GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ HỌC TRÌNH II: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TRÊN ÔTÔ MÁY KÉO Chương ẮC QUI KHỞI ĐỘNG Ôtô trang bò nhiều chủng loại thiết bò điện điện tử khác Từng nhóm thiết bò điện có cấu tạo tính riêng, phục vụ số mục đích đònh, tạo thành hệ thống điện riêng biệt mạch điện ôtô 1.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN Ô TÔ – MÁY KÉO: 1.1.1 Khái quát hệ thống điện: (1) Hệ thống khởi động (starting system): Bao gồm ắc qui, máy khởi đäng điện (starting motor), relay điều khiển relay bảo vệ khởi động Đối với động diesel có trang bò thêm hệ thống xông máy (glow system) (2) Hệ thống cung cấp điện (charging system): gồm ắc qui, máy phát điện (alternators), tiết chế điện (voltage regulator), relay đèn báo nạp (3) Hệ thống đánh lửa (Ignition system): Bao gồm phận chính: c qui, khóa điện (ignition switch), chia điện (distributor), biến áp đánh lửa hay bobine (ignition coils), hộp điều khiển đánh lửa (igniter), bougie (spark plugs) (4) Hệ thống chiếu ánh sáng tín hiệu (lighting and signal system): gồm đèn chiếu sáng, đèn tín hiệu, còi, công tắc rơ-le (5) Hệ thống đo đạc kiểm tra (gauging system): Chủ yếu đồng hồ báo tableau đèn báo gồm có: đồng hồ tốc độ động (tachometer), đồng hồ đo tốc độ xe (speedometer), đồng hồ đo nhiên liệu nhiệt độ nước (6) Hệ thống điều khiển động (engine control system): Gồm hệ thống điều khiển xăng, lửa, góc phối cam, ga tự động (cruise control) Ngoài ra, động diesel ngày thường sử dụng hệ thống điều khiển nhiên liệu điện tử (EDC – electronic diesel control common rail injection) Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ (7) Hệ thống điều khiển ôtô: Bao gồm hệ thống điều khiển phanh chống hãm ABS (antilock brake system), hộp số tự động, tay lái, gối (SRS), lực kéo (traction control) (8) Hệ thống điều hòa nhiệt độ (air conditioning system): Bao gồm máy nén (compressor), giàn nóng (condenser), lọc ga (dryer), van tiết lưu (expansion valve), giàn lạnh (evaporator) chi tiết điều khiển relay, thermostat, hộp điều khiển, công tắc A/C… Nếu hệ thống điều khiển máy tính có tên gọi hệ thống tự động điều hòa khí hậu (automatic climate control) (9) Các hệ thống phụ: - Hệ thống gạt nước, xòt nước (wiper and washer system) - Hệ thống điều khiển cửa (door lock control system) - Hệ thống điều khiển kính (power window system) - Hệ thống điều khiển kính chiếu hậu (mirror control) - Hệ thống đònh vò (navigation system) 1.1.2 Yêu cầu hệ thống điện: (1) Nhiệt độ làm việc: Tùy theo vùng khí hậu, thiết bò điện ôtô chia làm nhiều loại: • Ở vùng lạnh cực lạnh (-40oC) Nga, Canada • Ở vùng ôn đới (20oC) Nhật Bản, Mỹ, châu Âu … • Nhiệt đới (Việt Nam, nước Đông Nam Á , châu Phi…) • Loại đặc biệt thường dùng cho xe quân (sử dụng cho tất vùng khí hậu) (2) Sự rung xóc: Các phận điện ôtô phải chòu rung xóc với tần số từ 50 đến 250 Hz, chòu lực với gia tốc 150m/s2 (3) Điện áp: Các thiết bò điện ôtô phải chòu xung điện áp cao với biên độ lên đến vài trăm volt (4) Độ ẩm: Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ Các thiết bò điện phải chòu độ ẩm cao thường có nước nhiệt đới (5) Độ bền: Tất hệ thống điện ôtô phải hoạt động tốt khoảng (0,9÷ 1,25) U đònh mức (m = 14 V 28 V) thời gian bảo hành xe (6) Nhiễu điện từ: Các thiết bò điện điện tử phải chòu nhiễu điện từ xuất phát từ hệ thống đánh lửa nguồn khác 2.1.3 Nguồn điện ô tô: Nguồn điện ô tô nguồn điện chiều cung cấp accu, động chưa làm việc, máy phát điện động làm việc Để tiết kiệm dây dẫn, thuận tiện lắp đặt sửa chữa…, đa số xe, người ta sử dụng thân sườn xe (car body) làm dây dẫn chung (single wire system) Vì vậy, đầu âm nguồn điện nối trực tiếp thân xe 2.1.4 Các phụ tải ôt tô: Các loại phụ tải điện ôtô mắc song