Chơng hệ thống cung cấp điện 2.1 Khái quát chung hệ thống 2.1.1 Nhiệm vụ hệ thống cung cấp điện Hệ thống cung cấp điện có nhiệm vụ: cung cấp lợng điện cho phụ tải ô tô, với điện áp phù hợp, ổn định chế độ làm việc ô tô 2.1.2 Sơ đồ nguyên lý chung hệ thống cung cấp điện Các thiết bị điện hệ thống cung cấp điện đợc giới thiệu hình 2.1 - Hệ thống cung cấp điện ô tô gồm : Nguồn điện, dây dẫn, thiết bị bảo vệ nh cầu chì, rơ lecác phận báo nh đồng hồ đo dòng điện; đồng hồ đo điện áp đèn báo nạp - Nguồn điện ô tô gồm : máy phát điện ắc quy mắc song song nhau, hỗ trợ làm việc - Để điều chỉnh máy phát điện có tiết chế kèm máy phát - Để thông báo tình hình làm việc hệ thống có đồng hồ đèn báo nạp - Để bảo vệ phụ tải có cầu chì, cầu nối, rơ le 2.2 ắc quy 2.2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại Nhiệm vụ - Cấp điện cho phụ tải máy phát điện cha làm việc ( để khởi động động ) - Cùng máy phát điện cấp điện cho phụ tải có nhiều phụ tải làm việc đồng thời - Giữ cho điện áp máy phát không tăng cao để bảo vệ phụ tải (Ví nh đệm giữ thăng lới điện ) Yêu cầu - Phải có dòng điện phóng lớn ( 120Aữ 1600A ), thời gian ngắn ( 5sữ 10s ) để khởi động động - Có dung lợng lớn phải phục hồi nhanh dung lợng để khởi động đợc nhiều lần - Kích thớc, trọng lợng nhỏ để dễ bố trí - Độ bền học cao để chịu đợc rung xóc, nhiên liệu, dầu mỡ, nhiệt độ - Tuổi thọ cao, phải chăm sóc, bảo dỡng - Dễ sản xuất, dễ sử dụng giá rẻ Phân loại Hiện ô tô thờng sử dụng loại ắc quy : + ắc quy a xít ( chì): Các cực đợc chế tạo từ chì (cực âm), ô xýt chì (cực dơng) dung dịch điện phân a xít sunphuaríc pha với nớc cất Loại có dung lợng cao, kích thớc nhỏ nên dùng nhiều ô tô, nhng độ bền học -7- + ắc quy kiềm: Các cực đợc chế tạo từ sắt, ni ken, dung dịch KOH Loại có độ bền học cao, nhng kích thớc lớn 2.2.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc ắc quy a xít Cấu tạo Một bình ắc quy a xít gồm phận nh hình 2.2 Hình 2.2 Hình cắt ắc quy chì loại 12V xơng cực; 2.tấm ngăn; cực dơng; cực âm; chùm cực dơng; cầu nối ; chùm cực âm; khối cực dơng; trụ cực 10 vỏ; 11 nắp; 12 nút a) Vỏ bình Đợc chế tạo từ nhựa ê bô nít; cao su cứng chất dẻo tổng hợp có loại suốt bán suốt Mặt vỏ có tráng lớp chống a xít dày khoảng 0,6mm ( chất vinyl clorua) làm tăng tuổi thọ vỏ bình Vỏ bình đợc chia ngăn riêng biệt, ngăn tơng ứng khoảng 2V Đáy ngăn có gờ lợn sóng để tăng cứng vững tạo rãnh chứa tạp chất, chống chạm chập cực khác dấu Mặt vỏ có ghi ký hiệu ắc quy b) Bản cực Gồm loại: cực dơng cực âm, có phần: - Khung xơng ( cốt ) cực: Chế tạo từ chì nguyên chất có pha thêm vài phần trăm ăng ti mon để tăng độ cứng vững, chống han gỉ cải thiện đặc tính đúc Cốt đợc làm dạng hình mắt lới để chất hoạt động bám chặt phân phối dòng điện đi, - Chất hoạt động: hai loại cực khác + Bản cực dơng: Gồm bột ô xýt chì ( PbO; Pb3O4) đợc trộn dung dịch H2SO4 loãng thành dạng bột nhão + Bản cực âm: Gồm bột chì pha thêm vài phần trăm chất nở ( muối a xít hữu ) để tăng độ xốp Sau trát ép chất hoạt động vào cốt, ngời ta ngâm cực vào dung dịch H2SO4 loãng nạp với dòng điện nhỏ Chất hoạt động cực dơng biến đổi thành PbO2 có màu nâu sẫm, cực âm Pb có màu sáng xám Sau ngời ta lắp cực thành chùm cực dơng âm, lắp xen kẽ cực dơng, âm với Trong ngăn ắc quy có từ đến cực loại Bản cực âm dày khoảng 1,0 đến 1,2 mm cực dơng 1,3 đến 1,5 mm Số cực âm nhiều cực dơng bản, để tận dụng làm việc bề mặt cực dơng tránh bị cong vênh cho cực c) Tấm ngăn Để ngăn cách cực khác dấu, tránh chạm chập, ngời ta dùng ngăn Vật liệu làm ngăn phải xốp cách điện tốt, thờng dùng sợi thuỷ tinh nhựa tổng -7- hợp Kích thớc ngăn phải lớn cực Tấm ngăn có mặt gờ lợn sóng lắp quay cực dơng để tạo không gian đờng thoát chất hoạt động xuống đáy bình d) Nắp, cầu nối, đầu cực phận khác - Nắp bình làm vật liệu với vỏ Trớc nắp làm rời sau hàn vào vỏ ( độ bền học kém), nắp đợc đổ liền vỏ Trên nắp có lỗ đổ dung dịch, đợc đậy nút với lỗ thông để thoát khí - Cầu nối để nối tiếp ngăn ắc quy đơn Cầu nối làm chì, đặt ngầm dới nắp ( trớc cầu nối đặt nắp, dễ gây chạm chập tăng chiều cao ắc quy) - Đầu cực: để nối đến phụ tải, đầu cực dơng lớn đầu cực âm, có dạng côn - Quai xách để vận chuyển ắc quy e) Dung dịch điện phân ( Nớc điện tích ) Gồm H2SO4 đặc nguyên chất pha với nớc cất theo tỷ lệ khác ( Chú ý đợc đổ từ từ a xít vào nớc mà không đợc làm ngợc lại, gây bỏng ) Nồng độ dung dịch điện phân ( Ký hiệu: ; d ), thờng dùng nồng độ từ 1,11 đến 1,30 (g/cm3 ) Nguyên lý làm việc Hiện tợng chuyển đổi lợng hoá học thành lợng điện gọi phóng điện tợng ngợc lại gọi nạp điện Khi cực âm dơng ắc quy đợc nối với phụ tải bên ngoài, dung dịch điện phân ắc quy chất hoạt tính cực bắt đầu phản ứng hoá học với dòng điện chạy mạch, có nghĩa ắc quy bắt đầu phóng điện Nạp điện cho ắc quy thực quy trình hoá học ngợc lại ắc quy phục hồi lợng điện phóng a) Phóng điện Phơng trình hoá học ắc quy phóng điện: PbO2 + 2H2SO4+ Pb PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (+) (d.d) (-) (+) (d.d) (-) Khi nối đầu cực ắc quy với mạch điện bên ngoài, dòng điện bắt đầu chạy mạch Chì cực phản ứng với axít sunphuric (H 2SO4) dung dịch điện phân, tạo lớp chì sunphát bám xung quanh cực Thành phần axít sunphuric (H2SO4) dung dịch bị hấp thụ tạo nớc sau phản ứng, nồng độ dung dịch giảm xuống Nếu tình trạng tiếp tục mà ắc quy không đợc nạp lại, tinh thể chì sunphát cứng (PbSO4) tạo phóng điện ắc quy bao phủ bề mặt cực (sunphát hoá) Tại thời điểm ắc quy đợc gọi phóng hết điện b) Nạp điện Phơng trình hoá học ắc quy nạp điện: PbSO4 + 2H2O + PbSO4 PbO2+ 2H2SO4 + Pb (+) (d.d) (-) (+) (d.d) (-) Khi mắc song song ắc quy với nguồn điện chiều, ắc quy thực phản ứng hoá học ngợc lại phóng Chì sunphát cực đợc chuyển đổi thành chì peôxit chì Trong trình này, lợng axít sunphuaric chất điện phân tăng lên, lợng nớc giảm