Nhìn chung
quanh, tôi đã thấy nhiều người dùng xe đạp điện, cũng theo lẽ tự nhiên, cái
gì là tiên phong thường chưa hoàn mỹ, do đó loại xe này thường "gặp trục
trặc kỹ thuật", khiến cho chủ nhân chiếc xe phiền lòng không ít. Tôi nghĩ,
nguyên do là ở việc sử dụng xe chưa đúng cách, việc bảo trì xe còn mới lạ, còn
nhiều khó khăn. Để ủng hộ loại phương tiện di chuyển mới này, chúng ta phải ra
sức tìm hiểu nó, khắc phục các điểm yếu kém để ngày một hoàn thiện nó, chúng tôi
sẽ mở chuyên mục "Cùng Bạn tìm hiểu Xe Đạp Điện", cùng Bạn tìm hiểu
nguyên lý vận hành và các cách bảo trì sửa chữa nó.
Vài hình
dáng của xe đạp điện:
Xe đạp điện có
nhiều hình dáng rất xinh. Nhiều chiếc nhìn rất thanh nhã. Nhưng cơ bản thì nó
vẫn là mang theo một nguồn pin ắc-qui, một motor làm nguồn quay và một hệ thống
điều khiển điện tử.
Hình cho thấy
loại xe đạp này có tính lưỡng dùng, lúc chạy bằng điện và lúc chạy bằng bàn đạp.
Có loại xe-đạp-điện không có trang bị bàn đạp, chỉ chạy điện, loại này nhìn rất
bắt mắt (Bạn xem hình), loại xe này rất phù hợp với các người già (những người
không còn sức để đạp).
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.
