Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải MỤC LỤC Lời đầu nói 1. Tổng quan hệ thống cung cấp điện trên ô tô. 3 1.1. Nhi m v .ệ ụ 3 1.2. Yêu c u.ầ 3 1.3. Phân lo i.ạ 3 1.4. Nh ng thông s c b n h th ng cung c p đi n. ữ ố ơ ả ệ ố ấ ệ 5 2. Các bộ phận của hệ thống cung cấp 8 2.1. Máy phát điện 8 2.1.1. Công d ng, phân lo i, yêu c u.ụ ạ ầ 8 2.1.1.1. Công d ng.ụ 8 2.1.1.2. Phân lo i.ạ 8 2.1.1.3. Yêu c u.ầ 9 2.1.2. Máy phát đi n m t chi u.ệ ộ ề 9 2.1.2.1. C u t o.ấ ạ 9 2.1.3. Máy phát đi n xoay chi u.ệ ề 12 2.1.3.1. Máy phát xoay chi u kích thích b ng nam châm v nh c u.ề ằ ĩ ử 12 2.1.3.2. Máy phát xoay chi u kích thích ki u đi n t .ề ể ệ ừ 15 2.2. B đi u ch nh.ộ ề ỉ 19 2.2.1. Công d ng, phân lo i, yêu c u.ụ ạ ầ 19 2.2.1.1. Công d ng.ụ 19 2.2.1.2. Phân lo i.ạ 20 2.2.2. Nguyên lý đi u ch nh th hi u và h n ch dòng đi n.ề ỉ ế ệ ạ ế ệ 21 2.3.1. S đ c u t o và nguyên lý làm vi c.ơ ồ ấ ạ ệ 22 2.3.1.1. Công su t m ti p đi m và các bi n pháp gi m tia l a ti p đi m.ấ ở ế ể ệ ả ử ở ế ể 29 2.3.2. R le dòng đi n ng c (RLD N) và r le đóng m ch (RL M).ơ ệ ượ Đ ơ ạ Đ 32 2.3.2.1. R le dòng đi n ng c (RLD N)ơ ệ ượ Đ 32 2.3.2.2. R le đóng m ch (RL M)ơ ạ Đ 36 2.3. B ch nh l u.ộ ỉ ư 41 2.3.1. Nhi m v .ệ ụ 41 2.3.2. M t s b ch nh l u th ng dùng.ộ ố ộ ỉ ư ườ 41 2.3.2.1. B ch nh l u 6 diod.ộ ỉ ư 41 2.3.2.2. B ch nh l u 8 diod.ộ ỉ ư 42 2.3.2.3. B ch nh l u 14 diod.ộ ỉ ư 42 3. Tính toán và chọn công suất máy phát 51 3.2.Ch n máy phát đi n xoay trên ô tô:ọ ệ 53 Tài liệu tham khảo…………………………………………………………… 49 SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 1 Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Lời mở đầu Ngày nay với nền công nghiệp phát triển nhanh chóng, nhu cầu của con người cũng tăng theo. Đối ngành Ô tô, các ứng dụng của kỹ thuật điện tử trên xe rất nhiều. Nhằm mục đích để đáp ứng nhu cầu đó, trên các xe hiện nay đã trang bị rất nhiều hệ thống điều khiển giúp cho con người có thể điều khiển và sử dụng dễ dàng. Sau khi hoàn thành môn học Trang bị điện và điện tử Ô tô, Thiết bị điện và điện tử thân xe. Em được giao nhiệm vụ: Tính toán kiểm nghiệm hệ thống cung cấp. Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu em đã hoàn thành nhiệm vụ. Dưới sự hướng dẫn tận tình của Thầy Nguyễn Việt Hải em đã có một kết quả trên. Trong quá trình tính toán, trình bày không tránh khỏi những sai sót. Em kính mong quý Thầy bỏ quả và hướng dẫn thêm, để lần sau em hoàn thiện tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn. Sinh viên Phạm Văn Đức SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 2 Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải 1. Tổng quan hệ thống cung cấp điện trên ô tô. 1.1. Nhiệm vụ. Hệ thống cung cấp điện có nhiệm vụ cung cấp năng lượng điện cho các phụ tải với một hiệu điện thế ổn định ở mọi điều kiện làm việc của ôtô máy kéo. Để cung cấp năng lượng cho các phụ tải trên ô tô, cần phải có bộ phận tạo ra nguồn năng lượng có ích. Nguồn năng lượng này được tạo ra từ mát phát điện trên ô tô. Khi động cơ hoạt động, máy phát cung cấp điện cho các phụ tải và nạp điện cho acquy. Để đảm bảo toàn bộ hệ thống hoạt động một cách hiệu quả, an toàn. Năng lượng đầu ra của máy phát và năng lượng yêu cầu cho các tải điện phải thích hợp với nhau. 1.2. Yêu cầu. - Phải luôn tạo ra một điện áp ổn định (13,8V – 14,2V đối với hệ thống điện 14V) trong mọi chế độ làm việc của phụ tải. - Máy phát phải có