиновый автомобиль. Поскольку большинство водителей ежедневный пробег менее 30 миль, большая часть вождения подключаемого гибрида может выполняться только в электрическом режиме. Электромобили на топливных элементах Электромобили на топливных элементах (FCEV) также работают на электричестве, однако они работают немного иначе, чем аккумуляторные электромобили или гибридные электромобили с подключаемым модулем. Энергетическая система FCEV состоит из многочисленных «топливных элементов», которые химически объединяют газообразный водород из бака транспортного средства с кислородом из воздуха для производства Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ электроэнергии. FCEV обладают всеми преимуществами электромобиля, включая плавную и тихую езду, стимулы и имеют право на наклейку полосы движения, которая поможет вам прыгать в полосе обгона. FCEV может похвастаться запасом хода в 300-400 миль на полном баке и может быть заправлен примерно за пять минут на общественных водородных заправочных станциях, которые становятся все более распространенными в Калифорнии. Дополнительным преимуществом для водителей топливных элементов является то, что производители автомобилей бесплатно предоставляют водородное топливо на три года. Выбираем электродвигатель с мощностью не менее 1 кВт и 24 вольта рабочее напряжение. Определяем место положения электродвигателя на данном электромобиле. Мы его будем соединять с редуктором заднего моста через цепь, что позволит нам дополнительно увеличить крутящий момент на валу двигателя. Остается только изготовить кронштейны для крепления двигателя и соединить его с редуктором. При расчете батареи будем исходить из того, что электромобиль будет использоваться для перевозки грузов по территории и примерное время его работы ( поездки) 15 минут. В связи с этим выбираем батарею с емкостью 48а/час для питания электродвигателя и других потребителей. Также необходимо использовать зарядное устройство для данных тяговых батарей имеющее в своем строении преобразователь напряжения 220/24в. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ 2. Разработка схемы электрической структурной Структурная схема – определяет основные функциональные части изделия, их назначения и взаимосвязи. Функциональные части изображают на схеме в виде прямоугольников или иных плоских фигур, с вписанными в них обозначениями типов элементов. Рисунок 2 Схема малогабаритного электромобиля электрическая структурная Зарядное устройство предназначено для заряда аккумуляторной батареи. Аккумуляторная батарея предназначена для накопления и хранения энергии. Контроллер предназначен для пуска, регулирования скорости, реверсирования и электрического торможения электродвигателей постоянного и переменного тока. Электродвигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую. Система управления предназначена для управления датчиками. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ 3. Разработка схемы электрической принципиальной Принципиальная схема – это графическое изображение, служащее для передачи с помощью условных графических и буквенно-цифровых обозначений связей между элементами электрического устройства. Рисунок 3 Схема электрическая принципиальная малогабаритного электромобиля. Изм. Лист № докум Подпись Дата КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ Лист 3.1 Описание работы схемы электрической принципиальной Контроллер запускает мотор-колесо и регулирует его работу. Это посредник между мотором и рулевым управлением, обеспечивающий подачу электротоков от аккумулятора двигателю и электрокомплектующим. Контроллеры имеют напряжение 36В или 48В, прочную и надежную конструкцию. Корпуса изготавливаются из алюминиевого сплава, а места выхода проводов герметично обработаны. 3.2 Описание элементной базы разрабатываемого устройства Основой для разработки стал трицикл “Муравей”. Изм. Лист № докум Подпись Дата КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ Лист Рисунок 4 Трицикл “Муравей” У датчика удара питающее напряжение 12 В, но устройство должно быть миниатюрным и портативным, из платы выпаиваются ограничительные резисторы. Источником питания служит аккумулятор от электровелосипеда, выбирается он по своим миниатюрным габаритам. Рисунок 8 Велосипедный аккумулятор Для зарядки и контроля зарядки аккумулятора, и удобства пользования устройством, я выбрал зарядку SHC-8100LC Изм. Лист № докум Подпись Дата КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ Лист Рисунок 9 Зарядное SHC-8100LC Элементом коммутации послужил выключатель, показанный на рисунке ниже, выбранный из-за своих миниатюрных габаритов. Рисунок 10 Изм. Лист № докум Подпись Дата КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ Лист 3.3 Выбор и расчет элементов схемы Основой устройства является аккумулятор. Его максимальное допустимое напряжение Umax доп = 48В. У аккумулятора номинальное напряжение Uном = 36 B, что удовлетворяет условию: Umax доп ≥ Uном . Что бы выбрать электромотор, необходимо узнать, какое напряжение будет на его входе. Из-за ограничивающих резисторов, напряжение составило порядком 36В. Что удовлетворяет условию: Uном ≥ Uвх Для зарядки, контроля зарядки,и защиты аккумулятора я выбрал модуль зарядки аккумуляторов SHC-8100LC Выходное напряжение модуля Uвых = 36В. Необходимое напряжение для зарядки аккумуляторов составляет 36В, что соответствует условию:Uвых = Uном зарядки . Для выбора выключателя применяем следующее условие: Umax доп ≥ Uраб , где Umax доп – максимальное допустимое напряжение для переключателя, Uраб – рабочее напряжение устройства. Так как рабочее напряжение Uраб = 36В, я выбрал выключатель с максимальным допустимым напряжением Umax доп = 250В, что соответствует условию выше. Выбор привода для самодельного электромобиля Для проектируемого электромобиля есть 2 варианта привода. Первый вариант включает в себя установку мотор – колеса на переднюю ось. Изм. Лист № докум Подпись Дата КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ Лист Данный вариант установки мотор колеса весьма надежен и имеет такие преимущества как: 1) Мотор – колесо можно купить полным комплектом, т.е в комплект входит само колесо, аккумулятор, контроллер, дисплей и тд…. 2) Простота в установке. При установке мотор – колеса важно понимать что диаметр самого вала на колесе практически совпадает с диаметром отверстия в колесе и не надо прибегать к токарным работам 3) Если приобретается полный комплект для установки, то необходимо только расположить все части на самом электромобиле, протянуть аккуратно всю электропроводку, подсоединить все фишки, вывести дополнительные провода на свет поворотники и тд… К конструктивным недостаткам можно отнести то, что при установке мотор – колеса нужно рассчитывать все нагрузки, т.к если превысить допустимую нагрузку можно запросто спалить всю электронику При установке электромотора нужно понимать то, что электромотор будет большой по габаритам и нужно достаточно много места для его установки на электромобиль, и также добавит много веса. К преимуществам данного привода можно отнести: Изм. Лист № докум Подпись Дата КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ Лист 1) Более высокая мощность. При установке электромотора можно выбрать более мощный мотор, что очень хорошо скажется на скоростных и тяговых характеристиках электромобиля. 2) Высокая надежность. Двигатели данного типа очень надежные и используются на электропогрузчиках где поднимают достаточно тяжелые грузы и перевозят их К недостаткам можно отнести: 1) Необходимость токарных и сварочных работ. Для того чтобы соединить редуктор с двигателем необходимо изготавливать специальные переходные фланцы для последующего быстрого разбора при необходимости замены агрегатов или ТО 2) Все рекомендуют ставить коллекторный электромотор, но так как он дорогой и не надежный все попросту бояться его ставить 3) Нельзя купить готовый комплект для установки на электромобиль Из этого можно сделать вывод что лучше всего для проектируемого электромобиля выбрать мотор – колесо с полным комплектом всех комплектующих, т.к оно надежнее, не требует сварочных и токарных работ и намного быстрее в установке Изм. Лист № докум Подпись Дата КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ Лист 3.5 Руководства пользователя 1.Область применения Данный проект применяется для перевозки грузов и одного пассажира. 2.Предостережения и безопасность Использовать данное устройство только после прочтения данной инструкции. Устройство перед применением должно быть полностью заряжено. Устройство должно использоваться только тв тех целях, о которых тут указано. Не подвергайте устройство воздействию механических ударов. При поломке обращаться только к специалистам. 3.Подготовка и включение устрпойства Прежде всего, устройство должно быть заряжено. После установить на подставку удилища через крепление, и перевести переключатель в положение (вкл). Настроить необходимую чувствителдьность с помощью переменногго резистора, после чего устройство будет работать без сбоев. 