1.1 หลักการและเหตุผล...5 บทท 2 ทฤษฎ ท...

1

บทท 1 บทนา

1.1 หลกการและเหตผล เนองจากในปจจบนยานพาหนะเปนสงทจาเปนอยางยงสาหรบการเดนทางไปไหนมาไหนของมนษย และแนวโนมการเพมขนของมนษยนนมมากขน จงเปนเหตผลใหความตองการในการใชยานพาหนะมมากขนไปดวย และยานพาหนะในปจจบน โดนสวนมาก คอ รถยนต รถมอเตอรไซค รถโดยสาร ซงสวนมากจะมความจาเปนตองใชนามนทงสน แตในปจจบนมวกฤตการณทราคานามนแปรปรวนอยางรวดเรว และมราคาแพงมากขน โครงการนจงเลงเหนถงพลงงานทดแทนซงจะนามาทดแทนการใชปรมาณนามน ซงพลงงานทควรจะนามาใชทดแทนควรเปนพลงงานทหาไดงาย มราคาถก ซงไดคดวาพลงงานไฟฟาเปนพลงงานทมราคาตอหนวย ตากวามาก อกทงยงหาไดงาย และไมมปญหาในเรองของมลพษทจะเกดขนอกดวย ในแงของสงแวดลอม การหนมาใชพลงงานไฟฟาแทนนบวาเปนสงทนาสนใจอยางยง เนองจาก การใชพลงงานไฟฟาไมกอใหมมลพษเกดขนแมแตนดเดยว อกทงการหาแหลงในการเตมพลงงานยงหาไดงายอกดวยเนองจากสามารถใชไฟฟาในบานเรอนทวไปในการชารจไฟฟาไดดวย เครองยนตทใชนามนเชอเพลงทวไปนนปกตแลวจะมนาหนกมากและเมอนามาใชเปนพาหนะจาเปนตองใชกาลงทมาก เนองจากภาระจากนาหนกทหนก และอกแงหนงอาจมองไดวานาหนกพาหนะทใชเครองยนตจะมนาหนกทสงกวา ใชมอเตอรเปนอยางมาก อยางไรกดในบางประเทศไดนาพาหนะทใชไฟฟานามาใชกนอยางแพรหลายแลวบาง เชน ญปน สหรฐอเมรกา เปนตน สาหรบในประเทศไทยไดมการนามาใชแลวบางแตยงเปนสวนนอย เนองจากตดปญหาตรงทยงมราคาแพงและ ยงไมมความร หรอขอมลในตวยานพาหนะเอง โครงการนจงมความเหนทจะรณรงคใหคนทวไปหนมาประหยดพลงงานนามน โดยการหนมาใชพลงงานไฟฟาแทน เพอทดแทนพลงงานนามน อกทงยงชวยทาใหลดมลพษจากไอเสยตามทองถนนอกดวย ซงจากบทนาขางตนนน เราจะสามารถสรปเหตผลทตองหนมาใชพาหนะทใชพลงงานไฟฟาเปนขอๆได คอ

1. นามาทดแทนพลงงานนามนในปจจบนซงราคาตอหนวยทสงกวาพลงงานไฟฟามาก 2. สามารถหาทเตมพลงงานไฟฟาไดงาย 3. มนาหนกเบากวาพาหนะทใชเครองยนต 4. ไมกอใหเกดมลภาวะเปนพษตอสงแวดลอม 5. ความเรวไมมากเกนไป จงไมกอใหเกดอนตรายรนแรง

2

1.2 วตถประสงค

1. สามารถเขาใจหลกการทางานของจกรยานไฟฟาในระบบตางๆ เชน ระบบสงกาลง, ระบบควบคม ความเรวมอเตอร เพอนามาออกแบบ, สราง และทดสอบ ได 2. จกรยานไฟฟาคนนตองเปนพาหนะทสามารถใชมอเตอรขบเคลอนหรอ สามารถปนออกกาลงกาย ดวยเทาไดดวย 3. อปกรณทใชจะตองมงบประมาณทนอยทสด

1.3 ขอบขายของโครงการ

1. ออกแบบและเลอกวสดทจะนามาตดตงกบจกรยานเพอสรางจกรยานไฟฟา 2. ออกแบบวงจรควบคมมอเตอร 3. ทดรอบมอเตอรใหมแรงบดเพยงพอกบการทางาน

4. ไดจกรยานขบเคลอนดวยระบบไฟฟา 1.4 แนวทางในการดาเนนงาน

1. ศกษาเกยวกบโครงสรางจกรยาน 2. ศกษาเกยวกบการทางานและขนาดของมอเตอรทจะนามาใช 3. ศกษาเกยวกบระบบควบคมมอเตอร 4. สรางจกรยานไฟฟา 5. ทดสอบการทางานของมอเตอร และการทดรอบ 6. แกไขปรบปรง ขอบกพรอง

3

1.5 แผนการดาเนนงาน ตารางท 1-1 ตารางแสดงผลการดาเนนงาน

เดอน ลาดบ กจกรรม ตค พย ธค มค กพ มค เมย พค มย กค สค กย

1 ศกษาขอมลทวไปของจกรยานไฟฟา

2 กาหนดจดประสงคและแผนการดาเนนการ

3 ศกษาและออกแบบโครงสรางของจกรยาน

4 ศกษาและออกแบบการทางานของมอเตอรและระบบสงกาลง

5 ศกษาและออกแบบเกยวกบระบบควบคมมอเตอร

6 จดหาอปกรณในการสราง 7 สรางจกรยานไฟฟา

8 ทดสอบการทางานของจกรยานไฟฟา

9 ปรบปรงแกไขขอบกพรอง 10 สรปรายงานขนสดทาย

1.6 ผลทคาดวาจะไดรบ

1. เขาใจหลกการทางานของจกรยานไฟฟา 2. สามารถสรางจกรยานไฟฟาทมงบประมาณตาได 3. สามารถนาความรมาพฒนาโครงการนตอไป

4

1.7 งบประมาณทใช ตารางท 1-2 ตารางแสดงงบประมาณของโครงการ

ลาดบท

รายการ จานวน ราคาตอหนวย(บาท)

รวม (บาท)

1. รถจกรยาน 1 1,000 1,000 2. มอเตอรไฟฟากระแสตรง 250W 1 1,800 1,800 3. 4.

โซจกรยาน ชดประกบ

1 1

80 300

80 300

4. เฟองฟร(ทสเตอรหลง) 1 150 150 5. แบตเตอร 12v 9AH 2 430 860 6. ชดชารตแบตเตอร 1 800 800 7. อปกรณวงจรควบคมมอเตอร 1 440 440

5,430.- ลงชอผเสนอโครงการ ............................................. ( นายธรพนธ ลมวฒนาพบลย )

5

บทท 2 ทฤษฎทเกยวของ

2.1 ประเภทของพาหนะทใชพลงงานไฟฟา

2.1.1 สกตเตอรไฟฟา เปนพาหนะใชมอเตอรแทนทการใชเทาไส เพอขบเคลอนลอขนาดเลก

รปท 2-1 แสดงภาพสกตเตอรไฟฟา

2.1.2 รถยนตไฟฟา และ มอเตอรไซคไฟฟา เปนพาหนะใชมอเตอรแทนทการใชเครองยนตทใช

นามนเชอเพลง

รปท 2-2 แสดงภาพรถยนตไฟฟา และ มอเตอรไซคไฟฟา

6

2.1.3 จกรยานไฟฟา เปนพาหนะใชมอเตอรแทนทการถบจกรยาน แตในขณะเดยวกนสามารถถบจกรยานไปไดอกดวยในกรณเกดการขดของ

รปท 2-3 แสดงภาพจกรยานไฟฟา

2.1.4 รถ Segway เปนรถ 2 ลอทสามารถทรงตวไดดวยตนเอง ซงเปนพาหนะชนดใหมซงเรมมการใชบางแลวในบางประเทศ เพอใชในการกฬา ชวยเหลอคนพการ และรกษาความปลอดภย แตในปจจบนยงมราคาสงมาก

รปท 2-4 แสดงภาพรถ Segway

7

2.2 มอเตอรไฟฟากระแสตรง

2.2.1 หลกการของมอเตอรไฟฟา มอเตอรไฟฟา คอ อปกรณททาหนาทเปลยนพลงงานไฟฟาเปนพลงงานกล โดยอาศยหลกการทกลาววา เมอมกระแสไฟฟาไหลในขดลวดตวนาซงอยตดผานสนามแมเหลกจะทาใหเกดแรงกล

รปท 2-5 แสดงวธหาทศทางการเคลอนทของเสนแรงแมเหลกรอบตวนาโดยใชกฎมอขวา จากทฤษฎ Electromagnetic พบวาสนามแมเหลกประกอบดวยเสนแรง (line of force) ทมลกษณะ

เปนวงกลมลอมรอบดวยตวนา เสนแรงแมเหลกทลอมรอบตวนานจะมศนยกลางอยทจดศนยกลางของตวนาดวย ทศทางของสนามแมเหลกทเกดขนสามารถทจะหาไดโดยใชกฎมอขวาการอบตวนาใหหวแมมอชไปตามทศทางของกระแสไฟไหล สวนนวทเหลอการอบตวนาจะแสดงถงทศทางการเคลอนทของเสนแรงแมเหลกรอบตวนานน

รปท 2-6 การหาทศทางของกระแสไฟฟาเหนยวนา

8

จากกฎมอซายของเฟลมมง จะแสดงถงทศทางกระแสไฟฟา ทศของสนามแมเหลก และทศของแรงทางแมเหลกได โดยนวชจะแสดงถงทศทางของกระแสไฟฟา นวกลางแสดงถงทศทางของสนามแมเหลก จะเปนผลใหเกดแรงทางแมเหลกซงมทศทางตามนวหวแมมอ โดยแรงทเกดขนจะเกดแรงตามความสมพนธ ดงสมการ

F IB= l (2.1)

เมอ F = แรงผลกตวนา (N) =l ความยาวของลวดตวนาในสนามแมเหลก (m)

I = กระไฟฟาทไหลผานในสนามแมเหลก (A) B = ความหนาแนนของเสนแรงแมเหลกในสนามแมเหลก (T)

2.2.2 ชนดของมอเตอรไฟฟา มอเตอรกระแสตรงสามารถแบงไดเปน 4 ชนดหลก ๆ ไดแก ก. มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขดลวดสนามแยกกระตน (Separately Excited DC Motor) วงจรสมมลของมอเตอรกระแสตรงแบบขดลวดสนามแยกกระตนดงรปท 2-7 โดยทวงจรสนามถกปอนแรงดนคงท

aI

aE

aR

mω

−

+

tV+

−

fV+ −

โหลดทางกล

T

รปท 2-7 แสดงวงจรสมมลมอเตอรกระแสตรงแบบขดลวดสนามแยกกระตน จากวงจรสมมลรปท 2-7 เขยนสมการแสดงความสมพนธตางๆไดดงน คอ

ff

f

VI

R=

(2.2)

t a aV E I Ra= + (2.3)

