POJAZD ELEKTRYCZNY
MELEX
Wstęp
Melex to użytkowy pojazd elektryczny. Można go nazwać małym samochodem
elektrycznym choć z uwagi na dość niską prędkość jazdy prawidłowo
powinno się go nazwać pojazdem wolnobieżnym z napędem elektrycznym. Z
uwagi na swoją prostą konstrukcję i budowę ramową jest wdzięcznym
obiektem do wszelkich przeróbek pasjonatów napędów elektrycznych. Nowy
Melex jest drogi, kosztuje ponad 20 tys. zł. jednak można kupić używane
Melexy za znacznie mniejszą cenę. Pamiętać tylko należy, że aby ten
samochód elektryczny mógł jeździć musi mieć sprawne akumulatory. Koszt
nowych akumulatorów to około 3 tys. zł. Takim dość prymitywnym pojazdem
można wbrew pozorom dość sprawnie poruszać się po mieście. Przy dużym
natężeniu ruchu czas jazdy nie jest dużo większy niż zwykłego
samochodu. Niewątpliwą zaletą Melexa jest to że po założeniu skrzyni
ładunkowej można nim wygodnie przewozić duże i ciężkie przedmioty.
Przez to że nie wydziela spalin dobrze nadaje się do przewożenia
ładunków w pomieszczeniach zamkniętych.
Ogólnie o naszym pojeździe
Pojazd elektryczny Melex
typ 212, metalowa karoseria. Rok produkcji 1976.
Hamulec główny mechaniczny na tylne koła, hamulec pomocniczy na wał
silnika. Z tyłu zawieszenie na resorach i amortyzatorach, z przodu
tylko resor.
Napęd silnikiem szeregowym prądu stałego typu WGB-31 o danych
znamionowych 2.1 HP czyli 2.1 KM czyli 1.6 kW, 36 V, 57 A,
2800 obr/min, 29 kg, sprawność 76%.
Maksymalna prędkość obrotowa silnika WGB-31 nie powinna przekraczać
3400 obr/min. Prąd
przeciążenia jest równy 8-krotnej wartości prądu znamionowego.
Rezystancja uzwojenia wirnika silnika wynosi 0.015 Ohm, uzwojenia
stojana 0.019 Ohm. Silnik WGB-31 jest jednostronnie ułożyskowany,
drugie łożysko jest umieszczone w moście napędowym
Początkowo zasilany był z sześciu baterii trakcyjnych typu 3ME180 firmy
SIAP o łącznym napięciu 36V. Potem
zostały wymienione akumulatory na amerykańskie TROJAN typu T-105.
Sterowanie
prędkością silnika Melexa odbywa się za pomocą trójstopniowego
rezystora. Zasilanie
oświetlenia napięciem 12V z odczepu akumulatorów.
Przekładnia w tylnim moście jest dobrana przez producenta tak, że
prędkość pojazdu ograniczona nie powinna przekraczać 23 km/h, aby
według
przepisów melex był zakwalifikowany jako
pojazd wolnobieżny. Dzięki temu nie wymaga rejestracji i badań
technicznych.
Przy prędkości znamionowej silnika 2800 obr/min koła
kręcą się z prędkością 2800/12=233 obr/min (przełożenie w moście
napędowym jest 1:12,25) co przy obwodzie koła 138 cm daje prędkość
pojazdu
233*1.38*60/1000=19.3 km/h. Większe prędkości przy zastosowaniu
oryginalnego napędu
można uzyskać jedynie jadąc z górki ale powyżej 40 km/h jazda tym
maleńkim pojazdem staje się już niebezpieczna dla kierowcy i silnika
(silnik ma wtedy prawie 6000 obr/min).
Melexa można prowadzić na każdy rodzaj prawa jazdy poza kategorią A.
