Khoa Cơ khí Động lực Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Học phần hệ thống điện động cơ 1 MỤC LỤC CHƢƠNG 1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG 1 1 1 Các khái niệm, quy ƣớc và mã cơ bản 4 1 2 Linh kiện điện và điện tử cơ b.
CÁC VẤN ĐỀ CHUNG
Linh kiện điện và điện tử cơ bản
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 gồm có 3 dạng là:
- Điện trở có trị số cố định
* Điện trở có trị số cố định Điện trở có trị số cố định thường được phân loại theo vật liệu cản điện như:
+ Điện trở than nhiệt giải hoặc than màng (màng tinh thể)
Điện trở dây quấn được cấu thành từ sợi dây điện trở dài, thường là NiCr, manganin hoặc constantan, được quấn quanh một ống gốm ceramic Toàn bộ sợi dây quấn sau đó được phủ bên ngoài bằng một lớp sứ bảo vệ, nhằm tăng độ bền và cách điện cho điện trở Thiết kế này tối ưu hóa khả năng chịu nhiệt và độ tin cậy của điện trở trong các ứng dụng công nghiệp và điện tử.
Điện trở màng kim, điện trở màng oxit kim loại hoặc điện trở miếng là các loại điện trở thuộc thành phần vi điện tử Dạng điện trở miếng thông dụng nhất là được in luôn trên tấm dáp mạch, giúp tích hợp dễ dàng và tiết kiệm không gian cho các thiết kế mạch vi điện tử.
+ Điện trở cermet (gốm kim loại) a b
Hình 1.4: Điện trở có trị số cố định a – Hình dạng thực tế b – Ký hiệu trong mạch
Dựa vào ứng dụng điện trở đƣợc phân loại nhƣ 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
Màng kim loại Điện trở miếng
Cách đọc giá trị điện trở cố định:
Giá trị điện trở đƣợc ghi trực tiếp:
Hình 1.5: Cách đọc giá trị điện trở
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
STT MÃ GHI GIÁ TRỊ
Giá trị điện trở đƣợc sơn bằng mã màu:
Tùy theo số vòng trên điện trở (4, 5 hay 6 vòng), ý nghĩa của từng vòng đƣợc 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 tƣ: 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
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 tƣ: 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 có hai dạng chính: dạng kiểm soát dòng công suất lớn dùng dây quấn (ít gặp trong các mạch điện trở) và dạng phổ biến hơn là chiết áp Cấu tạo của biến trở so với điện trở cố định chủ yếu là có thêm một con chạy gắn với một trục xoay để điều chỉnh trị số điện trở Con chạy có kiểu thiết kế xoay (chiết áp xoay) hoặc theo kiểu trượt (chiết áp trượt) Chiết áp có 3 đầu ra, đầu giữa ứng với con chạy và hai đầu còn lại ứng với hai đầu điện trở.
Hình 1.8b:Kỹ hiệu biến trở
Điện trở biến thiên được chia thành các dạng khác nhau Trong đó điện trở nhiệt tecmixto là một loại linh kiện bán dẫn có trị số điện trở thay đổi theo nhiệt độ Khi ở nhiệt độ bình thường tecmixto hoạt động như một điện trở, còn khi nhiệt độ tăng cao thì điện trở của nó sẽ giảm.
Hình ảnh thực tế của điện trở nhiệt tecmixto: a b
Hình 1.9: Điện trở nhiệt tecmixto a- Hình ảnh thực tế b – Ký hiệu trong mạch Quang trở:
Quang trở là một loại điện trở có điện trở suất giảm nhanh khi bị chiếu sáng, hoạt động dựa trên hiện tượng quang dẫn và được chế tạo từ chất CdS Khi ánh sáng chiếu lên quang trở, các điện tử bị kích thích làm tăng độ dẫn và làm giảm điện trở suất, cho phép dòng điện tăng lên theo cường độ ánh sáng Nhờ đặc tính nhạy sáng này, quang trở có ứng dụng rộng rãi trong cảm biến ánh sáng, điều khiển tín hiệu và các thiết bị quang điện tử.