song chia làm loại: (1) Phụ tải làm việc liên tục: gồm bơm nhiên liệu (50 ÷ 70W), hệ thống đánh lửa (20W), kim phun (70 ÷ 100W) … (2) Phụ tải làm việc không liên tục: gồm đèn pha (mỗi 60W), cốt (mỗi 55W), đèn kích thước (mỗi 10W), radio car (10 ÷ 15W), đèn báo tableau (mỗi 2W)… (3) Phụ tải làm việc khoảng thời gian ngắn: gồm đèn báo rẽ (4 x 21W + x 2W), đèn thắng (2 x 21W), motor điều khiển kính (150W), quạt làm mát động (200W), quạt điều hòa nhiệt độ (2 x 80W), motor gạt nước (30 ÷ 65W), còi (25 ÷ 40W), đèn sương mù (mỗi 35 ÷ 50W), còi lui (21W), máy khởi động (800 ÷ 3000W), mồi thuốc (100W), anten (dùng motor kéo 60W), hệ thống xông máy (động diesel) (100 ÷ 150W), ly hợp điện từ máy nén hệ thống lạnh (60W)… Ngoài ra, người ta phân biệt phụ tải điện ô tô theo công suất, điện áp làm việc 1.2 ẮC QUI KHỞI ĐỘNG: 1.2.1 Nhiệm vụ yêu cầu phân loại: (1) nhiệm vụ: Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ Ắcqui khởi động có nhiệm vụ: - Cung cấp điện cho phụ tải điện lúc động ngừng hoạt động số vòng quay động thấp - Ổn đònh điện áp mạch - Tích trữ lượng điện - Khởi động động (2) Yêu cầu: - Có khả khởi động động cơ, độ sụt nhỏ - Phải cung cấp điện áp ổn đònh, - Chòu rung, xóc, nhiệt độ môi trường (nhiệt độ môi trường tốt cho ắc qui 300C-350C) - Thời gian sử dụng lâu (3) Phân loại: Trên ôtô sử dụng hai loại ắc qui để khởi động: Ắc qui axit ắc qui kiềm Nhưng thông dụng từ trước đến ắc qui axit, so với ắc qui kiềm có sức điện động cặp cực cao hơn, có điện trở nhỏ đảm bảo chế độ khởi động tốt, ắc qui kiềm có nhiều ưu điểm c qui thường dùng để khởi động động ô tô ắc qui chì gọi ắc qui axit Đặc điểm ắc qui kích thước tương đối nhỏ có khả cung cấp dòng điện lớn thời gian ngắn (200 đến 500 ampe đến 10 giây ), độ sụt bên 1.2 Cấu tạo trình điện hóa ắc qui a-xit: 1.2.2.1 Cấu tạo: Ắc qui axit bao gồm: Vỏ bình, nắp bình, cực, ngăn dung dòch điện phân Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ Hình 1.1: Cấu tạo bình ắc qui chì (1) Vỏ bình: Vỏ bình đúc khối chế tạo nhựa êbônít, cao su cứng hay tổng hợp nhựa axphantơpec… Phía chia thành ngăn kín riêng biệt Dưới đáy ngăn có sống đỡ cực (plaques) tạo thành khoảng trống đáy bình cực tránh tình trạng chập mạch Vỏ phải bền không bò axit ăn mòn chòu nhiệt độ (2) Bản cực: Bản cực hay chì gọi plaque cấu tạo cách trát đầy chất tác dụng ( bột chì ) lên cốt khung lưới Cốt đúc hợp kim chì stibi (Sb) [ 87- 95 % Pb 513 % Sb] Cốt khung lưới có nhiệm vụ làm nơi bám bột chì phân bố dòng điện cực Bản cực Dương trát đầy bột xit chì PbO2, Âm trát chì xốp Pb Sau trát ép chất tác dụng, người ta ngâm cực vào dung dòch Axít sulfuric loãng nạp dòng điện nhỏ Sau trình tạo cực chất tác dụng nơi Dương hoàn toàn trở thành PbO2 màu nâu, Âm thành chì xốp Pb màu xám đen Độ dày Dương khoảng (2,05-2,50)mm, âm (1,80-2,05)mm Giai đoạn kế, cực đem sấy khô hàn thành nhóm cực: nhóm dương nhóm âm Nhóm âm nhiều nhóm dương Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ Hình 1.2: Cấu tạo chi tiết cực khối cực (3) Phần tử bình c qui: Nhóm âm nhóm dương đặt lồng xen kẻ vào qua trung gian ngăn ngâm hộc dung dòch axít sunfuric nước tạo thành phần tử accu Cứ dương có hai âm kẹp hai bên (Một phần tử có dương âm), mục đích để sử dụng triệt để dương (4) Tấm ngăn: Trong phần tử ắc qui ngăn có hai nhiệm vụ: - Không cho âm mạch - dương đụng gây chập Giữ đỡ chất tác dụng tức bột chì khỏi rơi rả Các ngăn phải cách điện tốt, phải xốp nước điện tích lưu thông tự quanh cực Tấm ngăn chế tạo êbônít xốp, gỗ hóa học, cao su xốp, thủy tinh ghép với gỗ… Tấm ngăn dạng hình chữ nhật dầy khoảng 1,5 - 2,4 ly, có mặt phẳng day âm, mặt dợn sóng day dương (5) Nắp, nút cầu nối: Nắp đậy hộc bình có lỗ đổ kiểm tra nước điện tích Nút bảo vệ không cho nước điện tích