Nghiên cứu thiết kế hệ thống cung cấp điện xe gắn máy bằng siêu tụ

CBHD:ăPGS.TS.Đ ăVĔNăDǛNGăăăăăăăăăăăă HVTH:ăNGUY NăKH CăB NG 1.1.1 T ng quan về h th ng đi n trên xe g n máy Hệ thống khởiă động starting system: bao gồm accu, máy khởiă độngă điện start

Trang 1

CBHD:ăPGS.TS.Đ ăVĔNăDǛNG HVTH:ăNGUY NăKH CăB NG

vii

M C L C

TrangătựaăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăTRANG Quyếtăđịnhăgiaoăđềătài

Trang 2

Trang 3

3.1.1 Cácăthôngăsốăcơăb năcủaăhệăthống điệnăxeăg nămáyăHondaăDreamăII 53

Trang 4

x

3.2ăVịătríăcácăbộăph năvàămàuădâyăchuẩn trên xe Honda Dream II 55

3.2.1 Moteurăđềăb tăliềnăvớiăcatteătráiăvàăởăphía trên ra hai dây 55

3.2.3 Khóaăcôngăt cămáyăbốătríănáchătayăláiăbênăph iăraăbốnădây 55

3.2.4 Nútăđề,ăcôngăt căđènăchínhăvàăcôngăt căth ngătayăbốătríătrênătayă

3.2.5 Côngăt căđènăpha,ăcốt,ănútăấnăcòiăvàăcôngăt căsignalăbốătríătayăcầmă

Trang 5

3.5.2.2ăThiếtăkếăl i hộp bìnhăđ ăl păsiêuătụăđiện 71

Ch ng 4 TH C NGHI M, ĐÁNH GIÁ H TH NG CUNG C P ĐI N

4.2ăThựcănghiệmăchuy năđ iăhệăthốngăđiện trênăxeăg nămáyăb ngăsiêuătụ 72

4.2.2ăSơăđồătoànăm chăđiệnăchoăxeăg nămáyăb ngăsiêuătụ 73

4.3ăĐánhăgiáăsựăphóng,ăn păcủaăsiêuătụătrênăm chăđiệnăcủaăxeăg nămáyăkhiă

Trang 6

xii

DANH SÁCH CÁC CHỮ VI T T T

AC (Alternating Current)

DC (Direct Current)

ISEF (International Science and Engineering Fair)

CNN (Cable New Network)

LED (Light Emitting Diode)

CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)

NEC (Nippon Electric Company)

PTFE (Polytetrafluoroethylene)

UCR (University of California, Riverside)

CNCS (Centre National de la Recherche Scientifique)

MIT (Massachusetts Institute of Technology)

EDLC (Electrical double-layer capacitors)

CDI (Capacitor Discharged Ignition System)

AH (ampere-hour)

Trang 7

Trang 8

Trang 9

Trang 10

Trang 11

CBHD:ăPGS.TS.Đ ăVĔNăDǛNGăăăăăăăăăăăă HVTH:ăNGUY NăKH CăB NG

1.1.1 T ng quan về h th ng đi n trên xe g n máy

Hệ thống khởiă động (starting system): bao gồm accu, máy khởiă độngă điện (startingămotor),ărelayăđiều khi n khởiăđộng

Hệ thống cung cấpăđiện (charging system): gồmăaccu,ămáyăphátăđiện (bô bin đèn),bộ tiết chế (cục s c)

Hệ thốngă đánhă lửa (ignition system): gồm bô bin lửa, công t c máy, IC (igniter), c m biếnăđiện từ (cụcăkích),ăbôăbinăsườn (biếnăápăđánh lửa), bougie (spark plugs)

Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu (lighting and signal system): gồmă cácă đènăchiếuăsáng,ăcácăđènătínăhiệu, còi, các công t c và relay

Hệ thốngăđoăvàăki mătraă(gaugingăsystem):ăđồng hồ báo tốcăđộ xe,ăđồng hồ báo nhiên liệu và cácăđènăbáoăsố

1.1.2 Ngu n đi n trên xe g n máy

Trên xe g n máy ngoài hệ thốngăđánhălửa có nhiệm vụ biếnădòngăđiện h thế thànhădòngăđiện cao thế đ làmăchoăđộngăcơăsinhăcông,ăcònăhệ thốngăđiệnăđènăcòiăcǜngăcóăchứcănĕngăvôăcùngăthiết yếu

1.1.2.1 Ngu n đi n xoay chiều (AC):

Bôăbinăđènătrongămáyăphátăđiện xoay chiều củaăxeăluônăsinhăraădòngăđiện AC Nguồnăđiệnănàyăcóăđiện thế thấp từ 6 volts hặc 12 volts tùy theo xe Nguồnăđiện này cung cấp cho m chăđènăđêmăgồm:

 Đènăsươngămù

 Đènăđồng hồ tốcăđộ

 Đènălái

Trang 12

2

 Đènăpha,ăcốt vàăđènăbáoăpha

Nguồnăđiện này có th lên thẳng công t căđènăchínhăhoặc lên công t c máy rồi

mới sang công t căđènăchínhăvàăchiaăquaăcôngăt căđènăpha,ăcốt (tùy theo kết cấu từng lo i xe), nguồnăđiện này th păsángăcácăđènăsươngămù,ăđồng hồ tốcăđộ,ălái,ăđèn pha, cốtătùyătheoăỦăngườiăđiăxe

 Cấu t oămáyăphátăđiện xoay chiều:

Máyăphátăđiện xoay chiều gồm các bộ ph năsauăđây:

a Phần chuy năđộng là một volant hay một rotor có g n các miếng nam châm,

có thiết kế choăquayăđồng tốc với trụcăcơă(cốt máy)

b Phần cố định là một mâm nhôm b t cố địnhăvàoăcatteămáy,ătrênăđóăcóăcácăchiă

tiết sau: Cuộn nguồn (bô bin lửa), Cuộnăđènă(bôăbinăđèn),ăCuộn khi n (có th n m trong mâm hoặn ngoài mâm tùy theo xe)

 NguyênălỦăsinhăraăđiện:

 Đối với cuộn nguồn và cuộn khi n: khi volant hay rotor quay khiến từ trường

củaănamăchâmădaoăđộng và từ thông của nam châm bị biến thiên thì cuộn nguồn và cuộn khi năđiều c m ứng sự biến thiên của từ thông nam châm mà sinh ra những xungăđiện xoay chiều.ăCácăxungăđiệnănàyăđược dẫnăđếnăCDIăđ đ iăthànhăđiện một chiều và n păvàoăbôăbinăsườnătĕngăthànhăđiện cao thế rồiăđến bugi nẹt ra tia lửaăđiện

 Đối với cuộnăđèn:ăvẫn cùng nguyên lý trên cuộnăđènăsinhăraănhữngăxungăđiện xoay chiều Một phần cung ứng cho m chăđiệnăđènăđêm,ămột phầnăđượcăđ i thành điện một chiềuăđ n păđiện cho accu và cung ứng cho m chăđènătínăhiệu và còi

 Nguồnăđiện xoay chiềuăđượcăđ iăthànhăđiện một chiều:

Cácăxungăđiện xoay chiều của cuộnăđènăcóăth là một phần hoặc tất c các xung điệnăđược dẫnăđếnădiodeăthường hoặc diode năápăđ n n thànhădòngăđiện một chiều

đ n p cho accu hoặc cung ứng cho hệ thốngăđènăcòiăcủa xe

 Diode n n dòng: là linh kiệnăđiện tử được chế t o b ng hai chất Germanium

và Silicium có hai cựcădươngă(+)ăvàăâmă(-) Nhiệm vụ của diode n n dòng là biến

đ iă dòngă điện xoay chiềuă (AC)ă thànhă dòngă điện một chiềuă (DC)ă khiă điă quaă nó.ă

Trang 13

3

Diode chỉ choădòngăđiệnăđiătheoămột chiều nhấtăđịnh từ dươngă(+)ăsangăâmă(-) gọi là chiều thu năvàăkhôngăchoădòngăđiệnăđiătheoăchiềuăngược l i

 Diode năápă(DiodeăZener):ăđược cấu t oănhưădiodeăthường nhưngăcóăđặc

đi măsauăđây:ănếuăchoătĕngădần giá rị điệnăápăngượcăvàoădiodeăđến một trị số giới

h nănàoăđóăthìăsẽ choădòngăđiệnăđiătheoăchiềuăngược l i, gọiălàăđiện áp năđịnh Nếu

gi măđiệnăápăngược nhỏ hơnătrị số năđịnh thì diode sẽ khóa theo chiềuăngược Với đặcătínhătrên,ădiodeăZenerăđược dùng theo chiềuăngược trong các bộ điều chỉnh bán

dẫnăkhiăđiệnăápătĕng

 Điện trở (R): là một linh kiện tiếp nh nădòngăđiện ch y qua, có hai tác dụng: Tĕngăhoặc gi m một hiệuăđiện thế

1.1.2.2 Ngu n đi n một chiều (DC):

Một phần nguồnăđiện AC củaăbôăbinăđènăđược chuy năđến diode (cục s c)ăđ

n năthànhădòngăđiện DC và n p vào bình accu Nguồnăđiện DC cung ứng cho hệ thống khởiăđộng, còi và hệ thốngăđènătínăhiệu gồm:

Accuăcóăhaiătínhănĕng: thu n pădòngăđiệnăvàăphóngădòngăđiệnăra.ăDòngăđiện

n p vào accu ph iălàădòngăđiện một chiềuă(DC),ănhưăv yădòngăđiệnădoăbôăbinăđènăphát ra ph i qua diode n nădòngăthànhăđiện một chiều rồi n p cho accu

Nguồnăđiệnăaccuădùngăđ cung ứng cho hệ thốngăđènătínăhiệu trên xe, cho còi,

bộ khởiăđộng b ngăđộngăcơăđiện, hay hệ thốngăđánhălửa accu

1.1.4 V n đề về môi trư ng

Theo báo cáo từ T ng CụcăMôiătrường (Bộ TàiănguyênăvàăMôiătrường), trong nĕmă2010ăđãăcóăkho ng 40.000 tấn accu chìăđãăđược th iăraămôiătrường.ăĐángăloă

ng i, dự báoăđếnănĕmă2015,ăconăsố này sẽ là gần 70.000 tấn

Trang 14

ở mứcăbáoăđộng

Hình 1.1: Công nhân làm chì t i m ột xưởng gia công ( nh: CTV)

Bày tỏ sự lo ng iă trước nguy trẻ em ở làng nghề bị nhi m chì, ông Perry Gottesfeld,ă Giámă đốc, T chức Occupational Knowledge International (T chức

Quốc tế về Kiến thứcăAnătoànălaoăđộng)ăđưaăraăc nh báo: Chì nguy h i cho c trẻ emăvàăngười lớn,ănhưngăđặc biệt nguy hi măđối với trẻ nhỏ Theo ông này các ho t động tái chế khôngăđúngăquyăcáchăsẽ không ki măsoátăđược bụi chì bay vào trong không khí, dẫnăđến hiệnătượng ô nhi măđấtăvàăkhôngăkhí.ăTrongăkhiăđó,ăcácăcháuăcóă

th bị ngộ độc chì nặng dù chỉ nhi m mộtălượng chì nhỏ, gây gi m sút trí thông minh và kh nĕngăhọc hành của trẻ nhỏ, bệnh thiếu máu, suy th n, các bệnh về tim

m ch…

Trang 15

5

Trongăbáoăcáoămôiătrường do T ng CụcăMôiătrườngăbanăhànhăcáchăđâyă3ănĕmăđãă từng khuyến cáo: m iă người dân sống trong làng nghề Đôngă Maiă đều có kh nĕngămấtă10ănĕmătu i thọ do ô nhi mămôiătrường

ÔngăTôăVĕnăThànhă- PhóăGiámăđốc Công ty CP Pin accu Tia Sáng cho biết, cáchăđâyăkho ngă10ănĕmăvề trước, các doanh nghiệp s n xuất pin và accu lớn của