Hình 1.10: Quang trở a – Hình ảnh thực tế b – Ký hiệu trong mạch Đơn vị của điện trở: đơn vị là Ω (Ohm)
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 điện tử thụ động được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử Nó được cấu tạo từ hai bản cực làm bằng kim loại đặt song song với nhau, ở giữa là một lớp cách điện gọi là điện môi Nhờ cấu trúc này, tụ điện có thể lưu trữ điện tích và ảnh hưởng đến các đặc tính của mạch điện nhờ điện môi và kích thước của hai bản cực.
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 đƣợc chia thành những loại sau:
- Tụ điện có điện dung thay đổi
Chúng ta đi tìm hiểu từng loại tụ điện một
Tụ hóa là loại tụ có phân cực, nên khi lắp đặt cần cắm đúng chân của tụ điện với nguồn điện áp cung cấp Vì tính phân cực, người dùng phải nhận biết đúng cực dương và cực âm Thông thường, các loại tụ hóa có ký hiệu chân rõ ràng bằng các ký hiệu + và - tương ứng với chân tụ, giúp nhận diện dễ dàng trên sơ đồ và khi lắp đặt thực tế Trong tài liệu, người dùng có thể tham khảo a Hình ảnh thực tế và b Ký hiệu để đảm bảo đấu đúng cực.
Hình 1.13: Ký hiệu trong mạch của tụ thường
+ Tụ điện có điện dung thay đổi:
Tụ điện có điện dung thay đổi được là loại tụ điện cho phép điều chỉnh trị số điện dung trong quá trình làm việc Nhờ khả năng này, ta có thể thay đổi điện dung để ảnh hưởng đến tần số và đáp ứng tín hiệu của mạch, từ đó tối ưu hóa hoạt động và hiệu suất hệ thống Tụ điện có điện dung thay đổi được có ứng dụng rộng rãi trong lọc tín hiệu, điều chế và ổn định tần số, cũng như điều chỉnh mạch dao động tùy theo thiết kế và yêu cầu vận hành Vì thế, loại tụ này mang lại sự linh hoạt cao cho thiết kế và vận hành các thiết bị điện tử.
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
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 ƣớc:
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 ƣớc khác nhau nhƣ quy ƣớc mã, quy ƣớc màu … Sau đây ta chỉ nêu một số quy ƣớc 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 ƣớc mã: Giống nhƣ 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 phõn cực thường được ghi theo đơn vị àF cựng điện ỏp 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 cho tụ điện có nhiều loại, ví dụ loại 4 vạch màu và loại 5 vạch màu Nhìn chung các vạch màu quy ước cho tụ điện tương tự như quy ước màu cho điện trở.
Hình 1.15: Mã màu của tụ điện
Vạch 1 Vạch 2 Vạch 3 Vạch 4 Vạch 4 Vạch 5
Dung sai Polyster Đen 0 0 1 - 2PF 20% -
Bảng 1.4: Bảng phân loại tụ điện theo vật liệu và công dụng
Loại tụ Điện dung U làm việc (Vdc) t 0 làm việc
-Ta 2 O 3 (nung dính, chất điện giải rắn có cực tính)
-Màng dính ƣớt có cực
-Al 2 O 3 khô có cực tính
Hầu hết các chất bán dẫn đều có các nguyên tử sắp xếp theo cấu tạo tinh thể
Hai chất bán dẫn đƣợc dùng nhiều nhất trong kỹ thuật chế tạo linh kiện điện tử là
Silicium và Germanium đều có cấu hình electron ở lớp ngoài cùng là 4 electron, liên kết với 4 nguyên tử lân cận để hình thành 4 liên kết hóa trị Vì vậy, tinh thể của Silicium và Germanium ở nhiệt độ thấp là các chất cách điện; khi nhiệt độ tăng từ 0 K lên 300 K, sự kích thích của electron làm tăng khả năng dẫn điện, khiến chúng trở thành vật liệu bán dẫn.
