Giáo trình Hệ thống điện và điện tử ô tô CĐ Công nghiệp Huế

Trong quá trình phóng điện, dòng điện trong dung dịch điện phân đi từ bản cực âm đến bản cực dương.Trên bản cực âm sẽ xảy ra quá trình tạo sun phát chì PbSO4 do sự kết hợp bột chì xốp Pb

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

Chương 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ 5

1.1 Tổng quát về mạng điện trên ô tô và phân bố các hệ thống 5

1.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống điện ô tô 6

1.3 Nguồn điện trên ô tô 6

1.4 Các loại phụ tải điện trên ô tô 6

1.5 Các thiết bị bảo vệ và điều khiển trung gian 6

1.6 Ký hiệu và quy ước trong sơ đồ mạch điện 11

1.7 Dây điện và bối dây trong hệ thống điện ô tô 12

Chương 2 HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 15

2.1 Nhiệm vụ và phân loại ắc quy ô tô 15

2.2 Cấu tạo và quá trình điện hóa của ắc quy chì - axít 15

2.3 Thông số và các đặc tính của ắc quy chì - axít 21

2.4 Các phương pháp nạp điện cho ắc quy 29

2.5 Chọn và bố trí ắc quy 32

2.6 Sơ đồ tổng quát, sơ đồ cấp điện và phân bố tải 33

2.7 Máy phát điện 34

2.8 Bộ điều chỉnh điện (Bộ tiết chế) 42

2.9 Tính toán chế độ tải và chọn máy phát điện trên ô tô 53

Chương 3 HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG 56

3.1 Nhiệm vụ và các sơ đồ hệ thống khởi động tiêu biểu 56

3.2 Máy khởi động (Máy đề) 57

3.3 Các cơ cấu điều khiển trung gian trong hệ thống khởi động 64

3.4 Hệ thống hỗ trợ khởi động động cơ điêzen 67

Chương 4 HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 70

4.1 Lý thuyết đánh lửa cho động cơ xăng 70

4.2 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống đánh lửa (HTĐL) 71

4.3 Sơ đồ cấu trúc khối và sơ đồ mạch cơ bản của các HTĐL 72

4.4 Hệ thống đánh lửa cơ bản (hệ thống CI) 73

4.5 Hệ thống đánh lửa bán dẫn 92

Chương 5 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CHO ĐỘNG CƠ 102

5.1 Giới thiệu chung về hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ 102

5.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình 104

5.3 Các loại cảm biến và tín hiệu 105

5.4 Điều khiển đánh lửa 120

5.5 Điều khiển nhiên liệu 124

Chương 6 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÀM MÁT ĐỘNG CƠ 134

6.1 Giới thiệu chung và phân loại 134

6.2 Mô tơ quạt làm mát 135

6.3 Điều khiển làm mát độc lập 135

Chương 7 HỆ THỐNG THÔNG TIN TRÊN Ô TÔ 139

7.1 Tổng quát về hệ thống thông tin trên ô tô 139

7.2 Thông tin dạng tương tự (analog) 141

7.3 Thông tin dạng số (digital) 151

Chương 8 HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG VÀ TÍN HIỆU 154

8.1 Hệ thống chiếu sáng 154

8.2 Hệ thống tín hiệu 161

Chương 9 CÁC HỆ THỐNG PHỤ 168

9.1 Hệ thống lau rửa kính và đèn (gạt và xịt nước) 168

9.2 Hệ thống khoá cửa 172

9.3 Hệ thống nâng hạ kính và điều khiển mái che 175

9.4 Hệ thống điều khiển ghế lái 176

9.5 Hệ thống sấy kính 178

9.6 Hệ thống điều hòa không khí 178

TÀI LIỆU THAM KHẢO 182

PHỤ LỤC 183

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay nền công nghiệp ô tô thế giới đã đạt tới trình độ phát triển cao, nó trở thành công nghiệp liên hợp của nhiều ngành Ơ những nước có nền công nghiệp

ô tô mạnh, có hẳn ngành “Trang bị điện ô tô máy kéo” riêng và có những cơ sở nghiên cứu, thí nghiệm, đào tạo cán bộ chuyên ngành Nhờ vậy mà ngành “Trang

bị điện ô tô” thế giới đã áp dụng được những thành tựu khoa học tiên tiến như kỹ thuật bán dẫn, vi điện tử vào mạng điện của ô tô Điều này đã được thể hiện trong thực tế như: hiện nay các máy phát điện xoay chiều có chỉnh lưu bán dẫn đang thay thế các máy phát điện một chiều cũ, bộ điều chỉnh điện cũ cũng được thay thế bằng các bộ điều chỉnh bán dẫn hoặc vi điện tử có nguyên lý làm việc, cấu tạo khác hẵn,

có tuổi thọ rất cao và không cần chăm sóc, bảo dưỡng kỹ thuật Các bộ phận để đo mức nhiên liệu, nhiệt độ nước làm mát động cơ, rơ le đèn báo rẽ cũng được thay thế bằng các mạch bán dẫn Các mạch vi điện tử áp dụng cho mạng điện ô tô cũng đang được tiến hành nghiên cứu sản xuất vì với kích thước vô cùng nhỏ, độ tin cậy cao, chịu rung, chịu xóc tốt, các mạch vi điện tử rất thích hợp trong điều kiện làm việc của ô tô máy kéo

Những vấn đề nêu ở trên càng khẳng định tầm quan trọng của việc nghiên cứu nguyên lý làm việc, đặc tính và đặc điểm sử dụng các trang bị điện ô tô máy kéo, vì những hiểu biết này rất cần thiết cho việc thiết kế và sử dụng ô tô được đúng đắn

Giáo trình này được biên soạn làm tài liệu giảng dạy môn học ”Hệ thống điện và điện tử ô tô” cho sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô hệ Cao đẳng kỹ thuật, nên nội dung chỉ tập trung giới thiệu những phần lý thuyết cơ bản về các thiết bị điện của ô tô như: chức năng, cấu tạo, nguyên lý làm việc, phân tích nguyên nhân và phương pháp khắc phục một số hỏng hóc thường gặp, hướng dẫn chăm sóc

và bảo dưỡng kỹ thuật các thiết bị điện trên ô tô

Mắc dù chúng tôi đã cố gắng nhiều trong quá trình biên soạn song chắc chắn không tránh khỏi các thiếu sót cũng như đáp ứng đầy đủ nhu cầu của bạn đọc Kính mong các bạn đồng nghiệp, sinh viên và bạn đọc đóng góp ý kiến xây dựng cuốn giáo trình này để lần tái bản sau được hoàn thiện hơn

Huế, ngày 21 tháng 7 năm 2009

Chương 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ

1.1 Tổng quát về mạng điện trên ô tô và phân bố các hệ thống

Các thiết bị điện trên ô tô gồm rất nhiều chủng loại khác nhau Từng nhóm các thiết bị điện có cấu tạo và tính năng riêng, phục vụ cho một số mục đích nhất định tạo thành những hệ thống riêng biệt trong mạng điện của ô tô Vì vậy mạng điện tổng quát của ô tô nói chung có thể chia các hệ thống sau:

+ Hệ thống cung cấp điện, có nhiệm vụ cung cấp năng lượng điện cho các phụ tải điện trên ô tô với một điện thế ổn định trong mọi điều kiện làm việc của ô tô Hệ thống cung cấp điện gồm các thiết bị chủ yếu như: ắc quy, máy phát điện là nguồn điện, và bộ điều chỉnh điện

+ Hệ thống đánh lửa, có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều hiệu điện thế thấp (6V, 12V hoặc 24V) hoặc các xung điện xoay chiều hiệu điện thế thấp (như trong

hệ thống đánh lửa bằng Manhêtô và vô lăng Manhêtíc) thành các xung điện hiệu điện thế cao (12000V ÷ 50000V) đủ tạo nên tia lửa điện cao thế để đốt cháy hỗn hợp nổ trong các xy lanh của động cơ xăng và theo một thứ tự nổ nhất định của động cơ Hệ thống đánh lửa, ngoài nguồn điện ra còn gồm các thiết bị chủ yếu như: biến áp đánh lửa (bô bin), bộ chia điện (đen cô), bu gi, các dây cao áp đặc biệt và khóa điện Ở những hệ thống đánh lửa mới (hệ thống đánh lửa điện tử) có thêm hộp đảo mạch bán dẫn, hộp điện trở phụ riêng, bộ cảm biến đánh lửa đặc biệt không tiếp điểm và hộp điều khiển đánh lửa v.v…

+ Hệ thống khởi động, có nhiệm vụ quay trục khuỷu của động cơ với số vòng quay tối thiểu đủ để nổ máy và đảm bảo nổ máy dễ dàng trong mọi điều kiện làm việc của ô tô Hệ thống khởi động bằng điện gồm các thiết bị chủ yếu như: ắc quy (là nguồn điện duy nhất để khởi động ô tô bằng phương pháp điện), máy khởi động điện và các cơ cấu phụ như rơ le bảo vệ khởi động, rơ le đấu đổi điện áp, công tắc khởi động, bàn đạp v.v… Trong hệ thống khởi động của các ô tô điêzen có thể có thêm các cơ cấu hổ trợ khởi động như các bộ sấy nóng nước làm mát, sấy nóng không khí nạp v.v… để đảm bảo khởi động động cơ dễ dàng trong mùa đông