đi, nồng độ dung dịch tăng -7- 2.2.3 Các thông số đặc tính phóng, nạp ắc quy Các thông số ắc quy a) Sức điện động (E) - Sức điện động tĩnh (Eo) giá trị ắc quy không làm việc, đợc tính theo công thức kinh nghiệm: Eo = + 0,84 (vôn) Trong đó: nồng độ dung dịch điện phân đợc tính đổi - Sức điện động ắc quy phóng, nạp điện: + Khi phóng: EP = UP + IP rAq + Khi nạp: EN = UN - IN rAq Trong đó: UP ; UN điện áp đo đầu cực ắc quy phóng nạp điện (vôn) IP ; IN dòng điện ắc quy phóng nạp điện (Am pe) rAq điện trở ắc quy ( ôm) b) Điện áp ắc quy Là giá trị đo đầu cực ắc quy làm việc + Khi phóng: UP = EP - IP rAq + Khi nạp: UN = EN + IN rAq c) Dung lợng ( Ký hiệu: Q; C đơn vị A.h ) Đặc trng cho khả tích trữ hay cung cấp lợng điện ắc quy Dung lợng lớn khả lớn Dung lợng đợc tính tích dòng điện với thời gian: CP = IP tP ( A.h) CN = IN tN ( A.h) Khi phóng điện, thờng cho ắc quy phóng chế độ 5, 10; 15; 20 (giờ) ký hiệu dung lợng phóng C5 ; C10 ; C15 ;C20 nghĩa cho ắc quy phóng với IP = 0,5Cđm sau khoảng thời gian 5; 10; 15; 20 (giờ), ắc quy phóng kiệt Khi ắc quy mắc nối tiếp C = C1 = C2 = = Cn Khi ắc quy mắc song song C = C1 + C2 ++ Cn Dung lợng ắc quy phụ thuộc vào số lợng, kích thớc cực, vào dòng điện phóng, nhiệt độ chế độ phóng d, Điện trở ắc quy ( rAq) Là điện trở cực, ngăn, cầu nối, dung dịch điện phân Nó phụ thuộc vào tình trạng làm việc, nhiệt độ điện dịch thay đổi khoảng giá trị từ 0,01 đến 0,2 tơng ứng với ắc quy no phóng kiệt Đặc tính phóng điện nạp điện ắc quy Là đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc thông số E; U; với thời gian (t) I = const ( hình 2.3).Vì ngăn ắc quy đơn mang đặc tính chung bình, -7- nên sau ta xét ngăn bình ắc quy có dung lợng Q = 54 Ah, với chế độ phóng 10 ( Q10) a) Đặc tính phóng điện * Phơng trình hoá học: PbO2 + 2H2SO4 + Pb = PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (+) (dd) (- ) (+) (dd) (- ) * Chế độ phóng: với IP = 0.1 Q suốt trình phóng 10 giờ; Khi điện áp giảm 1,7V nồng độ dung dịch 1,11 g/cm3 ngừng phóng * Đồ thị: + Phơng pháp xây dựng đồ thị: Bằng thực nghiệm ( Dùng dụng cụ đo thời điểm khác nhau) + Khảo sát đồ thị: - Đờng Giảm dần từ 1,27 xuống 1,11 g/cm3 trình hấp thụ H2SO4 tái tạo H2O ( Phơng trình hoá học) Giảm theo quy luật đờng thẳng khoảng thời gian phản ứng lợng H2SO4 bị hấp thụ tái tạo H2O nh - Đờng E0 song song với đờng (Theo công thức kinh nghiệm) - Đờng EP biến đổi theo quy luật phi tuyến, dới đờng E0 khoảng E trình phóng nồng độ dung dịch lòng cực nhỏ bên - Đờng UP cách dới đờng EP khoảng IP rAq điện áp rơi điện trở ắc quy Khi UP = 1,7V cho phóng tiếp điện áp ắc quy giảm nhanh đến phục hồi lại đợc ( đờng chấm chấm) Nếu ngừng phóng sau khoảng nghỉ dung dịch ngấm vào cực, cân bên cực, làm cho EP ; UP E0= 1,96V Dấu hiệu nhận biết cuối trình phóng là: Ungăn giảm đến giá trị nhà chế tạo quy định b) Đặc tính nạp điện * Phơng trình hoá học: PbSO4 + 2H2O + PbSO4 = PbO2 + 2H2SO4 + Pb (+) (dd) (- ) (+) (dd) (- ) * Chế độ nạp: với In = 5,4A giữ suốt trình nạp * Đồ thị: + Phơng pháp xây dựng đồ thị: Bằng thực nghiệm ( Dùng dụng cụ đo thời điểm khác nhau) + Khảo sát đồ thị: Hình 2.4 đồ thị đặc tính nạp điện ắc quy - Đờng tăng dần từ 1,11 đến 1,27 g/cm3 trình hấp thụ H2O tái tạo H2SO4 ( Phơng trình hoá học) Tăng theo quy luật đờng thẳng khoảng thời gian phản ứng lợng H2O bị hấp thụ tái tạo H2SO4 nh -7- - Đờng E0 song song với đờng (Theo công thức kinh nghiệm) - Đờng En biến đổi theo quy luật phi tuyến, đờng E0 khoảng E trình nạp nồng độ dung dịch lòng cực lớn bên - Đờng Un cách đờng En khoảng (In rAq) điện áp rơi điện trở ắc quy Khi Un = 2,4V có tợng sôi , sau điện áp tăng đến 2,7V do: H2O bị điện phân thành ion H+ OH- ; ion H+ đến cực âm, phần nhận thêm điện tử thành H2 bay lên lại phần nhiều bám xung quanh cực âm tạo điện cực phụ khoảng 0,33V Sau thời gian nạp từ t = đến t = ts, coi ắc quy đợc nạp no, nhng để no hoàn toàn nạp thêm đến nữa, suốt thời gian thông số ắc quy không đổi Khi ngắt mạch nạp, sau khoảng nghỉ để thoát hết khí cân nồng độ dung dịch bên cực, làm cho En ; Un E0= 2,12V Dấu hiệu nhận biết cuối trình nạp là: có sôimãnh liệt suốt thời gian nạp thêm, thông số ắc quy không đổi 2.2.4 Các phơng pháp nạp điện cho ắc quy Có hai phơng pháp nạp điện cho ắc quy: Nạp nối tiếp ( In= const ): Trên hình 2.5 trình bày sơ đồ mạch nạp ắc quy theo phơng pháp nạp nối tiếp Các bình ắc quy đợc mắc nối tiếp Thờng chọn ắc quy có dung lợng Ngời ta dùng biến trở để điều chỉnh dòng điện, đồng hồ đo dòng điện (A) đợc mắc nối tiếp mạch điện - Dòng điện nạp đợc tính nh sau: In = U n E aq Rbt + raq - Để nạp nhanh, cho phép nạp hai nấc: Nấc1, chọn In= 0.15 Cđmđến dung dịch sôi hạ xuống nấc chọn In=0.10Cđm - Điện áp nguồn nạp chọn nh sau: Un>2.7 naq (V) naq số ngăn ắc quy nối tiếp -7- Hình 2.5 Sơ đồ nạp ắc quy nối tiếp * u điểm phơng pháp nạp nối tiếp là: ắc quy đợc nạp no hoàn toàn, nạp nhiều bình ắc quy đồng thời *Nhợc điểm: Thời gian nạp kéo dài ( nạp sửa chữa ắc quy sun phát hoá từ 48 đến 52 giờ); Phải thờng xuyên theo dõi, điều chỉnh nạp; mát lợng điện vô ích cho biến trở * Phạm vi ứng dụng phơng pháp này: nạp cho ắc quy mới, sửa chữa ắc quy, dùng nhà xởng Nạp song song( Un= const ): Trên hình 2.6 trình bày sơ đồ mạch nạp đặc tính nạp ắc quy theo phơng pháp nạp song song Các bình ắc quy đợc mắc song song Dùng đồng hồ đo dòng điện mắc nối tiếp mạch điện đèn báo nạp để theo dõi trình nạp A A A Â A Hình 2.6 Sơ đồ nạp ắc quy với điện áp không đổi 1- Động dẫn động máy phát ; 2- Máy phát điện chiều; 3- Rơ le đóng ngắt điện tự động; 4- Ampe kế; 5- Vôn Kế - Dòng điện nạp đợc tính nh sau: In = U n Eaq raq - Chọn UN = 2,3 đến 2,5V cho ngăn ắc quy ( 15V cho ắc quy 12V; 7,5V cho ắc quy 6V) * u điểm phơng pháp nạp song song: ắc quy đợc nạp nhanh ( từ đến nạp đợc khoảng 80 phần trăm dung lợng), tốn công theo