đồ án trang bị điện và điện tử động lưc: hệ thống cung cấp

1. Tổng quan hệ thống cung cấp điện trên ô tô.21.1. Nhiệm vụ.21.2. Yêu cầu.21.3. Phân loại.21.4. Những thông số cơ bản hệ thống cung cấp điện.42. Các bộ phận của hệ thống cung cấp.72.1. Máy phát điện.72.1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu.72.1.1.1. Công dụng.72.1.1.2. Phân loại.72.1.1.3. Yêu cầu.82.1.2. Máy phát điện một chiều.82.1.3. Máy phát điện xoay chiều.112.1.3.1. Máy phát xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu.122.1.3.2. Máy phát xoay chiều kích thích kiểu điện từ.142.2. Bộ điều chỉnh.182.2.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu.182.2.1.1. Công dụng.182.2.1.2. Phân loại.202.2.1.3. Yêu cầu……………………………………………………………..202.2.2. Nguyên lý điều chỉnh thế hiệu và hạn chế dòng điện.202.3.1. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc.222.3.1.1. Công suất mở tiếp điểm và các biện pháp giảm tia lửa ở tiếp điểm.282.3.2. Rơ le dòng điện ngược (RLDĐN) và rơle đóng mạch (RLĐM).312.3.2.1. Rơ le dòng điện ngược (RLDĐN)312.3.2.2. Rơ le đóng mạch (RLĐM)352.3. Bộ chỉnh lưu.392.3.1. Nhiệm vụ.392.3.2. Một số bộ chỉnh lưu thường dùng.402.3.2.1. Bộ chỉnh lưu 6 diod.402.3.2.2. Bộ chỉnh lưu 8 diod.40 3. Tính toán chọn công suất máy phát.43 HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN1. Tổng quan hệ thống cung cấp điện trên ô tô1.1. Nhiệm vụ.Hệ thống cung cấp điện có nhiệm vụ cung cấp năng lượng điện cho các phụ tải với một hiệu điện thế ổn định ở mọi điều kiện làm việc của ôtô máy kéo.Để cung cấp năng lượng cho các phụ tải trên ô tô, cần phải có bộ phận tạo ra nguồn năng lượng có ích. Nguồn năng lượng này được tạo ra từ mát phát điện trên ô tô. Khi động cơ hoạt động, máy phát cung cấp điện cho các phụ tải và nạp điện cho acquy. Để đảm bảo toàn bộ hệ thống hoạt động một cách hiệu quả, an toàn. Năng lượng đầu ra của máy phát và năng lượng yêu cầu cho các tải điện phải thích hợp với nhau. 1.2. Yêu cầu. Phải luôn tạo ra một điện áp ổn định (13,8V – 14,2V đối với hệ thống điện 14V) trong mọi chế độ làm việc của phụ tải. Máy phát phải có cấu trúc và kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, giá thành thấp và tuổi thọ cao. Có độ bền cao trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm lớn, có thể làm việc ở những vùng có nhiều bụi bẩn, dầu nhớt và độ rung động lớn. Ít châm sóc và bảo dưỡng..1.3. Phân loại.Hệ thống cung cấp điện trên ô tô thường có hai dạng sơ đồ thông dụng như sau: Hệ thống cung cấp với máy phát điện một chiều ( hình 1.1). Hệ thống cung cấp với máy phát điện xoay chiều Hai sơ đồ tuy có cách nối dây khác nhau nhưng đều bao gồm hai nguồn năng lượng là ắc quy và máy phát mắc song song. Tuỳ thuộc vào giá trị phụ tải và chế độ làm việc của ô tô máy kéo, mà ắc quy, máy phát sẽ riêng biệt hoặc đồng thời cả hai cung cấp năng lượng cho các bộ phận tiêu thụ (phụ tải).Ngoài ra, trong hệ thống cung cấp còn có: Bộ điều chỉnh điện (BĐCĐ) làm nhiệm vụ: phân phối chế độ làm việc giữa ắc quy và máy phát; hạn chế và ổn định thế hiệu của máy phát để đảm bảo an toàn cho các trang thiết bị điện trên xe; hạn chế dòng điện của máy phát để đảm bảo an toàn cho các cuộn dây của nó. Dụng cụ đo, kiểm tra: có thể là ampe kế hoặc đèn tín hiệu cho phép kiểm tra sự làm việc của ắc quy thông qua gía trị dòng phóng hoặc nạp của nó. Công tắc cắt mát: dùng để cắt cực âm của ắc quy với mát khi ô tô máy kéo không làm việc.1.4. Những thông số cơ bản hệ thống cung cấp điện.Điện áp định mức: Phải bảo đảm Uđm = 14V đối với những xe sử dụng hệ thống