และ L aI I=

9

โดยท aE = แรงดนตานกลบ (Back emf)

= กระแสอารเมเจอร aI LI = กระแสโหลด ข. มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบขนาน (Shunt DC Motor) การกาหนดคณลกษณะสมมตทางดานเอาตพตของมอเตอรกระแสตรงแบบขนานเขยนเปนสมการไดดงนคอ

fN

aE+

−

aRfcR

tV

+

−fwR

aIfI tI

รปท 2-8 แสดงวงจรสมมลของมอเตอรกระแสตรงแบบขนาน

t a aV E I R= + a

m

(2.3)

เมอ a aE K φω=

ดงนน t a m aV K I Raφω= + (2.4)

และ d aT K Iaφ=

ดงนน เขยนไดดงนคอ aI

da

a

TIK φ

= (2.5)

จากสมการ (2.3) และ (2.4)

dt a m

a

TV K RK

φω aφ= +

(2.6)

10

และสมการในการกาหนดคาความเรวแสดงไดดงนคอ

( )t a

m ea a

V R TK K

ωφ φ

= − 2 (2.7)

ค. มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบอนกรม (Series DC Motor) มอเตอรกระแสตรงแบบอนกรมนนเมอพจารณาวงจรสมมล ดงภาพประกอบท 2.9 กาหนดไดตามสมการ (2.8)

aE

+

−

aR srRsrN

tV

aI tI

รปท 2-9 แสดงวงจรสมมลมอเตอรกระแสตรงแบบอนกรม

( )t a a a srV E I R R= + + (2.8)

และสาหรบสมการแรงบดทมอเตอรสรางขน ( )dT หาไดดงน คอ

d aT K Iaφ= (2.9) เมอสมมตใหเสนแรงในเครองจกรกลเปลยนแปลงเปนเชงเสนและกาหนดไดตามสมการ (2.10)

acIφ = (2.10) โดยท คอ คาคงท c

จากสมการ (2.9) และ (2.10) ดงนนแรงบด กาหนดใหม dT

e a a aT K I K cIφ 2= = a (2.11)

11

สาหรบคณลกษณะสมบตทขวของมอเตอรกระแสตรงชนดขดลวดสนามตออนกรมนน การคานวณเปนการพจารณา และวเคราะหบนพนฐานของเสนโคงคณลกษณะสมบตการทาแมเหลกเปลยนแปลงแบบเชงเสน และผลของการอมตวในวงจรแมเหลกจะพจารณาจากการวเคราะหโดยใชกราฟ ดงนนการหาคณลกษณะของแรงบด – ความเรว กระทาไดตามขนตอนดงตอไปน จากสมการ

da

a

TIcK

=

แทนคาสมการ ขางตนและ aI a aE K mφω= ในสมการแรงเคลอนไฟฟา

( )dt a m a sr

a

TV K R RcK

φω= + × + (2.12)

จากสมการขางตนแรงดน tV เขยนเปนสมการใหมไดดงน คอ

( ) ( )dt a d m a sr

a a

c TV K T R RK K

ω⎛ ⎞ ⎛ ⎞

= × + × +⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

1 21 2 (2.13)

ดงนนสมการความเรว mω คอ

t am

aa d

V RcK( cK ) T

ω⎡ ⎤+

= −⎢ ⎥×⎢ ⎥⎣ ⎦

1 2 1 2srR

(2.14) mω

indTstartTnT

nω

รปท 2-10 แสดงคณลกษณะสมบต แรงบด - ความเรวของมอเตอรกระแสตรงแบบอนกรม

12

ง. มอเตอรไฟฟากระแสตรงแบบผสม (Compounded DC Motor) การตอมอเตอรแบบนขดลวดสรางสนามแมเหลกขนานและขดลวดสรางสนามแมเหลกอนกรมตอรวมกน ดงภาพประกอบท 2.7 (ก) และ (ข) สาหรบการกาหนดจดทขดลวดทงสองเหมอนกบการกาหนดในหมอแปลงถาพจารณากระแสทไหลผาน Dot ซงทาใหคา mmf เปนบวก โดยทการไหลของกระแสผานขดลวดสรางสนามแมเหลกทงสองสงผลใหคา mmf เสรมกน ดงนนผลรวมของคา mmf มคาสงขนซงมอเตอรจะทางานเปน Cumulatively Compounded DC motor และถาลวดทงสองมคาเปนลบ เรยกมอเตอรวา Differentially Compounded DC Motor

fN

srN

•

•

aE+

−

aRfcR

tV

+

−fwR

aIfI tIsrR

(ก) Short shunt

fN

srN

•

•

aE+

−

aRfcR

tV

+

−fwR

aIfI tIsrR

(ข) Long shunt

รปท 2-11 แสดงวงจรสมมลของมอเตอรแบบผสม

สาหรบสมการแรงดนทขวของมอเตอรกระแสตรงชนดขดลวดสรางสนามแมเหลกตอผสมกาหนดได

ตามสมการดงตอไปน Short-shunt

t a a a tV E I R I R= + + sr (2.15)

(2.16) t a fI I I= +

13

Long-shunt

( )t a a a srV E I R R= + + (2.17)

(2.18) t a fI I I= +

tf

fw fc

VIR R

=+ (2.19)

สาหรบคณลกษณะสมบต แรงบด และ ความเรวของมอเตอรทงสองแบบแสดงไดดงภาพท 2-12

มอเตอรอนกรมมอเตอรแบบผสม

มอเตอรแบบขนาน

( comulative )

dT

mω

มอเตอรแบบขนานมอเตอรแบบผสม ( comulative )

dT

mω

(ก) (ข) (ก) เปรยบเทยบระหวางมอเตอรแบบขนาน แบบอนกรมและแบบผสม (ข) เปรยบเทยบระหวางมอเตอรแบบขนานและแบบผสม

รปท 2-12 แสดงคณลกษณะสมบต แรงบด - ความเรว

14

2.3 การควบคมมอเตอรกระแสตรง

หลกการควบคมความเรวรอบของมอเตอรไฟฟากระแสตรง สามารถควบคมไดหลายแบบโดยพจารณาจากสมการ

a a bV I R ENZ Kφ−

= = (2.20)

ซงการควบคมความเรวรอบ จะสามารถทาไดโดยการเปลยนคาตวแปรไดดงน 1. การทลดคา φ ลง จะทาใหความเรวรอบลดลงและถาเพมφ ความเรวรอบจะเพมขน 2. ถา aI และ φ คงท การทลด V จะทาใหความเรวรอบลดลง ถาเพมV ความเรวรอบจะเพมขน 3. ถา V และ φ คงท การทลด aI จะทาใหความเรวรอบลดลง ถาเพม aI ความเรวรอบจะเพมขน 4. ถาเพม aR แลวคา bE จะลดลง ทาใหความเรวรอบ , N ลดลงดวย

จากหลกการทกลาวมาเราจะสามารถแบงการควบคมมอเตอรไฟฟาออกเปนดงน

2.3.1 การควบคมความเรวของมอเตอรโดยการปรบเสนแรงแมเหลก (Speed Control by Flux Control Method)

ก.) ข.)

รปท 2-13 ภาพแสดงวงจรการควบคมความเรวมอเตอรโดยปรบเสนแรงแมเหลก

สามารถควบคมความเรวรอบมอเตอรไฟฟากระแสตรงโดยการ ปรบ Flux ของมอเตอร โดยเมอเราปรบเสนแรงแมเหลก ซงวธนมขอดขอเสย ในการเลอกวธนควบคม คอ

15

ขอด 1. ทาไดงาย ราคาถก สามารถทาระบบอตโนมตได 2. ประสทธภาพไมลด เพราะLoss ใน Field Circuit นอยมากประมาณ 3-5% 3. ใหความเรวรอบคงทเมอใส Load เขาทเพลง 4. สามารถควบคมความเรวรอบ ไดราบเรยบตลอดชวง(Smooth and Stepless Control)

ขอเสย 1. ไมสามารถปรบความเรวรอบตากวา Base Speed ซง Base Speed หมายถง ความเรวรอบมอเตอรท Full Voltage และ Full Field Current

2. ความเรวรอบไมเสถยรท Speed สงๆ เนองจาก Armature Reaction 3. มปญหาเรองการเกด Commutation

2.3.2 การควบคมความเรวรอบโดยการปรบความตานทานทอารเมเจอร (Speed Control by Rheostatic Control Method)

รปท 2-14 ภาพแสดงหลกการควบคมความเรวรอบโดยการปรบความตานทานทอารเมเจอร

การควบคมความเรวโดยการปรบคา aR ซงเปนการเพมความตานทานรวมในวงจรทาใหความตางศกยทตกครอมกบมอเตอรมคานอยลง มผลทาใหความเรวลดตาลง ซงในการใชหลกการนในการควบคมมอเตอรมขอดขอเสย ดงน ขอด 1. ทาใหความเรวรอบตากวา Base Speed ไดซงวธการปรบ Field ทาไมได 2. ตอวงจรไดงาย 3. อาจใช Starting Resistor เปนความตานทานทเราจะนามาตออนกรมกบ Armature ได ขอเสย 1. ความเรวตกมาก เมอใส Load 2. ประสทธภาพตาจงไมนยมใชในการควบคมเปนเวลานานๆ 3. ตองเสยเงนในการซอความตานทานทจะทนตอ Power Loss ใหได 4. มปญหาในความราบเรยบในการควบคมมอเตอรขนาดใหญ

2.3.3 การควบคมความเรวรอบของมอเตอรกระแสตรงแบบ Series การควบคมความเรวมอเตอรแบบ Series นจะเปนการปรบเสนแรงแมเหลกโดยการนาตวตานทานมาตออนกรมกบอาเมเจอร ปรบความเรวโดยการนามอเตอรมาตออนกรมและขนาน การปรบเสนแรงแมเหลกสามารถปรบไดทงหมด 4 วธ ก. Field Diverters สามารถทาไดโดยการตอ Shunt กบ Series Field Shunt Resistor ซงสามารถปรบคาความตานทานได

16

รปท 2-15 แสดงภาพวงจรการปรบเสนแรงแมเหลกแบบ Field Diverters

การตอแบบนจะมกระแสจานวนหนงไหลผาน Diverter โดยการปรบคาความตานทานทาง Diverter ให

ตาลง จะมผลทาให Flux ลดลง และทาใหความเรวรอบมอเตอรลดลงดวย ข. Armature Diverters เปนการตอ Diverter ครอมกบ Armature วธนจะทาใหความเรวรอบของมอเตอรตากวาปกต