dõi *Nhợc điểm: ắc quy không đợc nạp no hoàn toàn không chỉnh đợc dòng điện nạp Số lợng bình ắc quy nạp đồng thời * Phạm vi ứng dụng phơng pháp này: Nạp điện bổ sung cho ắc quy xe 2.2.5 Ký hiệu ắc quy a xít -7- Ngời ta dùng chữ số ghi vỏ bình ắc quy để thông số ắc quy Các hãng có ký hiệu riêng, đợc dẫn tài liệu nhà chế tạo Sau đây, giới thịêu ký hiệu số loại ắc quy thông dụng: ắc quy Liên Xô (cũ) - Số đầu số ngăn ắc quy: 3;6 ngăn ( 6; 12 vôn ) - Chữ tiếp công dụng ắc quy: + CT ắc quy khởi động ô tô + TCT ắc quy khởi động máy kéo - Số : Dung lợng định mức ắc quy (A.h) - Các chữ sau vật liệu làm vỏ, ngăn trạng thái ắc quy: : Ê bô nit; : Nhựa cứng; : Gỗ; M : Miplát; P : Mipo C : Sợi thủy tinh; : ắc qui trạng thái nạp khô Ví dụ ắc quy : 6CT 78 MC3 ắc quy Việt nam Ký hiệu tơng tự Liên Xô (cũ) Ví dụ: * Ký hiệu ắc quy Việt Nam sản xuất có ghi: 6-OT-100AH- NT-TCVN 6- ắc quy gồm ngăn OT- Là ắc quy dùng cho khởi động động ôtô máy kéo 100- Dung lợng định mức ắc quy C=100AH NT-Tấm ngăn nhựa xốp với thuỷ tinh TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam * Các công ty liên doanh sản xuất ắc quy Việt Nam, có ký hiệu giống hãng nớc ắc quy Nhật Bản - số đầu dung lợng ắc quy ( tra bảng) - Chữ tiếp chiều rộng, cao bình ắc quy (mm) (Từ chữ : A; B; C; D; E; F; G; H tra chiều rộng, cao bình ắc quy) - số tiếp chiều dài bình ắc quy (cm) - Chữ sau vị trí cực dơng bình ắc quy: R bên phải; L bên trái Ví dụ: 54 E23R 54 - Chỉ dung lợng ắc quy (Tra bảng: Q = 48A.h) E - Chỉ số chiều rộng chiều cao ắc quy: b = 176mm, h = 213mm 23- Chỉ chiều dài ắc quy: 23cm R- Biểu thị cực dơng phía bên phải * Ký hiệu ắc quy số nớc khác: Chỉ điện áp dung lợng ( ví dụ: 12V100AH); Chỉ điện áp dòng điện phóng -7- 2.2.6 Hớng hoàn thiện phát triển ắc quy Từ yêu cầu cao ắc quy ô tô, ngày ngời ta hoàn thiện ắc quy truyền thống nh sử dụng vật liệu mới, thay đổi công nghệ để tăng dung lợng, tăng tuổi thọ nhng giảm kích thớc trọng lợng ắc quy Mặt khác, ngời ta sản xuất ắc quy bảo dỡng trình sử dụng Một vài loại ắc quy có báo hiệu ( mắt thần) tình trạng ắc quy: Màu xanh tốt; màu tối trắng cần bảo dỡng; màu vàng đỏ hỏng Tơng lai ắc quy sử dụng ô tô chạy điện với quãng đờng dài cần nạp lại Hãng HONDA chế tạo ắc quy Niken Liti có lợng gấp nhiều lần ắc quy chì Hãng TOYOTA chế tạo hai loại ắc quy mới: ắc quy dùng hợp kim, khí H2 loại ắc quy dùng nhiên liệu methanol phối hợp hệ thống hút khí H2 Hãng Massachusetts (Mỹ) sản xuất loại Pin cho ô tô chạy điện, với hai thành phần Liti Polyme, chất điện phân dung dịch muối Liti ngâm hai điện cực ô xít Liti than chì 2.3 máy phát điện 2.3.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại Nhiệm vụ - Cung cấp điện cho phụ tải ô tô làm việc - Nạp điện bổ sung cho ắc quy xe Yêu cầu - Kích thớc, trọng lợng máy phát nhỏ gọn nhng công suất, số vòng quay lớn - Làm việc ổn định số vòng quay động luôn thay đổi - Máy phát phải làm việc tốt điều kiện ẩm, nhiệt độ cao, bụi bẩn rung động - Làm việc không phát sinh tiếng kêu, chăm sóc bảo dỡng kỹ thuật đơn giản, giá thành hạ Phân loại a) Căn theo cấu tạo nguồn điện phát ra: - Máy phát điện chiều: Dòng điện phát dòng chiều - Máy phát điện xoay chiều: Dòng điện phát dòng xoay chiều, qua chỉnh lu thành dòng chiều cấp cho phụ tải Máy phát điện xoay chiều lại chia ra: + Máy phát điện xoay chiều kích thích nam châm vĩnh cửu + Máy phát điện xoay chiều kích thích điện từ : Máy phát điện xoay chiều kích thích điện từ có vòng tiếp điện Máy phát điện xoay chiều kích thích điện từ vòng tiếp điện b) Căn vào điện phát ra: - Máy phát điện 12V - Máy phát điện 24V - Máy phát điện có nấc điện áp (12V, 24V) 2.3.2 Máy phát điện chiều Cấu tạo máy phát điện chiều -7- Máy phát điện chiều ô tô có cấu tạo giống nh máy phát điện chiều khác, gồm phận đợc giới thiệu hình 2.7 a) Phần cảm (Stato) - Vỏ máy (gông từ) Đợc chế tạo thép dẫn từ, để khép kín mạch từ Trên vỏ máy có cửa sổ để tháo lắp chổi than, cọc nối dây Bên vỏ bắt cực từ vít - Cực từ Gồm má cực làm thép bon thấp, hình móng ngựa Trên má cực quấn cuộn dây phần cảm, dây đồng tiết diện tròn có cách điện đợc quấn thành cuộn, tuỳ công suất máy phát mà có số vòng từ 96 ữ 620 vòng, bên cuộn dây có vải tẩm sợi cách điện, cuộn dây kích thích đợc nối tiếp với Mỗi máy phát có hai bốn cực từ b) Phần ứng ( Rôto) Cấu tạo phần ứng bao gồm phận nh hình 2.8 - Lõi thép phần ứng Chế tạo thép kỹ thuật điện có dạng đặc biệt, đợc ghép lại với thành khối trụ tròn, bên có rãnh theo chiều dài để quấn dây phần ứng Lõi thép đợc lắp với trục rôto - Dây quấn phần ứng Là dây đồng tiết diện tròn bên có sơn cách điện Dây phần ứng đợc quấn rãnh lõi thép theo nhóm đợc cách điện với lõi thép Các đầu dây đợc hàn với phiến đồng cổ góp, quấn theo dạng xếp chồng quấn theo dạng sóng (đối với máy phát có cực từ) - Cổ góp Có nhiệm vụ biến dòng điện xoay chiều phần ứng thành dòng điện chiều, qua chổi than cung cấp cho phụ tải Cổ góp đợc lắp chặt với đầu trục rôto, gồm phiến đồng cách điện (mi ca) lắp xen kẽ với thành hình trụ tròn Số phiến đồng cổ góp tơng ứng với số nhánh dây phần ứng - Trục rô to Vật liệu chế tạo thép Dùng để lắp lõi thép phần ứng, cổ góp, ổ bi, có rãnh then để lắp puly dẫn động Đầu trục có tiện ren để lắp ê cu hãm puly c) Gía đỡ chổi than chổi than - Gía đỡ chổi than Dùng để bắt dây chổi than đỡ chổi than máy phát làm việc Gía đỡ chổi than dơng đợc cách điện với vỏ, giá đõ chổi than âm không cách điện Để giữ cho chổi than tỳ sát vào cổ góp giá đỡ có lò xo ép chổi than Giá đỡ đợc lắp có bề mặt dẫn hớng chổi than nghiêng so với đờng tâm cổ góp góc 250 gọi giá đỡ kiểu phản lực Giá đỡ loại làm giảm hao mòn chổi than 30% so với loại hộp Hình 2.9 giới thiệu hai loại giá đỡ chổi than dùng máy phát điện chiều -7- - Chổi than Luôn tỳ lên cổ góp để đa dòng điện chiều ngoài, cấp cho phụ tải Chổi than đợc chế