จกรยานไฟฟาแบบใชการอดประจแบตเตอรเพมจากการเบรกและการปนดวยเทา ELECTRIC BICYCLE WITH BATTERY CHARGING BY BRAKING AND SPINNING

ประภาส แกวพทกษ ไตรรตน กฤษณะโลม

ปรญญานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญาวศวกรรมศาสตรบณฑต ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร

มหาวทยาลยบรพา ปการศกษา 2551

จกรยานไฟฟาแบบใชการอดประจแบตเตอรเพมจากการเบรกและการปนดวยเทา ELECTRIC BICYCLE WITH BATTERY CHARGING BY BRAKING AND SPINNING

ประภาส แกวพทกษ ไตรรตน กฤษณะโลม

ปรญญานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญาวศวกรรมศาสตรบณฑต ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร

มหาวทยาลยบรพา ปการศกษา 2551

ELECTRIC BICYCLE WITH BATTERY CHARGING BY BRAKING AND SPINNING

PRAPAS KAEWPITAK TRAIRUT KRITSANALOM

A THESIS SUBMITTED IN PARTIAL FULFILLMENT OF REQUIREMENT FOR THE DEGREE OF BACHELOR OF ENGINEERING

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING BURAPHA UNIVERSITY 2008

ปรญญานพนธ จกรยานไฟฟาแบบใชการอดประจแบตเตอรเพมจากการเบรกและ การปนดวยเทา โดย นายประภาส แกวพทกษ นายไตรรตน กฤษณะโลม อาจารยทปรกษา อาจารย บณฑร จตตสภาพ จานวนหนา 144 หนา ปการศกษา 2551

ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา อนมตปรญญานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญาวศกรรมศาสตรบณฑต สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา ...................................................ประธานกรรมการสอบปรญญานพนธ (อาจารย ดร. เฉลมภณฑ ฟองสมทร) ...................................................กรรมการสอบปรญญานพนธ (อาจารย ดร. มนตร โพธโสโนทย) ...................................................อาจารยทปรกษา (อาจารย บณฑร จตตสภาพ) ...................................................หวหนาภาควชาวศวกรรมไฟฟา (ผชวยศาสตราจารย ดร. ณยศ ครกจโกศล)

ii

บทคดยอ โครงงานนเปนการศกษาการทางานและควบคมเครองจกรไฟฟากระแสตรง เนองจากเครองจกรไฟฟาตวหนง สามารถทางานเปนไดทงมอเตอรไฟฟาและเครองกาเนดไฟฟาในตวเดยวกน จงนาหลกการดงกลาวมาประดษฐอปกรณทสามารถคนพลงงานใหแกจกรยานไฟฟา ซงในสวนของระบบควบคมจะแบงเปนสองระบบ คอระบบจายพลงงานจากแบตเตอรใหแกมอเตอรเพอใชในการขบเคลอนจกรยาน และระบบคนพลงงานโดยการประจแบตเตอรเพมจากการปนดวยเทาและการเบรก ผลการทดสอบรถจกรยานทสรางขนสามารถวงดวยความเรวสงสด 22.28 กโลเมตรตอชวโมง และการประจแบตเตอรเพมดวยการปนจกรยานดวยเทา จะไดปรมาณพลงงานมากกวาการประจแบตเตอรโดยใชการเบรก คาสาคญ : จกรยานไฟฟา การประจแบตเตอร ไมโครคอนโทรลเลอร

iii

Abstract The objective of this project is to study operation and control system of direct current electrical machine. An electrical machine can be able to use as motor and generator. Based on such principle, we can invent the equipment that returns energy to the electric bicycle. There are two control systems. The first is an energy supply system from battery into motor by driving electric bicycle, the second is battery charging by breaking and spinning. The experimental results shown that the maximum speed is 22.28 kilometers per hour and battery charging by spinning is more efficiency than breaking. Keywords: Electric bicycle, Battery charging, microcontroller

iv

กตตกรรมประกาศ

การทาโครงงานทางวศวกรรมไฟฟา จกรยานไฟฟาแบบใชการอดประจแบตเตอรเพมจากการเบรกและการปนดวยเทาสามารถ จะไมสาเรจไดดวยดหากปราศจากไดรบความอนเคราะหจากอาจารยดร. โกวท มาศรตน ทใหคาปรกษาเกยวกบโครงงาน ชมรมอาสาพฒนาและบาเพญประโยชน มหาวทยาลยบรพา ทเออเฟอสถานทและอปกรณบางชนด ภาควชาวศวกรรมไฟฟาทเออเฟอสถานทใหจดทาโครงงาน พรอมทงขอขอบคณอาจารยทปรกษา อาจารยและบคคลากรในภาควชาวศวกรรมไฟฟาทกทานทใหคาปรกษา คาแนะนาระหวางการปฏบตงาน และขอขอบคณบคลากรทกทานในภาควชาวศวกรรมไฟฟาทอานวยความสะดวกในการใชเครองมอตางๆ สดทายน ขอขอบคณ บดา มารดา ทใหความชวยเหลอทางดานงบประมาณและเปนกาลงใจใหผจดทาโครงงานเสมอมา ขอขอบคณเพอนนสตภาควชาวศวกรรมไฟฟาทใหกาลงใจและความชวยเหลอในสงทขาดบางสง และขอขอบคณอกหลายๆทานทไมอาจจะกลาวถงในทนไดหมด คณประโยชนอนใดทเกดจากความกรณาของทกทานทกลาวไวขางตน คณะผจดทาโครงงานฯ ซาบซงเปนอยางยง จงใครขอขอบพระคณเปนอยางสง ณ โอกาสนดวย

สารบญ

หนา บทคดยอ………………………………………………………………………..……………………… ii Abstract……………………………………………………………………………..…………………. iii กตตกรรมประกาศ…………………………………………………………………..………………… iv สารบญ……………………………………………………………………………..………………….. v สารบญรป……………………………………...…………………………………………..………….. x สารบญตาราง…………………………………………………………………………………..……… xv รายการสญลกษณและคายอ……………………………………………………………………..…… xvi บทท 1 บทนา………………………………………………………………………………...……….. 1 1.1 หลกการและเหตผล………………………………………………………………........... 1 1.2 วตถประสงค…………………………………………………………………………….... 2 1.3 ขอบเขตของการทาโครงงาน…………………………………………………………..... 2 1.4 แผนการเนนงาน…………..………………………………………………………….... 3 1.5 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ………………………………………………………………. บทท 2 ทฤษฎทเกยวของ….………...……………………………………………………………….. 5 2.1 หลกการทางานของมอเตอรไฟฟากระแสตรง..……………………………...…………. 5 2.1.1 สมการแรงเคลอนแมเหลกไฟฟาบนขดลวดตวนา………………..……………... 5 2.1.2 สมการแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาของขดลวดตวนาทตดผานสนามแมเหลก….. 6 2.1.3 สมการของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนา…………………………………………… 6 2.1.4 แรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาตานกลบ……………………………………………... 8 2.1.5 สมการแรงเคลอนไฟฟาของมอเตอร……………………………………………... 8 2.1.6 สมการแรงบด……………………………………………………………………... 9 2.1.7 ความเรวรอบของมอเตอรไฟฟากระแสตรง……………………………………… 10 2.2 วงจรสมมลของมอเตอรไฟฟากระแสตรง….…………………………………...………. 10 2.3 หลกการทางานของมอเตอรแมเหลกถาวร……………………………………………… 12 2.4 การหยดเครองจกรไฟฟากระแสตรง…………………………………………………..... 14 2.4.1 โดยวธตอความตานทานไฟฟาครอม…………………………………………….. 14 2.4.2 โดยวธเกบพลงงานคนเขาระบบจาย……………………………………………... 15 2.4.3 โดยวธกลบขนขวอเมเจอร………………………………………………………... 16

vi

สารบญ (ตอ)

หนา 2.5 การขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระแสตรง.................................................................... 17 2.5.1 วงจรสวตชง.................................................................................................... 17 2.5.2 การปรบความเรวรอบของมอเตอรไฟฟากระแสตรง......................................... 19 2.6 การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง........……………………………………………… 20 2.7 แหลงจายพลงงานสาหรบรถไฟฟา……………………………………………………… 21 2.7.1 ความหนาแนนของพลงงาน………………………………………………………. 21 2.7.2 ความหนาแนนของกาลง………………………………………………………….. 22 2.7.3 รอบอายการใชงาน…….………………………………………………………….. 22 2.7.4 คาใชจายเรมตน…………………………………………………………………… 23 2.7.5 คาใชจายบารงรกษา………………………………………………………………. 23 2.7.6 ประสทธภาพของพลงงาน………………………………………………………… 24 2.7.7 แรงดนแบตเตอร…………………………………………………………………... 24 2.7.8 อมพแดนซภายในของแบตเตอร…………………………………………………. 24 2.7.9 คณลกษณะการประจ……………………………………………………………... 24 2.7.10 คณลกษณะทางอณหภม………………………………………………………… 24 2.8 แหลงจายพลงงานชนดตางๆ……………………………………………………………. 25 2.8.1 แบตเตอรชนดตะกวกรด………………………………………………………….. 25 2.8.2 คณลกษณะโดยทวๆไปของแบตเตอรชนดตะกวกรด…………………………… 27 2.8.3 วธการประจไฟของแบตเตอรตะกวกรด………………………………………….. 37 2.9 วงจรทบระดบแรงดนไฟฟา……………………………………………………………… 40 2.9.1 เงอนไขการทางานของวงจรบสตคอนเวอรเตอร………………………………… 40 2.9.2 หลกการทางานของวงจรบสตอนเวอรเตอร……………………………………… 41 2.10 ออปแอมป……………………………………………………………………………… 42 2.10.1 คณสมบตของออปแอมป………………………………………………………... 42 2.10.2 วงผลตางแรงดน…………………………………………………………………. 43 2.10.3 วงจรเปรยบเทยบแรงดน………………………………………………………… 43 2.10.4 วงจรขยายแบบไมกลบเฟส……………………………………………………… 44 2.10.5 วงจรอนทเกรทเตอร…………….……………………………………………….. 44 2.10.6 วงจรนอนอนเวอทตงชมทททรกเกอร…………………………………………... 45 2.11 ไมโครคอนโทรลเลอร…………………………………………………………………… 46 2.11.1 ขอมลพนฐานของไมโครคอนโทรลเลอรตระกล PIC…………………………… 46

vii

สารบญ (ตอ)

หนา

2.11.2 ความเรวของไมโครคอนโทรลเลอรตระกล PIC………………………………... 47 2.11.3. สถาปตยกรรมของไมโครคอนโทรลเลอรตระกล PIC…………………………. 47 2.12 ไอซ 555………………………………………………………………………………… 47 บทท 3 หลกการ แนวคด และการออกแบบโครงงาน………………………………………………... 49 3.1 การออกแบบวงจรควบคมมอเตอร………………………………………………………. 50 3.1.1 วงจรควบคมมอเตอรแบบPWM………………………………………………….. 50 3.1.1.1 วงจรกาเนดสญญาณรปรปสามเหลยม……………………………….... 52 3.1.1.2 วงจรขยายสญญาณจากคนเรง………………………………………….. 54 3.1.1.3 วงจรเปรยบเทยบแรงดน……………………………………………….. 55 3.1.1.4 ทดสอบวงจรโดยการจาลองวงจร…………………………………….… 57 3.1.2 การออกแบบวงจรขบมอเตอร……………………………………………………. 59 3.2 การออกแบบวงจรชารจแบตเตอร……………………………………………………….. 61 3.2.1 แนวคดของวงจรชารจแบตเตอร………………………………………………….. 61 3.2.2 การออกแบบวงจรชารจแบตเตอร………………………………………………... 64 3.2.2.1 วงจรสงคาแรงดนแบตเตอร แรงดนมอเตอร กระแสทไหลเขา

แบตเตอร และวงจร เปด-ปด การชารจแบตเตอร…………………......

66 3.2.2.2 วงจรจายแรงดนไฟฟา………………………………………………….. 67 3.2.2.3 วงจรตรวจสอบเงอนไขแรงดนแบตเตอรและแรงดนมอเตอร…………. 68 3.2.2.4 วงจรแอนดสญญาณ (AND) ระหวางสญญาณของแรงดนมอเตอร

และแรงดนแบตเตอรทตรวจสอบแลว และสงคาสญญาณไปขบ สวตช SW1……………………………………………………………...

71 3.2.2.5 วงจรตรวจสอบกระแส และรกษาระดบกระแส………………………… 71 3.2.3 การจาลองวงจรและวเคราะหการทางาน………………………………………… 75 3.2.3.1 การจาลองวงจรและวเคราะหผลในสวนของวงจรชารจแบตเตอร……... 75 3.2.3.2 การจาลองวงจรและวเคราะหผลในสวนของวงจรรกษาระดบกระแส….. 77 3.3 การออกแบบวงจรบสตคอนเวอรเตอร…………………………………………………... 79 3.4 การออกแบบวงจรสวตชสลบการทางาน………………………………………………... 81 3.5 การออกแบบวงจรแสดงผลแรงดนแบตเตอร……………………………………………. 83 3.6 การออกแบบตวรถจกรยานไฟฟา……………………………………………………….. 85 3.7 การประกอบอปกรณและวงจรทงหมดในจกรยาน……………………………………… 87

viii

สารบญ (ตอ)

หนา

บทท 4 ผลการทดสอบ………………………………………………………………………………… 89 4.1 การทดสอบระบบขบเคลอนมอเตอรรถจกรยานไฟฟา….……………………………… 89 4.1.1 การทดสอบโดยไมมผขบข………………………………………………………... 92 4.1.2 การทดสอบโดยมผขบข…………………………………………………………... 93 4.2 การทดสอบการชารจแบตเตอร…...……………………………………………….......... 99 4.2.1 การทดลองการชารจแบตเตอรดวยการปนดวยเทา……………..……………… 102 4.2.2 การทดลองการชารจแบตเตอรดวยการเบรกรถจกรยาน………………….….… 108 4.3 การทดลองวงจรแสดงผลแรงดนของแบตเตอร…………………………………………. 114 4.3.1 การจาลองวงจรและทดสอบ………………………………………………………. 114 4.3.2 การตออปกรณจรงและทดสอบ…………………………………………………… 116 บทท 5 สรปผลการทดลองและขอเสนอแนะ…………………………………………………………. 119 5.1 สรปผลการทดลอง……………….………………………………………………………. 119 5.2 ขอเสนอแนะ……………………………………………………………………………… 120 เอกสารอางอง………………………………………………………………………………………….. 121 ภาคผนวก ก อปกรณและวงจรทใชในโครงงาน……………………………………………………... 122 ภาคผนวก ข ซอรสโคดของโปรแกรมทใชในโครงงาน……………………………………………… 135 ภาคผนวก ค วธการใชจกรยานไฟฟา………………………………………………………………... 140 ประวตผทาโครงงาน 144

สารบญรป รปท หนา 2.1 กฎมอซายของเฟลมมง………...………………………………………………….………….. 5 2.2 ทศทางของแรงเคลอนไฟฟาตานกลบ...………………………………………………………….. 8 2.3 วงจรมอเตอรกระแสตรง……………………………..………………….…………………….. 9 2.4 การเกดแรงบด……………………………………………………….………………………... 9 2.5 วงจรสมมลยของมอเตอรไฟฟากระแสตรง…………………………………………………… 11 2.6 การทางานของมอเตอรไฟฟากระแสตรงทง 4 ยาน………….…….…………………………..…. 12 2.7 หลกการทางานของมอเตอรกระแสตรงแบบแมเหลกถาวร…………………………………. 13 2.8 วงจรอยางงายของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบแมเหลกถาวร…………………….…….... 14 2.9 การตอเครองกาเนดไฟฟา..…………………………………………………………………… 15 2.10 การตอตวตานทาน R1 เพอหยดเครองกาเนดไฟฟา……………….……………………….. 15 2.11 การหยดมอเตอรแบบเกบพลงงานคนระบบจาย………………..….………………………… 16 2.12 การหยดมอเตอรแบบกลบขนขวอเมเจอร……………………………………….………...…. 16 2.13 (ก) วงจรแปลงผนกาลงไฟฟากระแสตรงเปนกระแสตรงพนฐาน

(ข) วงจรสมมลของสวตซ (ค) แรงดนไฟฟาดานออก……………………………………………………………...……...

18 2.14 วงจรฟลบรดจคอนเวอรเตอร………………………………………..………………………… 19 2.15 รปสญญาณ PWM ทดวตไซเคลตางๆ…….…………………………………………………. 19 2.16 วงจรฟลบรดจใชในการขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระแสตรง…….…...………...................... 20 2.17 สญญาณอางอง (Ref) และสญญาณฟนเลอย (Saw)

เปรยบเทยบ (Comparator) กน ไดสญญาณ Output เปน PWM…………………………... 21 2.18 การเปรยบเทยบความหนาแนนของพลงงานของแบตเตอรชนดตางๆ…............................ 22 2.19 แบตเตอรชนดตางๆ………….………………….……………………………………….….... 23 2.20 ยานการจายพลงงานสาหรบแบตเตอร, เซลลเชอเพลง,

และเครองยนตทใหความรอนชนดตางๆ……………………………………………………... 26

2.21 ความจแอปแปรฮาวทและกราฟของเวลา (ก) แบตเตอรรถยนต (ข) แบตเตอรลากจง……………………………………….................................................. 29

2.22 ผลของแรงดนสกทายตอเอาทพทของเซลลเมอโหลดเทากบ 6 ชม.แรงดนสดทายปกตเปน V1 กบแรงดนสดทายเปน V2 ท 4 ชม..…………………………………………………….. 30

2.23 การเปลยนแปลงแรงดนขณะเปดวงจรของแบตเตอรชนดตะกวกรดกบคาความถวงจาเพาะ 34

x

สารบญรป (ตอ)

รปท หนา 2.24 ลกษณะความสมพนธกบแรงดนไฟฟากบเวลาขณะทาการประจไฟและคายไฟ

(ก) การประจไฟ (ข) การคายไฟ……………………………………………………………… 35 2.25 ลกษณะสมบตของเครองประจไฟแบบ Wa characteristic และผลการประจไฟ…………… 36 2.26 ลกษณะสมบตความสมพนธระหวางแรงดนและกระแสของเครองประจไฟ

แบบ WOWa-Characteristic และผลการประจไฟใหกบแบตเตอร………………………….. 37 2.27 ลกษณะสมบตความสมพนธระหวางแรงดนและกระแสของเครองประจไฟ

ระบบ IU- Characteristic และผลการประจไฟใหกบแบตเตอร………………………………

38 2.28 ลกษณะสมบตความสมพนธระหวางแรงดนและกระแสของเครองประจไฟ

ระบบ IUIa- Characteristic และผลการประจไฟใหกบแบตเตอร…………………………… 39 2.29 วงจรบสตคอนเวอรเตอร………………………………………………………………………. 40 2.30 วงจรสมมลเมอสวตชนากระแส……….............................................................................. 41 2.31 วงจรสมมลเมอสวตชไมนากระแส………………………………………………………......... 41 2.32 แสดงสญลกษณออปแอมป………………………………………………………................... 42 2.33 วงผลตางแรงดน……………………………………………………………………………….. 43 2.34 วงจรเปรยบเทยบแรงดน………………………………………………………………........... 43 2.35 วงจรขยายออปแอมปแบบไมกลบเฟส……………………………………………………….. 44 2.36 วงจรอนทเกรทเตอร…………………………………………………………………………… 44 2.37 วงจร Non inverting Schmitt-Trigger………………………………………………………... 45 2.38 กราฟแสดงความสมพนธระหวางแรงดนอนพทและเอาทพท……………………………….. 46 2.39 pin connection ของไอซไทเมอร 555………………………………………………………... 48 2.40 วงจรอะสเตเบล………………………………………………………………………………… 48 3.1 แผนภาพแนวคดการทางานของจกรยานไฟฟาในโครงงาน…………………………………. 49 3.2 แผนภาพวงจรควบคมมอเตอร………………………………………………………………... 50 3.3

สญญาณอางอง (Ref) สญญาณรปสามเหลยม (Triangle) เปรยบเทยบ (Comparator) กน ไดสญญาณ Output…………………………………………………………………………….

51

3.4 รปวาดคนเรงทใชในโครงงาน…………………………………………………………………. 51 3.5 การออกแบบวงจรกาเนดสญญาณ PWM……………………………………………………. 52 3.6 วงจรกาเนดสญญาณรปสเหลยมโดย LM324………………………………………………... 52 3.7 วงจรกาเนดสญญาณรปสามเหลยมพรอมคาพารามเตอรตางๆ…………………………….. 54 3.8 สญญาณรปสามเหลยมทไดจากวงจร………………………………………………………… 54 3.9 วงจรขยายสญญาณแบบไมกลบเฟส…………………………………………………………. 55

xi

สารบญรป (ตอ) รปท หนา 3.10 วงจรเปรยบเทยบแรงดน ……………………………………………………………………... 55 3.11 สญญาณของวงจรเปรยบเทยบแรงดน……………………………………………………….. 56 3.12 วงจรกาเนดสญญาณ PWM ควบคมดวยคนเรงไฟฟา………………………………………. 56 3.13 Schematic ของวงจรควบคมมอเตอรแบบ PWM โดยโปรแกรม MicroSim ………………. 57 3.14 ผลการจาลองวงจร โดยใหสญญาณจากคนเรงเปน 1Vdc จะไดสญญาณ PWM คา Duty

Cycle 0%…………………………………………………................................................... 57 3.15 ผลการจาลองวงจร โดยใหสญญาณจากคนเรงเปน 2Vdc จะไดสญญาณ PWM คา Duty

Cycle ประมาณ 30%…………………………………………………………………………. 58 3.16 ผลการจาลองวงจร โดยใหสญญาณจากคนเรงเปน 2Vdc จะไดสญญาณ PWM คา Duty

Cycle ประมาณ 70%………............................................................................................ 58 3.17 ผลการจาลองวงจร โดยใหสญญาณจากคนเรงเปน 4Vdc จะไดสญญาณ PWM คา Duty

Cycle 100 %………………………………………………………………………………….. 59 3.18 วงจรขบมอเตอร……………………………………………………….................................. 60 3.19 แผนภาพวงจรชารจแบตเตอร………………………………………………………………… 61 3.20 แผนภาพการทางานของวงจรควบคมการชารจแบตเตอร…………………………………… 62 3.21 โฟลวชารตการทางานของวงจรชารจแบตเตอร……………………………………………… 63 3.22 กราฟคณสมบตของแบตเตอรทใชในโครงงาน……………………………………………….. 64 3.23 วงจรชารจแบตเตอรทงหมด…………………………………………………………………... 65 3.24 วงจรสงคาแรงดนแบตเตอร แรงดนมอเตอร กระแสทไหลเขาแบตเตอร และ วงจรสวตซ

เปดการชารจแบตเตอร………………………………………………………………………... 66

3.25 วงจรจายแรงดนไฟฟา……………………………………………………….......................... 67 3.26 วงจรตรวจสอบเงอนไขของการชารจแบตเตอรโดยใชออปแอมป

(ก) ตรวจสอบแรงดนแบตเตอร (ข) ตรวจสอบแรงดนมอเตอร……………………………… 68

3.27 (ก) แอนดเกต (ข) วงจรทรานซสเตอรทางานแบบแอนดเกต………………………………. 70 3.28 วงจรแอนดเกตและวงจรแสดงผลขณะกาลงชารจดวยหลอด LED …………………………. 71 3.29 วงจรตรวจสอบกระแส และรกษาระดบกระแส……………………………………………….. 72 3.30 วงจรรกษาระดบกระแส (ก) และวงจรตรวจสอบกระแส (ข)…………………………………. 73 3.31 วงจรขยายความแตกตาง……………………………………………………………………… 73 3.32 วงจรเปรยบเทยบแรงดน……………………………………………………………………… 74 3.33 กราฟผลการจาลองวงจรชารจแบตเตอร โดยให Vbatt คงท………………………………… 75 3.34 กราฟผลการจาลองวงจรชารจแบตเตอรโดยให Vmo คงท………………………………….. 76

xii

สารบญรป (ตอ)

รปท หนา 3.35 วงจรชารจแบตเตอรจาลองดวยโปรแกรม MicroSim……………………………………...… 77 3.36 การจาลองวงจรจากดกระแสโดยใชโปรแกรม MicroSim …………………………………… 78 3.37 ผลการจาลองวงจรจากดกระแสโดยใชโปรแกรม MicroSim ………………………………... 78 3.38 ผลการจาลองวงจรจากดกระแสโดยใชโปรแกรม MicroSim ………………………………... 79 3.39 วงจรบสตคอนเวอรเตอร……………………………………...………………………………. 79 3.40 วงจร 555 กาเนดสญญาณพลส………………………………………………………………. 81 3.41 แนวคดการเบรกแลวชารจคนพลงงานไฟฟา………………………………......................... 81 3.42 วงจรสวตชสลบการทางาน……………………………….................................................... 82 3.43 การตอลมตสวตชเขากบเบรกมอ……………………………………...……………………… 82 3.44 แผนผงวงจรแสดงผลโดยใชไมโครคอนโทรลเลอร…………………………………………… 83 3.45 การจาลองวงจรแสดงผลในโปรแกรม Proteus….……………………………...................... 84 3.46 โฟลวชารตการทางานของโปรแกรม………………………………...................................... 85 3.47 จกรยานทใชในโครงงาน……………………………………............................................… 86 3.48 มอเตอรขนาด 250W 24V อตราทดรอบ 1:6 4125RPM …………………………………... 86 3.49 แสดงการตดมอเตอรเขากบจกรยาน………………………………..................................... 87 3.50 แผนภาพการประกอบวงจรทงหมดไวดวยกน……………………………………………….. 88 4.1 การทดสอบวงจรกาเนดสญญาณ PWM……………………………………………………… 89 4.2 การทดสอบวงจรกาเนดสญญาณ PWM โดยใชออสซลโลสโคป……………………………. 90 4.3 การประกอบวงจรขบมอเตอรลงใน PCB…………………………………………………….. 90 4.4 จกรยานไฟฟาทประกอบดวยวงจรขบมอเตอร………………………………………………. 91 4.5 ผทดสอบนาหนก 55 กโลกรม………………………………………………………………… 91 4.6 ผทดสอบนาหนก 71.5 กโลกรม……………………………………………………………… 92 4.7 กราฟแสดง Duty Cycle และกระแสเขามอเตอรเมอไมมผขบข…………………………….. 93 4.8 กราฟแสดง Duty Cycle และกระแสมอเตอรเมอมผขบขนาหนก 71.5 กโลกรม…………… 94 4.9 กราฟแสดงความเรวและ Duty Cycle เมอมผขบขนาหนก 71.5 กโลกรม…………………. 95

4.10 กราฟแสดงกระแสและ Duty Cycle เมอมผขบขนาหนก 55 กโลกรม……………………… 97 4.11 กราฟแสดงความเรวและ Duty Cycle เมอมผขบขนาหนก 55 กโลกรม……………………. 97 4.12 กราฟเปรยบเทยบความเรวและ Duty Cycle เมอผขบขนาหนก 71.5 และ 55 กโลกรม….. 98 4.13 กราฟเปรยบเทยบกระแสและ Duty Cycle เมอผขบขนาหนก 71.5 และ 55 กโลกรม…….. 98 4.14 ทดลองตออปกรณตามวงจรทออกแบบไวลง Proto Board 99 4.15 ลงอปกรณตางๆ บนแผนปรนท 99

xiii

สารบญรป (ตอ)

รปท หนา 4.16 วงจรชารจแบตเตอร 100 4.17 วงจรบสตคอนเวอรเตอร………………………………………………………………………. 101 4.18 วงจรกาเนดสญญาณพลส…………………………………………………………………….. 101 4.19 ประกอบวงจร และทดสอบโดยการปนดวยเทา แบบอยกบท……………………………….. 102 4.20 เครองตรวจวดความเรวจกรยาน……………………………………………………………… 102 4.21 กราฟแสดงแรงดนมอเตอรและความเรวเฉลย……………………………………………….. 103 4.22 กราฟแสดงแรงดนออกวงจรบสตคอนเวอรเตอรและความเรวเฉลย………………………… 104 4.23 กราฟแสดงกระแสทเขาแบตเตอรและความเรวเฉลย………………………………………... 104 4.24 การทดสอบการชารจแบตเตอรโดยการปนดวยเทา แบบมผขบข…………………………... 105 4.25 กราฟแสดงกระแสทเขาแบตเตอรและความเรวเฉลย เมอมผขบข………………………….. 106 4.26 กราฟแสดงความสมพนธของความเรวของการปนจกรยาน และเวลาทใชชารจแบตเตอร

จนเตม แบบมผขบข…………………………………………………………………………… 107

4.27 การตอ Limit Switch เขาสเบรกมอ…………………………………………………………... 108 4.28 การทดลองใชการเบรกกบวงจรชารจแบตเตอร……………………………………………… 108 4.29 วงจรรเลยทใชในการสลบการทางานระหวางวงจรขบมอเตอรและ

วงจรชารจแบตเตอร…………………………………………………………………………… 109

4.30 กราฟแสดงความเรวและเวลาขณะชารจของการชารตดวยการเบรกแบบคนพลงงาน…….. 111 4.31 กราฟแสดงความเรวและระยะทใชในการเบรกของการชารจดวยการเบรกแบบคนพลงงาน. 111 4.32 กราฟแสดงความเรวและกระแสเรมตนของการชารจดวยการเบรกแบบคนพลงงาน………. 112 4.33 กราฟแสดงกระแสทลดลงเปนเชงเสนและเวลาทไดจากการเบรกคนพลงงาน……………… 113 4.34 การทดสอบวงจรแสดงผลดวยโปรแกรม Proteus…………………………………………… 115 4.35 การตอวงจรลง Proto Board เพอทาการทดสอบวงจร………………………………………. 116 4.36 การทดสอบวงจรเมอลงอปกรณบนแผนปรนทเสรจแลว…………………………………….. 116 4.37 วงจรแสดงผลประกอบใสกลอง เพอทาเปนหนาปดแสดงผลจกรยาน………………………. 117 4.38 หนาปดแสดงผลของจกรยานไฟฟา…………………………………………………………... 117 ก.1 คณสมบตของมอเตอรทใชในโครงงาน……………………………………………………….. 123 ก.2 คณสมบตของแบตเตอรทใชในโครงงาน……………………………………………………... 126 ก.3 คนเรงไฟฟาแบบ Hall Effect…………………………………………………………………. 127 ก.4 วงจรกาเนดสญญาณ PWM และวงจรขบมอเตอร…………………………………………… 127 ก.5 วงจรกาเนดสญญาณ PWM และวงจรขบมอเตอร ประกอบใสกลองอลมเนยมเพอระบาย

ความรอนใหมอสเฟต…………………………………………………………………………..