+ Hệ thống kiểm tra và theo dõi có nhiệm vụ theo dõi và thông báo cho người

sử dụng ô tô những thông số cơ bản về tình trạng làm việc của ô tô Hệ thống kiểm tra và theo dõi gồm những thiết bị chính là các đồng hồ như đồng hồ tốc độ, đồng

hồ nhiệt độ nước, đồng hồ áp suất dầu bôi trơn …

+ Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu có nhiệm vụ đảm bảo điều kiện hoạt động bình thường của ô tô khi trời tối (có khi cả trong điều kiện sương mù) và đảm bảo điều kiện an toàn giao thông

+ Hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ có nhiệm vụ điều khiển quá trình cấp nhiên liệu và quá trình đánh lửa cho động cơ

+ Hệ thống các thiết bị phụ là hệ thống các tiện nghi phục vụ cho hành khách trong xe và hổ trợ cho công việc của lái xe Hệ thống các thiết bị phụ gồm những

cụm thiết bị chủ yếu như: bộ phận nâng hạ kính cửa xe, hệ thống điều hòa không khí, vô tuyến truyền hình, hệ thống điều khiển hộp số tự động, ly hợp …

1.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống điện ô tô

Chế độ làm việc luôn thay đổi trên ô tô có ảnh hưởng trực tiếp đến chế độ làm việc của hệ thống điện Do đó xuất phát từ điều kiện phải luôn luôn đảm bảo cho ô

tô hoạt động bình thường mà người ta đề ra cho hệ thống điện những yêu cầu sau:

- Đảm bảo độ tin cậy tối đa trong mọi điều kiện sử dụng của ô tô

- Đảm bảo các đặc tính công tác đạt chất lượng cao và ổn định trong dãi thay đổi tốc độ và tải của động cơ

- Kết cấu đơn giản và hoàn toàn tự động làm việc ở mọi chế độ

- Chăm sóc và bảo dưỡng kỹ thuật ít nhất trong sử dụng với mục đích giảm thời gian chết cưỡng bức và những tổn phí cho sửa chữa, bảo dưỡng kỹ thuật

- Có trọng lượng và kích thước nhỏ nhất nhưng không được giảm tuổi thọ và

độ tin cậy trong sử dụng

- Có độ bền cơ khí cao; đảm bảo chịu rung và chịu xóc tốt

- Đảm bảo thời hạn phục vụ lâu dài

1.3 Nguồn điện trên ô tô

Nguồn điện trên ô tô là nguồn điện một chiều điện áp thấp

- 12 VDC (trên ô tô du lịch và xe tải nhỏ)

- 24 VDC (trên các xe tải lớn)

- 48 VDC (trên các xe quân sự)

1.4 Các loại phụ tải điện trên ô tô

Trừ nguồn điện ra, còn tất cả các thiết bị có sử dụng năng lượng điện của mạng điện ô tô như đèn còi, các thiết bị đánh lửa, các thiết bị khởi động … đều được xem là phụ tải điện và gọi tắt là phụ tải Tính chất của các phụ tải điện trên ô

tô rất đa dạng: phụ tải thuần trở (bóng đèn chiếu sáng), phụ tải có tính thuần cảm (các cuộn dây điện từ, biến áp đánh lửa), phụ tải có tính thuần dung (các tụ điện trong hệ thống đánh lửa, các mạch điều khiển động cơ…) Trường hợp ngoại lệ ắc quy tuy là nguồn điện nhưng khi được máy phát điện nạp bằng một dòng điện nào

đó thì nó cũng được coi là một phụ tải của máy phát điện

1.5 Các thiết bị bảo vệ và điều khiển trung gian

Các thiết bị bảo vệ mạch được sử dụng để bảo vệ dây và các giắc nối khỏi hư hỏng do sự vượt quá mức của dòng điện gây ra khi dòng tăng cao hoặc bị ngắn mạch Dòng tăng quá cao gây ra quá nhiệt làm thiết bị bảo vệ ngắt mạch, bảo vệ mạch điện Gồm có: cầu chì, thiết bị nóng chảy, bộ ngắt mạch…được sử dụng để bảo vệ mạch Thiết bị bảo vệ mạch có nhiều kiểu và nhiều giá trị dòng riêng

* Cầu chì là một thiết bị bảo vệ thông dụng nhất Cầu chì được gắn trong mạch điện để khi dòng điện chạy qua vượt quá mức hệ số dòng của cầu chì thì nó

sẽ đứt Phần tử trong cầu chì chảy ra, làm hở mạch ngăn những bộ phận khác của mạch điện bị hư hỏng bởi dòng quá tải Kích cỡ của cầu chì tổng tùy vào hệ số dòng của nó Dòng quá lớn gây ra quá nhiệt và do sự quá nhiệt chứ không phải là

dòng làm chảy cầu chì Cầu chì bị đứt một lần thì phải được thay thế bởi cầu chì mới

* Rơ le là một công tắc điều khiển từ xa đơn giản, nó dùng một dòng nhỏ để điều khiển một dòng lớn vì vậy nó được dùng để bảo vệ công tắc nên cũng được xem là một thiết bị bảo vệ Một rơ le điển hình điều khiển mạch và điều khiển cả nguồn Kết cấu rơ le gồm có một lõi sắt, một cuộn từ và một tiếp điểm

* Bộ ngắt mạch được sử dụng thay thế cho cầu chì để bảo vệ các mạch công suất phức tạp như: cửa kính, cửa sổ trời, mạch sưởi Hiện có 3 loại thiết bị ngắt mạch: loại điều chỉnh thông thường (cơ khí), loại điều chỉnh tự động (cơ khí), loại điều chỉnh tự động dùng bán dẫn (PTC) Bộ ngắt mạch thường gắn trong hộp cầu chì - rơ le, tuy nhiên một số thiết bị như mô tơ kính cửa có bộ ngắt mạch riêng ở bên trong

Tiếp điểm

Cuộn từ

* Điện trở sử dụng trên ô tô có nhiều dạng khác nhau Một điện trở khá thông dụng trong kỹ thuật điện tử cũng như trong ô tô là điện trở than Điện trở than gồm hỗn hợp bột than và các chất khác được pha trộn theo tỉ lệ khác nhau nên có trị số điện trở khác nhau Bên ngoài điện trở được bọc bằng lớp cách điện Trị số của điện trở được ký hiệu bằng các vòng màu

* Tụ điện có các điện cực, gồm có 2 tấm kim loại hoặc các màng kim loại đối diện với nhau Chất cách điện (hoặc chất điện môi), có thể làm bằng các chất cách điện khác nhau, được đặt giữa các điện cực Khi đặt điện áp vào cả 2 điện cực bằng cách nối các cực âm và dương của một ắc quy, các điện cực sẽ tích điện dương và

âm Khi các điện cực của một tụ điện tích điện bị đoản mạch, sẽ có một dòng điện tức thời chạy từ bản cực (+) đến bản cực (-) làm trung hòa tụ điện Vì vậy tụ điện này được phóng điện Ngoài chức năng tích điện mô tả trên đây, một đặc điểm đáng kể của một tụ điện là nó ngăn không cho dòng điện một chiều chạy qua

Một số mạch điện sử dụng chức năng tích điện của tụ điện như: mạch điều chỉnh đối với nguồn điện, một dòng điện dự phòng cho bộ vi xử lí, một mạch định thời sử dụng lượng thời gian cần thiết để nạp và phóng điện cho tụ điện, mạch dùng

tụ để ngăn dòng điện một chiều, các bộ lọc để trích hoặc loại bỏ các thành phần cụ thể của tần số Bằng cách dùng các đặc điểm này, các tụ điện được sử dụng trong các mạch điện của ô tô cho nhiều mục đích, chẳng hạn như để loại trừ nhiễu hoặc thay thế cho nguồn điện hoặc một công tắc

Hình 1.4: Vạch màu của điện trở

Hình 8 Tụ điện

Hình 1.5: Tụ điện

* Đi ốt: các đi ốt bán dẫn bao gồm chất bán dẫn loại N và loại P nối với nhau Một số loại đi ốt thường dùng: đi ốt chỉnh lưu thường, đi ốt Zener, LED (đi ốt phát sáng), Phô tô đi ốt

Đây là loại linh kiện có hai cực, có tính dẫn điện theo một chiều Giá trị điện trở của nó phụ thuộc giá trị và cực tính của điện áp đặt lên nó Khi tăng điện áp ngược, dòng điện ngược ban đầu tăng nhanh sau đó hầu như không tăng nữa và đạt giá trị bão hoà

Nếu tiếp tục tăng điện áp ngược thì đến một giá trị nào đó, dòng điện ngược tăng đột ngột làm điốt bị đánh thủng Phụ thuộc vào loại điốt và điều kiện làm việc của nó mà quá trình đánh thủng điốt có thể là thuận nghịch hoặc không thuận nghịch

Nếu quá trình đánh thủng là không thuận nghịch, thì sau khi giảm hay cắt điện áp ngược, điốt không trở về trạng thái ban đầu và mất đặc tính dẫn điện theo một chiều tức điốt bị hỏng

Nếu quá trình đánh thủng là thuận nghịch, thì điốt không bị hỏng Sau khi giảm hay cắt bỏ điện áp ngược, điốt trở về trạng thái bình thường, giữ nguyên đặc tính dẫn điện theo một chiều

Các điốt dùng để nắn dòng bình thường nói chung không được phép làm việc

ở gần vùng bị đánh thủng Chế độ làm việc của chúng phải nằm trong vùng giá trị cho phép của các thông số kỹ thuật do nhà chế tạo quy định, như:

- Dòng điện thuận định mức (giá trị trung bình) là dòng cực đại cho phép qua điốt liên tục trong quá trình làm việc mà không làm điốt quá nóng hoặc hỏng (A);