Niestety obecnie na
ten pojazd konieczne jest posiadanie ubezpieczenia OC (w IV.2004 r. 40
zł
na kwartał w PZU). Melex poruszający się z prędkością do 25 km/h
traktowany jest według przepisów kodeksu drogowego jako pojazd
wolnobieżny. Aby uczestniczyć w normalnym ruchu drogowym pojazd
musi być oznakowany tabliczką o
szerokosci 25 cm
i wysokosci 15 cm z czytelną nazwą i
adresem właściciela pojazdu ew. kierowcy oraz musi być zamontowany trójkąt
odblaskowy z
tyłu pojazdu. Trójkąt powinen być umieszczony symetrycznie z tyłu
pojazdu na wysokości minimum 50 cm od powierzchni jezdni. Pojazd musi
posiadać dwa lusterka wsteczne i jeśli ma szybę z przodu musi mieć
wycieraczki. W czasie jazdy po ulicy w sezonie zimowym muszą być, tak
jak w samochodzie, załączone światła
mijania lub specjalne światła do jazdy dziennej. Oczywiście hamulce,
światła i układ kierowniczy muszą być sprawne!
Zwiększenie prędkości
jazdy
Aby szybciej jeździć Melexem napędzanym silnikiem szeregowym
można
zastosować układ odwzbudzania silnika polegający na zbocznikowaniu
uzwojenia wzbudzenia za pomocą opornika. Ponieważ uzwojenie wzbudzenia
ma bardzo małą rezystancję jako opornik bocznikujący uzwojenie
wzbudzenia zastosowałem przewód miedziany 16mm^2 o długości około 1
metra. W szereg z przewodem dałem dodatkowy łącznik, który umieściłem
między siedzeniami. W czasie jazdy załączałem łącznik przy osiągnięciu
prędkości 19 km/h i udawało mi się rozpędzić pojazd do 25..27 km/h na
płaskiej drodze. Pobór prądu wzrastał z 57A na prawie 80A. Takie
bocznikowanie powoduje przeciązenie silnika. Moc pobierana z
akumulatorow bez bocznikowania wzbudzenia to 57A x 30V = 1710W (30V to
napiecie akumulatorów pod obciążeniem), natomiast moc pobierana z
akumulatorów z bocznikowaniem wzbudzenia to około 80A x 30V = 2400W.
Silnik tak przeciążony nie może zbyt długo pracować bo się przegrzeje.
Trzeba pamiętać też o tym, że przy przeciążeniu silnika jego sprawność
maleje czyli mniej energii z akumulatorów jest z pożytkiem
wykorzystywane.
Można też zwiększyć prędkość silnika w Melexie przez podniesienie
napięcia zasilania dokładając np. jeszcze jeden akumulator 6V. Nie
powinno to zbytnio wpłynąć na obniżenie sprawności silnika. Niestety
mogą pojawić się wtedy problemy z rozrusznikiem oporowym, który może
się przepalić. Już w orginalnym układzie z napięciem 36V rozrusznik
grzeje się mocno. Po przejechaniu paru metrów na małej prędkości i
podniesieniu siedzeń bucha stamtąd ciepło.
Innym rozwiązaniem na przyspieszenie Melexa jest zastosowanie kół o
większej średnicy. Do Melexów możńa kupić oryginalne ogumienie o
większej średnicy ale są to dość drogie produkty. Taniej będzie
zastosować zwykłe koła z samochodu np z 126p. Koła 14" mieszczą się bez
problemu. Niestety w
Melexie są inne rozstawy śrub na felgę niż w 126p. Różnią się o parę
milimetrów ale można spróbować rozpiłować otwory. Przy małej prędkości
jazdy może nie będzie można odczuć bicia niewyważonych kół. Zaletą
zastosowania kół od 126p powinny być miejsze opory toczenia. Oryginalne
opony Melexa są bardzo szerokie.
Akumulatory
Obecnie nasz Melex wyposażony jest w akumulatory amerykańskiej firmy TROJAN typu T-105. Są to
baterie kwasowe o pojemności 5-cio godzinnej pojamności 185Ah a
pojemności 20-to godzinnej 225Ah. Waga
jednej baterii składającej się z trzech gniw wynosi 28 kg. Obecnie
zamontowane
w Melexie baterie były już ponad rok używane w samochodzie elektrycznym
Toyota i ich aktualne pojemności zmierzone przy prądzie wyładowania
16.5 A wyglądają następująco:
- nr 1 - 189 Ah rok produkcji 2003,
- nr 2 - 182 Ah rok produkcji 2003,
- nr 3 - 182 Ah rok produkcji 2003,
- nr 4 - 178 Ah rok produkcji 2003,
- nr 5 - 160 Ah rok produkcji 2002,
- nr 6 - 158 Ah rok produkcji 2002.