sánh ngăn tạp chất rơi vào bình Trong trình hoạt động ắc qui nước điện tích bò hao dần hình thức bốc hay ga ( khí Hro Oxy) Do nắp có lỗ thông từ bình Nếu nắp bình làm kín lỗ thông trổ nơi nắp ngăn bình Cầu nối chì có sức tải điện lớn, nối tiếp hộc bình với Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ (6) Dung dòch điện phân: Nước điện tích hay dung dòch điện phân dung dich Axit sunfuric nguyên chất nược cất Nồng độ pha chế thay đổi tuỳ thuộc vào khí hậu vật liệu ngăn, thông thường khoảng1,21 g/cm3 đến 1,31 g/cm3 nhiệt độ 15oC Nếu nồng đô dung dòch cao, ngăn mau hỏng cực chóng bò rã bột sunfat hoá làm điện dung giảm nhanh Sunfat hoá tượng tinh thể sunfat chì PbSO4 màu trắng kết tinh bề mặt cực âm dương Lớp tinh thể cứng có điện trở cao Các nước xứ nóng Việt Nam nồng độ nước điện tích trước lần nạp điện 1,5 g/cm3 25oC Nếu nhiệt độ nước điện tích tăng hay giảm so với mức 25oC phải chỉnh lại số đọc mơi tỷ trọng kế Vi dụ cao 1oC ta công thêm sai số 0,0007 g/cm3 Nếu thấp thua 25oC độ trù bớt 0,0007 g/cm3 Khi chưa nạp đầy hay no điện, thành phần nước điện tích có khoảng 38% nước Axit sunfuríc (H2SO4) tính theo trọng lượng, 27% tính theo thể tích 1.2.2.2 Quá trình điện hóa ắc qui axit: Trong ắc qui thường xảy hai trình hóa học thuận nghòch đặc trưng trình nạp phóng điện, thể dạng phương trình sau: PbO2 + Pb + 2H2SO4 ⇔ 2PbSO4 + 2H2O Trong trình phóng điện, hai cực từ PbO2 Pb biến thành PbSO4 Như phóng điện, axit sunfuric bò hấp thụ để tạo thành sunfat chì, nước tạo ra, đó, nồng độ dung dòch H2SO4 giảm  Quá trình phóng điện: Khi ắc qui trạng thái đầy điện chất tác dụng cực dương oxit chì (PbO2),bản cực âm chì xốp (Pb) Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ Hình 1.2: Quá trình phóng điện Khi ắc qui phóng điện trình hóa học xảy dung dòch điện phân chất tác dụng cực biểu thò hình vẽ Sau phóng hết điện, chất tác dụng cực dương âm trở thành sunfat chì (PbSO4) Trong dung dòch điện phân có nước hình thành nên nống độ dung dòch điệp phân giảm  Quá trình nạp điện: Khi nạp nhờ nguồn nạp chiều mạch ngoaøi Trong ắc qui lại xảy trình phản ứng hóa học ngược lại hình vẽ Hình 1.3: Quá trình phóng điện Khi ắc qui nạp no cực dương cực âm hoàn nguyên (trạng thái ban đầu) Có nghóa cực dương PbO2, cực âm Pb dung dòch điện phân hình thành H2SO4 nên nồng độ dung dòch điện phân tăng 1.2.3 Các thông số đặc tính ắc qui axit: 1.2.3.1 Các thông số bản: (1) Sức điện động ắc qui: Mỗi ngăn hay hộc bình ắc qui đơn có đầy đủ đặc tính tượng trưng cho bình điện Sức điện động E0 hiệu điện đo cực dương cực âm volt kế đặc biệt (lúc không phóng điện) Sức điện động xác đònh công thức thực nghiệm cho ắc qui đơn: E = 0,85 + ρ ( +250 C ) [V] (1.1) Trong đó: E0: sức điện động tónh ắc qui đơn ρ: Nồng độ dung dòch điện phân tính g/cm3 ρ(250C) :Nồng độ dung dòch điện phân quy +250C Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ ρ(250C) = ρđo – 0,0007(25 – t) - t: Nhiệt độ dung dòch lúc đo - ρđo: Nồng độ dung dòch lúc đo Sức điện động thực tế ắcquy: Eaq = E0 ± ∆E ∆E: Độ chênh lệch điện áp lúc phóng hay nạp điện Eaq ngăn bình khoảng 2,14 V Nối tiếp ba ngăn bình có bình 6V, sáu ngăn có bình 12 V Sức điêïn động ắcquy phụ thuộc vào: - Đặc tính vật liệu làm cực - Nồng độ dung dòch điện phân, nồng độ cao, sức điện động tăng Nhưng không tăng 1,26 g/cm3 (xứ nóng) - Nhiệt độ dung dòch điện phân (2) Hiệu điện ắc qui: Là hiệu điện đo cực dương cực âm volt kế thường (có tiêu tốn điện) - Khi (1.2) phóng - Khi (1.3) nạp điện: điện: Up Un = = Eaq Eaq – Ip.Raq + In.Raq Trong đó: Ip: Cường độ dòng điện phóng In: Cường độ dòng điện nạp Raq: Điện trở ắcqui (3) Điện trở ắcqui: Raq = Rđiện cực + Rbản cực + Rtấm ngăn + Rdung dòch Điện trở ắc qui phụ thuộc chủ yếu vào điện trở điện cực dung dòch