- Điện áp ngược cho phép cực đại [Ung] (biên độ) là điện áp ngược cực đại điốt có thể chịu được mà không bị đánh thủng (V);

Các điốt thường có hai loại: điốt Gécmani và điốt Silíc So với điốt Silíc, điốt Gécmani có độ sụt áp thuận nhỏ hơn, tuy vậy, dòng điện ngược lớn hơn, điện áp ngược cho phép thấp hơn và nhiệt độ làm việc cực đại cho phép cũng nhỏ hơn nhiều

Đối với điốt Gécmani: [tO

] = ( 75÷100)OC;

Hình 1.6: Đi ốt bán dẫn

a- Sơ đồ cấu tạo; b- Sơ đồ nối và ký hiệu; c- Điốt ổn áp;

1- Gécmani có tính dẫn điện điện tử;

2- Gécmani với tính dẫn điện lỗ trống;

Đối với điốt Silíc: [tO

] = (150÷250)OC;

Trong trường hợp cần thiết, để tăng sức chịu đựng Ungmax hoặc để tăng dòng làm việc, có thể dùng các biện pháp ghép nối tiếp hoặc song song các điốt với nhau theo sơ đồ tương ứng

Một số điốt đặc biệt như các điốt Silíc có tiếp giáp mặt có tính chất đánh thủng thuận nghịch được sử dụng làm việc ở chế độ đánh thủng gọi là các điốt ổn

áp, điốt hạn chế hay điốt Zener Các điốt này bình thường không dẫn điện theo chiều ngược, nhưng khi Ung đạt đến một giá trị nào đó gọi là điện áp ổn định thì điốt bị đánh thủng, dòng điện ngược tăng đột ngột nhưng điện áp hầu như không thay đổi Người ta lợi dụng tính chất này để hạn chế, ổn định hay tự động điều chỉnh sự phân bố điện áp trên một đoạn mạch nào đó có điốt

* Transito là loại linh kiện bán dẫn có 3 cực Thực chất nó là hai điốt ghép lại với nhau như trên hình 1.8

Tuỳ theo cách ghép các điốt mà ta có hai loại transito khác nhau là: p-n-p và

n-p-n Loại thứ hai rất ít gặp Phần chung (miếng bán dẫn) là một cực của transitor đƣợc gọi là Bazơ, ký hiệu là B Một trong hai giọt tạp chất (cực thứ 2) đƣợc gọi là cực phát hay Emitơ, ký hiệu là E Giọt tạp chất thứ hai (cực thứ 3) đƣợc gọi là cực góp hay Coléctơ ký hiệu là C Các cực này đƣợc nối với các đầu ra (các chân) để đấu transito vào mạch điện

Trong các ô tô, các transisto quang đƣợc sử dụng trong các cảm biến giảm tốc,

v.v

1.6 Ký hiệu và quy ước trong sơ đồ mạch điện

Một số ký hiệu và quy ƣớc trong sơ đồ mạch điện ô tô

Hình 1.4: Các ký hiệu trong sơ đồ mạch điện

Nguồn ắc quy

Tụ điện

Mồi thuốc

Bóng đèn 1 tim Bóng đèn 2 tim

Còi Cái ngắt mạch

led

Đồng hồ loại kim

Đồng hồ hiện số

Động cơ điện

Cầu chì

Dây chảy (Cầu chì chính) Nối mass

(thân xe)

1.7 Dây điện và bối dây trong hệ thống điện ô tô

1.7.1 Ký hiệu màu và ký hiệu số

Trong khuôn khổ giáo trình này, tác giả chỉ giới thiệu hệ thống màu dây và

ký hiệu quy định theo tiêu chuẩn Châu Âu Các xe sử dụng hệ thống màu theo tiêu chuẩn này là : Ford, Volswagen, BMW, Mercedes… Các tiêu chuẩn của các loại xe khác, bạn đọc có thể tham khảo trong các tài liệu hướng dẫn thực hành điện ô tô

Bảng 1.1: Ký hiệu màu dây hệ Châu Âu

Bảng 1.2 : Ký hiệu đầu dây hệ Châu Âu

56b Đèn cốt

1.7.2 Tính toán chọn dây

Các hư hỏng trong hệ thống điện ô tô ngày nay chủ yếu bắt nguồn từ dây dẫn

vì đa số các linh kiện bán dẫn đã được chế tạo với độ bền khá cao Ô tô càng hiện đại, số dây dẫn càng nhiều thì xác suất hư hỏng càng lớn Tuy nhiên, trên thực tế rất

ít người chú ý đến đặc điểm này, kết quả là trục trặc của nhiều hệ thống điện ô tô xuất phát từ những sai lầm trong đấu dây Phần này nhằm giới thiệu những kiến thức cơ bản về dây dẫn trên ô tô, nhằm giảm bớt những sai sót trong sửa chữa hệ thống điện ô tô

Dây dẫn trong ô tô thường là dây đồng có bọc chất cách điện là nhựa PVC So với dây điện dùng trong nhà, dây điện trong ô tô dẫn điện và được cách điện tốt hơn Chất cách điện bọc ngoài dây đồng không những có điện trở rất lớn (1012 W/mm) mà còn phải chịu được xăng dầu, nhớt, nước và nhiệt độ cao, nhất là đối với các dây dẫn chạy ngang qua nắp máy (của hệ thống phun xăng và đánh lửa) Ở môi trường nhiệt độ và độ ẩm cao, tốc độ lão hóa nhựa cách điện tăng đáng kể Hậu quả là lớp cách điện của dây dẫn bắt đầu bong ra gây tình trạng chập mạch trong hệ thống điện

Thông thường tiết diện dây dẫn phụ thuộc vào cường độ dòng điện chạy trong dây Tuy nhiên, điều này lại bị ảnh hưởng không ít bởi nhà chế tạo vì lý do kinh tế Dây dẫn có kích thước càng lớn thì độ sụt áp trên đường dây càng nhỏ, nhưng dây cũng sẽ nặng hơn Điều này đồng nghĩa với tăng chi phí do phải mua thêm đồng Vì vậy mà nhà sản xuất cần phải có sự so sánh giữa hai yếu tố vừa nêu Ở bảng 1.3 sẽ cho ta thấy độ sụt áp của dây dẫn trên một số hệ thống điện ô tô và mức

Tiết diện dây được tính bởi công thức :

Trong đó :

DU - Độ sụt áp cho phép trên đường dây (theo bảng 1.3)

I - Cường độ dòng điện chạy trong dây tính bằng ampe là tỷ số giữa công suất của phụ tải điện và hiệu điện thế định mức

 - 0.0178W.mm2/m điện trở suất của đồng

l - Chiều dài dây dẫn

Từ công thức trên, ta có thể tính toán để chọn tiết diện dây dẫn nếu biết công suất của phụ tải điện mà dây cần nối và độ sụt áp cho phép trên dây

Để có độ uốn tốt và bền, dây dẫn trên xe được bện bởi các sợi đồng có kích thước nhỏ Các cỡ dây điện sử dụng trên ô tô được giới thiệu trong bảng 1.4

Bảng 1.4 : Các cỡ dây điện và nơi sử dụng

Cỡ dây :

Số sợi/đường kính

Tiết diện (mm2)

Chương 2

HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

Hệ thống cung cấp điện, có nhiệm vụ cung cấp năng lượng điện cho các phụ tải điện trên ô tô với một điện thế ổn định trong mọi điều kiện làm việc của ô tô Hệ thống cung cấp điện gồm các thiết bị chủ yếu như: ắc quy, máy phát điện là nguồn điện, và bộ điều chỉnh điện Trong nội dung bên dưới chúng ta sẽ tìm hiểu rõ hơn

về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống cung cấp điện

2.1 Nhiệm vụ và phân loại ắc quy ô tô

+ Nhiệm vụ: ắc quy trong ô tô thường được gọi là ắc quy khởi động để phân

biệt với loại ắc quy sử dụng ở các lĩnh vực khác Ắc quy khởi động trong hệ thống điện thực hiện chức năng của một thiết bị chuyển đổi hóa năng thành điện năng và ngược lại Đặc điểm của loại ắc quy khởi động là với trọng lượng và kích thước tương đối nhỏ có thể tạo ra dòng điện có cường độ lớn trong khoảng thời gian ngắn (510s), có khả năng cung cấp dòng điện lớn (200800A) mà độ sụt thế bên trong nhỏ, thích hợp để cung cấp điện cho máy khởi động để khởi động động cơ

Trong ô tô sử dụng cả hai loại ắc quy khởi động: ắc quy axít và ắc quy kiềm Nhưng thông dụng nhất vẫn là ắc quy axít, vì so với ắc quy kiềm nó có sức điện động ở mỗi cặp bản cực cao hơn, có điện trở trong nhỏ và đảm bảo chế độ khởi động tốt

Ắc quy khởi động còn cung cấp điện cho các phụ tải điện quan trọng khác trong hệ thống điện, cung cấp từng phần hoặc toàn bộ trong trường hợp động cơ chưa làm việc hoặc đã làm việc mà máy phát điện chưa phát đủ công suất (động cơ đang làm việc ở chế độ số vòng quay thấp) Ngoài ra, ắc quy còn đóng vai trò bộ lọc và ổn định điện thế trong hệ thống điện ô tô khi điện áp máy phát dao động + Phân loại:

- Theo tính chất dung dịch điện phân, ắc quy được chia ra các loại: ắc quy axít (dung dịch điện phân là axít H2SO4) và ắc quy kiềm (dung dịch điện phân là KOH hoặc NaOH)