Pojemność baterii można sprawdzić m.in. przez pomiar napięcia bez
obciążenia. Producent zaleca aby pomiar wykonywać po min. 6 godzinach
od ostatniego używania batterii. Lepiej jest jednak odczekać 24
godzin i dopiero wtedy przeprowadzić pomiar. Przedstawione
napięcia i pojemności są prawdziwe dla temperatury odniesienia 80 F co
odpowiada
(80-36)/2= 22 C. W niższej temperaturze pojemności akumulatorów maleją
zgodnie z zależnością:
Q=Qo(1+A(T-To))
gdzie: Q - pojemność baterii w temparaturze otoczenia T
Qo - pojemność baterii w temperaturze
22C
A - współczynnik 0.01
T - temperatura otoczenia w stopniach Celsjusza
To - temperatura odniesienia okreslona prze producenta 22C
Napięcia jednej baterii (3 ogniwa) oraz całego zestawu baterii Melexa w
zależności od pojemności
kształtują się następująco:
Pojemność
baterii w [%]
|
Napięcie
jednej baterii w [V]
|
Napięcie
zestawu 6-ciu baterii w [V] |
100
|
6.37
|
38.2
|
90
|
6.31
|
37.9
|
80
|
6.25
|
37.5
|
70
|
6.19
|
37.1
|
60
|
6.12
|
36.7
|
50
|
6.05
|
36.3
|
40
|
5.98
|
37.9
|
30
|
5.91
|
35.5
|
20
|
5.83
|
35.0
|
10
|
5.75
|
34.5
|
Zalecane jest ładowanie baterii dopiero kiedy pojemność spadnie poniżej
70%. Ładowanie uznaje się za zakończone gdy ogniwo osiągnie napięcie
2.55-2.6 V (czyli 45.9-46.8 V dla całego zestawu) przy prądzie ok. 8 A.
Przy długim nieuzywaniu baterii
należy ją podładowywać co miesiąc. Po zakończeniu ładowania należy
uzupełnić poziom elektrolitu przez dodanie wody destylowanej. Poziom
elektrolitu powinien być o 3 [mm] niższy od dołu wlewu.
W trakcie obciążenia baterii prądem trzygodzinnym 60 A napięcie
utrzymuje się na poziomie ok. 2 V na ogniwo czyli ok. 36 V dla całego
zestawu. Po ok. 1 godzinie napięcie zaczyna spadać powoli a po 2
godzinach dość mocno. Baterie uznaje się za wyładowaną gdy napięcie
spadnie do 1.7 V dla jednego ogniwa czyli 30.6 V dla całego zestawu
baterii.
Przechowywanie akumulatorów
Akumulatory powinny być przechowywane w stanie naładowanym w
pomieszczeniu o niskiej temperaturze np. plus parę stopni C. Przy
niskiej temperaturze wolniej zachodzą procesy elektrochemiczne w
akumulatorach i akumulatory wolniej się starzeją.
Zasięg jazdy
Producent zasięg jazdy Melexa przy nowych akumulatorach określa
na około 60km. Oczywiście zależy to od ukształtowania terenu,
obciążenia pojazdu , wiatru i temperatury otoczenia. Nasz Melex ma już
dość stare akumulatory ale zasięg jest jeszcze nie najgorszy. Obecnie
(2005r.) zasięg wynosi około 40 km po terenie górzystym, takim
jaki jest w Gdańsku. Praktycznie nie jeździmy nim jednak dalej niż
20..25km aby zostawić sobie pewien margines bezpieczeństwa.
Przyrządy
Melex, którego dostałem w swoje ręce nie miał żadnych wskaźników
i lampek sygnalizacyjnych. Po remoncie Melexa wyposażyłem w następujące
przyrządy:
- Elektroniczny licznik rowerowy (aktualna, średnia i maksymalna
prędkość, ilość przejechanych kilometrów, czas jazdy). Czujnik
umieszczony jest przy przednim kole. Oryginalne koła mają średnicę 44
cm co daje obwód koła 138 [cm].