tạo từ hỗn hợp grafít, đồng số phụ chất giảm điện trở mài mòn Chổi than tỳ lên cổ góp điện nhờ lò xo Với máy phát công suất lớn ngời ta dùng chổi than kép ( đặt 2; chổi than hàng) d) Nắp máy, ổ đỡ, puly, quạt gió - Nắp máy: Dùng để bảo vệ dây quấn làm giá lắp ổ bi đỡ trục rôto, đồng thời để bắt máy phát điện vào động Trên nắp máy có lỗ để bắt hai bu lông suốt - ổ đỡ: Là hai ổ bi cầu làm nhiệm vụ đỡ đầu trục rôto làm việc giảm ma sát, mài mòn - Pu ly: Đợc lắp với trục rô to đợc định vị với trục then bán nguyệt Puly dùng để dẫn động máy phát quay động làm việc - Cánh quạt gió: Dùng để làm mát máy phát điện Ngoài số chi tiết khác nh bu lông, vít, êcu Nguyên lý làm việc máy phát điện chiều Máy phát điện chiều ô tô làm việc theo nguyên tắc tự kích từ, song song Ban đầu stato máy phát có từ d Khi rô to quay, khung dây rô to cắt đờng sức từ d, sinh sức điện động cảm ứng nhỏ ( khoảng 2ữ V với máy phát 12V) Dòng điện máy phát, sau qua tiết chế lại trở cuộn dây stato để tự kích từ, làm từ trờng mạnh dần lên Khi nào, điện áp máy phát lớn sức điện động ắc quy máy phát cấp điện cho phụ tải 2.3.3 Máy phát điện xoay chiều kích thích điện từ có vòng tiếp điện Cấu tạo máy phát điện Máy phát điện xoay chiều kích thích điện từ, có vòng tiếp điện dùng ô tô gồm phận nh hình 2.10 a) Phần ứng (Stato) - Lõi thép Gồm thép kỹ thuật điện (Si) hình tròn ghép lại, tạo rãnh phía để quấn dây phần ứng Thờng có 18 24 rãnh theo đờng sinh - Dây quấn phần ứng Là dây đồng tiết diện tròn, bên có sơn cách điện, đợc quấn lên rãnh lõi thép phần ứng Thờng có 18 24 cuộn dây, quấn thành pha, pha có cuộn nối tiếp Cuộn dây pha thờng đợc đấu hình (Y), số máy phát đấu hình tam giác () Hình 2.11 giới thiệu kết cấu stato sơ đồ đấu dây stato hình Y: đầu dây H1, H2, H3 nối chung thành điểm trung tính; đầu K 1, K2, K3 đầu với chỉnh lu b) Phần cảm (Rôto) Rô to máy phát điện xoay chiều gồm phần nh hình 2.12 - Cực từ: -7- Vật liệu chế tạo thép bon thấp (thép dẫn từ) Cực từ đợc chế tạo thành nửa, nửa có vấu cực đợc lắp xen kẽ lắp chặt với trục rôto - Cuộn dây kích thích: Là dây đồng có tiết diện tròn, đợc quấn xếp chồng theo lớp lõi thép từ đợc cách điện với trục Cuộn dây kích từ đợc đặt lòng cực từ Hai đầu cuộn dây đợc nối với vòng tiếp xúc đồng đặt trục rôto, chúng đợc cách điện với với trục rôto - Gía đỡ chổi than chổi than Gía đỡ chổi than có tác dụng dẫn hớng chuyển động cho chổi than Đợc làm ống nhựa hình chữ nhật Trên giá đỡ có lò xo ép, ép chổi than tiếp xúc vào vòng đồng Chổi than có nhiệm vụ dẫn dòng điện chiều từ nguồn vào cuộn dây kích từ c) Mặt bích, ổ bi, puly, quạt gió - Mặt bích: Có Mặt bích trớc sau Trên mặt bích có ổ đỡ lỗ để bắt bu lông suốt tai bắt với thân động Mặt bích sau có vị trí bắt giá đỡ chỉnh lu bắt IC điều chỉnh - Puly, quạt gió: Puly dùng để dẫn động máy phát Trên puly có nhiều rãnh, chúng đợc dẫn động dây đai thang dây đai dẹt d) Bộ phận chỉnh lu: Nhiệm vụ chỉnh lu chỉnh lu dòng điện xoay chiều pha thành dòng chiều cấp cho phụ tải Trên máy phát điện tĩnh dùng chỉnh lu xêlen Đặc điểm chịu tải lớn, nhng nhanh hoá già, chịu nhiệt độ thấp ( 60 đến 70 C) kết cấu cồng kềnh Máy phát điện ô tô dùng chỉnh lu ốt silic gồm: hai miếng tản nhiệt có lắp điôt Silíc, miếng tản nhiệt có ghi dấu (+) có điôt (+) giá (-) có điôt (-) Dòng điện sinh máy phát đợc cấp từ giá đỡ điôt (+) nên đợc cách điện với khung Trong trình chỉnh lu điôt bị nung nóng nên giá đỡ điôt có tác dụng tản nhiệt để ngăn cản điôt nóng Hình 2.13 giới thiệu kết cấu chung nguyên lý chỉnh lu điốt silic Nguyên lý làm việc sơ đồ (hình b) Xét pha AB: + Nếu điện áp đầu A dơng (pha A) đầu B âm (pha B) dòng điện lu thông theo mạch: Từ A a S1 B+ bóng đèn B- S33 b B + Nếu điện áp đầu B dơng (pha B) đầu A âm (pha A) dòng điện lu thông theo mạch: Từ B b S3 B+ bóng đèn B- S11 a A Qua trên: Ta nhận thấy dòng điện lu thông cuộn pha dòng điện xoay chiều, nhng qua bóng đèn (mạch ngoài) dòng chiều Nguyên lý làm việc máy phát điện Khi cho dòng điện kích từ (Ikt): (+) ắc quy chổi than (+) vành đồng cuộn dây kích từ vành đồng chổi than âm M (-) ắc quy, dòng điện từ hoá cực -7- từ rô to, vấu cực tạo thành cực N, S xen kẽ Từ trờng nam châm móc vòng qua cuộn dây stato Khi rô to quay, từ trờng cắt khung dây stato sinh sức điện động xoay chiều pha, dòng điện 3pha đợc chỉnh lu thành dòng chiều cấp cho phụ tải Đặc tính máy phát điện Đặc tính ( tính chất đặc trng) máy phát điện xoay chiều kích thích điện từ, có vòng tiếp điện đợc xác định mối quan hệ đại lợng bản: Điện pha; dòng điện tải; dòng điện kích từ; số vòng quay rô to a) Đặc tính không tải Là đờng cong biểu thị quan hệ sđđ máy phát với dòng kích từ : E = f(Ikt), ne = const Imp = Đặc tính không tải đợc xác định từ phơng trình sđđ máy phát xoay chiều: E = 4,44.k.f.w..10-2 (V) Trong đó: k hệ số phụ thuộc cuộn dây phần ứng f tần số máy phát (Hz) w tổng số vòng dây nối tiếp cuộn dây pha (vòng) từ thông khe hở không khí giữ rô to stato (Wb) Vì Ikt không phụ thuộc vào số vòng quay (n), nên sđđ (E) không tỷ lệ với số vòng quay (n) Đặc tính không tải gồm đờng cong tơng ứng số vòng quay máy phát ( hình 2.14 ) Từ đặc tính không tải, ta xác định đợc hệ số đặc trng số vòng quay máy phát điện: kn = nmax/ nmin = ữ 10 Vì Ikt không phụ thuộc vào số vòng quay (n), nên sđđ (E) không tỷ lệ với số vòng quay (n) Đặc tính không tải gồm đờng cong tơng ứng số vòng quay máy phát Từ đặc tính không tải, ta xác định đợc hệ số đặc trng số vòng quay máy phát điện: kn = nmax/ nmin = ữ 10 b) Đặc tính Là dờng cong biểu thị mối quan hệ điện sau chỉnh lu dòng điện tải máy phát điện: Ump= f(Imp) Đặc tính máy phát điện xoay chiều họ đờng cong cho hình 2.15 Ta có điện trở toàn phần pha cuộn dây stato tính nh sau: Z = R + X L2 XL= .L = 2..f.L= 2..P.n.L/60 - Trong trình làm việc máy phát điện, Ump giảm Imp tăng, tác