POJAZD ELEKTRYCZNY MELEX

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:

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:

  1. 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].
  2. Amperomierz prądu stałego 0..150 [A].
  3. Woltomierz napięcia stałego o skali rozciągniętej 30..40 [V].
  4. Wskaźniki sygnalizacyjne LED zielone: napięcie 12 [V], napięcie 36 [V]
  5. 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):

Fot. 1 - gotowy do jazdy
Fot. 2 - gotowy do jazdy
Fot. 3 - bez kierowcy
Fot. 4 - z kierowcą
Fot. 5 - widok środka
Fot. 6 - akumulatory pod prawym siedzeniem
Fot. 7 - widok od tyłu
Fot. 8 - przód
Fot. 9 - lewa strona i lusterko
Fot. 10 - akumulatory pod lewym siedzeniem

Zdjęcia silnika szeregowego prądu stałego z Melexa:
Fot. 1 - wałek do mocowania bębna hamulca postojowego
Fot. 2 - wałek napędowy
Fot. 3 - tabliczka znamionowa
Fot. 4 - tabliczka znamionowa

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.:
Fot. 1 - Melex na targach
Fot. 2 - Melex na targach z innej strony
Fot. 3 - Melex na targach - widok z przodu
Fot. 4 - Melex na targach
Fot. 5 - Na targach był też Melex dr. Makowskiego z Wydziału Mechanicznego PG. Jest to Melex z napędem hybrydowym elektryczno-spalinowym szeregowym.

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:
Fot. 1 - silniki do Melexa

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