รปท 2-16 แสดงภาพวงจรการปรบเสนแรงแมเหลกแบบ Armature Diverters ในกรณททอรกคงท การปรบ Diverter เพมขน ทาใหกระแสไฟจายนอยลง ทาใหความเรวรอบลดลง และหากตองการเพมความเรวรอบสามารถทาไดโดยการปรบ Diverter ลดลง

17

ค. Tapped Field Control วธนใชวธดารเปลยน Tapped Field ขณะท Motor ใส Field เตมท ความเรวมอเตอรจะลดตาสด และความเรวรอบจะเพมขนเมอปรบ Field ใหลดนอยลงตามลาดบ

รปท 2-17 แสดงภาพวงจรการปรบเสนแรงแมเหลกแบบ Tapped Field Control

ง. ควบคมมอเตอรโดยการปรบ Field ใหขนานกน วธนนยมใชกบการปรบความเรวทคงท เชน พดลม ความเรวรอบจะขนอยกบการจด Field ในแตละ Field Coil

รปท 2-18 ภาพแสดงวงจรควบคมมอเตอรโดยการปรบ Field

2.4 แรงตานการเคลอนท แรงตานการเคลอนท เปนแรงทออกแรงตรงขามกบแรงทสงกาลงมา ซงกาลงจากมอเตอรทนามาขบเคลอนอาจนามาใชประโยชนไดไมเตมททงหมด เนองจากเกดการสญเสยในการสงกาลง และกาลงสวนทเหลอจะนามาใชประโยชนเพอเอาชนะแรงตานการเคลอนทเพอทจะสามารถเคลอนทรถจกรยานไฟฟาได แรงตานการเคลอนทสามารถแบงออกไดเปน ดงน 1.) แรงตานการหมนของลอ

2.) แรงตานอากาศ 3.) แรงตานจากทางชน โดยแรงตานเหลานจะมมากหรอนอย ขนอยกบลกษณะการเคลอนทของจกรยานไฟฟาซงการเคลอนท

ของจกรยานไฟฟามการเคลอนท 3 แบบ คอ การเคลอนทในแนวราบ การเคลอนทขนทางชน และ การเคลอนทลงทางลาด

18

2.4.1 แรงตานการหมนของลอ

แรงตานการหมนของลอเปนแรงทมความจาเปนมากทสดซงจาเปนกบการสงกาลง เนองจากทาใหรถสามารถเคลอนทออกไปได โดยอาศยแรงเสยดทานทลอกระทากบพนเพอทาใหรถสามารถเคลอนทไปขางหนาได โดยปจจยทมผลตอแรงตานการหมนของลอ ไดแก

1. สภาพของยางลอจกรยาน ซงหมายถงวสดทนามาทายาง รปทรงของยาง ความกวางและขนาดของยาง ความดนของลมยาง รวมถงดอกยางอกดวย ซงยางทมขนาดวงลอทมเสนผานศนยกลางโต จะมแรงตานการหมนของลอทนอยกวายางทมเสนผานศนยกลางเลก

2. สภาพของผวทขบข ซงบรเวณผวทขรขระจะทาใหแรงตานการหมนของลอมาก และบรเวณทมผวเรยบจะทาใหแรงตานการหมนมคานอย

3. นาหนกของรถจกรยานไฟฟา และผขบขซงเปนปจจยทมผลมาก ในการขบเคลอนของรถจกรยานไฟฟา ซงถาจกรยานไฟฟาและผขบขมนาหนกมาก จะสงผลใหแรงตานจากการหมนมากตามไปดวย

4. อตราเรวของจกรยานไฟฟา แรงตานการหมนของจกรยานจะมากทสดในชวงเรมเคลอนท เนองจากจาเปนตองเอาชนะแรงตานความเฉอยดวย และจะมแรงตานการหมนนอยลงเมออตราเรวของจกรยานไฟฟาเพมขน

รปท 2-19 แสดงแรงตานการหมนของลอ

แรงตานการหมนของลอสามารถคานวณไดตามสตรตอไปน

(2.21) r rR K N= ซง แรงตานการเคลอนท ,N rR =

rK = สมประสทธแรงตานการหมนของลอ N = แรงปฏกรยาทพนกระทากบลอจกรยาน ,N โดยท คา ถารถจกรยานเคลอนทในพนราบ N mg= cosN mg θ= ถารถจกรยานเคลอนทในพนเอยง

19

การเคลอนทในแนวราบ

รปท 2-20 แสดงแรงตานทเกดขนในการเคลอนทในแนวราบ

การเคลอนทขนทางชน

รปท 2-21 แสดงแรงตานทเกดขนในการเคลอนทขนทางชน

การเคลอนทลงทางลาด

รปท 2-22 แสดงแรงตานทเกดขนในการเคลอนทลงทางลาด

20

ซงคา เปนคาคงทซงขนอยกบสภาพของผวถนนทขบข ดงน rK

ตารางท 2-1 ตารางแสดงคาสมประสทธแรงเสยดทานในสภาพผวตางๆ

ชนด และ สภาพถนน Kr (เฉลย) ถนนลาดยางและถนนคอนกรต สภาพดเยยม สภาพดพอใช ถนนปพน ถนนลกรง ถนนดน ถนนดนอดแนน ถนนเปยกหลงฝนตก ถนนทราย

0.014 - 0.018 0.018 - 0.020 0.023 - 0.030 0.020 - 0.025

0.025 - 0.035 0.050 - 0.150

0.1 - 0.3 ซงการคานวณโดยทวไปนนการนามาวเคราะหนน เราจะนาคา มาคดทคาเฉลยโดยทวไป และ

เนองจากอตราเรวเองกมผลกบแรงตานของการหมนของลอ เราจงสามารถนามาคานวณหาคา โดยใชสตร rK

rK

0.015 0.00016rK V= + (2.22) ซง สมประสทธแรงตานการหมนของลอ rK =

V = อตราเรวของรถจกรยานไฟฟา , km hr

21

2.4.2 แรงตานอากาศ แรงตานอากาศ เปนแรงทเกดจากการทวตถเคลอนทผานเขาไปในอากาศดวยความเรวทาใหเมอเคลอนทไปจะมอตราเรวสมพทธของอากาศมากระทากบวตถทเคลอนทนน ซงคาแรงตานอากาศจะมากหรอนอย ขนอยกบพนทหนาตด และรปทรงของพาหนะ

รปท 2-23 แสดงลกษณะของรปทรงทมผลตอแรงตานอากาศ ในปจจบนการออกแบบรปทรงตามหลก อากาศพลศาสตร จะสงผลใหแรงตานอากาศลดลงได ซงเปนผลใหเกดขอดหลายประการ คอ ทาใหอตราเรวสงสดของพาหนะเพมขน และยงทาใหประหยดพลงงานมากขนอกดวย โดยปจจยทมผลตอแรงตานอากาศ คอ 1. ความเรวลม ถาความเรวลมมทศทางสวนทางกบการเคลอนทจะทาใหเกดแรงตาน และในทางกลบกน ถาทศทางของลมเปนทศทางเดยวกบการเคลอนทจะทาใหเกดแรงเสรม 2. ลกษณะรปทรงของพาหนะ แรงตานทเกดขนจะขนอยกบรปทรงทอากาศมากระทบ แรงตานอากาศทเกดขนนน เกดจากการทเกดความดนระหวางดานหนา และดานหลงของรถแตกตางกน ทาใหเกดแรงกระทาจากบรเวณทมความดนทสงกวา ผลกตานการเคลอนทของรถเอาไว

22

สาหรบการขบเคลอนของจกรยานไฟฟานน รปทรงทเกดขนไมสามารถออกแบบได และพนทหนาตดกไมไดเปนรปสเหลยม แตเราสามารถคานวณคาแรงตานทานจากอากาศได โดยประมาณ จากสมการ

212a DR C AVρ= (2.23)

ซง แรงตานอากาศ , N aR = ρ = ความหนาแนนอากาศ , 3kg m ( 31.2air kg mρ = )

DC = สมประสทธแรงตานอากาศ (Drag Coefficient)

V ความเรวของจกรยานไฟฟา , m/s = A = พนทหนาตดของรถจกรยานไฟฟา , 2m

รปท 2-24 แสดงวธการหาพนทหนาตดของพาหนะโดยประมาณ โดยท พนทหนาตดสามารถคานวณหาไดจาก

( )0.8A w l= × (2.24)

ซง A = พนทหนาตดของรถจกรยานไฟฟา , 2mw = ความกวางของรถจกรยานไฟฟา , ml = ความยาวของรถจกรยานไฟฟา , m

และเมอแทนคา 12a DK Cρ= จะไดสมการของแรงตานอากาศ ดงน

2AVKR aa = (2.25)

23

2.4.3 แรงตานจากทางชน แรงตานจากทางชน เกดจากการทรถจกรยานเคลอนทขนไปบนทางชน แลวทาใหมความจาเปนตองใชกาลงบางสวนเพอเอาชนะ แรงตานซงเกดจากนาหนกของตวรถจกรยานไฟฟาและผขบขเอง เพอใหรถสามารถเคลอนทขนไปบนทางชนได แตในกรณทรถจกรยานไฟฟาเคลอนทลงทางลาดนนจะเปนกรณตรงขามกนเนองจากการเคลอนทลงทางลาดจะทาใหเกดแรงเสรม เนองจากนาหนกรถจกรยานไฟฟาและผขบข ปจจยทมผลตอแรงตานทเกดจากทางชน ไดแก 1. นาหนกของรถจกรยานไฟฟาและผขบข 2. ความชนของพนผวถนน การคานวณแรงตานจากทางชนนนเกดจากการแตกแรงออกเปน 2 แรง กคอ แรงทตงฉากกบผวทางชน และ แรงทขนานกบการเคลอนทของรถจกรยานไฟฟา

รปท 2-25 แสดงถงแรงตานจากทางชน

แรงทขนานกบการเคลอนทของรถจกรยานไฟฟา สามารถนามาคานวณหาแรงตานจากทางชนได

singR W θ= (2.26)

สวน แรงทตงฉากกบการเคลอนท สามารถนามาคานวณหา แรงปฎกรยาทพนกระทากบลอจกรยานได cosN W θ=

จากสมการ (2.26) ในกรณทมม มคานอยๆ จะไดวา sinθ ≈ tanθ และกาหนดให G = % ความชน = tanθ x100 จะได

100gWGR = (2.27)

24

ซง แรงตานทางชน , N gR =

W = นาหนกรถยนต , N G = เปอรเซนตความชน , % จากแรงตานทง 3 ทกลาวมาขางตนนน สามารถนามาวเคราะหหาแรงตานทงหมดได