M C L CỤC LỤC ỤC LỤC

1 Tổng quan hệ thống cung cấp điện trên ô tô 2

1.1 Nhiệm vụ 2

1.2 Yêu cầu 2

1.3 Phân loại 2

1.4 Những thông số cơ bản hệ thống cung cấp điện 4

2 Các bộ phận của hệ thống cung cấp 7

2.1 Máy phát điện 7

2.1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu 7

2.1.1.1 Công dụng 7

2.1.1.2 Phân loại 7

2.1.1.3 Yêu cầu 8

2.1.2 Máy phát điện một chiều 8

2.1.3 Máy phát điện xoay chiều 11

2.1.3.1 Máy phát xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu 12

2.1.3.2 Máy phát xoay chiều kích thích kiểu điện từ 14

2.2 Bộ điều chỉnh 18

2.2.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu 18

2.2.1.1 Công dụng 18

2.2.1.2 Phân loại 20

2.2.1.3 Yêu cầu……… 20

2.2.2 Nguyên lý điều chỉnh thế hiệu và hạn chế dòng điện 20

2.3.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc 22

2.3.1.1 Công suất mở tiếp điểm và các biện pháp giảm tia lửa ở tiếp điểm 28 2.3.2 Rơ le dòng điện ngược (RLDĐN) và rơle đóng mạch (RLĐM) 31

2.3.2.1 Rơ le dòng điện ngược (RLDĐN) 31

2.3.2.2 Rơ le đóng mạch (RLĐM) 35

2.3 Bộ chỉnh lưu 39

2.3.1 Nhiệm vụ 39

2.3.2 Một số bộ chỉnh lưu thường dùng 40

2.3.2.1 Bộ chỉnh lưu 6 diod 40

2.3.2.2 Bộ chỉnh lưu 8 diod 40

3 Tính toán chọn công suất máy phát 43

1.2 Yêu cầu.

- Phải luôn tạo ra một điện áp ổn định (13,8V – 14,2V đối với hệ thống điện 14V)

trong mọi chế độ làm việc của phụ tải

- Máy phát phải có cấu trúc và kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, giá thành thấp

- Hệ thống cung cấp với máy phát điện xoay chiều

Hai sơ đồ tuy có cách nối dây khác nhau nhưng đều bao gồm hai nguồn nănglượng là ắc quy và máy phát mắc song song Tuỳ thuộc vào giá trị phụ tải và chế độ

làm việc của ô tô máy kéo, mà ắc quy, máy phát sẽ riêng biệt hoặc đồng thời cả hai cung cấp năng lượng cho các bộ phận tiêu thụ (phụ tải).

Ngoài ra, trong hệ thống cung cấp còn có:

- Bộ điều chỉnh điện (BĐCĐ) làm nhiệm vụ: phân phối chế độ làm việc giữa ắc quy

và máy phát; hạn chế và ổn định thế hiệu của máy phát để đảm bảo an toàn cho các trang thiết bị điện trên xe; hạn chế dòng điện của máy phát để đảm bảo an toàn cho các cuộn dây của nó

- Dụng cụ đo, kiểm tra: có thể là ampe kế hoặc đèn tín hiệu cho phép kiểm tra sự làm việc của ắc quy thông qua gía trị dòng phóng hoặc nạp của nó

- Công tắc cắt mát: dùng để cắt cực âm của ắc quy với mát khi ô tô máy kéo không làm việc

1.4 Những thông số cơ bản hệ thống cung cấp điện.

 Điện áp định mức: Phải bảo đảm U đm = 14V đối với những xe sử dụng hệ thống điện 12V, U đm = 28V đối với những xe sử dụng hệ thống điện 24V.

 Công suất máy phát: Phải đảm bảo cung cấp điện cho tất cả các tải điện trên xe

hoạt động Thông thường, công suất của các máy phát trên ôtô hiện nay vào khoảng

Pmf = 700 – 1500W.

 Dòng điện cực đại: Là dòng điện lớn nhất mà máy phát có thể cung cấp

Thông thường Imax = 70 – 140A.

 Tốc độ cực tiểu và tốc độ cực đại của máy phát: nmax, nmin phụ thuộc vào tốc độcủa động cơ đốt trong

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tổng quát.

Sơ đồ các tải công suất điện trên ôtô.