- Theo tính chất vật liệu vỏ bình chia ra: vỏ bằng ê bô nít, cao su cứng hay các vật liệu tổng hợp khác

Ngoài ra ắc quy còn có thể phân loại theo hiệu điện thế, theo dung lượng, theo vật liệu tấm cách …

2.2 Cấu tạo và quá trình điện hóa của ắc quy chì - axít

2.2.1 Cấu tạo:

Ắc quy là nguồn điện hóa, sức điện động của ắc quy phụ thuộc vào các yếu tô sau: vật liệu cấu tạo của các bản cực và dung dịch điện phân Đối với ắc quy chì – axít sức điện động lý thuyết của một ắc quy đơn (một ngăn) là 2V Muốn tăng khả năng dự trữ năng lượng của ắc quy, người ta tăng số lượng các cặp bản cực dương

và âm trong mỗi ắc quy đơn Muốn tăng giá trị sức điện động của ắc quy, người ta ghép nối nhiều ắc quy đơn thành một bình ắc quy

Cấu tạo một bình ắc quy chì – axít được giới thiệu như trên hình 2.1 gồm vỏ bình (1) có các ngăn riêng và được ngăn cách nhờ các vách ngăn (2) Trong mỗi ngăn có đặt các khối bản cực gồm phân khối bản cực dương (8) và phân khối bản cực âm (7) ngăn cách với nhau bằng các tấm ngăn (10) Mỗi ngăn như vậy được coi

là một ắc quy đơn Các ắc quy đơn nối nối tiếp với nhau bằng các cầu nối (6) và tạo thành bình ắc quy Ngăn đầu và ngăn cuối có các cọc (5) làm theo dạng côn, kèm theo các dấu (+) và (-) tạo thành các đầu cực của ắc quy

- Vỏ bình: vỏ bình được đúc thành một khối và chế tạo bằng nhựa ê bô nít, cao

su cứng hoặc bằng nhựa tổng hợp axphantơpéc

Hình 2.2: Cấu tạo vỏ bình ắc quy

Vách ngăn

vỏ bình Gân đỡ

9- Chất điện phân;

10- Tấm ngăn

Vỏ bình phải có khả năng chịu được axít, có kết cấu cứng vững chịu được va đập Đáy vỏ bình có làm các gân, một mặt làm tăng độ cứng cho vỏ bình, mặt khác

để đỡ các khối bản cực tránh hiện tượng chập mạch bên trong ắc quy do các chất tác dụng rơi xuống đáy bình trong quá trình sử dụng Vỏ bình được chia thành các

ngăn để chứa các ắc quy đơn

- Bản cực: cấu tạo của một bản cực trong ắc quy gồm có phần khung xương và chất tác dụng trát lên nó Khung xương của bản cực âm và dương có cấu tạo giống nhau, chúng được đúc từ chì (Pb) có pha thêm (5÷8)% stibi (Sb) và tạo thành hình dạng mạng lưới Phụ gia stibi (Sb) thêm vào chì làm tăng thêm độ dẫn điện, tăng độ cứng vững và giảm han gỉ cho khung xương đồng thời cải thiện đặc tính đúc khi đúc khung xương Khung xương có nhiệm vụ làm nơi bám bột chì và phân bố dòng điện đều trên bản cực

Chất tác dụng trên bản cực âm được chế tạo từ bột chì ngoài ra để tăng độ xốp, giảm khả năng co và hóa cứng bản cực người ta còn cho thêm từ 2÷3% chất nở (muối hữu cơ) Nhờ tăng độ xốp, dung dịch điện phân dễ thấm sâu vào trong lòng bản cực đồng thời cho phép tăng diện tích bề mặt làm việc thực tế của bản cực lên hàng trăm lần so với bề mặt hình học Do đó tăng được điện dung của ắc quy

Chất tác dụng trên bản cực dương được chế tạo từ minium chì Pb3O4, monoxyt chì PbO Các bản cực sau khi trát đầy chất tác dụng được ép lại, sấy khô và tạo cực bằng cách ngâm vào dung dịch axít H2SO4 loãng, nạp bằng dòng điện nhỏ Sau khi nạp, chất tác dụng của bản cực dương biến thành ô xít chì PbO2 màu nâu thẩm, bản cực âm là chì Pb màu ghi đá

Các bản cực âm và dương được ghép lại với nhau thành khối bản cực Số bản cực âm thường lớn hơn số bản cực dương một bản để đặt các bản cực dương vào giữa các bản cực âm nhằm đảm bảo cho các bản cực dương làm việc đều cả hai mặt tránh cong vênh và bong rơi chất tác dụng Độ dày của các bản cực dương thường lớn hơn bản cực âm để đảm bảo độ bền và làm giảm điện trở, vì khi nạp quá trình ôxy hóa xảy ra ở bản cực dương mãnh liệt hơn

Hình 2.3: Kết cấu khối bản cực 1- Bản cực âm; 2- Cọc âm; 3- Tấm ngăn; 4- Bản cực dương

1

2

3

4

- Tấm ngăn: đặt giữa các bản cực để tránh chập mạch các bản cực, đồng thời tấm ngăn còn có nhiệm vụ giữ cho chất tác dụng ở các bản cực bớt bị bong rơi trong quá trình sử dụng ắc quy Tấm ngăn làm bằng vật liệu xốp chịu axít như: bông thủy tinh, miplat hay kết hợp giữa bông thủy tinh với miplat hoặc gỗ Các tấm ngăn thường có một mặt nhẵn và một mặt hình sóng, mặt nhẵn đặt hướng về phía bản cực âm còn mặt lượn sóng hướng về phía bản cực dương để tạo điều kiện cho dung dịch điện phân dễ luân chuyển đến bản cực dương và thẩm thấu tốt hơn

- Nắp, nút và cầu nối: trên ắc quy có nắp đậy làm kín, ở đó có bố trí các lỗ để kiểm tra và bổ sung dung dịch điện phân Nút để bảo vệ không cho dung dịch điện phân chảy ra ngoài trong quá trình sử dụng, đồng thời trên nút có bố trí các lỗ thông hơi, tránh cho áp suất trong các ngăn ắc quy không bị tăng quá cao trong quá trình phản ứng hóa học xảy ra Cầu nối là những thanh đúc bằng chì có khả năng tải được dòng điện lớn, dùng để đấu nối tiếp các ngăn của bình ắc quy lại với nhau

- Dung dịch điện phân: dung dịch điện phân là dung dịch axít sun phu rít (H2SO4) nguyên chất và nước cất Nồng độ của dung dịch điện phân được pha chế tùy thuộc vào nhiệt độ của môi trường và vật liệu của các tấm ngăn, thông thường nồng độ dung dịch trong khoảng 1,21÷1,31 g/cm3 Nếu nồng độ dung dịch quá cao các tấm ngăn nhanh bị hỏng, các chất tác dụng dễ bong ra khỏi khung xương và quá trình sun phát hóa xảy ra nhanh làm giảm điện dung ắc quy Sun phát hóa là hiện tượng những tinh thể chì sun phát (PbSO4) có màu trắng kết tinh trên bề mặt các bản cực, lớp tinh thể này cứng và có điện trở lớn Nồng độ quá thấp thì suất điện động ắc quy giảm và dung dịch dễ bị đóng băng ở nhiệt độ thấp

Nồng độ dung dịch điện phân có ảnh hưởng rất lớn đến sức điện động của ắc quy, mặt khác nhiệt độ của môi trường cũng có ảnh hưởng rất lớn đến nồng độ của dung dịch điện phân Đối với các nước vùng xích đạo, nồng độ dung dịch điện

Hình 2.4: Cấu tạo của nút bình ắc quy

Lổ thông hơi

Khí

Đệm làm kín

Gờ chặn Khí và hơi axít

Giọt axít

phân cho phép tới 1,10 g/cm3

và ngược lại với các nước xứ lạnh nồng độ dung dịch điện phân cho phép tới 1,31 g/cm3

Khi pha chế dung dịch điện phân cần chú ý: không dùng axít có thành phần tạp chất cao và nước không phải nước cất vì như vậy sẽ làm tăng quá trình tự phóng điện của ắc quy Khi pha chế dung dịch điện phân phải đổ từ từ axít vào nước cất, tuyệt đối không được đổ nước cất vào axít vì như thế sẽ gây phản ứng mạnh dễ cháy nổ

Bảng 2.1: Tỷ lệ giữa nước cất và axít sun phu ríc trong dung dịch điện phân

Tỷ trọng dung dịch

điện phân ở 20C

Tỷ lệ thể tích giữa nước cất và axít sunfuaric

Tỷ lệ trọng lượng giữa nước cất và axít sunfuaric

Tỷ lệ axít sunfuaric trong dung dịch điện phân (%)

2.2.2 Quá trình điện hóa:

Ắc quy là nguồn năng lượng có tính thuận nghịch: nó tích lũy năng lượng dưới dạng hóa năng và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng Quá trình ắc quy cung cấp điện cho mạch ngoài gọi là quá trình phóng điện, quá trình ắc quy tích trữ năng lượng gọi là quá trình nạp điện

Khi cho các tấm bản cực vào trong dung dịch gồm axít sun phu ríc (H2SO4) và nước, các bản cực sẽ có một điện thế nhất định so với dung dịch Do đó các bản

cực này sẽ trở thành điện cực dương và điện cực âm Vì trị số điện thế của điện cực dương và điện cực âm khác nhau cho nên nếu nối hai điện cực trên qua một phụ tải

sẽ có dòng điện đi qua mạch đó

Trong quá trình phóng điện, dòng điện trong dung dịch điện phân đi từ bản cực âm đến bản cực dương.Trên bản cực âm sẽ xảy ra quá trình tạo sun phát chì (PbSO4) do sự kết hợp bột chì xốp (Pb) của cực âm với gốc axít (SO42-) của dung dịch điện phân Trên bản cực dương dưới tác dụng của dòng điện phóng, chất tác dụng chì ôxít (PbO2) cũng tạo thành sun phát chì (PbSO4) do nó hấp thụ gốc axít (SO4