128

xiv

สารบญรป (ตอ)

รปท หนา ก.6 ไดโอดกาลง ESD83-004ตอแยกจากวงจรขบมอเตอร เพอตดซงคระบายความรอน..……. 128 ก.7 ไดโอดกาลง MUR1560 ตอแยกจากวงจรขบมอเตอร เพอตดซงคระบายความรอน……… 129 ก.8 วงจรชารจแบตเตอร…………………………………………………………………………... 129 ก.9 วงจรบสตคอนเวอรเตอร……………………………………………………………………… 130

ก.10 วงจรกาเนดสญญาณพลสสาหรบวงจรบสตคอนเวอรเตอร…………………………………. 130 ก.11 วงจรสวตชสลบการทางานระหวางวงจรขบมอเตอรและวงจรชารจแบตเตอร……………… 131 ก.12 คอนเนกเตอรสาหรบเชอมตอวงจร…………………………………………………………... 131 ก.13 โครงรถจกรยานทใชในโครงงาน……………………………………………………………... 132 ก.14 ประกอบวงจรทงหมดลงในกลองพลาสตกซงอยดานหลงเบาะผขบข………………………. 132 ก.15 กลองวงจรและมอเตอรซงอยดานหลงเบาะผขบข…………………………………………… 133 ก.16 วงจรแสดงผลแรงดนและกระแสทชารจแบตเตอร…………………………………………… 133 ก.17 การทดสอบวงจรแสดงผลแรงดนและกระแสทชารจแบตเตอร โดยตอเขากบหนาจอ LCD.. 134 ก.18 จกรยานไฟฟาทประกอบเสรจ………………………………………………………………... 134 ข.1 หนาตางโปรแกรม MikroC ซงเปนคอมไพเลอรภาษาซ…………………………………….. 136 ข.2 ซอรสโคดภาษาซทใชเขยนวงจรแสดงผล…………………………………………………… 136 ค.1 รปวาดจกรยานในโครงงาน แสดงอปกรณสาคญทอยภายนอก…………………………….. 141 ค.2 รปวาดหนาปดควบคมและแสดงผลของจกรยานไฟฟา……………………………………... 142

สารบญตาราง ตารางท หนา

2.1 คณสมบตแอมแปรชวโมง (Ampere-hours) หรอวตตชวโมง (Watt-Hour) ของแบตเตอร ชนดตางๆ……………………………………………………………………………………. 27

2.2 เปอรเซนความจแบตเตอรชนดตางๆ……………………………………………………….. 28 2.3 ความจทไดจากการประจไฟฟาดวยกระแสตางกน…………………………………………. 38 3.1 ประสทธภาพของมอเตอรทใชในการทาโครงงาน………………………………………….. 59 3.2 คณสมบตของแบตเตอร……………………………………………………………………... 62 4.1 การวดกระแสไหลเขามอเตอรเทยบกบ Duty Cycle ของสญญาณ PWM………………... 92 4.2 การวด Duty Cycle ของสญญาณ PWM เทยบกบความเรวรถ ผขบขนาหนก 71.5

กโลกรม………………………………………………………………………………………. 93 4.3 การวดกระแสไหลเขามอเตอรเทยบกบ Duty Cycle ของสญญาณ PWM ผขบขนาหนก

71.5 กโลกรม………………………………………………………………………………… 94 4.4 การวดกระแสไหลเขามอเตอรเทยบกบ Duty Cycle ของสญญาณ PWM ผขบขนาหนก

55 กโลกรม…………………………………………………………………………………... 96 4.5 การวดความเรวเขามอเตอรเทยบกบ Duty Cycle ของสญญาณ PWM ผขบขนาหนก

55 กโลกรม…………………………………………………………………………………..

96 4.6 การทดสอบการชารจแบตเตอรดวยการปนดวยเทา แบบอยกบท………………………… 103 4.7 การทดสอบการชารจแบตเตอรโดยการปนดวยเทา แบบมผขบข…………………………. 105 4.8 แสดงความสมพนธของความเรวของการปนจกรยาน กระแสทได และเวลาทใชชารจ

แบตเตอรจนเตม แบบมผขบข………………………………………………………………. 107 4.9 การทดสอบการชารจดวยการเบรกแบบคนพลงงาน……………………………………….. 110

4.10 แสดงความสมพนธของความเรวเฉลย กระแสเรมตน เวลาขณะชารจ ปรมาณกระแสทได และจานวนครงของการเบรกแลวชารจจนกวาแบตเตอรเตม………………………………. 114

รายการสญลกษณและคายอ

สญลกษณ หนวย คาอธบาย Av - อตราขยายของออปแอมป D - Duty Cycle f Hz ความถ

LTL - Low Trigger Level UTL - Upper Trigger Level V+ - ขาบวกของออปแอมป V- - ขาลบของออปแอมป Vo V แรงดนขาออก Vr % คา Ripple ของสญญาณ Wb - หนวยของฟลกซแมเหลก (เวเบอร) Z Impedance Ω

φ Wb ฟลกซแมเหลก

บทท 1

บทนา

1.1หลกการและเหตผล

ในสภาวะปจจบน ราคานามนมราคาสงขนมากและสงขนอยางตอเนอง และปรมาณของนามนยงมแนวโนมทจะลดลงเรอยๆ ประกอบกบการใชพลงงานจากนามนซงมาจากฟอสซลกอใหเกดมลพษทางสงแวดลอม และยงกอเกดปญหาโลกรอนทวโลกในปจจบน ดงนนนกประดษฐและนกวจยจงหนมาสนใจพลงงานสะอาด และราคาไมแพง พลงงานไฟฟาเปนอกหนงทางเลอกทเปนพลงงานสะอาด ไมกอเกดมลพษใหกบสงแวดลอม มคาใชจายตากวานามนเชอเพลง สามารถผลตและควบคมไดงาย และสามารถเปลยนแปลงไปเปนพลงงานรปอนๆไดเกอบทกชนด ซงปจจบนมการคดคนสงประดษฐและอปกรณจานวนมากทใชพลงงานไฟฟา หนงในนนกคอจกรยานไฟฟา ซงใชมอเตอรซงเปนเครองจกรไฟฟาเปนตวขบเคลอน จกรยานเปนยานพาหนะทถกสรางขนเปนเวลานานมาแลว สมยกอนใชกาลงคนขบเคลอน แตปจจบนมนษยรจกไฟฟา เรยนรการผลตและควบคมกระแสไฟฟา และสรางอปกรณทางไฟฟาขนมามากมาย หนงในนนกคอ มอเตอร ( Motor) ซงเปนเครองจกรไฟฟา (Electrical Machine) ทเปลยนพลงงานไฟฟาเปนพลงงานกล และสามารถประยกตจกรยานธรรมดา มาเปนจกรยานไฟฟาโดยตดตงมอเตอรเปนอปกรณขบเคลอน และใชแบตเตอรเปนแหลงพลงงาน เครองจกรไฟฟา (Electrical Machine) ทางานไดสองรปแบบ คอ เปนมอเตอร หรอเครองจกรขบเคลอนทางไฟฟา โดยเปลยนพลงงานไฟฟาเปนพลงงานทางกล และเปนเครองกาเนดกระแสไฟฟา เปลยนพลงงานทางกลมาเปนพลงงานไฟฟา ปจจบนจกรยานไฟฟาไดถกสรางขนมามากมาย เพอลดความลาของรางกายมนษยจากการขบขระยะไกล หรอการขบขขนทสงชน โดยใชมอเตอรเปนตวขบเคลอน ใชแบตเตอรเปนแหลงพลงงาน และใชระบบหามลอทางกล และเนองจากมอเตอรนนเปนเครองจกรไฟฟาทสามารถทาหนาทเปนตวกาเนดไฟฟาหรอเจนเนอเนเตอร(Generator) ได ซงการขบขจกรยานไฟฟาทวไปมกจะตดตงระบบหามลอทางกล ซงเปนการลดแรงเฉอยและลดความเรวของตวรถจกรยานเวลาขบข โดยใชแรงกดจากคนเบรกมาตานทานการหมนของลอ พลงงานทเกดขนจากการหามลอนจะอยในรปความรอน ซงถาเปลยนจากการหามลอทางกล มาเปนการหามลอทางไฟฟา โดยใชแรงเฉอยของจกรยานมาขบเคลอนมอเตอรซงจะทาหนาทเปนตวกาเนดกระแสไฟฟา ผลตไฟฟาจากการลดความเรวหรอการเบรกรถจกรยานไฟฟา มาเกบคนไวทแหลงจายพลงงานของรถจกรยานไฟฟาซงกคอแบตเตอร กจะสามารถจายพลงงานไฟฟาไดนานกวาเดม

2

นอกจากการชารจ(Charging)แบตเตอรจากการเบรกแลว จกรยานไฟฟายงสามารถชารจแบตเตอรรจากการขบเคลอนดวยเทาไดโดยใชเครองจกรไฟฟาทาหนาทเปนเครองกาเนดไฟฟาชารจแบตเตอรโดยใชไฟบาน 220 V ได รวมไปถงเวลาขบขลงเนนกสามารถประจไฟฟาใหแกแบตเตอรไดเชนกน ทาใหแบตเตอรใชงานไดนานกวาเดมเพราะจะมการชารจพลงงานกลบคนสแบตเตอรทกครงทเบรกหรอตองการลดความเรวของรถจกรยาน 1.2 วตถประสงค

1. เพอศกษาการทางานของเครองจกรไฟฟา 2. เพอศกษาการทางานของระบบควบคมมอเตอรและเจนเนอเรเตอร 3. เพอนาพลงงานทไดจากระบบเบรกและการปนดวยเทามาเกบไวในแบตเตอร 4. เพอสรางจกรยานไฟฟาใหมประสทธภาพมากขน

1.3 ขอบเขตของโครงงาน

1. ใชมอเตอรไฟฟากระแสตรง ขนาด 250 W 2. จกรยานทใชแบบ 1 นง มระบบเบรกทางกล และไมมระบบเกยร 3. ใชแบตเตอรสามารถอดประจใหมได 4. มหนวยแสดงผลปรมาณพลงงานของแบตเตอร 5. ใชการควบคมมอเตอรแบบ PWM 6. แบตเตอรสามารถชารจดวยไฟบานได 7. สามารถอดประจเขาแบตเตอรจากการเบรกและการปนจกรยานได 8. จกรยานไฟฟาทสรางขนสามารถขบเคลอนโดยใชไฟฟาและใชกาลงคน 9. จกรยานไฟฟาทสรางขน ใชสาหรบการวจยและการพฒนาเทานน

1.4 แผนการดาเนนงาน

1. ศกษาและรวบรวมขอมลเกยวกบเครองจกรไฟฟาจากตาราและบทความตางๆทเกยวของ 2. ศกษาเครองจกรไฟฟากระแสตรงและแบตเตอรเพอเปนขอมลในการเลอกใช 3. ศกษาทฤษฎการควบคมเครองจกรไฟฟาในแบบตางๆทจะนามาใชควบคมเครองจกรไฟฟา 4. สรางวงจรควบคมความเรวเครองจกรไฟฟากระแสตรง 5. ประกอบมอเตอรและวงจรควบคมความเรวกบจกรยานทาใหขบเคลอนจกรยานได 6. สรางอปกรณเบรกแบบคนพลงงานและวงจรควบคมการเบรกแบบคนพลงงานไฟฟาของ

เครองจกรไฟฟากระแสตรง

3

7. สรางวงจรชารจแบตเตอรโดยการปนและการเบรก 8. ศกษาและทดลองระบบเบรกทางไฟฟาทสรางขน 9. สรางวงจรแสดงปรมาณพลงงานของแบตเตอร 10. ทดสอบการใชงานของระบบควบคมความเรวและระบบคนพลงงาน 11. ตดตงอปกรณตางๆและวงจรควบคมและเครองจกรไฟฟาลงจกรยานไฟฟา 12. ทดสอบและบนทกผลประสทธภาพของการปนและการเบรกแลวคนพลงงาน 13. วเคราะหการทดสอบระบบเบรกทางไฟฟา เพอนาขอมลไปเปนแนวทางในการพฒนาตอไป

เดอน ม.ย. ก.ค. ส.ค. ก.ย. ต.ค.

ขนตอนท / สปดาหท

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1 2 3 4 5

เดอน พ.ย. ธ.ค. ม.ค. ก.พ. ม.ค. ขนตอนท / สปดาหท

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13

4

1.5 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ 1. เรยนรการทางานและเทคนคการควบคมเครองจกรไฟฟากระแสตรง 2. สามารถสรางจกรยานไฟฟาทสามารถอดประจจากระบบเบรกและจากการปนดวยเทาได 3. เพมพลงงานของแบตเตอรทาใหใชงานนานกวาเดม 4. ลดการใชนามน ทาใหประหยดเงน ลดภาวะโลกรอน และไมเปนมลพษตอสงแวดลอม

บทท 2

ทฤษฎและงานวจยทเกยวของ

2.1 หลกการทางานของมอเตอรไฟฟากระแสตรง [1] อาศยหลกการของปฏกรยาของสนามแมเหลกและขดลวดอารเมเจอร (Armature Winding) ซงจะเกดเมอมกระแสไฟฟาไหลผานขดลวดตวนา สามารถทจะหาแรงทเกดขนในขดลวดตวนาทวางอยในสนามแมเหลก โดยจะมทศทางดงรปท 2.1

รปท 2.1 กฎมอซายของเฟลมมง จากรป 2.1 จะใชกฎมอซายของเฟลมมง (Fleming’s left hand rule) ในการเคลอนทของตวนาไดดงน โดยการกางนวหวแมมอ นวช และนวกลาง ใหตงฉากซงกนและกน จะไดวานวหวแมมอแสดงทศการเคลอนทของตวนา นวชแสดงทางของสนามแมเหลก และนวกลางแสดงทศทางของการไหลของกระแส และสมการทประยกตใชกบมอเตอรไฟฟากระแสตรงมดงน สมการแรงเคลอนแมเหลกไฟฟาบนขดลวดตวนา 2.1.1 สมการแรงเคลอนแมเหลกแมเหลกไฟฟาบนขดลวดตวนา

F = i(L × B) นวตน โดย F = แรงทเกดขนในขดลวดตวนา

6

i = กระแสไฟฟาทไหลผานขดลวดตวนา B = ความหนาแนนของเสนแรงแมเหลกไฟฟา L = ความยาวของลวดตวนา 2.1.2 สมการแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาของขดลวดตวนาทตดผานสนามแมเหลก

e = (v × B)L โวลต โดย e = แรงเคลอนไฟฟาเหนยวนา v = ความเรวของตวนาทตดกบสนามแมเหลก B = ความหนาแนนของสนามแมเหลก 2.1.3 สมการของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนา สมการของแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาในอารเมเจอรสามารถหาไดดงน

แรงเคลอนแมเหลกทตด/ ตวนา

dφ = φP Wb

จานวนความเรว = รอบตอวนาท 60N

ดงนนเวลาใน 1 รอบ dt = วนาท N60

จากกฎแมเหลกไฟฟาเหนยวนาของฟาราเดยซงมสมการ

e = dtdφ โวลต

แทนคา dt และ dφ จะได

e = 60PNφ โวลต

เมอพนขดลวดแบบเวฟ จานวนทางขนานในอารเมเจอร = 2

จานวนตวนาอนกรมหนงทางขนาน = 2Z

เมอพนขดลวดแบบแลป จานวนทางขนานในอารเมเจอร = P

จานวนตวนาอนกรมหนงทางขนาน = PZ

จงไดสมการดงน

7

e = a

NZP60φ โวลต

โดย e = แรงเคลอนไฟฟาเหนยวนา

φ = เสนแรงแมเหลกไฟฟาตอขว P = จานวนขวแมเหลก Z = จานวนลวดตวนาของอารเมเจอร N = ความเรวของอารเมเจอร a = จานวนทางขนานในอารเมเจอร = P พนแบบเวฟ, = 2พนแบบแลป หรอ

ωm = 60

2 Nπ เรเดยนตอวนาท

N = πω

260 m

แทน N ลงใน e = a

NZP60φ

ดงนน

e = a

ZP m

πωφ

2

เมอให Ka = a

ZPπ2

ดงนน

e = Kaφ ωm โวลต โดย Ka = คาคงทของวงจรอารเมเจอร ดงนน จะไดความสมพนธของเสนแรงแมเหลกและกระแสกระตนสนามแมเหลกซงมสมการดงน

φ α If

φ α Kf If เวเบอร โดย Kf = คาคงทของสนามแมเหลก

If = กระแสไหลผานสนามแมเหลก

เพราะ e = Kaφωm โวลต ดงนน

e = Ka Kf If ωm โวลต เมอให K = Ka Kf จะได

e = KIf ωm โวลต โดย K = คาคงทของมอเตอร

8

2.1.4 แรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาตานกลบ เมออารเมเจอรหมน ตวนาทอารเมเจอรจะตดกบเสนแรงแมเหลกทาใหเกดแรงเคลอนไฟฟาเหนยวนา ขนในอารเมเจอร โดยมทศทางตรงกนขามกบแรงเคลอนทจายใหกบมอเตอร เรยกวาแรงเคลอนไฟฟานวา แรงเคลอนไฟฟาเหนยวนาตานกลบ (back electromotive force) หรอ Eb

รปท 2.2 ทศทางของแรงเคลอนไฟฟาตานกลบ

Ia = ( )

aREV − b แอมแปร

Eb = φZN AP

× โวลต

โดย Ra = ความตานทานในวงจรอารเมเจอร โอหม N = ความเรวรอบมอเตอร รอบตอวนาท 2.1.5 สมการแรงเคลอนไฟฟาของมอเตอร V = Eb + Ia Ra คณดวย Ia ทงสองขางของสมการ จะได V Ia = Eb Ia + (Ia)

2Ra โดย V = แรงเคลอนไฟฟาทจายใหกบวงจรของมอเตอร (โวลต)

Eb = แรงเคลอนไฟฟาตานกลบทเกดขนในอารเมเจอร (โวลต) Ia Ra = แรงเคลอนไฟฟาตกครอมทความตานทานของอารเมเจอร (โวลต) V Ia = กาลงไฟฟาทจายใหอารเมเจอร (วตต) Eb Ia = กาลงไฟฟาในอารเมเจอรทสมมลกบกาลงทางกลทเกดขนใน อารเมเจอร (วตต) (Ia)

2Ra = กาลงสญเสยทขดลวดในอารเมเจอร (วตต)

9

รปท 2.3 วงจรมอเตอรกระแสตรง

2.1.6 สมการแรงบด แรงบดคอ โมเมนตการบดตวของแรงเหนอแกนทพจารณา สามารถคานวณไดดงน T = F × r นวตน-เมตร

งานเกดจากแรงในการหมน 1 รอบ = แรง×ระยะทาง กาลงทเกดขน = F r N จลตอวนาท π2× ×

= ( ) rF × π2× N จลตอวนาท โดย π2 N = ω เรเดยนตอวนาท ดงนน กาลงทเกด = T × ω จลตอวนาท หรอ วตต

รปท 2.4 การเกดแรงบด กาลงทเกดขนในมอเตอร ไดมาจากการทอารเมเจอรหมนดวยความเรว ωm และไดแรงบด Tm นนคอ T, ωm ดงนน แรงบดทเกดขนจากเหลกไฟฟาในอารเมเจอรและแรงบดทเกดขนมาจากการไหลของกระแสอารเมเจอร Ia และแรงดนไฟฟาเหนยวนาในอารเมเจอรคอ e และทาใหไดกาลงกลทอาร-เมเจอร คอ e Ia

โดย P = T ωm วตต จะได e Ia = T ωm

10

ดงนน T = นวตน-เมตร m

aeIω

โดย e = KIf ωm โวลต ดงนน T = KIf Ia นวตน-เมตร

T = Kaφ Ia นวตน-เมตร 2.1.7 ความเรวรอบของมอเตอรไฟฟากระแสตรง ความเรวรอบของมอเตอรไฟฟากระแสตรงพจารณาจากสมการแรงเคลอนไฟฟาตานกลบของมอเตอร ดงน Eb = V - Ia Ra

φZN × (P/A) = V - Ia Ra

ดงนน N = รอบตอวนาท ( )

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ − RIV aa

φ ZPA

เมอ V - Ia Ra = Eb

ดงนน N = รอบตอวนาท ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ZPAEb

φ 2.2 วงจรสมมลของมอเตอรไฟฟากระแสตรง [2]

สาหรบความสมพนธระหวางแรงบดของมอเตอร กบแรงบดทโหลดตองการเทากบ emT

)(tTBdt

dJT WLm

mem +⋅+= ω

ω

โดยท J หมายถง ผลรวมวงจรสมมลของแรงเฉอย (Total equivalent inertia) ของโหลด B หมายถง ผลรวมวงจรสมมลของการแกวง (Total equivalent damping) ของโหลด TWL หมายถง ผลรวมวงจรสมมลของแรงบดทโหลดตองการในการทางาน เครองจกรกลไฟฟากระแสตรงนน สามารถทางานเปนมอเตอรหรอเครองกาเนดไฟฟากระแสตรงได ในขณะททาการเบรคมอเตอรไฟฟากระแสตรงนน มอเตอรจะทาตวเสมอนเปนเครองกาเนดไฟฟากระแสตรง ในขณะทความเรวเรมลดลง ดงนนจงจาเปนตองพจารณากรณทมอเตอรไฟฟากระแสตรง ทาตวเปนเครองกาเนดไฟฟากระแสตรงขณะเบรก โดยกาหนดใหเสนแรงแมเหลกมคาคงท และมอเตอรกาลงขบโหลดทมความเรวเทากบ ωm เพอทจะลดความเรวของมอเตอรโดยทาใหคาแรงดนไฟฟา มคาตากวาแรงเคลอนเหนยวนายอนกลบ ดงแสดงในรป 2.5 จะมผลทาใหกระแสอาเมเจอร จะไหลกลบทศทาง คาแรงบด จะกลบทศทางเชนกน นอกจากนนพลงงานจลนทเกดจากแรงเฉอยของโหลดจะเปลยนเปนพลงงานไฟฟา ซงพฤตกรรมดงกลาวหมายความวามอเตอรไดทา

tv ae

ai emT

11

tv

รปท 2.5 วงจรสมมลของมอเตอรไฟฟากระแสตรง ขณะทมอเตอรไฟฟาทาการเบรก ขวของแรงเคลอนเหนยวนายอนกลบ จะไมเปลยนแปลง เพราะทศทางการหมนยงคงไมเปลยนแปลง ดงนนสมการท (1.2.2.1) จะยงคงใชในการหาขนาดของแรงเคลอนเหนยวนายอนกลบได และเมอความเรวของโรเตอรลดลง เปนผลใหแรงเคลอนเหนยวนายอนกลบ

มคาลดลง (สมมตใหเสนแรงแมเหลก มคาคงท) จนกระทงโร-เตอรของมอเตอรไฟฟากระแสตรง

หยดหมน และถาขวของแหลงจายไฟฟามการเปลยนแปลง กจะมผลทาใหทศทางการหมนของโรเตอรเปลยนแปลงไปเชนกน

ae

ae fφ

ดงนนมอเตอรไฟฟากระแสตรงจะสามารถทางานไดทศทางใดทศทางหนง และเมอทาการเบรก แรงบดของมอเตอรไฟฟากระแสตรงกจะสามารถกลบทศทางได ดงรป 2.6 แสดงความสมพนธ ระหวางแรงบดกบความเรวรอบสาหรบยานการทางานของมอเตอรไฟฟากระแสตรงทง 4 ยานการทางาน

12

รปท 2.6 การทางานของมอเตอรไฟฟากระแสตรงทง 4 ยาน 2.3 หลกการทางานของมอเตอรแมเหลกถาวร มอเตอรแมเหลกถาวรใชสนามแมเหลกหลกจากแมเหลกถาวรและใชแมเหลกไฟฟาเปนสนามทตยภมหรอฟลกซอารเมเจอร รปท 2.7 (ก) แสดงหลกการทางานของมอเตอรแมเหลกถาวร กระแสไหลจากขดลวดอารเมเจอรจากแหลงจายแรงดนกระแสตรงจะทาใหอารเมเจอรเปนแมเหลก ขวแมเหลกของอารเมเจอรจะมขวตรงขามกบสนามแมเหลก ทาใหอารเมเจอรมการหมนดงรป อารเมเจอรหมนตามเขมนาฬกา เมอขวอารเมเจอรอยในแนวเดยวกนกบสนามแมเหลกแปรงถานจะอยในชองวางของคอมมวเตเตอรจะไมมกระแสไหลผานในขดลวดอารเมเจอร ดงนนแรงแมเหลกจะเปนแรงผลกกน ดงแสดงในรป 2.7 (ข) ความเฉอยจะทาใหอารเมเจอรผานจดนวทรลคอมมวเตเตอรจะกลบทศของกระแสในอารเมเจอร เมอขวแมเหลกตรงกนขามตรงกนจงทาใหขวแมเหลกของอารเมเจอรจะกลบขวเมอขวเหมอนกน ของอารเมเจอรและสนามหลกอยตรงกนจะทาใหเกดการผลกกน จงทาใหขดลวดอารเมเจอรหมนไดอยางตอเนอง ดงรปท 2.7 ทศทางการหมนของมอเตอร สามารถหาจากการไหลของกระแสผานอารเมเจอร การกลบทศของอารเมเจอรจะทาใหการหมนกลบทศ ลกษณะสาคญของมอเตอรกระแสตรงคอ สามารถควบคมอตราเรวได อตราเรวของมอเตอรแมเหลกถาวรจะเปนสดสวนโดยตรงกบคาแรงดนทใหกบอารเมเจอรฉะนนถาแรงดนอารเมเจอรสงจะทาใหอตราเรวของมอเตอรสงดวย

13

รปท 2.7 หลกการทางานของมอเตอรกระแสตรงแบบแมเหลกถาวร วงจรอยางงายของมอเตอรกระแสตรงแมเหลกถาวรแสดงไดดงรป 2.8 แมเหลกถาวรเปนตวสรางสนามแมเหลกซงมคาคงท จากวงจรจะไดสมการดงน

นวตน – เมตร , ωm = 602n Tm = KTIa

Ea = KE ωm โวลต Vt = Ea + Ra Ia โวลต

เมอ KT = Ktφf และ KE = Keφf จากสมการขางบนไดสมการความเรวในฟงกชนของ Tm เมอกาหนดให Vt คงท

ωm = ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛− em

t

at

E

TKRV

K1

Ia = ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −t

RV

a

aE

14

รปท 2.8 วงจรอยางงายของมอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบแมเหลกถาวร 2.4 การหยดเครองจกรไฟฟากระแสตรง การหยดเครองจกรไฟฟากระแสตรงอาจปลอยใหหยดโดยธรรมดา หรอใชความฝด แรงเสยดทาน หรอการใชเบรกทางเครองมอจกรกล แตในการใชงานของเครองจกรไฟฟาบางครงตองการหยดเครองอยางรบดวน เชนอปทวเหต ซงการหยดโดยวธใชเครองมอจกรกล หรอแรงเสยดทานจะตองบารงรกษาซอมแซม แตถาเราออกแบบหยดโดยใชพลงงานไฟฟาชวยจะทาใหสามารถใชงานไดเปนเวลานานโดยไมตองบารงรกษา วธหยดทางไฟฟาจะเปลยนพลงงานกลในเพลามอเตอร ใหกลบเปนพลงงานไฟฟาของเครองกาเนดไฟฟา(มอเตอรตวเดม)ทาใหเกดแรงบดทางไฟฟาขนกลบ ทาใหเครองจกรหยดโดยเรวขน หลกการหยดมอเตอรไฟฟากระแสตรงมอย 3 วธใหญ ดงนคอ 2.4.1 โดยวธตอความตานทานไฟฟาครอม

พจารณาเครองจกรไฟฟา ในรป 2.9 เปนมอเตอร มศกดาไฟฟาปอนเขาสวงจรขว AB ซงขว A เปนขวบวกของวงจร ดงนนสมการของมอเตอร คอ Vt = Ea + IaRa

15

+

-

รปท 2.9 การตอเครองกาเนดไฟฟา

ถาจะวธหยดเดนมอเตอรนเราอาจจะเอาศกดาไฟฟาปอนเขา Vt ออก แลวใชคาความตานทาน R1 ดงแสดงไวในรป 2.10 ตอครอมแทนศกดาไฟฟา Vt ทระหวางขว AB

+

-

รปท 2.10 การตอตวตานทาน R1 เพอหยดเครองกาเนดไฟฟา เครองจกรจะหมนไปดวยแรงเฉอย ดงนนเครองมอเตอรในขณะนจะทางานเปนเครองกาเนดไฟฟา จะมกระแสไฟฟาไหลออกจากอเมเจอร แยกลงวงจรขวแมเหลกและออกมาสโหลด R1 ดงนนพลงงานกลจากการหมนเปลยนกลบเปนพลงงานไฟฟามาสญเสยไปในโหลด IL

2 R1 เครองจกรกจะหมนชาลง เมอความเรวรอบของเครองลดลง จะมผลทาใหศกดาไฟฟาของอเมเจอร Ea ลดลง ดงนนถาตองการใหแรงบดทตานทานการหมนคงทคาความตานทาน R1 จะตองคอยลดลงไปดวย คาความตานทาน R1 ทจะใชในวงจรน สวนมากจะออกแบบคานวณโดยใหคากระแสของ IL ไมสงเกนไปจนทาลายวงจรอเมเจอร ซงคาโดยทวไปจะใชประมาณ 2 เทาของกระแสโหลดเตมทของมอเตอร สามารถคานวณหาคา R1 ไดจากสมการ

Ea = IL R1 + Ia Ra 2.4.2 โดยวธเกบพลงงานคนเขาระบบจาย วธนไดดดแปลงจากวธแรก โดยใหพลงงานกลศาสตรทสะสมอยในระบบมอเตอร จายคนเขาสระบบไฟฟา แทนทจะมาสญเสยเปนพลงงานความรอนในความตานทาน R1 ในรป 2.9 ขวระบบจายไฟ

16

+

-

รปท 2.11 การหยดมอเตอรแบบเกบพลงงานคนระบบจาย 2.4.3 โดยวธกลบขนขวอเมเจอร วธนหยดเครองจกรอยางรวดเรวหรอกลบทศทางการหมนของเครองจกรใชในกรณเกดอปทวเหต หรอลกษณะการใชงานทตองการความรวดเรว หรอกลบทศทางการหมนไปมาของระบบ พจารณารป2.12ขณะตองการหยดโดยใชวธนใชตดวงจรตรงจดระหวาง x และ y แลวใสความตานทาน R2 อนกรมเขาวงจรแทน และกลบทศทางของขวอเมเจอรโดยทนททนใด คา R2 ทคานวณใชเพอปองกนกระแสในวงจรระหวางกลบขวไมใหสงเกนกาหนด ซงตามธรรมดาจะใชเวลาประมาณ 2 เทาของกระแสเมอโหลดเตมทอกเชนเดยวกนคาของ R2 อาจคานวณไดจากสมการ

Vt + Ea = Ia (Ra + R2)

รปท 2.12 การหยดมอเตอรแบบกลบขนขวอเมเจอร

17

ซงถาตองการใชแรงบดขนคงท ทเมอความเรวรอบลดลงกจะลดคาของ R2 ตามลงดวย 2.5 การขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระแสตรง มอเตอรไฟฟากระแสตรงโดยพนฐานประกอบดวย 2 สวนหลก คอ ชดขดลวดสนาม (filed winding) โดยทวไปทวไปจะพนอยทโครงสเตเตอรของมอเตอร และชดขดลวดอารเมเจอร (armature winding) โดยทวไปพนอยทโรเตอร ขดลวดทงสองจะถกปอนดานไฟฟากระแสตรง ชดขดลวดอารเมเจอรจะตออยกบคอมมวเตเตอร (commutator) ซงตดอยทตวโรเตอร คอมมวเตเตอรทาหนาทเสมอนกบวงจรเรยงกระแสเพอใหกบอารเมเจอร ซงไหลผานแปรงถาน เพยงทศทางเดยวไมวาโรเตอรจะหมนทความเรวเทาไรกตาม โดยทวไปการขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระแสตรง จะนยมใชกบงานทตองการควบคมความเรวและตาแหนง แตไดมการนาเซอรโวมอเตอรกระแสสลบ (AC motor servo drive) มาใชแทนมอเตอรกระแสตรง แตอยางไรกตาม มอเตอรกระแสตรงยงคงใชกนอย เนองจากใชเงนลงทนเรมตนตา มคณสมบตการทางานด แตมคาบารงรกษาสง

วงจรทนามาใชขบเคลอนมอเตอรในโครงงานฯ เปนวงจรแบบสวตชง มขอดคอ แหลงจายกาลงไฟฟาสามารถจายกาลงไฟฟาใหโหลดไดเตมท และมความสญเสยนอย 2.5.1 วงจรสวตชง หลกการทางานของวงจรสวตชง(Switching Curcuit) อปกรณสวตชง เชน มอสเฟต ไอจบท จะทาหนาทเปนสวตชอเลคทรอนกส มโหมดการทางานคอ โหมดนากระแส และหยดนากระแส โดยสมมตให มอสเฟต หรอ ไอจบททใชเปนสวตชอเลคทรอนกสในอดมคตดงรป หลกการทางานคอ เมอสวตซนากระแส แรงดนไฟฟาดานออกจะมคาเทากบ แรงดนไฟฟาดานเขา (VO=VS) และเมอสวตซไมนากระแส แรงดนไฟฟาดานออกจะมคาเทากบศนย หรอ (vO=0) ชวงเวลาในการนากระแส และหยดนากระแส จะไดสญญาณแรงดนไฟฟาดานออกเปนพลส ดงรป 2.13 ซงสามารถหาคาเฉลย หรอคาของแรงดนไฟฟากระแสตรงดานออกไดจากสมการ

∫=T

OO dttvT

V0

)(1

∫=DT

SO dtvT

V0

1

DVV SO =

เมอ VS = แหลงจายไฟฟากระแสตรง D = ดวตไซเคล

18

รปท 2.13 (ก) วงจรแปลงผนกาลงไฟฟากระแสตรงเปนกระแสตรงพนฐาน (ข) วงจรสมมลของสวตช (ค) แรงดนไฟฟาดานออก จากสมการ (2.1.1) จะพบวาคาแรงดนไฟฟากระแสตรงทางดานออกจะถกควบคมไดจากการปรบคาดวตไซเคล (Duty Cycle หรอ Duty Ratio: D) ซง D หมายถง อตราสวนของชวงเวลาทสวตชนากระแสตอชวงเวลาหนงคาบของการสวตชง ซงมความสมพนธดงสมการ

Tt

tttD on

offon

on =+

=

DTt on =

TDtoff )1( −=

เมอ ton = ชวงเวลานากระแส toff = ชวงเวลาไมนากระแส T = ชวงเวลาหนงคาบ การกาหนดคา D นยมบอกเปนสองลกษณะ คอบอกเปนเลขจานวนเตมและบอกเปนเปอรเซนต คาตาสดของ D คอ ศนย และคาสงสดคอ หนง ขณะทบอกเปนเปอรเซนต จะมคาตาสดเปนศนยเปอรเซนต และคาสงสดคอหนงรอยเปอรเซนต ตวอยางเชน D = 0.4 หรอ D = 40% หมายถงชวงเวลาทสวตชนากระแส 0.4 สวน จากชวงเวลาหนงคาบ หรอ ชวงเวลาทสวตชนากระแสม 40% ในชวงเวลาหนงคาบหรอ 100%

19

2.5.2 การปรบความเรวรอบของมอเตอรไฟฟากระแสตรง Switched-Mode DC-DC Converter สาหรบงานทตองการใหมอเตอรไฟฟากระแสตรงทางานทงสยาน และใชรวมกบวงจรแปลงผนกาลงแบบสวตชง (Switched-Mode Converter) ตองใชวงจรฟลบรดจดงรป 2.14

รปท 2.14 วงจรฟลบรดจคอนเวอรเตอร

รปท 2.15 วงจรฟลบรดจใชในการขบเคลอนมอเตอรไฟฟากระแสตรง

20

สาหรบงานทไมตองการกลบทางหมนของมอเตอร แตตองการเฉพาะการเบรคมอเตอร สามารถใชคอนเวอรเตอรทมโหมดการทางานแบบสองจตภาค ดงรป 2.15 (ก) ได ซงในวงจรดงรป 2.15 (ก) จะประกอบดวย สวสตอเลคทรอนกสกาลงสองตว จะตองมตวใดตวหนงนากระแส เพอทจะทาใหแรงดนดานออกไมขนกบทศทางของการแส I a และในกรณททศทางของกระแส I a กลบทศทางหรอมคาเปนลบ จะหมายถงการทางานในโหมดเบรคซงกาลงไฟฟาจะถกสงผานกลบคนไปยงแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรง V d ถงแมวาแรงดนไฟฟาดานออกของคอนเวอรเตอรจะสามารถควบคมขนาดได แตจะไมสามารถกลบขวแรงดนได สาหรบคอนเวอรเตอรทมโหมดการทางาน 1 จตภาค จะสามารถใชวงจรดซทดซคอนเวอรเตอร ซงโหมดการทางาน 1 จตภาค จะมทศทางการหมนของมอเตอรเพยงหนงทศทางและไมมระบบเบรก รป 2.15 (ข) แสดงตวอยางวงจรบกคอนเวอรเตอรในการควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง 2.6 การควบคมมอเตอรไฟฟากระแสตรง

การควบคมแบบ PWM การควบคมแบบ PWM ยอมาจาก Pulse Width Modulation หรอแปลวา การปรบความกวางของพลสโดยการนาเอาสองสญญาณมาเปรยบเทยบกน เปนสญญาณรปสเหลยมทมลกษณะความถคงท แตชวงเวลา on – off หรอ Duty Cycle สามารถปรบเปลยนได สญญาณ PWM น มกจะนาไปขบอปกรณสวตชง เพอควบคมความเรวของมอเตอร การควบคมความเรวมอเตอรนน ไดจากการปรบชวงเวลา Duty Cycle ดงกลาว ใหมากขนจากนอยไปมาก จากรป 2.16 จะเหนวาสญญาณ PWM ถกปรบ Duty Cycle ในตาแหนง 20%, 50% และ 80% จะเหนวา ไมวาจะปรบดวตไซเคลไปกเปอรเซนต ความถกจะคงทตลอด

รปท 2.16 รปสญญาณ PWM ทดวตไซเคลตางๆ

21

สญญาณ PWM สรางไดจากการเปรยบเทยบ หรอ Comparator สญญาณสองชนดคอ สญญาณรปสามเหลยม (Saw) และสญญาญเสนตรง (Ref) ดงรป 2.17 การเปรยบเทยบของสญญาณทงสองน มกจะใช OP-AMP ในการทางาน

รปท 2.17 สญญาณอางอง (Ref) และสญญาณฟนเลอย (Saw) เปรยบเทยบ (Comparator) กน ไดสญญาณ Output เปน PWM สญญาณรปสามเหลยม (Saw) นน จะมแอมพลจดและความถคงท กาเนดจากวงจร Oscillator การกาหนดความถของสญญาณ PWM นน มกกาหนดทความถของสญญาณรปฟนเลอยน สวนสญญาณเสนตรง (Ref) นนเปนสญญาณเปรยบเทยบ สามารถปรบแอมพลจดหรอแรงดนได มกไดจากการปรบคาความตานทานของตวตานทานปรบคาได สญญาณทงสองชนดเมอนามาเปรยบเทยบ (Comparator) กน แลวจะไดสญญาณ Output เปน PWM ทสามารถเปลยน Duty Cycle ได จากการปรบเปลยนคาแรงดนจากตวตานทานปรบคาได 2.7 แหลงจายพลงงานสาหรบรถไฟฟา [4] แหลงจายพลงงานทใชกนอยมสองชนดคอ แบตเตอร(ชนดประจไฟใหมได) และเซลลเชอเพลง รถไฟฟาสวนใหญใชพลงงานจากแบตเตอร คณลกษณะทใชในการเลอกคอ 2.7.1 ความหนาแนนของพลงงาน ความหนาแนนของพลงงานหมายถง พลงงานจากแหลงจาย หารดวยนาหนกของแหลงจาย มหนวยเปนกโลวตตตอชวโมงตอกโลกรม หรอความจของแบตเตอรจะพจารณาใหเปลยนแปลงดวยระดบของกาลง ทซงมการใชพลงงาน

22

รปท 2.18 การเปรยบเทยบความหนาแนนของพลงงานของแบตเตอรชนดตางๆ 2.7.2 ความหนาแนนของกาลง ตวแปรนถกกาหนดขนมาในลกษณะเดยวกนกบความหนาแนนของพลงงาน ปกตเราใชความหนาแนนเชงนาหนกมากกวาเชงปรมาตร 2.7.3 รอบอายการใชงาน แหลงจายพลงงานเปนตวแปรทมความสาคญกบรอบอายการใชงาน โดยทวไปแหลงจายพลงงานของรถยนต (ถงนามน) จะไมมปญหาเรองรอบอายการใชงาน อยางไรกตาม อายการใชงานของแหลงจายพลงงานไฟฟาของรถไฟฟามกจะไมนาน มกจะหมดอายกอนตวถงรถ ดงนน อายการใชงานของแหลงจายมกบงบอกคาใชจายของรถไฟฟา รอบอายการใชงานคอ การทแบตเตอรคายประจจนกระทงไมสามารถทจะจายกาลง เพอทจะขบเคลอนรถตอไปได หรอ เมอใดทแรงดนทขวแบตเตอรลดลงตากวาระดบทกาหนด

23

รปท 2.19 แบตเตอรชนดตางๆ 2.7.4 คาใชจายเรมตน เปนทแนนอนอยแลววาแบตเตอรมคาใชจายมากกวาเชอเพลงทวไป ทาใหคาใชจายในรถไฟฟา แตกตางกนอยางมากจากเชอเพลงในรถยนตทวไป คาใชจายไมไดขนกบแบตเตอรอยางเดยวเทานน แตยงขนอยกบสภาพแวดลอมทางเศรษฐกจทวๆไป 2.7.5 คาใชจายบารงรกษา แหลงจายพลงงานรถยนตเชอเพลงทวไปไมตองการการบารงรกษา แตกบรถไฟฟาการบารงรกษาเปนสงสาคญ โดยเฉพาะแบตเตอรชนดตะกวกรดทตองเตมนากลน มลคาเหลานจะยงไมถกกาหนดในเวลาน จะพจารณาเมอไดเลอกใชแบตเตอรแลว

24

2.7.6 ประสทธภาพของพลงงาน เปนคณลกษณะสาคญของแหลงพลงงาน แตเปนการยากทจะกาหนด แตอยางไรกตาม แบตเตอรทวไปมประสทธภาพของพลงงานสง จะอยในยาน 80-90 % 2.7.7 แรงดนแบตเตอร แรงดนแบตเตอรจะเปนตวกาหนดจานวนเซลลทงหมดของแบตเตอรทใชในระบบขบเคลอน แรงดนขวเซลลขณะไมมโหลด กระแสเปนศนย จะเปนฟงกชนของชนดการเชอมโยงทางอเลกโทรเคมคอล และ สถานะการประจแบตเตอรภายใตสภาวะโหลด นอกจากน แรงดนขวยงขนกบ ฟงกชนของกระแส โหลด ความตานทานภายในของแบตเตอร ปรากฏการณ Polarization และอณหภมของแบตเตอรดวย จากการเปลยนแปลงแรงดนทขวแบตเตอร จะมผลตอระบบอนๆ ทตอกบแบตเตอร เชน ระบบควบคมการขบเคลอน เปนตน 2.7.8 อมพแดนซภายในของแบตเตอร อมพแดนซภายในของแบตเตอร มผลตอการเปลยนแปลงแรงดนทขวขณะมโหลด นอกจากนยงมผลตอกาลง ประสทธภาพของพลงงาน และการตอบสนองชวคร วงจรสมมลของแบตเตอรสวนมากจะซบซอน ซงประกอบดวย ความตานทาน และอปกรณทสะสมพลงงานได 2.7.9 คณลกษณะการประจ สถานะการประจของแบตเตอร หมายถงพลงงานทสะสมในแบตเตอร จะกาหนดเปนปรมาณของประจในระบบ SI มหนวยเปนคลอมบ, แอมแปร-ชวโมง หรอ แอมแปร-วนาท คณลกษณะทสาคญของการประจแบเตอรคอ rate หรอ ระดบกาลงของแบตเตอรทประจะได เปรยบเหมอนการเตมนามนใสรถยนต แตจะสาคญมากเมอรถไฟฟาใชระบบเบรกแบบใหพลงงานกลบคน การเบรกดงกลาว แบตเตอรจะตองมความสามารถในการรบกาลงทเกดขนไดจากการเบรก อตรา (rate) ซงแบตเตอรสามารถรบประจได เรยกวา battery charge acceptance การรบประจทาใหแบตเตอรมอณหภมสงขน ซงจะตองนามาพจารณา เมอการใชระบบเบรกแบบคนพลงงาน 2.7.10 คณลกษณะทางอณหภม อณหภมภายนอก เปนองคประกอบทสาคญทมผลตอการทางานของแบตเตอร ยานของอณหภมภายนอก เปนผลใหมการแบงแบตเตอรเปนสองชนด คอ แบตเตอรอณหภมสง (พลงงานสง)

25

2.8 แหลงจายพลงงานชนดตางๆ 1. แบตเตอรตะกวกรด (LEAD-ACID BATTERIES) 2. แบตเตอรนเกล-สงกะส 3.แบตเตอรนเกล-ไอออน (NICKEL-IRON BATTERIES) 4.แบตเตอรนเกล-แคดเมยม (NICKEL-CADMUIM) 5.แบตเตอรอณหภม (HIGH-TEMPERATURE BATTERIES) 6. แบตเตอรสงกะส-คลอรน (ZINC CHLORINE BATTERY) 7. แบตเตอรไฮบบรด (HYBRID BATTERIES) 8. เซลลเชอเพลง (FUEL CELL) ยานการใหพลงงานของแบตเตอร และเซลลเชอเพลง แสดงดงรป 2.20 2.8.1 แบตเตอรชนดตะกวกรด แบตเตอรชนดนนบไดวาเปนแบตเตอรไดมการใชงานกนอยางกวางขวางไมเฉพาะแตทใชในรถยนตเทานน แตไดมการใชงานกนในลกษณะทแตกตางกนเชน ใชแหลงจายพลงงานไฟฟาสารองใหกบหองทดลอง หรอเปนแหลงพลงงานใหกบชดสตารทมอเตอร เปนตน การจาแนกประเภทของแบตเตอรชนดตะกวกรด แบตเตอรไดถกออกแบบมามากหลายประเภทเพอทจะทาใหแบตเตอรสามารถทางานไดภายใตเงอนไขตางๆ ทถกกาหนดไวและทางานไดอยางมประสทธภาพมากทสด การทจะเลอกใชแบตเตอรชนดใดนน ควรทจะพจารณาถงความเหมาะสม และลกษณะสมบตตางๆกนของแบตเตอรชนดใดนน ซงจะมหลายสงหลายอยางทสอดคลองกนอย เชน อายการใชงานของแบตเตอร เอาตพตสงสดตอหนวยนาหนกหรอปรมาตร และสงทสาคญทสดคอจะตองมคาใชจายในขณะใชงานตา

26

รปท 2.20ยานการจายพลงงานสาหรบแบตเตอร เซลลเชอเพลง และเครองยนตทใหความรอนชนดตางๆ เราสามารถแบงประเภทของแบตเตอรไดเปน 2 ชนดตามการใชงานทเหมาะสมซงแบตเตอรทางานในสถานทซงเปลยนแปลงไปเรอยๆไมวาจะถกเคลอนยายโดยมอของมนษยหรอเปนอปกรณสวนหนงของยวดยานพาหนะ เรยกแบตเตอรชนดนวา แบตเตอรเคลอนทได (Portable Batteries) และอกชนดหนงนนเปนประเภททตงอยในสถานท ทเปนหลกแหลงแนนอนและจะอยตอไปเชนนนตลอดอายการใชงานแบตเตอร ซงเราเรยกแบตเตอรชนดนวา แบตเตอรชนดอยกบท(Stationary Batteries) แบตเตอร(Portable Batteries)

• แบตเตอรรถยนต

• แบตเตอรรถลากจง(Traction Batteries)

• แบตเตอรทใชในเรอ

• แบตเตอรทใชในรถไฟ

• แบตเตอรทใชเรมเดนเครองยนตดเซลล

27

• แบตเตอรทใชในรถมอเตอรไซด

• แบตเตอรทใชในยานอวกาศ

• แบตเตอรของวทยและโทรศพทมอถอ

• แบตเตอรชนดอยกบท(Stationary Batteries)

• แบตเตอรทใชในไฟฉกเฉน

• แบตเตอรทใชในหองทดลอง

• แบตเตอรทใชในสถานทสงจายไฟฟากาลง

• แบตเตอรทใชในการปองกนไฟฟาไหมในระบบ

• แบตเตอรทในชมสายโทรศพท

2.8.2 คณลกษณะโดยทวๆไปของแบตเตอรชนดตะกวกรด

ความจทมอยในเซลลหรอแบตเตอร สามารถแสดงไดเปนแอมแปรชวโมง(Ampere-Hour) หรอ วตตชวโมง (Watt-Hour) แบตเตอรทมความจ 100 Ah ท 10 ชม. หมายความวา จะสามารถจายกระแสไฟฟาได 10 แอมป ภายในเวลา 10 ชม. แบตเตอรจะจายพลงงานไฟฟาไดตากวา 100 Ah ในขณะทมพกดของภาระตากวา 10 แอมป แบตเตอรจะจายพลงงานไดมากกวา 100 Ah ตารางท 2.1 คณสมบตแอมแปรชวโมง (Ampere-hours) หรอวตตชวโมง (Watt-Hour) ของแบตเตอร ชนดตางๆ

Nominal capacity rating

Specified temperatures Type of Battery

hr deg C deg F

Specified final c/cell

Lead-acid Automotive 20 25 77 1.75

Traction 5 21 70 1.73 Train lighting 5 27 80 1.7

air-conditioning 10 15.6 60 1.8 Alkaline 5 20-27 68-80 1.1

28

ในการระบความจของแบตเตอรจาเปนตองกาหนดถงพกดเวลาในการคายไฟ ความจของแบตเตอรจะเปลยนไปตามอณหภมและแรงดนไฟฟาสดทาย (Final Voltage) โดยคาตางๆเหลานจะถกกาหนดมาสาหรบแบตเตอร 100 Ah คามจของมนจะเกยวเนองกบเวลา 10 ชม. ทอณหภม 15.6 องศาเซลเซยสและมแรงดนไฟฟาสดทายเปน 18.5 โวลตตอเซลล เราสามารถเขยนไดเปน 100 Ah/10 hr/1.85V.p.c/15.6C แทรกชนแบตเตอรขนาดความจ 100 Ah จะเกยวเนองกบเวลา 5 ชม. 27 องศาเซลเซยสและแรงดนไฟสดทายเปน 1.7 โวลตตอเซลล (100 Ah/5 hr/1.7 V.p.c./27 C) ในตารางท 2.1 ซงในแตละประเทศจะถกกาหนดเปนพนฐานสาหรบความจ อณหภม และแรงดนไฟฟาสดทาย จะเปลยนไปตามชนดของแบตเตอร ความจวตต-ชวโมง (Watt-Hour Capacity) เมอไดคายประจทพกดพนฐานทแสดงไวตาราง แบตเตอรชนดตะกวกรดจะมแรงดนไฟฟาเรมตนท 2.0 โวลตตอเซลล และแบตเตอรชนดอลคาไลทจะมแรงดนไฟฟาเรมตนท 1.35 โวลต คาแรงดนไฟฟาในการคายประจตลอดเวลาจะมคาเรมตนไปจนถงคาสดทาย แรงดนไฟฟาสดทายเปนตวแปรมากๆตอแรงดนไฟฟาเฉลย

เปอรเซนตและกราฟของเวลา ความจของแบตเตอร ชนดตะกวกรด เปลยนแปลงไปกบพกดของการคายไฟ และความจเทาทจะหาไดจากแบตเตอร คาความของแอมแปรชวโมง หรอวตตชวโมง เปนคาทมมากทสดในพกดการคายไฟดวยกระแสตาสด และมคานอยเมอมพกดการคายไฟดวยกระแส ความสมพนธระหวางความจและเวลาในการคายไฟแสดงในภาพท 2.34 สาหรบแบตเตอรชนดแทรกชนและรถยนต จากการอานคาจากกราฟนนมความเปนไปไดในการประมาณคาความจในแตละชนดของแบตเตอร ทคาตางๆเปลยนไปตามคายไฟ ตาราง 2.2 เปอรเซนความจแบตเตอรชนดตางๆ

Capacity Automotive Traction Nominal 100% (20hr) 100% (5hr) 10-hr 89% 111% 5-hr 78% 100% 3-hr 70% 89%

การลดลงของความจทการคายไฟดวยกระแสสง นนเปนผลจากการสรางตะกวซลเฟตอยางรวดเรวนนทพนผวของแผนเพลท เกดการกดขวางรของแผนเพลทกรดจะถกหนวงและกดขวางขนสดทายทจะเขาไปทาปฏกรยาซลเฟต ทถกสรางอยางรวดเรวนจะไปเพมความตานทานภายในแบตเตอร สงผลใหแรงดนทขวของแบตเตอรลดลง