Phụ tải điện trên ôtô có thể chia làm 3 loại: tải thường trực là những

phụ tải liên tục hoạt động khi xe đang chạy, tải gián đoạn trong thời gian dài và tải

gián đoạn trong thời gian ngắn Trên (1.3) trình bày sơ đồ phụ tải điện có thể gặp

trên ôtô hiện đại

Hình 1.4 Sơ đồ phụ tải điện trên ôtô.

Chế độ thứ nhất: đây là chế độ không tải ứng với trường hợp không mắc điện trở ngoài (máy phát chạy không tải) Khi đó RL   IL = 0 Ở chế độ này, máy phát

chủ yếu nạp cho ắc qui và dòng điện nạp phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa hiệu điện thế hiệu chỉnh của máy phát và sức điện động của accu.

Tải hoạt động gián đoạn trong thời gian dài

Tải hoạt động gián đoạn trong thời gian ngắn

Car radio12W

Đèn trần 5W Motor gạt nước

80WĐèn kích

thước 4x12W Motor điều

khiển kính

4 x 30W

Khởi động điện 1400WĐèn đậu

4 x 70W

Xông kính120W

Mồi thuốc90WĐèn pha

2 x 50W

Motor điều khiển anten60W

Đèn soi biển

số 2 x 5W

Motor phun nước rửa kính 60W

Còi 40W

Hệ thống

điều khiển

100W

r r

E U i

a

aq mf mf

U E i

aq

mf aq aq





Chế độ thứ hai: Là chế độ tải trung bình Khi các phụ tải điện đang hoạt động có

điện trở tương đương R L < , sao cho I L < I mf, máy phát sẽ đảm nhận nhiệm vụcung cấp điện cho các phụ tải này và dòng nạp sẽ giảm Ở chế độ này, máy phátcung cấp điện cho hai nơi: một phaµn cho ắc qui và một phaµn cho phụ tải Khi

điện trở tương đương của các phụ tải đạt giá trị

a mf

a L

E U

r E R



 1

thì dòng nạp bằngkhông

Chế độ thứ ba: Là chế độ quá tải xảy ra trong trường hợp mở quá nhieµu phụ tải.

Khi đó R L  0 Nếu điện trở tương đương của các phụ tải điện đang làm việc:

aq mf

Máy phát là nguồn điện chính trên ô tô máy kéo, nó có nhiệm vụ:

- Cung cấp điện cho tất cả các phụ tải;

- Nạp điện cho ắc quy ở các số vòng quay trung bình và lớn của động cơ.

2.1.1.2 Phân loại.

- Máy phát trên ô tô máy kéo, theo tính chất dòng điện phát ra có thể chia làm hai loại chính:

+ Máy phát điện một chiều

+ Máy phát điện xoay chiều

- Máy phát điện một chiều, theo tính chất điều chỉnh chia ra:

+ Loại điều chỉnh trong (bằng chổi điện thứ ba)

+ Loại điều chỉnh ngoài (bằng bộ điều chỉnh điện kèm theo)

(1.1)

Các máy phát điện một chiều loại điều chỉnh trong có kết cấu đơn giản, cókhả năng hạn chế và tự động điều chỉnh dòng điện máy phát theo số vòng quay Tuyvậy nó có nhiều nhược điểm như:

- Phải luôn luôn nối mạch điện với ắc quy chúng mới làm việc được

- Cản trở việc điều chỉnh thế hiệu của máy phát

- Làm giảm tuổi thọ của ắc quy

Do đó loại máy phát này hiện nay ít thấy Vì vậy giáo trình chỉ đề cập đếnloại máy phát điều chỉnh ngoài

- Máy phát điện xoay chiều, theo phương pháp kích thích chia ra:

+ Loại kích thích bằng nam châm vĩnh cửu

+ Loại kích thích kiểu điện từ (bằng nam châm điện)

- Kích thước và trọng lượng nhỏ, giá thành thấp

So với máy phát một chiều thì máy phát xoay chiều có nhiều ưu điểm hơn, vì nókhông có vòng đổi điện và cuộn dây rô to đơn giản hơn

2.1.2 Máy phát điện một chiều

2.1.2.1 Cấu tạo

Cấu tạo của máy phát điện một chiều điển hình như trên hình 2.33, bao gồmcác bộ phận sau:

+ Phần cảm (Stato) gồm: vỏ máy, các má cực trên quấn cuộn dây kích thích.