2-) của dung dịch điện phân giải phóng hai nguyên tử ô xy (O2) Ô xy giải phóng từ bản cực dương kết hợp với hydrô (H2) còn lại trong dung dịch điện phân tạo thành nước làm giảm nồng độ của dung dịch điện phân Trong quá trình phóng điện của ắc quy, khối lượng của axít sunfuaric giảm do đó nồng độ của dung dịch điện phân cũng giảm theo

Trong quá trình nạp điện cho ắc quy phản ứng hóa học sẽ xảy ra theo thứ tự ngược lại Trong quá trình nạp điện, dòng điện trong dung dịch điện phân (của nguồn nạp) đi từ bản cực dương đến bản cực âm Sau khi nạp no các phản ứng biến đổi hóa học kết thúc thì bản cực dương trở thành ôxít chì có màu nâu thẩm, bản cực

âm là chì nguyên chất có màu ghi đá Lúc này nồng độ dung dịch không tăng lên nữa và nếu tiếp tục nạp thì sẽ xảy ra hiện tượng phân giải (điện phân) nước thành hydrô và ôxy bay ra khỏi dung dịch dưới dạng bọt khí tạo nên hiện tượng “sôi” Đó

là những dấu hiệu chứng tỏ ắc quy đã được nạp no hoàn toàn

Sơ đồ các quá trình điện hóa xảy ra khi phóng và khi nạp được biểu diễn trên hình:

Hình 2.5: Sơ đồ quá trình điện hóa xảy ra khi nạp ắc quy

Bản cực âm Dung dịch điện phân Bản cực dương Sản phẩm

Phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình phóng nạp có thể biểu diễn bằng phương trình hóa học sau:

PbO2 + 2H2SO4 + Pb  PbSO4 + 2H2O + PbSO4

2.3 Thông số và các đặc tính của ắc quy chì - axít

2.3.1 Thông số

* Sức điện động tĩnh (E0):

Sức điện động tĩnh của ắc quy là hiệu điện thế giữa các điện cực của ắc quy,

đo khi mạch ngoài hở Nó chỉ phụ thuộc vào tính chất hóa lý của các chất tham gia vào quá trình điện hóa, vào nồng độ dung dịch điện phân mà không phụ thuộc vào kích thước bản cực và số lượng chất tác dụng Nồng độ và nhiệt độ dung dịch tăng thì sức điện động sẽ tăng Với nhiệt độ +18oC và nồng độ 1,28 g/cm3, ắc quy dơn (một ngăn của ắc quy) có sức điện động E0 = 2,12V Sự phụ thuộc của sức điện động vào nồng độ của dung dịch điện phân khi trị số thay đổi trong phạm vi từ 1,10 đến 1,31 g/cm3

được tính theo biểu thức sau:

E0 = 0,84 + E

Trong đó: E0 – sức điện động tĩnh của ắc quy đơn, V

E – là một đại lượng tính bằng vôn, có giá trị bằng nồng độ dung dịch điện phân ở nhiệt độ +15o

C, g/cm3 Ngoài ra, sức điện động còn phụ thuộc nhiệt độ dung dịch điện phân, tuy vậy

sự thay đổi sức điện động theo nhiệt độ không lớn nên trong thực tế vận hành ắc quy có thể bỏ qua

* Điện trở trong (raq):

Điện trở trong của ắc quy là sức cản của ắc quy cản trở dòng điện đi qua trong

nó Điện trở trong của ắc quy có hai thành phần và được biểu diễn bởi công thức:

Hình 2.6: Sơ đồ quá trình điện hóa xảy ra khi phóng ắc quy

Bản cực âm Dung dịch điện phân Bản cực dương Sản phẩm

raq = r0 + rp

Trong đó:

r0 - Điện trở thuần của ắc quy, là tổng hợp điện trở thuần của các điện cực, của dung dịch điện phân, của các tấm ngăn và các chi tiết dẫn điện khác, như: cọc bình, cầu nối

rp - Điện trở phân cực của ắc quy, đây là một đại lượng có tính chất quy ước dùng để đánh giá sự thay đổi điện thế ở các điện cực khi có dòng điện đi qua ắc quy

Điện trở thuần của ắc quy có bản chất tương tự điện trở thuần của các vật dẫn khác Nó phụ thuộc vào diện tích, khoảng cách và trạng thái bề mặt của các bản cực, vào điện trở của các chất tạo nên bản cực và bởi vậy phụ thuộc vào mức độ phóng nạp của ắc quy, vào nồng độ và nhiệt độ của dung dịch điện phân (hình 2.7) Với sự giảm nhiệt độ, điện trở suất của dung dịch điện phân tăng lên nhiều (hình 2.8) còn điện trở của các điện cực và các chi tiết nối ghép thay đổi không đáng kể, nên điện trở của dung dịch điện phân là yếu tố quyết định làm tăng điện trở trong của ắc quy ở nhiệt độ thấp

Điện trở phân cực của ắc quy có bản chất hoàn toàn khác Sự xuất hiện điện trở phân cực có thể hình dung như sau:

+ Khi có dòng điện đi qua ắc quy (dòng phóng hoặc nạp) thì nồng độ dung dịch ở vùng tiếp xúc trực tiếp với các bản cực sẽ thay đổi, làm thay đổi suất điện động của ắc quy:

- Khi phóng: nồng độ dung dịch ở vùng sát các bản cực sẽ giảm đi làm giảm sức điện động của ắc quy đi một lượng gọi là sức điện động phân cực khi phóng và

ký hiệu là Epp

- Khi nạp: nồng độ dung dịch tăng lên, nên sức điện động của ắc quy tăng lên một lượng bằng sức điện động phân cực khi nạp Epn

Hình 2.7: Quan hệ giữa điện

dẫn suất của dung dịch

Vì thế, nếu đo sức điện động của ắc quy ngay sau khi phóng hoặc nạp thì giá trị nhận được sẽ khác với giá trị đo khi đã để một thời gian cho dung dịch khuyếch tán đều khắp bình một giá trị bằng sức điện động phân cực tương ứng Điện trở phân cực chính là đại lượng phản ánh sức điện động phân cực này Với bản chất như vậy, điện trở phân cực phụ thuộc vào cường độ dòng điện và nhiệt độ dung dịch nhưng không tuân theo định luật Ôm

Khi tăng dòng phóng, nồng độ dung dịch vùng sát các bản cực giảm nhiều, làm tăng sức điện động phân cực Với những giá trị dòng phóng lớn, lớp dung dịch mới không kịp khuyếch tán vào các bản cực để bù lại cho lượng axít đã tham gia phản ứng, nên nồng độ trong các bản cực càng giảm nhiều và sức điện động phân cực càng lớn

Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến điện trở phân cực vì nhiệt độ giảm làm tăng độ nhớt của dung dịch, gây khó khăn cho quá trình khuyếch tán của nó

Điện dung xác định trong những điều kiện cụ thể như vậy, là một đại lượng hoàn toàn xác định và được gọi là điện dung định mức Điện dung này được cho trong lý lịch và ghi trong ký hiệu của ắc quy

Về bản chất, điện năng của ắc quy là do hoá năng của các phản ứng hoá học biến đổi thành Do đó, nó phụ thuộc trước hết vào số lượng chất tác dụng và lượng dung dịch điện phân Với một lượng chất tác dụng và dung dịch xác định thì điện dung lại phụ thuộc nhiều vào hệ số sử dụng chúng

Hệ số sử dụng chất tác dụng chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố quan trọng sau:

- Độ xốp của chất tác dụng: chất tác dụng càng xốp làm dung dịch càng dễ khuyếch tán sâu vào trong các bản cực nên lượng chất tác dụng thực tế tham gia các phản ứng hoá học càng nhiều do đó hệ số sử dụng chúng càng lớn

- Chiều dày các bản cực: các bản cực càng dày thì hệ số sử dụng chất tác dụng càng nhỏ, vì các lớp bên trong của bản cực khó tiếp xúc được với dung dịch điện phân và được sử dụng ít hơn nhiều so với các lớp phía ngoài, đặc biệt là khi dòng phóng có giá trị lớn

- Độ xốp và kết cấu tấm cách: tấm cách có độ xốp cao, kết cấu hợp lý cho phép tăng khả năng khuyếch tán dung dịch

- Nồng độ dung dịch điện phân: nồng độ ảnh hưởng đến lượng axít H2SO4

tham gia phản ứng và tốc độ khuyếc tán dung dịch Vì thế, nồng độ tăng đến một giới hạn nào đó thì hệ số sử dụng chất tác dụng cũng tăng lên Tuy vậy, tăng nồng

độ sẽ làm giảm tuổi thọ của ắc quy Vì thế người ta căn cứ chủ yếu vào điều kiện khí hậu và mùa để quyết định nồng độ dung dịch Thông thường, nồng độ dung dịch của ắc quy đã được nạp no dao động trong giới hạn 1,27÷1,31 g/cm3