Pb PbO2 có độ dẫn điện tốt PbSO4 Khi nồng độ dung dòch điện phân tăng, có mặt ion H+ SO42- làm giảm điện trở dung dòch Vì điện trở ắcqui tăng bò phóng điện giảm nạp Điện trở ắc qui phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Khi nhiệt độ thấp, ion dòch chuyển chậm dung dòch nên điện trở tăng (4) Điện dung: Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ Điện dung accu điện lượng mà ắc qui có khả cung cấp cho phận tiêu thụ Điện dung Q tích số dòng điện phóng Ip vơí thời gian phóng tp, đơn vò Ah Qđm = Ip × (Ah) (1.4) Trong đó: Qđm: Dung lượng bình ắcquy (A.h) Qđm: Mang tính chất qui ước Q5, Q10, Q20 ứng với chế độ phóng giờ, 10 giờ, 20 Ip: Cường độ dòng điện phóng tp: Thời gian phóng: Các yếu tố sau đònh điện dung ắc qui: - Số cực ngăn bình - Bề mặt bề dày ngăn bình - Kích thước ngăn hay hộc bình - Dung tích nồng độ dung dòch điện phân - Vật liệu làm ngăn 1.2.2.2 Đặc tính ắc qui axit: (a) (b) Hình 1.4: Đặc tính phóng nạp điện ắc qui a-xít (a): Đặc tính phóngđiện; (b): Đặc tính nạp điện (1) Đặc tính phóng điện: Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang 10 GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ Để điều chỉnh điện thế, dòng điện máy phát ôtô, nguyên tắc, ta dùng điều chỉnh hoạt động gián đoạn 2.4.4 Bộ điều chỉnh điện áp loại rung: (1) Bộ điều chỉnh điện áp loại rung tiếp điểm:  Sơ đồ mạch điện: Hình 2.21: Sơ đồ mạch điện RLĐCĐA loại rung tiếp điểm  Nguyên lý làm việc: Khi máy phát chưa làm việc số vòng quay máy phát (nmf) thấp, Umf < Uaq, tiếp điểm KK1 đóng có mạch điện sau: Mạch từ hóa: (+)ắcquy  Ampe  IG/SW  IG khung từ  Wu  mát  (-) ắcquy Mạch kích thích cho máy phát: (+)ắcquy  Ampe  IG/SW  IG khung từ  KK1  Fmf  Ftc  Wkt  mass  (-) aécquy Khi nmf tăng Umf > Uaq lúc máy phát cung cấp điện cho phụ tải nạp điện cho aécquy: (+)Fmf  B  A (+)aécquy  (-) aécquy  mass  (-)Fmf Máy phát tự kich thích: (+)Fmf  B  IG/SW  IG khung từ  KK1  Fmf  Ftc  Wkt  mass (-)Fmf Khi nmf ≥ nđm, Umf ≥ m, lực từ hóa cuộn Wu tăng thắng lực căng lò xo, tiếp điểm KK1 mở Mạch kích thính thay đổi sau: (+)Fmf  B  IG/SW  IG Rf  Ftc  Wkt  mass (-)Fmf Dòng kích thích (Ikt) qua Rf nên Ikt giảm, lực từ hóa cuộn Wu giảm KK1 đóng Quá trình lập lại giữ Umf không vượt m nmf tăng cao Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang 37 GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ Việc điều chỉnh dòng điện kích thích thực cách đóng mở tiếp điểm, tiếp điểm mở lực từ hóa lỏi thép (Fth) thắng lực căng lò xo (Flx) Như điều kiện để tiếp điểm mở cân Flx Fth rơle Lực (2.8) từ hóa: Fth = C1.φ δ2(µo S) Trong đó: C1 : Hệ số phụ thuộc vào kết cấu mạch từ φ δ – từ thông khe hở không khí lõi thép cần tiếp điểm (còn gọi từ thông hiệu dụng φ hd) Từ thông φ δ theo đònh luật Ôm cho mạch từ xác đònh: Φδ = θ Rmt Trong đó: θ : Sức điện động cuộn Wu (nếu lõi thép thép có nhiều cuộn dây θ sức điện động cuộn dây đó) Rmt : từ tử mạch từ Rmt = C2.δ δ: Khe hở không khí giữ cần tiếp điểm lõi thép C2: Hằng số phụ thuộc vào môi trường khoảng hở δ Do đó: Φδ = θ Thay giá trò từ thông vào biểu thức Rmt (2.8) Fth = Flx = C Φ δ Đặt C = C2 C1 C1θ = C 2δ ; ta có phương trình RLĐCĐA loại rung: θ = Cδ Flx (2.9) Trong tường hợp điều chỉnh hiệu không đổi, cuộn dây Wu mắc song song với máy phát điện chòu điện máy phát, sức điện động cảm ứng dây bằng: θ = i0 Wu = U mf U0 Wu = Wu r0 rWu Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long (2.10) Trang 38 GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ Trong đó: io: Cường độ dòng điện cuộn Wu Wu: Số vòng dây cuộn Wu ro: Điện trở mạch RLĐCĐA Trong trường hợp r o điện trở rWu cuộn dây Wu Uo: Là điện áp đặt vào cuộn dây Wu Trong trường hợp Uo hiệu điện máy phát điện Umf, trường hợp khác sau nầy lả giá trò khác