- Vỏ máy: làm bằng thép ít các bon có từ dư và thường được chế tạo bằng cách

uốn thép tấm thành ống rồi hàn lại Trên vỏ có các cửa sổ để thông gió, kiểm tra vàlắp các chổi điện

- Má cực: được dập nguội hoặc chồn nguội từ phôi hình trụ bằng thép ít các bon

và bắt chặt vào vỏ máy bằng các vít Quanh má cực quấn cuộn dây kích thích bằngdây đồng tiết diện tròn với một hoặc hai lớp sơn cách điện

+ Phần ứng (Rôto) gồm: trục máy phát điện, khối thép từ được chế tạo bằng cách

ép chặt các lá thép điện kỹ thuật dày 0,5 1,0 mm, có hình dạng đặc biệt lên trục,sao cho các chỗ khuyết của chúng tạo thành rãnh để lắp đặt các khung dây

+ Cuộn dây phần ứng: là tập hợp rất nhiều khung dây được quấn vào các rãnh của

khối thép từ sau khi đã lót lớp cách điện Các đầu khung dây được hàn vào cácphiến đồng của vành đổi điện

Cuộn dây rô to có thể được quấn theo hai phương pháp: quấn xếp hoặc quấn sóng

+ Vành đổi điện: gồm nhiều phiến đồng có dạng đặc biệt ghép xen kẽ với các tấm

mica cách điện hoặc nhựa cách điện cao cấp Vành đổi điện được chế tạo bằng hai

phương pháp: lắp ghép (hình 2.3) hoặc đúc với nhựa thành khối liền (hình 2.4) rồi

lắp chặt lên trục máy phát điện

Hình 2.5 Giá đỡ chổi điện.

1- Thân giá đỡ; 2- Chổi điện; 3- Đòn ép; 4- Lò xo

Giá đỡ chổi điện: được lắp trên nắp hoặc vỏ máy Một nửa số giá đỡ được lắp cách

điện với mát, nửa còn lại nối với mát

Để giảm tia lửa điện sinh ra khi máy phát làm việc, chổi điện được lắp nhưtrên hình 2.37: tức là không lắp theo chiều hướng kính mà chếch đi một góc khoảng

26O 28O và tỳ sát vào thành dẫn hướng phía trước Với cách lắp như vậy, khi rôtoquay: lực ma sát từ phía vành đổi điện tác dụng lên chổi điện sẽ làm giảm áp lực và

ma sát giữa chổi điện và thành dẫn hướng Đồng thời, sự tiếp xúc giữa vành đổiđiện và chổi điện được đảm bảo tốt hơn, ít bị mất tiếp xúc do rung động nên giảmđược tia lửa hồ quang chỗ tiếp xúc

Chổi điện: được chế tạo từ hỗn hợp grafít, đồng và các chất phụ khác có tác dụng

giảm điện trở và tăng khả năng chịu mài mòn của chổi

Ổ bi: rô to của máy phát được đặt trên hai ổ bi lắp ở hai nắp Các ổ bi được bôi trơn

bằng mỡ đặc Để giảm tiếng ồn, một số kết cấu có thể thay ổ bi bằng ổ trượt

Dẫn động máy phát: được thực hiện từ trục khuỷu động cơ thông qua puli và đai

truyền Trên puli có thể làm các cánh quạt gió để làm mát máy phát

2.1.3 Máy phát điện xoay chiều

Trên ô tô máy kéo sử dụng hai loại máy phát điện xoay chiều là máy phátxoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu và máy phát xoay chiều kích thíchkiểu điện từ (bằng nam châm điện)

Các máy phát kích thích bằng nam châm vĩnh cửu, do công suất hạn chế nênchủ yếu chỉ được sử dụng trên xe máy và máy kéo Gần đây, kỹ thuật đã chế tạođược những hợp kim từ mới có chất lượng cao, nên loại máy phát này bắt đầu cókhả năng sử dụng được trên ô tô.

Máy phát kích thích bằng nam châm vĩnh cửu có loại một pha và ba pha.Loại ba pha công suất có thể đạt tới 400VA hoặc lớn hơn

Máy phát nam châm vĩnh cửu có nhiều ưu điểm hơn hẳn các máy phát kích

thích kiểu điện từ, như: làm việc tin cậy, kết cấu đơn giản, không có cuộn dây quay, hiệu suất cao, ít nóng, mức nhiễu xạ vô tuyến thấp.