ắc quy giảm đi

Khi cho ắc quy phóng gián đoạn (có khoảng nghỉ giữa các lần phóng), thì điện dung ắc quy có thể cung cấp sẽ lớn hơn khi cho nó phóng liên tục, nhất là khi dòng phóng lớn Vì rằng trong thời gian nghỉ, lượng dung dịch mới kịp khuyếch tán sâu hơn vào các lớp chất tác dụng phía trong của bản cực

- Nhiệt độ dung dịch: nhiệt độ càng thấp điện dung phóng càng giảm Do độ nhớt và điện trở dung dịch tăng lên làm chậm quá trình khuyếch tán và tăng độ sụt thế

- Mức độ và chế độ nạp: ắc quy càng được nạp no, hệ số sử dụng chất tác dụng càng lớn Vì rằng lượng chì và điôxýt chì trong các bản cực cũng như nồng độ dung dịch điện phân tăng theo mức độ nạp

* Hiệu suất của ắc quy:

Hiệu suất của ắc quy đặc trưng cho tính kinh tế của nó Người ta chia ra hai

dt I

dt I

Hiệu suất theo năng lượng thấp hơn, vì ngoài những tổn thất trên, nó còn tính

cả những tổn thất về nhiệt trong quá trình phóng và nạp điện

Ta thấy đường E0 cũng có dạng tuyến tính như đường , còn hiệu điện thế thì nhỏ hơn sức điện động một lượng bằng độ sụt thế trong ắc quy:

độ dung dịch càng giảm thì độ chênh lệch nồng độ càng lớn và lượng dung dịch khuyếch tán vào bản cực càng tăng Quá trình này cứ tiếp diễn cho đến khi có sự cân bằng giữa tốc độ khuyếch tán và tốc độ phản ứng hoá học Sau khi độ chênh lệch nồng độ đạt giá trị tương đối ổn định thì sức điện động và hiệu điện thế giảm chậm, tỷ lệ với mức giảm nồng độ chung của dung dịch (ứng với đoạn giữa - tương đối thẳng của đặc tính Up)

Theo mức độ phóng điện, lượng sunphát chì tạo thành trên bề mặt các bản cực tăng lên, làm tăng điện trở thuần của ắc quy Ngoài ra, các hạt sunphát chì có thể tích khá lớn (so với chì và các ôxýt của nó) còn làm giảm tiết diện thấm dung dịch

và cản trở quá trình khuyếch tán Do đó, làm tăng sức điện động phân cực Đến một lúc nào đó, trạng thái cân bằng sẽ bị phá huỷ, nồng độ dung dịch trong bản cực cùng với sức điện động và hiệu điện thế giảm rất nhanh và nếu cho ắc quy tiếp tục phóng điện thì sức điện động có thể giảm đến không

Các kết quả nghiên cứu cho thấy: Quá trình cho ắc quy phóng điện chỉ nên thực hiện đến điểm P Vì sau điểm này hiệu điện thế của ắc quy giảm rất nhanh, không những không thoả mãn điều kiện làm việc của phụ tải mà còn gây tác hại cho ắc quy và khó khăn cho quá trình nạp phục hồi Hiệu điện thế của ắc quy ứng với điểm P nói trên được gọi là hiệu điện thế phóng cuối cùng Khi hiệu điện thế ắc quy giảm đến hiệu điện thế phóng cuối cùng thì trong sử dụng được coi như ắc quy

đã phóng hết điện Giá trị hiệu điện thế phóng cuối cùng phụ thuộc cường độ dòng phóng Ở chế độ 10 giờ phóng điện hiệu điện thế này bằng 1,7V ứng với =1,1 g.cm3

Nếu ngắt phụ tải tại điểm P, tức là cho ắc quy ngừng phóng điện thì hiệu điện thế Up tăng vọt lên một lượng bằng độ rơi thế trên điện trở thuần của ắc quy, đạt gia strị của suất điện động EI, gia strị này sau đó tăng dần lên đến gia strị E0=1,96V do nồng độ dung dịch trong bản cực và nồng độ chung được cân bằng dần nhờ quá trình khuyếch tán

Đoạn cuối cùng của đặc tính phóng ứng với quá trình này gọi là "khoảng nghỉ" của ắc quy Khoảng nghỉ của ắc quy rất quan trọng trong sử dụng để phục hồi hiệu điện thế và điện dung của ắc quy, nhất là khi khởi động ô tô máy kéo

- Khi nạp với dòng điện không đổi (In=const): thì xảy ra quá trình ngược lại: hiệu điện thế của ắc quy lớn hơn sức điện động của nó một lượng bằng độ rơi thế trong ắc quy và thay đổi theo quy luật ngược với quá trình phóng điện:

Un = E0 + (In.raq) = E0 + In.r0 + E Đầu quá trình nạp hiệu điện thế tăng vọt lên một lượng bằng độ rơi thế trên điện trở thuần và sau đó tăng nhanh do sức điện động phân cực sinh ra do sự tăng nhanh nồng độ dung dịch trong các bản cực

Khi độ chênh lệch nồng độ trong và ngoài bản cực đạt giá trị tương đối ổn định, thì hiệu điện thế tăng đều theo sự tăng nồng độ chung của dung dịch

Sau khi hầu hết sun phát chì đã biến thành điôxýt chì ở cực dương và chì ở cực âm, thì năng lượng nạp chỉ tiêu tốn để phân giải nước thành các ion hyđrô và ô

xy Các ion này một phần được trung hoà thành nguyên tử - thoát ra khỏi dung dịch

Hình 2.10: Đặc tính nạp của ắc quy

dưới dạng bọt khí (ô xy ở cực dương và hyđrô ở cực âm) Hiện tượng này gọi là sự

"sôi" của ắc quy và là một dấu hiệu cuối quá trình nạp Phần lớn bọt khí còn lại bao quanh các điện cực, tạo nên một điện trở phụ giữa điện cực và dung dịch Điện trở

đó làm xuất hiện một hiệu thế phụ khoảng 0,33V giữa dung dịch và điện cực, làm tăng sức điện động và do đó tăng hiệu điện thế nạp ắc quy

Khi tiếp tục nạp, vì rằng hầu như tất cả sun phát chì đã biến thành Pb và PbO2, nên nồng độ, sức điện động và hiệu điện thế không tăng lên nữa Đó là dấu hiệu báo rằng ắc quy đã được nạp no

Sự sôi của ắc quy bắt đầu khi hiệu điện thế của mỗi ắc quy đơn đạt tới giá trị 2,4V, sau đó tiếp tục tăng cho đến khoảng 2,7V thì ngừng tăng Về lý thuyết, có thể kết thúc nạp tại thời điểm này Nhưng thực tế người ta thường tiếp tục nạp thêm khoảng 2 3 giờ nữa Khi thấy rằng: trong suốt thời gian đó, hiệu điện thế và nồng

độ dung dịch hoàn toàn không tăng lên nữa thì mới đảm bảo chắc chắn là ắc quy đã được nạp no

Sau khi ngắt dòng điện nạp, hiệu điện thế của ắc quy sụt xuống một lượng bằng độ rơi thế trên điện trở thuần và sau một "khoảng nghỉ", tức là sau khi nồng

độ dung dịch đã khuyếch tán đồng đều và bọt khí thoát hết ra ngoài, nó bằng giá trị sức điện động E0=(2,11÷2,12)V ứng với ắc quy đã được nạp no

* Đặc tính vôn - ampe:

Đặc tính vôn - ampe (hình 2.11) là tập hợp những đường biểu diễn quan hệ giữa hiệu điện thế và dòng điện phóng của ắc quy ở những nhiệt độ khác nhau Đặc tính vôn - ampe được sử dụng chủ yếu để thiết kế và tính toán hệ thống khởi động, để chọn ắc quy đảm bảo điều kiện làm việc cần thiết cho máy khởi động

Do giới hạn dòng làm việc của máy khởi động nói chung nằm trong vùng ứng với các đoạn tương đối thẳng của đặc tính, vì vậy trong tính toán thực tế người ta

bỏ qua những đoạn phi tuyến (ở hai đầu) ứng với những giá trị dòng rất nhỏ và rất lớn, ngoài giới hạn dòng khởi động Tức là coi như đặc tính có dạng thẳng hoàn

toàn, bằng cách kéo thẳng đặc tính về hai phía cho đến khi cắt các trục toạ độ (đoạn đứt quãng trên hình 2.11)

Đặc tính vôn - ampe phụ thuộc điện trở trong của ắc quy Do đó nó thay đổi

theo những yếu tố ảnh hưởng đến điện trở trong

Đặc tính vôn - ampe có hai điểm đặc trưng:

- Điểm cắt trục tung: xác định bởi hiệu điện thế quy ước lúc ắc quy bắt đầu phóng điện (Ubđ)

- Điểm cắt trục hoành: xác định bởi giá trị dòng ngắn mạch quy ước (Ingm) của

ắc qui ở những nhiệt độ tương ứng

2.3.3 Hiện tượng tự phóng điện

Hiện tượng tự phóng điện là hiện tượng ắc quy bị mất điện dung ngay khi mạch ngoài hở, tức là khi đã cắt tất cả các phụ tải

Người ta phân biết hai loại tự phóng điện là: tự phóng tự nhiên và tự phóng nhanh

Kết quả các nghiên cứu cho thấy rằng: những ắc quy mới, được bảo quản sau khi đã nạp no, thì:

- Trong vòng 14 ngày đêm đầu tiên nó sẽ tự phóng mất 10% điện dung ở nhiệt

phóng nhanh là do sử dụng và bảo dưỡng ắc quy không tuân theo đúng các quy định kỹ thuật