- Amperomierz prądu stałego 0..150 [A].
- Woltomierz napięcia stałego o skali rozciągniętej 30..40 [V].
- Wskaźniki sygnalizacyjne LED zielone: napięcie 12 [V], napięcie
36 [V]
- Wskaźniki sygnalizacyjne LED czerwone: światła postojowe, światła
mijania, światła drogowe, kierunkowskazy.
Zdjęcia (w kolejności
od najstarszych do najnowszych)
Stan początkowy naszego Melexa nie był zbyt dobry, przez parę
lat stał na wolnym powietrzu bez zabezpieczenia i mocno pordzewiał
(IV.2004):
Zdjęcia silnika szeregowego prądu stałego z Melexa:
Fot. 1 - wałek
do
mocowania bębna hamulca postojowego
Zdjęcia Melexa (stan 31.V.2004):
Fot. 1 - po
oczyszczeniu i malowaniu farbą podkładową
Fot. 2 -
przedział silnikowy bez akumulatorów
Fot. 3 -
przełącznik kierunku, stycznik i opornica
Fot. 4 -
połączenie silnika z tylnim mostem
Fot. 5 -
hamulec postojowy na wale silnika
Fot. 6 -
przedział silnikowy raz jeszcze
Zdjęcia Melexa (stan 16.VIII.2004):
Fot. 1 - po
końcowym malowaniu ale jeszcze trzeba pomalować felgi
Fot. 2 - strona
kierowcy, brakuje jeszcze
przedniej szybki
Fot. 3 - widok
przodu pojazdu
Fot. 4 - strona kierowcy od tyłu
Fot. 5 - widok
tyłu pojazdu, jest zamontowany
trójkąt odblaskowy
Zdjęcia Melexa (stan 01.X.2004):
Fot. 1 -
pomalowane zostały felgi i założona szyba
Fot. 2 - widok z przodu
Fot. 3 - widok z boku
Fot. 4 - widok z tyłu
Fot. 5 - przedział pasażerski
Fot. 6 - deska rozdzielcza
Fot. 7 - bagażnik
Fot. 8 - widok z tyłu
Fot. 9 - pedały przyspieszenia i hamowania i
dźwignia hamulca ręcznego
Fot. 10 - widok na szybkę z logo Wydziału
Zdjęcia rozebranego silnika szeregowego
prądu stałego z Melexa:
Fot. 1 - części
stojana
Fot. 2 - uzwojenie szeregowe wzbudzenia
Fot. 3 - szczotki i szczotkotrzymacze
Fot. 4 - na pierszym planie nabiegunniki
Fot. 5 - nowe uzwojenie wzbudzenia, silnik ma być
obcowzbudny
Fot. 6 - wirnik
Fot. 7 - wirnik i uzwojenie wzbudzenia
Montaż silnika obcowzbudnego do Melexa:
Fot. 1 -
częściowo ułożone uzwojenia wzbudzenia, w tle stare uzwojenie szeregowe
Fot. 2 - z lewej taśma bawełniana użyta do
bandażowania uzwojeń
Fot. 3 - uzwojenia będą jeszcze wewnątrz
rozepchnięte aby zmieściły się pręty mocujące pokrywy silnika
Fot. 4 - na pierszym planie wirnik silnika, a na
drugim puszka lakieru poliuretanowego, który będzie uzyty do
impregnacji uzwojeń
Ciąg dalszy montażu silnika obcowzbudnego do Melexa:
Fot. 1 - wirnik
włożony do stojana
Fot. 2 - wirnik włożony do stojana
Silnik do Melexa został złożony i uruchomiony:
Fot. 1 - badania
na stanowisku laboratoryjnym
Fot. 2 - gotowy silnik
Silnik obcowzbudny z Melexa na będzie przeznaczony do napędu jakiegoś
mniejszego i lżejszego pojazdu.
Natomiast w Melexie zostanie wykorzystany silnik prądu przemiennego
klatkowy na napięcie 24V przy połączeniu w trójkąt.