Hình 1.16: Tinh thể chất bán dẫn
Khi tăng nhiệt độ của tinh thể, năng lượng nhiệt làm tăng động năng của một số điện tử và có thể làm đứt một số liên kết hóa trị Các electron ở các liên kết bị đứt rời ra và có thể di chuyển dễ dàng trong mạng tinh thể dưới tác dụng của trường điện Tại các liên kết hóa trị bị đứt xuất hiện các lỗ trống (hole) Nói cách khác, nhiệt năng làm tăng năng lượng của các điện tử trong dải hóa trị.
Khi năng lƣợng này lớn hơn năng lƣợng của dải cấm (0,7 eV đối với Ge và
Đối với silicon (Si) có dải cấm khoảng 1,12 eV, electron có thể vượt qua dải cấm sang dải dẫn điện và để lại lỗ trống (trạng thái năng lượng trống) trong dải hóa trị Ta gọi n là mật độ electron tự do trong dải dẫn và p là mật độ lỗ trống trong dải hóa trị Khi n = p, chất bán dẫn được xem là thuần (intrinsic) Thông thường, việc chế tạo một loại chất bán dẫn thuần như vậy rất khó khăn.
Khi Si được pha tạp bằng các nguyên tử thuộc nhóm V của bảng tuần hoàn như Arsenic (As), photpho (P) và Antimony (Sb), bán kính nguyên tử của As gần bằng bán kính Si nên nó có thể thay thế một nguyên tử Si trong mạng tinh thể Bốn electron hóa trị của As liên kết với bốn nguyên tử Si lân cận để hình thành bốn liên kết hóa trị; electron còn lại của As nằm ở mức năng lượng gần dải dẫn Vì vậy ở nhiệt độ thấp chất bán dẫn pha tạp nhóm-V hầu như không dẫn điện; quá trình ion hóa các electron donor khiến nó trở thành loại N (n-type), trong khi loại P (p-type) được tạo ra khi pha tạp bằng các nguyên tử thuộc nhóm III mang lại lỗ trống hóa trị.
Hình 1.17: Tinh thể chất bán dẫn
Khi tăng nhiệt độ của tinh thể, một số electron liên kết bị kích thích rời khỏi dải hóa trị và tạo ra các lỗ trống trên dải hóa trị đồng thời sinh ra electron tự do ở dải dẫn điện Hầu hết các electron tự do nhận năng lượng nhiệt và di chuyển lên dải dẫn điện, khiến số electron ở dải dẫn điện lớn hơn số lỗ ở dải hóa trị Do đó, ta gọi loại bán dẫn này là bán dẫn loại N.
Các thiết bị nguồn và giắc
1.3.1 Cầu chì a Cấu tạo và ký hiệu
- Gồm 3 phần chính: Vỏ, cực và phần nóng chảy
- Có một số loại cầu chì cơ bản: loại dẹt, loại hộp, loại thanh nối
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 đƣợc ghi trên vỏ cầu chì, ví dụ: 10A, 15A, 20A,
- Nhận biết bằng màu vỏ:
Khả năng chịu tải (A) Màu vỏ
Bảng 1.5: Màu vỏ của cầu chì hộp
+ Đối với cầu chì loại thanh:
Khả năng chịu tải (A) Màu vỏ
Bảng 1.6: Màu vỏ của cầu chì thanh c Cầu chì tự nhảy
Cầu chì nhiệt, hay còn gọi là rơ-le nhiệt và circuit breaker, là một loại cầu chì có một thanh lưỡng kim thay cho phần nóng chảy Khi dòng điện chạy qua thanh lưỡng kim đạt tới giá trị tới hạn, thanh sẽ cong lên và mở tiếp điểm, ngắt dòng điện để bảo vệ mạch điện khỏi quá tải.