cấu trúc và kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, giá thành thấp và tuổi thọ cao. - Có độ bền cao trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm lớn, có thể làm việc ở những vùng có nhiều bụi bẩn, dầu nhớt và độ rung động lớn. - Ít chăm sóc và bảo dưỡng 1.3. Phân loại. Hệ thống cung cấp điện trên ô tô thường có hai dạng sơ đồ thông dụng như sau: - Hệ thống cung cấp với máy phát điện một chiều ( hình 1.1). SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 3 Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải 1_Máy phát; 2_Bộ ắc qui; 3_Đồng hồ ampe; 4_ Bộ điều chỉnh điện. Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống cung cấp với máy phát một chiều. - Hệ thống cung cấp với máy phát điện xoay chiều 1_Máy phát; 2_Bộ điều chỉnh điện; 3_Công tắt; 4_Đồng hồ ampe; 5_Phụ tải. Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống cung cấp với máy phát xoay chiều. Hai sơ đồ tuy có cách nối dây khác nhau nhưng đều bao gồm hai nguồn năng lượng là ắc quy và máy phát mắc song song. Tuỳ thuộc vào giá trị phụ tải và chế độ làm việc của ô tô máy kéo, mà ắc quy, máy phát sẽ riêng biệt hoặc đồng thời cả hai cung cấp năng lượng cho các bộ phận tiêu thụ (phụ tải). Ngoài ra, trong hệ thống cung cấp còn có: SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 4 Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải - Bộ điều chỉnh điện (BĐCĐ) làm nhiệm vụ: phân phối chế độ làm việc giữa ắc quy và máy phát; hạn chế và ổn định thế hiệu của máy phát để đảm bảo an toàn cho các trang thiết bị điện trên xe; hạn chế dòng điện của máy phát để đảm bảo an toàn cho các cuộn dây của nó. - Dụng cụ đo, kiểm tra: có thể là ampe kế hoặc đèn tín hiệu cho phép kiểm tra sự làm việc của ắc quy thông qua gía trị dòng phóng hoặc nạp của nó. - Công tắc cắt mát: dùng để cắt cực âm của ắc quy với mát khi ô tô máy kéo không làm việc. 1.4. Những thông số cơ bản hệ thống cung cấp điện. • Điện áp định mức: Phải bảo đảm U đm = 14V đối với những xe sử dụng hệ thống điện 12V, U đm = 28V đối với những xe sử dụng hệ thống điện 24V. • Công suất máy phát: Phải đảm bảo cung cấp điện cho tất cả các tải điện trên xe hoạt động. Thông thường, công suất của các máy phát trên ôtô hiện nay vào khoảng P mf = 700 – 1500W. • Dòng điện cực đại: Là dòng điện lớn nhất mà máy phát có thể cung cấp Thông thường I max = 70 – 140A. • Tốc độ cực tiểu và tốc độ cực đại của máy phát: n max , n min phụ thuộc vào tốc độ của động cơ đốt trong. min i n n i = × Trong đó: i: tỉ số truyền ( i = 1,5 - 2) Hiện nay trên xe đời mới sử dụng máy phát cao tốc nên tỉ số truyeµn i cao hơn. n i : tốc độ cầm chừng của động cơ • Nhiệt độ cực đại của máy phát t o max : Là nhiệt độ tối đa mà máy phát có thể hoạt động. • Điện áp hiệu chỉnh: Là điện áp làm việc của bộ tiết chế U hc = 13,8 – 14,2V (với hệ thống 12V), và U hc = 27 – 28V (với hệ thống 28V). Sơ đồ hệ thống cung cấp điện trên ôtô. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 5 Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tổng quát. Sơ đồ các tải công suất điện trên ôtô: Phụ tải điện trên ôtô có thể chia làm 3 loại: tải thường trực là những phụ tải liên tục hoạt động khi xe đang chạy, tải gián đoạn trong thời gian dài và tải gián đoạn trong thời gian ngắn. Trên (1.3) trình bày sơ đồ phụ tải điện có thể gặp trên ôtô hiện đại. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 6 Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Hình 1.4 Sơ đồ phụ tải điện trên ôtô  Chế độ thứ nhất: ây là ch không t i ng v i tr ng h p không m c i n trđ ế độ ả ứ ớ ườ ợ ắ đ ệ ở ngoài (máy phát ch y không t i). Khi ó ạ ả đ RL   IL = 0. ch này, máy phát chỞ ế độ ủ y u n p cho c qui và dòng i n n p ph thu c vào s chênh l ch gi a hi u i nế ạ ắ đ ệ ạ ụ ộ ự ệ ữ ệ đ ệ th hi u ch nh c a máy phát và s c i n ng c a accuế ệ ỉ ủ ứ đ ệ độ ủ . SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 7 Phụ tải liên tục Hệ thống đánh lửa 25W Bơm nhiên liệu 50W Hệ thống phun nhiên liệu 85W ACCUMÁY PHÁT Tải hoạt động gián đoạn trong thời gian dài Tải hoạt động gián đoạn trong thời gian ngắn Radio 12W Đèn báo rẽ 4 x 21W Đèn sương mù 2 x 40W Đèn stop 2 x 21W Đèn lùi 2 x 21W Đèn báo trên tableau 22W Đèn trần 5W Motor gạt nước 60W Đèn kích thước 4x12W Motor điều khiển kính 4 x 30W Khởi động điện 1000W Đèn đậu 4 x 3W Quạt làm mát động cơ 2 x 110W Quạt điều hoà nhiệt độ 2 x 80W Đèn cốt 4 x 55W Xông kính 120W Mồi thuốc 85W Đèn pha 2 x 45W Motor điều khiển anten 65W Đèn soi biển số 2 x 3W Motor phun nước rửa kính 45W Còi 40W Hệ thống điều khiển 160W Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải 1 rr EU i a aqmf mf + − = ; 1 rr UE i aq mfaq aq + − =  Chế độ thứ hai: Là chế độ tải trung bình. Khi các phụ tải điện đang hoạt động có điện trở tương đương R L < ∞ , sao cho I L < I mf , máy phát sẽ đảm nhận nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải này và dòng nạp sẽ giảm. Ở chế độ này, máy phát cung cấp điện cho hai nơi: một phần cho ắc qui và một phần cho phụ tải. Khi điện trở tương đương của các phụ tải đạt giá trị amf a L EU rE R − = 1 . thì dòng nạp bằng không  Chế độ thứ ba: Là chế độ quá tải xảy ra trong trường hợp mở quá nhieµu phụ tải. Khi đó R L → 0. Nếu điện trở tương đương của các phụ tải điện đang làm việc: aqmf aq L EU rE R − ⋅ < 1 , ắc qui bắt đầu phóng điện, hỗ trợ một phần điện năng cho máy phát. 2. Các bộ phận của hệ thống cung cấp. 2.1. Máy phát điện. 2.1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu. 2.1.1.1. Công dụng. Máy phát là nguồn điện chính trên ô tô máy kéo, nó có nhiệm vụ: - Cung cấp điện cho tất cả các phụ tải; - Nạp điện cho ắc quy ở các số vòng quay trung bình và lớn của động cơ. 2.1.1.2. Phân loại. - Máy phát trên ô tô máy kéo, theo tính chất dòng điện phát ra có thể chia làm hai loại chính: + Máy phát điện một chiều. + Máy phát điện xoay chiều. - Máy phát điện một chiều, theo tính chất điều chỉnh chia ra: + Loại điều chỉnh trong (bằng chổi điện thứ ba). + Loại điều chỉnh ngoài (bằng bộ điều chỉnh điện kèm theo). SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 8 Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Các máy phát điện một chiều loại điều chỉnh trong có kết cấu đơn giản, có khả năng hạn chế và tự động điều chỉnh dòng điện máy phát theo số vòng quay. Tuy vậy nó có nhiều nhược điểm như: - Phải luôn luôn nối mạch điện với ắc quy chúng mới làm việc được; - Cản trở việc điều chỉnh thế hiệu của máy phát; - Làm giảm tuổi thọ của ắc quy. Do đó loại máy phát này hiện nay ít thấy. Vì vậy giáo trình chỉ đề cập đến loại máy phát điều chỉnh ngoài. - Máy phát điện xoay chiều, theo phương pháp kích thích chia ra: + Loại kích thích bằng nam châm vĩnh cửu. + Loại kích thích kiểu điện từ (bằng nam châm điện). 