Nhưng chúng cũng có một số nhược điểm quan trọng là: khó điều chỉnh thếhiệu, công suất hạn chế, giá thành cao, trọng lượng lớn hơn loại kích thích kiểu điện

từ cùng công suất Ngoài ra từ thông của nó còn phụ thuộc nhiều vào chất lượng

hợp kim và kim loại chế tạo nam châm.

2.1.3.1 Máy phát xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu

a Đặc điểm cấu tạo.

Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửugồm hai phần chính là rôto và stato

+ Rôto: Phần lớn các máy phát đang được sử dụng hiện nay đều có nam

châm quay, tức nam châm là rôto Các máy phát loại này khác nhau chủ yếu ở kếtcấu của rôto và có thể chia ra một số loại chính:

- Rôto nam châm hình trụ

- Rôto nam châm hình sao (có các má cực hoặc không)

- Rôto nam châm hình móng

Đơn giản nhất là loại rôto hình trụ (hình 2.6) Nó có ưu điểm là chế tạo đơngiản, nhưng nhược điểm là hiệu suất sử dụng nam châm thấp Vì thế chúng chỉ được

sử dụng ở các máy phát cỡ nhỏ công suất  100 VA

Thông dụng nhất là loại rôto nam châm hình sao (hình 2.7 và 2.8) Loại này

có ưu điểm là hệ số sử dụng vật liệu lớn Số cực nam châm thường là sáu, vì nếutăng số cực lên nữa thì hệ số sử dụng vật liệu lại kém đi

Nhược điểm của rôto nam châm hình sao là khó nạp từ cho rôto, cường độ từtrường và từ cảm yếu, độ bền cơ học thấp

Rôto nam châm hình sao được sử dụng chủ yếu trong các máy phát điện củamáy kéo với công suất giới hạn khoảng 180 VA.

Rôto nam châm hình móng (hình 2.7) ra đời khi xuất hiện các vật liệu từ mới có lực

từ kháng lớn, cho phép chế tạo các nam châm mạnh

Hình 2.8 Rô to nam châm hình móng.

Nam châm cơ dạng hình trụ rỗng được nạp từ theo chiều trục Hai đầu của nóđặt hai tấm bích bằng thép ít các bon, có các vấu cực nhô ra như những chiếc móng

Các móng cực của hai bích được bố trí xen kẽ nhau Do chịu ảnh hưởng của hai cực

từ khác dấu ở hai mặt đầu của nam châm, nên các móng cực của mỗi tấm bích cũngmang cực tính của cực từ tiếp xúc với nó Như vậy các móng của hai tấm bích trởthành những cực khác tên xen kẽ nhau của rôto

Để tránh mất mát từ, thường thường trục rôto được chế tạo bằng thép khôngdẫn từ hay nam châm được đặt lên trục qua một ống lót không dẫn từ

Rôto hình móng có một loạt các ưu điểm, như:

- Nạp từ có thể tiến hành sau lắp ghép;

- Từ trường phân bố đều hơn;

- Tốc độ vòng có thể cho phép tới 100 m/s và cao hơn;

- Có thể lắp đồng thời một số nam châm nhỏ hơn lên trục theo phương

án đặc biệt để đảm bảo từ thông tổng cần thiết Do đó giảm được kíchthướcđường kính của nam châm hoặc tăng công suất của máy phát

+ Stato: của máy phát là một khối thép từ hình trụ rỗng, ghép từ các lá thép

điện kỹ thuật được cách điện với nhau bằng sơn cách điện để giảm dòng fucô Mặttrong của stato có các vấu cực để quấn các cuộn dây phần ứng (hình 2.9)

2.1.3.2 Máy phát xoay chiều kích thích kiểu điện từ

Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ dùng cho ô tô máy kéo có hai loại:

- Loại có vòng tiếp điện;

- Loại không có vòng tiếp điện

a Đặc điểm cấu tạo.

a1 Loại có vòng tiếp điện

Cấu tạo của máy phát điện loại có vòng tiếp điện gồm những bộ phận chính là: rôto,stato, các nắp, puli, cánh quạt và bộ chỉnh lưu (bộ chỉnh lưư có thể tính hoặc khôngtính vào thành phần cấu tạo của máy phát, tuỳ theo nó được đặt trong máy phát hay

riêng biệt bên ngoài).

Hình 2.11 Cấu tạo máy phát điện xoay chiều kích thích kiều điện từ.

 Stator (phần ứng).

Hình 2.12 Cấu tạo Stator.