dụng khử từ phản ứng phần ứng độ sụt áp điện trở thuần, cảm kháng cuộn dây phần ứng - Vì Z phụ thuộc vào số vòng quay (n), nên n tăng độ cong Umptăng lên c) Đặc tính tải -7- Là đờng cong biểu thị phụ thuộc dòng điện tải vào số vòng quay máy phát điện: Imp= f(n) ; điện áp sau chỉnh lu điện áp định mức dòng điện kích từ không đổi - Với máy phát không tự hạn chế dòng điện: Đờng đặc tính tải đờng cong số vòng quay no đến n1, Imp= Imax Tại đây, tiết chế làm việc để trì điện áp máy phát điện áp định mức (Ump= Uđm) hạn chế dòng điện máy phát không cho vợt giá trị Imax ( hình 2.16.a) - Với máy phát tự hạn chế dòng điện: Bằng cách tính toán chọn trị số vòng dây đờng kính dây stato thích hợp, ngời ta chế tạo đợc máy phát điện xoay chiều tự hạn chế đợc dòng điện phát ( n tăng Imp tăng, nhng giá trị n lớn Imp không tăng nữa) Đờng đặc tính tải đờng cong số vòng quay no đến n1, Imp= Iđm Khi dòng điện đạt Imax không tăng lên nữa, không cần tiết chế để hạn chế dòng điện máy phát ( hình 2.16.b) 2.3.4 Một số loại máy phát điện khác Máy phát điện giới thiệu hình 2.10 loại máy phát thông thờng Hiện nay, số ô tô sử dụng máy phát điện có cải tiến so với trớc 1) Loại máy phát điện nhỏ gọn hãng TOYOTA So với máy phát cỡ tiêu chuẩn, nhỏ 17% nhẹ 26% Việc cải tiến mạch từ nh giảm khe hở không khí rô to stato, thay đổi hình dạng lõi cực rô to làm giảm kích thớc khối lợng máy Tốc độ loại gọn lớn nhiều so với máy phát tiêu chuẩn Quạt đợc gắn với rô to đặt bên máy, cải tiến đợc tính làm mát an toàn Cụm chỉnh lu,giá đỡ chổi than,tiết chế IC đợc gắn chặt vào khung bu lông nên dễ tháo, lắp Do sử dụng tiết chế IC đa chức làm đơn giản hoá hệ thống nạp, tăng độ tin cậy 2) Máy phát điện với ốt điểm trung tính Điện áp sinh điểm trung tính đợc sử dụng nh nguồn cho rơ le đèn nạp, 0,5 điện áp chiều (DC) phát ra.Trong dòng điện phát chạy qua máy phát, điện áp điểm trung tính phần lớn DC, nhng bao gồm phần xoay chiều (AC) Phần AC đợc sinh pha dòng điện tốc độ quay máy phát vợt 2000 đến 3000 v/ph Giá trị đỉnh phần AC vợt điện áp DC Nh vậy, có ốt điểm trung tính công suất máy phát điện tăng lên khoảng 10 15 % tốc độ quay cao (khoảng 5000 v/ph) Ngời ta dùng ốt chỉnh lu nối cực (B) cực nối mát (E) đợc nối với điểm trung tính stato 3) Máy phát điện ốt kích thích Máy phát có thêm ốt để kích thích cuộn cảm phụ thêm với ốt thông thờng cho việc chỉnh lu Trong máy phát này, bật khoá điện ON, cực IG cung cấp dòng qua ốt ngăn dòng điện ngợc điện trở kích thích ban đầu Có điện trở kích thích mạch, nên dòng kích thích nhỏ khoảng 0,5 A máy phát dừng với khoá điện ON.Vì vậy, ắc qui phóng điện Khi máy phát bắt đầu làm việc, phần dòng điện sinh -7- cung cấp trực tiếp từ ốt kích thích trình phát điện cải thiện đợc điện áp 4) Máy phát điện xoay chiều không chổi than ( không tiếp xúc) Máy phát xoay chiều không tiếp xúc không chứa vòng tiếp xúc chổi than nh máy phát xoay chiều nói Về cấu tạo: gá đặt cuộn kích thích phần tĩnh, loại máy thờng đợc sử dụng xe ôtô đặc biệt máy kéo làm việc điều kiện nặng nhọc ( bùn đất, bụi bẩn) Ta xét cấu tạo chung loại máy (hình 2.18): cuộn dây kích thích (đứng yên) dòng chiều Rô to gồm hai nửa, stato có cuộn dây pha, chỉnh l u điốt silic giống máy phát xoay chiều có chổi than Căn vào đặc điểm cấu tạo mạch từ phần cảm ứng máy, chia loại máy điện sau: - Máy phát điện kích thích dọc: cuộn dây kích thích phân bố dọc trục máy - Máy phát điện kích thích ngang: cuộn dây kích thích đặt theo đờng kính Vị trí đặt cuộn dây kích thích có ảnh hởng lớn đến kết cấu đặc tính máy Hiện nay, hệ thống trang bị điện xe, phần lớn sử dụng loại máy phát kích thích dọc (hình 2.19) Đặc điểm làm việc máy phát nh sau: cuộn dây kích thích (1) đợc cung cấp dòng điện chiều tạo từ thông, có hớng trị số không đổi rôto quay Từ thông khép mạch qua khe hở không khí bạc lót trục (3), lõi thép hình stato, nắp máy điện (6) (đờng nét đứt hình vẽ) Tất lõi thép rôto có cực tính (cực bắc N) Máy điện dạng gọi máy điện độc cực với từ tr ờng đập mạch Máy điện kích thích dọc làm dạng pha nhiều pha, kích thích phía (hình 2.19.a) phía (hình 2.19.b) Máy phát điện xoay chiều không tiếp xúc có công suất riêng nhỏ máy phát có vòng tiếp điện Ngoài ra, loại máy phát điện xoay chiều có nấc điện áp (14V/28V), dùng xe tải có máy khởi động 24V bơm điện 24V, phụ tải khác 12V Trên số xe cỡ nhỏ, ngời ta hợp máy phát điện với máy khởi động làm để đơn giản hệ thống điện.` 2.4 Bộ tiết chế 2.4.1 Khái niệm chung tiết chế Sự cần thiết phải điều chỉnh máy phát điện ô tô Máy phát điện quay nhờ dẫn động dây đai từ puli trục khuỷu động ( Tốc độ quay rô to máy phát điện lớn trục khuỷu động từ 1,5 đến lần) Khi làm việc, số vòng quay trục khuỷu rô to thay đổi phạm vi rộng Mà điện áp máy phát (Ump) tỉ lệ với số vòng quay rô to, số vòng quay lớn Ump tăng, định mức làm phụ tải xe cháy, hỏng Do vậy, cần phải điều chỉnh Ump Mặt khác, với máy phát điện không tự hạn chế đợc dòng điện phát (Imp), có nhiều phụ tải sử dụng đồng thời, làm máy phát tải, cần phải điều chỉnh Imp -7- Với máy phát điện chiều, phải ngăn chặn dòng điện ngợc phóng từ ắc quy máy phát ( Với máy phát điện xoay chiều, có chỉnh lu nên không cần ngăn chặn dòng điện ngợc) Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại tiết chế a) Nhiệm vụ Bộ tiết chế điện có nhiệm vụ sau : - Giữ cho điện áp máy phát không đổi (bộ điều tiết điện áp) Khi số vòng quay động thay đổi điện áp máy phát thay đổi, nhờ phận điều chỉnh điện áp tiết chế nên đảm bảo đợc điện áp theo qui định cho máy phát an toàn cho phụ tải - Giữ cho máy phát điện không bị tải Khi phụ tải dùng nhiều máy phát điện tải, làm nóng máy cháy cuộn dây Nhng nhờ có điều chỉnh cờng độ dòng điện mà hạn chế đợc dòng điện máy phát.