29

สาหรบพกดในการคายไฟอยางชาๆ การแพรของกรดไปยงรตางๆทาใหการทาปฏกรยาเปนไปอยางชาๆทาใหซลเฟต ไมเกาะทพนผวของแผนเพลทอยางรวดเรวเกนไป มแผนปฏกรยาหลายอยางทงายตอการเปลยนไปเปนตะกวซลเฟต แรงดนไฟฟาแบตเตอรจะมคาคงทสาหรบงานทมคาบและความยาวมาก อยางไรกตามแบตเตอรสามารถคายไฟ ไดทกระแสสงๆ ถงจดๆหนงทาใหแรงดนไฟฟาของแบตเตอรจะลดลงอยางรวดเรว ตองการทาเปดวงจรแรงดนไฟฟาจะกลบมาทคาเดม และความสามารถในการจายกระแสไฟฟากบคนมาซงปรากฏการณเชนนเรยกวา ความจกลบคนมา (Recuperative Capacity)

(ก)

(ข)

รปท 2.21 ความจแอปแปรฮาวทและกราฟของเวลา (ก) แบตเตอรรถยนต (ข) แบตเตอรลากจง

30

องคประกอบทมผลตอความจของแบตเตอรชนดตะกวกรดมหลายๆ องคประกอบแตทสาคญๆ มดงน

− พกดของการคายประจ

− แรงดนไฟฟาสดทายทถกจากดไว

− อณหภมของแบตเตอร

− จานวนของแผนปฏกรยา

− การออกแบบและจานวนของแผนเพลท

− ปรมาตรและคณสมบตความจาเพาะของอเลกโทรไลต

− อายของแบตเตอร แรงดนไฟสดทาย

ควรพจารณาผลทเกดจากการคายประจบนความจเทาทหาไดของแบตเตอร ความจนนจะสมพนธกบแรงดนไฟฟาสดทายทถกจากดไว เมอแรงดนไฟฟาสดทายมคาสงขน จะใหความจนนตาลงสามารถจาลองชนดของกาทางานคอแบตเตอร 24 เซลล สามารถจายพลงงานตาทสดของจะทางานไดคอ 46 โวลตหรอ 1.92 โวลตตอเซลล กระแสไฟฟาจะสามารถเขยนไดจากการจายภาระสงสดของแบตเตอรอาจจะเทยบเคยงจากพกด 6 ชม. ถงแรงดนไฟฟาสดทายมาตรฐานเปน 1.71 โวลตตอเซลลแตเมอแรงดนไฟฟาททางานพอจะยอมรบไดวา มคา 1.92 โวลตตอเซลลแบตเตอรจะสามารถจายกระแสไฟฟาไดเพยง 4 ชม. เทานน

รปท 2.22 ผลของแรงดนสดทายตอเอาทพทของเซลล เมอโหลดเทากบ 6 ชม. แรงดนสดทายปกต เปน V1 กบแรงดนสดทายเปน V2 ท 4 ชม. แรงดนไฟฟาสดทาย จะถกกาหนดเปนสวนๆ โดยอาศยธรรมชาตของการทางาน ซงคณสมบตของแบตเตอรจะถกกาหนด โดยคณสมบตแรงดนไฟฟาของแบตเตอร ภาระทเปนแสงสวางจะทาใหแรงดนไฟฟามคาทสงแตถาภาระในการเดนมอเตอรทมภาระหนกๆ จะเกดความตองการพลงงานทไดจากแบตเตอรคอนขางมาก การใชกระแสไฟฟาสงๆ ทแรงดนไฟฟาตาๆ ทาใหแรงดนไฟฟาสดทายกวา

31

อณหภมปกตของแบตเตอรทวๆไป จะอยระหวาง 15.6 องศาเซลเซยสถง 27 องศาเซลเซยส อณหภมของแบตเตอรจะลดลงอยางชวคราว ตามแรงดนไฟฟาในการคายประจ และแรงดนไฟฟาจะกลบคนถงกบอณหภมปกตเมอปราศจากการประจเมออณหภมสงขนจะทาใหความจมคาสงขนดวย อณหภมจะสงผลใหเกดปฏกรยาระหวาง ความตานทานของอเลกโทรดและวสคอสซต (Viscosity) โดยปฏกรยาทงสองของอเลกโทรดจะเพมขนทอณหภมทอณหภมตากวา 0 องศาเซลเซยส การแพรหรอการไหลเวยนของอเลกโทรดภายในรของแผนปฏกรยา จะสงผลใหวสคอสซต (Viscosity) และความตานทานลดลงความจของแบตเตอรจะมคาสงขนทอณหภมสงๆ ในการเปลยนแปลงความจของแบตเตอรกอใหเกดผลในวสคอสซตและความตานทานของอเลกโทรดอยางเหนไดชดทพกดการดสชารจสงๆ อณหภมมาตรฐานสาหรบแบตเตอรชนดตางๆ กนนนแสดงในตารางท 2.1 สเตชนนารแบตเตอร มพกด 15.6 องศาเซลเซยส พอรทเทเบลแบตเตอร มพกด 21 องศาเซลเซยส แทรกชนแบตเตอร มพกด 27 องศาเซลเซยส อณหภมใชงานโดยเฉลยทวๆไปประมาณไดจากชนดของแบตเตอร อณหภมของแทรกชนแบตเตอร จะมคาสงสด เพราะวาแบตเตอรชนดนจะตองใชกบงานหนกๆ และทางานสมาเสมอทงวน โดยทตงการคายไฟและการประจไฟอยางสมบรณ แบตเตอรรถยนต ขนาด 50 Ah ท 20 ชม. และ 25 องศาเซลเซยสจะสามารถใหความจ 38 Ah ท 0 องศาเซลเซยส ซงเทากบวาคาความจลดลง 0.96% ตอองศาเซลเซยส การลดลงของอณหภมจะสงผลใหองคประกอบทถกตองของอณหภม (Temperature Correction Factor) มคาเพมขน แบตเตอรรถยนตทเวลา 5 นาท มคาองคประกอบทถกตองของอณหภม (Temperature Correction Factor) เปน 1.13 % ตอองศาเซลเซยสนนหมายความวา ทอณหภม 25 องศาเซลเซยส แบตเตอรมความจ 50Ah จะสามารถจายกระแสไฟฟาได 168 แอมป ภายใน 5 นาท แตอณหภม 0 องศาเซลเซยส จะสามารถจายกระแสไฟฟาได 115 แอมปทเวลาเทาเดม จานวนของแผนปฏกรยา พลงงานไฟฟาทไดจากการปลอยใหแบตเตอรคายไฟออกมาเกดจากปฏกรยาทางไฟฟาเคมระหวางอเลกโทรดไลทและแผนปฏกรยา ของตะกวออกไซดตะกวทเปนโพลง ความจของแบตเตอร จะมคามากขน ถาจานวนของแผนปฏกรยามจานวนมาก ความสมพนธตามเหตผลระหวางนาหนกของแผนปฏกรยาพลงงานดานเอาตพตในหนวยของแอมแปรชวโมงทเกบสะสมไว สามารถคานวณไดโดยอาศยสตรของฟาราเดยในเรองไฟฟาเคม

32

ตามหลกการแลวแผนปฏกรยาสาหรบ 1Ah ตองประกอบดวย ตะกวออกไซด 4.4 กรม กบตะกว 3.87 กรม ในทางปฏกรยาจะออกแบบเพมขน 3 ถง 5 เทาจะขนอยกบ ชนดของเซลลความหนาแนนและจานวนของแผนเพลท การออกแบบของเซลล การเพมนาหนกของแผนปฏกรยา เพอใหเซลลสามารถจายกระแสไดสงนนเปนปจจยททาใหอเลกโทรไลทเขาไปในแผนปฏกรยาจะเปนผลสาเรจนน จะตองใชแผนเพลทบางๆจานวนมากกบอตราสวนของนาหนกแผนปฏกรยากบกรดมคาสง และตองอาศยการบารงรกษาแผนกรดใหแขงแรงเพยงพอ ทจะเปนตวนาทด และจายดเพอรบนาหนกของแผนปฏกรยาจะถกกระจายไปยงบางสวนของแผนบางๆ ทบรรจในตวจบยดทหนาแนนหรอแขงซงผลทไดจะทาใหความจของเซลลลดตาลงแผนเพลทของแผนตวทาปฏกรยาทเปนรๆ จะสามารถผลตเอาตพตไดมากกวาแผนเพลทของแผนทาปฏกรยาทหนาแนนและแขงโดยดจากรายละเอยดในการดสชารจทคาพกดสงๆ การเพมของขนของจานวนคารบอนเลกๆ เบอรเลยมซลเฟต โครงสรางอนๆ จะขยายผสมของตวจบยดไดรวดเรวยงขนในการเจาะแผนเพลทเปนรๆ สาหรบงานทมรอบของการทางานคอมการประจและคายไฟอยางสมาเสมอจะใชแผนเพลททมจานวนรคอนขางมากแตจะทาใหการนากระแสไฟฟามอายการใชงานสน เพราะแผนปฏกรยาจะกรอนกอนกาหนด รของแผนเพลทจะตนในระหวางการคายไฟปกตเนองจากการกอตวของตะกวซลเฟตเพราะวาตะกวซลเฟตจะเขาไปอดชองหรอรของปฏกรยาทมอยแลว อยางไรกตาม ปฏกรยาของซลเฟตเกดขนอยางมากมายเนองมาจากวาเซลลไดถกการคายประจทมากเกนไปหรอการประจ ทกระแสตาเกนไปบอยๆ หรอซลเฟตไดขยายตวจนกลบรของแผนเพลท สาหรบการคายไฟทมคาบเวลายาวนาน ถาไมมการรกษารวไหลของความจในเซลลหรอการชารจทผดเงอนไขจะทาใหความดนเกดขนทแผนปฏกรยา ซงสงผลใหเกดขนทกรด หรอแผนเพลทสญเสยการทาปฏกรยาไป ความตานทานภายใน เมอขวของเซลลทมการเกบพลงงานไฟฟา ไดถกตอเขากบความตานทานภายนอกซงมคา R โอหม ทาใหมกระไฟฟาไหล 1 แอมแปร ซงเราวดไดจากแอมมเตอร โดยทศทางของกระแสจะไหลจากขวบวกไปยงแผนเพลทของขวลบโดยอเลกโทรไลท ความตานทานรวมทงหมด คอความตานทานภายนอกบวกกบความตานทานภายใน โดยคานวณไดจากกฎของโอหม

CE RREI+

=

โดยท E คอแรงดนไฟฟาขณะเปดวงจรของเซลล RE คอความตานทานภายนอก และ RE คอความตานทานภายในของเซล ความตานทานภายในจะแปรผนไปตามอณหภม สถานะของการคายไฟการออกแบบของเซลล มนจะเพมขนเมออณหภมตาลง ขอบเขตของการคายไฟการเพมขนของการประจ ความตานทานภายในของแบตเตอรจะมคาเมอทความตานทานภายใดของวงจร ซงจากสมการทเขยนได

E = IRE + IRC เมอ RE มคาสง และ I ทมคาตาเพราะฉะนนเราสามารถรคาแรงดนไฟฟาตกครอม IRC ได ซงมคานอยมากเมอเทยบกบ IRE เมอ I มคามากๆ เชน ในงานสตารทหรองานอนๆทคลายกน IRC จะมคาสงประมาณ 0.1 โวลต หรอมากกวา กระแสทไหลออกมามากมาย จะทาใหบางสวนของพลงงานจะสญเสยไปกบความรอนภายใน ซงเปนไปตามปฏภาคกบกระแสยกกาลงสอง (I2RC)

33

เมอแบตเตอรหรอเซลลมจดมงหมายอยางเหนไดชด เพอจดหากระแสมากโดยทจะตองพยายามรกษาคาความตานทานภายในใหมคาตาๆ ซงจะเปนเชนนไดจะตองอกแบบเซลล ซงจะทาใหผลของความตานทานชอง N เพลท ซงคาความตานทาน RP คอ RP/N บางครงเพอความสะดวก จงมการแสดงคาความจของเซลลในหนวยของแอมแปรชวโมงตอแผนเพลทขวบวก เซลลทม 9 แผนเพลท จะมแผนเพลทขวบวก 4 แผน และแผนเพลทขวลบ 5 แผน สมมตวา แผนเพลทขวบวกมความจ 10 แอมปชวโมงวามจของแบตเตอรหาไดจาก 4x10=40 Ah ซงเหมอนกบแผนเพลททมขนาดเทากนคอ ในหนงเซลลม 21 แผนเพลท และมแผนเพลทขวบวก 10 แผน เพราะฉะนนคาความจะมคาเทากบ 10x10= 100 Ah เชนเดยวกนในการบอกคาความตานทานภายในซงมหนวยเปนโอหมตอแผนเพลทขวบวก ทความจ 10 Ah จะมคาความตานทาน 0.01 โอหม ซงในจานวน 9 แผนเพลท จะมแผนเพลทขวบวกตอขนานกน 4 แผนจงมคาความตานทานเทากบ 0.01/4 หรอ 0.0025 โอหม แบตเตอร 6 เซลล 9 แผนเพลทมคาแรงดนทวไป 12 โวลต (6x2) มความจ 40 Ah มคาความตานทานภายใน 6x0.0025 หรอ 0.015 โอหม ซงมคาเทากบความตานทาน 6 เซลลอนกรมตอกน ความตานทานของแบตเตอรหาไดจาก คาความตานทานภายในบวกกบคาความตานทานจดตอของแตละเซลลทง 5 จดตอ คาความตานทานของจดตอมคาประมาณเทากบหนงในหกของคาความตานทานภายในของแบตเตอร ความตานทานของแบตเตอรจะมคาเปน 0.015 + 0.0025 = 0.0175 โอหม ความตานทานภายในจะมคาเพมขน ความตานทานขณะคายไฟเตมทจะมคาเพมขนเปน 2 ½ ถง 3 เทาของคาในขณะทมการประจเตมท ความถวงจาเพาะของแบตเตอรชนดตะกวกรดตางๆกนท 15.6 องศาเซลเซยส เปนดงน สเตชนนารแบตเตอร 1.210 พอรทเทเบลแบตเตอร ภมประเทศเมองหนาว 1.270 – 1.285 ภมประเทศเมองรอน 1.230 – 1.250 ความถวงจาเพาะจะตกลงตามการคายไฟ และจะเพมขนตามการประจไฟซงจะมคาตาสดเมอมการคายไฟเตมท และมคาสงสดเมอมการประจไฟเตมท ความถวงจาเพาะจะเปนตวแสดงผลทดมากของสถานะ ในการคายไฟของแบตเตอรชนดตะกวกรดการตกลงของความถวงจาเพาะในขณะทคายไฟจะเปนปฏภาคโดยตรงกบจานวนแอมปชวโมงทถกจายไปโดยแบตเตอร ความแตกตางของความถวงจาเพาะของเซลลในระหวางการคายไฟเตมท จะเปลยนไปตามจานวนของอเลกโทรไลทในเซลลขอบเขตของความถวงจาเพาะของแบตเตอรชนดตางๆมคาประมาณดงน สเตชนนาร 1.210 – (1.130 - 1.80) รถยนต 1.280 – 1.110 แทรกชน 1.280 – (1.120 – 1.150)

34

คาความผดพลาดอาจะเปลยนไผไดไมเกน 0.0300 สาหรบสเตชนนารขนาดใหญ และไมเกน 0.170 หรอมากกวาสาหรบพอรทเทเบลเชลล ความถวงจาเพาะของอเลกโทรไลทจะแปรไปตามแรงดนไฟฟาขณะเปดวงจร หลงจากการประจไฟคงทประมาณ 12ชม.และจะอยคงท

ผลของคาความถวงจาเพาะของอเลกโทรไลต ขณะเปดวงจรเปนไปตามภาพ 2.36 ในยานของความถวงจาเพาะจาก 1.10-1.29 คาของแรงดนจะเพมขนโดยความชนคงทโดยการเพมคาความถวงจาเพาะ

สเตชนนารเซลลจะทางานทความถวงจาเพาะ 1.210 อเลกโทรไลทจะมแรงดนไฟฟาขณะเปดวงจรเปน 2.05 โวลต สาหรบแบตเตอรรถยนตจะทางานทความถวงจาเพาะ 1.280 อเลกโทรไลทจะมแรงดนไฟฟาขณะเปดวงจรเปน 2.12 โวลต

เราอาจจะหาคาไดจากการประมาณดงน แรงดนไฟฟาขณะเปดวงจร = sp.gr + 0.84 โดยทวๆไปนแรงดนไฟฟาทขวจะหาไดจากจานวนเซลลคณดวยสอง

แรงดนไฟฟาของบางเซลลจะมคาสงกวาปกต เมอมการประจแตเมอมการคายไฟ แรงดนไฟฟของเซลลกจะลดลง สาหรบแรงดนไฟฟาทเปลยนไปจากการประจหรอการคายไฟ จะแปรผนไปตามองคประกอบดงตอไปน

1. กระแสไฟฟาทไหล 2. สถานะของการคายประจ และการคายไฟ 3. อณหภมของเซลล 4. อายของเซลล

รปท 2.23 การเปลยนแปลงแรงดนขณะเปดวงจรของแบตเตอรชนดตะกวกรดกบคาความถวงจาเพาะ

35

รปรางของกราฟการประจและคายไฟเปนไปตามภาพท 2.24 สาหรบแบตเตอรตะกวกรดชนดแทรกชนทาไมจะตองเปนแบตเตอรชนดน กเพาะวาแบตเตอรชนดน จะผลตไฟฟาสาหรบยานพาหนะทขบเคลอนดวยไฟฟาและบรรทกในงานอตสาหกรรม ภายในหนงวนหรอวนถดไปจะมการคายไฟอยางสมบรณ สาหรบกราฟการประจครงตอไปในชวงเวลา 8ชม. หรอ 12ชม. ซงจะแปรผนตามเวลาทเปลยนไปแบตเตอรชนดตางๆ สวนใหญจะเปนแหลงจายไฟฟาสารองหรอแหลงจายไฟฉกเฉน ซงจะไมมการขยายของการคายไฟขนมากมาย และจะรกษาเวลาในการประจสวนใหญไว โดยการใชทางานตอขนานกบเครองกาเนดไฟฟา ในระบบแบตเตอรจะตอเขากบแหลงจายไฟฟาทใชในการประจในชวงเวลาทกาหนดไว แรงดนไฟฟาจะถกแบงเปนหลายระดบโดยมระดบแรงดนขณะเรมเกดแกส (Gassing) เปนจดอางอง ซงมคาประมาณ 2.30 – 2.40 โวลตตอเซลลและกระแสทไหลผานตวแบตเตอรจะมคาคอนขางตาไปเรอยๆ เมอระดบแรงดนไฟฟา ของแบตเตอรคาสงเกนกวาระดบแรงดนเรมเกดกาซ แบตเตอรจะตองไดรบการประจถงระดบแรงดนเรมเกดกาซ หรอทาการประจสมบรณ โดยมคาความจมากกวา 10 % ของคาความจเพอใชไปในระหวางการคายไฟฉกเฉน ลกษณะสมบตความสมพนธระหวางแรงดนไฟฟาขณะทาการประจไฟแสดงไดคลายๆกน ดงรปท 2.24

(ก)

(ข)

รปท 2.24 ลกษณะความสาพนธกบแรงดนไฟฟา กบเวลาขณะทาการประจไฟและคายไฟ (ก) การประจไฟ (ข) การคายไฟ

36

รปท 2.25 ลกษณะสมบตของเครองประจไฟแบบ Wa characteristic และผลการประจไฟ

แรงดนและพกดในการประจไฟ ในการประจของเซลลปกต หรอการประจครงตอไปของแบตเตอรจะถกกาหนดโดยผผลตและสามารถบารงรกษาไดตลอดทมการประจไฟ เพราะวาชารจทไดรบการยอมรบทพกดสง กบแบตเตอรทผานการคายไฟมาทเปนไปไดทจะตองประจอยางปลอดภยทพกดตดตอกน 3-5 ครงสาหรบการประจปกต เมอใหพกดเรมตนของการประจมคาสงจะลดลง เมอถงจดเรมเกดแกซ แรงดนของเซลลจะมคาประมาณ 2.35 โวลต และจะตองมการปองกน

37

2.8.3 วธการประจไฟของแบตเตอรตะกวกรด วธการประจไฟทเหมาะสมเปนสงสาคญทสดทจะทาใหอายการใชงานของแบตเตอรไดยาวนาน เครองประจไฟรนใหมๆ จะใชระบบแหลงจายเปนกระแสสลบ และจะมการจดเตรยมระบบปองกนและคลองตวในการควบคมจะใชระบบอตโนมตใหมากทสด

รปท 2.26 ลกษณะสมบตความสมพนธระหวางแรงดนและกระแสของเครองประจไฟ แบบ WOWa-Characteristic และผลการประจไฟใหกบแบตเตอร

38

ตารางท 2.3 ความจทไดจากการประจไฟฟาดวยกระแสตางกน

Charging Current ratio Amperes/Ah capacity

Time to reach 2.4V per cell State of charge at 2.4V per

cell per cent

10 20 30 40

hr 8

3.5 2

1.33

per cent 85 75 65 57

รปท 2.27 ลกษณะสมบตความสมพนธระหวางแรงดนและกระแสของเครองประจไฟ ระบบ IU- Characteristic และผลการประจไฟใหกบแบตเตอร

39

จะเหนไดทระดบแรงดน 2.4V/cell ถาทาการประจไฟดวยกระแสตา สภาวะของการประจจะมถง 85 เปอรเซนต เมอเทยบกบกระแสสงสดเวลาสน สภาวะของการประจมแค 57 เปอรเซนต ซงโดยปกตแลวจะเลอกใชกระแสประมาณ 20 เปอรเซนตเวลาในการประจประมาณ 8 ชม.หรอ มากกวา วธการประจไฟฟาสามารถแบงตามาตรฐานของยโรปโดยมสญลกษณตอไปน I = คณลกษณะกระแสคงท U = คณลกษณะแรงดนคงท W = คณลกษณะแบบตกลง a = ตดไฟอตโนมต o = ชวงตดไฟอตโนมต

รปท 2.28 ลกษณะสมบตความสมพนธระหวางแรงดนและกระแสของเครองประจไฟ ระบบ IUIa- Characteristic และผลการประจไฟใหกบแบตเตอร

40

2.9 วงจรทบระดบแรงดนไฟฟา [2] วงจรทบระดบหรอวงจรบสตคอนเวอรเตอร(Boost converter) คอวงจรททาการเพมระดบแรงดนไฟฟาดานออกใหสงกวาแรงดนไฟฟาดานเขา ทเรยกวาบตสคอนเวอรเตอรกเพราะแรงดนไฟฟาดานออกสงกวาแรงดนไฟฟาดานเขานนเอง

รปท 2.29 วงจรบสตคอนเวอรเตอร 2.9.1 เงอนไขการทางานของวงจรบสตคอนเวอรเตอร

− กระแสไฟฟาทไหลผานตวเหนยวนา ณ ตาแนงเดยวกนในแตละคาบ จะมคาเทากนและมคาเปนบวกเสมอ

− แรงดนไฟฟาเฉลยตกครอมตวเหนยวนาในแตละคาบจะเทากบศนย หมายถงผลรวมของผลคณระหวางแรงดนไฟฟาตกครอมตวเหนยวนากบเวลาในแตละคาบเทากบศนย

− ตวเกบประจมขนาดใหญทาใหแรงดนไฟฟาดานออกมคาคงท

− กาลงไฟฟาดานเขาเทากบดานออก กรณนไมคานงถงการสญเสยเนองจากการทางานของวงจรโดยกาหนดอปกรณทกตวเปนอดมคต ทาใหสามาถสรปไดวาประสทธภาพของวงจรเปน 100 %

41

2.9.2 หลกการทางานของวงจรบสตอนเวอรเตอร ขณะสวตชนากระแส

รปท 2.30วงจรสมมลเมอสวตชนากระแส

จากรป 2.29 กระแสไฟฟาจากแหลงจายไฟฟากระแสตรงจะไหลผานตวเหนยวนา โดยผานสวตช ขณะเดยวกนไดโอดจะถกไบแอสยอนกลบทาใหไมสามารถนากระแสไดดงรป2.30 ขณะสวตชไมนากระแส

รป 2.31 วงจรสมมลเมอสวตชไมนากระแส

เมอสวตชไมนากระแส กระแสไฟฟาในตวเหนยวนาจะเปลยนแปลงทนททนใดไมได ไดโอดจะถกไบอสไปหนาใหนากระแส ทาใหกระแสไฟฟาไหลผานตวเหนยวนาอยางตอเนอง

42

2.10 ออปแอมป [3],[5] 2.10.1คณสมบตของออปแอมป ออปแอมป (Op-Amp) เปนชอยอสาหรบเรยกวงจรขยายทมาจาก Operating Amplifier เปนวงจรขยายแบบตอตรง (Direct couled amplifier) ทมอตราการขยายสงมากใชการปอนกลบแบบลบไปควบคมลกษณะการทางาน ทาใหผลการทางานของวงจรไมขนกบพารามเตอรภายในของออปแอมป วงจรภายในประกอบดวยวงจรขยายทตออนกรมกน ภาคคอ วงจรขยายดฟเฟอเรนเชยลดานทางเขา วงจรขยายดฟเฟอเรนเชยลภาคทสอง วงจรเลอนระดบและวงจรขยายกาลงดานทางออก สญลกษณทใชแทนออปแอมปจะเปนรปสามเหลยม ไอซออปแอมปเปนไอซทแตกตางไปจากลเนยรไอซทวๆ ไปคอไอซออปแอมปมขาอนพท 2 ขา เรยกวาขาเขาไมกลบเฟส (Non-Inverting Input) หรอ ขา + และขาเขากลบเฟส (Inverting Input) หรอขา – สวนทางดานออกมเพยงขาเดยว เมอสญญาณปอนเขาขาไมกลบเฟสสญญาณทางดานออกจะมเฟสตรงกบทางดานเขา แตถาปอนสญญาณเขาทขาเขากลบเฟส สญญาณทางออกจะมเฟสตางไป 180 องศา จากสญญาณทางดานเขา

-

+

Invertinginput

Non - Invertinginput

+ Vcc

- Vcc

Out put -

+

Invertinginput

Non - Invertinginput

Out put

รปท 2.32 แสดงสญลกษณออปแอมป คณสมบตของออปแอมปในทางอดมคต

1. อตราขยายมคาสงมากเปนอนนตหรอ อนฟนต (AV = ∞ )

2. อนพทอมพแดนซมคาสงมากเปนอนนต (Zi = ∞ )

3. เอาทพทอมพแดนซมคาตามากเทากบศนย (Zo = 0)

4. ความกวางของแบนดวท (Bandwidth) ในการขยายสงมาก (BW = ∞ )

5. สามารถขยายสญญาณไดทงสญญาณ AC และ DC

6. การทางานไมขนกบอณหภม

43

2.10.2 วงผลตางแรงดน วงจรนจะขยายแรงดนไฟฟาทแตกตางกนระหวาง V2 และ V1 ไดดงน

( )121

2 vvRRvout −=

รป 2.33 วงผลตางแรงดน 2.10.3 วงจรเปรยบเทยบแรงดน วงจรเปรยบเทยบแรงดน(Voltage Comparator) ใชออปแอมปเปรยบเทยบขนาดของสญญาณอนพท โดยเอาทพทจะแสดงใหทราบวาสญญาณอนพทใดมขนาดมากกวา

รปท2.34 วงจรเปรยบเทยบแรงดน

จากคณสมบตของออปแอมปในทางอดมคตจะได

( )( )−+ −= vvAv dmvout

44

2.10.4 วงจรขยายแบบไมกลบเฟส (Non-Inverting Amplifier) วงจรขยายนเปนวงจรขยายอกแบบหนงทตองการเฟสในการขยายเปนเฟสเดยวกน ดงนนการปอนสญญาณอนพทจงตองปอนเขาทขาอนพทไมกลบเฟส (+) ซงเมอขยายออกทเอาทพทแลวจะไดสญญาณเอาทพททมเฟสเหมอนเดม ดงนนในวงจรขยายแบบไมกลบเฟสนการปอนกลบเพอลดอตราการขยายจงยงคงตองปอนไปยงขาอนเวอรตง (-) เพอใหเกดการหกลางของสญญาณกนภายในตวไอซออป-แอมป โดยสามารถหาอตราการขยายของวงจรไดจากสตร