+ Rôto: gồm hai chùm cực hình móng (2- hình 2.12 hay 1 và 4- hình 2.13)

lắp then trên trục Giữa các chùm cực có cuộn dây kích thích 3 đặt trên trục qua ốnglót bằng thép Các đầu của cuộn dây kích thích được nối với các vòng tiếp điện 9gắn trên trục máy phát Trục của rôto được đặt trên các ổ bi lắp trong các nắp 6 và 7bằng hợp kim nhôm

Trên nắp, phía vòng tiếp điện còn bắt giá đỡ chổi điện 10 Một chổi điện được nốivới vỏ máy phát, chổi còn lại nối với đầu ra cách điện với vỏ.

Trên trục còn lắp cánh quạt 4 và puli dẫn động 5

+ Stato (hình 2.14): là khối thép từ ghép từ các lá thép điện kỹ thuật, phía

trong có xe rãnh phân bố đều để đặt cuộn dây phần ứng (tương tự stato của máyphát kích thích bằng NCVC)

Thế hiệu máy phát có thể được chỉnh lưu một phần hay toàn bộ (hình 2.15)

a2 Loại không có vòng tiếp điện.

Về những phần kết cấu chính, máy phát điện loại không có vòng tiếp điệnnói chung không có gì khác so với loại có vòng tiếp điện Nó chỉ khác ở chỗ: vớimục đích tăng tuổi thọ và độ tin cậy của máy phát, người ta loại bỏ các vòng tiếp

điện và chổi điện hay hư hỏng, bằng cách cho các cuộn dây kích thích đứng yên.

Do những ưu điểm trên, máy phát điện loại này được sử dụng ngày càngnhiều trên các ôtô làm việc trong điều kiện nặng nhọc và trên các máy kéo nôngnghiệp

Từ các sơ đồ ta thấy: mọi bộ phận của máy phát không có vòng tiếp điện đều

có kết cấu tương tự như ở máy phát điện loại có vòng tiếp điện Chỉ có điểm khácbiệt là: cuộn dây kích thích 3 được đặt ngay trên phần ống nhô ra của nắp sau (hình

2.18) hay lắp cố định trên đĩa 6 bắt chặt vào khối thép từ của stato Tức là cuộn dây

kích thích trở thành một bộ phận của stato và điện được dẫn avfo cuộn kích thíchqua các đầu nối cố định trên stato

So với các máy phát loại có vòng tiếp điện, máy phát loại không có vòng tiếp

điện nói chung có khối lượng và kích thước lớn hơn Tuy vậy, độ tin cậy cao và tuổi thọ lớn hoàn toàn có thể bù lại được cho những nhược điểm trên của chúng.

an toàn cho máy phát, thì phải có bộ điều chỉnh điện để:

- Điều chỉnh thế hiệu và hạn chế cường độ dòng điện của máy phát;

- Phân phối chế độ làm việc giữa ắc quy và máy phát điện (một chiều) hoặcnối ngắt mạch giữa ắc quy và máy phát (xoay chiều);

Tuỳ theo loại máy phát sử dụng trên ô tô mà bộ điều chỉnh điện kèm theo nó

có thể gồm có một hay một số bộ phận sau đây:

- Rơ le điều chỉnh thế hiệu: làm nhiệm vụ giữ cho thế hiệu máy phát ổn định,

không sai lệch khỏi giá trị định mức quá giới hạn cho phép (3% 5%) Khi số vòngquay của máy phát thay đổi, người ta đã xác định được là: nếu thế hiệu máy pháttăng lên 10% 12% so với định mức, thì thời hạn phục vụ của ắc quy và các bóngđèn sẽ giảm đi từ 2 2,5 lần

- Rơ le hạn chế dòng điện: làm nhiệm vụ của bộ phận an toàn, bảo vệ cho

máy phát không bị quá tải bởi dòng điện quá lớn, có thể gây cháy hỏng cuộn dây vàcách điện của nó

- Rơ le dòng điện ngược: làm nhiệm vụ phân phối chế độ làm việc giữa ắcquy và máy phát một chiều: nối máy phát vào mạch phụ tải khi thế hiệu của nó đạtgiá trị lớn hơn thế hiệu của ắc quy mắc song song với nó và ngắt máy phát ra khi thếhiệu của nó giảm xuống thấp hơn thế hiệu của ắc quy để tránh dòng điện ngược từ

ắc quy phóng lại làm cháy hỏng cuộn dây máy phát và có hại cho ắc quy

- Rơ le đống mạch: làm nhiệm vụ nối ắc quy với máy phát xoay chiều khi bậtkhoá điện và ngược lại: để tránh dòng điện ngược từ ắc quy dò qua bộ chỉnh lưu vàcác cuộn dây của máy phát khi máy phát không làm việc, làm ắc quy bị mất điện

dần.