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:
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
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 là bộ phận dùng để kết nối các linh kiện điện với nguồn hoặc giữa các nguồn, giúp đường dẫn điện được thiết kế và ổn định Có nhiều hình dáng khác nhau như hình chữ nhật, hình vuông và hình tròn, và có từ 1 đến 21 chân tùy loại Tùy theo hình dáng và số chân của 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 đƣợc ký hiệu bởi “CN” và các thông số đi kèm
CN - giắc M29 – Số thứ tự của giắc này trên sơ đồ mạch
HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
Công dụng và yêu cầu
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 điện áp ổn định (13.6–14.8 V cho hệ thống 12 V) ở mọi chế độ tải; máy có cấu trúc và kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, giá thành thấp và tuổi thọ cao Đồng thời, máy phát cần có độ bền cao trước nhiệt độ và độ ẩm lớn, có thể làm việc ở những vùng có bụi bẩn, dầu nhớt và rung động nhiều Việc bảo dưỡng và bảo trì càng ít càng tốt.
Các thiết bị trong hệ thống
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 12 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 dƣỡng 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
2.3 Các thiết bị chính trong hệ thống cung cấp điện
Trong động cơ ôtô, người ta có thể sử dụng một trong hai loại ắc quy là ắc quy axit và 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 và giới thiệu khái quát về cấu tạo của chúng ở mục 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
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 (H 2 SO 4 ) có tỷ trọng ρ=1,23–1.26 g/cm 3 đặc trƣng cho nồng độ dung dịch b Đặc điểm làm việc
Trên ôtô hiện nay 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) Đối với 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 dƣỡng: 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 lƣợng ắc quy (điện dung của bình ắc quy)
+ C10, Q10: Là dung lƣợng tính theo 10 giờ phóng điện
C10 = I phóng điện 10giờ, ví dụ: 70 Ah
+ C20, Q20: Là dung lƣợng tính theo 20 giờ phóng điện
C20 = I phóng 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:
U N = 2,3 – 2,4V/1 ắc quy đơn, trong thời gian 3 giờ nạp, đạt đƣợc 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
- Chỉnh lưu dòng xoay chiều 3 pha do máy phát tạo ra thành dòng một chiều
Hiệu chỉnh điện áp là quá trình điều chế điện áp sinh ra và dòng điện áp cấp tới thiết bị điện để đảm bảo điện áp đầu ra luôn ổn định khi tốc độ quay của rôto máy phát thay đổi Trong mục b Cấu tạo, hệ thống hiệu chỉnh điện áp được mô tả bằng các thành phần chính tham gia điều chỉnh và duy trì sự ổn định của điện áp và dòng điện, bất kể biến động tốc độ quay.
- Rô to (phần cảm), cuộn dây kích từ, hai chùm cực hình móng, 2 vòng tiếp điện
- 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, cung cấp nguồn DC ổn định cho tải và hệ thống Là thành phần quan trọng của nguồn điện, bộ chỉnh lưu được sản xuất với các cấu hình từ 6 đến 12 điốt, bao gồm các mức 6, 8, 9, 11 và 12 điốt Trong các loại máy phát 6 pha đời mới, bộ chỉnh lưu thường dùng điốt ổn áp để tăng hiệu suất và độ ổn định của nguồn DC.
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 đƣợc 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 mô tả sự chỉnh lưu dòng điện xoay chiều 3 pha và đặc tuyến tải theo số vòng quay của máy phát Khi điện áp đầu ra của máy phát được giữ cố định ở 14V, dòng điện tối đa có thể phát ra tăng theo tốc độ quay của máy phát Tuy nhiên, nó bị giới hạn bởi hai yếu tố chính, ảnh hưởng đến khả năng tải và an toàn của hệ thống.
+ 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
Khi nhiệt độ tăng, điện trở của cuộn dây kích từ tăng lên khiến dòng kích từ giảm, do đó kích từ của máy phát cũng giảm theo Thêm vào đó, nhiệt độ tăng làm tăng điện trở của stato, khiến dòng phát ra giảm Những tác động này cho thấy sự phụ thuộc của hiệu suất máy phát vào nhiệt độ và nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát nhiệt độ để duy trì mức kích từ và dòng điện đầu ra ổn định.