( ) ( )−+ −= vvAv dmvout

( )

( )

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

+

=1

1

1

/ 1RR

RRRA

AA f

fdmv

dmvv

รปท2.35 วงจรขยายออปแอมปแบบไมกลบเฟส

2.10.5 วงจรอนทเกรทเตอร (Integrator) วงจรอนทเกรทเตอรเปนวงจรทเอาทพทคอปฏอนพนธ (Integration) ของสญญาณอพทเทยบกบเวลา

รปท2.36 วงจรอนทเกรทเตอร

45

จากวงจรรวมกระแสสงสดทจด A เทากบ

CR ii =

และเนองจาก 0== −+ vv

จะได และ RVi in

R =( )

dtvdCi out

C−

=

ดงนน dtdvC

Rv outin −=

จะได ∫−=t

inout dtvRC

v0

1

2.10.6 วงจรนอนอนเวอรตงชมทททรกเกอร (Non inverting Schmitt Trigger) ฮสเทอรไรซส(Hysterisis) เปนปรากฏการณทเอาทพทของวงจรมลกษณะแตกตางกนเมอสญญาณอนพทมการเปลยนแปลงแตกตางกน โดยเมอสญญาณอนพทเพมขน เอาทพทเปลยนแปลงในลกษณะหนงและเมอสญญาณอนพทลดลง เอาทพทเปลยนแปลงในอกลกษณะหนง ตวอยางเชนการเปลยนแปลงความเขมสนามแมเหลกในหมอแปลง เปนตน การประยกตฮสเทอรไรซสเพอเปรยบเทยบสญญาณ จะทาใหมจดเปรยบเทยบจานวน 2 จด คอ Low Trigger Level (LTL) และ Upper Trigger Level (UTL) โดยขนอยกบลกษณะการเปลยนแปลงของสญญาณอนพท เรยกวงจรนวา Schmitt Trigger โดยแบงตามลกษณะการทางานได 2 แบบคอ Non inverting Schmitt Trigger และ inverting Schmitt Trigger

รปท2.37 วงจร Non inverting Schmitt-Trigger โดยในโครงงานนใชในแบบ Non inverting Schmitt Trigger จะไดกราฟความสมพนธระหวางแรงดนอนพทและเอาทพททเรยกวา Hysterisis loop ดงรปท 2.38

46

รปท 2.38 กราฟแสดงความสมพนธระหวางแรงดนอนพทและเอาทพท จด ULT และ LTL ของ Non inverting Schmitt Trigger กาหนดไดจากสมการ

โดยความแตกตางระหวางจด LTL และ UTL เรยกวาคา Hysterisis นนคอ

||21

maxVRRUTL +=

||21

maxVRRLTL −=

LTLUTLHysterisis −=

2.11 ไมโครคอนโทรลเลอร [4] ไมโครคอนโทรลเลอร คอ อปกรณอเลกทรอนกสอยางหนง ซงภายในประกอบดวยวงจรอนๆ หลายวงจรทางานรวมกน เชน หนวยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit : CPU) หนวยคานวณทางคณตศาสตรและลอจก (Arithmatic Logic Unit : ALU) วงจรออสซลเลเตอร (Oscillator) หนวยความจา (Memory : ROM,RAM) วงจรรบสญญาณอนพตและขบสญญาณเอาทพต (I/O Port) 2.11.1 ขอมลพนฐานของไมโครคอนโทรลเลอรตระกล PIC PIC คอ ไมโครคอนโทรลเลอรตระกลหนง ยอมาจากคาวา “Peripheral Interface Controller” ซงแนวความคดของไมโครคอนโทรลเลอรตระกลนคอ พยายามรวมเอาทกอยางไวภายในตวไอซไมวาจะเปน PROGRAM MEMROY, RAM, EEPROM, SERIAL, I2C, PWM, A/D ฯลฯ โดยไมจาเปนตองตออปกรณเสรมจากภายนอก ในตวของไมโครคอนโทรลเลอรตระกล PIC จะมฟงกชนทใชในการประมวลผลรวมทงหนวยความจาซงทาใหเหมอนกบเปนหนวยประมวลผลกลาง (CPU)

47

2.11.2 ความเรวของไมโครคอนโทรลเลอรตระกล PIC ภาคของความถสญญาณนาฬกาปจจบน สามารถสรางสญญาณนาฬกาไดท 20 เมกกะเฮรตซ ซงทาใหหนงคาสงของไมโครคอนโทรลเลอร PIC ใชเวลาเพยง 0.25 ไมโครวนาทหนวยความจาของไมโครคอนโทรลเลอรตระกล PIC ในอดตหนวยความจาของไมโครคอนโทรลเลอร PIC จะคอนขางนอย คออยระหวาง 512 words ถง 4K words แตในปจจบน บรษท microchip ซงเปนเจาของไมโครคอนโทรลเลอร PIC ไดพฒนาจนทาใหหนวยความจา ของไมโครคอนโทรลเลอร PIC มขนาดเปนหลายสบกโลไบต และมททาวาจะขยายไดใหญขนเรอยๆ ในเรองของการนบขนาดของหนวยความจาของไมโครคอนโทรลเลอร PIC จะนบไมเหมอนปกต โดยท หนงคาสงของไมโครคอนโทรลเลอร PIC จะมขนาด 14 bits ดงนนจะเรยกวา 1 word ของไมโครคอนโทรลเลอร PIC 2.11.3 สถาปตยกรรมของไมโครคอนโทรลเลอรตระกล PIC ม 3 รนหลก ๆ คอขนตนดวย 16xxx, 17xxx และลาสดคอ 18xxx และทนยมมากนนคอ รนทขนตนดวย 16xxx โดยหลกการออกแบบของไมโครคอนโทรลเลอร PIC ทกรนจะยดถอการออกแบบทรวมทกอยางไวภายใน chip ตวเดยวโดยไมตองตออปกรณใดๆ เพมเตม ผลทตามมากคอแผนวงจรจะมขนาดเลก และอปกรณทใชจะไมมาก ดงนนไมโครคอนโทรลเลอร PIC จงเหมาะสาหรบงานเลกๆ ไมใชงานใหญๆ ทตองใชการคานวณ และหนวยความจาเยอะๆ 2.12 ไอซ 555

ไอซไทเมอร 555 (Timer 555)มโหมดการทางาน 3 โหมดดงน

1. โมโนสเตเบล(Monostable) ในโหมดน การทางานของไอซไทเมอร 555จะเปน แบบซงเกลชอตหรอวนชอต(One Shot) โดยการสรางสญญาณครงเดยว

2. อะสเตเบล(Astable) ในโหมดน การทางานจะเปนออสซลเลเตอร 3. ไบสเตเบล(Bistable) ในโหมดน ไอซ 555 ทางานเปนฟลปฟลอป(flip-flop)

สาหรบโครงงานนใชโหมดการทางานแบบอะสเตเบล(Astable) ในการสรางสญญาณ PWM ทม

ความถคงทและสามารถปรบความกวางของสญญาณไดโดยใชความตานทานปรบคาได

โดยคาบเวลาของสญญาณสามารถควบคมได ตามสตรดงน

ชวงเวลาชารจหรอเอาตพตสง T1 = 0.693(R1+R2)C1

ชวงเวลาดสชารจหรอเอาตพตตา T2 = 0.693(R2C1)

คาบเวลารวม T = T1+T2 = 0.693(R1+2R2)C1

48

รปท 2.39 pin connection ของไอซไทเมอร 555

ดงนนความถทไดจงมคา 121 )2(

11CRRT +

=

Duty cycle 21

2

2RRRD+

=

รปท 2.40 วงจรอะสเตเบล

บทท 3

หลกการ แนวคด และการออกแบบโครงงาน

ในบทนจะกลาวถงหลกการ แนวคด และการออกแบบวงจรควบคมมอเตอร วงจรประจแบตเตอรจากการปนดวยเทา และวงจรประจแบตเตอรจากการเบรก รวมไปถงวงจรแสดงผลแรงดนของแบตเตอร สาหรบโครงงานนใชมอเตอรขนาด 250 W 24 V จานวน 1 ตว แบตเตอรขนาด 12 V 7.5Ah จานวน 2 กอน

โครงงานน ประกอบดวยการทางาน 2 สวนหลกๆ คอ สวนควบคมมอเตอร (Motor Controller) ซงจะควบคมในสวนของการจายกระแสไฟฟาจากแบตเตอรเขาสมอเตอร ซงเปนการควบคมความเรวของมอเตอร ในวงจรสวนน จะทาใหไดจกรยานขบเคลอนไดโดยพลงงานไฟฟา และสวนควบคมการชารจแบตเตอร (Charger Controller) เมอมอเตอรทาหนาทเปนเจนเนอเรเตอร (Generator) จะควบคมในสวนของการอดประจกระแสไฟฟาจากมอเตอร ขณะทาหนาทเปนเจนเนอเรเตอร เขาสแบตเตอร โดยมสวตช (Switch) ทาหนาทเลอกรปแบบการทางาน

รปท 3.1 แผนภาพแนวคดการทางานของจกรยานไฟฟาในโครงงาน

จากรปท 3.1 Motor Controller คอสวนควบคมความเรวของมอเตอร ซงเปนการควบคมการจายกระแสไฟฟาจากแบตเตอรใหกบมอเตอร สวน Charging Controller นน เปนวงจรทควบคมการ

50

3.1 การออกแบบวงจรควบคมมอเตอร

รปท 3.2 แผนภาพวงจรควบคมมอเตอร

วงจรควบคมมอเตอร จะแบงเปนสองสวนคอ สวนทเปนสวตชง และสวนทสรางสญญาณ PWM หลกการออกแบบมดงน

3.1.1 วงจรควบคมมอเตอรแบบ PWM (Pulse Width Modulation)

จากการศกษาการควบคมมอเตอรโดยใช PWM มหลกการดงน PWM คอสญญาณคลนทมความถคงท แตชวงเวลา on – off หรอ Duty Cycle ไมเทากน และ

การควบคมไดจากการปรบชวง Duty Cycle ดงกลาว ใหมากหรอนอยตามตองการ สญญาณทได จะนาไปควบคมอปกรณขบมอเตอรแบบสวตชง ซงเปนมอสเฟตกาลง

51

รปท 3.3 สญญาณอางอง (Ref) สญญาณรปสามเหลยม (Triangle) เปรยบเทยบ (Comparator) กน ไดสญญาณ Output สญญาณ Output เปน PWM ไดจากการเปรยบเทยบสญญาณสองชนดคอ สญญาณรปสามเหลยม (Triangle) และสญญาณอางองทเปนเสนตรง (Ref) ดงรปท 3.3 สญญาณรปสามเหลยมนน จะมแอมพลจดและความถคงท สวนสญญาณอางอง (Ref) นนเปนสญญาณเสนตรงทสามารถปรบแอมพลจดได สญญาณนเปรยบเหมอนสญญาณจากคนเรง เมอเราบดคนเรงขน-ลง แอมพลจดของสญญาณ Ref น กจะเปลยนตามการบดคนเรง สญญาณทงสองชนดเมอนามาเปรยบเทยบกนแลวจะไดสญญาณ Output เปน PWM ทสามารถเปลยน Duty Cycle ไดจากการเปลยนแอมพลจดของสญญาณ Ref คนเรงสาเรจรปทใชเปนแบบทใชเซนเซอรแบบฮอลลเอฟเฟกซ (Hall Effect) มสายไฟสามสาย สายสแดงเปนไฟเลยงขวบวก สายสดาเปนกราวด และสายสนาเงนคอสายสญญาณ Output คณสมบตของคนเรงคอ จายแรงดน 5VDC เปนไฟเลยง เมอบดจากจดเรมตนไปจนสด แรงดนไฟ Output จะเพมขนจาก 1V เปน 4V

รปท 3.4 รปวาดคนเรงทใชในโครงงาน

อปกรณทสามารถกาเนดและเปรยบเทยบสญญาณทนยมใชกนคอออปแอมป (OP-AMP; Operating Amplifier) ดงนนวงจรทออกแบบจะใชออปแอมป โดยมแนวคดดงน

52

รปท 3.5 การออกแบบวงจรกาเนดสญญาณ PWM

U01 เปนออปแอมปททาหนาทกาเนดสญญาณรปรปสามเหลยม U02 เปนออปแอมปทเปรยบเทยบแรงดนระหวางสญญาณเสนตรงจากคนเรง กบสญญาณรปรปสเหลยม ออปแอมปทจะใช ใหเปนเบอร LM324 เพราะหางายและใชไดกวางขวาง มคณสมบตตาม Data Sheet ของบรษทผผลต การตอออปแอมปใหไดตามแบบทออกแบบไวมวธการดงน

3.1.1.1 วงจรกาเนดสญญาณรปรปสามเหลยม

รปท 3.6 วงจรกาเนดสญญาณรปสเหลยมโดย LM324

53

โดยปกต ออปแอมปจะใชไฟเลยงค เพราะแอมปลจดของคลนมทงชวงบวกและชวงลบ แตวงจรนใชไฟเลยงเดยวจากแบตเตอร 12 V จงตองปรบทแรงดนอางอง จากปกต 0V ปรบใหเปนครงหนงของ 12 V นนคอ 6 V จากรป 3.6 แรงดนอางองของออปแอมปทงสองคอ 6V ซงไดจากการตอตวตานทานแบบอนกรมกนเพอแบงแรงดน โดยใชงานกบออปแอมปทงสองตว ในการคานวณ ทจด 6V ใหเปรยบเสมอนเปน 0V กาหนดความถและแอมปลจดในการสวตชง แลวเลอกคาตวตานทานและตวเกบประจมาใส กาหนดใหความถเปน 3 kHz (ทดลองโดยใชความถตางๆในการขบมอเตอร ความถชวงนเสยงเงยบทสด)

ความถของสญญาณคอ )(4

1

3

4

15 RR

CRf =

เลอก C1 คามาตรฐาน 10nF R4 คามาตรฐาน 100k และ R3 คามาตรฐาน 100k คานวณหาคา R5

Ω Ω

จากสมการ )(4

1

3

4

15 R

RfC

R =

)56

100(1034

15 k

kk

Rη××

=

ดงนน Ω= kR 88.145

เลอก R5 คามาตรฐานคอ 15 k Ω

แอมปลจดของสญญาณรปสามเหลยมคอ ))(( )(14

3)(2 outUoutU V

RR

V ±=

เมอแรงดนสงสดของสญญาณรปสเหลยม = 6V (เทยบกบแรงดนอางองคอ 6V) )(1 outUV ±

เพราะฉะนน )6)(10056()(2 ±=

kkV outU

VV outU 36.3)(2 =

แรงดนเมอเทยบกบกราวดคอ 6-3.36 = 2.64V และ 6+3.36 = 9.36V

54

รปท 3.7 วงจรกาเนดสญญาณรปสามเหลยมพรอมคาพารามเตอรตางๆ

รปท 3.8 สญญาณรปสามเหลยมทไดจากวงจร

3.1.1.2 วงจรขยายสญญาณจากคนเรง เนองจากคนเรงใหสญญาณเสนตรงออกมา 1V ถง 4V จะนามาเปนสญญาณอางอง (Ref) กบสญญาณรปสามเหลยมซงมระดบแรงดนตาสด 2.64V สงสด 9.36 V ดงรป 3.8 ตองปรบสญญาณจากคนเรงตงแตแรงดนนอยกวา 2.64V ถงมากกวา 9.36 V ใหไดกอน จงจะทาการเปรยบเทยบแรงดนใหเปนสญญาณ PWM ตอไป

55

รปท 3.9 วงจรขยายสญญาณแบบไมกลบเฟส

แรงดนเอาทพท VU3out = ( 1+ ) | Vout คนเรง - VU3ref | 789RR

R+

Vout คนเรง ตาสด = 1V VU3out = (1 + ) |1-1.09| = 0.36V KK

K1010

60+

Vout คนเรง ตาสด = 4V VU3out = (1 + ) |4-1.09| = 11.64V KK

K1010

60+

ดงนน VU3out จะไดสญญาณระหวาง 0.36V ถง 11.64V ซงสามารถนาไปเปรยบเทยบกบสญญาณรปฟนเลอยได

3.1.1.3 วงจรเปรยบเทยบแรงดน

รปท 3.10 วงจรเปรยบเทยบแรงดน

จากรป 3.10 VU4out = Av (V+ - V -)

เมอ Av เปนอตราขยายสญญาณของ U4 V – คอสญญาณ VU3out ทไดจากการขยายสญญาณของคนเรง V+ คอสญญาณ VU2out ทเปนสญญาณรปรปสเหลยม จากรป 3.12 จายไฟเลยงใหคนเรง ดวยการตอตวตานทาน R10 และ R11 ขนานกนเพอแบงแรงดน และตอ ซเนอรไดโอด D1 ทาหนาทรกษาระดบแรงดนใหคงทในระดบประมาณ 5V

56

รปท 3.11 สญญาณของวงจรเปรยบเทยบแรงดน

รปท 3.12 วงจรกาเนดสญญาณ PWM ควบคมดวยคนเรงไฟฟา U1 และ U2 เปนวงจรกาเนดสญญาณรปสามเหลยม เอาทพทของ U2 นามาปอนเขาขวลบของ U4 เพอเปรยบเทยบแรงดน

U3 เปนออปแอมปททาหนาทขยายสญญาณของคนเรงทบดได 1V - 4V เปน 0.36V- 11.64V เพอนาสญญาณทขยายแอมพลจดแลวน เขาสขวบวกของ U4 ซงเปนวงจรเปรยบเทยบความตางของแรงดน ไดเอาทพทเปนสญญาณรปสเหลยมซงสามารถปรบ Duty Cycle จากการบดคนเรงได เรยกสญญาณทไดวา PWM (Pulse Width Modulation)

57

3.1.1.4 ทดสอบวงจรโดยการจาลองวงจร

ทดลองโดยการจาลองวงจรดงน

รปท 3.13 วงจรควบคมมอเตอรแบบ PWM

รปท 3.14 ผลการจาลองวงจร โดยใหสญญาณจากคนเรงเปน 1Vdc จะไดสญญาณ PWM คา Duty Cycle 0%

58

รปท 3.15 ผลการจาลองวงจร โดยใหสญญาณจากคนเรงเปน 2Vdc จะไดสญญาณ PWM คา Duty Cycle ประมาณ 30%

รป 3.16 ผลการจาลองวงจร โดยใหสญญาณจากคนเรงเปน 3Vdc จะไดสญญาณ PWM คา Duty Cycle ประมาณ 70%

59

รป 3.17 ผลการจาลองวงจร โดยใหสญญาณจากคนเรงเปน 4Vdc จะไดสญญาณ PWM คา Duty Cycle 100 % จากรป 3.14 ถง รป 3.17 จะเหนไดวา สญญาณ Output มลกษณะเปนสญญาณ PWM ซง

สามารถควบคม Duty Cycle ได จากการปรบคาสญญาณ VREF จากคนเรง สญญาณ PWM ทไดจากกราฟจะมความถประมาณ 3.32 kHz

3.1.2 การออกแบบวงจรขบมอเตอร

มอเตอรทใชในโครงงานเปนชนดกระแสตรง กาลงไฟ 250W 24V มคณลกษณะดงตารางท 3.1 ตารางท 3.1 ประสทธภาพของมอเตอรทใชในการทาโครงงาน Ref. Point Torque/N.m Speed/rpm P-out/W Volt/V Current/A P-in/W Efficient/% No Load 0.04 4125 15.12 24.09 1.86 44.71 33.81 Max. Efficient

0.49 3712 188.97 24.11 9.74 134.87 80.46

Rated Load 0.68 3535 251.54 24.12 13.12 316.47 79.48 Max. Torque

1.18 3075 380.74 24.14 21.91 528.92 71.98

60

จากตารางท 3.1 จะเหนวามอเตอรกนกระแสสงสดคอ 21.91A แตกระแสเมอเรม Start นนจะสงมากประมาณ 5-10 เทา ดงนนเลอกมอสเฟตททนกระแสไดสงกวา 219.1A มอสเฟตทเลอกใชคอเบอร IRF3205 สามารถทนกระแสได 110A ทแรงดน 55V จานวน 3 ตว การตอมอเตอรนนเปนการควบคมระดบแรงดนทตกครอมมอเตอร แรงดนทตกครอมมอเตอรจะมขนาด 0V ถง 24V ตามการปรบดวตไซเคลของสญญาณ PWM

รปท 3.18 วงจรขบมอเตอร

จากรป 3.18 เปนวงจรขบมอเตอร ทางานโดยการสวตชง สญญาณ PWM (VU4out) จะปอนเขามาทางขาเกตของมอสเฟต ซงในวงจรใช IRF3205 จานวนสามตว เพอแบงกระแสไมใหมอส เฟตทางานหนกเกนไป ซงแตละตวทนกระแสได 110A สามตวทนได 330A, C2 ทาหนาทกรองฮารมอนคทเกดจากการขบมอเตอร, D2 ทาหนาทบายพาสกระแสตกคางเนองจากตวเหนยวนาในมอเตอร และ D3 ทาหนาทปองกนกระแสยอนกลบทเกดจากมอเตอร และการตอตวตานทานทขาเกตของมอสเฟตเพอควบคมกระแสทไหลเขาขาเกตใหเหมาะสม

ตวอยางการทางาน ถาสญญาณ PWM มความกวางของ Duty Cycle มาก จะทาใหกระแสไหลผานมอสเฟตและมอเตอรไดมาก มอเตอรกจะหมนเรว ถาสญญาณ PWM มความกวางของ Duty Cycle นอย จะทาใหกระแสไหลผานมอสเฟตและมอเตอรไดนอย มอเตอรกจะหมนชา

61

3.2 การออกแบบวงจรชารจแบตเตอร

วงจรชารจแบตเตอร จะทางานเมอมอเตอรทาหนาทเปนเจนเนอเรเตอร โดยการปนดวยเทา ทาหนาทควบคมการประจกระแสไฟฟาจากมอเตอรซงทาหนาทเปนเจนเนอเรเตอรใหกบแบตเตอร ประกอบดวยสวทช ซงจะทางานเมอถกสงโดยวงจรตรวจสอบเงอนไข และมวงจรบสตคอนเวอรเตอร เพอใหสามารถชารจประจประเมอปนรอบชาๆ ได แผนภาพการทางานดงรปท 3.19

รปท 3.19 แผนภาพวงจรชารจแบตเตอร

3.2.1 แนวคดของวงจรชารจแบตเตอร

แนวคดในการออกแบบวงจร จะประกอบดวยมอสเฟตและทรานซสเตอรเปนหลกในการทาหนาทเปนสวตซและสวตซกาลง แบงเปนวงจรสวตช (Switch) และวงจรควบคมการสวตช (Control) จากรปท 3.20 เมอมอเตอรทาตวเปนแหลงกาเนดไฟฟา นนคอปนมอเตอรจนมแรงดนมากกวาหรอเทากบ 13.5V และ แรงดนของแบตเตอรนอยกวา 12.3V (ดขอมลแบตเตอรไดจากตารางท 3.2 และรปท 3.21 หรอจากภาคผนวก) และกระแสทชารจตองนอยกวา 2.25A V_motor, V_batt และ I_charge จะเปนตวนาสญญาณตรวจสอบดงกลาวตามลาดบ เขาวงจรควบคม เพอตรวจสอบเงอนไข ถาเงอนไขเปนจรงจะสงสญญาณให SW1 และ SW2 จะทางาน เปนผลใหกระแสไฟฟาวงสแบตเตอร เงอนไขทจะทาให SW1 และ SW2 ทางานแสดงไดเปนโฟลวชารจดงรป 3.21

62

รปท 3.20 แผนภาพการทางานของวงจรควบคมการชารจแบตเตอร

ตารางท 3.2 คณสมบตของแบตเตอร

63

รปท 3.21 โฟลวชารตการทางานของวงจรชารจแบตเตอร

จากรปท 3.21 เมอมการเปดสวตชเลอกรปแบบการชารจ วงจรจะตรวจสอบแรงดนแบตเตอรกอนอนดบแรก วานอยกวา 12.3V หรอไม ถาจรง กจะตรวจสอบแรงดนของมอเตอรททางานเปนเจนเนอเรเตอรวาผลตแรงดนไดมากกวา 13.5 หรอไม ถาจรงกจะสงสญญาณ V_charge เปดสวตช SW1 ใหกระแสไหลไปประจแบตเตอรทนท จากนนกจะมาตรวจสอบกระแสทไหลเขาสแบตเตอรวามากกวา 2.25A หรอไม ถาจรง จะสงสญญาณ V_Over ไปเปดการทางานของ SW2 ทาใหกระแสทเกนไหลผาน SW2 ซงจะถอวา SW2 จะเปนโหลดใหกบเครองกาเนดไฟฟา

64

รปท 3.22 กราฟคณสมบตของแบตเตอรทใชในโครงงาน

แบตเตอรจะมแรงดนเมอชารจเตมท 13.2 V ดจากรปท 3.22 ซงหมายความวา เมอแบตเตอรมแรงดนนอยกวา 13.2V สามารถประจไฟได แตจะกาหนดใหแบตเตอรสามารถทาการประจไดกตอเมอมแรงดนนอยกวา 12.3V

3.2.2 การออกแบบวงจรชารจแบตเตอร

วงจรชารจแบตเตอรทงหมดแสดงไดในรปท ซงมวงจรในสวนของวงจรสวตช ( itch) และวงจรในสวนข งการควบ กอบดวยวงจร 5 สวน ไดแก

1 5. วงจรตรวจสอบกระแส และรกษาระดบกระแส

3.23 Swอ คมและตรวจสอบเงอนไข (Control) ในรปดงกลาว ประ

1. วงจรสงคาแรงดนแบตเตอร แรงดนมอเตอร กระแสทไหลเขาแบตเตอร และวงจร เปด-ปด การชารจแบตเตอร

2. วงจรจายแรงดนไฟฟา 3. วงจรตรวจสอบเงอนไขแรงดนแบตเตอรและแรงดนมอเตอร 4. วงจรแอนดสญญาณ (AND) ระหวางสญญาณของแรงดนมอเตอรและแรงดนแบตเตอรท

ตรวจสอบแลว และสงคาสญญาณไปขบสวตช SW

1 2

รปท 3.23 วง บตเตอรทงหมด จรชารจแ

5 4

3

65

66

3.2.2.1 วงจรสงคาแรงดนแบต ดนมอเตอร กระแสทไหลเขาแบตเตอร และวงจร เปด-ปด การชารจแบตเตอร

ในสวนท 1 เปนวงจรในสวนของวงจรสวตช (Switch) ซงทาหนาทปดหรอเปดการสงผาน

กาลงไฟฟาจากมอเตอรไปยงแบตเตอร (V7) มอสเฟตแบบพแชลแนล M1 ทาหนาทเปนสวตชกาลง โดยททรานซสเตอร Q1 เปนตวควบคม โดยทขาเกตจะตอซเนอรไดโอดไวเพอจากดแรงดนของขวเกตไมใหมากกวา 15V ตวตานทาน R1 ทาหนาทไบอสกลบใหกบขาเกตของ M1

เมอเปนจรงตามเงอนไข (ในหวขอ 3.2.1) วงจรควบคมจะสงสญญาณ V_Chg มาทขาเบสของ Q1 ซงจะทาให Q1 ทางาน จะเปนผลใหกระแสไหลผาน R4 ซงจะเปนแรงดนไบอสกลบใหกบขาเกตของ M1 ทาให M1 ทางาน เปรยบเหมอนการเปดการทางานของสวตช ซงคอมอสเฟต M ใหเกดการชารจประจ กระแสจะไหลจากมอเตอรผานไดโอด D6, D7, มอสเฟต M1, ตวตานทาน R31 ไปยงแบตเตอร

รปท 3.24 วงจรสงคาแรงดนแบตเตอร แรงดนมอเตอร กระแสทไหลเขาแบตเตอร และ วงจรสวตซเปด การชารจแบตเตอร