T r a gR R R R= + + (2.28) 2.5 ระบบสงกาลง

2.5.1 การออกแบบโซ (Chain Design)

โซไมไดเปนสวนรบแรงดงเพยงอยางเดยว มนยงเปนโครงสรางทโคงดดไดอกดวย ประกอบไปดวยชนสวนเคลอนทพรอมขอตอทาหนาทเปนแบรง เปนความจรงทวา โซโดยทวไปจะอยภายใตแรงดงแตภาระทงหมดนจะทาใหเกดความเคนอน ๆ อกมาก ดรป 4.5 การโกง (Bending) ซงอยในรปของแรงดง และแรงอดทเกดขน นอกจากนยงมแรงเฉอน แบรงตาย (ในรปของแรงอด) และในทสดความเคนทงหมดจะทาใหเกดแบรงสกหรอ หรอ อายแบรงสนลง สวนประกอบของโซจะรบภาระเกยวกบแรงดง แรงกระแทก ผลของความลา และการสกหรอ

รปท 2-26 ความเคนในขอตอและสลกของโซ

25

ภาระแรงดง (Tension Loads)

แรงดงทตอง สาหรบการเคลอนทของภาระ (Load) หรอ การสงถายกาลง เปนแรงชนดแรกทจะตองพจารณาในการออกแบบโซ สวนของโซทเกดการหมนไปกบลอฟนเฟอง (Sprocket) จะทาใหเกดแรงดงเพมขนอก เนองมาจากแรงเหวยงหนศนยกลาง (Centrifugal Force) ผลจากแรงเหวยงหนศนยกลางนอาจจะถกกระทาเปนอนกรมของแรงรวมทขอตอโซ แรงรวมเหลานจะถกทาใหสมดลยดวยแรงทเทากนซงกระทาตามเสนศนยกลางในแนวยาวของขอตอใกลเคยงทง 2 อน แรงนจะทาใหแรงดงรวมในโซเพมขน แตจะไมมผลกระทบตอการรบภาระของลอฟนเฟอง หรอแบรงเพลาขนาดของแรงเหวยงหนศนยนจะเปนสดสวนกบนาหนกของโซ และเปนกาลงสองของความเรวโซในแนวตรง (Linear Velocity) โซจะถกสรางขนใหเพยงพอตอการดงโดยปลอดภยในการรองรบแรงดงทเพมขน เนองจากผลของแรงเหวยง ทความเรวสงมาก ๆ นอกขอบเขตการเดนเครองทแนะนาไวจะทาใหแรงดงหนศนยนกลายมาเปนคาทสาคญยง และจะตองพจารณาถงดวย ผลของเสนโคงแขวน (Catenary) จะเกดขนในการเดนเครองระหวางโซดานหยอนทาใหอยในรปคลาย กบเสนโคงแขวน (Catenary) นาหนกของโซจะทาใหเกดแรงดงอยางสมาเสมอตลอดความยาว ดงนนจงทาใหเกดภาระเพมขนบนโซ และลอฟนเฟองของชดขบอก การสกกรอน (Wear)

การสกกรอนในขอตอโซ จะเปนแฟคเตอรจากดอายของโซ (Limitting Factor) ดงนนการสกกรอนมผลทาใหโซยดออก กลาวอกนยหนงคอ ระยะพตของโซจะเพมขน การเพมขนของระยะพตนตองเผอไวสาหรบใหโซยงขบขไปบนฟนของลอฟนเฟองได ซงจะออกแบบใหพตยดไดพอประมาณ เมอพตยดเกนขนาด ตองเปลยนโซกอนทมนจะครอมขามฟนของลอฟนเฟองหรอเกดความเสยหายขน การหลอลนผวหนาแบรงของขอตอโซทเหมาะสม จะสาคญมากตอการลดการสก

26

รปท 2-27 รปแบบการสกของ

ภาระแบบกระแทก (Shock Loads)

ขนาดของภาระแบบกระแทกขนอยกบชนดของอปกรณ ตวอยางเชน มอเตอรไฟฟาจะกอใหเกดการกระแทกเลกนอยหรอไมเกดเลยเมอเปรยบเทยบกบเครองยนตสนดาปภายใน ภาระการขบจะเปลยนแปลงไปจากตวอยาง เชน เมอขบปมแบบแรงเหวยง (Centrifugal Pump)จะนมนวลกวาปมแบบสบเดยวทมการสนเปนชวง ๆโซจะถกประเมนคาใหมการกระแทกตาสด สาหรบสภาวะอน แฟคเตอรการบารงรกษา (Service Factor) จะเปนตวชวาตองเพมขนาดโซเพอชดเชยสาหรบผลของการกระแทก

ความลา (Fatigue)

ตามทไดกาหนดใหขอตอเคลอนไปบนชดขบทคบแนน มนจะรบภาระแรงดงสงสด และแรงดงนจะลดลงเมอขอตอไปถงดานหยอน โดยทวไปแลวการเปลยนแปลงความเคนน จะมขนาดไมมากพอทจะนามาพจารณาออกแบบ อยางไรกตาม เมอใดทโซถกใชงานสงกวาสมรรถนะทกาหนดของมน หรอรบภาระนาหนกในจานวนรอบทสง ๆ แลวความลากจะกลายเปนแฟคเตอรทสาคญมากอกอยางหนง

การแกวงของโซขณะแลนผานลอฟนเฟอง (Oscillation of Chain Speed at Sprockets)

ในขณะทโซถกมวนไปบนลอฟนเฟอง จดศนยกลางของขอตอโซทวางนอนไปบนเสนโคงพต (Pitch Circle) ของลอฟนเฟอง และเสนศนยกลาง (Centerline) ของขอตอแตละอน (เสนระหวางจดศนยกลางของขอตอ) จะอยในรปของเสนตรงตดเสนโคง (Chord) ของวงกลมน เมอลกกลงเคลอน

27

เขาใกลลอฟนเฟอง โดยไมเคลอนไปตามเสนสมผสกบเสนโคงพต (Pitch Circle) แตจะเคลอนเปนสวนโคงทตออนกรมกน เกดเปนปรากฎการณทเรยกวา Oscillation” หรอ การแกวง

รปท 2-28 การแกวงของโซ

ขนาดของการแกวงน หรอการเคลอนไหวแบบ Chordal จะขนอยกบจานวนของฟนบนลอฟนเฟองฟนยงมาก ความเรวจะเปลยนแปลงนอย สวนทราบเรยบจะผานสวนโคงตลอด ทาใหขอตอแกวงเปนจงหวะและเกดการสนเลกนอยการใชโซทมระยะพทชสนกวากบลอฟนเฟองทมขนาดเสนผาศนยกลางเทากนจะใหผลลพธทเหมอนกน การแกวงมากเกนไปจะทาใหเกดเสยงดงขณะเดนเครอง และทความเรวสง ๆ จะทาใหเกดการเปลยนแปลงความเรวในการหมนของลอฟนเฟอง อยางไรกตาม หากเลอกสวนประกอบทเหมาะสมกนแลวความเรวทไมสมาเสมอนจะลดลงดวยคณภาพความยดหยนของโซ ในบรเวณทางแลนของโซ มกจะมการเสรมผวกนสกอยครงทางระหวางจดสงและตาของการแกวง

180 180100 sec 1 cosVV N∆ ⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛= −⎜ ⎟ ⎜⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎝⎣ ⎦ N

⎞⎟⎠

(2.29)

เมอ VV∆ = เปอรเซนตการเปลยนอตราเรวของคอรด , %

V = ความเรวของโซ , m/s N = จานวนฟนบนจานโซ , ฟน

28

ในการคานวณความเรวของโซ เราจะสามารถคานวณไดจากความเรวรอบของจานโซทเคลอนทแบบหมน และรศมของจาน หรออาจจะคานวณจากความเรวรอบของจานโซทเคลอนทแบบหมน และจานวนฟนของจานโซ กได ดงสมการ

12 12Dn NpnV π

= = (2.30)

ซง ความเรวของโซ , m/s V =

D = รศมของจานโซ , m n = ความเรวรอบของจานโซ , rps N = จานวนฟนบนจานโซ , ฟน p = ระยะพทชของโซ , m

รปท 2-29 แสดงสวนประกอบของโซ

ความยาวของโซ ควรหาเปนจานวนพทช ซงโดยมวไปจะใชจานวนพทชค มฉะนนจะตองเพมโซพเศษเขาไปอก 1 ขอ ความยาวของโซโดยประมาณสามารถออกแบบไดจากสมการ

2

2

22 4 (

s m s mN N N NL CP P C Pπ )

⎡ ⎤+ −= + + ⎢ ⎥

⎣ ⎦ (2.31)

ซง L = ความยาวของโซ , m P = ระยะพทชของโซ , m ระยะระหวางจดศนยกลางของโซ , m C = จานวนฟนของจานโซอนใหญ , ฟน mN =

29

จานวนฟนของจานโซอนใหญ , ฟน sN =

2.5.2 จานโซและฟนเฟอง(Sprockets)

รปท 2-30 จานโซประเภทตาง ๆ

จานโซสามารถทาขนจากวสดหลาย ๆ ชนดและมหลายประเภท (รป 4.9) ขนอยกบการใชงาน และความยากลาบากในการบารงรกษาทตองการ จานโซสามารถทาขนจากวสดหลอหลายชนด เชน เหลกหลอสเทา (Gray Iron) และ Chilled Rim และยงม Fabricated Steel ทมความแขงแรงสงสดและมความตานทานการสกหรอตามทตองการ จานโซทนยมใชกน 3 ประเภท มดงน ก. Arm Body จานโซประเภทน โดยทวไปจะใชเมอตองการใหมขนาดใหญ เพอลดนาหนกทาใหการขนถายงายขน และราคาถก ข. Split (Arm or Plate) Body จานโซแบบ Split Body เปนแบบแยกเปน 2 สวน ออกแบบมาใหสะดวกในการตดตงและถอดออกจากเพลาไดโดยไมตองยงเกยวกบแบรงหรออปกรณทดานปลายอน ๆ ซงลดเวลาในการตดตงหรอถอดไดมาก

ค. Plate Body จานโซแบบน โดยทวไปจะใชเมอตองการใหมขนาดเลกลง ในเมอใชจานโซแบบ Arm ไมไดและจะใชใหมขนาดใหญขน เมอแรงดงโซมากกวาความแขงแรงของจานโซแบบ Arm Body จานโซแบบ Fabricated Steel โดยทวไปเปนแบบ Flame cut และผลตขนจากแผนเหลกกลาคารบอนธรรมดา (Plain Carbon) หรอโลหะผสม ฟนเฟองจะชบแขงแบบ Flame หรอแบบกระแส