ViệtăNamăđều thu hồi accu chì và xử lỦăđ tái sử dụng,ănhưngănayăkhôngăthực hiện

nữa, bởi giá thu mua của công ty không c nh tranh n i với giá thu mua của lực lượngăđồng nát ắAccu là thứ bán ra tiền, không ai vứt accu raăđường c Tuy nhiên

việcăthuăgomăkhôngăđượcăquyăđịnh nên doanh nghiệp có muốnăcǜngăchịu.ăDoăđó,ă

cần ph i có chế tàiăquyăđịnh rõ trách nhiệm và quyền lợi doanh nghiệp khi thu hồi

s n phẩm th i bỏ Hiện nay, chúng tôi chỉ có th chủ độngăđầuătưădâyăchuyền công nghệ nhưămáyăch y pin thân thiện vớiămôiătrường, gi m phát th iẰă- ông Thành nói

Hình 1.2: B ụi chì bám kín từ đầu đến chân người công nhân ( nh: CTV)

Theo tính toán của chuyên gia kinh tế,ăước tính c nước hiện có kho ng 28 triệu xe mô tô và 1,5 triệu xe ô tô và sẽ tĕngăkho ng 20-25% m iănĕm.ăDự báo,ăđến nĕmă2021,ăViệt Nam có th có 60 triệu xe mô tô và ô tô các lo i.ăNhưăv y, sẽ có hàng triệu bình accu bị th i bỏ m iănĕm.ă Nếu một nhà máy tái chế accu chìăraăđời

Trang 16

6

vàăđiăvàoăho tăđộng với công suất 40.000 tấnăchìă/nĕmăvàăchỉ cần ho tăđộng một nướcăcǜngăđãăgiúpăngànhăs n xuất accu tiết kiệmăđược từ 10 triệuăđến 20 triệuăđôălaă

Mỹ chi phí nh p khẩu chì tinh luyệnă(VNăđangăph i nh p khẩu mộtălượng lớn chì

chấtălượng cao làm nguyên liệu cho ngành s n xuất accu pin và accu)

Tuy nhiên accu có nhượcăđi măchungălàăcóădungălượng h n chế, các s n phẩm

phế th i của chúng không thân thiện vớiămôiătrường Thời gian n p củaăcácăaccuăđòiă

hỏi nhiều giờ

Accu chìăcóănhượcăđi măcĕnăb n là tu i thọ thấp Lo i accu chì hoàn h o nhất

hiệnănayăcǜngăchỉ có th làm việcăkhôngăquáă5ănĕm.ăNhưăv y, mộtălượng rất lớn các

lo i accu hết thời h n sử dụng bị th i lo i và trở thành phế th i Tuy không có số

liệu thống kê về nguồn phế th iănàyănhưngăcóăth ướcăđoánălàăcóăhàngătriệu bình accu bị th i bỏ m iănĕm

Lượng accu phế th i là nguồn gây ô nhi mă môiă trường với h u qu hết sức nặng nề vìăchìă(Pb)ăđược coi là chất th i cực kỳ độc h i, vớiăhàmălượng vài ppm/kg

trọng lượngăcơăth đãăgâyă nhăhưởng nghiêm trọngăđến sức khỏeăconăngười

Chì là một kim lo iăđộc có th gây t n h i cho hệ thần kinh,ăđặc biệt là ở trẻ em

và có th gây ra các chứng rối lo n não và máu Ngộ độc chì chủ yếu từ đường thức ĕnăhoặcănước uống có nhi măchì;ănhưngăcǜngăcóăth x y ra sau khi vô tình nuốt

ph i các lo iăđất hoặc bụi nhi m chì hoặcăsơnăgốc chì Tiếp xúc lâu ngày với chì

hoặc các muối của nó hoặc các chất ôxy hóa m nhă nhưă (PbO2) có th gây bệnh

th n,ăvàăcácăcơnăđauăbấtăthường giốngănhư đauăbụng.ăĐối với phụ nữ mang thai, khi

tiếp xúc với chì ở mức cao có th bị sẩy thai Tiếp xúc lâu dài và liên tục với chì làm gi m kh nĕngăsinh s n ở nam giới

1.1.5 Siêu t đi n

Thôngă thường, khiă muốnă tíchă điệnă chúngă taă đềuă nghĩă đếnă pină hoặcă accu là nhữngănguồnăđiệnăhóaăquenăthuộc.ăCácănguồnăđiệnăhóaămặcădùărấtăph ăbiếnănhưngăcóănhượcăđi măchungălàăcóădungălượngăh năchế,ăcácăs năphẩmăphếăth iăcủa chúng khôngăthânăthiệnăvớiămôiătrường.ăThờiăgianăn păcủaăcácăaccu đòiăhỏiănhiềuăgiờ

Trang 17

7

Côngănghệăv tăliệuătiênătiếnănanoăchoăphépăkh căphụcăđượcănhữngănhượcăđi mănày.ăNgàyănayăngườiătaăđãăchếăt oăđượcăcácăsiêuătụăđiệnăcóăđiệnădungătớiă5000ăfara.ăcaoă hơnă điệnă dungă củaă cácă tụă điệnă thôngă thườngă hàngă tỷă lần,ă thờiă giană n pă chỉăkho ngă10ăgiây.ăSiêuătụăđiệnămởăraătri năvọngăứngădụngăvôăcùngătoălớn