ตวเกบประจ C1 และ C2 ทาหนาทกรองกระแสไฟฟาและฮารมอนคตางๆทไดจากการปนมอเตอร

ไดโอด D6 และ D7 ทาหนาทกาหนดทศทางการไหลของกระแสจากมอเตอร และทาหนาทแยกแบตเตอรและมอเตอรออกจากกน เพอใหตรวจสอบแรงดนของมอเตอรได

ตวตานทาน R7 กบ R2 ทาหนาทแบงแรงดนทเกดจากมอเตอรซงทาหนาทเปนตวกาเนดไฟฟา แลวสงคาแรงดนมอเตอร V_mo1 ไปยงวงจรตรวจสอบเงอนไข โดยมตวเกบประจ C3 กรองสญญาณรบกวนความถสง

เตอร แรง

1 จงทา

1

67

ตวตานทาน R8 และ R3 ทาหนาทแบงแรงดนจากแบตเตอร เพอสงคา V_batt ไปยงวงจรอนไข โดยม C3 เปนตวกรองสญญตรวจสอบเง าณรบกวนความถสง

ตวตานทาน R31 ทาหนาทตรวจสอบกระแสไหลเขาแบตเตอร อาศยหลกการเมอกระแสไหลผานควา ท

าวไปยงวงจรควบคมเพอจากดกระแสท

จนไดสญญาณไปควบคมมอสเฟต M1 มอเตอรจะถกปนจนกระทงไดแรงดนประมาณ 15.6 V จงจะสามารถประจไฟได เพราะ

แรง องตกครอมไดโอด D6 D7 และมอสเฟต M1 รวมกนประมาณ 2.1 โวลต

3.2.2.2 วงจรจายแรงดนไฟฟา

มตานทางคง แรงดนจะแปรผนตรงกบกระแสทไหล โดยมคา 1 Ohm 10W โดย V1 และ V2 จะถกตอกบวงจรตรวจสอบเงอนไขกระแสเกน เพอจากดกระแสมใหไหลเขาแบตเตอรมากเกนไป จะจากดกระแสไวท 2.25A เมอกระแสปรมาณ 2.25A ไหลผานตวตานทานน ทาใหเกดแรงดนตกครอม 2.25V ตวตานทาน R31 น จะทาหนาทเซนเซอรแรงดนทตกครอมดงกล

ไหลผานน จากรปท 3.24 เปนวงจรสวตซเพอควบคมการจายพลงงานจากมอเตอรขณะเปนเจนเนอเรเตอร ไปยงแบตเตอรโดยมเงอนไขอยวา แรงดนของมอเตอรตองมากกวาแรงดนของแบตเตอร จากหวขอ 3.2.1 ตองมการตรวจสอบเงอนไขแรงดนของมอเตอร และแบตเตอร และนาไปเปรยบเทยบ

ดนต

รปท 3.25 วงจรจายแรงดนไฟฟา

รปท 3.25 เปนสวนท 2 ของรปท 3.23 Vd1 เปนแรงดนเพอนามาขบหลอด LED D16 และ D17 (

Vcc1 เปนไฟเลยงของทรานซส

ศยไฟเลยง (Vmo) จากมอเตอร ซงทาหนาทเปนเจนเนอเรเตอร ซงไฟเลยงนนไดจากการปน ซงจะใหแรงดนไมคงท ซงตอนแรกทางกลมฯไดคดไววาจะใชไมโครคอนโทรลเลอร แต

2

จากดงรปท 3.23) ทมทรานซสเตอร Q6 และ Q7 เปนสวตช แสดงสถานะวากาลงชารจประจ และ

แสดงสถานะกระแสเกนตามลาดบ สวน Vcc เปนไฟเลยงของออปแอมป และเตอร Q2 และ Q3 ซงไดมาจากการแบงแรงดนจากมอเตอรซงทาหนาทเปนเจนเนอเรเตอร และ

รกษาระดบแรงดนดวยซเนอรไดโอด D11 D12 และ D15 ประมาณ 6.2V จากวงจรนซงอา

68

ป แหลงจายไฟเลยงทไมคงท ทาใหไมเปนผลดตอไมโครคอนโทรลเลอรและอาจเกดความผ ดพลาดก บ สญญาณดจ ตอล หร อถ า ใช ไฟ เ ล ย งจ ากแบตญหาอยท

เตอร เ ม อ แบต เตอร หมดลง

นมอเตอรตองมากกวา 13.5V

3.

ไมโครคอนโทรลเลอรกไมสามารถทางานได หรอถาใชแหลงจายอนๆ กเหนจะเปนการสนเปลองเพราะตองเสยคาใชจายในสวนนโดยใชเหต จากปญหาดงกลาว จงใชออปแอมป ซงทางานแบบอนาลอก สามารถเปรยบเทยบแรงดนสองแรงดนได โดยทมแรงดนในชวงการทางานทกวางและราคาถกกวาไมโครคอนโทรลเลอร เงอนไขททาการเปรยบเทยบ และทาใหวงจรชารจทางานคอ

1. แรงด2. แรงดนแบตเตอรตองนอยกวา 13.2V

2.2.3 วงจรตรวจสอบเงอนไขแรงดนแบตเตอรและแรงดนมอเตอร

(ก) (ข)

รปท 3.26 วงจรตรวจสอบเงอนไขของการชารจแบตเตอรโดยใชออปแอมป

(ก) ตรวจสอบแรงดนแบตเตอร ข) ตรวจสอบแรงดนมอเตอร

ในรปท 3.26 ก ซงเปนสวนท อบแรงดนแบตเตอรตองนอยวา 12.3V

3

(

3 ของรปท 3.23 ท U1A ตรวจสก U1A ถงจะมแรงดนเอาทพตออกมาเทากบไฟเลยง หรอประมาณ 6V โดยเปรยบเทยบแรงดนขาท 2 กบขาท 3 โดยขาท 2 เปนแรงดนของแบตเตอรทไดจากการแบงแรงดน (ดงหวขอท 3.2.2.1) และขาท 3 เปนแรงดนคงท ทไดจากการแบงแรงดนจากตวตานทาน R12 และ R13 แลวรกษาระดบแรงดนดวยซเนอรไดโอด D9 มคาประมาณ 3.2V จากสตรออปแอมป Voutput = Gain(V+ - V-)

+ ให V เปนแรงดนอางอง มคา 3.2V ตามคาการรกษาระดบแรงดนของ D9 V – เปนแรงดนจากแบตเตอร Vbatt1 Gain เปนอตราขยายของออปแอมป

69

กเพอความยดหยนในการตงคา จะปรบคาแรงดน Vbatt1 จาก 3 ใหเทา

วา 3.2V ดวย น Vbatt

= Gain(V+ - V- )

Voutput = Gain(3.2 -3.21)

แตในทางปฏบตจะไดแรงดน Voutput คอ 0V ซงเปนผลใหทางดานเอาทพทมศกยเปนกราวด ดนแบตเตอรนอยกวา 12.3 ทาใหแรงดนของ Vbatt1 ทขา V- ลดลงนอยกวา 3.2V

ดวย เชน Vbatt1 มคา 3.0V Voutput = Gain(3.2 -3.0) Voutput = ∞ ในทางปฏบตจะไดแรงดน Voutput ประมาณ แรงดนไฟเลยงลบดวย 0.7V ซงเปนผลใหมสญญาณออกทางดานเอาทพท ประมาณ 6.2 – 0.7 = 5.5V ในรปท 3.26 ข ท U2A เปรยบเทยบแรงดนมอเตอรขณะเปนเจนเนอเรเตอร ตองมากกวา 15.6V จะทราบไดวาแรงดนของมอเตอรมากกวา 15.6V แลว กตอเมออาศยคณสมบตของออปแอมปดงน Voutput = Gain(V+ - V-) ให Gain เปนอตราขยายของออปแอมป

ร

นในการตงคา ตงคา Vmo1 ใหเทากบ 3.2V อแรงดน

ชน ให Vmo1

R กบ 3.2V เมอแรงดนทแบตเตอรเปน 12.3V เมอแบตเตอรเตมแรงดนมากกวา 12.3V แรงดน Vbatt1 ทขา V- ยอมมากกเช 1 มคา 3.21V

จากสตรออปแอมป Voutput ตอแบบไมมการปอนกลบ Gain = ∞

Voutput = - ∞

และเมอแรง

V- เปนแรงดนอางอง มคา 3.2V ตามคาการรกษาระดบแรงดนของ D10 V+ เปนแรงดนของมอเตอร Vmo1

Voutput เปนแรงดนออกของออปแอมป จาก ปท 3.24 Vmo1 เปนแรงดนมอเตอร โดยใชตวตานทานแบบคาคงท R7 และตวตานทานปรบคาได R2 ตออนกรมกนเพอแบงแรงดนทไดจากมอเตอร, Vmo1 จะตอกบขา V+ ของ U2A การใชตวตานทานปรบคาไดกเพอความยดหยเม ทมอเตอรเปน 15.6V เมอมอเตอรปนไดแรงดนมากกวา 15.6V Vmo1 กจะมคามากกวา 3.2V ดวย เเทากบ 3.21V จากสตรออปแอมป

70

Voutput = Gain(V+ - V- )

แรงดนไฟเลยงลบดวย 0.7V ซงเปนผลใหมญญาณอ

มอเตอรนอยกวา 15.6V ทาใหแรงดนของ Vmo1 หรอขา V- ลดลงนอยกวา .2 V ดวย บ 3.1V

-3.2)

ผลใหทางดานเอาทพทมศกยเปนกราวด

1 ใหทาง

ตอแบบไมมการปอนกลบ Gain = ∞ Voutput = Gain(3.21 -3.2) Voutput = ∞ ในทางปฏบตจะไดแรงดน Voutput ประมาณส อกทางดานเอาทพท ประมาณ 6.2 – 0.7 = 5.5V และเมอแรงดน3 เชน ให Vmo1 เทาก Voutput = Gain(3.1 Voutput = -∞ แตในทางปฏบตจะไดแรงดน Voutput คอ 0V ซงเปน จากเอาทพทของ U1A และ U2A นาแรงดนทงสองมา AND กน และนาไปปอนใหมอสเฟต M าน ลอจกเกต AND สามารถแทนดวยวงจรทรานซสเตอรดงรปท 3.27

รปท 3.27 (ก) แอนดเกต (ข) วงจรทรานซสเตอรทางานแบบแอนดเกต

71

3.2.2.4 วงจรแอนดสญญาณ ( งแรงดนมอเตอรและแรงดนญญาณไปขบสวตช SW1

ยแรงดน Vchg_batt และ Vchg_mo งเปนเอา Q3

เปนสวตช เมอแรงดน Vchg_batt และ chg_mo ะ

านทรานซสเตอรทงสอง เปนผลใหมแรงดนตกครอม R33 และ ฟต M1 ทางาน (ดรปท

ขาเบสของ Q6 เพอเปดการทางานของลอด LED

AND) ระหวางสญญาณขอแบตเตอรทตรวจสอบแลว และสงคาส

จากรปท 3.28 เปนสวนท 4 ของรปท 3.23 วงจรนอาศซ ทพทของออปแอมป U1A และ U2A ตามลาดบ นามาตอกบทรานซสเตอร Q2 และตามลาดบ ซงทรานซสเตอร Q2 และ Q3 จะทางานแบบV มประมาณ 5.5V ออกจากขาเอาทพทของ U1A และ U2A ตามลาดบ ทรานซสเตอร Q2 แลQ3 กจะอยในสถานะ ON กระแสจะไหลผR34 แรงดนทตกครอม R33 คอ Vchg นาไปตอกบขาเบสของ Q1 เพอใหมอสเ3.23) สวนแรงดนทตกครอมทง R33 และ R34 นาไปตอเขากบห D16 ซงเปนไฟแสดงผลวามการชารจประจเกดขน

รป

3.2.2.5 วงจรตรวจสอบกระแส และรกษาระดบกระแส

จาก data sheet ขอจากดของการชารจแบตเตอร คอ กระแสตองไมเกนกวา 2.25 A งนน จงตองสรางวงจรจากดกระแสขณะทมอเตอรทาหนาทเปนแหลงกาเนดไฟฟา จากรปท 3.2 ขณะทการชารจประจ กระแส IChg จะไหลจากมอเตอรผานมอสเฟต M1 ผานตวตานทาน R31 เขาสแบตเตอร,

4

ท 3.28 วงจรแอนดเกตและวงจรแสดงผลขณะกาลงชารจดวยหลอด LED

ดม

72

R31 ซงมคาความตานทาน 1Ω ขณะนากระแสจะเกดแรงดนตกครอม R31 แรงดนทตกครอม R31 มคา เมอกระแส IChg มคา 2.25 จะมแรงดนตกครอมคอ V1 – V2

V1 – V2 = 2.25 x 1 = 2.25 V นนคอเมอแรงดนตกครอม R31 มากกวา 2.25 V แสดงวากระแส IChg มากกวา 2.25 ดวย ดงนน จงอาศยหลกการนนาแรงดน V1 – V2 ไปออกแบบวงจรตรวจสอบเงอนไขดงกลาวโดยใชออปแอมป

รปท 3.29 วงจรตรวจสอบกระแส และรกษาระดบกระแส จากรปท 3.30 เปนสวนท 5 ของรปท 3.23 ซงรปวงจรท 3.29 ข เปนวงจรตรวจสอบกระแสขณะชารจแบตเตอรวาเกนกวา 2.25A หรอไม โดยรบคาจากแรงดนทตกครอม R31 (ดงรปท 3.29) แรงดนนนเปนความแตกตางระหวางจด V1 และ V2 หรอคอ V1-V2 ซงเปนแรงดนทตกครอมตวตานทานดงกลาว ซงไมไดเทยบกบกราวด ดงนนจงตองนามาแรงดน V1-V2 มาเทยบกบกราวดเพอทจะนาไปเปรยบเท U3A รป ากรป 3.30ข

ยบเพอตรวจสอบกระแสตอไป โดยผานวงจรขยายความแตกตางทออปแอมปท 3.31 เปนรปวงจรขยายความแตกตางโดยออปแอมป U3A ซงแยกออกมาจ

จากสตร VO1 = (21

23

R)(V1 – V2)

R

อ R = R , R = R เม 20 21 22 23

73

รปท 3.30 วงจรรกษาระดบกระแส (ก) และวงจรตรวจสอบกระแส (ข)

รปท 3.31 วงจรขยายความแตกตาง

5

74

จากรป 3.31 R2 = R4 = 2 KΩ R2 = R4 = 1 KΩ

อตราขยายคอ 21

23

RR

=kk

12 = 2

เมอมกระแสไฟฟา 2.25A ไหลผาน R31 แรงดนตกครอม V1 – V2 จะมคาประมาณ 2.25V VO1 = 2 2.25 = 4.5V นาแรงดนเอาทพท Vo1 ไปเปรยบเทยบโดยออปแอมป U4A โดยผานตวตานทานปรบคาได R26 เพอทจะปรบตงคาใหเหมาะสมกอนทจะนาไปปอนเขาขา V+ ของ U4A

รปท 3.32 เปนวงจรเปรยบเทยบแรงดนโดยออปแอมป U4A ซงแยกออกมาจากรป 3.30 ข เมอแรงดน VO1 จาก U3A เปนคาความแตกตางระหวางจด V1และ V2 วงจรเปรยบเทยบแรงดน คอ นาเอาแรงดน VO1 มาเปรยบเทยบแรงดนทมคาคงทจากซเนอรไดโอด D13 มคาประมาณ 3.2V เมอกระแสไหลมคา 2.25 A ทาใหแรงดน V1 – V2 มคา 2.25 V จากนน แรงดนนผานวงจรขยายความแตกตาง จะไดคา VO1 ประมาณ 4.5V การตอตวตานทานปรบคาได R26 เปนตวปรบตงคาใหขา V + ของออปแอมป ใหเทากบแรงดนคงท 3.2V ทขา V _

×

รปท 3.32 วงจรเปรยบเทยบแรงดน

จาก VO2 = Av (V + - V –)

เมอ Av เปนอตราขยายของออปแอมป จากรป ไมมการ Feed back Av จงมคา ∞ เมอกระแสไหลผาน R31 มากกวา 2.25 A แรงดนทขา V + กมากกวา 3.2V ดวย เชนให V - = 3.3V VO2 = ∞ ( 3.3 - 3.2 ) = ∞ V

75

ะไ 5V ซงในชวงน แรงด g_i จะถกจายไปยงขาเบสของทรานซสเตอร Q5 (ดรปท

3.30) ซ บสว ส ทรานซสเตอร Q5 ทางาน ดงนนมอสเฟต M2 กจะทางานดวย ทาใหกระแ งมาไหลผาน M2 ลงสกราวด ซงทาใหลดกระแสชารจประจทไหลเขาสแบตเตอ ชขบลอด LED D17 ระดบกระแส ซงแสดงวามกระแสเกน (ดรปท 3.30 ก)

น

ะวเคราะหการทางาน

3.2.3.1 การจาลองวงจรและวเคราะหผลในสวนของวงจรชารจแบตเตอร

ในทางปฏบต จ ดคา VO2 ประมาณน Vo2 หรอ Vch

ง Q5 ทางานแบ ตช งผลใหสทไหลผาน M1 แบ

ร โดยม D14 รกษาระดบแรงดนของขาเกตของ M2 ไมใหเกน 15V และม Q7 เปนสวตห ซงจะตดขณะทมการรกษา

เมอกระแสไหลผาน R31 อยกวา 2.25 A แรงดนทขา V + กนอยกวา 3.2V ดวย เชนให V + = 3.1V

VO2 = ∞ (3.1 – 3.2) = - ∞V ในทางปฏบต จะไดคา VO2 ประมาณ 0V

ซงในชวงน จะสงผลใหทรานซสเตอร Q5 (จากรปท 3.38) ไมทางาน M2 กจะไมทางานดวย

3.2.3 การจาลองวงจรแล

รปท 3 กราฟผลการ 3.3 จาลองวงจรชารจแบตเตอร โดยให Vbatt คงท

76

นาวงจรในสวนของการชารจแบตเตอร (หวขอท 3.2.2.1 ถง 3.2.2.4) นาไปจาลองผลดวยโปรแกรม MicroSim (ดรปท 3.35) โดยครงแรกใหแรงดนของมอเตอร Vmo เพมขนจาก 0V ถงสงสด 18V และลดจาก 18V จนถง 0V ในเวลา 1 วนาท และแบตเตอรมแรงดนคงท 12V (ดรท 3.33)

รปท 3.34 กราฟผลการจาลองวงจรชารจแบตเตอรโดยให Vmo คงท

จากรป 3.33 เมอมอเตอรถกปน Vmo จะเพมขนเรอยๆ ทาให Vmo1 เพมขนดวยเชนกน เมอ Vmo1 เพมจนถงระดบอางอง คอ V-/U1A และ Vbatt นอยกวาแรงดงอางอง V+/U2A ทาใหเงอนไปเปนจรง Vchg กจะมคาเพมขนโดยทนท ประมาณท 0.3S สงผลใหมอสเฟต M1 เปดใหกระแส Id ไหล จากมอเตอรเขาสแบตเตอร ในทางกลบกน ใหแรงดนมอเตอรคงท ท 15.9V ซงมากกวา 15.6V และใหแรงดนแบตเตอรเพมขนจาก 0V ถงสงสด 13.23V และลดจาก 13.23V จนถง 0V โดยเวลา 1 วนาท แสดงกราฟไดดงรปท 3.34 จากรปท 3.34 จะเหนวา เมอแบตเตอรถกชารจ กระแส Id เพมขนเรอยๆ Vbattery จะเพมขนเรอยๆ ทาให Vbatt เพมขนดวยเชนกน เมอ Vbatt เพมจนถงระดบอางอง คอ V+/U2A และ Vbatt ากกวาแรงดงอางอง V+/U2A เอาทพทของ U2A มคาออกมาเปน 0V ดงนน เมอแรงดนของมอเตอรยง

จได นเทจ ประมาณมสามารถชาร อยกตาม Vchg กจะมคาเปน 0V โดยทนท เพราะ AND กน เงอนไขเป

77

วนาทท 0.45S สงผลใหมอสเฟต M1 ปดไมใหใหกระแส Id ไหล จากมอเตอรเขาสแบตเตอร การชารจระจจงหยป ดโดยทนท

รป 3.35 วงจรชารจแบตเตอรจาลองดวยโปรแกรม MicroSim

3.2.3.2 การจาลองวงจรและวเคราะหผลในสวนของวงจรรกษาระดบกระแส จา

รปท 3.37 เปนผลการทดสอบวงจร โดยปรบคากระแส I1 (ดรปท 3.36) ใหนอยกวา 2.25A โดยะปรบไวท

น

ลองวงจรในสวนของวงจรตรวจสอบเงอนไข ในรปท 3.30 ข โดยใชโปรแกรม microSim ดงรปท 3.36 จ 2.15A แรงดน V1 เปนคาทไดจากวงจรขยายความแตกตาง โดยจะนา V1 มาเปรยบเทยบกบ V2 ซง V2 เปนแรงดนคงทมคาประมาณ 3.3V จะเหนวาแรงดน V1 จะนอยกวา V2 แรงด V3 ทเปนเอาทพท จะมคาประมาณ 0V ซงเปนจรงตามเงอนไขทออกแบบไว

78

รปท 3.36 การจาลองวงจรจากดกระแสโดยใชโปรแกรม microSim

รปท 3.37 ผลการจาลองวงจรจากดกระแสโดยใชโปรแกรม microSim

รปท 3.38 เปนผลการทดสอบวงจร โดยปรบคากระแส I1 (ดรปท 3.36) ใหมากกวา 2.25A โดจะปรบไวท 2.35A แรงดน V1 เปนคาทไดจากวงจรขยายความแตกตาง โดยจะนา V1 มาเปรยบเทยบกบ V2 ซง V2 เปนแรงดนคงทมคาประมาณ 3.3V จะเหนวาแรงดน V1

ย

จะมากกวา V2 แรงดน V3 ทเปนเอาทพท จะมคาประมาณ 5.5V ซงเปนจรงตามเงอนไขทออกแบบไว

79

รปท 3.38 ผลการจาลองวงจรจากดกระแสโดยใชโปรแกรม microSim

3.3 การออกแบบวงจรบสตคอนเวอรเตอร

เนองจากวงจรชารจแบตเตอร จะทาการชารจเมอแรงดนของมอเตอรมากกวา 13.5V ซงหมายความวา เมอปนจกรยานนอยกวา 13.5V จกรยานจะไมมการชารจเกดขน ทาใหสญเสยพลงงานไปเปลา ดงนน จงแกปญหานโดยการเพมวงจรบสตคอนเวอรเตอรขนมา โดยทาหนาทแปลงแรงดนตา ใหเปนแรงดนสง วงจร Step up converter หรอเรยกอกอยางหนงวา Boost converter ทาหนาทเพมแรงดนใหเหมาะสมกบการใชงาน ทางานแบบสวตชงโดยจายสญญาณพลสมาควบคมการสวตช

รปท 3.39 วงจรบสตคอนเวอรเตอร

80

กาหนดแรงดนเขาและออก คานวณหาคาดวตไซเคล กาหนดใหเรมทางานตาสดทแหลงจายมแรงดน 5V แรงดนขาออกจะมคา 13.5V

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−=

DVV so 1

1

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−=

D1155.13

63.0=D

คานวณหาคาความถสวตชง กาหนดคาตวเหนยวนา L = 800uH ( )

fDRDL

21 2−

=

( )L

DRDf2

1 2−=

( )μ8002

25.063.063.01 2

××−

=f

kHzf 347.1=

เลอกคาตวเกบประจ โดยใหคา Ripple Vr = 1%

RfVDV

Cr

o=

13472501.0 ××=C

FC

63.0

μ1870=

การออกแบบวงจรกาเนดสญญาณพลส ใช IC555 ในการกาเนดสญญาณพลส ความถ 1.347kHz โดยเลอกคาดงน

กาหนด VR=5K , f = 1347 Hz, Vcc12 = 5V หาคา R1

( ) 11693.01

CVRRf

+=

kn

R 51347100693.0

11 −

××=

7.7121 =R R1 เลอกคามาตรฐาน 700 Ohm

81

รปท 3.40 วงจร 555 กาเนดสญญาณพลส

การปรบดวตไซเคลทาไดโดยปรบ VR จาก % - 100% เลอกปรบท 63% ดไดจากการใชออสซลโลสโคปวด

.4 กา

วงจรสวตชสลบการทางาน ทาหนาทเปลยนการเชอมตอ ระหวางมอเตอรกบวงจรขบ (Driver) และ

มอเตอรกบวงจรชารจแบตเตอร (Charger) ดรปท .1 ในแผนภาพคอสวนทเปน Switch

รปท 3.41 แนวคดการเบรกแลวชารจคนพลงงานไฟฟา

ปท 3.41 แสดงแนวคดการเบรกแลวคนพลงงานไฟฟา โดยอาศยสมบตของมอเตอร ทเปนไดทงเครองกลไฟฟา และแหลงกาเนดไฟฟา โดยชวงทเปนจกรยานไฟฟา มอเตอรทาหนาทเปนเครองกลไฟฟา ขบเคลอนจกรยานโดยการจายไฟจากแบตเตอร เมอตองการลดความเรวหรอหยดจกรยาน โดยผขบขจะกาเบรกมอ สวตชกจะทางาน จะตดการจายไฟฟาของแบตเตอรออก และสบเปลยนไปยงวงจร

0

3 รออกแบบวงจรสวตชสลบการทางาน

3

จายไฟ รถวง

ระยะเบรกเปนระยะท Motor ทาหนาทเปน Generator ขบเคลอนไดโดยอาศยแรงเฉอย

ชวงเรมเบรก ตดการจายไฟฟา รถหยด

ร

82

ชารจแบตเตอร ในชวงนมอเตอรจะเปนเครองกาเนดไฟฟา สามารถนาพลงงานไฟฟาทไดในสวนน จายคนใหกบแบตเตอรได

รปท 3.42 แสดงถงวงจรทไดออกแบบ วงจรประกอบดวยรเลยสองหนาสมผส ขนาด 12V ใชไฟเลยงจากแบตเตอร ทรานซสเตอร Q1 ท ตช U2 U

รปท 3.42 วงจรสวตชสลบการทางาน

างานเปนสวตช ควบคมโดยสว 3 และ U4

รปท 3.43 การตอลมตสวตชเขากบเบรกมอ

83

U2 และ U3 กจะปด เปนผลใหทรานซสเตอร Q1 นากระแส รเลย U1 ทางาน รเลยวงจรปกตนนเชอมตอระหวางมอเตอรกบวงจรขบ เมอรเลยทางาน ทาใหสบเปลยนไปเปนการเชอมตอระหวางมอเตอรกบวงจรชารจแบตเตอร

U4 นนเปนสวตชปด-เปดแบบธรรมดา เปนสวตชทใชกดเลอกการปนแลวชารจ โดยไมตองอาศยการกดเบรกมอ

จากรปท 3.43 ไดตดลมตสวตชแบบปกตปดไวใตเบรก เมอสภาวะปกต วงจรชารจแบตเตอรจะยงไมทางาน หากมการกดเบรกจะทาการชารจแบตเตอรทางาน 3.5 การออกแบบวงจรแสดงผลแรงดนแบตเตอร การแสดงผลคาแรงดนแบตเตอร จะใหมการแสดงผลแบบตวเลข เพราะสามารถอานคาไดสะดวก ทาใหทราบคาแรงดนทแทจรง และสามารถพฒนาตอยอดได การแสดงผลแบบตวเลขนนเปนระบบดจตอล ซงตองอาศยไมโครคอนโทรลเลอรในการทางานและประมวลผลดงกลาว และจาเปนตองอาศยระบบแปลงสญญาณอนาลอกเปนดจตอล ซงรบเขามาคอสญญาณแรงดนของแบตเตอร และนาสญญาณดงกลาวมาวเคราะหและคานวณ จนไดผลลพธและแสดงผลตอไป การแสดงผลของแบตเตอรกาหนดใหแสดงแรงดนแทจรงของแบตเตอร แสดงอตราสวนแรงดนเปนเปอรเซนต ท 24V กา ะชารจประจของแบตเตอร