- Chức năng của điốt điểm trung hòa:
Cuộn dây stato được mắc hình sao có điểm trung hòa Khi có tải, tại điểm trung hòa này xuất hiện một thành phần xoay chiều, và giá trị đỉnh của thành phần xoay chiều này có thể vượt quá điện áp ra của máy phát ở một tốc độ nhất định, đòi hỏi thiết kế và biện pháp bảo vệ phù hợp để đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả của hệ thống.
2000 – 3000 vòng/phút Có thêm hai điốt điểm trung tính sẽ lấy đƣợc phần điện áp trƣợt 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 liên kết với nhau bằng dây đồng tiết diện vuông được áp dụng trong cuộn dây Stato hàn và hệ thống dây quấn như thông thường, nhằm giảm điện trở và khiến máy phát gọn nhẹ 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 đƣợc 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 đƣợc trang bị bơm cở chân không và tạo ra áp suất âm cho bộ trợ lức phanh
- Bơm chân khong đƣợc 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 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 và cuộn phát xung được quấn quanh lõi thép, cố định trên vỏ máy phát Khi nam châm quay, từ thông xuyên qua cuộn phát xung biến thiên và tạo ra điện áp cảm ứng trong cuộn phát xung.
- 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
: 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 rất lớn Tại thời điểm từ trường biến thiên lớn nhất, sức điện động e đạt giá trị lớn nhất, tương ứng với điểm B trên hình 2.22 Khi từ trường biến thiên nhỏ nhất tại điểm C, sức điện động giảm về 0, cho thấy cánh của rôto nam châm và cuộn phát xung đối diện nhau Qua vị trí đối xứng, từ thông lại tăng dần cho tới điểm D và đạt cực đại, sinh ra sức điện động lớn nhất nhưng đổi dấu.
2.3.3 Bộ điều chỉnh điện (bộ tiết chế) a Chức năng của bộ tiết chế
- Điều chỉnh điện áp máy phát U mf : ổn định ở một giá trị trong dải 13.6V – 14,8V
Ta có: U mf = c.n mf KT – I mf 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 b Sơ đồ cơ bản của bộ tiết chế dt k d e
Hình 2.23: Bộ tiết chế IC kiểu M3
M.IC: Theo dõi điện áp ra và điều khiển dòng kích từ, đèn báo sạc và tải ở đầu dây L
Tr1: Điều chỉnh dòng kích từ
Tr2: Điều khiển nguồn đƣợc nối với tải cung cấp cho cực L
Tr3: Bật tắt đèn báo nạp
D1: Điốt hấp thụ dòng điện cảm ứng trong cuộn dây kích từ
IG: Giắc cấp dương từ khóa điện vào máy phát để kích từ ban đầu (mồi từ) cho máy phát (Igniton switch)
B: Cọc dương của máy phát (Battery)
F: Giắc kích từ (Field) điều khiển dòng qua cuộn dây kích từ
S: Giắc tín hiệu điện áp máy phát đƣa về bộ tiết chế so sánh (Sensing), giắc này chỉ ở tiết chế kiểu nhận biết điện áp ắc quy
L: Giắc đèn báo nạp (Lamp) nối mát cho đèn báo sạc khi tranzito 3 mở, cung cấp điện cho tải khi tranzito 2 mở
P: Giắc trích điện áp ở một pha xoay chiều đƣa vào bộ tiết chế để tắt đèn báo nạp (Phase) d Cơ chế hoạt động của bộ tiết chế IC loại nhận biết điện áp ắc quy
+ Khi bật khóa điện bật ON và động cơ tắt máy:
Khi bật khóa điện ON, điện áp ắc quy đƣợc đặt vào cực IG, làm kích hoạt mạch
M.IC nơi cảm nhận điện áp ắc quy Lúc này động cơ vẫn chƣa hoạt động máy phát không phát ra điện M.IC nhận biết 0V tại đầu P
Khi M.IC nhận biết 0V tại đầu P, nó điều khiển Tr1 đóng ngắt liên tục làm giảm dòng qua cuộn dây rotor để ắc quy không bị phóng hết điện
Khi máy phát bắt đầu quay và phát điện, điện áp tại đầu P sẽ làm M.IC điều khiển khóa Tr3 và cho dòng qua đèn báo sạc Lúc này Tr2 dẫn và có dòng điện qua tải Khi tốc độ máy phát tăng, cường độ dòng kích từ đủ để điện áp phát ra tăng lên.