Đối với máy phát một chiều làm việc song song với ắc quy đòi hỏi phải sử

dụng ba loại rơ le là: rơ le điều chỉnh thế hiệu (RLĐCTH), rơ le hạn chế dòng điện

(RLHCDĐ) và rơ le dòng điện ngược (RLDĐN)

Trong thực tế, đôi khi người ta không làm RLHCDĐ riêng mà làm kết hợpvới RLĐCTH chung trong một kết cấu Trong trường hợp đó, rơ le kết hợp nàyđược gọi là RLĐCTH giảm dần (vì nó không đảm bảo giữ cho thế hiệu máy phát ổnđịnh, mà thế hiệu máy phát sẽ giảm dần khi Imf tăng) Thậm chí có trường hợp cả baloại rơ le trên được làm kết hợp chung trong một kết cấu

Đối với các máy phát điện xoay chiều: do có bộ chỉnh lưu bán dẫn nên việc

sử dụng RLDĐN không cần thiết nữa, vì các điốt chỉnh lưu không cho dòng điện đingược từ ắc quy sang máy phát RLHCDĐ cũng không cần thiết nữa, vì đa số cácmáy phát xoay chiều có đặc tính tự hạn chế dòng lớn

Như vậy, đối với máy phát xoay chiều bộ điều chỉnh điện lúc này chỉ cần cóRLĐCTH và RL đóng mạch

2.2.1.2 Phân loại.

+ Theo nguyên lý làm việc bộ điều chỉnh điện (ĐCĐ) được chia ra các loại:

- Loại rung;

- Loại bán dẫn có tiếp điểm điều khiển;

- Loại bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển

+ Theo số lượng rơ le, loại rung được chia ra:

- Loại 1 rơ le;

- Loại 2 rơ le;

- Loại 3 rơ le;

- Loại 4 và loại 5 rơ le

Bộ ĐCĐ 4 rơ le được dùng trong trường hợp mạch kích thích của máy phát được phân nhánh Lúc đó bộ ĐCĐ sẽ có 2 RLĐCTH tương ứng với các nhánh của mạch kích thích

Trong trường hợp cả mạch tải điện của máy phát cũng được phân nhánh, thì

bộ ĐCĐ sẽ có thêm 1 rơ le nữa, tức là có 5 rơ le

2.2.1.3 Yêu cầu.

Bộ điều chỉnh điện cần đáp ứng những yêu cầu sau:

- Điều chỉnh chính xác;

- Làmv iệc tin cậy, ổn định, chịu rung xóc tốt và tuổi thọ cao;

- Kết cấu, điều chỉnh, bảo dưỡng và sửa chữa đơn giản;

- Giá thành rẻ.

2.2.2 Nguyên lý điều chỉnh thế hiệu và hạn chế dòng điện.

Từ phương trình cân bằng mạch điện của máy phát, bỏ qua trở kháng của phần ứng và độ rơi thế trên bộ chỉnh lưu (đối với máy phát xoay chiều):

)1(U)U

RI1(URIU

Trong đó:

E = CEn - Suất điện động của máy phát;

Ở đây: CE - Hằng số kết cấu của máy phát;

n - Số vòng quay phần ứng;

 - Từ thông của máy phát

U - Thế hiệu máy phát (trên hai đầu cuộn dây phần ứng);

Iư, Rư - Dòng điện và điện trở cuộn dây phần ứng Đối với máy phát xoay chiều Iư là giá trị trung bình của dòng đã chỉnh lưu;

n)

1(

EU

Từ phương trình này ta thấy rằng:

- Khi tốc độ và phụ tải của máy phát thay đổi thì thế hiệu của máy phát chỉ

có thể điều chỉnh (giữ không đổi) bằng cách thay đổi từ thông , tức là thay đổi

dòng điện kích thích của máy phát.

- Dòng điện tải của máy phát Imf  Iư = (U/Rft) (ở đây Rft - tổng trở của tất cả

các phụ tải) Biểu thức này cũng cho thấy rằng: khi phụ tải và số vòng quay của

(2.2)(2.3)(2.1)

máy phát thay đổi, việc điều chỉnh dòng điện máy phát cũng quy về việc thay đổi

dòng kích thích của nó, tương tự như cách điều chỉnh thế hiệu.