รปท 3.44 แผนผงวงจรแสดงผลโดยใชไมโครคอนโทรลเลอร

การทางานเบองตนแสดงไดดงรปท 3.44 ใชไมโครคอนโทรลเลอรเบอร 16F873 ซงเปนไมโครคอนโทรลเลอรม 28 ขา และม A/D Converter ในตว ใชไฟเลยง 5Vdc ใ าจอแสดงผล (Display) แบบ LCD ขนาด 16 ตวอกษร 2 บรรทด ไมโครคอนโทรลเลอรจะรบคาแรงดนของแบตเตอร 2 กอน กอนละ 12V ตออนกรมกน งดน Vcur (ดรปท 3.30)

หนดใหเปน 100% และ แสดงกระแสขณ

แรงดนแบตเตอร สขณะชารจ กระแ

A/D Converter Microcontroller Display

Power Supply

ชหน

และรบคากระแสขณะชารจ ซงจะเปนคาแร

84

เปนแรงดน

รคอนโทรลเลอร

อาทพท ทขา RB2-RB7 เนองจากจอ LCD ตอแบบ 4 bit ตองกาหนดเอาทพท 6

2. กาหนดขาอนพต กาหนดขา RA2 เปนขาทรบสญญาณของแรงดนของแบตเตอร ขาRA1 เปนตเตอร

3. เมอรบคาแรงดนผานขา RA1 และ RA2 จะไดคาเปนจานวนเตมทเปลยนแปลงตามคาแรงดน

ทเกดจากกระแสไหลผานตวตานทาน 1 โอหม โดยจะนามาคานวณโดยการเขยนโปรแกรมใสไมโครคอนโทรลเลอรดงกลาว และนาไปตอกบหนาจอ LCD เพอแสดงผลออกมา ขนตอนการทางานของโปรแกรมทใชควบคมไมโค

1. กาหนดขาเขา และ กาหนดขาเอาทพททขา RC0 เปนไฟเตอนแบตเตอรหมด ขา RC1 เปนสญญาณเตอนผานลาโพง

ขาทรบสญญาณของกระแสจากการชารจแบ

นนๆ นาเอาคาจานวนเตมนนมาปรบปรงและเทยบใหตรงกบคาจรง โดยคณดวยจานวนๆ หนง เพอใหไดคาแรงดน และเปอรเซนตทถกตอง

4. แสดงผลแรงดนเปนคาจรง และเปนเปอรเซนตโดยเทยบจากคาตาสดและสงสด 5. วนรอบและหนวงเวลาการทางานของการรบคาและแสดงผล เพราะขอมลตองมการปรบปรง

อยตลอดเวลา โดยใชคาสง while ในการเขยนโปรแกรม

รปท 3.45 การจาลองวงจรแสดงผลในโปรแกรม Proteus

85

รบคา Input แรงดนแบตเตอร

Delay 40 ms

และคากระแสชารจแบตเตอร

คานวณคาแรงดนแบตเตอร และคากระแสชารจแบตเตอร

แสดงผล

กาหนด Output ของจอ LCD เปนขา RB0 - RB7

กาหนด Input เปนขา RA1 – RA2

รปท 3.46 โฟลวชารตการทางานของโปรแกรม การเขยนโปรแกรมดงกลาวใชภาษาซเขยน และใชโปรแกรม MikroC เปนโปรแกรม

คอมไพเลอร ซอสโคดของโปรแกรมดไดจากภาคผนวก ข

3.6 การออกแบบตวรถจกรยานไฟฟา

การประกอบตวถงรถจกรยานไฟฟา เรมจากการหาจกรยานตามขอบเขตของโครงงานฯ ไดรบบรจาคจกรยานแมบานเกา ขนาดเสนผานศนยกลางลอ 24 นว ไมมเกยรทด และม 1 ทนง เหตทตองใชจกรยานเกาเปนเพราะตองการนาจกรยานเกานามาใชใหเกดประโยชน โดยนามาขดสนมและรบปรงเพมเตม

ป

86

รปท 3.47 จกรยานทใชในโครงงาน

นาจกรยานมาปะยาง ซอมเบรก พรอมกบปรบปรงสวนทบกพรอง ลางและทาสใหม หาซอมอเตอรขนาด 250W 24Vอตราทดรอบ 1:6 4125RPM (รายละเอยดของมอเตอรดได

จากภาคผนวก)

รปท 3.48 มอเตอรขนาด 250W 24V อตราทดรอบ 1:6 4125RPM

รปท 3.49 แสดงการนามอเตอรมาประกอบกบเฟองและโซทเชอมตดกบลอจกรยาน โดยใชเฟองตาย 2 ดาน (หมายเลข 1) เพอใหขบเคลอนไดสองทาง โดยตดไวดานตรงขามกบจานปน สวนดานจานปนนน ยงคงเปนเฟองฟร 1 ดาน (หมายเลข 2) เหมอนของเดม

87

รปท 3.49 แสดงการตดมอเตอรเขากบจกรยาน

3.7 การประกอบอปกรณและวงจรทงหมดในรถจกรยาน

รปท 3.50 แสดงแผนภาพการประกอบวงจรทงหมดไวดวยกน ไดแก วงจรขบมอเตอร (Driver) วงจรชารจแบตเตอร (Charger) วงจรบสตคอนเวอรเตอร (Boost Converter) วงจรสวตช (Switch) วงจรแสดงผล (Display) จอ LCD มอเตอร (Motor) และ แบตเตอร (Battery) และสวตชตางๆ ไดแก Sw. Charge คอ สวตชเปดการทางานของการชารจ Sw. Left Brake และ Sw. Left Brake คอสวตชทตดกบเบรกมอซายและขวาตามลาดบ Sw. On Spin คอสวตชทเปดการปนแลวชารจ Sw. Power คอสวตชทเปดการทางานของระบบทงหมด Sw. Light คอสวตชเปดไฟแสงสวางทจอ LCD สวนหลอด LED แสดงผลไดแก LED1 Charging แสดงสถานะการชารจแบตเตอร LED2 Over Current แสดงสถานะกระแสเกน LED3 Power On แสดงความพรอมทจะเรมทางาน LED4 Charging On/Brake แสดงความพรอมทจะทางานใ ชอมกนไวดงรปท 3.50 และนาไปประกอบลงในตวรถจกรยาน แลวทดสอบการทางานทงหมดในขนสดทาย

นการเบรกแลวคนพลงงาน วงจรและอปกรณในสวนตางๆ จะถกตอเ

88

รปท 3.50 แผนภาพการประกอบวงจรทงหมดไวดวยกน

บทท 4

ผลการทดสอบ 4.1 การทดสอบการขบเคลอนมอเตอรรถจกรยานไฟฟา การทดสอบเรมตนจากการทดสอบวงจรกาเนดสญญาณ PWM (รปวงจรดจากรปท 3.7) โดยทดลองใน Proto board และวดรปสญญาณออกโดยออสซลโลสโคป จากนน นาวงจรกาเนดสญญาณ PWM ดงกลาว มาตอกบวงจรขบมอเตอรทมมอสเฟตเปนตวขบ หลงจากนน นาวงจรมาประกอบลงจกรยาน แลวทาการทดสอบโดยไมมผขบข และมผขบข

รปท 4.1 การทดสอบวงจรกาเนดสญญาณ PWM

รปท 4.2 แสดงการทดสอบโดยการวดรปสญญาณออกโดยออสซลโลสโคป เรมจากคนเรงทยงไมไดบด (รปท 4.2 ก) จะได Duty Cycle ท 0% แลวเรมบดคนเรงชาๆ Duty Cycle จะเพมตามการบดคนเรง รปท 4.2 ข และ ค แสดงการบดคนเรงจนได Duty Cycle ท 30% และ 70% ตามลาดบ และรปท 4.2 ง เมอบดคนเรงจนสด จะได Duty Cycle ท 100%

90

30% Duty Cycle (ข) บดคนเรงท

0% Duty Cycle (ก) คนเรงกอนบด

(ค) บดคนเรงท 70% Duty Cycle

(ง) บดคนเรงสด 100% Duty Cycle

รปท 4.2 การทดสอบวงจรกาเนดสญญาณ PWM โดยใชออสซลโลสโคป

รปท 4.3 การประกอบวงจรขบมอเตอรลงใน PCB

91

รปท 4.4 จกรยานไฟฟาทประกอบดวยวงจรขบมอเตอร

รปท 4.5 ผทดสอบนาหนก 55 กโลกรม

92

รปท 4.6 ผทดสอบนาหนก 71.5 กโลกรม

4.1.1 การทดสอบโดยไมมผขบข จากการทดสอบการขบเคลอนโดยไมมผขบข กระแสทใชขบมอเตอรสงสดคอประมาณ 1.7A วดทความเรวคงท ตารางท 4.1 การวดกระแสไหลเขามอเตอรเทยบกบ Duty Cycle ของสญญาณ PWM

กระแสเขามอเตอร (A) Duty Cycle (%)

ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 เฉลย 0 0.00 0.00 0.00 0.00 10 0.00 0.00 0.00 0.00 20 0.00 0.00 0.00 0.00 30 0.00 0.02 0.09 0.04 40 0.80 0.90 0.75 0.82 50 1.38 1.36 1.40 1.38 60 1.62 1.60 1.60 1.61 70 1.73 1.70 1.69 1.71 80 1.73 1.70 1.70 1.71 90 1.67 1.70 1.70 1.69 100 1.67 1.74 1.70 1.70

93

รปท 4.7 กราฟแสดง Duty Cycle และกระแสเขามอเตอรเมอไมมผขบข

4.1.2 การทดสอบโดยมผขบข 1) ผขบขนาหนก 71.5 กโลกรม

ตารางท 4.2 การวด Duty Cycle ของสญญาณ PWM เทยบกบความเรวรถ ผขบขนาหนก 71.5 กโลกรม

เวลา (s) Duty Cycle (%)

ความเรว m/s ครงท 1 ครงท 2 ครงท3 เฉลย

ความเรว km/h

0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 20 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 30 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 40 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 50 9.97 10.21 9.08 9.75 1.57 5.56 60 3.47 4.54 3.61 3.87 3.95 14.22 70 2.80 2.56 2.63 2.66 5.74 20.66 80 2.55 2.53 2.63 2.57 5.95 21.42 90 2.54 2.48 2.46 2.49 6.14 21.10 100 2.43 2.51 2.48 2.47 6.19 22.28

94

ตารางท 4.3 การวดกระแสไหลเขามอเตอรเทยบกบ Duty Cycle ของสญญาณ PWM ผขบขนาหนก 71.5 กโลกรม

กระแสเขามอเตอร (A) Duty Cycle (%)

ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 เฉลย 0 0.00 0.00 0.00 0.00 10 0.00 0.00 0.00 0.00 20 0.00 0.00 0.00 0.00 30 0.22 0.22 0.15 0.20 40 1.28 1.60 1.40 1.43 50 3.45 3.30 2.23 2.99 60 4.02 3.90 3.80 3.91 70 6.80 5.80 5.20 5.93 80 7.02 5.90 5.60 6.17 90 6.90 6.30 5.90 6.37 100 6.80 5.40 6.10 6.10

หมายเหต ตารางท 4.1 และ 4.3 วดกระแสโดยใชแอมมเตอรตออนกรมกบมอเตอร ตารางท 4.2 วด

ความเรวโดยการจบเวลาขณะทจกรยานวงผานระยะทาง 15.3 เมตร

รปท 4.8 กราฟแสดง Duty Cycle และกระแสมอเตอรเมอมผขบขนาหนก 71.5 กโลกรม

95

รปท 4.9 กราฟแสดงความเรวและ Duty Cycle เมอมผขบขนาหนก 71.5 กโลกรม

จากรปท 4.8 จะเหนวา ดวตไซเคลเพมขนจนถง 100% และกระแสจะลดลงกวาเดม แสดงวา ชวงดวตไซเคล 80% - 90% วดกระแสขณะทมอเตอรมความเรงอย ความเรวยงไมคงท กระแสจงมาก และเมอดวตไซเคลประมาณ 100% ความเรวสงสดประมาณ 22.28 km/h วดกระแสขณะความเรวคงท กระแสทวดไดจงลดลงกวาเดม กระแสเฉลยมากทสด ทความเรวสงสดคอประมาณ 6.1A แสดงวาถารถวงดวยความเรวคงทสงสด 22.28 km/h ผขบขหนก 71.5kg จะใชพลงงานของแบตเตอร 7.5Ah ไดนานประมาณ 1.25 ชวโมง

2) ผขบขนาหนก 55 กโลกรม รปท 4.10 เมอมผขบขนาหนก 55 กโลกรม จะเหนวา ดวตไซเคลเพมขนจนถง 100% และ

กระแสจะลดลงกวาเดม แสดงวา ชวงดวตไซเคล 60% - 90% วดกระแสขณะทมอเตอรมความเรงอย และความเรวยงไมคงท กระแสจงมาก และเมอดวตไซเคลประมาณ 100% ความเรวสงสดประมาณ 24.59 km/h วดกระแสขณะความเรวคงท กระแสทวดไดจงลดลงกวาเดม กระแสเฉลยมากทสด ทความเรวสงสดคอประมาณ 5.62A แสดงวาถารถวงดวยความเรวคงทสงสด 24.28 km/h ผขบขหนก 55kg จะใชพลงงานของแบตเตอร 7.5Ah ไดนานประมาณ 1.33 ชวโมง

96

ตารางท 4.4 การวดกระแสไหลเขามอเตอรเทยบกบ Duty Cycle ของสญญาณ PWM ผขบขนาหนก 55 กโลกรม

กระแสเขามอเตอร (A)

Duty Cycle (%) ครงท1 ครงท1 ครงท1 เฉลย 0 0.00 0.00 0.00 0.00 10 0.00 0.00 0.00 0.00 20 0.00 0.00 0.00 0.00 30 0.24 0.47 0.18 0.30 40 1.94 2.07 1.97 1.99 50 2.83 3.30 2.68 2.94 60 3.52 6.70 4.11 4.78 70 6.20 6.24 5.90 6.11 80 6.13 5.80 6.02 5.98 90 4.94 5.90 6.13 5.66 100 5.04 5.83 5.98 5.62

ตารางท 4.5 การวดความเรวเขามอเตอรเทยบกบ Duty Cycle ของสญญาณ PWM ผขบขนาหนก 55 กโลกรม

เวลา (s) Duty Cycle

(%) ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 เฉลย ความเรว

m/s ความเรว

km/h 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 20 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 30 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 40 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 50 5.37 5.13 4.85 5.12 2.98 10.76 60 3.10 3.47 3.04 3.20 4.77 17.20 70 2.84 2.88 2.75 2.82 5.41 19.51 80 2.54 2.59 2.64 2.59 5.90 21.27 90 2.38 2.43 2.41 2.41 6.36 22.90 100 2.25 2.22 2.25 2.24 6.83 24.59

97

หมายเหต ตารางท 4.4 วดกระแสโดยใชแอมมเตอรตออนกรมกบมอเตอร ตารางท 4.5 วดความเรวโดยการจบเวลาขณะทจกรยานวงผานระยะทาง 15.3 เมตร

รปท 4.10 กราฟแสดงกระแสและ Duty Cycle เมอมผขบขนาหนก 55 กโลกรม

รปท 4.11 กราฟแสดงความเรวและ Duty Cycle เมอมผขบขนาหนก 55 กโลกรม

จากการทดสอบจกรยานโดยมผขบขนาหนก 55Kg และ 71.5Kg ท Duty Cycle เดยวกน รถจกรยานจะวงดวยความเรวสงสดตางกน กระแสไหลเขามอเตอรกตางกนดวย ผขบขนาหนกมาก กระแสทใชขบมอเตอรกมากตาม แตความเรวจะไดนอยกวาผขบขนาหนกนอย ความเรวของจกรยานไฟฟาแปรผกผนกบนาหนกของผขบข และกระแสทใชขบมอเตอรแปรผนตามนาหนกของผขบข ในชวงเวลาเรมวงของจกรยาน จะมความเรง มอเตอรจะมแรงบดสง กระแสของมอเตอรจะสง

98

รปท 4.12 กราฟเปรยบเทยบความเรวและ Duty Cycle เมอผขบขนาหนก 71.5 และ 55 กโลกรม

รปท 4.13 กราฟเปรยบเทยบกระแสและ Duty Cycle เมอผขบขนาหนก 71.5 และ 55 กโลกรม

99

4.2 การทดสอบการชารจแบตเตอร

รปท 4.14 ทดลองตออปกรณตามวงจรทออกแบบไวลง Proto Board

รป 4.15 ลงอปกรณตางๆ บนแผนปรนท การทดสอบเรมจากทดสอบวงจรควบคมการชารจแบตเตอร โดยตอลง Proto Board แลวจายแรงดนจากแหลงจาย Power Supply (ดรปท 4.14) จากนนนาจกรยานมาตอและทดลองโดยการปนอย

100

รปท 4.16 วงจรชารจแบตเตอร

จากรปท 4.16 แสดงวงจรชารจแบตเตอร ขวตอ OVER CURRENT, CURRENT DETECTOR, CHARGING คอ ขวตอหลอด LED แสดงกระแสเกน, ขวตอไปยงไมโครคอนโทรลเลอรเพอแสดงกระแส, และ ขวตอหลอด LED แสดงสถานะกาลงชารจ ตามลาดบ สาหรบ VRcurrent, VRmotor, VRbatt เปนตวตานทานปรบคาได R26 R2 และ R3 ตามลาดบ (ดรปท 3.23) สวน IN และ OUT คอ แรงดนเขาวงจรชารจแบตเตอร และ แรงดนออกเพอชารจใหกบแบตเตอร ตามลาดบ

รปท 4.17 แสดงวงจรบสตคอนเวอรเตอร IN คอขวตอกบมอเตอร โดยรบแรงดนทไดจากมอเตอรขณะททางานเปนเจนเนอเรเตอร OUT คอ ขวตอไปยง IN ของวงจรชารจแบตเตอร (ดรปท 4.16) Voltage คอขวทวดแรงดนออกจากวงจรบสตคอนเวอรเตอร และ Vpulse คอ ขวทรบสญญาณพลส (Pulse) จากวงจรกาเนดสญญาณพลส (ดรปท 4.18)

รปท 4.18 เปนวงจรกาเนดสญญาณพลส ทจะนามาควบคมวงจรบสตคอนเวอรเตอร Vpluse เปนขวทจายสญญาณพลสใหกบวงจรบสตคอนเวอรเตอร (ดรปท 4.17) และ Vmotor เปนขวตอไฟเลยงทไดจากมอเตอรขณะทางานเปนเจนเนอเรเตอร

101

รปท 4.17 วงจรบสตคอนเวอรเตอร

รปท 4.18 วงจรกาเนดสญญาณพลส

การทดสอบการชารจแบตเตอร จะตอวงจรชารจแบตเตอรและวงจรบสตคอนเวอรเตอรเขาดวยกน จายไฟเขาวงจรบสตคอนเวอรเตอรโดยการปนจกรยาน เพอใหมอเตอรทางานเปนเจนเนอเรเตอรกาเนดไฟฟา โดยทาการปนอยกบท (ดรปท 4.19) และวดคาแรงดนทออกจากมอเตอร แรงดนทออกจากวงจรบสตคอนเวอรเตอร และกระแสทไหลเขาแบตเตอร เพอดประสทธภาพการทางานของวงจรบสตคอนเวอรเตอร จากนนกจะทดลองโดยการปนแบบเคลอนท (ดรปท 4.24) แลววดคากระแสทไหลเขาแบตเตอร เพอดประสทธภาพการทางานของการชารจแบตเตอรในขณะปนจกรยานเคลอนท

102

รปท 4.19 ประกอบวงจร และทดสอบโดยการปนดวยเทา แบบอยกบท

รปท 4.20 เครองตรวจวดความเรวจกรยาน

4.2.1 การทดลองการชารจแบตเตอรดวยการปนดวยเทา 1) ทาการทดลองโดยการปนอยกบท

103

ตารางท 4.6 การทดสอบการชารจแบตเตอรดวยการปนดวยเทา แบบอยกบท

แรงดนออกมอเตอร (V)

แรงดนออกวงจรบสตฯ (V)

ความเรวเฉลย (km/h) กระแส (A)

0 0.00 0.00 0.00 1 1.30 1.00 0.00 2 2.60 2.10 0.00 3 3.70 3.20 0.00 4 4.20 13.00 0.02 5 5.50 13.10 0.06 6 6.25 13.70 0.29 7 6.80 14.20 0.59 8 7.25 14.40 0.95 9 8.15 15.00 1.31 10 9.20 16.10 1.74 11 9.40 16.30 1.90 12 10.25 16.15 2.30

รปท 4.21 กราฟแสดงแรงดนมอเตอรและความเรวเฉลย

104

รปท 4.22 กราฟแสดงแรงดนออกวงจรบสตคอนเวอรเตอรและความเรวเฉลย

รปท 4.23 กราฟแสดงกระแสทเขาแบตเตอรและความเรวเฉลย

จะเหนไดวา การทางานของวงจรจะเรมชารจทแรงดนออกวงจรบสตคอนเวอรเตอร มากกวา 13.5V และจะเรมชารจทความเรว ประมาณ 4 km/h โดยปกตทความเรว 4 km/h จะไดแรงดนจากมอเตอร ประมาณ 4.2V จะนาแรงดนนไปชารจแบตเตอรไมได แตเนองจากผานวงจรบสตคอนเวอรเตอร ทแปลงแรงดนใหเปน 13.5V ปอนเขาวงจรชารจแบตเตอร สามารถชารจแบตเตอรได จากการทดลองแสดงใหเหนวา วงจรบสตคอนเวอรเตอร สามารถเพมขดความสามารถของการชารจแบตเตอรได โดยปนชาๆ ทความเรวประมาณ 4 km/h กสามารถชารจแบตเตอรไดแลว

105

2) ทาการทดลองโดยปนเคลอนท และมผขบข (นาหนก 73 กโลกรม)

รปท 4.24 การทดสอบการชารจแบตเตอรโดยการปนดวยเทา แบบมผขบข

ตารางท 4.7 การทดสอบการชารจแบตเตอรโดยการปนดวยเทา แบบมผขบข

กระแส (A) ความเรวเฉลย (km/h)

ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 เฉลย 0 0.00 0.00 0.00 0.00 1 0.00 0.00 0.00 0.00 2 0.00 0.00 0.00 0.00 3 0.00 0.00 0.00 0.00 4 0.00 0.00 0.00 0.00 5 0.00 0.00 0.00 0.00 6 0.15 0.17 0.18 0.17 7 0.42 0.43 0.51 0.45 8 0.84 1.74 0.83 1.14 9 1.26 1.32 1.43 1.34 10 1.73 1.89 1.83 1.82 11 1.98 2.03 1.99 2.00 12 2.52 2.44 2.45 2.47

106

รปท 4.25 กราฟแสดงกระแสทเขาแบตเตอรและความเรวเฉลย เมอมผขบข

เมอปนจกรยานเคลอนทเพอชารจแบตเตอร การชารจจะเรมทางานทความเรวมากกวา 5 km/h และความเรวประมาณ 12 km/h หลอด LED D17 (ดรปท 3.23) ของวงจรชารจแบตเตอร จะเตอนวากระแสเกน ทาใหวงจรสงผานกระแสทเกนลงกราวด จากดกระแสเพอปองกนการเสอมสภาพของแบตเตอร

จากการชารจแบตเตอร โดยการปนจกรยานเคลอนท พบวา เมอปนทความเรว 5 ถง 7 กโลเมตรตอชวโมง จกรยานมความฝดไมมากหรอแทบไมมเลย แตเมอปนเรวขนตงแตประมาณ 7 กโลเมตรตอชวโมงเปนตนไป จกรยานกจะเรมฝดมากขนตามความเรวทเพมขน และตองใชแรงมากขนดวย และเมอมไฟเตอนวากระแสเกน จกรยานกจะหนดมากทสด แทบจะไมสามารถปนตอไปได

การหาเวลาทใชชารจแบตเตอรจนเตม ใชการคานวณ โดยคดจากแบตเตอรทถกชารจ 1 กอน ขนาด 12V จายกระแสตอเนองได 7.5A ได 1 ชวโมง ทาการชารจแบตเตอรแบบเดยวกนทหมดพลงงานแลว ถาชารจดวยกระแส 7.5A ตอเนอง ตองใชเวลา 1 ชวโมง จงจะเตม ในการคานวณจะชารจแบตเตอรดวยกระแสตางๆ ในชวงความเรวทตางกน แสดงไดในตารางท 4.8

107

ตารางท 4.8 แสดงความสมพนธของความเรวของการปนจกรยาน กระแสทได และเวลาทใชชารจ แบตเตอรจนเตม แบบมผขบข

ความเรวจากการปนจกรยาน (km/h)

กระแสทได (A) เวลาทใชชารจแบตเตอรจนเตม

(ชวโมง) 0 0.00 0.00 1 0.00 0.00 2 0.00 0.00 3 0.00 0.00 4 0.00 0.00 5 0.00 0.00 6 0.17 45.00 7 0.45 16.54 8 1.14 6.60 9 1.34 5.61 10 1.82 4.13 11 2.00 3.75 12 2.47 3.04

รปท 4.26 กราฟแสดงความสมพนธของความเรวของการปนจกรยาน และเวลาทใชชารจ แบตเตอรจนเตม แบบมผขบข

108

4.2.2 การทดลองการชารจแบตเตอรดวยการเบรกรถจกรยาน

การชารจแบตเตอรดวยการเบรกรถจกรยาน ใชวงจรชารจวงจรเดยวกนกบวงจรชารจแบตเตอรในหวขอท 3.2.2 มสวตชตดอยทเบรกมอซายและขวา และมวงจรรเลยเพอทาการสลบการทางานจากวงจรขบมอเตอรเปนวงจรชารจแบตเตอรโดยทนททนใด (ดหวหอท 3.4)

รปท 4.27 การตอ Limit Switch เขาสเบรกมอ

รปท 4.28 การทดลองใชการเบรกกบวงจรชารจแบตเตอร

109

การทดลองเรมจากการทดสอบวงจรทไดออกแบบไว โดยตออปกรณตางๆ เพอทดสอบใน Proto Board (ดรปท 4.28) เมอวงจรทางานไดถกตอง นาอปกรณตางๆ ประกอบลงแผนปรนทสาเรจรป (ดรปท 4.29)

รปท 4.29 วงจรรเลยทใชในการสลบการทางานระหวางวงจรขบมอเตอรและวงจรชารจ แบตเตอร

จากรปท 4.29 เปนวงจรรเลยทใชในการสลบการทางานระหวางวงจรขบมอเตอรและวงจรชารจ

แบตเตอร ทประกอบลงในแผนปรนท SW คอขวตอของลมตสวตชทตดอยในเบรกมอ, 12V คอไฟเลยงรเลย, Boost Converter คอขวสายไฟตอไปยงวงจรบสตคอนเวอรเตอร, Motor คอขวสายไฟตอไปยงมอเตอร และ Driver คอขวสายไฟตอไปยงวงจรขบมอเตอร

การทดสอบการชารจแบตเตอรดวยการเบรก ทดสอบโดยการขบขดวยความเรวตางๆ ทคงท แลวเรมกาเบรกมอ ลมตสวตชตดไวกบเบรกมอจะทางาน และมการสลบการทางานจากวงจรขบมอเตอรไปยงวงจรชารจแบตเตอร โดยไมมการเบรกทางกล แลวปลอยใหรถชะลอตวจนรถหยดนง จบเวลาและวดกระแสเรมตนทไดจากการชารจแบตเตอรขณะเรมเบรกจนกระทงไมมการชารจแบตเตอร ดสถานการณชารจไดจากการตดและดบของหลอด LED D16 (ดรปท 3.23)

110

ตารางท 4.9 การทดสอบการชารจดวยการเบรกแบบคนพลงงาน ความเรวเฉลย(km/h) กระแสเรมตน (A) เวลาขณะชารจ (วนาท) ระยะทใชในการเบรก (m)