Silnik klatkowy jest znacznie tańszy od silnika prądu stałego. Nowy
silnik klatkowy 3kW na napięcie 24V u producenta w firmieTAMEL
kosztuje 480 zł. A oto ten silnik:
Fot. 1 - silnik
klatkowy do Melexa
Fot. 2 - silnik klatkowy do Melexa
Fot. 3 - silnik klatkowy do Melexa
Fot. 4 - silnik klatkowy do Melexa
Fot. 5 - silnik klatkowy do Melexa
Tymczasem w ramach badań sprawdziłem działanie przerywacza w moim
Melexie. Od Pana Zbigniewa (samochody elektryczne na poprzedniej
stronie) wypożyczyłem przerywacz firmy CURTIS. Takie przerywacze
są powszechnie storowane w nowym Melexach oraz różnego rodzaju wózkach
widłowych. Melex jeździł prawidłowo z regulatorem Curtisa. Oto zdjęcia
regulatora:
Fot. 1 -
regulator Curtis
Fot. 2 - regulator Curtis wraz z płytką
sterowania
A poniżej są przebiegi zarejestrowane oscyloskopem przy działaniu
układu:
Fot. 1 -
napięcie na bramce Ugs (niebieski), napięcie na tranzystorze Uds
(źółtawy), prąd tranzystora Id (czerwony),
Fot. 2 - napięcie na bramce Ugs (czerwony),
napięcie na tranzystorze Uds (źółtawy).
Regulator Curtis poznałem w trakcie badań dość dobrze, moęg służyć
pomocą przy naprawie, instalacji i przeróbkach na większy prąd -
kontakt podany na stronie głównej.
Buduje sie falownik tranzystorowy do zasilania silnika klatkowego
Melexa. Oto parę zdjęć:
Fot. 1 -
tranzystory Mosfet na radiatorze
Fot. 2 -
miedziane szyny prądowe łączące tranzystory (miedź będzie pocynowana),
z prawej dwa (niebieskie) czujniki hallotronowe LEM do pomiaru prądów
silnika
Fot. 3 -
płytka z przetwornicami impulsowymi i sterownikami bramkowymi
tranzystorów
Budowa falownika jest coraz bardziej zaawansowana:
Fot. 1 -
falownik do Melexa, pomiary prądów i napięć za pomocą czujników
hallotronowych LEM
Fot. 2 - falownik do Melexa, sterowanie na
procesorze sygnałowym SHARC ADSP21065L firmy Analog Devices oraz
układzie programowalnym FPGA firmy Altera
Fot. 3 - falownik do Melexa
Fot. 4 - falownik do Melexa na stole
laboratoryjnym
Melex trafił na stoisko Wydziału Elektrotechniki i Automatyki PG na targach Politechnika
Gdańska dla Gospodarki Innowacyjnej, które odbyły się 28 kwietnia
2005 r.:
Prototyp już działa ale będzie rozebrany i złożona będzie wersja 2:
Fot. 1 -
falownik do Melexa z układem sterowania na DSP
Fot. 2 -
przebiegi napięcia (górny przebieg) i prądu (dolny
przebieg, skala 50A/działkę) jednej z faz silnika przy sterowaniu z
regulatorem histerezowym.
Test był przeprowadzony przy obciążeniu falownika niskonapięciowym
jednofazowym silnikiem synchronicznym. Zadny był przebieg prostokątny
prądu.
Dla porównania wymiarów nowy silnik AC 3kW i stary silnik DC z Melexa
1.6kW:
W międzyczasie do Melexa zamontowana została bardzo przydatna skrzynia
ładunkowa:
Fot. 1 - Melex ze
skrzynią ładunkową
Fot. 2 - skrzynia ładunkowa
Jest już nowy most napędowy do Melexa. Most otrzymaliśmy dzięku
uprzejmości Wydziału Mechanicznego PG. W moście tym nieco inaczaj jest
umieszczony silnik niż w dotychczasowym rozwiązaniu - równolegle do osi.
Fot. 1 - Most
napędowy ze zdemontowanym silnikiem
Fot. 2 - Z mostu wystaje wielowpust, który
wchodzi w ośkę silnika
Fot. 3 - Silnik z prawej to silnik, który był
zamontowany w moście napędowym
Fot. 4 - W ten otwór wchodzi wielowpust
wystający z mostu napędowego
Fot. 5 - Tabliczka znamionowa silnika,
wymontowanego z tego mostu. Jest to silnik 2.1 kW, 48V, 3200obr/min.