được: Thay biểu thức (2.10) vào phương trình (2.9) ta U0 Wu = Cδ Flx r0 (2.11) Giải phương trình theo U0 ta biểu thức tổng quát cho hiệu trung bình (đã điểu chỉnh) máy phát điện: U0 = C r0 δ Flx = U mf tb = U W0 (2.12) Từ biểu thức không kể đến thay đổi r0 nhiệt độ coi số Umf.tb phụ thuộc vào khe hở δ lực căng lò xo Flx, tức phụ thuộc vào việc điều chỉnh rơle Muốn thay đổi điện áp máy phát ta cần phải điều chỉnh Flx khe hở δ (2) Các biện pháp cải thiện đặc tính RL ĐCĐA loại rung: Từ đường đặc tính công tác máy phát điện làm việc với RLĐCĐA Umf.tb có dạng cưa (hình 2.20) để cải thiện đường đặc tính người ta có biện pháp  Các biện pháp tăng tần số rung tiếp điểm: Để mắt thường không nhìn thấy dao động điện áp máy phát điện, tần số rung tiếp điểm không thấp 30Hz Biện pháp để tăng tần số rung tiếp điểm giảm quán tính khí cần tiếp điểm, Cụ thể lả làm cần tiếp điểm mỏng, nhẹ, có dạng tam giác nửa vòng tròn để trọng tâm gần tâm quay mômen quán tính giảm Ngoài người ta dùng cuộn dây gia tốc (Wgt ) điện trở gia tốc (Rgt) Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang 39 GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ  Dùng cuộn dây gia tốc: Việc giảm độ biến thiên điện áp ∆m điều chỉnh điện áp dạng rung thực dùng cuộn dây gia tốc điện trở gia tốc Rf Lò xo F IG Wu Wgt Cuộn dây gia tốc Wgt W quấn lõi thép RLĐCĐA kt mắc song song với E tiếp điểm tức song song cuộn dây kích thích Wkt Hình 2.22 Rơle điều máy phát quấn chỉnh điện áp có cuộn gia tốc chiều với cuộn Wu Lúc lực từ hóa cuộn Wgt trùng với lực từ hóa cuộ Wu Khi tiếp điển đóng điện áp cuộn Wgt cuộn Wu điện áp máy phát, dòng điện qua hai cuộn dây hình vẽ Nên Fth = FWu + Fw.gt Khi tiếp điểm mở điện áp đặt lên cuộn Wgt giảm giá trò Ikt.Rf Đồng thời tiếp điểm mở Ikt qua Rf Ikt từ thôngΦ giảm dột ngột, cuộn Wkt sinh sức điện động tự cảm es có chiều trùng với chiều ban đầu tạo nên dòng điện Ie khép kín qua cuộn Wgt theo chiều ngược với chiều dòng điện tiếp điểm đóng Như tiếp điểm mở Fth = FWu - Fw.gt, tiếp điểm mở nhanh trường hợp cuộn Wgt  Dùng điện trở gia tốc (Rgt): Điện trở gia tốc sơ đồ điều chỉnh điện áp loại rung có dạng phần điện trở phụ Rf Theo sơ đồ cuộn day Wu đấu nối tiếp với điện trở gia tốc (Rgt) Như điện trở phụ gồm phần nhỏ điện trở Rgt, phần lớn Rf Điện trở tính toán điện trở phụ: ΣRf = Rf + Rgt Rf Loø xo F Rgt IG Wu W kt E Hình 2.23 Rơle điều chỉnh điện áp có điện trở gia tốc Khi tiếp điểm đóng, điện áp U0 đặt vào cuộn Wu gần điện áp máy phát điện, độ sụt áp cuộn Wgt dòng điện i0 cuộn Wu gay nên lúc nầy nhỏ (i0.Rgt ≈ 0) Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang 40 GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ U0đ′ g = Umf - i0.Rgt ≈ Umf) Khi tiếp điểm mở, dòng điện kích thích máy phát tượng tự cảm bảo toàn giá trò hướng Dòng điện kích thích qua điện trở Rgt sinh độ sụt ápï Vì vậy, điện đặt lên cuộn Wu giảm xuống bằng: U0m = Umf – (Io + ikt)Rgt = Umf – i0Rgt – iktRgt Như tiếp điểm mở, điện áp đặt vào cuộn Wu đột ngột giảm lượng bằng: ∆U0 = U0đ′ g - U0m = Umf – i0.Rgt – Umf + i0Rgt + iktRgt = IktRgt Độ sụt áp ∆U0 cuộn Wu tiếp điểm mở làm cho dòng điện cuộn Wu giảm đột ngột d01 từ thông cuộn Wu giảm nhanh chóng Nhờ tiếp điểm đóng lại nhanh, làm tăng tần số đóng mở tiếp điểm Kết nhờ cuộn Wgt điện trở Rgt tần số làm việc tiếp điển tăng lên đáng kể (khoảng 150 ÷ 250 chu kỳ/s) Việc đưa điện trở gia tốc để làm tăng tần số đóng mở tiếp điểm RLĐCĐA làm lệch lạc đường đặc tính máy phát điện (đường cong U = f(n), tức điện áp máy phát điện không giữ cố đòng suốt khoảng làm việc RLĐCĐA mà tăng dần số vòng quay máy phát tăng Để khắc phục tượng giảm tượng vừa nêu, RLĐCĐA loại rung, ta dùng cuộn dây cân (Wcb) điện trở cân (Rcb)  Dùng cuộn dây cân (Wcb): Cuộn cân