( Với máy phát điện xoay chiều tự hạn chế cờng độ dòng điện, không cần dùng này) - Tự cắt điện ắc qui máy phát: Khi điện áp ắc qui lớn điện áp máy phát, ngăn không cho dòng điện phóng ngợc từ ắc quy máy phát (bộ ngăn chặn dòng điện ngợc) Với máy phát điện xoay chiều, có chỉnh lu điốt, nên không cần ngăn dòng điện ngợc b) Yêu cầu - Điều chỉnh xác, độ nhạy cao - Chịu đợc tác động nhiệt độ, độ ẩm, rung động - Kích thớc, trọng lợng nhỏ, để dễ bố trí xe - Độ tin cậy tuổi thọ cao, giá hạ c) phân loại Theo cấu tạo nguyên lý làm việc, phân loại tiết chế: - Tiết chế từ điện ( loại rung): gồm có loại rơ le, loại nhiều rơ le - Tiết chế bán dẫn: Gồm loại có tiếp điểm, loại không tiếp điểm tiết chế IC 2.4.2 Điều chỉnh điện áp máy phát điện Nguyên lý chung điều chỉnh điện áp máy phát điện Ta có: Ump c.n. Trong đó: c số phụ thuộc kết cấu máy phát, n số vòng quay rô to máy phát, từ thông máy phát (do phần cảm sinh ra) Từ biểu thức trên, n tăng giảm, muốn Ump không đổi, ta phải giảm tăng từ thông (), mà lại thay đổi tỉ lệ thuận với dòng điện kích từ (Ikt) máy phát Muốn thay đổi Ikt , ngời ta thay đổi điện trở mạch kích từ cách thêm vào -7- ngắt khỏi mạch kích từ điện trở phụ tính toán sẵn giá trị (với tiết chế IC, đóng cắt trực tiếp Ikt với tần số thay đổi từ hàng chục đến hàng nghìn lần) Vậy, muốn giảm Ump n tăng ta đa thêm điện trở phụ vào mạch kích từ cắt Ikt Rơ le điều chỉnh điện áp máy phát điện (RLĐCTH) loại rung a) Sơ đồ cấu tạo Rơ le điều chỉnh điện áp rung, gồm phận nh hình 2.20 : Lõi thép (2) bên có quấn cuộn dây từ hoá (Wu), Lõi thép bắt khung (3) đợc chế tạo thép C (thép non) Thanh ngang (1) thép dẫn từ lắp động với khung (3) Cuộn dây từ hoá Wu nối song song với cuộn WKT máy phát điện Lò xo (4) kéo ngang (1) để tiếp điểm K trạng thái đóng, tiếp điểm K làm vonfram song song với Rf b) Nguyên lý làm việc Khi máy phát điện làm việc, có dòng điện sau: - Dòng từ hoá lõi thép (I0): (+) mp a b c Wu M (-)mp - Dòng kích từ cho máy phát (IKT): (+) mf a b (1) K d WKT M (-)mp Nếu Ump Uđm: Lực từ hoá lõi thép yếu lực kéo lò so (4) kéo (1) đóng tiếp điểm K Do đó, điện trở phụ R f bị loại khỏi mạch kích từ (vì đợc nối tắt qua tiếp điểm K) Dòng I0 IKT nh Nếu Ump > Uđm : Tốc độ rô to tăng Ump tăng, lúc cuộn dây từ hoá Wu nhận đợc điện áp lớn (I0 lớn) lực từ hoá mạnh, thắng sức căng lò xo (4), kéo cần (1) xuống mở tiếp điểm K Điện trở phụ Rf đợc nối tiếp vào mạch kích từ dòng kích từ giảm Dòng kích từ theo mạch: (+) mp a Rf d WKT M (-)mp Dòng kích từ điện máy phát theo Khi Ump giảm, K lại đóng, trình lặp lặp lại nh vậy, giữ điện áp máy phát ổn định Tần số đóng, mở tiếp điểm K khoảng 30 ữ 40 lần/giây Điện áp điều chỉnh dạng ca nh hình 2.21 Cải thiện đặc tính làm việc rơ le rung Bộ tự động điều chỉnh điện áp kiểu rơ le rung có cấu trúc đơn giản, dễ sử dụng sửa chữa nhng nhợc điểm nh: tần số rung thấp làm tăng sai số động hệ thống; độ tin cậy cặp tiếp điểm kém; thông số làm việc phụ thuộc vào nhiệt độ Trong kết cấu rơ le rung trớc đây, ngời ta sử dụng loạt giải pháp kỹ thuật để nâng cao chất lợng làm việc chúng - Tăng tần số đóng mở cặp tiếp điểm: + Biện pháp khí: Làm cần tiếp điểm có tiết diện tam giác nửa hình tròn để giảm quán tính + Lắp thêm vào mạch điện trở gia tốc (R gt) cuộn dây gia tốc (W gt) đảm bảo cho tiếp điểm K đóng mở nhanh chóng, đạt tới 150 ữ 200 lần/giây - Giảm tia lửa cặp tiếp điểm: Mắc tụ điện ốt song song với cuộn dây kích từ; sử dụng tiếp điểm kép rơ le hai nhánh -7- - Bù nhiệt: Dùng điện trở bù nhiệt (RN) có hệ số nhiệt điện trở < 0; dùng cuộn dây bù nhiệt sun từ để giảm ảnh hởng nhiệt độ 2.4.3 Rơ le hạn chế dòng điện (RLHCDĐ) Rơ le dòng điện ngợc (RLDĐN) Rơ le hạn chế dòng điện (RLHCDĐ) Với máy phát không tự hạn chế đợc dòng điện, ngời ta phải dùng rơle bảo vệ tải cho máy phát gọi rơ le hạn chế dòng điện (RLHCDĐ) Cấu tạo RLHCDĐ tơng tự RLĐTH rung Một vài khác biệt là: cuộn dây quấn lõi thép có tiết diện lớn hơn, số vòng dây nối tiếp với phụ tải xe Hình 2.22 giới thiệu sơ đồ nguyên lý RLHCDĐ, kèm với RLĐCTH Nguyên lý làm việc điều chỉnh cờng độ dòng điện nh sau: - Khi Imp Iđm : Dòng điện qua cuộn dây WI , mắc nối tiếp với phụ tải, tiếp điểm K đóng Loại Rf2 khỏi mạch kích từ máy phát Chiều dòng điện kích từ nh sau: (+) mp (3) (1) K2 Rf1 d WKT M (-)mp - Khi Imp> Iđm: Dòng điện qua cuộn dây WI lớn, lực từ hoá lớn, thắng sức căng lò xo (4) hút cần (1) xuống, K2 mở ra, dòng kích từ máy phát phải qua R f2 nên Ikt giảm Ump giảm Imp giảm xuống Dòng điện kích từ đi: (+) mp Rf2 Rf1 d WKT M (-)mp Sau tiếp điểm K2 lại đóng, trình lặp đi, lặp lại giữ I mp định mức, bảo vệ máy phát không bị tải Nhận xét: Rơ le hạn chế dòng điện rơ le điều chỉnh hiệu nhng không làm việc đồng thời mà làm việc theo thứ tự sau: + Khi Imp Iđm rơ le điều chỉnh hiệu làm việc + Khi Imp>Iđm rơ le hạn chế dòng điện làm việc Rơ le dòng điện ngợc (RLDĐN) Để tránh dòng điện ắc quy phóng ngợc máy phát số vòng quay máy phát nhỏ (Ump < Uaq), ngời ta dùng rơ le ngăn chặn dòng điện ngợc (RLDĐN) * Hình 2.23 sơ đồ nguyên lý RLDĐN Các phận tơng tự rơ le rung Một số điểm khác: Tiếp điểm K mở; lõi thép quấn cuộn dây: cuộn dây đóng mạch ( Wđm ) cuộn dây từ hoá đợc mắc song song với máy phát Cuộn dây dòng điện ngợc (WI ) nối tiếp với phụ tải * Nguyên lý làm việc sơ đồ nh sau: - Khi điện áp máy phát lớn điện áp ắc quy ( Ump > Uắc quy): Lực từ hoá cuộn Wđm sinh thắng sức căng lò xo (4), kéo tiếp điểm K đóng lại Máy phát cấp điện cho phụ tải nạp điện cho ắc quy: (+) mp a WI b ngang (1) tiếp điểm K Phụ tải M (-)mp Dòng điện qua WI làm cho tiếp điểm K đóng chặt - Khi Ump < U ắc quy: -7- Khi máy phát quay tốc độ thấp, điện áp máy phát nhỏ điện áp ắc quy ( Ump < U ắc quy ) Dòng điện ắc quy phóng vào máy phát qua cuộn W I ngợc chiều ban đầu Trong dòng điện qua cuộn Wđm chạy nh ban đầu, làm lực từ hoá lõi thép (3) giảm, không thắng sức căng lò xo (4) tiếp điểm K mở cắt dòng điện từ ắc quy phóng máy phát