30

เหนยวนา นอกจากนจานโซยงสามารถทาไดจากแผนเหลกกลาคารบอนตา แผนเหลกกลา Carburized และชบแขงแบบ Flame แบบกระแสเหนยวนาหรอ Salt Bath 2.5.3 การหาแรงในการขบเคลอน ในการขบเคลอนของจกรยานปกตแลวเราจะตองใชเทาปนเพอสงกาลงไปยงลอ เพอทาใหลอหมน แตสาหรบจกรยานไฟฟานนเราสามารถขบเคลอนไดทงการปนดวยเทา หรออาจขบเคลอนดวยมอเตอร ซงการคานวณหาภาระแรงทตองใชเพอทาใหจกรยานเคลอนทไปขางหนาไดนน มการคานวณทคลายกน แรงขบเคลอนทตองการนนจาเปนตองคานวณหากาลงทตองใสเขาไปอาจจะเปนการปนดวยเทา หรอขบเคลอนดวยมอเตอร เพอใหไดความเรวทตองการ สมการความสมพนธระหวางกาลงของมอเตอรกบทอรกของมอเตอร จะไดความสมพนธดงน

2mP N mTπ= (2.32)

ซง mP = กาลงของมอเตอร , W อตราเรวรอบของมอเตอร , rps N = แรงบดของมอเตอร , N.m mT =

สมการความสมพนธระหวางทอรกของลอกบทอรกของมอเตอร

w t g fT i i mTη= × × × (2.33)

ซง แรงบดทลอหลงจกรยาน , N.m wT =

tη = ประสทธภาพการสงกาลง

อตราการทดระหวางเฟองขบมอเตอรและเฟองทายจกรยาน gi =

อตราการทดระหวางเสนผานศนยกลางเฟองทายกบเสนผานศนยกลางของลอหลง fi =

แรงบดของมอเตอร , N.m mT =

สมการความสมพนธแรงขบเคลอนกบทอรกของลอ

wTFr

= (2.34)

ซง แรงขบเคลอนทตองการเอาชนะแรงตาน ,N F =

31

แรงบดของลอหลงจกรยาน , N.m wT = รศมของลอจกรยาน , m r =

จากสมการท (2.33) และสมการท (2.34) สามารถสรปไดวา

t g f mi i TF

rη

= (2.35)

หรอ 0t mi TFr

η= (2.36)

ซง 0 g fi i i= × = อตราทดของระบบสงกาลง

การหาความเรวรอบทตองการ

ในการเคลอนทของรถจกรยานไฟฟานน อตราเรวของจกรยานจะมความสมพนธกบคาอตราเรวรอบ โดยขนอยกบอตราการทดเฟอง ซงสามารถวเคราะหหาอตราเรวของจกรยานไดโดย

ถา อตราเรวรอบของมอเตอร = rps N

จะไดวา อตราเรวของลอ = o

Ni

rps

เสนรอบวงของยางลอ 1 รอบ = 2 rπ m

อตราเรวรถจกรยาน = 2o

Nri

π⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

m/s

หรอ = 360021000o

Nri

π⎛ ⎞⎛⎜ ⎟⎜

⎝ ⎠⎝ ⎠

⎞⎟ km/hr

ดงนนจะไดวาสมการการหาอตราเรวของจกรยานไฟฟาไดเปน

3.6(2 )

o

r NViπ

= (2.37)

หลงจากทเราสามารถคานวณแรงตานการเคลอนท และอตราเรวของรถจกรยานไฟฟาไดแลวนน เราจะ

สามารถหากาลงขบเคลอนของลอจากสมการ การหากาลงขบเคลอน

3.6wFVP = (2.38)

32

แตเนองจากในการสงกาลงโดยทวไปนน เราไมสามารถสงกาลงไปสชนสวนอนๆไดถง 100% ดงนนเราจะมาวเคราะหหากาลงของมอเตอรทตองใชโดยการใชคาประสทธภาพในการสงกาลง เพอใชการออกแบบ จะไดประสทธภาพการสงกาลงไดเปน

wt

m

PP

η =

เมอแทนคากาลงการขบเคลอนของลอแลวเราไดสมการ

3.6mt

FVPη

= (2.39)

33

2.6 แบตเตอร และเซลลไฟฟา

แบตเตอร เปนแหลงกาเนดไฟฟาทอาศยหลกการเปลยนแปลงพลงงานเคมใหเปนพลงงานไฟฟาออกไปใชงาน เปนไฟฟากระแสตรง แบตเตอรประกอบดวยเซลลไฟฟาตงแต 1 เซลล หรอมากกวา โดยเซลลนจะเชอมตอเขาดวยกนทางไฟฟาซงจะประกอบดวยอปกรณพนฐาน 4 สวน 1. ขวบวก (Positive Electrode) 2. ขวลบ (Negative Electrode) 3. อเลกโทรไลต (Electrolyte) 4. ตวขนเซลล (Separator)

รปท 2-31 แสดงโครงสรางแบตเตอร ขวบวกเปนสวนทสญเสยอเลกตรอนเนองจากการทาปฏกรยาทางเคม สวนลบจะเปนตวรบอเลกตรอนภายหลงทเกดการทาปฏกรยาทางเคมขน สาหรบเลกโตรไลตจะเปนตวกลางใหอเลกตรอนไหลผานระหวางขวบวกและขวลบ สวนตวขนเซลลจะใชแยกสวนของขวบวกและขวลบออกจากกนทางไฟฟา โดยทวไปแลวแบตเตอรจะประกอบดวยเซลลหลายเซลลทมการเชอมตอกนทางไฟฟาอยภายใน ซงวธการตอของแตละเซลลและชนดของวสดทนามาใชเปนเซลล จะเปนปจจยทกาหนดขนาดของแรงดนไฟฟาและความจไฟของแบตเตอร โดยการตอถาใหขวบวกของเซลลหนงตอกบ ขวลบของเซลลถดไป และตอกนเชนนไปเรอยๆ จะทาใหแรงดนไฟฟาทไดเทากบผลรวมของแรงดนไฟฟาของแตละเซลลรวมกน เรยกการตอแบบนวา การตอแบบอนกรมหรอการตอ แบบอนดบ สวนวธการเพมความจไฟฟาใหกบแบตเตอรนน จะตองตอใหขวบวกของทกเซลล เขาดวยกนและขวลบของทกเซลลเขาดวยกน เรยกการตอแบบนวา การตอแบบขนาน

34

(ก)การตอแบตเตอรแบบอนกรม (ข)การตอแบตเตอรแบบขนาน

รปท 2-32 แสดงการตอแบตเตอรแบบอนกรมและแบบขนาน

เซลลไฟฟา บางครงเรยกวา แบตเตอรแหง แตคนทวไปเรยกวา ถานไฟฉาย เซลลเปนอปกรณทเปลยนแปลงพลงงานเคมใหเปนพลงงานไฟฟา เซลลแบงออกเปน เซลลเปยก หรอ โวลตาอดเซลล และ เซลลแหง ซงเปนทนยมใชกนอยในปจจบน ซงแบงออกไดเปน 5 ชนด ดงน

- แบบคารบอน-สงกะส - แบบอคคาไลน - แบบซลเวอรออกไซด - แบบเมอรควร - แบบนกเกลแคดเมยม

1. แบบคารบอน-สงกะส ประกอบดวย กลองสงกะสทรงกระบอก ซงเปนขวลบและเปนทบรรจอเลค

โตรไลท อเลคโทรไลท (Electrolyte) เปนนายาททาปฏกรยาเคมกบอเลคโทรดทจมอยในตวของมน อาจเปนเปนเกลอ (Salt) กรด หรอ ดาง (Alkaline) กได

เซลลแบบคารบอนสงกะสน อเลกโตรไลทอาจจะใชแอมโมเนยคลอไรด สงกะสคลอไรด กรอ แมกนเซยมคลอไรด ซงจะตองผสมกบแปงเปยกเพอใหเหนยวขน ขวบวกของเวลลแหงนมาจากแทงถานกลมกได และมแมกกานสออกไซดเปนดโปลาไรเซอร แลวใชนามนดนปดใหแนนปองกนไมใหแทงถานสมพสกบสงกะส

2. แบบอลคาไลน เซลลไฟฟาแบบนเหมาะสมดทกอยาง (ยกเวนราคา) เพราะใหกระแสไฟฟาไดสง และทางานไดดทอณหภมปกต สามารถเกบไวไดนาน เครองเลนของเดกทเปนไฟฟาควรใชถานไฟฉายประเภทน เพราะใหกระแสไฟฟามาก เซลลชนดนอยไดนานเฉลยนานกวาหาป

3. แบบซลเวอรออกไซด เซลลประเภทนใชในงานสารวจพนผวดวงจนทร มอายการใชงานนานกวาอลคาไลนถง 3 เทา ถาใชกบไฟฉายจะไมหรเลยจนกวาเซลลจะหมดอายไปโดยสนเชง และคาใชจายกตองสงดวยคอ ประมาณ 200 บาท ตอชวโมง คณสมบตของเซลลชนดน คอ เมอมนหมดกระแสไฟฟากจะหมดไปเลย คอ กระแสไฟฟาและแรงเคลอนไฟฟาจะไมคอยๆ หมดตามเวลาทใช เมอหมดจะหมดไปเลย คณสมบตนชวยใหนาฬกาเดนอยางเทยงตรง มเตอรวดไดอยางแมนยา

35

4. แบบเมอรควร เซลลไฟฟาแบบนใชกนอยางแพรหลายในเครองใชทใชเซลลแบบกระดม แต

แตกตางกนตรงราคาเซลลแบบเมอรควรจะถกกวาครงหนง ขอทแตกตางกนคอแรงดนไฟฟา โดยเมอรควรจะมแรงดนไฟฟาเซลลละ 1.35 - 1.4 โวลต สวนซลเวอรออกไซดมแรงดนไฟฟาเซลลละ 1.5 โวลต

วงจรอเลคทรอนคสหลายชนดทตองการความเทยงตรงแมนยา เชน นาฬกาอเลคทรอนคส ซงวงจรนจะใชแบตเตอรมแรงเคลอนแตกตางกนอยางเมอรควร และซลเวอรออกไซดไมไดเลย

5. แบบนกเกลแคดเมยม เซลลไฟฟาทกลาวมาทงหมดเปนชนดทเมอใชจนกระแสไฟฟาหมดแลวกตองทงไป แตเซลลแบบนกเกลแคดเมยม สามารถชารทไฟเขาไปใหมได เซลลหนง ๆ สามารถชารทไฟไดไมนอยกวา 1,000 ครง แบตเตอรชนดนมแรงเคลองไฟฟาเพยง1.25 โวลต ซงเครองใชทใชแบตเตอรสวนใหญกมกจะออกแบบใหใชไดกบแรงเคลอนไฟฟาโดยเฉลยของเซลลแบบคารบอนสงกะส และอลคาไลนพอด