Wcb mắc nối tiếp với cuộn kích thích Wkt, chiều quấn cho lực từ hóa ngược chiều lực từ hóa cuộn Wu Nếu ta xem RLĐCĐA có cuộn Wu vacuộn Wcb mà liên kết gia tốc lực từ hóa tổng lõi thép: θ = Fth = FWu – Fcb = U mf Trong đó: Wu − I ktWcb r0 Rf Loø xo F Rgt IG Wu Wcb W kt E Hình 2.24 Bộ điều chỉnh điện áp có Rgt cuộn Wcb Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang 41 GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ Wu: Số vòng dây cuộn Wu Wcb: Số vòng dây cuộn Wcb R0: Điện trở cuộn Wu Thay vào biểu thức : θ = Cδ√Flx đem cân lực lò xo ta được: U mf Wu − I ktWcb = Cδ Flx r0 Giải phương trình ứng với U ta được: U mf = ( ) r0 r W Cδ Flx + I ktWcb = Cδ Flx + I kt cb r0 Wu Wu Wu (2.13) Như có cuộn Wcb điện áp máy phát luôn lớn trường hợp cuộn Wcb lượng tỷ lệ với Ikt máy phát: I kt Hình 2.25: Wcb r0 Wu Đặc tính hiệu chỉnh điện áp máy phát cho trường hợp: 1- RLĐCĐA có cuộn từ hóa WU 2- RLĐCĐA có thêm điện trở Rgt cuộn Wgt 3- RLĐCĐA có cấu cân Wcb Rcb, cấu gia tốc 4- RLĐCĐA có cấu gia tốc cấu cân Đặc tính Của RLĐCĐA Chỉ có cuộn Wcb (không có cấu gia tốc) biểu diễn đường chấm khuất số (hình 2.25) Điện áp máy phát điện có giá trò lớn số vòng quay thấp, dòng điện kích thích máy phát đầu khoảng làm việc đạt giá trò cực đại, số vòng quay tăng giản dần nói đường Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang 42 GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ cong số có quy luật thay đổi Ikt với tỷ lệ bé Nếu RLĐCĐA có cấu gia tốc cấu cân quy lật thay đổi điện áp máy phát điện quy lật tổng hợp đường cong số số Bằng cách tính toán kỹ thông số ta ta nhận quy lật tổng hợp (đường cong số 4) mà điện áp máy phát điện không đổi số vòng quay tăng, giảm khoảng làm việc RLĐCĐA Đường cong số trường hợp nằm cao đường đặc tính chuẩn (đường số 1), có quy lật nằm ngang nên cần chỉnh lại role chút tức giảm lực lo xo, ta đưa đường cong số chuyể lù song song phí trùng với đường đặc tính chuẩn  Dùng điện (Rcb): trở cân R R R cb f gt Việc cân cách thay cuộn Wcb, điện trở Rcb mắc theo sơ đồ (hình 2.26) Đó Lò điện trở Rcb thông thường xo Wu mắc mối tiếp với mạch F kích thíchcua3 máy phát điện dòng điện kích thích qua W bò sụt ∆URcb Đê thấy kt E rõ tác dụng Rcb, ta loại bỏ ảnh hưởng cấu gia tốc, tức giả thiết cuộn Wu Hình2.26 Rơle điều đấ song song với máy chỉnh điện áp có điện trở Rcb phát điện Khi lệch lạc đặc tính điện trở gia tốc không cò hiệu máy phát điện tăng U = U0 + (Ikt + I0)Rcb ≈ U0 + IktRcb Trong đó: I0Rcb: Độ sụt áp dòng điện I0 gây nên điện trở cân Vì dòng I0 có giá trò nhỏ nên lượng sụt áp bỏ qua U0: Điện áp đặt vào hai đầ cuộn Wu, từ phương trình cân lực từ hóa ta rút ra: U0 = rwu Cδ Flx Wu Thay giá trò U0 vào công thức ta được: Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang 43 GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện U= rwu Cδ Flx + I kt Rcb Wu Chương Hệ (2.14) So sánh công thức (2.14) với công thức (2.13) ta thấy RLĐCĐA có Rcb điện áp máy phát điện lớn mức quy đònh lượng tỷ lệ với dòng điện kích thích : IktRcb, tức quy luật trường hợp cuộn dây cân Lúc trò trung bình điện áp trì điều chỉnh là: U đmtb = ( + K ph ) Ro 2Wo (C.δ Flx + I k Wcb ) Sự diện cuộn dây cân làm giảm điện áp tăng vận tốc rotor Nhờ cuộn cân thực việc bù lại sai số việc điều chỉnh điều chỉnh điện áp dạng rung có liên kết gia tốc  Các biện pháp giảm tia lửa:  Dùng RLĐCĐA hai nấc: Hình 2.27: Sơ đồ mạch điện RLĐCĐA loại rung 2nấc Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang 44 GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ Hình 2.28: Đặc tính RLĐCĐA loại rung 2nấc Khi bật công tắc IG/SW nmf, Umf < Uaq, máy phát nạp điện cho ắcquy, cung cấp điện cho phụ tải tự kìch thích sau:(+)ắcquy  Ampe  IG/SW +K1  khung từ  F F(máy phát) (-)ắcquy