Hiện tượng tự phóng tự nhiên xảy ra nhiều ở bản cực âm Do vật liệu chế tạo bản cực âm không thể thuần khiết hoàn toàn mà có lẫn một loạt các tạp chất kim loại khác, có điện thế dương hơn so với chì nguyên chất, như: đồng, bạc, ăng ti mon nên ngay trong lòng bản cực âm sẽ tạo nên một loạt các micro pin (pin tế vi) mạch kín Những pin tế vi này sẽ phóng các bản cực âm, biến chì thành sun phát chì

Một cách tương tự, các tạp chất lẫn trong dung dịch điện phân và các tấm cách cũng làm các bản cực âm phóng điện Ví du như: khi trong dung dịch điện phân có lẫn các muối kim loại với các hoá trị khác nhau, thì khi nạp: các ion của chúng là các phần tử mang điện sẽ chuyển động đến các bản cực Ở bản cực âm, các ion kim loại nhận được điện tử trở thành nguyên tử trung hoà và có vai trò như một tạp chất kim loại đã mô tả ở phần trên

Nguyên nhân tự phóng ở các bản cực dương là do sự chênh lệch điện thế giữa vật liệu của phần cốt và chất tác dụng Sự chênh lệch điện thế đó sẽ làm xuất hiện dòng điện biến chì của cốt và điôxít chì thành sun phát chì

Khi ắc quy bị chập mạch bên trong, bị ướt bẩn phía ngoài thì sẽ xảy ra hiện tượng tự phóng nhanh, do các bản cực và các đầu cực của ắc quy bị ngắn mạch Hiện tượng tự phóng không thể khắc phục được hoàn toàn Tuy vậy, với sự giảm nhiệt độ, hiện tượng tự phóng giảm đi rất nhiều Ở những tO

thấp hơn OOC (âm), hiện tượng tự phóng ở những ắc quy mới hầu như dừng lại (hình (2.12) Vì thế, khi bảo quản ắc quy thì nên bảo quản ở nhiệt độ âm

2.4 Các phương pháp nạp điện cho ắc quy

Việc nạp ắc quy về nguyên tắc có thể thực hiện từ bất kỳ nguồn điện một chiều nào, chỉ cần điều kiện là: hiệu điện thế của nguồn lớn hơn sức điện động của các ắc quy cần nạp một lượng xác định nào đó

O

C

Hình 2.12: Độ phóng điện trung bình trong 1 ngày đêm của ắc quy a xít

khi bảo quản trong 14 ngày phụ thuộc vào nhiệt độ

Đường 1 - ắc quy mới;

Đường 2 - giữa thời hạn phục vụ;

Đường 3 - cuối thời hạn phục vụ

Hình 2.14: Sơ đồ nạp ắc quy bằng dòng điện không đổi

Để nạp ắc quy cần: nối cực dương của nguồn với cực dương của ắc quy, cực

âm của nguồn với cực âm của ắc quy (hình 2.13)

Do đó, để có thể điều khiển được quá trình nạp thì trong mạch nạp cần phải có thiết bị điều chỉnh để điều chỉnh hoặc hiệu điện thế nguồn hoặc tổng trở của mạch nạp Tuỳ thuộc vào vấn đề điều chỉnh này mà quá trình nạp được chia ra một số kiểu khác nhau, như: nạp bằng dòng điện không đổi, nạp bằng hiệu điện thế không

I n ng  aq

 được giữ không đổi trong suốt quá trình nạp Muốn như vậy, cần phải có thiết bị cho phép thay đổi hiệu điện thế nguồn hoặc tổng trở của mạch nạp (hình 2.14)

Trong hầu hết các thiết bị nạp thì hiệu điện thế nạp được thay đổi bằng cách thay đổi hệ số biến áp Còn để thay đổi tổng trở người ta dùng biến trở mắc nối tiếp với các ắc quy Giá trị của biến trở phải tính toán sao cho đủ lớn để đảm bảo khoảng điều chỉnh

Phương pháp nạp bằng dòng điện không đổi là phương pháp nạp chủ yếu và tổng hợp nhất Nó có ưu điểm là:

Hình 2.13: Các phương pháp nạp ắc quy và sơ đồ nối

a- Điều chỉnh thế hiệu nguồn; b- Điều chỉnh tổng trở mạch

- Cho phép nạp cùng một lúc các bộ ắc quy có hiệu điện thế định mức khác nhau;

- Cho phép điều chỉnh dòng điện nạp cho thích hợp với từng loại ắc quy

- Có khả năng nạp no lần đầu cho ắc quy mới và nạp chữa các ắc quy bị sun phát hoá

Tuy vậy, nó có nhược điểm là:

- Các ắc quy đem nạp cần phải có điện dung như nhau, nếu không se xkhông chọn được dòng điện thích hợp cho tất cả các ăc quy và các ắc quy nhỏ hơn sẽ được nạp no trước, còn các ắc quy điện dung lớn sẽ phải nạp rất lâu

- Thời gian nạp khá lâu (đối với ắc quy mới nạp lần đầu có thể tới 25÷50 giờ)

Để rút ngắn thời gian nạp trong trường hợp vội, có thể thực hiện nạp hai nấc (hình 2.15): nấc thứ nhất với dòng lớn và kết thúc khi hiệu điện thế ắc quy đơn đạt 2,4V (bắt đầu sôi); sau đó chuyển sang nấc thứ hai với dòng nhỏ hơn;

- Tổn hao một phần năng lượng trong biến trở;

- Phải thường xuyên theo dõi và điều chỉnh dòng điện nạp

2.4.2 Nạp với điện áp không đổi

Khi nạp theo phương pháp này thì:

- Tất cả các ắc quy được mắc song song với nguồn điện nạp (hình 2.16) Hiệu điện thế của nguồn phải đảm bảo bằng 2,5÷2,7V trên một ắc quy đơn và không thay đổi trong suốt quá trình nạp

- Mạch nạp không cần thiết bị điều chỉnh

Nấc 1 Nấc2

Hình 2.15: Đồ thị nạp hai nấc với dòng không đổi

Hình 2.16: Nạp ắc quy với thế hiệu không đổi

Do dòng nạp ban đầu lớn nên thời gian nạp giảm đi nhiều Trong khoảng 4÷5 giờ đầu ắc quy đã nạp được (90÷95)% điện dung yêu cầu

Phương pháp nạp với hiệu điện thế không đổi có ưu điểm:

- Có khả năng nạp các ắc quy khác nhau

- Nạp khá nhanh, thời gian nạp ngắn

- Không cần phải theo dõi điều chỉnh vì dòng nạp tự động giảm theo thời gian

Nó rất thích hợp với việc nạp bổ sung cho các ắc quy đang sử dụng, như các ắc quy đặt trên ô tô máy kéo

Nhược điểm của phương pháp này là:

- Không thể dùng để nạp lần đầu cho ắc quy mới và nạp chữa các ắc quy bị sun phát hoá, vì không thể điều chỉnh được giá trị dòng nạp và dòng nạp lúc cuối rất nhỏ do đó không thể nạp no cho ắc quy;

- Dòng điện nạp ban đầu lớn, có thể gây tác hại cho ắc quy và quá tải cho thiết

bị nạp nếu không có cơ cấu hạn chế dòng điện

2.5 Chọn và bố trí ắc quy

Trong trường hợp phải mua mới, vấn đề đầu tiên cần quan tâm là kích thước

ắc quy Chúng được chia thành nhiều loại, theo kích thước mà nhà sản xuất đã tiêu chuẩn hóa, phù hợp với vị trí và kích thước chỗ đặt Một chiếc ắc quy thích hợp sẽ được giữ chặt theo các rãnh, nhằm tránh những vấn đề nảy sinh do dao động hay rung trong quá trình xe chuyển động Nên lưu ý một vài mẫu xe cho phép lắp ắc quy có kích cỡ khác nhau

Ngoài việc chọn kích thước phù hợp, bạn phải đảm bảo ắc-quy có đủ năng lượng để khởi động động cơ Năng lượng khởi động được do bằng thông số dòng khởi động nguội CCA (Cold Cranking Amps) CCA được diễn giải là cường độ dòng mà ắc quy cung cấp trong vòng 30 giây ở 00

F (-17,70C) cho đến khi hiệu điện thế xuống dưới mức có thể sử dụng Chẳng hạn một ắc quy (12V) có CCA là 600, tức nó có thể cung cấp dòng điện 600 ampe trong vòng 30 giây tại -17,70C trước khi điệp áp hạ xuống 7,2 volt CCA có ý nghĩa quan trọng đối với những xe ở vùng khí hậu hàn đới, nhiệt độ thường xuyên xuống dưới 00C Khi nhiệt độ xuống quá thấp, dầu động cơ và dầu hộp số trở nên đặc và khởi động xe vào buổi sáng sẽ rất khó khăn Khi đó, ắc quy phải có CCA cao hơn yêu cầu và không nên chọn loại có thông số thấp hơn khuyến cáo, bởi nó gây hỏng động cơ

Ở vùng khí hậu nóng, không cần giá trị CCA quá cao do dầu động cơ và dầu hộp số không bị đặc Ngoài CCA, còn có thông số khác đo dòng khởi động như CA (Cranking Amps) chỉ cường độ dòng điện mà ắc quy cung cấp trong vòng 30 giây tại nhiệt độ 320

F (00C) trước khi điện áp xuống mức 7,2 volt Thông số dòng khởi động nóng HCA (Hot Cranking Amps) cũng được xác định theo cách tương tự nhưng ở nhiệt độ 80 độ F (26,70

C)