Để thay đổi dòng điện kích thích có thể dùng hai phương pháp:

- Thay đổi giá trị điện trở phụ mắc nối tiếp với cuộn dây kích thích (hình

2 19).

- Thay đổi thời gian cắt và nối điện trở phụ vào mạch kích thích khi giá trịđiện trở phụ không đổi: Rf = const (hình 2.19b), để thay đổi giá trị hiệu dụng củanó

Phương pháp thứ hai đơn giản hơn và dễ thực hiện điều chỉnh tự động, nên

nó được sử dụng rộng rãi trong các bộ ĐCĐ hiện nay

Để thực hiện điều chỉnh tự động thế hiệu và dòng điện máy phát, hệ thốngđiều chỉnh cần phải có một số bộ phận chức năng liên kết với nhau

Cơ cấu đo gồm bộ phận cảm biến: theo dõi thế hiệu của máy phát và bộ phậnđịnh trị: ấn định giá trị thế hiệu định mức của máy phát

2.3.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc.

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của RLĐCTH loại rung như trên hình

2.20

+ Cấu tạo rơ le gồm: khung từ 2; lõi thép 1, trên đó quấn cuộn dây từ hoá

WU đặt dưới điện thế của máy phát (mắc song song với nó); cần tiếp điểm 3 có thểquay quanh điểm tựa trên khung từ; tiếp điểm KK': trong đó K là má vít cố định

Hình 2.19 Phương pháp thay đổi giá trị dòng kích thích.

a-Điện trở phụ có giá trị thay đổi; b- Điện trở phụ có giá

trị không đổi

được bắt cách điện với khung từ, còn K' là má vít động được gắn trên cần tiếp điểm3; lò xo (lx) có khuynh hướng giữ cho tiếp điểm K-K' luôn luôn ở trạng thái đóng;điện trở phụ Rf mắc song song với KK'.

+ Nguyên lý làm việc:

- Ở trạng thái không làm việc hay khi máy phát làm việc ở số vòng quay nhỏ:lực điện từ tạo nên bởi cuộn dây từ hoá WU là Fđt nhỏ hơn lực kéo của lò lo (Fđt <

Flx) nên tiếp điểm KK' được giữ ở trạng thái đóng Lúc này điện trở phụ Rf bị nối tắt

và dòng điện kích thích sẽ đi theo mạch sau:

(+)MF > a > b > cần 3 > KK' > d > W kt > (-)MF

- Khi tốc độ quay của máy phát tăng lên: thì dòng điện kích thích và thế hiệucủa máy phát tăng theo Khi Umf > Uđm thì dòng qua cuộn dây WU lớn, lực điện từcủa nó lúc này thắng lực lò xo (Fđt > Flx), hút tiếp điểm KK' mở ra > điện trở phụlúc này được tự động nối vào mạch kích thích, làm giảm cường độ dòng kích thích

và thế hiệu máy phát Dòng kích thích lúc này sẽ đi theo mạch sau:

(+)MF > a > R f > d > W kt (-)MF

Thế hiệu máy phát giảm làm giảm lực hút điện từ của cuộn dây WU và khi

Umf < Uđm, lực lò xo lại thắng lực điện từ và đóng tiếp điểm KK' lại > điện trở phụ

Rf lại bị nối tắt, làm dòng kích thích và thế hiệu máy phát tăng lên Thế hiệu tănglên làm tăng lực điện từ của cuộn WU, khi Fđt > Flx KK' lại mở ra Quá trình đóng -

mở tiếp điểm KK' cứ lặp đi lặp lại theo chu kỳ với một tần số khá lớn (rung) đảmbảo giữ cho thế hiệu máy phát dao động răng cưa quanh giá trị trung bình định mứctrong giới hạn cho phép

Loại này tồn tại các nhược điểm và người ta đã khắc phục các nhược điểm

đó như sau:

- Biên độ dao động của thế hiệu tỷ lệ nghịch với tần số rung của tiếp điểm;

- Tần số rung f càng lớn thì biên độ U càng nhỏ, hệ thống điều chỉnh càng

nhậy cảm và thế hiệu càng ổn định.

Tần số rung f phụ thuộc quán tính cơ và từ của rơ le Vì thế khi thiết kế phảitìm cách giảm quán tính cơ và từ của nó để tăng tần số đóng mở tiếp điểm Tuy vậy,

để rơ le làm việc ổn định thì nghiên cứu cho thấy: tần số dao động của cần tiếp điểm

f phải nhỏ hơn tần số dao động riêng f0 của nó ít nhất là 2 lần, tức là: