HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

MỤC LỤC TÍN CHỈ 1

CHƯƠNG 1: CÁC VẤN ĐỀ CHUNG 1

1.1 Các khái niệm, quy ước và mã cơ bản 3

1.2 Linh kiện điện và điện tử cơ bản 4

1.2.1 Linh kiện thụ động 4

1.2.2 Linh kiện bán dẫn 12

1.3 Các thiết bị nguồn và giắc 27

1.3.1 Cầu chì 27

1.3.2 Rơ le điện từ 29

1.3.3 Giắc 31

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 32

2.1 Công dụng và yêu cầu 32

2.2 Sơ đồ hệ thống và bố trí thiết bị 32

2.3 Các thiết bị trong hệ thống 32

2.3.1 Ắc quy 32

2.3.2 Máy phát điện (Alternator) 34

2.3.3 Bộ tiết chế IC 40

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG 45

3.1 Công dụng, phân loại và yêu cầu 45

3.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống và các sơ đồ tiêu biểu 46

3.3 Các thiết bị trong hệ thống khởi động động cơ 48

3.3.1 Cấu tạo máy khởi động 48

3.3.2 Hệ thống hỗ trợ khởi động động cơ diesel 49

CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 51

4.1 Tổng quan về hệ thống đánh lửa 51

4.2 Nguyên lý tạo điện cao áp và các sơ đồ đánh lửa tiêu biểu 53

4.3 Các hệ thống đánh lửa 55

4.3.1 Hệ thống đánh lửa CI 55

4.3.2 Hệ thống đánh lửa TI 56

4.3.3 Các hệ thống đánh lửa lập trình 58

4.3.3.1 Nguyên lý cơ bản của đánh lửa lập trình 58

4.3.3.3 Hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện 72

4.3.3.3 Hệ thống đánh lửa bôbin kép 75

4.3.4 Các cảm biến, ECU và cơ cấu chấp hành 80

4.3.5 Hệ thống đánh lửa điện dung 116

TÍN CHỈ 1 CHƯƠNG 1: CÁC VẤN ĐỀ CHUNG

1.1 Các khái niệm, quy ước và mã cơ bản

Là dòng chuyển động của các hạt mang điện trong vật chất, có chiều chuyển

động từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp

Ký hiệu: I

Đơn vị: Ampe (A)

1.1.3 Điện trở

Điện trở có tác dụng cản trở dòng điện, tạo sự sụt áp để thực hiện các chức

năng tùy theo vị trí của điện trở trong mạch

Ký hiệu: R

Đơn vị: Ôm (Ω)

1.1.4 Nguồn điện

Là nơi chứa các dạng năng lượng khác có thể chuyển hóa thành điện năng Ở

đây ta chỉ nói đến nguồn áp

Ký hiệu: E

Đơn vị: Vôn (V)

1.1.5 Định luật Ohm cho một đoạn mạch

Cho một đoạn mạch có điện trở R đặt vào điện áp

U quan hệ giữa dòng điện và điện áp được biểu diễn theo

định luật Ohm: I = U/R

I - dòng điện trong mạch tỷ lệ thuận với điện áp và tỷ lệ

nghịch với điện trở của toàn mạch

Hình 1.1: Định luật Ohm

1.1.6 Định luật Ohm cho nhánh có nguồn

Cho nhánh có nguồn có suất điện động E và điện trở trong Ri Định luật Ohm

cho nhánh có nguồn là: U = E – Ri.I

Hình 1.2: Định luật Ohm cho nhánh có nguồn

Thường điện trở nguồn rất nhỏ khi mạch hở (không tải) I = 0, do đó U = E

Khi điện trở mạch ngoài rất nhỏ so với điện trở trong của nguồn U = 0 gọi

nguồn bị ngắn mạch, lúc đó I = E/Ri

1.1.7 Xung

Là tín hiệu điện áp hay dòng biến đổi theo thời gian dưới dạng rời rạc (gián

đoạn) Nó thay đổi một cách đột biến có quy luật hoặc không có quy luật Xung điện

có thể là xung một chiều hay xung xoay chiều

Hình 1.3: Một số dạng xung cơ bản trên ôtô

1.2 Linh kiện điện và điện tử cơ bản

1.2.1 Linh kiện thụ động

1.2.1.1 Điện trở

a Khái niệm

Điện trở có tác dụng cản trở dòng điện tạo sự sụt áp để thực hiện các chức

năng tùy theo vị trí của điện trở trong mạch

+ Điện trở than nhiệt giải hoặc than màng (màng tinh thể)

+ Điện trở dây quấn gồm sợi dây điện trở dài (dây NiCr hoặc manganin,

constantan) quấn trên một ống gốm ceramic và phủ bên ngoài là một lớp sứ bảo vệ

+ Điện trở màng kim, điện trở màng oxit kim loại hoặc điện trở miếng: điện

trở miếng thuộc thành phần vi điện tử Dạng điện trở miếng thông dụng là được in

Dựa vào ứng dụng điện trở được phân loại như liệt kê trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Các đặc tính chính của điện trở tiêu biểu

Loại điện trở Trị số R P t.t.max (w) T o làm việc o C TCR

ppm/ o C Chính xác

0.1 180

1 3.8 0.1 40

1/8 3/4 ở 125oC 1/20 1/2 ở 125oC

1/4 3 ở 70oC 1/20 1/2 ở

125oC 1/8 1 ở 70oC

1/8 2 ở 70oC

1 21 ở 25oC

-55 +145 -55 +145

-55 +150 -55 +175 -55 +165 -55 +130

-55 +275 -55 +275 -55 +275

Bảng ghi và đọc giá trị điện trở trực tiếp trên thân theo bảng 1.2

Bảng 1.2: Cách ghi và đọc giá trị điện trở

Giá trị điện trở được sơn bằng mã màu:

Tùy theo số vòng trên điện trở (4, 5 hay 6 vòng), ý nghĩa của từng vòng được

minh họa bằng hình vẽ sau:

Hình 1.5: Mã màu điện trở

- Điện trở có 4 màu: đây là điện trở thường gặp nhất

Hình 1.6: Điện trở có 4 vòng màu

Vòng thứ nhất: chỉ giá trị hàng trục trong giá trị điện trở

Vòng thứ hai: chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở

Vòng thứ ba: chỉ hệ số nhân với số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở

Vòng thứ tư: chỉ sai số điện trở

Ví dụ: Điện trở có 4 màu theo thứ tự : vàng, tím, cam, nhũ, bạc

Giá trị điện trở là:

Vàng Tím Cam Nhũ Bạc

4 7 000 ±10 %

Kết quả : 47.000Ω hay 47kΩ, sai số ±10 %

- Điện trở có 5 vòng màu: là điện trở có độ chính xác cao

Hình 1.7: Điện trở có 5 vòng màu

Vòng thứ nhất: chỉ giá trị hàng trăm trong giá trị điện trở

Vòng thứ hai: chỉ giá trị hàng trục trong giá trị điện trở

Vòng thứ ba: chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở

Vòng thứ tư: chỉ hệ số nhân với số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở

Vòng thứ năm: chỉ sai số giá trị điện trở

Ví dụ: Điện trở có 5 màu, theo thứ tự: Nâu, tím, đỏ, đỏ, nâu

Giá trị của điện trở:

Nâu Tím Đỏ Đỏ Nâu

1 7 2 00 ±1 % Kết quả: 17200 Ω hay 17.2 kΩ, sai số ±1 %

* Biến trở:

Biến trở có hai dạng Dạng kiểm soát dòng công suất lớn dùng dây quấn Loại

này ít gặp trong các mạch điện trở Dạng thường dùng hơn là chiết áp Cấu tạo của

biến trở so với điện trở cố định chủ yếu là có thêm một kết cấu con chạy gắn với một

trục xoay để điều chỉnh trị số điện trở Con chạy có kết cấu kiểu xoay (chiết áp xoay)

hoặc theo kiểu trượt (chiết áp trượt) Chiết áp có 3 đầu ra, đầu giữa ứng với con trượt

còn hai đầu ứng với hai đầu điện trở

Hình 1.8a:Biến trở

Hình 1.8b:Kỹ hiệu biến trở

+ Điện trở biến thiên: chia các dạng sau

Điện trở nhiệt tecmixto: Đây là một loại linh kiện bán dẫn có trị số điện trở thay đổi

theo nhiệt độ Khi ở nhiệt độ bình thường thì tecmixto là một điện trở, nếu nhiệt độ

càng tăng cao thì điện trở của nó càng giảm

Hình ảnh thực tế của điện trở nhiệt tecmixto:

Quang trở: Là một loại điện trở, mà điện trở suất của nó giảm xuống rất nhanh

khi có ánh sáng chiếu vào, làm bằng CdS hoạt dộng trên hiện tượng quang dẫn

1.2.1.2 Tụ điện

a Khái niệm

Là một thiết bị mà có thể tích trữ các điện tích khi cấp lên nó một điện áp

Tụ điện là một linh kiện thu động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch

điện tử được cấu tạo từ hai bản cực làm bằng hai chất dẫn điện (kim loại) đặt song

song nhau, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi

Người ta thường dùng các chất: thủy tinh, gốm sứ, mica, giấy, dầu, paraffin,

không khí… để làm chất điện môi

Hình 1.11: Cấu tạo tụ điện

Tụ điện được chia thành những loại sau:

- Tụ hóa

- Tụ thường

- Tụ điện có điện dung thay đổi

Chúng ta đi tìm hiểu từng loại tụ điện một

+ Tụ hóa:

Tụ hóa là loại tụ có phân cực Chính vì thế khi sử dụng tụ hóa yêu cầu người

sử dụng phải cắm đúng chân của tụ điện với điện áp cung cấp Thông thường, các loại

tụ hóa thường có kí hiệu chân cụ thể cho người sử dụng bằng các ký hiệu + hoặc -

tương ứng với chân tụ

+Tụ điện có điện dung thay đổi:

Tụ điện có trị số điện dung thay đổi được là loại tụ trong

qua trình làm việc ta có thể điều chỉnh thay đổi trị số điện

dung của chúng

Hình 1.14: Ký hiệu trong mạch

b Cách ghi và đọc giá trị tụ điện

Hai tham số quan trọng nhất thường được ghi trên thân tụ điện là trị số điện

dung (kèm theo dung sai sản xuất) và điện áp làm việc

- Cách ghi trực tiếp:

Ghi trực tiếp là cách ghi đầy đủ các tham số và đơn vị đo của chúng Cách này

chỉ dùng cho loại tụ điện có kích thước lớn

- Cách ghi gián tiếp theo quy ước:

Tụ điện có tham số ghi theo qui ước thường có kích thước nhỏ và điện dung

ghi theo đơn vị đo pF

Có rất nhiều quy ước khác nhau như quy ước mã, quy ước màu … Sau đây ta

chỉ nêu một số quy ước thông dụng

+ Ghi theo quy ước số: Cách ghi này thường gặp ở các tụ Pôlystylen

Ví dụ: Trên thân tụ ghi 47/630, có nghĩa tử số là giá trị điện dung tính bằng pF, 47pF,

mẫu số là điện áp làm việc một chiều, 630Vdc

+ Ghi theo quy ước mã: Giống như ở điện trở, mã gồm các chữ số chỉ trị số

điện dung và chữ cái chỉ % dung sai

Tụ có kích thước nhỏ thường được ghi theo quy ước sau: Ví dụ trên tụ ghi 204

nghĩa là trị số của điện dung 20.000 pF Vdc

Tụ Tantan là tụ phân cực thường được ghi theo đơn vị µF cùng điện áp làm

việc và cực tính rõ ràng

+ Ghi theo quy ước màu: Tụ điện cũng giống như điện trở được ghi theo quy

ước màu Quy ước màu cũng có nhiều loại: loại 4 vạch, loại 5 vạch màu Nhìn chung

các vạch màu quy ước gần giống điện trở

Hình 1.15: Mã màu của tụ điện

Vạch 1 Vạch 2 Vạch 3 Vạch 4 Vạch 4 Vạch 5

ngĩa

Số có nghĩa

Số nhân(pF) Tantan(

-

Hồng - - - - -

35

-

Bảng 1.4: Bảng phân loại tụ điện theo vật liệu và công dụng

-55 125 -55 125

-55 125 -40 85

-55 125 -55 125 -55 125 -55 85

1.2.2 Linh kiện bán dẫn

1.2.2.1 Chất bán dẫn

Hầu hết các chất bán dẫn đều có các nguyên tử sắp xếp theo cấu tạo tinh thể

Hai chất bán dẫn được dùng nhiều nhất trong kỹ thuật chế tạo linh kiện điện tử là

Silicium và Germanium Mỗi nguyên tử của hai chất này đều có 4 điện tử ở ngoài cùng

kết hợp với 4 điện tử kế cận cấu tạo thành 4 liên kết hóa trị Vì vậy tinh thể Ge và Si ở

nhiệt độ thấp là các chất cách điện

ở nhiệt độ thấp (T = 0 0 K ) nhiệt độ cao (T = 300 0 K)

Hình 1.16: Tinh thể chất bán dẫn

Nếu ta tăng nhiệt độ tinh thể, nhiệt năng sẽ làm tăng năng lượng một số điện

tử và làm gãy một số nối hóa trị Các điện tử ở các nối bị gãy rời xa nhau và có thể di

chuyển dễ dàng trong mạng tinh thể dưới tác dụng của điện trường Tại các nối hóa trị

bị gãy ta có các lỗ trống (hole) Về phương diện năng lượng, ta có thể nói rằng nhiệt

Khi năng lượng này lớn hơn năng lượng của dải cấm (0,7 eV đối với Ge và

1,12 eV đối với Si), điện tử có thể vượt dải cấm vào dải dẫn điện và chừa lại những lỗ

trống (trạng thái năng lượng trống) trong dải hóa trị Ta gọi n là mật độ điện tử tự do

trong dải dẫn điện và p là mật độ lỗ trống trong dải dẫn điện Nếu n = p ta gọi chất bán

dẫn thuần Thông thường chế tạo loại chất bán dẫn này rất khó khăn

+ Chất bán dẫn loại N:

Giả sử ta pha vào Si thuần những nguyên tử thuộc nhóm V của bảng tuần

hoàn các nguyên tố hóa học như Arsenic (As), photpho (P), Antimony (Sb) Bán kính

nguyên tử của As gần bằng bán kính nguyên tử của Si nên có thể thay thế một nguyên

tử Si trong mang tinh thể Bốn điện tử của As kết hợp với 4 điện tử của Si lân cận tạo

thành 4 nối hóa trị, còn dư lại một điện tử của As ở mức năng lượng gần tới dải dẫn

nhiệt Ở nhiệt độ thấp chất bán dẫn này chưa dẫn điện

loại N loại P

Hình 1.17: Tinh thể chất bán dẫn

Khi ta tăng nhiệt độ của tinh thể, một số hóa trị bị gãy, ta có những lỗ trong

trong dải hóa trị và điện tử trong dải dẫn điện Ngoài ra, hầu hết các điện tử dư của As

đều nhận nhiệt năng để trở thành điện tử có năng lượng trong dải dẫn điện Do đó tổng

số điện tử trong dải dẫn điện nhiều hơn số lỗ trong dải hóa trị, ta gọi là bán dẫn loại N

+ Chất bán dẫn loại P:

Thay vì pha vào Si thuần một nguyên tố thuộc nhóm V, tap pha vào những

nguyên tố thuộc nhóm III như Indium (In), Galium (Ga), Nhôm (Al)… Bán kính

nguyên tử In gần bằng bán kính nguyên tử Si nên nó có thể thay thế một nguyên tử Si

trong mạng tinh thể Ba điện tử của nguyên tử của nguyên tử In kết hợp với ba điện tử

của ba nguyên tử Si có năng lượng trong giải hóa trị không tạo một nối với Indium

Giữa In và Si có một trạng thái năng lượng trống (lỗ trống)

Khi ta tăng nhiệt độ của tinh thể sẽ có một số điện tử trong dải hóa trị nhận

năng lượng và trở thành những điện tử trong dải dẫn điện, chừa ra các lỗ trống Do đó

tổng số lỗ trống trong dải hóa trị nhiều hơn số điện tử trong dải dẫn điện Ta gọi là

những chất bán dẫn loại P

1.2.2.2 Loại tiếp xúc P – N

Tại lớp tiếp xúc xuất hiện các dòng tải điện theo cơ chế khuếch tán: Các lỗ

trống sẽ khuếch tán từ vùng P sang vùng N, các điện tử sẽ khuếch tán từ vùng N sang

vùng P Quá trình này hình thành lớp điện tích trái dấu ở vùng gần lớp tiếp xúc và

cường độ điện trường ở vùng lân cận tiếp xúc E0 Điện trường tiếp xúc Eo có chiều tác

dụng từ bán dẫn N sang bán dẫn P và tạo nên một hàng rào thế năng ngăn cản sự

khuếch tán của lỗ trống qua lớp tiếp xúc

Hình 1.18: Lớp tiếp xúc P – N

Khi đặt một nguồn điện áp ngoài lên lớp tiếp xúc P–N có chiều sao cho VP >

VN điện trường này ngược chiều điện trường Eo, làm tăng dòng điện qua lớp tiếp xúc

P – N giảm xuống, có một giá trị rất nhỏ gọi là dòng bão hòa Ta gọi là phân cực

Khi UAK > 0 thì điốt sẽ dẫn điện và trong mạch có

dòng điện chạy qua và lúc này tiếp xúc P – N được phân cực

thuận Khi UAK < 0 điốt sẽ khóa vì tiếp xúc P – N phân cực

ngược, dòng điện ngược rất nhỏ chạy qua

Hình 1.21: Cấu tạo điốt

b Đặc tính Vôn – Ampe của điốt bán dẫn

Đặc tính Vôn – Ampe (V – A) biểu thị mối

quan hệ giữa dòng điện qua điốt với điện áp đặt trên

nó UAK

- UD là điện áp thuận ngưỡng của điốt UD =

0.2 V đối với điốt Ge và UD = 0,6 V đối với

điốt Si

- Udt là điện áp đánh thủng

- Ith.max là dòng điện thuận cực đại cho phép,

điốt không được làm việc với dòng điện

- I0 là dòng điện ngược

Hình 1.22: Đặc tuyến V – A

c Điốt ổn áp

Khi phân cực thuận đặc tuyến của điốt giống hệt điốt thường Khi phân cực

ngược ở vùng Zenner, điện thế ngang qua điốt gần như không thay đổi trong khi dòng

điện qua nó biến thiên một khoảng rộng

Hình 1.23: Ký hiệu và đặc tuyến V – A của điốt Zenner

d Điốt Tunen (hay điốt xuyên hầm)

Loại điốt này có khả năng dẫn điện cả chiều thuận và chiều ngược Đặc tính

V-A của điốt tunen ở phần thuận có đoạn điện trở âm AB Người ta sử dụng đoạn đặc

tuyến AB này để tạo các mạch dao động phóng nạp Điốt tunen có kich thước nhỏ, ổn

định cao và tần số làm việc lên tới GHZ

Hình 1.24: Ký hiệu và đặc tính V – A của điốt tunen

e Điốt xung

Điốt xung là điốt làm ở tần số cao khoảng vài chục KHz

Điốt Schốtky là điốt xung điển hình, có thời

gian hồi phục rất nhỏ (đổi trạng thái nhanh) nên được

dùng rất phổ biến trong kỹ thuật số và điều khiển

Hình 1.25: Ký hiệu của điốt xung

f Điốt phát quang (LED – Lighting Emitting Diode)

LED là linh kiện bán dẫn quang điện tử Nó có khả năng phát ra ánh sang khi

có hiện tượng tái hợp xảy ra trong lớp tiếp xúc P – N Tùy theo vật liệu chế tạo mà ta

có ánh sang bức xạ có màu khác nhau

a – Hình ảnh thực tế b- Ký hiệu trong mạch

Hình 1.26: Điốt phát quang

g Điốt thu quang (Photo diode)

Điốt thu quang làm việc ở chế độ phân cực nghịch vỏ điốt có một miếng thủy

tinh để ánh sang chiếu vào mối P-N dòng điện ngược qua điốt tỉ lệ thuận với cường độ

ánh sáng chiếu qua điốt

a – Hình ảnh thực tế b – Ký hiệu trong mạch

Hình 1.27: Điốt thu quang

1.2.2.4 Tranzito bán dẫn

a Cấu tạo và ký hiệu trong sơ đồ mạch

Tranzito được chế tạo từ một tinh thể chất bán dẫn có 3 miền pha tập khác nhau

để hình thành hai lớp tiếp xúc P-N phân cực ngược nhau như thế có hai loại tranzito

khác nhau: PNP (tranzito thuận) hoặc NPN (tranzito ngược) Vùng bán dẫn nằm giữa

gọi là Bazơ (B-cực gốc) hai vùng còn lại được gọi là collect (C-cực C) và emitơ

(E-emitơ)

Lớp tiếp xúc P-N giữa cự E và B gọi là TE giữa C và B gọi là TC

Hình 1.28: Ký hiệu và cấu tạo của các tranzito loại P-N-P và N-P-N

b Nguyên lý làm việc

Khi chưa cung cấp điện áp ngoài lên các cực của tranzito thì hai tiếp xúc phát

TE và góp TC đều ở trạng thái cân bằng và dòng điện tổng chạy qua các cực của

tranzito bằng 0

Muốn cho tranzito làm việc ta phải cung cấp cho các cực của nó một điện áp

một chiều thích hợp Tùy theo điện áp đặt vào các cực mà ta tạo cho tranzito làm việc

ở các chế độ khác nhau Cả hai loại tranzito P-N-P và N-P-N đều có nguyên lý làm

việc riêng biệt giống hệt nhau, chỉ có chiều nguồn điện cung cấp là ngược dấu nhau