+ Khi máy phát đang phát điện (điện áp cao hơn điện áp điều chỉnh):
Khi điện áp tại chân S vượt quá điện áp hiệu chỉnh trong khi động cơ đang hoạt động, M.IC điều khiển Tr1 ngắt Điện áp ở đầu S giảm xuống và dòng điện qua cuộn kích từ giảm, làm xuất hiện sức điện động tự cảm trong cuộn rotor có thể đánh thủng Tr1 Để giảm nguy cơ này, ta dùng diode D1, có chức năng chống lại lực từ do cuộn rotor sinh ra; nó cho phép dòng điện đi từ chân F đến chân B, từ đó làm giảm tác động tự cảm lên Tr1.
+ Khi máy phát đang phát điện (điện áp thấp hơn điện áp điều chỉnh):
HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG
Công dụng, phân loại và yêu cầu
- Quay trục khuỷu động cơ (bánh đà động cơ) với số vòng quay tối thiểu đủ để nổ máy (n dcmin )
+ n đcmin = 25 ÷ 30 vòng/phút đối với động cơ xăng, thực tế là 125 ÷ 175 vòng/phút
+ n đcmin = 70 ÷ 120 vòng/phút đối với động cơ diesel, thực tế là 150 ÷
- Hỗ trợ khởi động lạnh (đối với động cơ diesel)
- Sấy nóng không khí nạp (gió)
Các thiết bị trong hệ thống khởi động:
Hình 3.1: Hệ thống khởi động Hình 3.2: Máy đề Ắc quy ; 2 – Khóa điện;3 – Máy đề b Phân loại: Có 4 loại máy khởi động:
- Loại thường: Dùng cơ cấu nạng gạt để gạt bánh răng đề tiến về vành răng bánh đà
- Loại giảm tốc: Môtơ đề dẫn động bánh răng đề thông qua cặp bánh răng giảm tốc
- Loại bánh răng hành tinh: Môtơ đề dẫn động bánh răng đề thông qua bộ bánh răng hành tinh
- Loại giảm tốc hành tinh – môtơ thanh dẫn
C : Loại bánh răng hành tinh
D : Loại giảm tốc hành tinh- môtơ thanh dẫn
Hình 3.3: Các loại máy khởi động c Yêu cầu
- Máy khởi động phải quy đƣợc trục khuỷu động cơ với tốc độ thấp nhất mà động cơ có thể nổ đƣợc
- Nhiệt độ làm việc không đƣợc quá giới hạn cho phép
- Phải đảm bảo khởi động lại đƣợc nhiều lần
- Tỷ số truyền từ bánh răng khởi động đến vành răng bánh đà nằm trong giới hạn
- Mômen truyền động phải đủ để khởi động động cơ
Nguyên lý làm việc của hệ thống và các sơ đồ tiêu biểu
3.2.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống a Sơ đồ nguyên lý
Hình 3.4: Hệ thống khởi động 1-Khóa điện; 2- Cọc 50; 3- Cuộn kéo; 4- Cuộn giữ; 5-Chuột đề; 6- Lõi thép Chuột đề;
7- Nạng gạt; 8-Bánh răng đề; 9- Vành răng bánh đà; 10-Tiếp điểm chính; 11- Cọc 30;
12- Cọc C b Nguyên lý làm việc
Khi thực hiện đề, người ta bật khóa điện để cấp điện vào giắc 50 của máy đề
Cuộn dây Wk (cuộn kéo) và cuộn WG (cuộn giữ) của máy đề ô tô được cấp điện để tạo ra từ trường hút vào lõi thép Khi lõi thép di chuyển, nạng gạt hoặc lò xo đẩy đẩy khớp truyền động cùng bánh răng tiến lên vành răng bánh đà Khi răng máy đề ăn khớp đủ với răng bánh đà, một tiếp điểm chính (dạng đĩa đồng) sẽ đóng mạch giữa cọc 30 và cọc C của máy đề, cho phép ắc quy cấp điện trực tiếp cho môtơ đề Môtơ đề quay, tạo mô-men lớn để quay bánh đà và trục khuỷu đến tốc độ đủ để khởi động động cơ.