điện 2.4.5 Bộ tiết chế bán dẫn có tiếp điểm Bộ tiết chế rung có nhiều nhợc điểm nh: cồng kềnh, độ tin cậy, tuổi thọ thấp, khả công suất hạn chế đó, ngời ta đa linh kiện bán dẫn vào làm việc kết hợp để khắc phục Các tiết chế bán dẫn có tiếp điểm đời giai đoạn đầu, nh bớc trung gian công nghệ, chuyển từ tiết chế rung sang tiết chế bán dẫn Sơ đồ nguyên lý chung Sơ đồ nguyên lý tiết chế bán dẫn có tiếp điểm đợc thể hình 2.24 a) Cấu tạo sơ đồ gồm: Cuộn dây từ hoá lõi thép ( W u ) quấn lõi thép; tiếp điểm (KK) mở; điện trở phụ (RP) song song cặp tiếp điểm; phận khác: khung từ, lò xo, cần tiếp điểm nh rơ le rung Tranzito (T) loại thuận ( P-N-P ), với cực phát (E), cực góp (C) cực gốc (B) Điện trở (Rb) để hạn chế dòng cực gốc (IB) T Điốt (Đ) để bảo vệ T (tạo mạch vòng cho dòng tự cảm cuộn dây kích từ máy phát điện: (+)WKT M Đ -WKT ) không ảnh hởng đến T b) Nguyên lý làm việc sơ đồ: Khi máy phát làm việc, cấp điện cho phụ tải xe: +Nếu Ump Uđm lúc dòng từ hoá lõi thép cuộn Wu (I0) nhỏ, lực từ hoá cha thắng sức căng lò xo, nên tiếp điểm (KK) mở T mở, (do có dòng điều khiển Ib : (+) MP khung từ EB(T)Rb M (-) MP) Khi T mở, cho dòng kích từ (I KT )của máy phát nh sau: (+) MP khung từ EC(T) WKT M (-) MP +Nếu Ump > Uđm lúc dòng I0 lớn, lực từ hoá thắng sức căng lò xo, nên tiếp điểm (KK) đóng T khoá ( IB), cho IKT đi: (+) MP khung từ RP WKT M (-) MP Do có RP đa vào mạch kích từ, nên IKT giảm, Ump giảm theo Sau đó, KK lại mở, trình lặp lặp lại, giữ điện áp máy phát ổn định Tiết chế PP- 362 Bộ tiết chế PP- 362, đợc sử dụng với máy phát xoay chiều 250 304 loại 12V, 40A ô tô Liên Xô (cũ) a) Sơ đồ cấu tạo: Sơ đồ cấu tạo tiết chế PP 362 với máy phát điện 250 nh hình 2.25 Bộ tiết chế gồm rơ le rung: Rơ le điều chỉnh điện áp (RLĐK), rơ le bảo vệ (RLBV) : lõi thép RLĐK quấn cuộn từ hoá W u , lõi thép RLBV quấn cuộn dây: cuộn giữ (Wg), cuộn phụ (Wf ), cuộn dòng điện (W1) Cuộn giữ chiều với cuộn dòng điện, cuộn phụ quấn ngợc chiều Cặp tiếp điểm K1K1 , K2K2, bình thờng mở Các điện trở: gia tốc (Rgt ), bù nhiệtđộ (Rbt ), Phụ (Rf ), hạn chế dòng cực gốc T (Rb ); điốt: hồi tiếp T (Đ1 ), ngợc (Đ2), bảo vệ (Đ3); Tranzito (T) loại thuận P-N-P -7- b) Nguyên lý làm việc Khi đóng khoá điện (K), máy phát cha làm việc, có dòng điện ắc quy: - Dòng từ hoá lõi thép (I0): (+) aq K Đ1 Rgt Rbt Wu M (-)aq; dòng điện nhỏ, nên tiếp điểm (K1K1 , ) mở - Dòng điều khiển T (IB): (+) aq K Đ1 EB(T) Rb M (-)aq Do có dòng IB mà T mở, cho dòng kích từ (IKT) máy phát đi: (+) aq K Đ1 EC(T) W1 WKT M (-)aq Khi máy phát làm việc, cấp điện cho phụ tải xe: Nếu Ump Uđm lúc dòng I0 nhỏ, lực từ hoá cha thắng sức căng lò xo, nên tiếp điểm (K1K1 , ) mở T mở, cho IKT đi: (+) mp B3 Đ1 EC(T) W1WKT M (-)mp Nếu Ump > Uđm lúc dòng I0 lớn, lực từ hoá thắng sức căng lò xo, nên tiếp điểm (K1K1 , ) đóng T khoá ( IB), cho IKT đi: (+) mp B3 Đ1 Rgt b Rf g c W1 Wkt M (-)mp Do có Rgt + Rf đa vào mạch kích từ, nên IKT giảm, Ump giảm theo Sau đó, (K1K1 , ) lại mở, trình lặp lặp lại, giữ điện áp máy phát ổn định Rơ le bảo vệ (RLBV) làm việc nh sau: Bình thờng, có dòng điện nhỏ qua cuộn dây phụ (Wf ), nhng ngợc chiều dòng điện cuộn (W1) nên khử từ lẫn nhau, làm tiếp điểm (K1K1 ,) mở.Trong trờng hợp mối dây () bị chạm mát, cuộn Wf bị nối tắt không tạo đợc tác dụng phản từ nên cuộn W1 hút tiếp điểm K2K2 đóng lại Lúc dòng điện (+) ắc quy f K2K2 khung RLBV Từ dòng điện chia làm hai nhánh: + Nhánh Wg Mát, tạo từ trờng cộng với từ trờng cuộn W1, bảo đảm đóng K2K2, chặt + Nhánh hai Điốt Đ2 d s Rb Mát Lúc này, toàn điện dơng của nguồn đặt thẳng vào điểm (d) tức cực gốc Tranzito Do T khoá Dòng điện chập mạch phải chạy vòng qua Rg, Rf mát Khi đầu khắc phục đợc tợng chạm mát mạch điện hoạt động lại bình thờng 2.4.6 Bộ tiết chế bán dẫn tiếp điểm Sơ đồ nguyên lý chung a) Cấu tạo: Sơ đồ nguyên lý tiết chế bán dẫn không tiếp điểm điều khiển, giới thiệu hình 2.26 Hình 2.26 Sơ đồ nguyên lý tiết chế bán dẫn không tiếp điểm điều khiển Sơ đồ gồm: hai tranzito (T1;T2) loại P-N-P; điốt ổn áp (ĐZ ); điện trở phân áp -7- R1 , R2 ; điện trở R3 để hạn chế dòng cực gốc T2; điện trở R4 điốt Đ1 để hồi tiếp cho T2; RP điện trở phụ, mắc song song với T2 ; điốt bảo vệ Đ2 để bảo vệ T2 không bị ảnh hởng s.đ.đ tự cảm cuộn dây kích từ máy phát điện b) Nguyên lý làm việc - Khi máy phát làm việc, cấp điện cho phụ tải xe: + Nếu Ump Uđm lúc ốt ổn áp cha bị đánh thủng (do điện áp máy phát phân nhánh R1 , R2 cha đến ngỡng mở ngợc điốt ổn áp), nên T1 khoá, T2 mở ( có dòng điều khiển IB2 : (+)MP Đ1 EB(T2) R3 M (-)MP) Khi T2 mở, cho dòng kích từ (IKT) máy phát đi: (+) MP Đ1 EC(T2) WKT M (-)MP + Nếu Ump > Uđm lúc điện áp máy phát phân nhánh R1 , R2 đến ngỡng mở ngợc điốt ổn áp (ĐZ bị đánh thủng), nên T1 mở ( có IB1: (+) MP EB(T1) ĐZ R2 M (-)MP ), cho dòng điện qua tiếp giáp phát góp T1: (+) MP EC(T1) R3 M (-)MP Lúc T2 khoá ( điện dơng máy phát thông qua T1 đặt vào cực gốc T2) Dòng kích từ cho máy phát ( IKT) đi: (+)MP Đ1 RP WKT M (-)MP Do có RP đa vào mạch kích từ IKT giảmUmp giảm theo Sau đó, ĐZ lại không bị đánh thủng, T1 lại khoá, T2 lại mở, trình lặp lặp lại, giữ điện áp máy phát ổn định * Nhận xét: - Từ nguyên lý hoạt động cặp tiếp điểm nên tuổi thọ điều chỉnh điện tăng - Điện áp máy phát phụ thuộc vào đóng mở Đz, T1, T2 Sự đóng mở mạch dùng linh kiện bán dẫn có thời gian chuyển tiếp ngắn, nên tăng đợc tần số rung 300 lần/giây, làm cho điện áp máy phát ổn định - Với điều chỉnh điện bán dẫn hoàn toàn, tuổi thọ phụ thuộc vào linh kiện bán dẫn ( linh kiện bán dẫn thờng chịu nhiệt độ thấp t0 < 850C ) Tiết chế PP350 Bộ tiết chế PP- 350, đợc sử dụng với máy phát xoay chiều 250A loại 12V, 40A ô tô Zil 130, Gát 53A Liên Xô (cũ) Sơ đồ nguyên lý tiết chế đợc giới thiệu hình 2.27 Bộ tiết chế làm nhiệm vụ điều chỉnh điện áp máy phát điện, chia thành phần: phần đo lờng (ĐL), gồm