 VƠi nét lịch sử

Ngườiă taă đãă tìnhă cờă phátă hiệnă siêuă tụă điệnă từă nĕmă 1957ă khiă cácă kỹă sưă củaăGeneralăElectricăsửădụngăthanăho tătínhăđ ăchếăt oăđiệnăcực,ăkhiăđóăngườiătaăchưaă

gi iăthíchăđượcăcơăchếăho tăđộngăcủaănó.ăTiếcăthayăsauăđóăGeneralăElectricăngừngăphátătri nătheoăhướngănày.ăNĕmă1966ăsiêuătụăđiệnăđượcăphátăhiệnătrởăl iăkhiăcácăkỹăsưăStandardăOilăcủaăOhioănghiênăcứuăphátătri năpinănhiênăliệu.ăNgườiătaăsửădụngăhaiălớpăthanăho tătínhăđượcăphânăcáchăb ngăchấtăcáchăđiệnăxốp,ătuyănhiênăhọăcǜngăthấtă

b iătrongăviệcăthươngăm iăhóaăsiêuătụăđiện.ăTừănĕmă1990ădoăsựăphátătri năcủaăcôngănghệăv tăliệuătiênătiếnăcỡănanoă(1ănanoămétăb ngămộtăphầnătỷămét)ăcácăs năphẩmăsiêuă tụă điệnă đãă đượcă thươngă m iă hóaă vớiă thịă trườngă lênă đếnă 400ă triệuă USDă nĕmă2005.ăĐặcăbiệtătrongălĩnhăvựcănguồnăđiệnăchoăôtôăđiệnădựaătrênăcôngănghệăCMOSăkíchăcỡă22ănm,ăsiêuătụăđiệnăđãăcóăbướcătiếnărấtăđángăk

 Các đặc điểm của siêu t đi n:

Soăvớiăpinăvàăaccu thôngăthườngăsiêuătụăđiệnăcóănhữngăđặcăđi măsau:

- Choăphépăn părấtănhanhă(n păđầyătrongăkho ngă10ăgiây)

- Choăphépăphóngăn pănhiềuălầnă(hàngăv nălần)ăsoăvớiătừă200ăđếnă1000ălầnăcủaăaccu

- Phươngăphápăn păđơnăgi n,ăkhôngăcầnăm chăc nhăbáoăn păđầy,ăkhiăquáăt iăkhôngăgâyă nhăhưởngătớiătu iăthọ

Hiệnănayătrongănướcăchưaăcóănhững nghiên cứu về sử dụng siêu tụ điệnăđ thay

thế cho accu mà chỉ có nghiên cứu và ứng dụng tụ điệnăđ làm nguồnăđiện cung cấp

Trang 18

8

cho một số máy có công suất nhỏ, n păđiện b ngăcáchăquayătayămáyăphátăđiệnăđ

n p cho m chăđiện.ăĐi n hình là cách ắLưuăgiữ vàăđiềuăhòaănĕngălượng trên m ch

điệnẰăcủa tác gi Đặng Hồng Quang

1.1.6.2 NgoƠi nước

Cácăkỹăsưăt iăGeneralăElectricălầnăđầuătiênăthửănghiệmăvớiăcácătụăđiệnăhaiălớp,ădẫnăđếnăsựăphátătri năcủaămộtălo iăđầuătiênăcủaăsiêuătụăvàoănĕmă1957.ăKhôngăcóăứngădụngă thươngă m iă đượcă biếtă đếnă sauă đó.ă Nĕmă 1966,ă Standardă Oilă khámă pháă nhăhưởngăcủaăcácătụăđiệnăhaiălớpădoătaiăn nătrongăkhiălàmăviệcăvềăthiếtăkếătếăbàoănhiênăliệuăthửănghiệm.ăCôngătyăđãăkhôngăthươngăm iăhóaăsángăchế,ănhưngăđượcăcấpăgiấyăphépăNEC,ănĕmă1978ăthịătrườngăcôngănghệălàă"siêuătụ"ăđ ăsaoălưuăbộănhớămáyătính.ăMãiăchoăđếnănhữngănĕmă1990ănhữngătiếnăbộătrongăv tăliệuăvàăphươngăphápăs năxuấtădẫnăđếnăc iăthiệnăhiệuăsuấtăvàăchiăphíăthấpăhơn

Hiệnănayăcácăsiêuătụăđiệnăđãăđượcăthửănghiệmălàmănguồnăđiệnătrongăcácăphươngătiệnăgiaoăthông.ăTrungăQuốcăđãăthửănghiệmăxeăbusăch yăđiệnăsửădụngăsiêuătụăđiệnă(capabus) thay cho accu cóăkh ănĕngăn păđầyătrongăkhiăđ ăt iăbếnălấyăkhách.ăNĕmă

2006 t iăThượngăH iăđãăch yăthíăđi mă2ătuyếnăxeăbusăch yăđiệnăsửădụngăsiêuătụăđiện Nĕmă2001ăvàă2002ănướcăĐứcăđãăthửănghiệmătuyếnăxeăbusăcôngăcộngăsửădụngăkếtăhợpădieselăvàăsiêuătụăđiện.ăTừănĕmă2003ăt iăManheimăSadbahn,ănướcăĐứcăđãă

v nă hànhă tuyếnă đườngă đườngă s tă nhẹă sửă dụngă siêuă tụă điệnă đ ă tíchă nĕngă lượngăphanh ăSiemensăAGăđãăphátătri năSibacăEnergyăStorageădựaătrênăsiêuătụăđiệnădùngăchoăphươngătiệnădiăđộng.ăCôngătyăSenelecăcǜngăđãăphátătri năhệăthốngăgiaoăthôngădựaătrênăsiêuătụăđiện.ăCùngăvớiăsự phátătri năcủaăcôngănghệănanoăcácăsiêuătụăđiệnăcóătươngălaiăđầyăhứaăhẹn

TheoăcácănhàăkhoaăhọcăởăKarlsruhe,ălo iăxeăconădùngătụăđiệnăđ ăchứaăđiệnănĕngărấtăthíchăhợpăchoăviệcăđiăl iăgiữaănơiăởăvàănơiălàmăviệc.ăTheoăthốngăkêăcủaăBộăGiaoăthôngăởăBerlin,ăhơnămộtănửaăsốăngườiăĐứcădùngăôătôăđiălàmăchỉăđiămộtăđo năđườngăchưaăđầyă6ăkmătừănơiăởăđếnănơiălàmăviệc.ă

MứcătiêuăthụăắnhiênăliệuẰăcủaălo iăxeădùngăsupercapăvàoăkho ngă2KWhătrênă100km,ătươngăđươngăvớiă0,25ălítădieselătrênă100km.ăLo iăxeădùngăđộngăcơădieselă