ววฒนาการของเซลลแหงแบบนกเกลแคดเมยมเปนทนยมใชกนมาก เมอใชจนไฟหมดสามารถประจไฟได ทงยงมนาหนกเบามาก และจายกระแสไฟไดสงมาก จงนยมใชกบเครองคดเลข ไฟแฟรชถายภาพ นาฬกาอเลคทรอนคสตลอดจนอปกรณทางอเลคตาง ๆ เปนตน สาหรบการแบงกลมของแบตเตอร สามารถแบงได 2 กลมหลกดงน 1. แบตเตอรแบบปฐมภม (Primary Battery) เปนแบตเตอรทเมอผานการใชแลวไมสามารถนากลบมาชารจประจเพอกลบมาใชใหมได หรอทมกเรยกกนวา “ถาน” มอยหลายชนด เชน ถานอลคาไลน ถานลเทยม เปนตน แบตเตอรแบบนมหลายขนาด ใชในวทย นาฬกา เกบพลงงานไดสง อายการใชงานสง แตเมอถกใชหมดจะกลายเปนขยะมลพษ 2. แบตเตอรแบบทตยภม (Secondary Battery) เปนแบตเตอรทเมอผานการใชแลวสามารถนากลบมาชารจประจเพอกลบมาใชใหมได เชน แบตเตอรรถยนต แบตเตอรมอถอ และถานรนใหมๆ เปนตน

36

บทท 3

การดาเนนงานโครงการ

การดาเนนงานของโครงการน จะมการทางานออกเปนหลายๆสวน คอ การออกแบบ ,สราง และทดสอบ ซงการออกแบบสราง และทดสอบนน มความสาคญตอโครงการมากและเปนสงททาใหโครงการสาเรจลลวงได โดย 3.1 การออกแบบจกรยานไฟฟา

ในสวนการออกแบบจกรยานไฟฟานถอเปนสวนทสาคญมาก เนองจากจะทาใหขนตอนในการสรางและทดสอบเปนไปไดดวยด เนองจาก จะทาใหรแผนการ รปแบบขนตอนทจะทาอยางเปนระบบ และมความผดพลาดในการทางานนอยลง ซงในโครงการนมสวนการออกแบบทงหมด 3 สวน ไดแก

3.1.1 การออกแบบโครงสรางตางๆในการตดตง เชน ตาแหนงตดมอเตอร หรออปกรณตางๆ ให

เหมาะสมกบความตองการ เพอใหไมเกดปญหาในการขบข ซงผลจากการออกแบบ ไดตาแหนงการตดมอเตอรอยทลอหลง เนองจากการตดมอเตอรทลอหนาอาจเกดปญหาในการขบขได

37

รปท 3-1 ภาพแสดงจกรยาน และตาแหนงการตดมอเตอร

3.1.2 การออกแบบระบบควบคมมอเตอร เชน ควบคมมอเตอรเพอใหความเรวเหมาะสมกบการขบ

ข ซงในโครงการนเราจะเลอกใช การควบคมความเรวรอบโดยการปรบพลสของวงจร ซงจะมแผงวงจร 2 แผง คอ วงจรควบคม และวงจรขบมอเตอร ซงเปนตวควบคมพลส (Duty Cycle) ของวงจร ซงในการควบคมพลสจะเปนการควบคมการปรบคาของความกวางการปลอยกระแส ไดจากตวตานทานทปรบคาได ซงเปนลกษณะของชดประกบคนเรง เพอใหงายตอการใชงาน ซงการทความตานทานนอยจะทาใหเกดพลส ออกมาเปนดงรป ก. และเมอเราทาการเพมคาความตานทานจะทาใหชวงในการปลอยกระแสนานขน ทาใหคาเฉลยของการปลอยกระแสมคามากขน ดงรป ข.

(ก)

38

(ข)

รปท 3-2 ผลการทดสอบวงจรควบคมทออกแบบ

(ก) คาของ Duty cycle มคานอย (R2=1Ω) (ข) คาของ Duty cycle มคามาก (R2=100Ω) ซงในการสรางวงจรควบคมและวงจรขบขนมานนม วงจรดงน

รปท 3-3 แสดงวงจรควบคมททาการสรางในโครงการ

39

จากรป เปนลกษณะของวงจรทไดทาการออกแบบ โดยจะเหนไดวาการออกแบบและสรางรถจกรยานไฟฟานสามารถทจะปรบความเรวของมอเตอรได โดยในโครงงานนไดใชดซมอเตอรขนาด 24 V (2,500 RPM/250W) เปนตวขบเคลอนรถจกรยานน โดยไดมการตดตงมอเตอรไวทลอหลง ลายวงจรพมพของโครงงาน

(ก) (ข)

รปท 3-4 ลายวงจรและอปกรณของวงจรควบคม

จากรป ก. และ ข. จะเปนวงควบคม ซงมรายละเอยดของอปกรณทตองใช ดงน

ตวตานทาน

1. R1 , R4 = 1 kΩ 2 ตว 2. R2 = 0-100kΩ 1 ตว 3. R3 = 6kΩ 1 ตว 4. RC = 330Ω 1 ตว

ตวเกบประจ 1. C1 = 0.27µF 1 ตว 2. C2 = 0.1 µF 1 ตว

ไดโอด

1. D1 =1N4148 1 ตว 2. LED 1 ตว

ไอซ 1. IC555 1 ตว

40

สวนอกแผงวงจรหนงจะเปนวงจรขบมอเตอร ซงจะตดกบมอเตอรเพอทาการจายกระแสเพอขบมอเตอร โดยกระแสทจายจะถกควบคมดวยวงจรควบคมอกทหนง

ลายวงจรของชดขบมอเตอร

(ก)

(ข)

รปท 3-5 ลายวงจรและอปกรณของวงจรขบ

41

จากรปท 3-5 จะเปนวงจรขบมอเตอร ซงมรายละเอยดของอปกรณทตองใชดงน ตวตานทาน

1. RA = 500 Ω 1 ตว 2. RB = 10 kΩ 1 ตว

ไดโอด 1. D1 = FUMG26 1 ตว

MOSFET 1. M1 , M2 = IRF150 2 ตว

ซงเมอไดวงจรควบคมและวงจรขบแลว จะนามาตดตงในรถจกรยานไฟฟา ซงมการตอวงจรเขาหากบจกรยานไฟฟาดงน

รปท 3-6 รปแสดงการตอวงจรควบคมกบวงจรขบเขาดวยกน

42

3.1.3 การออกแบบระบบสงกาลง เชน ขนาดมอเตอร,โซ,เกยร หรอสเตอร เปนตน โดยใชความสมพนธของสมดล

รปท 3-7 ภาพแสดงการทางานของระบบสงกาลง

ขอมลการออกแบบจกรยานไฟฟา

ตารางท 3-1 ตารางแสดงขอมลการออกแบบจกรยานไฟฟา

ขอมล ตวแปร ปรมาณ หนวย

รถจกรยานไฟฟา และผขบข อตราเรวทออกแบบ

พนทหนาตดของการขบข รศมลอ

สมประสทธแรงตานอากาศ

จานวนฟนเฟองขบมอเตอร จานวนฟนเฟองเพลาสงกาลง

รศมเฟองทาย ประสทธภาพการสงกาลงทออกแบบ

มมองศาความลาดชน

m V A

wd Ka

mN sN sd tη θ

120 25 0.4 0.3 0.03

9 18

0.08 90 0

kg km/hr

m2

m - ฟน ฟน m %

องศา

43

การคานวณหาแรงตานการเคลอนท

1. แรงตานจากการหมน r rR K N=

จากคา 0.015 0.00016rK V= + 0.015 0.00016(25)rK = +

0.019rK =

และจากคา N mg= (สาหรบการออกแบบทเสนทางราบ) 120 9.81N = × 1177.2N = นวตน

นามาแทนคาในสตร r rR K N= จะได

(0.019)(1177.2)rR =

22.36rR∴ = นวตน

2. แรงตานอากาศ 2AVKR aa =

นาขอมลทออกแบบมาคานวณหาคาแรงตานอากาศ จะได 2(0.03)(0.4)(25)aR =

7.5aR∴ = นวตน

3. แรงตานจากทางชน singR W θ= เนองจากการออกแบบเราจะใชเสนทางเรยบจะไดวา

0gR = ดงนนจะสรปไดวาแรงตานการเคลอนททงหมดไดเปน

T r a gR R R R= + +

22.36 7.5 0TR = + +

30.13TR∴ = นวตน แรงตานการเคลอนททงหมดมคา 30.13 นวตน

44

การคานวณหาขนาดของมอเตอร

จาก สมการ 3.6wFVP = และ w

tm

PP

η =

จะไดความสมพนธเปน 3.6mt

FVPη

=

(30.13)(25)

3.6(0.9)mP =

232.48mP∴ = W ดงนนมอเตอรทเราเลอกควรจะใช มอเตอรไฟฟากระแสตรงขนาด 250 W การคานวณหาความเรวรอบ

จากสมการ 3.6(2 )

o

r NViπ

=

แปลงสมการเพอใชในการคานวณความเรวรอบไดเปน 3.6(2 )oViN

rπ=

และจากคา o gi i i= × f

คา 18 29

mg

s

NiN

= = = (อตราทดรอบของจานวนเฟองขบมอเตอรและ จานวนเฟองทายจกรยาน)

30 3.758

wf

s

did

= = = (อตราทดรอบของเสนผานศนยกลางเฟองทายจกรยาน กบเสนผาน

ศนยกลางลอหลงจกรยาน) จะสรปไดวาอตราการทดรอบของระบบสงกาลงมคา 2 3.75 7.5oi = × =

แทนคาตวแปรตางๆในสมการ จะได (25)(7.5) 27.63

3.6(2 0.3)N

π= =

× rps

1657.86N∴ = rpm

45

การคานวณหาแรงบด จากสมการ 2m mP NTπ=

จะทาใหสามารถคานวณแรงบดมอเตอรไดเปน 2m

mPT

Nπ=

จะได 232.48 1.34

2 (27.63)mTπ

= = N.m

และจากสมการ w t g fT i i mTη= × × × จะทาใหสามารถคานวณหาแรงบดของลอไดเปน

0.9 2 3.75 1.34 9.045wT = × × × = N.m

ดงนนจากการคานวณการออกแบบ จะสรปไดวา

- แรงตานการเคลอนท, 30.13TR = นวตน - กาลงของมอเตอรทตองการ, 232.48mP = W - อตราสวนการทดรอบของระบบสงกาลง, 7.5oi = - อตราเรวรอบของมอเตอร , 1657.86N = rpm - แรงบดของมอเตอร , 1.34mT = N.m - แรงบดทลอหลงจกรยาน 9.045wT = N.m

ดงนนมอเตอรทเราควรเลอก คอ มอเตอรกระแสตรงขนาด 24V 250W 2500rpm

46

3.2 การสรางจกรยานไฟฟา

ในการสรางจกรยานไฟฟานนจะตองสรางตามการออกแบบ 3 สวน คอ โครงสรางตางๆ, ระบบควบคมมอเตอร และ ระบบสงกาลง โดยใหมสมรรถนะเพยงพอกบการขบขทวไป และมงบประมาณทตาดวย ซงการคานวณหางบประมาณทใช เราจะเปรยบเทยบจากราคาอปกรณตดตงโดยเราจะคานวณจาก 3.2.1 โครงสรางของจกรยาน การสรางจกรยานไฟฟาของโครงการนจะใช จกรยานทมลอจกรยานขนาด 24 นว หรอ ลอทมารศม 30 เซนตเมตร นนเองทางโครงการจงเลอกทจะใชจกรยานทวไป ทมการใชงานแลว เนองจากจะไดเกดการเปรยบเทยบสภาพการขบขวามสภาพการขบขทดขน หรอลดนอยลงไปอยางไร จกรยานทใชจะแสดง ดงรปท 3-8 ซงมลอขนาด 24 นวตามทออกแบบไว

รปท 3-8 รปแสดงจกรยานทนามาใชในโครงการ

โดยกลองทจะใชใสแบตเตอรและวงจรควบคมนน จะตดตงไวทแกนเหลกทไวใชซอนทายเพอใหใกลกบมอเตอร เพอทสายไฟจะไดมความยาวทสนลง

47

3.2.2 ระบบควบคมมอเตอร วงจรควบคมมอเตอรทสรางขนนไดเลอกวงจรควบคมแบบปรบพลส ซงในการควบคมพลสจะเปนการควบคมการปรบคาของความกวางการปลอยกระแส ไดจากตวตานทานทปรบคาได ซงเปนลกษณะของชดประกบคนเรง เพอใหงายตอการใชงาน ซงการทความตานทานนอยจะทาใหเกดพลส มชวงในการปลอยกระแสไฟฟาทนอย เมอเราทาการเพมคาความตานทานจะทาใหชวงในการปลอยกระแสนานขน ทาใหคาเฉลยของการปลอยกระแสมคามากขน ระบบควบคมมอเตอรโดยวธการควบคมพลสน จะประกอบดวยแผงวงจร 2 ชด คอ วงจรควบคม และวงจรขบมอเตอร ซงการวรางแผง Pcb นจะใชไฟฟาระบบ 12v แรงตา โดยวธการสรางแผงวงจรมวธการ ดงน 1. นาลายวงจรไปถายเอกสารใสแผนใสทนความรอน 2. นาแผนปรนทยงไมไดกดมาตดใหไดขนาดทเหมาะสม 3. นาแผนใสทถายเอกสารแลว มารดดวยเตารดลงบนแผนปรนทยงไมไดกด 4. ลอกแผนใสออกจากแผนปรน 5. ตรวจเชคหมกวาเขมหรอไม ถายงไมเขมหรอขาดใหนาหมก Permanent เตมเพมเขาไป เนองจากถานาไปกดปรนแลวนายาจะกดเฉพาะสวนทไมมหมก 6. นาแผนปรนลงมากดลายในนายากดปรน จนนายากดสวนทไมไดเคลอบหมกเอาไวออกหมดแลว 7. นาทนเนอรมาเชดหมกทตดอยบนแผนปรนออก เราจะไดลายวงจรทตองการ 8. ถาตองการความคงทนของผว ใหทาการเคลอบดวยนายาเคลอบผววงจร 9. นาสวานขนาดเลกมาเจาะบรเวณทตองการนาอปกรณมาตด 10. นาอปกรณทตองการตดตงลงไปมาบตกรลงไป และตดขาของอปกรณเหลานนทยาวเกนไปออก 11. นามาตอสายไฟเขากบอปกรณของเราไดตามรปท 3-6 จากขนตอนการสรางแผงวงจรเราจะสามารถสรางแผงวงจรควบคม และวงจรขบ ทง 2 ไดดงรปท 3-9,3-10,3-11,3-12 ซงเราจะนาวงจรทง 2 มาตดตงในจกรยานไฟฟา ซงมคาเตอนทสาคญ คอ หามกลบขวไฟฟาทแบตเตอร เนองจากการกลบขวจะทาใหวงจรไฟฟาไหมได

รปท 3-9 ภาพแสดงผลลายวงจรควบคมทสรางขน

48

รปท 3-10 ภาพแสดงผลอปกรณทตดตงในวงจรควบคม

รปท 3-11 ภาพแสดงผลลายวงจรขบทสรางขน

รปท 3-12 ภาพแสดงผลอปกรณทตดตงในวงจรขบ

49

เมอนามาประกอบเขาดวยกนในกลองวงจรเพอปองกนการเสยหายจากการกระทบกระเทอน และนาโฟมมาตดไวรอบๆกลองใสอปกรณ เพอปองกนการสนสะเทอน ซงอาจเปนผลใหวงจรเสยหายได

รปท 3-13 แสดงการตอวงจรควบคม และวงจรขบเขาดวยกน

รปท 3-14 รปแสดงตดตงแบตเตอรและกลองวงจรควบคม

50

รปท 3-15 รปแสดงตอสายไฟเขาวงจรควบคม และใชโฟมรองปองกนการสนสะเทอน

51

3.2.3 ระบบสงกาลง เนองจากการสงกาลงของจกรยานไฟฟานนม 2 ระบบ คอ ขบเคลอนโดยใชแรงคนถบจกนยาน และ ขบเคลอนโดนมอเตอรไฟฟา ดงนนเฟองทายทเราจะใชจะเปนเฟองค 2 อนเชอมตดกนโดยเฟองทขบเคลอนมอเตอรไฟฟาจะอยดานนอก และเฟองขบเคลอนคนถบจกรยานจะอยดานในคงเดม ดงรปท 3-16 และ มอเตอรไฟฟาทนามาตดนนจะอยใกลกบเฟองทายดงรปท 3-17

รปท 3-16 รปแสดงผลการตดตงเฟองทาย

รปท 3-17 รปแสดงผลการตดตงเฟองทาย

52

3.3 การทดสอบการทางาน

เปนสวนทใชในการทดสอบสภาพในการขบขและการทางานของชนงานททาวาสามารถทาไดมคณภาพมากนอยเพยงใด จะตองแกไขอยางไรใหมการทางานทดยงขน ซงการทดสอบจะเปนการทดลองการทางาน รวมถงการวดคาตางๆทเปนคณสมบตของจกรยานไฟฟา เพอใหทราบถงขอบกพรองทเกดขนเพอจะนามาแกไขปรบปรงจน มคณภาพ สามารถทางานทดทสด

เครองมอทใชในการทดลองคอ ซงสามารถวดคาความเรว รวมถงประมวลผลหาคา ระยะทาง ความเรวสงสด และความเรวเฉลยอกดวย โดยการตดตว เซนเซอรไวทซลอจกรยาน ทาใหการทดสอบสามารถวดไดทงระยะทาง และความเรว ไปพรอมๆ กน

ซงการทดสอบการทางานของโครงการนจะทาการทดสอบ 3 สวน คอ

3.3.1 ทดสอบแบบ No Load

เปนการทดสอบหาความเรวขณะทไมมภาระโหลดมากระทา การวดความเรววดไดจากการหมนลอเปลา แลวทดสอบความเรวรอบ โดยใชเครองมอความเรวของจกรยาน โดยมเซนเซอรตรวจจบวดความเรวของลอหมน โดยตดเอาไวทซลอจกรยาน

รปท 3-18 รปแสดงการตดตงอปกรณวดความเรวทลอหลงเพอทดสอบความเรวทสภาวะ No Load

53

ในการทดสอบนนจะทาการตดอปกรณวดความเรวทลอหลง โดยตดเซนเซอรทซลอหลง ดงรปท 3-17 ซงจะสามารถวดความเรวของลอเปลาได ในการทดสอบจะทาการทดสอบเปนจานวน 3 ครง เพอทาใหคาทไดมความแมนยาขน

ตารางท 3-2 ตารางการทดสอบหาความเรวเฉลยแบบ No Load

จากผลการทดลองจะสรปไดวาความเรวทวดไดมคาทคอนขางใกลเคยงกน เนองจาก มอเตอร

กระแสตรงมคณสมบตทความเรวคอนขางคงท สวนคาทคลาดเคลอนอาจเกดจาก การประมาณอตราการบดในแตละรอบทแตกตางกน แตมเพยงเลกนอยเทานน

ความเรวเชงเสนทวดได (km/hr) อตราการเรงโดยประมาณ

ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 ความเรวเฉลย

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

0 0.5 2.3 3.5 4.6 6.7 9.8 14.3 20.8 22.1 27.2

0 0.6 1.8 3.1 3.9 6.2 9.5 14.0 20.5 22.3 27.1

0 0.5 2.0 3.3 4.1 6.5 9.5 14.0 20.2 21.9 27.2

0 0.5 2.0 3.3 4.1 6.5 9.5 14.0 20.2 21.9 27.2

54

3.3.2 การทดสอบแบบใชงานจรง เปนการทดสอบทภาระโหลดจรง โดยนาไปขบขจรง เพอวดความเรวตามทออกแบบ วาไดความเรว

ตามทออกแบบหรอไม มสภาพการขบขทคงเดมหรอไม ในการทดสอบหาความเรวแบบใชงานจรงนนเราจะตดอปกรณวดความเรวไวทลอหนา โดยตดเซนเซอรไวทซลอหนา และตดอปกรณแสดงผลการวดไวทคนบงคบจกรยานดงรปท 3-19 โดยทมการทดสอบท 3 สภาวะ คอ การขบขในทางราบ การขบขในทางชน และการขบขในทางลาด

รปท 3-19 รปแสดงการตดตงอปกรณวดความเรวเพอทดสอบแบบใชงานจรง การขบขในทางราบ ในการทดสอบการขบขในทางราบนน เปนการนาจกรยานไฟฟามาทดสอบในทางขบขทมลกษณะพนโดยทวไปไมมทางชบ ทางราบ หรอโดยเฉลยรวมแลวเปนทางทมความราบเปนหลก ซงในการทดสอบนนจะทาการทดสอบ 3 ครง เพอทาใหมคาความเรวทใกลเคยงยงขน

55

รปท 3-20 แสดงสภาพถนนทใชในการทดสอบในทางราบ

ตารางท 3-3 ตารางการทดสอบหาความเรวเฉลยแบบใชงานจรงในทางราบ

จากผลการทดสอบจะสรปไดวาความเรวทวดไดนนมคาอยทประมาณ 25.1 กโลเมตรตอชวโมง ซงคาท

ออกแบบโดยประมาณนนอยท 25 กโลเมตรตอชวโมง จะเหนไดวาคาความเรวทไดนนมความเรวทใกลเคยงกบทไดทาการออกแบบ