có: tranzito T1 ; điốt ổn áp D1; điện trở R1 , R2 , R3 , R4 , R5 , điện trở bù nhiệt độ Rt điện trở gia tốc Rn ; cuộn cảm Cc R3 tạo mạch R- L để lọc hết sóng xoay chiều sót lại sau chỉnh lu máy phát điện Phần khuếch đại (KĐ), có: tranzito T2 , T3 ; điốt hồi tiếp D2, D3; điốt bảo vệ D4; điện trở phụ Rb, R6 điện trở hạn chế dòng cực gốc T3 Nguyên lý làm việc tiết chế nh sau: -7- - Khi đóng khoá điện, máy phát điện cha làm việc, điện áp ắc quy cha đến ngỡng đánh thủng điốt ổn áp D1 T1 khoá Tranzito T2, T3 mở ( có dòng điều khiển: (+) aq K D3 EB(T3) D2 EB(T2) R5 M (-)aq) Khi T2 mở dòng điện ắc quy kích từ cho máy phát: (+) aq K D3 EC(T3) cuộn rô to M (-)aq - Khi máy phát điện làm việc: +Nếu Ump Uđm lúc ốt ổn áp cha bị đánh thủng,T1 khoá, T2 T3 mở, dòng kích từ (IKT) máy phát đi: (+) mp K D3 EC(T3) cuộn cảm rô to M (-)mp + Nếu Ump > Uđm lúc điện áp máy phát phân nhánh R1 , R2 đến ngỡng mở ngợc điốt ổn áp (D1 bị đánh thủng), nên T1 mở ( có IB1: (+) mp K EB(T1) D1 R3 Cc M (-)mp) Lúc T2 , T3 khoá( điện dơng máy phát thông qua T1 đặt vào cực gốc T2) Dòng kích từ ( IKT) đi: (+) mp K D3 RP cuộn cảm rôto M (-)mp Do có RP đa vào mạch kích từ IKT giảm Ump giảm theo Sau đó, D1 lại không bị đánh thủng, T1 lại khoá, T2 ,T3 lại mở, trình lặp lặp lại, giữ điện áp máy phát ổn định 2.4.7 Bộ tiết chế IC Ngày nay, nhờ sử dụng công nghệ cao, ngời ta tích hợp linh kiện bán dẫn rời rạc polyme Quá trình làm xuất nhóm linh kiện điện tử hệ gọi linh kiện vi điện tử, viết tắt IC ( Intergrated Circuit ) Bộ tiết chế IC đợc lắp bên máy phát điện, có nhiều u điểm: gọn, nhỏ; độ tin cậy tuổi thọ cao; tiêu hao lợng tính đơn vị không gian đế Sơ đồ nguyên lý chung Sơ đồ nguyên lý tiết chế IC đợc giới thiệu hình 2.28 Gồm có: điốt ổn áp Zd; tranzito công suất T1, tranzito T2 loại ngợc N-P-N có cực gốc (B) đấu với điốt ổn áp điện trở Nguyên lý làm việc sơ đồ nh sau: Khi máy phát điện cha làm việc, khoá điện đóng, điốt ổn áp cha bị đánh thủng, T1 mở ( có dòng điều khiển IB1 : (+)aq K R1 BE(T1) E M (-)aq ), T2 khoá Dòng kích từ cho máy phát điện nh sau: (+)aq K B WKT F CE(Tr1) E M (-)aq Khi máy phát điện làm việc, máy phát cấp điện cho phụ tải nạp cho ắc quy + Nếu Ump Uđm lúc ốt ổn áp cha bị đánh thủng,T2 khoá, T1 mở, dòng kích từ (IKT) máy phát đi: (+) mp B WKT F CE(T1) E M (-)mp + Nếu Ump > Uđm lúc điện áp máy phát phân nhánh R đến ngỡng mở ngợc điốt ổn áp ( Zd bị đánh thủng), nên T2 mở ( có IB2: (+) mp B R2 Zd BE(T2) E M (-)mp ) Lúc dòng điện máy phát qua tiếp giáp góp phát (CE) -7- T2: (+) mp B R2 CE(T2) E M (-)mp, làm dòng điều khiển cho T1, T1 khoá, làm gián đoạn dòng kích từ ( IKT) máy phát điện áp máy phát giảm nhanh Sau đó, Zd lại không bị đánh thủng, T2 lại khoá, T1 lại mở, trình lặp lặp lại, giữ điện áp máy phát ổn định Tiết chế IC xe TOYOTA Trên xe TOYOTA đời mới, thờng sử dụng tiết chế IC, việc ổn định điện áp, đợc tổ hợp thêm số chức nh kiểm soát mạch nạp điện, thông qua đèn báo nạp Tiết chế có cực: IG, L, S, F, P, E, B cực E, P, F, B đồng thời lỗ vít để lắp tiết chế lên máy phát Trên hình 2.29 hình dạng tiết chế, sơ đồ nguyên lý tiết chế đợc giới thiệu hình 2.30 Tiết chế gồm IC ghép chứa mạch tổ hợp đơn khối MIC (Monolithic Intergrated Circuit) tranzito công suất Máy phát xe máy phát xoay chiều kích thớc nhỏ, chỉnh lu cầu pha có thêm điốt nối trung tính Mạch tổ hợp MIC vi xử lý có chức tạo tín hiệu điều khiển để giữ ổn định điện áp máy phát giám sát trình làm việc mạch nạp Nó làm cho đèn báo nạp sáng trờng hợp sau đây: + Hở mạch cuộn rôto máy phát + Hở mạch cảm biến tiết chế + Điện áp mạng giảm xuống dới 13V Ta xét số trạng thái làm việc sau mạch: - Khi động cha làm việc nhng khoá điện vị trí đóng Bình điện cấp điện đến đầu tiết chế Điện áp đợc mạch MIC tiếp nhận, đa tín hiệu điều khiển tranzitoTr1 theo phơng pháp xung, giữ cho dòng kích từ có giá trị nhỏ (khoảng 0,2A) Do máy phát cha phát điện nên điện áp cực P = 0, điện áp máy truyền mạch MIC, điều khiển làm tranzito Tr2 khoá,Tr3 mở bão hoà đèn báo nạp sáng - Khi động quay, máy phát bắt đầu phát điện, điện áp cực P tăng Vi mạch MIC tạo tín hiệu mở bão hoà Tr1 làm dòng kích từ tăng, điện áp máy phát tăng Khi điện áp máy phát đến giá trị tiêu chuẩn (đo cực S) MIC điều khiển tranzito làm việc chế độ xung giữ cho điện áp máy phát không đổi - Khi điện áp cực P xuất hiện, vi mạch MIC khoá transistor Tr mở bão hoà Tr2 làm đèn báo nạp tắt - Nếu mạch đo lờng cảm biến tiết chế hở máy phát hoạt động, cực S điện, vi mạch MIC điều khiển đóng mở tranzito để giữ cho điệp áp cực P khoảng 13,5 đến 15 vôn tránh không cho điệp áp tăng cao bảo vệ mạch MIC phụ tải Trong trờng hợp này, vi mạch MIC khoá Tr2 mở bão hoà Tr3 làm đèn báo nạp sáng - Khi mạch nạp bị đứt (hở mạch cực B) bình điện không đợc nạp Điện áp từ cực P đợc đa đến vi mạch MIC, báo hiệu trạng thái điện áp máy phát Vi mạch MIC điều khiển xung Tr1 giữ cho điện áp cực B không 20V, bảo vệ cho máy phát tiết chế Khi bình điện không đợc nạp, điện áp cực S giảm xuống dới 13V, vi mạch MIC điều khiển đóng Tr2 mở Tr3 làm cho đèn báo nạp sáng -7- - Nếu mạch cuộn kích từ rôto bị hở mạch, máy phát không phát điện Điện áp cực P Vi mạch MIC điều khiển mở Tr3 đóng Tr2 làm cho đèn báo nạp sáng -7- ... cao, nhng kích thớc lớn 2. 2 .2 Cấu tạo nguyên lý làm việc ắc quy a xít Cấu tạo Một bình ắc quy a xít gồm phận nh hình 2. 2 Hình 2. 2 Hình cắt ắc quy chì loại 12V xơng cực; 2. tấm ngăn; cực dơng; cực... PP- 3 62 Bộ tiết chế PP- 3 62, đợc sử dụng với máy phát xoay chiều 25 0 304 loại 12V, 40A ô tô Liên Xô (cũ) a) Sơ đồ cấu tạo: Sơ đồ cấu tạo tiết chế PP 3 62 với máy phát điện 25 0 nh hình 2. 25 Bộ... K2K2 đóng lại Lúc dòng điện (+) ắc quy f K2K2 khung RLBV Từ dòng điện chia làm hai nhánh: + Nhánh Wg Mát, tạo từ trờng cộng với từ trờng cuộn W1, bảo đảm đóng K2K2, chặt + Nhánh hai Điốt Đ2