Trang 19

9

tiếtăkiệmănhấtăhiệnănayăcǜngăngốnă4ălítătrênă100ăkm.ăNhưăv yăsupercapăchỉăphùăhợpăchoălo iăxeăch yăđiệnă1ăch ăngồi,ăchủăyếuădùngăđ ăđiătừănhàătớiănơiălàmăviệc

CAP-XXăLtdăcủaăÚcăđangăphátătri năsiêuătụăđiệnăđ ăcungăcấpăh ătrợănĕngălượngăcaoăđ ăôătôăhệăthốngădừng-khởi động,ăb oăvệăvàăkéoădàiătu iăthọăho tăđộngăcủaăpinăcủaăxeăhơiătrongăquáătrìnhănày.ăTrongămộtăhệăthốngădừng-khởiăđộngăcơăbịăt tăbởiăhệăthốngăqu nălỦăđộngăcơăm iăkhiăxeădừngăl iătrongăgiaoăthông.ăKhiăláiăxeăđiăđ ădiăchuy năraă- víădụ,ăb ngăcáchăấnălyăhợpătrongăsửădụng,ăhoặcăth ăphanhăvàănhấnămộtămáyăgiaătốcătựăđộngă- sauăđóăhệăthốngăqu nălỦăđộngăcơăkhởiăđộngăđộngăcơ.ăĐiềuănàyăcóănghĩaălàăchiếcăxeăkhôngăbaoăgiờănhànăr i,ătiếtăkiệmănhiênăliệuăvàăgi măôănhi m.ăTùyăthuộcăvàoăđiềuăkiệnăgiaoăthông,ăđiềuănàyăcóăth tiếtăkiệmăbấtăcứănơiănàoătừă2%ă- 10%ănhiênăliệuăvàăgi mălượngăkhíăth i

Phát minh của một nữ sinh trung học t i Mỹ t o ra một thiết bị có tên gọi là ắsiêuă tụ điệnẰă (supercapacitor),ă choă phépă người dùng s că pină choă điện tho i chỉ trong vòng 20 giây, và thiết bị này có th sử dụng nhiều lần trong một thời gian dài Nghiên cứu của nữ sinh 18 tu iăEeshaăKhare,ăđến từ trường Trung học Lynbrook

ở Saratoga,ăCaliforniaăđãănh năđược gi iăthưởng Nhà khoa học trẻ với số tiềnăthưởng

50000 USD t i Tri n lãm Kỹ thu t và Khoa học quốc tế của Intel (ISEF)

Tr lời phỏng vấn trên CNN, Khare cho biết niềmăđamămêăcủa cô là hoá học nano.ăCôăbéăđãăphátăminhăraămột thiết bị “siêu tụ điện” có th lưuătrữ rất nhiềuăđiện

nĕngătrênămột không gian rất bé Nhờ đó,ăđiện tho i có th được s căđầy pin chỉ trong 20-30 giây

Hiện t i,ă Eeshaă Khareă đangă sử dụng “siêu tụ điện” đ s c pin cho lo iă đènă

LED Giới công nghệ đánhă giá,ă trongă tươngă lai,ă phátă minhă nàyă sẽ rất hữu hiệu Công nghệ này sẽ là“trợ thủ đắc lực” cho nhữngăngườiăthường xuyên sử dụngăđiện

tho i, và các thiết bị diăđộngăhayălaptop ăTheoăđó,ăconăngười sẽ không còn ph i dùngăđến các c măđiện với dây rợ l ng nh ng và chờ đợi trong nhiều giờ đồng hồ Từă nhữngă h nă chếă củaă accuă vàă đặcă đi mă n iă b tă củaă siêuă tụă điệnă cùngă vớiănhữngănghiênăcứuătrướcăđóăvềăsiêuătụăđiệnănênăcầnăthiếtăph iăcóăsựănghiênăcứuăđ ă

dùngăsiêuătụăđiệnăthayăthếăchoăaccuăcóănhiềuănhượcăđi măvàăs năphẩmăphếăth iăgâyă

Trang 20

10

độcăh iăvớiămôiătrường Từănhữngăđiềuăkiệnănhưătrênănênătôi chọnăthựcăhiệnăđềătàiă

ắNghiên cứu, thi t k h th ng cung c p đi n cho xe g n máy b ng siêu t Ằ 1.2 M c đích của đề tài

- Nghiên cứu, thiết kế hệ thống cung cấpăđiện xe g n máy b ng siêu tụ điện

- Thực nghiệm,ăđánhăgiáăsự phóng, n p của siêu tụ điện trên m chăđiện của xe

g n máy khi thay thế cho accu

- Phục vụ công tác nghiên cứu các hệ thống cung cấpăđiện trên xe g n máy cho học sinh, sinh viên ở cácătrường Trung cấp,ăCaoăđẳng,ăĐ i học và nếuăcóăcơăsở phát tri n rộngăhơnăsẽ là tài liệu trợ giúp cho các nhà kỹ thu tăvàăngười tiêu dùng

1.3 Nhi m v của đề tài và giới h n đề tài

1.3.1 Nhi m v của đề tài

- Nghiên cứu về lý thuyết hệ thống cung cấpăđiện trên xe g n máy

- Nghiên cứu, tính toán dùng siêu tụ điện thay thế accu trên xe g n máy

- Thiết kế hệ thống cung cấpăđiện dùng siêu tụ điện thay thế cho accu trên xe

g n máy

- Thực nghiệm,ăđánhăgiáăsự phóng n p của siêu tụ trên m chăđiện của xe g n máy khi thay thế cho accu

1.3.2 Giới h n của đề tài

- Chỉ thực nghiệm trên một lo i xe g n máy

- Chỉ thực nghiệm,ăđánhăgiáăsự phóng n p của siêu tụ trên hệ thống cung cấp điện của xe g n máy khi thay thế accu