Thông số quan trọng thứ 3 mà mỗi ắc quy cần phải có là dung lượng dự trữ của ắc-quy Dung lượng RC (Reserve Capacity) được đo bằng phút khi ắc quy phóng dòng 25 ampe ở 250C trước khi điện áp xuống dưới mức quy định Dung

lượng phổ biến của ắc quy dùng cho ô tô là 125 phút Giá trị của RC thể hiện khả năng khởi động xe và người ta thường thử bằng cách khởi động một động cơ hạng nặng

Một lưu ý nhỏ là giống như CCA đó là nên chọn ắc quy có trị số RC cao nếu

đi trong điều kiện lạnh

2.6 Sơ đồ tổng quát, sơ đồ cấp điện và phân bố tải

2.6.1 Sơ đồ tổng quát và sơ đồ cấp điện

Sơ đồ cấp điện 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)

2.6.2 Chế độ làm việc giữa ắc quy - máy phát và phân bố tải

Khi động cơ chưa làm việc hoặc làm việc ở tốc độ vòng quay thấp, điện áp của máy phát nhỏ hơn sức điện động của ắc quy Ắc quy lúc này đóng vai trò là nguồn cung cấp chính trên ô tô Tuy nhiên lúc này sẽ không có dòng điện phóng từ

ắc quy qua máy phát vì trong bộ tiết chế (bộ điều chỉnh điện áp máy phát) có khâu ngăn chặn dòng điện ngược, nó đóng vai trò như một khóa điện tử chỉ mà không cho phép dòng điện đi theo chiều ngược lại

Khi động cơ hoạt động ở tốc độ vòng quay cao, điện áp của máy phát lớn hơn sức điện động của ắc quy Lúc này máy phát đóng vai trò là nguồn điện chính và sẽ cho phép dòng điện đi theo chiều từ máy phát sang ắc quy để thực hiện quá trình nạp cho ắc quy

1

Hình 2.17: Sơ đồ nối nguồn điện giữa ắc quy, máy phát và phụ tải

1- Puli máy phát; 4- Tới các phụ tải; 7- Đèn báo nạp;

2- Máy phát; 5- Tới mạch đánh lửa; 8- Rơ le đèn báo nạp;

3- Ắc quy; 6- Khóa điện; 9- Bộ điều chỉnh điện

2.7 Máy phát điện

2.7.1 Phân loại và đặc điểm cấu tạo

* Công dụng:

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

- Cung cấp điện cho tất cả các phụ tải

- Nạp điện cho ắc quy khi động cơ làm việc ở các số vòng quay trung bình và lớn

* 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)

Các máy phát điện một chiều loại điều chỉnh trong có kết cấu đơn giản, có khả năng hạn chế và tự động điều chỉnh dòng điện máy phát theo số vòng quay Tuy vậy nó có nhiều nhƣợc điểm nhƣ:

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

- Cản trở việc điều chỉnh hiệu điện thế của máy phát

- Làm giảm tuổi thọ của ắc quy

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

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

+ Loại kích từ bằng nam châm vĩnh cửu

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

So với máy phát một chiều thì máy phát xoay chiều có nhiều ưu điểm hơn, vì

nó không có vòng đổi điện và cuộn dây rô to đơn giản hơn

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

từ kiểu điện từ (bằng nam châm điện)

Các máy phát kích từ bằng NCVC, do công suất hạn chế nên chủ yếu chỉ được

sử dụng trên xe máy và máy kéo Gần đây, kỹ thuật đã chế tạo được những hợp kim

từ mới có chất lượng cao, nên loại máy phát này bắt đầu có khả năng sử dụng được trên ô tô

Máy phát kích từ bằng NCVC có loại một pha và ba pha Loại ba pha công suất có thể đạt tới 400VA hoặc lớn hơn

Máy phát NCVC có nhiều ưu điểm hơn hẳn các máy phát kích từ 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 hiệu điện thế, công suất hạn chế, giá thành cao, trọng lượng lớn hơn loại kích từ 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

- Máy phát kích bằng nam châm vĩnh cửu (NCVC)

Đặc điểm cấu tạo:

Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều kích từ bằng NCVC gồm hai phần chính là rô to và sta to

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

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

Rô to nam châm hình trụ;

Rô to nam châm hình sao (có các má cực hoặc không);

Rô to nam châm hình móng

Đơn giản nhất là loại rô to hình trụ (hình 2.19) Nó có ưu điểm là chế tạo đơn giản, nhưng nhược điểm là hiệu suất sử dụng nam châm thấp Vì thế chúng chỉ

36

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

Thông dụng nhất là loại rô to nam châm hình sao (hình 2.20 và 2.21) Loại này có ưu điểm là hệ số sử dụng vật liệu lớn Số cực nam châm thường là sáu, vì nếu tăng số cực lên nữa thì hệ số sử dụng vật liệu lại kém đi

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

Rô to nam châm hình sao được sử dụng chủ yếu trong các máy phát điện của

máy kéo với công suất giới hạn khoảng 180VA

Hình 2.21: Máy phát xoay chiều với nam châm vĩnh cửu hình sao

1

2

1

2

Hình 2.20: Rô to nam châm hình sao

Hình 2.19: Rô to nam châm hình trụ rỗng

Nam châm hình sao Hợp kim không dẫn từ Trục

Cuộn dây cố định Sta to

Rô to nam châm hình móng (hình 2.22) ra đời khi xuất hiện các vật liệu từ

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

Nam châm có dạng hình trụ rỗng được nạp từ theo chiều trục Hai đầu của nó đặt 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 cũng mang cực tính của cực từ tiếp xúc với nó Như vậy các móng của hai tấm bích trở thành những cực khác tên xen kẽ nhau của rô to

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

Rô to 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 kích thước đường kính của nam châm hoặc tăng công suất của máy phát

+ Sta to: 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 Mặt trong của sta to có các vấu cực để quấn các cuộn dây phần ứng (hình 2.23)

Hình 2.22: Rô to nam châm hình móng

Hình 2.23: Hệ thống từ của máy phát với nam châm hình sao

1- Sta to; 2- Rô to-Nam châm

Đầu nối chung

1

2

- Máy phát kích kiểu điện từ có vòng tiếp điện

Cấu tạo của máy phát điện loại có vòng tiếp điện gồm những bộ phận chính là:

rô to, sta to, các nắp, puli, cánh quạt và bộ chỉnh lưu (bộ chỉnh lưu có thể tính hoặc không tính vào thành phần cấu tạo của máy phát, tuỳ theo nó được đặt trong máy phát hay riêng biệt bên ngoài)

+ Rô to: gồm hai chùm cực hình móng lắp then trên trục Giữa các chùm cực

có cuộn dây kích từ (3) đặt trên trục qua ống lót bằng thép Các đầu của cuộn dây kích từ được nối với các vòng tiếp điện (9) gắn trên trục máy phát Trục của rô to được đặt trên các ổ bi lắp trong các nắp (6) và (7) bằng hợp kim nhôm

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

Hình 2.24: Máy phát xoay chiều kích kiểu điện từ có vòng tiếp điện

1- Sta to và cuộn dây;

Hình 2.25: Các chi tiết chính của rô to máy phát

1,2- Các nửa rô to trái và phải; 7- Đai ốc và vòng đệm;

3- Cuộn kích thích; 8- Trục lắp vòng tiếp điện;

Trên trục còn lắp cánh quạt 4 và pu li dẫn động 5

+ Sta to (hình 2.26): là mạch 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 sta to của máy phát kích từ bằng NCVC)

Cuộn dây phần ứng thường có 3 pha nối theo hình sao Mỗi pha gồm một số cuộn nhỏ mắc nối tiếp Đầu của các cuộn dây pha được nối ra bộ chỉnh lưu đặt trong vỏ máy phát theo sơ đồ chỉnh lưu cầu

Trong điều kiện sử dụng thực tế hiệu điện thế máy phát có thể được sử dụng một phần hay toàn bộ (hình 2.27)

- Máy phát kích kiểu điện từ không vòng tiếp điện

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

Hình 2.26: Sta to và sơ đồ cuộn dây của máy phát điện xoay chiều

1- Mạch từ; 2- Cuộn dây 3 pha

1

2

Hình 2.27: Sơ đồ lắp đặt máy phát xoay chiều trên ô tô

a Sử dụng một phần công suất máy phát;

b Sử dụng toàn bộ công suất máy phát

Máy

phát

Máy phát

Bộ chỉnh lưu

Phụ tải

Bộ chỉnh lưu

Phụ tải

chổi điện hay hư hỏng, bằng cách cho các cuộn dây kích từ đứng yên

Do những ưu điểm trên, máy phát điện loại này được sử dụng ngày càng nhiều trên các ô tô làm việc trong điều kiện nặng nhọc và trên các máy kéo nông nghiệp

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

có kết cấu tương tự như ở máy phát điện loại có vòng tiếp điện Chỉ có điểm khác biệt là: cuộn dây kích từ (3) được đặt ngay trên phần ống nhô ra của nắp sau hay lắp cố định trên đĩa (6) bắt chặt vào khối thép từ của sta to Tức là cuộn dây kích từ trở thành một bộ phận của sta to và điện được dẫn vào cuộn kích từ qua các đầu nối

cố định trên sta to

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

- Chỉnh lưu và ký hiệu

Chỉnh lưu có nhiệm vụ biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều cung cấp cho hệ thống điện ô tô Bộ chỉnh lưu thường được lắp đặt bên trong máy phát Cấu tạo bộ chỉnh lưu bao gồm: các đi ốt, giá đỡ và cánh tản nhiệt

Hình 2.28: Sơ đồ các máy phát xoay chiều không có vòng tiếp điện

Đi ốt Phiến tản nhiệt