Khi nhả khóa điện, dòng điện từ ắc quy đến cọc 50 bị ngắt, khiến đường điện chuyển sang cọc 30 Tại cọc C, dòng điện từ ắc quy đi qua để đến cuộn kéo, rồi sang cuộn giữ và ra mát Đây là mô tả ngắn về nguyên lý hoạt động của mạch, cho thấy vai trò của các cọc 50, 30, C và các cuộn kéo, cuộn giữ trong quá trình vận hành và ngắt/mở mạch.
Trong hệ cơ cấu này, lực từ giữa hai cuộn kéo và giữ triệt tiêu lẫn nhau, khiến hệ thống rơi vào trạng thái cân bằng Lò xo hồi vị sẽ tách tiếp điểm chính và bánh răng đề ra khỏi vành răng bánh đà, ngăn tiếp xúc và dừng các chuyển động của cơ cấu Quá trình đề kết thúc.
3.2.2 Các mạch đấu hệ thống đề tiêu biểu
Hình 3.5: Các sơ đồ mạch đấu hệ thống khởi động tiêu biểu
- Sơ đồ 1: Đề trực tiếp qua khóa điện: (+) Ắc quy → khóa điện → cọc 50
Sơ đồ 2 mô tả cách đề qua rơ le trung gian và công tắc chân côn Khi đạp chân côn, công tắc chân côn đóng và khóa điện được đẩy về vị trí STA, cho phép nguồn (+) từ ắc quy đi qua khóa điện đến cuộn dây rơ le đề trung gian, rồi qua công tắc chân côn và trở về (-) ắc quy Khi rơ le đề trung gian được kích, tiếp điểm của rơ le đóng và cấp (+) tới cọc 50.
- Sơ đồ 3: Đề qua công tắc số tự động: (để tay số P hoặc N) bật khóa điện ở nấc đề
(+) ắc quy → khóa điện → công tắc số tự động ON → cọc 50
Sơ đồ 4 mô tả cách đề qua rơ-le đề trung gian: bật khóa điện ở nấc STA, (+) ắc quy sẽ cấp qua khóa điện đến cuộn dây rơ-le đề trung gian; khi cuộn dây được cấp điện và mát từ (-) ắc quy, tiếp điểm của rơ-le đóng và cấp (+) vào cọc 50.
Khi ắc quy cấp điện (+) qua khóa điện và công tắc số tự động ON, cuộn dây rơ le đề trung gian được kích hoạt; nhờ mối nối mát với (-) ắc quy, tiếp điểm rơ le đề trung gian đóng lại để cấp (+) ắc quy lên cọc 50.
Các thiết bị trong hệ thống khởi động động cơ
3.3.1 Máy khởi động điện (máy đề) a Cấu tạo: ở đây ta xét cấu tạo của máy khởi động loại giảm tốc
Hình 3.6: Máy khởi động loại giảm tốc
-Chuột đề (công tắc từ):
Thực hiện đẩy bánh răng đề để ăn khớp với vành răng và bánh đà, đảm bảo sự ăn khớp chính xác giữa các chi tiết truyền động Sau khi quá trình đề kết thúc, kéo bánh răng đề về vị trí ban đầu để chuẩn bị cho chu kỳ làm việc tiếp theo của hệ thống.
Chuột đề còn hoạt động nhƣ một công tắc cung cấp dòng điện đến môtơ đề
Hình 3.8: Phần ứng và ổ bi Hình 3.9: Phần cảm
Các vòng dây phần ứng đƣợc mắc nối tiếp tại các lá đồng cổ góp Phần ứng có nhiệm vụ sinh ra mômen quay ra rôto ở tốc độ cao
- Phần cảm: Gồm các cuộn dây kích từ tạo ra từ thông, và các lõi cực Vỏ bằng sắt để dẫn từ
-Chổi than và giá đỡ chổi than:
Cung cấp dòng điện vào các vòng dây phần ứng theo chiều từ chổi than dương đến chổi than âm
Hình 3.10: Chổi than và giá đỡ
Hệ thống gồm bộ truyền bánh răng ăn khớp ngoài có tỷ số truyền giảm tốc và ly hợp một chiều được lắp bên trong nhằm ngăn dòng truyền mô-men ngược từ bánh đà về động cơ Ly hợp một chiều này giúp bảo vệ động cơ khỏi dòng mô-men ngược và tăng ổn định cho quá trình truyền động.
Hình 3.11: Bộ truyền giảm tốc
Truyền mô-men quay từ động cơ tới bánh răng đề và ngăn sự truyền ngược mô-men từ bánh đà về mô-tơ đề Trục vít biến đổi chuyển động quay của mô-tơ đề thành chuyển động tịnh tiến của bánh răng đề, giúp cho việc vào khớp giữa bánh răng đề và vành răng bánh đà được bảo đảm.
3.3.2 Hệ thống hỗ trợ khởi động động cơ diesel
Hệ thống hỗ trợ khởi động động cơ diesel bao gồm hai nguyên tắc sấy:
- Sấy nóng buồng đốt động cơ: trên xe con, xe nhỏ, xe trung bình
- Sấy nóng không khí nạp trên đường ống nạp: trên xe tải, xe buýt a Nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy điều khiển trực quan
Khi vặn khóa điện về nấc 1, dòng điện đi theo chiều:
Quá trình khởi động động cơ bắt đầu từ ắc quy, qua cầu chì và khóa điện ở nấc 1, kích hoạt cuộn dây rơ le sấy và làm mát; khi mát, tiếp điểm của rơ le sấy đóng và cấp điện cho các bugi sấy được lắp song song để làm nóng Đồng thời, dòng điện từ ắc quy đi qua cầu chì và khóa điện tới bộ định thời gian sấy, đèn báo sấy và bộ đếm thời gian sấy Khi thời gian sấy kết thúc, rơ le thời gian sấy tắt đèn báo sấy; người lái vặn khóa điện về nấc STA (nấc 2) để thực hiện quá trình đề Nếu đề kéo dài khoảng 10 giây mà động cơ chưa nổ, phải nghỉ 2 phút trước khi lặp lại quá trình đề.
Hình 3.13: Hệ thống sấy điều khiển trực quan b Nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy lập trình điều khiển hai chế độ
Hình 3.14: Hệ thống sấy điều khiển lập trình 2 chế độ
Chế độ sấy nhanh: khi nhiệt độ nước làm nước động cơ < 50 o C, bộ điều khiển
Controller điều khiển rơ le ở nấc 1 cấp nguồn trực tiếp từ ắc quy để cấp điện cho các bugi sấy mắc song song, đến khi nhiệt độ bugi sấy đạt 900 o C đo bằng điện trở cảm biến thì bộ điều khiển sấy ngắt rơ le 1 và cấp điện cho rơ le 2 để tiếp tục sấy ở nấc 2 Ở nấc 2, ắc quy cấp điện cho các bugi sấy qua rơ le 2 và điện trở phụ, khiến nhiệt độ bugi sấy đạt 450 o C, gọi là chế độ sấy ổn định Trong cả hai trường hợp này, đèn báo sấy sáng; sau đó đèn báo sấy tắt, báo hiệu quá trình sấy đã hoàn thành và chuyển sang đề.
Chế độ sấy ổn định: khi nhiệt độ nước làm mát động cơ > 50 o C, thực hiện sấy ở nấc 2