ความเรวเชงเสนทวดได (km/hr) อตราการเรงโดยประมาณ

ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 ความเรวเฉลย

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

0 0.5 1.3 2.5 3.6 6.7 8.8 13.3 20.8 22.8 25.2

0 0.4 1.5 3.1 4.9 6.3 9.5 14.0 20.6 22.5 25.3

0 0.4 1.2 2.7 3.1 5.5 9.4 14.0 20.2 21.6 24.8

0 0.43 1.33 2.77 3.87 6.17 9.23 13.77 20.53 22.3 25.1

56

การขบขในทางชน ในการทดสอบการขบขในทางชนนน เปนการนาจกรยานไฟฟามาทดสอบในทางขบขทมลกษณะพนโดยทวไปเปนทางชนขนประมาณ 5 องศา เพอจาลองสถานการจรงเมอตองขบรถขนเนนวามแรงบดเพยงพอในการขบขหรอไม ซงในการทดสอบนนจะทาการทดสอบ 3 ครง เพอทาใหมคาความเรวทใกลเคยงยงขน

รปท 3-21 แสดงสภาพถนนทใชในการทดสอบในทางชน

ตารางท 3-4 ตารางการทดสอบหาความเรวเฉลยแบบใชงานจรงในทางชน

ความเรวเชงเสนทวดได (km/hr) อตราการเรงโดยประมาณ

ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 ความเรวเฉลย

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

0 0.0 0.9 1.5 2.4 5.7 7.4 12.1 15.8 18.8 20.2

0 0.2 1.2 3.1 3.7 5.8 8.1 12.1 15.6 19.5 21.3

0 0.2 1.1 2.2 3.2 5.2 7.8 11.3 14.9 18.5 20.0

0 0.13 1.07 2.27 3.1 5.57 7.77 11.83 15.43 18.93 20.5

57

จากผลการทดสอบจะสรปไดวา คาความเรวทวดไดออกมานนมคานอยกวาคาทออกแบบไว 25 กโลเมตรตอชวโมง เนองจากแรงตานการเคลอนทมคามากขนเนองจากเกดแรงตานจากทางชนเพมเขามา ทาใหคาความเรวทวดไดออกมานนมคานอยลง การขบขในทางลาด ในการทดสอบการขบขในทางลาดนน เปนการนาจกรยานไฟฟามาทดสอบในทางขบขทมลกษณะพนโดยทวไปเปนทางลาดประมาณ 5 องศา เพอจาลองสถานการณทตองไปขบขจรง ซงในการทดสอบนนจะทาการทดสอบ 3 ครง เพอทาใหมคาความเรวทใกลเคยงยงขน

รปท 3-22 แสดงสภาพถนนทใชในการทดสอบในทางลาด

58

ตารางท 3-5 ตารางการทดสอบหาความเรวเฉลยแบบใชงานจรงในทางลาด

จากผลการทดสอบจะสรปไดวา คาความเรวทวดไดออกมานนมคามากกวาคาทออกแบบไว 25

กโลเมตรตอชวโมง เนองจากแรงตานการเคลอนทมคานอยลงเนองจากเกดแรงตานจากทางชนหกลางออกไปจากแรงตานการเคลอนทเดม ทาใหคาความเรวทวดไดออกมานนมคามากขน และความเรวจะเพมขนเรอยๆจนกระทงเกนความเรวในขณะทไมมแรงตาน

ความเรวเชงเสนทวดได (km/hr) อตราการเรงโดยประมาณ

ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 ความเรวเฉลย

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

0 1.9 3.2 5.4 7.8 9.1 12.4 16.8 20.6 24.2 28.8

0 1.6 2.9 5.1 7.9 8.5 12.4 15.8 19.5 23.1 28.3

0 1.8 3.0 4.8 7.1 9.2 12.6 16.0 20.2 24.9 28.1

0 1.77 3.03 5.1 7.6 8.93 12.46 16.2 20.1 24.06 28.4

59

3.3.3 ทดสอบปจจยตางๆทเกยวของ

เปนสวนทใชทดสอบปจจยตางๆทมผลตอสมรรถนะการขบข เชน ระยะเวลาทสามารถใชได และระยะทางทไดทงหมด ซงปจจยเหลานแสดงถงความสามารถในการใชงานของยานพาหนะ ซงในการทดสอบสวนนจะใชการเคลอนทดวยมอเตอรไฟฟาเทานน โดยจะไมใชกาลงปนแตอยางใด

รปท 3-23 รปแสดงสถานททใชในการทดสอบหาระยะทางและระยะเวลาทงหมดททาได

ระยะเวลา เปนการทดสอบระยะเวลาในการใชงานทสามารถวงไปไดทงหมดทความเรวสงสด นบตงแตชารจแบตเตอรเตม จนกระทงแบตเตอรหมด ถาจกรยานไฟฟาสามารถขบขไดเปนระยะเวลานานแสดงวามปรมาณการกนไฟทนอย ระยะทาง

เปนการทดสอบระยะทางทสามารถวงไปไดทงหมดทความเรวสงสด นบตงแตชารจแบตเตอรเตม จนกระทงแบตเตอรหมด ถาจกรยานไฟฟาสามารถขบขไดเปนระยะทางไกลมากแสดงวามปรมาณการกนไฟทนอย เชนกน

60

ตารางท 3-6 ตารางหาระยะทาง และระยะเวลา ทสามารถใชงานจากแบตเตอรเตม

จากการทดสอบหาระยะทางและระยะเวลาทวดได จากแบตเตอรทเตม จะสามารถสรปไดวา เมอเราใชการขบเคลอนดวยมอเตอรไฟฟาเพยงอยางเดยวเราจะไดระยะทางทสามารถเดนทางไปไดโดยเฉลย คอ 18 กโลเมตร 66 เมตร และระยะเวลาทใชไดโดยเฉลย คอ 1 ชวโมง 12 นาท แตถาหากกลวงถงการใชในการขบขทวไปนน การขบขเราจะไมไดทาการบดคนเรงตลอดเวลา ดงนนทางผจดทาโครงการจงไดทดลองใชขบขทวไป นนคอมการบดแลวปลอยไหลในบางชวง แลวปรากฎวาใชไดระยะทางมากกวาและระยะเวลานานกวาการทดสอบขางตน ซงไดเปนระยะทางประมาณ 22 กโลเมตร 200 เมตร และ เวลาประมาณ 1 ชวโมง 50 นาท

ระยะทางทงหมดโดยประมาณ เวลาทงหมดโดยประมาณ ครง

กโลเมตร เมตร ชวโมง นาท

ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3

18 17 18

200 900 100

1 1 1

20 5 10

คาเฉลย 18 66 1 12

61

บทท 4 สรปโครงการ

การออกแบบของโครงการจกรยานไฟฟาน ไดทาการวเคราะหหาขนาดมอเตอรทใช หาอตราการสงกาลงทเพยงพอตอการขบข ใหไดอตราเรวทออกแบบไว คอ 25 กโลเมตรตอชวโมง ดงนนจะสรปไดวาผลจากการออกแบบทไดจะเปนดงน

- แรงตานการเคลอนท, 30.13TR = นวตน - กาลงของมอเตอรทตองการ, 232.48mP = W - อตราสวนการทดรอบของระบบสงกาลง, 7.5oi = - อตราเรวรอบของมอเตอร , 1657.86N = rpm - แรงบดของมอเตอร , 1.34mT = N.m - แรงบดทลอหลงจกรยาน 9.045wT = N.m

และเลอกมอเตอรทเหมาะสม คอ มอเตอรกระแสตรงขนาด 24V 250W 2500rpm การสรางจกรยานไฟฟานนมการใชงบประมาณทงหมด 5,430 บาท ซงเมอเปรยบเทยบกบทองตลาด

โดยทวไป ราคาจกรยานไฟฟาจะอยทเฉลยประมาณ 9,000-12,000 บาท ดงนนโครงการนขนมสรางทมงบประมาณทตากวาทองตลาดประมาณ 3,570-6,570 บาท รวมถงไดทาใหจกรยานทใชออกกาลงกายมาดดแปลงใหสะดวกสบายยงขน ใชงานไดดขนอกดวย ในการทดสอบจกรยานไฟฟานน จะสามารถสรปไดวา ความเรวในทางราบททดสอบไดเฉลยอยท 25.1 กโลเมตรตอชวโมง ซงใกลเคยงกบความเรวทไดออกแบบไว สวนในการทดสอบทางชนและทางลาดจะไดความเรวเฉลยท 20.5 และ 28.4 กโลเมตรตอชวโมง ตามลาดบ สวนระยะทางและเวลาทสามารถใชงานไดเมอชารจแบตเตอรเตม คอ

- กรณใชแรงบดตอเนอง จะสามารถขไดไกลเฉลย 18 กโลเมตร 66 เมตร และไดระยะเวลาเฉลย 1ชวโมง 12 นาท - กรณขบขทวไปมการปลอยไหลในบางชวง จะสามารถขบขได ระยะทางประมาณ 22 กโลเมตร 200 เมตร และ ไดเวลาประมาณ 1 ชวโมง 50 นาท จกรยานไฟฟาสามารถแกปญหาเรองขาดแคลนพลงงานไดด เนองจากใชพลงงานตา อกทงยงสามารถลดอบตเหตได เนองจากความเรวไมสงมากนก ดงนน จกรยานไฟฟานาจะเปนทางเลอกทดของพาหนะยคใหมทชวยอนรกษพลงงาน และเปนมตรกบสงแวดลอม จากการทาโครงงานจกรยานไฟฟาน ในบางกรณยงตดขอจากดในเรองของสภาพอากาศ เนองจากโครงการมอปกรณหลกๆ เปนอปกรณไฟฟา ซงเสยงตอการชารดจากสภาพฝนฟาอากาศ จงไมเหมาะกบการขบขในสภาพฝนตก ในการพฒนาโครงการตอไปของผทสนใจนน อาจมการเปลยนจากพลงงานไฟฟาจากแบตเตอรเปลยนเปน Solar Cell , Fuel Cell หรอพลงงานไฟฟาจากแหลงอนกได

62

เอกสารอางอง

1. กตตพงษ ตนมตร, เครองกลไฟฟากระแสตรง , คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน 2. การควบคมดซมอเตอรสาหรบรถไฟฟา , นายชต เครอพมาย และ นายเทพประภทร วองวฒนอนนต ,

อ.ทปรกษา . โครงการหมายเลข EE2002-30 ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน ป พ.ศ.2545

3. เผดจ แสนเกษม , กลศาสตรยานยนต , บรษท ซเอดยเคชน จากด ,กรงเทพฯ