4. Подготовка к работе 1. Излечь устройство из упаковки, 2. Зарядить устройство через порт micro-USB до 100%, 3. Настроить устройство, поворачивая рукоятку переменного резистора, 4. Перевести переключатель в положение (вкл). Изм. Лист № докум Подпись Дата КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ Лист 3.4 Составление перечня элементов Таблица 1 Перечень элементов. Изм. Лист № докум Подпись Дата КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ Лист 4. Расчёт надёжности спроектированного устройства Надежность — это свойство устройства сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Надежность является комплексным понятием и включает в себя такие составляющие как безотказность, ремонтопригодность, долговечность, и сохраняемость. Безотказность-свойство устройства непрерывно сохранять работоспособность в течении некоторого времени или некоторой наработки. Для количественной оценки безотказности используются такие параметры как вероятность безотказной работы и средняя наработка на отказ. Вероятность безотказной работы P(t) – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ устройства не возникнет. P(t) – является монотонно убывающей функцией времени t, причем 0 ≤ P(t) ≤ 1, P(0) = 1 , P(∞)= 0. Средняя наработка на отказ T0- математическое ожидание наработки на отказ. Для не восстанавливаемых устройств применяется показательнаработка до отказа. Ремонтопригодность - свойство устройства, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта, характеризующееся средним временем восстановления. Среднее время восстановления Тв – математическое ожидание времени восстановления работоспособности состояния устройства после отказа. Безотказность и ремонтопригодность в комплексе характеризуются коэффициентом готовности. Коэффициент готовности Кг — это вероятность того, что устройство окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течении которых применение устройства по назначению не планируется. Долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при условии выполнения технического обслуживания и ремонта. Предельное состояние – это состояние, при котором дальнейшее применения изделия невозможно или нецелесообразно (физическое или моральное старение). Изм. Лист № докум Подпись Дата КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ Лист Сохраняемость – свойство изделия сохранять значение показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течении и после хранения и транспортирования. Таблица 2 Результаты промежуточных вычислений. Тип элемента Резисторы Электродвигатель переменного тока Светодиоды Пьезоэлектрические элементы Кнопки Стабилитрон Микросхемы Элемент питания Биполярный транзистор Формулы для расчёта: Число элементов, m 19 λЭi, 1/ч λЭi mi 1/ч 0.017 0.323 1 6 1 0.05 0.08 0.4 0.05 0.24 0.4 1 1 3 1 1 0.50 0.0076 0.40 0.8 0.17 0.5 0.0076 1.2 0.8 0.17 Λ = ∑𝑛𝑖=1 λэ𝑖 𝑚𝑖 , Где λэ𝑖 – интенсивность отказов элементов i-й группы, 𝑚𝑖 – число элементов в i-й группе, n – число групп элементов. 𝑃1 (𝑡) = 𝑒 −Λt , Где P – вероятность безотказной работы устройства, Λ – интенсивность отказов устройства, t – время ( выбирается из ряда: 1000, 2000, 4000, 8000, 16000 часов). Производим рассчёт интенсивности отказов по формуле 1: (1) (2) 𝑛 Λ = ∑ λ𝑖 𝑚𝑖 = (0.323 + 0.05 + 0.24 + 0.6 + 0.4 + 0.5 + 0.0076 + 1.2 + 𝑖=1 + 0.8 + 0.17 + 0.0819) ∗ 10−7 = 4.6 ∗ 10−7 (1/ч). Производим расчёт вероятности безотказной работы по формуле 2: 𝑃1 (𝑡) = 𝑒 −Λt = 𝑃2 (𝑡) = 𝑒 −Λt = 𝑃3 (𝑡) = 𝑒 −Λt = 𝑃4 (𝑡) = 𝑒 −Λt = 𝑃5 (𝑡) = 𝑒 −Λt = Изм. Лист № докум 2.71−4.6∗0.000001∗1000 = 0.9995 2.71−4.6∗0.000001∗2000 = 0.9990 2.71−4.6∗0.000001∗4000 = 0.9981 2.71−4.6∗0.000001∗8000 = 0.9963 2.71−4.6∗0.000001∗16000 = 0.9926 Подпись Дата КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ Лист Таблица 3 Расчет вероятности безотказной работы t(час) 1000 2000 4000 P(t) 0,9995 0,9990 0,9981 Изм. Лист № докум Подпись Дата 8000 0,9963 16000 0,9926 КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ Лист Заключение В данном курсовом проекте мне потребовалось спроектировать Электромобиль Данное устройство удобно тем, что является примером того, что можно за небольшие деньги сконструировать электромобиль своими руками, и он не будет уступать по надежности электромобилям серийного производства В ходе разработки курсового проекта, я укрепил знания построения электрических схем, и улучшил навыки пайки печатных плат, а так же научился рассчитывать надёжность устройства, и вероятность безотказной работы. Изм. Лист № докум Подпись Дата КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ Лист 1. 2. 3. 4. Изм. Лист Литература Галкин В.И. Промышленная электроника и микроэлектроника: учеб. В.И. Галкин, Е.В. Пелевин. Минск, 2006. Лаврентьев Б.Ф. Схемотехника электронных средств: учеб. Пособие / Б.Ф. Лаврентьев. Минск, 2010. Электрика и радиодетали — https://electroinfo.net Электричество и энергетика — https://ofaze.ru № докум Подпись Дата КП 2-36 04 32 32 24 01 00 ПЗ Лист