Melex w którym był stosowany miał instalację 48V.
Fot. 6 - Z tej perspektywy silnik z lewej to
silnik, który był zamontowany w moście napędowym
Falownik do Melexa jes uruchamiany w laboratorium:
Fot. 1 - Kształt
prądu fazowego silnika klatkowego przy częstotliwości 5Hz
Aktualnie trwają prace nad drugą wersją falownika do Melexa. Inaczej
będą rozmieszczone tranzystory i będą osobne płytki wzmacniaczy
bramkowych dla każdej pary tranzystorów połączonych równolegle. :
Fot. 1 -
zastosowano układ hybrydowy firmy Mitsubishi typu M57962AL
Fot. 2 - płytka wzmacniaczy bramkowych steruje
dwoma tranzystorami firmy ST typu E180NE10 (180A, 100V)
W silniku klatkowym trzeba było wymienić kołnierz na kołnierz o
mniejszej średnicy, żeby silnik zmieścił się między akumulatorami. Więc
przy okazji zostało sfotografowane wnetrze silnika klatkowego:
Fot. 1 - blachowany stojan silnika, cewki
nawinięte drutem małej średnicy tak ok. 0.8 mm połączone są równolegle,
silnik przy napięciu zasilania 24V pobiera prąd znamionowy 108.8A
Fot. 2 - standardowy wirnik silnika klatkowego,
tu nie ma żadnej różnicy na jakie napięcie jest silnik, czy na 24V czy
na 220V
Zostały przeprowadzone próby biegu jałowego i zwarcia silnika
klatkowego do Melexa. Wynika z nich że napięcie znamionowe silnika to
około 21V a nie 24V. Przy 24V silnik zaczyna się mocno grzać z uwagi na
silne nasycenie obwodu magnetycznego i duże straty w żelazie:
Fot. 1 - próba
biegu jałowego, straty w żelazie w
funkcji napięcia zasilającego
Fot. 2 - próba biegu jałowego, straty w żelazie w
funkcji kwadraty napięcia zasilającego - zakrzywienie charakterystyki
jest przy około 21V
Mocowanie silnika asynchronicznego klatkowego do mostu napędowego
Melexa zostało wykonane. Wałek napędowy silnika został skrócony i
wykonany został w wałku wielowpust. Silnik klatkowy zamontowany do
mostu napędowego jest obecnie badany i przygotowywane jest
oprogramowanie falownika.
Fot.
1 - wielowpust w silniku klatkowym do napędu Melexa
Fot.
2 - silnik klatkowy zamontowany do mostu napędowego Melexa
Fot. 3 - uruchamianie falownika,
przygotowanie oprogramowania. Na oscyloskopie przebieg prądu
zasilającego silnika.
Gotowe stacjonarne stanowisko badawcze napędu pojazdu elektrycznego
Melex z silnikiem asynchronicznym klatkowym i mikroprocesorowo
sterowanym falownikiem napięcia.
Fot.
1 - trójfazowy falownik napięcia zasilany z baterii akumulatorów
Fot.
2 - silnik klatkowy zamontowany w moście napędowym, widoczny
hamulec ręczny zamontowany na osi silnika
Fot.
3 - system sterowania nadrzędnego i wizualizacji z komputerem PC -
transmisja danych przez RS232, na ekranie oscyloskopu przebiegi prądu i
napięcia silnika
Fot.
4 - bezpieczniki, wyłącznik główny, amperomierz i woltomierz
Fot.
5 - widok na most z silnikiem oraz baterię akumulatorów, widoczna
dźwignia hamulca ręcznego mechanicznego
Fot.
6 - widok na most napędowy, widoczny pedał hamulca nożnego
hydraulicznego
Części
zamienne
W Gdańsku sprzedażą Melexów i części zamiennych do nich zajmuje się
firma Przedsiębiorstwo Produkcyjno-Handlowe "KARBON 2" Sp. z o.o. -
Oddział w Gdańsku mieszcząca się na ulicy Wita Stwosza na terenie
centrum ogrodowego - naprzeciwko zajezdni tramwajowej. Telefon do
KARBON 2 to: (58) 3476680.
Z
powrotem