Chế độ tích cực (hay chế độ khuyếch đại): cung cấp nguồn điện một chiều lên

các cực sao cho tiếp xúc phát TE phân cực thuận và tiếp xúc góp TC phân cực ngược

Khi tranzito làm vệc ở chế độ này có khả năng khuyếch đại

Hình 1.29: Các dòng điện và điện áp trên các cực của tranzito PNP ở chế độ tích cực

Hệ số khuếch tán :

β=

Trường hợp tranzito loại P-N-P: β = 0.98 – 0.995

Hệ số khuếch đại dòng điện emitơ α= ICP/IE(a = 0.90 – 0.995)

Quan hệ giữa 3 thành phần dòng điện trong tranzito là :

Hinh 1.30: Chế độ ngắt của tranzito

Lúc này điện trở của tranzito rất

lớn, cực E coi như hở mạch Dòng điện qua cực B bằng dòng ICB0 nhưng ngược dấu

(IB = -ICB0) và UCE = EC

- Chế độ bão hoà: Ở chế độ

này cả hai tiếp giáp TE và TC

đều phân cực thuận và điện thế

E-B lớn hơn điện thế B-C

Điện áp UCE rất nhỏ, trong tính

toán thường sử dụng giá trị

UCE = 0.3 V

Hinh 1.31: Chế độ bão hòa của tranzito

Đặc tuyến truyền đạt của tranzito trong các chế độ làm việc:

Hình 1.32: Đặc tuyến truyền đạt của tranzito

c Đặc tính V-I của tranzito

Chúng ta khảo sát đặc tính V-I của tranzito mắc theo kiểu cực Bazơ chung

Mạch điện được mắc như sau:

Hình 1.33: Sơ đồ mạch điện tranzito mắc theo kiểu cực B chung

- Đặc tuyến ngõ vào (Input curves): là đặc tuyến

biểu diễn sự thay đổi giữa điện áp vào U

điện vào IB. Trên họ đặc tuyến vào ta thấy điện áp UCE ít ảnh hưởng lên dòng điện IB

Hình 1.34: Đặc tính ngõ vào của tranzito Ge loại PNP

- Đặc tuyến ngõ ra (Output

curves): là đặc tuyến biểu diễn sự

thay đổi của dòng điện mạch ra IC

theo điện áp trên mạch ra UCB với

- Điều khiển âm và điều khiển dương:

+ Điều khiển âm: Dòng điện được cấp thẳng tới đầu

dương (đầu vào) của tải còn phía đầu âm (đầu ra) của

tải được điều khiển (ON/OFF)

+ Điều khiển dương: Dòng điện đầu dương (đầu vào)

của tải được điều khiển (ON/OFF) còn đầu âm (đầu ra)

của tải được nối mát

Hình 1.36: Điều khiển âm và điều khiển dương

- Chế độ làm việc của Tranzito:

+ Chế độ công tắc (ON/OFF): Chế độ này được

dùng trong hệ thống phun xăng, đánh lửa, điều

khiển các loại van điện dùng trong các loại cảm

biến

`

Hình 1.37: Chế độ công tắc của Tranzito

+ Chế độ vòi nước:

Chế độ này thường được sử dụng trong các hệ thống điều khiển tốc độ quạt

gió giàn lạnh, điều khiển môtơ bướm ga, điều khiển các van trong hệ thống số tự động

E

B I

h U

Hinh 1.38: Chế độ vòi nước của Tr

1.2.2.5 Tranzito trường (FET _ Field-Efect Transistor)

a Nguyên lý làm việc

Hoạt động của tranzito trường dựa trên nguyên lý hiệu ứng trường nghĩa là độ

dẫn điện của đơn tinh thể bán dẫn do điện trường bên ngoài điều khiển Dòng điện

trong tranzito trường do một loại hạt dẫn tạo nên: Lỗ trống hoặc điện tử nên nó còn

được gọi là cấu kiện đơn cực Nguyên lý hoạt động cơ bản của tranzito trường là dòng

điện đi qua một môi trường bán dẫn có tiết diện thay đổi dưới tác động của điện trường

vuông góc với lớp bán dẫn đó Khi thay đổi cường độ điện trường sẽ làm thay đổi điện

trở của lớp bán dẫn và do đó làm thay đổi dòng điện đi qua nó Lớp bán dẫn này được

gọi là kênh dẫn điện

b Phân loại

Tranzito trường có hai loại chính là:

- Tranzito trường điều khiển bằng tiếp xúc P-N (hay gọi là tranzito trường mối nối):

Junction field-effect transistor – JFET

- Tranzito trường có cực cửa cách điện: Insulated-gate field effect transistor-IGFET

Thông thường lớp cách điện được dùng là lớp oxit nên gọi là

Metal-Oxide-Semiconductor Transistor (MOSFET)

Trong loại tranzito trường có cực cửa cách điện được chia làm hai loại là

MOSFET kênh sẵn và MOSFET kênh cảm ứng Mỗi loại FET lại được phân chia

thành loại kênh N và loại kênh P

Tranzito trường có ba chân cực là cực nguồn S (Source); cực cửa G (gate) và

cực máng D (drain)

Cực nguồn S: là cực mà qua đó các hạt dẫn đa số đi vào kênh và tạo ra dòng

điện nguồn IS

Cực máng D: Là cực mà ở đó các hạt dẫn đa số rời khỏi kênh

Cực cửa G: Là cực điều khiển dòng điện chạy qua kênh

c Một số ưu nhược điểm của tranzito trường so với tranzito lưỡng cực

Ưu điểm:

- Dòng điện qua tranzito chỉ do một loại hạt dẫn đa số tạo nên, do vậy FET là loại cấu

- FET có trở kháng vào rất cao

- Tiếng ồn trong FET ít hơn nhiều so với tranzito lưỡng cực

- Nó không bù điện áp tại dòng ID = 0 và do đó nó là cái ngắt điện tốt

- Có độ ổn định về nhiệt cao

- Tần số làm việc cao

Nhược điểm:

- Hệ số khuếch đại thấp hơn nhiều so với tranzito lưỡng cực

d Ký hiệu của FET trong các sơ đồ mạch

Hình 1.39: Ký hiệu của FET trong các sơ đồ mạch

e Tranzito trường loại điều khiển bằng tiếp xúc P-N (JFET)

Cấu tạo:

Tranzito JFET cấu tạo gồm có một miếng bán dẫn mỏng loại N (kênh loại N)

hoặc loại P (kênh loại P) ở giữa hai tiếp xúc P-N và được gọi là kênh dẫn điện Hai đầu

miếng bán dẫn đó được đưa ra hai chân cực gọi là cực máng D và cực nguồn S Hai

miếng bán dẫn ở hai bên của kênh được nối với nhau và đưa ra một chân cực gọi là

cửa G Cho nên, cực cửa được tách khỏi kênh bằng các tiếp xúc P-N

Các tranzito trường JFET hầu hết là

loại đối xứng, có nghĩa là khi đấu trong

mạch có thể đổi chỗ hai chân cực máng và

nguồn cho nhau thì các tính chất và tham số

của tranzito không hề thay đổi

Hình 1.40: Cấu tạo của tranzito trường JFET kênh dẫn loại N

Nguyên lý hoạt động của JFET:

Nguyên lý làm việc của tranzito trường JFET kênh loại N và kênh loại P giống

nhau Chúng chỉ khác nhau về chiều của nguồn điện cung cấp vào các chân cực

Để cho tranzito trường làm việc ở chế độ khuếch đại phải cung cấp nguồn

điện UGS có chiều sao cho cả hai tiếp xúc P-N đều phân cực ngược Còn nguồn điện

UDS có chiều sao cho các hạt dẫn đa số chuyển động từ cực nguồn S qua kênh về cực

máng D để tạo nên dòng điện trong mạch cực máng ID

Hình 1.41: Sơ đồ nguyên lý làm việc của JFET

Xét sơ đồ nguyên lý làm việc của JFET kênh N: Để hai tiếp xúc P-N đều phân

cực ngược ta phải cung cấp nguồn VGG có cực dương vào chân cực nguồn S, cực âm

vào chân cực cửa G Để cho các hạt dẫn điện tử chuyển động từ cực nguồn về cực

máng thì nguồn điện VD có chiều dương vào

cực máng, chiều âm vào cực nguồn Khi

UDS> 0, thì điện thế tại mỗi điểm dọc theo

kênh sẽ tăng dần từ cực nguồn S đến cực

máng D Do vậy tiếp xúc P-N sẽ bị phân cực

ngược

Hình 1.42: Mô hình đấu nối nguồn cung cấp cho JFET kênh N

Xét khả năng điều khiển của điện áp trên cực cửa UGS đối với dòng điện ID và

đặc tuyến truyền đạt của FET :

Muốn xét khả năng điều khiển dòng điện ID của điện áp trên cực cửa phải đặt

lên cực máng một điện áp UDS1> 0 và giữ cố định

Khi điện áp trên cực cửa UGS = 0V, hai tiếp xúc P-N sẽ được phân cực ngược

mạnh dần từ cực nguồn về phía cực máng, và do đó kênh cũng sẽ hẹp dần về phía cực

máng Tuy nhiên, ở trường hợp này, tiết diện của kênh là lớn nhất nên dòng điện chạy

qua kênh là lớn nhất, ký hiệu là ID0 Khi đặt điện áp trên cực cửa có trị số âm (UGS <

0), thì tiếp xúc P-N được phân cực ngược càng mạnh hơn, và tiết diện của kênh càng

hẹp lại, điện trở của kênh càng tăng, kéo theo dòng

điện ID giảm xuống Khi điện áp trên cực cửa giảm

xuống đến một trị số gọi là điện áp ngắt UGS ngắt

thì hai lớp tiếp xúc P-N phủ trùm lên nhau và kênh

hoàn toàn biến mất, dòng điện chạy qua kênh ID=

0

Quan hệ giữa ID với UGS thể hiện bằng

đường đặc tuyến điều khiển hay còn gọi là đặc

tuyến truyền đạt

- Đặc tuyến ra của JFET :

Đặc tuyến ra chỉ mối quan hệ giữa ID và điện áp máng UGS Đối với JFET kênh

loại N, đặt một trị số UDS= 0 và giữ cố định, sau đó thay đổi trị số điện áp UDS Khi

điện áp UDS= 0 V thì hai tiếp xúc P-N được phân cực ngược đồng đều từ cực nguồn

đến cực máng, tiết diện của kênh là lớn nhất nhưng dòng điện ID= 0 Đặt UDS > 0, và

có giá trị nhỏ, điện thế tại mỗi điểm dọc theo kênh sẽ tăng dần từ cực nguồn đến cực

máng, làm cho tiếp xúc P-N được phân cực ngược mạnh dần về phía cực máng, đồng

thời các hạt dẫn điện tử sẽ chuyển động về cực máng tạo nên dòng điện cực máng ID

Tăng dần điện áp UDS hai tiếp xúc P-N càng được phân cực ngược mạnh hơn về phía

cực máng, tiết diện của kênh càng bị hẹp dần về phía cực máng, nhưng dòng điện ID

lại càng tăng tuyến tính với sự tăng của điện áp UDS Ta có đoạn đặc tuyến dốc đứng

gọi la vùng thuần trở Khi điện áp UDS tăng đến trị số mà tại đó hai tiếp xúc P-N chạm

nhau, tạo ra “điểm thắt’’ của kênh, thì trị số điện áp đó ta gọi là điện áp UDS bão hoà

hay còn gọi là điện áp thắt Lúc này dòng điện ID đạt tới trị số dòng điện bão hoà IDbh

Nếu tiếp tục tăng điện áp cực máng càng dương hơn thì dòng ID không tăng nữa mà

chỉ có tiếp xúc P-N được phân cực ngược mạnh hơn và chúng trùm phủ lên nhau làm

cho một đoạn kênh bị lấp và chiều dài của kênh bị ngắn lại Lúc này, quan hệ giữa

dòng điện ID với điện áp UDS không theo định luật Ôm nữa, ID gần như không đổi khi

UDS tiếp tục tăng

Nếu tăng trị số UDS lên quá cao có

thể xảy ra hiện tượng đánh thủng tiếp

xúc P-N và dòng điện ID sẽ tăng vọt lên

gọi là vùng đánh thủng

Thay đổi trị số điện áp trên cực

cửa và thực hiện lại các bước như trên ta

được họ đặc tuyến ra

Hình 1.44: Họ đặc tuyến ra của JFET kênh loại N

f Tranzito trường loại MOSFET kênh sẵn

Cấu tạo :

MOSFET kênh sẵn còn gọi là MOSFET chế độ nghèo (Depletion-Mode

MOSFET, viết tắt là DMOSFET) Khi chế tạo người ta chế tạo sẵn kênh dẫn, kênh dẫn

loại P hoặc kênh dẫn loại N

Hình 1.45: Cấu tạo của MOSFET kênh sẵn loại P

Nguyên lý làm việc :

Khi làm việc, thông thường cực nguồn S được nối với đế và nối đất nên US =

0 Các điện áp đặt vào các chân cực cửa G và cực máng D là so với chân cực S

Nguyên tắc cung cấp nguồn điện cho các chân cực sao cho hạt dẫn đa số chạy từ cực

nguồn S qua kênh về cực máng D để tạo nên dòng điện ID trong mạch cực máng Còn

điện áp đặt trên cực cửa có

chiều sao cho MOSFET làm

việc ở chế độ giàu hạt dẫn

hoặc ở chế độ nghèo hạt dẫn

Nguyên lý làm việc

của hai loại kênh P và kênh N

giống nhau chỉ có cực tính của

nguồn điện cung cấp cho các

chân cực là trái dấu nhau

Hình 1.46: Sơ đồ nguyên lý của MOSFET kênh sẵn

- Xét khả năng điều khiển của DMOSFET loại P:

Khả năng điều khiển dòng điện ID của điện áp trên cực cửa UGS chính là mối

quan hệ giữa dòng điện ID với điện áp UGS khi UDS cố định

Để các hạt dẫn lỗ trống chuyển động từ cực nguồn S về cực máng D, ta đặt một

điện áp trên cực máng UDS1 < 0 và giữ không đổi Sau đó thay đổi điện áp trên cực cửa

UGS theo chiều dương hoặc theo chiều âm Khi

UGS= 0 thì dưới tác dụng của điện áp UDS các lỗ

trống chuyển động từ cực nguồn về cực máng tạo

nên dòng điện ID Nếu UGS < 0, nhiều lỗ trống được

hút về kênh làm nồng độ hạt dẫn trong kênh tăng

lên, độ dẫn điện của kênh tăng và dòng điện chạy

trong kênh tăng lên Chế độ làm việc này gọi là chế

độ giàu hạt dẫn

Hình 1.47: Đặc tuyến truyền đạt của MOSFET kênh sẵn loại P

Nếu UGS > 0, các lỗ trống bị đẩy ra xa kênh làm nồng độ hạt dẫn trong kênh

giảm xuống, độ dẫn điện của của kênh giảm và dòng điện chạy qua kênh ID giảm

xuống Chế độ làm việc này gọi là chế độ nghèo hạt dẫn

- Xét họ đặc tuyến ra:

Đặc tuyến ra chỉ mối quan hệ giữa ID và điện áp

UDS khi UGS không đổi

Hình 1.48: Đặc tính ra của MOSFET kênh sẵn

loại P

Trên họ đặc tuyến ra, khi điện áp UDS = 0 (V) thì dòng điện qua kênh ID= 0, do

đó đặc tuyến xuất phát từ gốc toạ độ Điều chỉnh cho UDS âm dần, với trị số nhỏ thì

dòng điện ID tăng tuyến tính với sự tăng của điện áp UDS và mối quan hệ này được tính

theo định luật Ôm Ta có vùng thuần trở của đặc tuyến

Khi điện áp UDS đạt tới trị số bão hoà U DSbh thì dòng điện cực máng cũng đạt

tới trị số bão hoà IDbh Trong trường hợp này, lớp tiếp xúc P-N chạm vào đáy của lớp

oxit và kênh có điểm thắt tại cực máng, nên UDSbh còn được gọi là điện áp “thắt“

Nếu cho | UDS | > |UDSbh| thì dòng điện không thay đổi và giữ nguyên trị số bão

hoà IDSbh Đồng thời, tiếp xúc P-N bị phân cực ngược càng mạnh về phía cực máng,

làm cho chiều dài của phần kênh bị “thắt“ tăng lên Độ chênh lệch của điện áp ∆ UDS =

| UDS | - | UDbh| được đặt lên đoạn kênh bị “thắt“ và làm cho cường độ điện trường ở

đây tăng, giúp cho số các lỗ trống vượt qua đoạn kênh bị “thắt“ không thay đổi, do vậy

dòng ID giữ không đổi

Trường hợp nếu đặt UDbh quá lớn sẽ dẫn đến hiện tượng đánh thủng tiếp xúc

P-N ở phía cực máng, dòng điện IDS tăng vọt Lúc này tranzito chuyển sang vùng đánh

thủng Qua các họ đặc tuyến của DMOSFET ta thấy nó làm việc ở cả hai chế độ nghèo

và giàu hạt dẫn DMOSFET có mức ồn nhỏ nên nó được dùng trong các tầng khuếch

đại đầu tiên của thiết bị cao tần Độ hỗ dẫn của nó phụ thuộc vào điện áp U GS nên hệ

số khuếch đại điện áp thường được tự động điều khiển

g Tranzito trường kênh cảm ứng

Cấu tạo:

Tranzito trường kênh cảm ứng còn gọi là MOSFET chế độ giàu

(Enhancement-Mode MOSFET, viết tắt là E-MOSFET) Có hai loại là E-MOSFET loại N và loại P

Hình 1.49: Cấu tạo của MOSFET kênh cảm ứng loại P

Nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý làm việc của loại kênh P và kênh N giống hệt nhau, chỉ khác nhau

về cực tính của nguồn cung cấp đặt lên các chân cực Trước tiên, nối cực nguồn S với

đế và nối đất, sau đó cấp điện áp giữa cực cửa và cực nguồn để tạo kênh dẫn

Tạo kênh dẫn và khả năng điều khiển của MOSFET kênh cảm ứng loại P: Theo

nguyên tắc cấp nguồn điện cho

các chân cực, ta cấp nguồn điện

UGS < 0 để tạo kênh, còn UDS < 0

để tác động cho các lỗ trống

chuyển động từ cực nguồn về cực

máng tạo nên dòng điện ID

Hình 1.50: Sự hình thành kênh dẫn của MOSFET loại P

Khi ta đặt một điện áp UGS < 0 đến một giá trị gọi là điện áp ngưỡng (UGSth) thì

một số các lỗ trống được hút về tạo thành một lớp mỏng các lỗ trống trên bề mặt của

lớp bán dẫn đế Si(N), nối liền cực nguồn với cực máng D và kênh dẫn điện được hình

thành Khi kênh đã xuất hiện, dưới tác dụng của điện trường cực máng, các lỗ trống sẽ

di chuyển từ cực nguồn qua kênh về cực máng và tạo

nên dòng điện trong tranzito ID Tiếp tục cho UGS

càng âm hơn, thì số lỗ trống được hút về kênh càng

nhiều, mật độ hạt dẫn trong kênh càng tăng lên, độ

dẫn điện của kênh càng tăng dẫn đến cường độ dòng

điện chạy qua kênh cũng tăng lên

Hình 1.51: Đặc tuyến truyền đạt của MOSFET kênh cảm ứng loại P

Họ đặc tuyến ra: Họ đặc tuyến ra biểu thị mối quan hệ giữa dòng điện ID và

điện áp UDS với UGS giữ không đổi trong sơ đồ mắc cực nguồn chung như sau:

Hình 1.52: Sơ đồ nguyên lý và đặc tuyến ra của MOSFET kênh cảm ứng loại P

Điện áp đặt lên cực cửa phải đủ lớn để kênh dẫn được hình thành, sau đó ta thay

đổi điện áp UDS và theo dõi sự thay đổi của dòng ID theo điện áp UD

Nếu UDS = 0 thì các lỗ trống không chuyển động về cực máng nên ID = 0 Khi

UDS có trị số nhỏ, thì điện thế tại mỗi điểm dọc theo kênh sẽ giảm dần từ cực nguồn S

đến cực máng D Dưới tác dụng của điện áp UD các lỗ trống sẽ di chuyển từ cực nguồn

đến cực máng tạo nên dòng ID Tiếp tục cho điện áp UDS càng âm thì dòng ID tăng

nhanh và tăng tuyến tính với sự tăng của điện áp âm UDS Đồng thời tiếp xúc P-N cũng

được phân cực ngược tăng dần từ cực nguồn đến cực máng, bề dày lớp tiếp xúc tăng

dần về phía cực máng và kênh hẹp dần về phía cực máng, điện trở kênh tăng lên Ta có

đoạn dốc của đặc tuyến gọi là vùng thuần trở

Khi trị số điện áp trên cực máng đạt trị số mà tại đó bề dày của tiếp xúc P-N

tăng lên chạm vào đáy của lớp oxit ở phía cực máng thì ta gọi là điện áp cực máng bão

hoà (UDSbh) Lúc này dòng điện ID đạt trị số bão hoà IDbh Tiếp tục cho điện áp UDS

càng âm hơn, thì bề dày của lớp tiếp xúc P-N càng tăng về phía cực máng, phần kênh

bị “thắt“ lại càng tăng lên và chiều dài của kênh bị ngắn lại, nhưng dòng điện không

đổi và bằng IDbh Trong trường hợp này, độ gia tăng của trị số điện áp cực máng UDS sẽ

được đặt lên đoạn kênh bị “thắt“ Và nó tác dụng trực tiếp lên phần kênh còn lại, kích

thích sự chuyển dịch của các hạt lỗ trống từ cực nguồn vượt qua đoạn kênh bị “thắt’’