1.4 Phư ng pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tài liệu

- Thiết kế hệ thống cung cấpăđiện dùng siêu tụ điện thay thế cho accu trên xe

g n máy

- Thực nghiệm trên xe g n máy hệ thống cung cấpăđiện dùng siêu tụ điện thay

thế cho accu

Trang 21

11

Chư ng 2

C S LÝ THUY T

2.1 Ngu n đi n trên xe g n máy

2.1.1 Ngu n đi n xoay chiều

Khi ta khởiăđộng xe g n máy b ng cầnăđ p hoặc b ngăđộngăcơăđiện thì nguồn điệnăđầuătiênăđược sinh ra là nguồnăđiện xoay chiều Nguồnăđiệnănàyăđược gọi là nguồnăđiện c m ứng từ với một hiệuăđiện thế thấp,ăthường là 6 volts hoặc 12 volts

2.1.1.1 C u t o máy phát đi n xoay chiều

Máyăphátăđiện xoay chiều gồm các bộ ph năsauăđây:

- Phần chuy năđộng là một volant hay một rotor có g n các miếng nam châm,

có thiết kế choăquayăđồng tốc với trụcăcơă(cốt máy)

- Phần cố định là một mâm nhôm b t cố địnhăvàoăcatteămáy,ătrênăđóăcóăcácăchiă

tiết sau: Cuộn nguồn (bô bin lửa), Cuộnăđènă(bôăbinăđèn),ăCuộn khi n (có th n m trong mâm hoặn ngoài mâm tùy theo xe)

2.1.1.2 Nguyên lý sinh ra đi n

 Đối với cuộn nguồn và cuộn khi n: khi volant hay rotor quay khiến từ trường

củaănamăchâmădaoăđộng và từ thông của nam châm bị biến thiên thì cuộn nguồn và

cuộn khi năđiều c m ứng sự biến thiên của từ thông nam châm mà sinh ra những xungăđiện xoay chiều.ăCácăxungăđiệnănàyăđược dẫnăđếnăCDIăđ đ i thànhăđiện một chiều và n păvàoăbôăbinăsườnătĕngăthànhăđiện cao thế rồiăđến bugi nẹt ra tia lửaăđiện

 Đối với cuộnăđèn:ăvẫn cùng nguyên lý trên cuộnăđènăsinhăraănhữngăxungăđiện xoay chiều Một phần cung ứng cho m chăđiệnăđènăđêm,ămột phầnăđượcăđ i thành điện một chiềuăđ n păđiện cho accu và cung ứng cho m chăđènătínăhiệu và còi

2.1.1.3 Ngu n đi n xoay chiều đư c đ i thƠnh đi n một chiều

Cácăxungăđiện xoay chiều của cuộnăđènăcóăth là một phần hoặc tất c các xung điệnăđược dẫnăđếnădiodeăthường hoặc diode năápăđ n năthànhădòngăđiện một chiều

đ n p cho accu hoặc cung ứng cho hệ thốngăđènăcòiăcủa xe

Trang 22

12

 Diode n n dòng: là linh kiệnăđiện tử được chế t o b ng hai chất Germanium

và Silicium có hai cựcădươngă(+)ăvàăâmă(-) Nhiệm vụ của diode n n dòng là biến

đ iă dòngă điện xoay chiềuă (AC)ă thànhă dòngă điện một chiềuă (DC)ă khiă điă quaă nó.ăDiode chỉ choădòngăđiệnăđiătheoămột chiều nhấtăđịnh từ dươngă(+)ăsangăâmă(-) gọi là chiều thu năvàăkhôngăchoădòngăđiệnăđiătheoăchiềuăngược l i

 Diode năápă(DiodeăZener):ăđược cấu t oănhưădiodeăthườngănhưngăcóăđặc

đi măsauăđây:ănếuăchoătĕngădần giá rị điệnăápăngượcăvàoădiodeăđến một trị số giới

h nănàoăđóăthìăsẽ choădòngăđiệnăđiătheoăchiềuăngược l i, gọiălàăđiện áp năđịnh Nếu

gi măđiệnăápăngược nhỏ hơnătrị số năđịnh thì diode sẽ khóa theo chiều ngược Với đặcătínhătrên,ădiodeăZenerăđược dùng theo chiềuăngược trong các bộ điều chỉnh bán dẫnăkhiăđiệnăápătĕng

 Điện trở (R): là một linh kiện tiếp nh nădòngăđiện ch y qua, có hai tác dụng:

tĕngăhoặc gi m một hiệuăđiện thế

2.1.2 Accu (ngu n đi n một chiều)

Accu tứcăbìnhăđiệnăcóătínhănĕng:ăthuăn pădòngăđiệnăphóngădòngăđiện ra Dòng điện n p vào accu ph iălàădòngăđiện một chiềuă(DC).ăNhưăv yădòngăđiện do máy phátăđiện xoay chiều của xe sinh ra ph i qua một diode n nădòngăđ thànhăđiện một chiều rồi n p vào accu

Hầuăhếtăcácăaccu sửădụngătrênăxeăg nămáyăđềuălàălo iăaccu điệnăcựcăchì.ăCácă

b nă cựcă củaă accu cóă d ngă vỉă lưới,ă b nă cựcă dươngă củaă accu làmă b ngă ôxítă chìă(PbO2),ăcònăcácăb năcựcăâmălàmăb ngăchìă(Pb),ăcácăb năcựcădươngăvàăâmăđượcăbốătríăxenăkẽănhauăvàăgiữaăchúngăcóăcácăváchăngĕn.ăCácăváchăngĕnăcóăd ngătấmămỏng,ăcóă tínhă thẩmă thấuă caoă vàă khôngă đượcă dẫnă điện.ă Mộtă accu thườngă cóă nhiềuă ngĕnă