Khi nmf tăng,Umf > Uaq máy pát tự kìch thích sau: (+)máy phát  IG/SW + K1  khung từ  F F(máy phát) (-)máy phát Dòng điện nạp cho ắcquy: (+)máy phát  Ampe  (+)ắcquy  (-)ắcquy mass  (-)máy phát Khi nmf = nbđ ÷ ntb Umf ≥ c RLĐCĐA lảm việc nấc 1, tiếp điểm K1 đóng mở K2 mở Lúc K1 mở kích thích thay đổi sau: (+)máy phát  IG/SW + Rf  khung từ  F F(máy phát) (-)máy phát, dòng Ikt qua Rf làm Ikt giảm, Umf giảm K1 lại dóng, Umf tăng Quá trình lập lại giữ Umf c Khi nmf = ntb ÷ nmax RLĐCĐA lảm việc nấc 2, tiếp điểm K1 mở K2 đóng mở Lúc K2 mở Ikt qua Rf, lúc K2 cuộn Wkt bò nối tắt, Umf giảm nhanh Tiếp điểm K2 mở, Umf tăng Quá trình lập lại, RLĐCĐA làm việc nấc nầy c cao khoảng 0,2V Điện trở phụ Rf RLĐCĐA hai nấc nhỏ nhiều so với RLĐCĐA nấc nên tia lửa tiếp điểm K1 giảm nhiều, tia lửa tiếp điểm K2 không đáng kể dòng điện kích thích trung bình có giá trò tương đối nhỏ Nhược điểm RLĐCĐA hai nấc độ ổn đònh thấp Để giảm độ chênh lệch điều chỉnh điện áp nấc, khe hở phải nhỏ Do đó, mặt vít bò bẩn, tiếp điểm Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang 45 GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ bò kẹt, làm cho hoạt động điều chỉnh sai lệch Phương pháp khác để giảm công suất ngắt điều chỉnh điện áp dạng rung sử dụng RLĐCĐA kép, thường dùng cho máy phát có công suất 1000W trở lên Ở không trình bày loại nầy Ngoài người ta dùng điện trở Res diode mắc song song với cuộn Wkt để dập sức điện động tự cảm cuộn Wkt, bảo vệ tiếp điểm Biện pháp cân nhiệt trong RLĐCĐA loại rung: Biểu thức điện áp trung bình máy phát điệnsau điểu chỉnh: U =C R0 δ Flx Wu Cho thấy điện áp tỷ lệ với diện trở R0 Thực nhiệt độ cuộn Wu tăng điện trở tăng đáng kể, điện áp máy phát tăng lện lượng tự Điều nầy không cần phải hạn chế tăng Umf Để hạn chế ảnh hưởng nhiệt độ đến trình làm việc RLĐCĐA người ta sử dụng nhiều phương pháp phần nầy xét đến phương pháp dùng điện trở bù nhiệt (Rbn) Điện trở bù Rbn có hệ số nhiệt điện trở âm, mắc nối tiếp với cuộn từ hóa Wu RLĐCĐA Lúc điện trở R0 mạch rơle là: R0 = RWu + Rbn 2.4.5 Bộ điều chỉnh điện áp bán dẫn (tiết chế bán dẫn): 2.4.5.1 Tiết chế bán dẫn có tiếp điểm: 2.4.5.2 Tiết chế bán dẫn tiếp điểm: (1) Tiết chế bán dẫn dùng transistor NPN (PP-350 Liên Xô):  Sơ đồ mạch điện: Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang 46 GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ Hình 2.29: Sơ đồ tiết chế dùng transistor NPN  Nguyên lý làm việc: Khi đóng công tắc IG/W có dòng điện qua cầu phân áp R1 Và Rto,R2, R3, Cx Lúc nầy Umf nhỏ Uaq nên độ sụt áp R1 (∆UR1) nhỏ, DZ khóa T3 khóa, có dòng kiều khiển T2 làm T2 dẫn, có dòng điều khiển T1 làm T1 dẫn, dòng kích thích cho máy phát: (+)aq→ A→ IG/SW → + → D1 →ET1 → CT1 → Fmf → Ftc → Wkt → mass → (-)aq Khi nmf taêng Umf > Uaq Lúc nầy máy phát tự kích thích có dòng điện nạp cho ắcquy: (+)mf → B+ → A → (+)aq → (-)aq → mass Khi nmf ≥ nbđ, Umf ≥ c Lúc nầy độ sụt áp R1 tăng làm DZ dẫn, có dòng điều khiển T3 qua D1 cầu phân Khi T3 dẫn cực BT2 có điện áp dương nên T2 khóa làm T1 khóa Dòng kích thích: (+)mf → B+ → IG/SW→ + → D1 → R10 → Fmf → Ftc → Wkt → mass → (-)mf Dòng kích thích qua R10 nên Ikt giảm làm Umf giảm, ∆UR1 giảm D1 khóa, T3 khóa T2, T1 dẫn Ikt lại qua TT1 Quá trình lập lại Công dụng số linh kiện:  - CX R3: sang tín hiệu máy phát giúp ổn đònh cho cầu phân - Rto: Điện trở bù nhiệt - D1, R10: giúp T1 khóa chặt - D3, R8: giúp T2 khóa chặt - R1: Phân cực DZ Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang 47 GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ - R4: Phân cực T3 - R9: Phân cực T1 - R6, R7: Giảm dòng - R5: Mạch hồi tiếp ngược giúp DZ đóng mở nhanh - Rto,R2, R3, Cx: Cầu phân (2) Sơ đồ cấu tạo nguyên lý làm việc tiết chế dùng transistor PNP:  Sơ đồ mạch điện: Hình 2.30: Sơ đồ tiết chế bán dẫn loại dùng transistor PNP  Nguyên lý làm việc sau: Khi bật công tắc máy, máy phát chưa làm việc nmf thấp, Umf < Uaq điện áp ngược đặt vào D1 = U.R2 /(R1 + r2) < UZ, nên T1 đóng Có dòng điều khiển T2 (+)aq→ IG/SW → R3 → D2 →BT2 → ET2 → E → mass → (-)aq, làm T2 có dẫn dòng kích thích cho máy phát: (+)aq→ IG/SW → Wkt → F → CT2 → ET2 → E→ mass → (-)aq Khi nmf tăng Umf > Uaq Lúc nầy máy phát tự kích thích có dòng điện nạp cho ắcquy: (+)mf → +→ Wkt → F → CT2 → ET2 → E→ mass → (-)mF Khi nmf ≥ nbñ, Umf ≥ c, điện áp ngược đặt vào D1 tăng, làm D1 dẫn có dòng điều khiển T1: (+)mf → +R1 → D1 → B1 → ET1 → E→ mass → (-)mF Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang 48 GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ Dòng điện qua cuộn Wkt giảm khiến điện áp máy phát giảm theo D1 khóa trở lại làm T1 khóa T2 dẫn Quá trình lại lặp lặp lại  - Công dụng số linh kiện: D1, C: mạch hồi tiếp âm giúp T1 T2 đóng mở nhanh D3: Dập điện động tự cảm dùng để bảo vệ transistor T2 - D2: Ngăn dònh ngược - R1, R2: Phân cực D1 - R3: Giảm dòng - R4: Phân cực T2 - R7: Phân cực T1 (3) Một số mạch thực tế xe:  Tiết chế vi mạch xe Nhật kiểu A Cầu chì Đèn báo sạc D4 R D3 D5 D1 T3 C2 T2 R1 R4 R5 T1 C1 D6 WK R7 Hình 2.31: R6 R3 R2 Sơ đồ tiết chế vi mạch xe Nhật Mạch cung cấp điện cho cuộn kích báo nạp thực diode nhỏ (diode trio) mắc từ đầu cuộn pha (D4, D5, D6) Khi bật công tắc máy động chưa hoạt động, dòng qua đèn báo nạp qua cuộn kích làm tăng khả tự kích máy phát Khi máy phát hoạt động, đèn báo nạp tắt hai đầu đèn đẳng lúc này, dòng cấp cho cuộn kích trực tiếp từ diode trio Nguyên lý làm việc tiết chế loại tương tự mạch ta khảo sát phần linh kiện chế tạo theo công nghệ vi mạch tiết chế đặt bên máy phát  Tiết chế vi mạch xe Nhật kiểu M Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang 49 GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ Điểm khác biệt sơ đồ tiết chế vi mạch kiểu M cách điều khiển đèn báo sạc Nhờ điện áp lấy pha cấp vào đầu P tiết chế vi mạch điều khiển trạng thái hoạt động transistor Tr2 Tr3 theo tình trạng máy phát Hình 2.32: Sơ đồ tiết chế vi mạch kiểu M Trong trường hợp ngược lại, T1 chớm mở T2 chớm đóng, điện điểm B cao A Vì vậy, xuất dòng từ A sang B Dòng qua R1, R2 khiến D1 mở nhanh làm T1 mở nhanh T2 đóng nhanh Tiết chế vi mạch nằm máy phát xe KAMAZ trình bày hình 2.32 Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang 50 GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện Chương Hệ  Tiết chế vi mạch xe KAMAZ IG/S W R1 R6 D1 C Summ er Rp 24V E D2 T1 R3 A R5 R2 T2 W K R4 Winte r Hình 2.33: Sơ đồ tiết chế vi mạch xe KAMAZ Trong sơ đồ này, điện áp hiệu chỉnh mức 28V nên người ta sử dụng diode zener D1 D2 mắc nối tiếp Để đồng hoá chi tiết máy phát, cuộn dây kích hoạt động điện áp 14V mắc vào đầu dây trung hoà Ở thời điểm bật công tắc máy mà động chưa hoạt động, cuộn kích máy phát cấp dòng nhỏ qua Rp để tự kích Trên tiết chế loại có công tắc chuyển đổi điện áp hiệu chỉnh theo mùa cách thay đổi giá trò điện trở cầu phân áp Hàà Văn Trọng - Trường CĐSPKT Vónh Long Trang 51 ... ắc qui Chương HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 2.1 NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN: 2.1.1 Nhiệm vụ: Hệ thống cung cấp điện có nhiệm vụ cung cấp lượng điện cho phụ tải với hiệu điện ổn đònh điều... làm việc ôtô máy kéo Hệ thống cung cấp điện bao gồm thiết bò chủ yếu: c qui, máy phát điện điều chỉnh điện 2.1.2 Yêu cầu: - Máy phát phải tạo điện áp ổn đònh (13,8V – 14,2V hệ thống điện 14V)... TRANG BỊ ĐIỆN Ô-TÔ thống cung cấp điện - Chương Hệ Ít châm sóc bảo dưỡng 2.1.3 Những thông số hệ thống cung cấp điện: (1) Điện áp đònh mức: Phải bảo đảm m = 14V xe sử dụng hệ thống điện 12V,