2.1.1.3. Yêu cầu. Máy phát điện trên ô tô máy kéo làm việc trong những điều kiện đặc biệt, vì thế chúng phải đáp ứng được các yêu cầu chính sau: - Chịu được rung sóc bụi bẩn và làm việc tin cậy trong môi trường có nhiệt độ cao, có nhiều hơi dầu mỡ nhiên liệu. - Tuổi thọ cao. - Kích thước và trọng lượng nhỏ, giá thành thấp. So với máy phát một chiều thì máy phát xoay chiều có nhiều ưu điểm hơn, vì nó không có vòng đổi điện và cuộn dây rô to đơn giản hơn. 2.1.2. Máy phát điện một chiều. 2.1.2.1. Cấu tạo. Cấu tạo của máy phát điện một chiều điển hình như trên (hình 2.1), bao gồm các bộ phận sau: + Phần cảm (Stato) gồm: vỏ máy, các má cực trên quấn cuộn dây kích thích. - Vỏ máy: làm bằng thép ít các bon có từ dư và thường được chế tạo bằng cách uốn thép tấm thành ống rồi hàn lại. Trên vỏ có các cửa sổ để thông gió, kiểm tra và lắp các chổi điện. - Má cực: được dập nguội hoặc chồn nguội từ phôi hình trụ bằng thép ít các bon và bắt chặt vào vỏ máy bằng các vít. Quanh má cực quấn cuộn dây kích thích bằng dây đồng tiết diện tròn với một hoặc hai lớp sơn cách điện. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 9 Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải 1_Cửa thông gió; 2_Puli dẫn động; 3,6_Các nắp trước và nắp sau;4_Phần ứng; 5_Phần vỏ. Hình 2.1. Máy phát điện dùng trên ô tô. 1,3_Vòng kẹp; 2_Rãnh vòng; 4_Chỗ lắp vành chổi điện; 5_Màng cách điện; 6_Lá thép. Hình 2.2.Kết cấu lõi thép phàn ứng (a); cách lắp ghép với trục (b). + Phần ứng (Rôto) gồm: trục máy phát điện, khối thép từ được chế tạo bằng cách ép chặt các lá thép điện kỹ thuật dày 0,5 1,0 mm, có hình dạng đặc biệt lên trục, sao cho các chỗ khuyết của chúng tạo thành rãnh để lắp đặt các khung dây. + Cuộn dây phần ứng: là tập hợp rất nhiều khung dây được quấn vào các rãnh của khối thép từ sau khi đã lót lớp cách điện. Các đầu khung dây được hàn vào các phiến đồng của vành đổi điện. Cuộn dây rô to có thể được quấn theo hai phương pháp: quấn xếp hoặc quấn sóng. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 10 [...]... chỉnh lưu; 9_Vòng tiếp điểm; 10_Chổi điện và giá đỡ Hình 2.10 Máy phát xoay chiều kích thích kiểu điện từ SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 15 Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S Nguyễn Việt Hải Hình 2.11 Cấu tạo máy phát điện xoay chiều kích thích kiều điện từ • Stator (phần ứng) Hình 2.12 Cấu tạo Stator SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 16 Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD:... thép điện kỹ thuật được cách điện với nhau bằng sơn cách điện để giảm dòng fucô Mặt trong của stato có các vấu cực để quấn các cuộn dây phần ứng (hình 2.9) SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 14 Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S Nguyễn Việt Hải 1_Stato; 2_Rô to nam châm Hình 2.9 .Hệ thống từ của máy phát với nam châm hình sao 2.1.3.2 Máy phát xoay chiều kích thích kiểu điện từ Máy phát điện. . .Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S Nguyễn Việt Hải + Vành đổi điện: gồm nhiều phiến đồng có dạng đặc biệt ghép xen kẽ với các tấm mica cách điện hoặc nhựa cách điện cao cấp Vành đổi điện được chế tạo bằng hai phương pháp: lắp ghép (hình 2.3) hoặc đúc với nhựa thành khối liền (hình 2.4) rồi lắp chặt lên trục máy phát điện 1_Thân giá đỡ; 2_Chổi điện; 3_Đòn ép; 4_Lò... phía vành đổi điện tác dụng lên chổi điện sẽ làm giảm áp lực và ma sát SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 11 Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S Nguyễn Việt Hải giữa chổi điện và thành dẫn hướng Đồng thời, sự tiếp xúc giữa vành đổi điện và chổi điện được đảm bảo tốt hơn, ít bị mất tiếp xúc do rung động nên giảm được tia lửa hồ quang chỗ tiếp xúc Chổi điện: được chế tạo từ hỗn hợp grafít,... thích Hình 2.16 Sơ đồ máy phát điện xoay chiều không có vòng tiếp điện SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 18 Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S Nguyễn Việt Hải Từ các sơ đồ ta thấy: mọi bộ phận của máy phát không có vòng tiếp điện đều có kết cấu tương tự như ở máy phát điện loại có vòng tiếp điện Chỉ có điểm khác biệt là: cuộn dây kích thích 3 được đặt ngay trên phần ống nhô ra của nắp... 06C4B 26 Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S Nguyễn Việt Hải Quy luật thay đổi thế hiệu của máy phát có dạng như trên (hình 2.21) Để khắc phục nhược điểm này người ta sử dụng các cơ cấu cân bằng 9điện trở hoặc cuộn dây) mắc theo sơ đồ như trên hình (2.22) a- Cuộn dây cân bằng; b- Điện trở cân bằng Hình 2.22 Rơ le điều chỉnh thế hiệu có điện trở gia tốc và cơ cấu cân bằng Trên hình... nhỏ như vậy, khi bị bụi bẩn hay khi mặt má vít bị lồi lõm, tiếp điểm dễ bị kẹt làm rơ le mất tác dụng điều chỉnh Mặt khác, đối với các máy phát hệ ≥24V thì biện pháp này ít hiệu quả: khi rơ le làm việc vẫn có tia lửa mạnh ở tiếp điểm SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 31 Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S Nguyễn Việt Hải Những nhược điểm cơ bản trên làm giảm độ tin cậy và tính ổn định làm... của máy phát điện xoay chiều SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 17 Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S Nguyễn Việt Hải Thế hiệu máy phát có thể được chỉnh lưu một phần hay toàn bộ (hình 2.15) a.Chỉnh lưu một phần; b Chỉnh lưu toàn phần Hình 2.15 Sơ đồ lắp máy phát điện xoay chiều trên ô tô a2 Loại không có vòng tiếp điện (hình 2.16) Về những phần kết cấu chính, máy phát điện loại không... - Rơ le hạn chế dòng điện: làm nhiệm vụ của bộ phận an toàn, bảo vệ cho máy phát không bị quá tải bởi dòng điện quá lớn, có thể gây cháy hỏng cuộn dây và cách điện của nó - Rơ le dòng điện ngược: làm nhiệm vụ phân phối chế độ làm việc giữa ắc quy và máy phát một chiều: nối máy phát vào mạch phụ tải khi thế hiệu của nó đạt giá trị SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 19 Đồ án Trang bị điện & điện tử động... mất điện rất nhanh Để bảo vệ cho máy phát khỏi bị quá tải bởi dòng điện ngược và tránh cho ắc quy khỏi bị mất điện vô ích, người ta sử dụng một bộ phận đặc biệt gọi là rơ le dòng điện ngược (RLDĐN) - làm nhiệm vụ tự động nối mạch giữa ắc quy và máy phát khi Umf > Eaq và ngắt mạch đó khi Umf < Eaq Cấu tạo của RLDĐN như trên hình 2.30 a- Sơ đồ; b- Đặc tính Hình 2.28 Sơ đồ và đặc tính của rơ le dòng điện . 06C4B 2 Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải 1. Tổng quan hệ thống cung cấp điện trên ô tô. 1.1. Nhiệm vụ. Hệ thống cung cấp điện có nhiệm vụ cung cấp năng. loại. Hệ thống cung cấp điện trên ô tô thường có hai dạng sơ đồ thông dụng như sau: - Hệ thống cung cấp với máy phát điện một chiều ( hình 1.1). SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 3 Đồ án Trang bị điện. 06C4B 5 Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tổng quát. Sơ đồ các tải công suất điện trên ôtô: Phụ tải điện trên ôtô