Trang 23

Accu chì ậ axít là một trong những ki u accu đầu tiên trên thế giới,ănóăđược sử

dụng rất ph biến vì giá thành rẻ, v n hành an toàn (do hầuănhưăkhôngăcóănguyăcơăcháy n ) Tuy nhiên, lo i accu này có m tăđộ nĕngălượng thấp nên rất nặng, tu i thọ kémă(thườngălàă3ănĕmăvớiăđiều kiện v năhànhăđúngătiêuăchuẩn), n p ch m và khó tái

chế.ăHơnănữa, chì là một chất có h iăđối với sức khỏe nên sau khi hết thời h n sử

dụng, nếuăkhôngăđượcăthuăgomăđúngăcáchăvàătáiăchế thì accu chì có th trở thành

một th m họaămôiătrường Mặc dù accu chì ậ axít còn tồn t i rất nhiềuănhượcăđi m nhưngănóăvẫn chiếmăđến phần lớn thị phần accu vì giá thành rẻ, sử dụng đơnăgi n

và quen thuộc

2.1.2.2 Accu Lithium ậ ion

Accu Lithium ậ Ion là dòng accu đangăđược sử dụng ph biến trong các lo i ô tôăđiệnăđangăvàăs păđượcăthươngăm i hóa vì nó có m tăđộ nĕngălượng cao nhất trong các lo i accu, kh nĕngăn p nhanh tốt (30 phút có th n păđược 80%), tu i thọ cao (có th lên tớiă10ănĕm).ăChoăđếnănay,ăđâyălàălo i accu được sử dụng ph biến nhất choăôătôăđiện trong nghiên cứu và trong công nghiệp Những nghiên cứu về công nghệ v t liệuăđangăkhiến lo i accu này ngày càng trở nên hấp dẫn với m tăđộ công

suất ngày càng lớn Tuy nhiên, giá thành cao là một trong những vấnăđề không nhỏ

của c quy Lithium Nguyên nhân của giá thành cao là do công nghệ chế t o phức

t p và sự khan hiếm nguyên liệu Ta biết r ng, Lithium là một kim lo i hiếm, và nó

là nguồn tài nguyên có h n Do v y, về lâu dài, accu Lithiumăcǜngăkhôngăph i là nguồnă nĕngă lượng tốiă ưuă choă ôă tôă điện Trước m t nó vẫn là nguồnă nĕngă lượng chính,ănhưngătrongătươngălaiăxaăsẽ bị thay thế

 Accu h

Đốiăvớiălo i accuă12ăVă(thôngădụngăchoăxeămáyăhiệnănay)ăcóă6ăngĕn.ăM iăngĕnăđược xem là một accu đơnăvàăđược nối với nhau b ng các cầu nối Cực âm có dấu (-),

Trang 24

14

cựcădươngăcóădấu (+).ăTrênăcácăngĕnăcóăn păđ y và l thôngăhơi.ăKhiăaccu ho tăđộng

sẽ t o ra chấtăkhíăhyđrôăvàăôăxyăbayălênănênăsẽ thấy hiệnătượng dung dịch sủi bọt và nước c n dần, nồngăđộ dung dịch trở nênăđ măđặc Accu nước là lo i có công suất

lớn, việc b oă dưỡngă cầnă ph iă thường xuyên Muốn cho accu ho tă động tốt, ph i thường xuyên ki m tra mức dung dịchăđiện phân và kh nĕngăphóngăđiện của bình

 Accu khô

Thực tế accu khôăcǜngălàălo i accu axít, chỉ khác là dung dịch axít có tỷ trọng caoă hơnă vàă chỉ đ một lần duy nhất lúc mớiă dùng,ă sauă đóă đ y kín, trên vỏ bình không có l thôngăhơiănênănhìnăvàoăchỉ thấy 2 cựcăâmădương.ăLo i này khôngăđ thêmănước, không cần b oădưỡngăvàăgiáăthànhăđ tăhơnălo i accu nước

Quá trình đi n hóa trong accu

Trongăaccuăthường x y ra hai quá trình hóa học thu n nghịchăđặcătrưngălàăquáătrình n păvàăphóngăđiện, th hiệnădưới d ngăphươngătrìnhăsau:

PbO2 + Pb +2H2SO4  2PbSO4 + 2H2O

Hình 2.1: Quá trình phóng điện của accu

Trang 25

15

Hình 2.2: Quá trình n p điện của accu

Trongăquáătrìnhăphóngăđiện, hai b n cực từ PbO2 và Pb biến thành PbSO4.ăNhưă

v yăkhiăphóngăđiện, axit sunfuric bị hấp thụ đ t oăthànhăsunfatăchì,ăcònănướcăđược

t oăra,ădoăđóănồngăđộ dung dịch H2SO4 gi m

2.2 H th ng kh i động b ng đi n

Có hai cách khởiăđộngăđộngăcơ:ămột là dùng cầnăđ p khởiăđộng, hai là khởi động b ngăđiện Hầu hếtăcácăxeăđời mớiăđều có hệ thống khởiăđộng b ngăđiện nh m mụcăđíchăgiúpătiện lợiăchoăngười sử dụng xe

2.2.1 C u t o chung của h th ng

2.2.1.1 S đ kh i động của một s lo i xe g n máy hi n nay

a S đ m ch kh i động đi n xe Super Dream

Trang 26

- Bóp phanh sau và ấn vào công t c khởiăđộng

Hình 2.3: S ơ đồ khởi động điện xe Super Dream

Trang 27

17

- ECM cung cấpădòngăđiện cho cuộnărơle/khởiăđộng và cộng t cărơleăb t ON

Bìnhăđiện cung cấpădòngăđiện trực tiếp cho máy phát/khởiăđộngăvàăđộngăcơăkhởiăđộng

Hình 2.5: Sơ đồ khởi động điện xe PCX

2.2.1.2 Các chi ti t của máy kh i động

Hình 2.6: Sơ đồ các chi tiết

điệ

Trang 28

 Accu, nguồnăđiện (DC), cựcădươngă(+)ănối vớiărơăleăkhởiăđộng (dây tiết diện

lớn) và nối với công t c máy, cực âm (-) nốiămasseăsườn

 Rơăleăkhởiăđộngă(starterărelay)ăđược cấu t o b ng một lõi s t non cuốn dây đồng, mộtăđầu dây nối với khóa công t c và mộtăđầu dây nối với nút ấn khởiăđộng Bên trong cuộnădâyăđồng còn một thanh thép nhỏ di chuy n tự do có g n một lá kim

lo i mỏngătrênăđầu,ăphíaădưới lá kim lo iănàyălàăhaiăđầu dây tiết diện lớn nối từ cực dươngă(+) accuăvàămôătơă(moteur)ăkhởiăđộng