0 0.00 0.00 0.00 1 0.00 0.00 0.00 2 0.00 0.00 0.00 3 0.00 0.00 0.00 4 0.00 0.00 0.00 5 0.00 0.00 0.00 6 0.54 6.15 10.10 7 0.64 7.12 12.50 8 0.93 7.68 15.00 9 1.27 8.27 16.20 10 1.63 8.31 16.30 11 1.72 8.52 17.50 12 2.09 8.94 18.00 13 2.25 8.97 21.30 14 2.36 9.12 22.50 15 2.52 9.52 22.70 16 2.60 9.83 25.00 17 2.62 9.98 25.50 18 2.65 10.21 25.80

111

รปท 4.30 กราฟแสดงความเรวและเวลาขณะชารจของการชารจดวยการเบรกแบบคนพลงงาน

รปท 4.31 กราฟแสดงความเรวและระยะทใชในการเบรกของการชารจดวยการเบรกแบบคนพลงงาน

จากรปท 4.30 แสดงวาจะมการเบรกแลวชารจแบตเตอรได จกรยานตองขบเคลอนดวยความเรวตงแต 5 km/h ขนไป เวลาทใชในการชะลอตวของรถกอนจะหยดนงจะขนอยกบความเรวทแลนกอนทจะเบรก แตเวลาจะเรมคงตวทความเรวประมาณ 12 -18 km/h เปนเพราะวาชวงเรมเบรกทความเรวน กระแสจะเกน และรถจะถกหนวงอยางมากในตอนเรมเบรก เพราะมการสงผานกระแสลงกราวด จนกระทงกระแสไมเกน การชารจแบตเตอรกดาเนนไปจนหยดในทสด

112

จากรปท 4.31 ระยะทางของการชะลอตวของรถจกรยานนน ขนกบความเรวของรถทแลนมาและเวลากอนทรถจะหยด แตการทดลองนไมไดใชเบรกทางกล แตใชการชะลอตวของรถ ขณะเคลอนทดวยความเรวตางๆ จนรถหยด แตการใชงานจรงๆ จะใชเบรกทางกลดวย จะทาใหเวลาในการชารจลดลง ปรมาณพลงงานทไดกจะลดลงดวย

รปท 4.32 กราฟแสดงความเรวและกระแสเรมตนของการชารจดวยการเบรกแบบคนพลงงาน

จากรปท 4.32 การชารจดวยการเบรกจะเรมทางานประมาณท 5 km/h เมอความเรวเพมขนเรอยๆ กระแสเรมตนจะเพมขน และมแนวโนมทจะเขาสสถานะคงตวทกระแสประมาณ 2.6 A เนองจากมการจากดกระแสในการชารจแบตเตอร การคานวณพลงงานทไดจากการเบรก จะคานวณจากการทดลองโดยอาศยตวแปรกระแสเรมตนและเวลาททาการชารจใหกบแบตเตอร โดยกระแสนนจะลดลงเปนเชงเสนจากกระแสมากสดขณะเรมชารจทวนาทท 0 และกระแสจะลดลงจนเปนศนย จากรปท 4.33 ปรมาณกระแสทชารจเขาแบตเตอรนนคอพนทใตกราฟของแตละชวงความเรว หรอมคาเทากบ คากระแสคณดวยเวลาแลวหารสอง จากการเปรยบเทยบน ทาใหสามารถประมาณพลงงานทไดจากการเบรกโดยการชะลอตวของรถ และคานวณไดดงตารางท 4.10

113

ความเรว(km/h)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 2 4 6 8 10 12

เวลา(วนาท)

กระแส

(A)

6789101112131415161718

รปท 4.33 กราฟแสดงกระแสทลดลงเปนเชงเสนและเวลาทไดจากการเบรกคนพลงงาน

ตารางท 4.10 เปนตารางแสดงความสมพนธของความเรวเฉลย กระแสเรมตน เวลาขณะชารจ ปรมาณกระแสทได และ จานวนครงของการเบรกแลวชารจจนกวาแบตเตอรเตม โดยปรมาณกระแสโดยเฉลย คานวณจากพนทใตกราฟทความเรวตางๆ ของรปท 4.33 สวนจานวนครงของการเบรกแลวชารจจนกวาแบตเตอรเตมนน คานวณไดโดยคดจากแบตเตอรทถกชารจ 1 กอน ขนาด 12V จายกระแสตอเนองได 7.5A ได 1 ชวโมง ทาการชารจแบตเตอรแบบเดยวกนนทหมดพลงงานแลว ถาชารจดวยกระแส 7.5A ตอเนอง ตองใชเวลา 1 ชวโมง จงจะเตม ในการคานวณจะชารจแบตเตอรดวยปรมาณกระแสเฉลย ทความเรวตางๆ ตงแต 6 km/h ขนไป แสดงไดในตารางท 4.10

114

ตารางท 4.10 แสดงความสมพนธของความเรวเฉลย กระแสเรมตน เวลาขณะชารจ ปรมาณกระแสทได และ จานวนครงของการเบรกแลวชารจจนกวาแบตเตอรเตม

ความเรวเฉลย(km/h)

กระแสเรมตน (A)

เวลาขณะชารจ

(วนาท)

ปรมาณกระแสโดยเฉลย (A/h)

จานวนครงของการเบรกแลวชารจจนกวาแบตเตอรเตม

0 0.00 0.00 0.000000 0.00 1 0.00 0.00 0.000000 0.00 2 0.00 0.00 0.000000 0.00 3 0.00 0.00 0.000000 0.00 4 0.00 0.00 0.000000 0.00 5 0.00 0.00 0.000000 0.00 6 0.54 6.15 0.000461 16260.16 7 0.64 7.12 0.000633 11850.42 8 0.93 7.68 0.000992 7560.48 9 1.27 8.27 0.001459 5141.44 10 1.63 8.31 0.001881 3986.62 11 1.72 8.52 0.002035 3684.90 12 2.09 8.94 0.002595 2890.08 13 2.25 8.97 0.002803 2675.59 14 2.36 9.12 0.002989 2508.92 15 2.52 9.52 0.003332 2250.90 16 2.6 9.83 0.003550 2112.84 17 2.62 9.98 0.003632 2065.20 18 2.65 10.21 0.003758 1995.82

4.3 การทดสอบวงจรแสดงผลแรงดนของแบตเตอร 4.3.1 การจาลองวงจรและทดสอบ การแสดงผลบนจอ LCD ใช PIC16F873 เปนไมโครคอนโทรลเลอรชนด 8 บต ม 28 ขา CMOS FLASH และม A/D ในตว ทดสอบโดยจาลองวงจรโดยใชโปรแกรม Proteus ดรปท 4.34 ซงแสดงคาแรงดน คาพลงงานแบตเตอร และคากระแสขณะชารจแบตเตอร

115

โปรแกรมทใชเขยนภาษาซ คอโปรแกรม MikroC เปนคอมไพลเลอรทมฟงกชนในการทางานมาก และใชงานงาย (ดในภาคผนวก)

รปท 4.34 การทดสอบวงจรแสดงผลดวยโปรแกรม Proteus

ผลการทดสอบ การจาลองการทางานโดยโปรแกรม Proteus ไดแสดงผลออกมาเปนตวเลข สามารถปรบ RV2 และ RV3 เสมอนการเพมหรอลดระดบของแรงดนแบตเตอร และปรบ RV5 เสมอนปรบแรงดนทนามาประมวลผลเปนคากระแส Vcur (ดรปท 3.30) แรงดนสองอยางน เปนสญญาณอนาลอก นาสญญาณดงกลาวมาแปลงจากอนาลอกเปนดจตอล โดยตวแปลงสญญาณนอยในตวไมโครคอนโทรลเลอร การจายไฟเลยง +5VDC ของไมโครคอนโทรลเลอร จะรบแรงดนของแบตเตอร 12V นามาแปลงใหเหลอ +5V โดยใชไอซเรกเรเตอร 7805 แลวจายใหกบกบไมโครคอนโทรลเลอร

สวนการแสดงผลนน ใชจอ LDC ขนาด 16 ตวอกษร 2 แถว มไฟแสงสวางในตว ผลการทดลอง เม อน า โคดโปรแกรมท เขยนถกตอง มาใชควบคมการทางานของ

ไมโครคอนโทรลเลอร ไมโครคอนโทรลเลอรกทางานไดไมมขอผดพลาด

116

4.3.2 การตออปกรณจรงและทดสอบ เปนการทดสอบโดยการตออปกรณตางๆ ในโปรโตบอรด เมอทางานไดเหมอนกบการจาลอง

วงจร จงประกอบลงในแผนปรนทสาเรจรป จากนนนามาทดสอบอกครงหนง เมอทางานไดดงเดม จงประกอบลงกลองและตดเขาในจกรยาน ใชเปนหนาปดแสดงผลของจกรยาน

รปท 4.35 การตออปกรณจรงลง Proto Board เพอทาการทดสอบวงจร

รปท 4.36 การทดสอบวงจรเมอลงอปกรณบนแผนปรนทเสรจแลว

117

รปท 4.37 วงจรแสดงผลประกอบใสกลอง เพอทาเปนหนาปดแสดงผลจกรยานไฟฟา

รปท 4.38 หนาปดแสดงผลของจกรยานไฟฟา

118

จากรปท 4.38 เปนหนาปดแสดงผลของจกรยานไฟฟา แสดงแรงดนของแบตเตอร เปนคาเปอรเซนตและแรงดนจรง และแสดงคากระแสทชารจแบตเตอร Over Current คอสญญาณไฟแสดงขณะทกระแสเกน เปนหลอด LED สเขยว D17 (ดรปท 3.23), Charging คอสญญาณไฟแสดงขณะทมการชารจ เปนหลอด LED สแดง D16 (ดรปท 3.23), ปม Light เปนสวตชปดเปดไฟของจอ LCD, Power On คอสญญาณไฟแสดงสถานะพรอมทจะทางาน, Charging On/Brake คอสญญาณไฟแสดงการเปดหรอปดการชารจแบตเตอร และการเบรก, ปม Display เปนปมเปดการทางานของจอ LCD, ปม Charge เปนปมเปดการทางานของการชารจแบตเตอร และปม On Spin เปนปมทปดการขบมอเตอรแลวเปดการชารจแบตเตอรโดยการปน สวนวธการใชงานจกรยานดไดจากภาคผนวก ค

บทท 5

สรปผลการทดลองและขอเสนอแนะ 5.1 สรปผลการทดลอง โครงงานทางวศวกรรมไฟฟาน สามารถทาใหการใชพลงงานไฟฟาในจกรยานไฟฟามประสทธภาพขน โดยนาเอาพลงงานไฟฟาทไดจากการปนดวยเทา และพลงงานไฟฟาจากการไหลของจกรยาน เมอมการเบรกหรอการชะลอความเรวของรถจกรยาน โดยอาศยกาลงจากแรงเฉอยของรถจกรยานและผขบข กลบคนเขาสแบตเตอร ซงอาศยหลกการของมอเตอร ทสามารถทางานเปนเครองจกรกลไฟฟาและแหลงกาเนดไฟฟาได

การออกแบบวงจรขบมอเตอรสาหรบขบเคลอนมอเตอรของจกรยานไฟฟา ใชการขบมอเตอรแบบสวตชง ใชมอสเฟตเปนอปกรณในการขบมอเตอร ใชการสวตชงควบคมโดยสญญาณ PWM ซงควบคมดวตไซเคล (Duty Cycle) โดยคนเรงไฟฟาชนด Hall Effect วงจรขบมอเตอรใช ออปแอมป เปนตวกาเนดสญญาณ PWM สาหรบวงจรชารจแบตเตอรนน เปนวงจรตรวจสอบเงอนไขแรงดนจากมอเตอรขณะทางานเปนแหลงกาเนดไฟฟาจากการปนจกรยานดวยเทาเพอหมนมอเตอร โดยจะสามารถชารจได ตองปนมอเตอรใหมแรงดนมากกวา 13.5V ซงเปนการปนดวยความเรวประมาณ 14 km/h และมวงจรจากดและรกษาระดบกระแสจากการชารจ เพอมใหมการอดประจเกนขอบเขตจากขอกาหนดของแบตเตอร ซงจะทาใหแบตเตอรเสอมสภาพเรว นอกจากนยงมวงจรบสตคอนเวอรเตอร ซงทาหนาทแปลงแรงดนกระแสตรง ขนจากแรงดนตาๆ ซงทาใหไมตองปนจกรยานดวยความเรวมาก เพอชารจแบตเตอร โดยปนทความเรวนอยกวาเดม ท ประมาณ 6 km/h กสามารถชารจประจได และยงมสวนแสดงผล ซงแสดงกระแสทชารจแบตเตอร แรงดนของแบตเตอรในขณะนน และรอยละของพลงงานแบตเตอร

สวนการเบรกแบบพลงงานกลบคนนน จะเปนการกลบคนพลงงานโดยใชวงจรชารจแบตเตอรทออกแบบไว มสวตชสลบการทางานระหวางวงจรขบมอเตอรกบวงจรชารจแบตเตอร การเบรกแบบพลงงานกลบคน จะใชไดกตอเมอผขบขเรมกาเบรกมอเมอจะหยดรถ ลดความเรว ลงเนน ลงสะพาน หรอขณะทจะเลยวโคง จากการศกษาและทดลองพบวา พลงงานทไดจากการชารจแบตเตอร จะมากนอยขนอยกบเวลาขณะชารจ และกระแสทใชในการชารจแบตเตอร จากการทดลองการชารจแบตเตอรดวยการปนดวยเทา จะไดปรมาณพลงงานมากวาการชารจแบตเตอรโดยใชการเบรก เพราะวาการปนดวยเทาสามารถปนไดอยางตอเนอง และสามารถกาหนดความเรวในการปนได สวนการเบรกเปนการชารจในชวงเวลาสนๆ กระแสจะสงเมอเรมเบรก เมอความเรวรถลดลง กระแสกจะลดลงดวย ถอวาการเบรกไดพลงงานกลบคนนอยมาก ทงนขนอยทสภาพถนนทใชขบขดวย

120

การชารจแบตเตอรจากการปนดวยเทา สามารถชารจไดโดยปนจกรยานทความเรว 6 km/h ขนไป เมอถงความเรว 12 km/h กระแสจะเรมเกนขอบเขตทตงไว เมอวงจรรกษาระดบกระแสทางาน จะรสกวาการปนนนหนดขน เพราะมการแบงกระแสลงกราวด ดงนน ชวงความเรวทเหมาะสมในการปนคอ 6 -12 km/h สวนการเบรกนน เมอรถจกรยานแลนมาดวยความเรวมากกวา 12 km/h เมอทาการเบรกเพอชารจแบตเตอร จะรสกวามการหนวงใหหยดอยางรวดเรว เพราะวงจรรกษาระดบกระแสทางานโดยการแบงกระแสลงกราวด เมอมกระแสเกนขอบเขตทตงไว จากนนความหนวงและความเรวกจะคอยๆ ลดนอยลง จนวงจรชารจแบตเตอรไมทางาน และจกรยานกหยดนงในทสด 5.2 ขอเสนอแนะ 1 ควรทจะไมมเสยงดงทเกดจากการขบมอเตอร เพราะฉะนนควรปรบปรงความถของการสวตชงซงจะทาใหลดเสยงดงจากมอเตอร 2 กระแสเรมเดนของมอเตอรสงมาก เพราะฉะนน ลายวงจรหรอสายไฟตองใหญเพยงพอทจะรองรบกระแสได 3 วงจรชารจแบตเตอร ควรจะชารจจากการปนดวยเทาไดตงแตความเรวมากกวา 0 km/h หรอตงแตความเรวจากจดหยดนงขนไป เพราะจะทาใหจกรยานไฟฟามประสทธภาพยงขน 4 จกรยานควรมระบบทดเกยร เพราะจะทาใหไดความเรวเพมขน 5 มอสเฟตกาลง และไดโอดกาลง ตองมการการระบายความรอนทเพยงพอ เพราะอณหภมมผลตอการนากระแสของอปกรณดงกลาว 6 ควรใชมอเตอรชนดทกนนาได 7 พฒนาระบบควบคมและแรงบดในการ ขบเคลอนของมอเตอร ไดอยางเหมาะสมกบความเรว และภาระในการขบเคลอนนน ๆ 8 พฒนาระบบควบคมและจดการพลงงานกลบคนขณะทาการเบรก ชะลอตว หรอลงเนน มาทาการประจแบตเตอรไดอยางเหมาะสม 9 ปรบปรงโครงรถใหมนาหนกเบา และปรบแตงจดศนยถวงใหเหมาะสม 10 ปรบปรงระบบสงกาลงใหมประสทธภาพสงขน โดยเปลยนจากการสงกาลง โดยโซไปเปนระบบสงกาลงโดยตรง 11 แหลงจายไฟเลยงของรเลย ไมควรใชแรงดนของแบตเตอร เมอแบตเตอรหมดพลงงานแบบสนเชง รเลยกไมสามารถทางานได วงจรชารจกจะไมทางานดวย จงไมสามารถปนหรอเบรกแลวคนพลงงานได

121

เอกสารอางอง

[1] ปญญา ยอดโอวาท, เครองกลไฟฟากระแสตรง, กรงเทพ: ศนยสอเสรมกรงเทพ, 2546.

[2] รศ.ดร.วระเชษฐ ขนเงน และ วฒพล ธาราธรเศรษฐ, อเลกทรอนกสกาลง, พมพครงท 4, กรงเทพฯ:

ว.เจ. พรนตง, 2549.

[3] เจษฎา สายใจ, เอกสารประกอบการสอน รายวชา 515213 อเลกทรอนกสวศวกรรม, ภาควชา

วศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา, 2549.

[4] ขจร อนวงษ และ พนาฤทธ เศรษฐกล, การศกษาเพอพฒนารถจกรยานยนตทขบเคลอนดวย

กระแสไฟฟา, ภาควชาครศาสตรไฟฟา คณะครศาสตรอตสาหกรรม มหาวทยาลยเทคโนโลยพระ

จอมเกลาพระนครเหนอ, 2551.

[4] บณฑร จตตสภาพ, ไมโครคอนโทรลเลอรและการประยกตใชงาน, ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะ

วศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา, 2549.

[5] สายณต ชนอารมย และ อนงลกษณ อาจมงกร. ออปแอมปและลเนยรไอซ. พมพครงท 1 กรงเทพฯ:

สานกพมพวงอกษร, 2550.

ภาคผนวก ก อปกรณและวงจรทใชในโครงงาน

123

รปท ก.1 คณสมบตของมอเตอรทใชในโครงงาน

124

รปท ก.1 คณสมบตของมอเตอรทใชในโครงงาน (ตอ)

125

รปท ก.1 คณสมบตของมอเตอรทใชในโครงงาน (ตอ)

126

รปท ก.2 คณสมบตของแบตเตอรทใชในโครงงาน

127

รปท ก.3 คนเรงไฟฟาแบบ Hall Effect

รปท ก.4 วงจรกาเนดสญญาณ PWM และวงจรขบมอเตอร

128

รปท ก.5 วงจรกาเนดสญญาณ PWM และวงจรขบมอเตอร ประกอบใสกลองอลมเนยมเพอระบาย ความรอนใหมอสเฟต

รปท ก.6 ไดโอดกาลง ESD83-004 ตอแยกจากวงจรขบมอเตอร เพอตดซงคระบายความรอน

129

รปท ก.7 ไดโอดกาลง MUR1560 ตอแยกจากวงจรขบมอเตอร เพอตดซงคระบายความรอน

รปท ก.8 วงจรชารจแบตเตอร

130

รปท ก.9 วงจรบสตคอนเวอรเตอร

รปท ก.10 วงจรกาเนดสญญาณพลสสาหรบวงจรบสตคอนเวอรเตอร

131

รปท ก.11 วงจรสวตชสลบการทางานระหวางวงจรขบมอเตอรและวงจรชารจแบตเตอร

รปท ก.12 คอนเนกเตอรสาหรบเชอมตอวงจร

132

รปท ก.13 โครงรถจกรยานทใชในโครงงาน

รปท ก.14 ประกอบวงจรทงหมดลงในกลองพลาสตกซงอยดานหลงเบาะผขบข

133

รปท ก.15 กลองวงจรและมอเตอรซงอยดานหลงเบาะผขบข

รปท ก.16 วงจรแสดงผลแรงดนและกระแสทชารจแบตเตอร

134

รปท ก.17 การทดสอบวงจรแสดงผลแรงดนและกระแสทชารจแบตเตอร โดยตอเขากบหนาจอ LCD

รปท ก.18 จกรยานไฟฟาทประกอบเสรจ

ภาคผนวก ข ซอรสโคดของโปรแกรมทใชในโครงงาน

136

รปท ข.1 หนาตางโปรแกรม MikroC ซงเปนคอมไพเลอรภาษาซ

รปท ข.2 ซอรสโคดภาษาซทใชเขยนวงจรแสดงผล

char text1[9],text2[9],text3[9]; float var1,var2; unsigned int temp_res,cur1; float j=0,k=0,q=0; int count; const void main() { TRISB = 0b00000000; // set output TRISA = 0b00001111; // set input RA0-3 TRISC = 0b00000000; // set output RC2 ADCON1 = 0x80; // Configure analog inputs

137

รปท ข.2 ซอรสโคดภาษาซทใชเขยนวงจรแสดงผล (ตอ)

Lcd_Init(&PORTB); // Initialize LCD connected to PORTB Lcd_Cmd(Lcd_CLEAR); // Clear display Lcd_Cmd(Lcd_CURSOR_OFF); // Turn cursor off Lcd_Out(1, 1, "Battery "); // Print text to LCD, 2nd row, 1st column while(1) { var1=1/8.0; temp_res = Adc_Read(2); // Get results of AD conversion of voltage value j=temp_res*var1; FloatToStr(j,text2); //convert int to char count=0; while(text2[count]) // Set 2 positions of decimal point of percent voltage value { if(text2[count]=='.') { text2[count+3]='%'; text2[count+4]=' '; text2[count+5]=0; } count++; } Lcd_Chr_Cp(' '); Lcd_Out(1,9,text2); // Print text2 to LCD k=j*0.24; FloatToStr(k,text3); //convert int to char count=0; while(text3[count]) // Set 2 positions of decimal point of real voltage value { if(text3[count]=='.') {

138

text3[count+3]='V'; text3[count+4]=' '; text3[count+5]=0; } count++; } Lcd_Chr_Cp(' '); Lcd_Out(2, 1, text3); // Print text3 to LCD cur1=Adc_Read(1); // Get results of AD conversion of current value k=cur1*0.2410; if(k<100) q=1; else { if(k>109) q=2; else q=k; } k=k-100.00; k=k*13.157; k=k*0.042; FloatToStr(k,text1); //convert float to string if(k<1) { //Compare for current value count=0; while(text1[count]) // Set 2 positions of decimal point of real current value { if (text1[count]=='.') { text1[count+3]='A'; text1[count+2]=text1[count+1]; text1[count+1]=text1[count-1]; text1[count-1]='0';

รปท ข.2 ซอรสโคดภาษาซทใชเขยนวงจรแสดงผล (ตอ)

139

รปท ข.2 ซอรสโคดภาษาซทใชเขยนวงจรแสดงผล (ตอ)

text1[count+4]=' '; text1[count+5]=' '; text1[count+6]=0; } count++; } } else { count=0; while(text1[count]) { if (text1[count]=='.') { text1[count+3]='A'; text1[count+4]=' '; text1[count+5]=' '; text1[count+6]=0; } count++; } } Lcd_Chr_Cp(' '); if(q==1) Lcd_Out(2,9,"0.00A"); else { if(q==2) Lcd_Out(2,9,"OverCur"); else Lcd_Out(2,9,text1); } delay_ms(40); } }

ภาคผนวก ค วธการใชจกรยานไฟฟา

141

รปท ค.1 รปวาดจกรยานในโครงงาน แสดงอปกรณสาคญทอยภายนอก

อปกรณตามหมายเลขในรปท ค.1

1. กลองพลาสตกบรรจแบตเตอรและวงจรทงหมด 2. สวตชปดเปดการจายพลงงานใหกบจกรยานไฟฟา 3. หนาปดควบคมและแสดงผล 4. คนเรงดานขวา 5. เครองมอวดความเรว 6. แฮนดดานซาย 7. เบรกมอดานซาย 8. เบรกมอดานขวา 9. มอเตอรไฟฟา 10. ซงคระบายความรอนของไดโอดกาลง 11. เซนเซอรความเรวรถจกรยาน

142

รปท ค.2 รปวาดหนาปดควบคมและแสดงผลของจกรยานไฟฟา

วธการใชจกรยานไฟฟา

1. เมอตองการขบข ใหเปดสวตช (รปท ค.1 หมายเลข 2) ใหอยในตาแหนง ON หลอด LED Power On (ดรปท ค.2) จะตดเปนสฟา แสดงวาพรอมสาหรบการทางานแลว

2. ขนขจกรยานไฟฟาและเรมบดคนเรงอยางชาๆ จกรยานจะคอยๆ ออกตวตามการบดคนเรง 3. เมอตองการทราบแรงดนของแบตเตอร กดสวตช 1A (ดรปท ค.2) ใหอยในตาแหนง I

จอแสดงผล 5A (ดรปท ค.2) จะตดและบอกปรมาณตางๆ และถาตองการใหหนาจอแสดงผลสวาง ใหกดสวตช 4A เพอเปดไฟทหนาจอ

4. เมอตองการใหมการคนพลงงาน ใหกดสวตช 2A (ดรปท ค.2) ใหอยในตาแหนง I หลอด LED Charging On/Brake (ดรปท ค.2) จะตดเปนสสม สงผลใหขณะทาการเบรก วงจรขบมอเตอรจะไมทางาน และจะมการชารจแบตเตอรเกดขน เมอปลอยเบรก วงจรขบมอเตอรทางานเหมอนเดม

5. ถาตองการปนดวยเทาแลวคนพลงงาน ใหกดสวตช 3A (ดรปท ค.2) ใหอยในตาแหนง I วงจรขบมอเตอรจะไมทางาน ตวเลอกนสาหรบการปนดวยเทาแลวคนพลงงานอยางเดยว

6. ถาตองการปนแลวไมคนพลงงาน ใหปดสวตช (รปท ค.1 หมายเลข 2) ใหอยในตาแหนง OFF หลอด LED Power On (ดรปท ค.2) จะไมตด สงผลใหจกรยานไฟฟาทางานแบบจกรยานธรรมดา

7. เมอแบตเตอรหมดและตองการชารจจากภายนอก ใหเปดฝากลอง (รปท ค.1 หมายเลข 1) ถอดขวแบตเตอรออก แลวนาแบตเตอรไปชารจจากแหลงกาเนดภายนอกจนเตม

143

คาแนะนาในการใชงาน

1. ไมควรเปดสวตช (รปท ค.1 หมายเลข 2) ทงไว เพราะจะทาใหสนเปลองพลงงานของแบตเตอร 2. ระวง! หามตอขวแบตเตอรภายในกลอง (รปท ค.1 หมายเลข 1) ผดขวอยางเดดขาด เพราะจะ

ทาใหวงจรเสยหาย 3. หามขบขตากฝน หรอลยนา เพราะมอเตอรและวงจรไมไดหอหมดวยวสดทกนนา 4. จกรยานไฟฟาน อยในชวงของการพฒนา อยากระทบหรอกระแทกแรงๆ จะทาใหอปกรณชารด 5. ขบขโดยความระมดระวง อยาประมาท เพราะอาจทาใหเกดอบตเหตจนจกรยานไฟฟาเสยหาย

และไดรบบาดเจบ พการ และถงแกชวตได 6. เมาไมขบ หลบไมข

144

ประวตผจดทาโครงงาน

นายประภาส แกวพทกษ จบการศกษาระดบมธยมศกษาตอนปลายจากโรงเรยน พบลวทยาลย อ.เมองลพบร จ.ลพบร ปจจบนกาลงศกษาทภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา มความสนใจทางดานอเลกทรอนกส และไฟฟากาลง

นายไตรรตน กฤษณะโลม จบการศกษาระดบมธยมศกษาตอนปลาย จากโรงเรยน พนส-พทยาคาร อ.พนสนคม จ.ชลบร ปจจบนกาลงศกษาทภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยบรพา มความสนใจทางดานอเลกทรอนกส อเลกทรอนกสกาลง ไฟฟากาลง และคอมพวเตอร