để về cực máng làm dòng điện ID không đổi Ta có vùng ID không đổi Nếu trị số của

UDS quá lớn thì có thể xảy ra hiện tượng đánh thủng lớp tiếp xúc P-N ở phía cực máng,

làm cho dòng điện ID tăng vọt lên

1.3 Các thiết bị nguồn và giắc

Hình 1.53: Cấu tạo cầu chì Hình 1.54: Một số loại cầu chì

- Ký hiệu :

b Cách đọc giá trị tải cực đại

- Giá trị dòng điện cực đại cho phép được ghi trên vỏ cầu chì, ví dụ: 10A, 15A, 20A,

Bảng 1.5: Màu vỏ của cầu chì hộp

+ Đối với cầu chì loại thanh:

Bảng 1.6: Màu vỏ của cầu chì thanh

c Cầu chì tự nhảy

Hay còn gọi là cầu chì nhiệt, rơle nhiệt-Circuit breaker, là một cầu chì với một

thanh lưỡng kim thay cho phần nóng chảy Khi dòng điện chạy qua thanh lưỡng kim

đạt tới một giá trị tới hạn, thanh sẽ cong lên và mở tiếp điểm, ngắt dòng điện

Trước khi hoạt động Sau khi hoạt động

Hình 1.55: Hoạt động của cầu chì tự nhảy

Có hai loại: loại thường và loại tự động

Loại thường Loại tự động

Hình 1.56: Hai loại cầu chì tự nhảy

Ký hiệu trên sơ đồ mạch: Loại thường:

Loại tự động:

1.3.2 Rơ le điện từ

Là một linh kiện điện từ dùng để đóng mở các tiếp điểm trong mạch điện bằng

lực điện từ của cuộn dây nam châm điện

Hình 1.57: Rơle điện từ

Rơle thường mở: Rơle luôn mở tiếp điểm khi không có dòng điện chạy qua cuộn dây

Hình 1.58: Rơ le thường mở Hình 1.59: Rơle thường đóng

Rơle thường đóng: Rơle luôn đóng tiếp điểm khi không có dòng điện chạy qua cuộn

dây

Rơle kiểu hỗn hợp: Gồm nhiều rơle đơn thường đóng và thường mở

Hình 1.60: Rơle kiểu hỗn hợp

Bảng 1.7: Một số loại rơle

1.3.3 Giắc và các mạch đấu nối

- Giắc dùng để kết nối các linh kiện điện với nguồn hoặc giữa các nguồn Có nhiều

hình dáng khác nhau như hình chữ nhật, hình vuông, tròn… và có từ 1 đến 21 chân

giắc Tuỳ theo hình dáng chân giắc mà ta có giắc đực và giắc cái

Hình 1.61: Giắc đực và giắc cái Hình 1.62: Ký hiệu giắc

- Ký hiệu trên sơ đồ mạch: Giắc được ký hiệu bởi “CN” và các thông số đi kèm

Ví dụ: CN – M29 (X4)

Trong đó:

CN - giắc M29 – Số thứ tự của giắc này trên sơ đồ mạch

X – Kiểu giắc

4 – Số chân giắc

CHƯƠNG 2 : HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

2.1 Công dụng và yêu cầu

a Công dụng

Cung cấp điện áp một chiều ổn định (12-14V) cho tất cả các hệ thống điện trên

ôtô ở mọi chế độ làm việc

b Yêu cầu

Máy phát phải luôn tạo ra một điện áp ổn định (13.6-14.8V đối với hệ thống

điện 14 V) 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 Máy phát cũng phải có

độ bền cao trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm lớn, có thể làm việc ở những vùng có

điều kiện bụi bẩn, dầu nhớt và độ rung lớn Việc duy tu và bảo dưỡng càng ít càng tốt

2.2 Sơ đồ hệ thống và bố trí thiết bị

a Sơ đồ hệ thống cung cấp điện

Hình 2.1: Hệ thống cung cấp điện 1- Máy phát; 2-Ắc quy; 3-Đèn báo nạp; 4-Khoá điện

b Các thiết bị trong hệ thống

- Máy phát điện (+ tiết chế): Nguồn điện năng chính

- Ắc quy: Nguồn điện năng dự trữ

- Cơ cấu báo nạp

- Khoá điện

2.3 Các thiết bị chính trong hệ thống cung cấp điện

2.3.1 Ắc quy

Trên động cơ ôtô người ta có thể sử dụng 1 trong 2 loại ắc quy là: ắc quy a xít

hoặc ắc quy kiềm Tuy nhiên ắc quy kiềm thường được dùng trong các xe quân sự vì

kích thước to, độ bền cao nhưng giá đắt Nên ở đây ta chỉ nói đến ắc quy axit

a Cấu tạo

Bao gồm nhiều ắc quy đơn mắc nối tiếp, mỗi ắc quy đơn cho điện áp ra U =

2.11-2.13 V

Hình 2.2: Cấu tạo ắc quy 1- Cực âm; 2- Nút thông hơi; 3- Mắt kiểm tra; 4- Cực dương;

5- Dung dịch; 6- Ngăn ắc quy; 7- Bản cực

- Khối bản cực:

Hình 2.3: Khối bản cực

1 – Chùm cực dương; 2 – Đầu cực dương; 3 – Các tấm ngăn

4 – Đầu cực âm; 5 – Chùm cực âm

Dung dịch điện phân: Là dung dịch (H2SO4) có tỷ trọng ρ=1,23–1.26 g/cm3

đặc trưng cho nồng độ dung dịch

b Đặc điểm làm việc

Trên ôtô không có ắc quy khô, chỉ có ắc quy không bảo dưỡng (đổ nước 1

lần) và ắc quy bảo dưỡng (đổ nước nhiều lần)

Ắc quy bảo dưỡng: phải kiểm tra mức dung dịch điện phân và đổ thêm nước

cất nếu thiếu

+ Phải kiểm tra nồng độ dung dịch (tỷ trọng), nếu thấp tức là ắc quy đói, phải

nạp thêm

+ Phải lau chùi bề mặt ắc quy một các thường xuyên

Ắc quy không bảo dưỡng: cần quan sát mắt màu trên nắp bình

Hình 2.4: Mức dung dịch điện phân và màu sắc trên nắp bình ắc quy không bảo dưỡng

c Các thông số sử dụng của ắc quy

Điện áp: 6V, 9V,12V, đa cực

Dung lượng ắc quy (điện dung của bình ắc quy)

+ C10, Q10: Là dung lượng tính theo 10 giờ phóng điện

C10 = Iphóng điện.10giờ, ví dụ: 70 Ah

+ C20, Q20: Là dung lượng tính theo 20 giờ phóng điện

C20 = Iphóng điện.20giờ, ví dụ : 126Ah

Nạp ắc quy : Nạp theo hai cách:

+ Đối với ắc quy mới: Nạp với dòng điện không đổi IN = 0,1Q10 trong suốt thời

gian nạp 13 giờ

+ Đối với ắc quy cần nạp bổ xung: Nạp với điện áp không đổi:

UN = 2,3 – 2,4V/1 ắc quy đơn, trong thời gian 3 giờ nạp, đạt được 80% điện dung

bổ xung

2.3.2 Máy phát điện trên ôtô (Alternator)

Máy phát điện trên ôtô là máy phát điện xoay chiều gồm các loại:

- Máy phát điện có chổi than: Dùng cho các xe phổ thông

- Máy phát điện không có chổi than

- Máy phát điện loại mới 6 pha, 12 điốt ổn áp

- Máy phát điện cho động cơ điêzen có bơm chân không

Hình 2.5: Máy phát điện xoay chiều

2.3.2.1 Máy phát điện loại có chổi than

a Chức năng cơ bản: 3 chức năng cơ bản

- Phát điện

- Chỉnh lưu dòng xoay chiều 3 pha do máy phát tạo ra thành dòng một chiều

- Hiệu chỉnh điện áp: Tiết chế điều chỉnh điện áp sinh ra và dòng điện áp hiện

thời đi đến thiết bị điện để đảm bảo nó là luôn bằng hằng số khi tốc độ quay

của rôto máy phát thay đổi

- Stato (phần ứng, phần phát điện): là khối thép định hình rãnh và răng, cuộn

dây 3 pha (đấu hình sao hoặc tam giác)

Hình 2.7: Stato mắc hình sao

Hình 2.8: Stato mắc hình tam giác

Bộ chỉnh lưu (Rectifier - giàn điốt): Có chức năng biến dòng xoay chiều 3 pha

trong stato thành dòng một chiều Bộ chỉnh lưu có từ 6, 8, 9, 11 và 12 điốt (loại máy

phát 6 pha đời mới, dùng điốt ổn áp )

Hình 2.9: Bộ chỉnh lưu Rectifier

Hình 2.10: Các kiểu bộ chỉnh lưu

- Bộ tiết chế IC (IC Regulator): Điều chỉnh dòng điện kích từ đến cuộn dây kích

từ để kiểm soát điện áp ra

Hình 2.11: Bộ tiết chế IC(IC regulator)

Giắc cắm (chân ra) của tiết chế có hai loại, loại nhận biết điện áp máy phát và

loại nhận biết điện áp ắc quy

Hình 2.12: Chân ra của tiết chế IC

c Nguyên lý hoạt động

- Điện áp được tạo ra trong cuộn dây stato:

Hình 2.13: Điện áp được tạo ra trong cuộn dây stato

- Sự chỉnh lưu dòng xoay chiều 3 pha:

Hình 2.14: Sự chỉnh lưu dòng điện xoay chiều 3 pha

Đặc tuyến tải theo số vòng quay của máy phát: Khi điện áp đầu ra của máy phát

được giữ không đổi là 14V, dòng điện có thể phát tối đa của máy phát tăng theo tốc độ

quay Tuy nhiên nó bị giới hạn bởi hai yếu tố:

+ Cảm kháng: Cảm kháng sinh ra trong cuộn stato khi

dòng điện xoay chiều chạy qua nó Cảm kháng tăng khi

tốc độ tăng

+ Hiện tượng phản từ: Từ trường được sinh ra khi có

dòng điện chạy qua cuộn dây stato (khi máy phát có tải)

Từ trường này làm yếu lực từ của rôto

Hình 2.15: Đặc tính tải của máy phát

Dòng điện phát ra phụ thuộc vào nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng, dòng điện phát

ra giảm

Vì khi nhiệt độ tăng, điện trở của cuộn dây kích từ tăng làm giảm dòng kích từ

khiến kích từ giảm theo Thêm vào đó, khi nhiệt độ tăng, điện trở stato tăng nên dòng

phát ra giảm

- Chức năng của điốt điểm trung hòa:

Cuộn dây stato mắc hình sao có điểm trung hòa Điện áp tại điểm này có

thành phần xoay chiều khi có tải, giá trị đỉnh của thành phần xoay chiều này sẽ vượt

giá trị điện áp ra của máy phát ở tốc độ hơn

2000 – 3000 vòng/phút Có thêm hai điốt điểm

trung tính sẽ lấy được phần điện áp trượt này để

làm tăng công suất máy phát

Hình 2.16: Hai điốt bù điểm trung hòa

Hình 2.17: Thành phần điện áp xoay chiều Hinh 2.18: Đặc tính tải khi có

tại điểm trung hòa điốt điểm trung hòa

2.3.2.2 Máy phát điện loại mới 6 pha, 12 đi ốt ổn áp

Hình 2.19: Máy phát 6 pha, 12 điode ổn áp

Một hệ thống thanh dẫn điện nối với nhau (dây đồng tiết diện vuông) được áp

dụng trong cuộn dây stato hàn trong hệ thống day quấn như thông thường, điện trở

giảm đi và máy phát sẽ gọn hơn

Máy phát sử dụn 2 bộ dây cuốn 3 pha Do chúng cân bằng âm thanh trường

của nhau (sinh ra trong stato) nên tiếng ồn được cải thiện

2.3.2.3 Máy phát điện cho động cơ điêzen có bơm chân không

Hình 2.20: Máy phát điện cho động cơ điêzen có bơm chân không

Đặc tính của máy phát điện xoay chiều có bơm chân không

- Nó được trang bị bơm cở chân không và tạo ra áp suất âm cho bộ trợ lức

phanh

- Bơm chân khong được lắp trên trục của máy phát và quay cùng trục này

- Có thể chia máy phát này thành 2 loại sau:

+ Loại có bơm chân không ở phía puli

+ loại có bơm chân không ở phía đối diện với puli

2.3.2.4 Máy phát loại không có chổi than

Hình 2.21: Máy phát loại

không có chổi than

1 Cuộn dây kích thích, 2 bạc

lót; 3 trục roto; 4 Cộn dây roto

5 gông từ, 6 Nắp sau; 7 cuộn

dây stato, 8 nắp trước

Nguyên lý hoạt động của

máy phát điện loại không có chổi than tương tự nguyên lý của cảm biến loại từ

điện (được nêu ở chương 4)

1 Rotor nam châm ; 2 Lõi thép từ ; 3.Cuộn phát xung

Hình 2.22: Nguyên lý hoạt động của máy phát loại không có chổi than

Nam châm được gắn trên rotor, còn cuộn phát xung được quấn quanh một lõi

thép và cố định trên vỏ của máy phát Khi nam châm quay, từ thông xuyên qua cuộn

phát xung biến thiên tạo nên một sức điện động trong cuộn phát xung

Trong đó:

- k: hệ số phụ thuộc chất liệu từ của lõi thép và khe hở giữa lõi thép và

cánh phát xung

- : số vòng dây cuốn trên lõi thép từ

- n: tốc độ quay của rotor

-

t

d

d

: độ biến thiên của từ thông trong lõi thép từ

Do từ thông qua cuộn phát xung đổi dấu nên sức điện động sinh ra trong cuộn

phát xung lớn Tại thời điểm từ trường biến thiên lớn nhất sinh ra sức điện động e là

lớn nhất tương ứng với điểm B trên hình 2.22 Khi từ trường biến thiên nhỏ nhất tại

điểm C thì sức điện động giảm về 0 (khi cánh của rôt nam châm và cuộn phát sung

đối diên nhau) Khi qua vị trí đối xứng từ thông lại tăng dần cho tới điểm Đ đạt max và

sinh ra sức điện động lớn nhất nhưng đổi dấu

2.3.3 Bộ điều chỉnh điện (bộ tiết chế IC)

a Chức năng của bộ tiết chế

- Điều chỉnh điện áp máy phát Umf : ổn định ở một giá trị trong dải 13.6V – 14,8V

Ta có: Umf = c.nmf KT – Imf.Z

- Báo bạp: Bật, tắt đèn báo nạp để báo hiệu máy phát đã cung cấp điện cho mạng điện

- Báo sự cố trong hệ thống cung cấp điện

dt

d k

.