 Mô tơăkhởiăđộngăđ chuy năđ iăđiệnănĕngăthànhăcơănĕng.ăCấu t o củaămôătơă

nối tiếp song song từngăđôiămột, mộtăđầuădâyăđược hàn các cọcălóăraăngoàiăđ nối

vớiădâyăđiệnădươngă(+)ăcủa accu Dấu còn l i của cuộn kích thích nối với mộtăđầu

ch iăthan,ăđấu còn l i của ch i than nối mass

+ Phần ứngăđiệnăđược gọi là rotor tức là phần ruột chuy năđộng.ăĐóălàămột khối hình trụ tròn do nhiều lá thép ghép l iăcóăcáchăđiện và có khoét rãnh, hình xo n Dâyăđồng tiết diện lớnăđược cuốn vào các rãnh xo nănàyăvàăđượcăcáchăđiện với khối

s t haiăđầu nốiădâyăđiện của một cuộn này và một cuộnăkiaăđược hàn dính vào

Trang 29

19

một ch i than Các ch iăthanăđược ghép vào mộtăvòngătrònăvàăcáchăđiện với nhau

bởi những lá fibre xen kẽ giữa chúng Các ch iăthanănàyăđược gọi là c gópăđiện

 Ly hợpăvàăxíchăđề có nhiệm vụ truyềnăđộng moment củaămôătơăkhởiăđộng đến trụcăcơăđ dẫnăđộng trụcăcơăquay

 Các cuộn dây kích thích của vỏ môătơ,ăquaăch iăthan,ăkíchăđộng cho rotor quay

 Moment của rotor khởiăđộng qua sên khởi động dẫnăđộng trụcăcơă(cốt máy) quay Khi ta buông tay ấn nút khởiăđộng là lúc ly hợp khởiăđộngăđãăchínhăthứcăắcanăthiệpẰănênătrụcăcơăho tăđộng mà không nhăhưởngăđếnămôătơăkhởiăđộng

2.2.3 Như c điểm của accu dùng trong h th ng kh i động

Tuy nhiên accu có nhượcăđi m chung làăcóădungălượng h n chế, các s n phẩm phế th i của chúng không thân thiện vớiămôiătrường Thời gian n p củaăcácăaccuăđòiă

hỏi nhiều giờ

Accu chìăcóănhượcăđi măcĕnăb n là tu i thọ thấp Lo i accu chì hoàn h o nhất

hiệnănayăcǜngăchỉ có th làm việc không quáă5ănĕm.ăNhưăv y, mộtălượng rất lớn các

lo i accu hết thời h n sử dụng bị th i lo i và trở thành phế th i Tuy không có số

liệu thống kê về nguồn phế th iănàyănhưngăcóăth ướcăđoánălàăcóăhàngătriệu bình accu bị th i bỏ m iănĕm

Lượng accu phế th i là nguồn gây ô nhi mă môiă trường với h u qu hết sức nặng nề vìăchìă(Pb)ăđược coi là chất th i cực kỳ độc h i, vớiăhàmălượng vài ppm/kg

trọngălượngăcơăth đãăgâyă nhăhưởng nghiêm trọngăđến sức khỏeăconăngười

Chì là một kim lo iăđộc có th gây t n h i cho hệ thần kinh,ăđặc biệt là ở trẻ em

và có th gây ra các chứng rối lo n não và máu Ngộ độc chì chủ yếu từ đường thức ĕnăhoặcănước uống có nhi măchì;ănhưngăcǜngăcóăth x y ra sau khi vô tình nuốt

Trang 30

20

ph i các lo iăđất hoặc bụi nhi m chì hoặcăsơnăgốc chì Tiếp xúc lâu ngày với chì

hoặc các muối của nó hoặc các chất ôxy hóa m nhă nhưă (PbO2) có th gây bệnh

th n,ăvàăcácăcơnăđauăbấtăthường giốngănhư đauăbụng.ăĐối với phụ nữ mang thai, khi

tiếp xúc với chì ở mức cao có th bị sẩy thai Tiếp xúc lâu dài và liên tục với chì làm gi m kh nĕngăsinhăs n ở nam giới

2.2.4 Nh ng hư h ng thư ng x y ra của h th ng kh i động đi n

 Máy khởiăđộng không có tác dụng

2.3.1 C u t o của t đi n

Tụ điện là một linh kiện thụ động trong m chăđiện tử, tụ điện có chữ viết t t là

C (Capacitor)

Tụ điện gồm có hai b n cực là b ng chất dẫnăđiệnăđặt song song nhau, ở giữa là

một lớpăcáchăđiện gọiălàăđiện môi Chấtăcáchăđiện thông dụngăđ làmăđiện môi trong

tụ điện là: giấy, dầu, mica, gốm,ăkhôngăkhí…

Chấtăcáchăđiệnăđược lấy làm tên gọi của tụ điện

Thí dụ: Tụ điện giấy, tụ điện dầu, tụ điện gốm, tụ điệnăkhôngăkhí…

Hình 2.7: C ấu t o của tụ điện

Trang 31

21

2.3.2 Đặc tính của t đ i với dòng đi n một chiều

Giữa hai b n cực của tụ điện là lớpăcáchăđiệnănênăkhôngăcóădòngăđiệnăđiăquaătụ điện Do I = 0 nên   

 Điện tích âm ở cực âm của nguồn sẽ tích tụ ở b n cựcăbênădưới

 Điệnătíchădươngăở cựcădươngăcủa nguồn sẽ tích tụ ở b n cực bên trên

Hiệnătượngănàyăđược gọi là tụ n păđiện Sau khi n păđầy, ng t công t c K thì điện áp trên 2 b n cực của tụ đoăđược gọi là VC b ng vớiăđiện áp của nguồn UDC (UC = UDC)

d: bề dày lớpăđiện môi (m)

ĐiệnădungăCăcóăđơnăvị là Fara Fara là một trị số điện dung rất lớn nên trong

thực tế chỉ dùngăcácăước số của fara là:

 Micro Fara: 1F = 10-6F

 Nano Fara: 1F = 10-9F

Hình 2.8: T ụ n p điện Hình 2.9: T ụ x điện

Trang 32

Nếu nối nguồn DC vào tụ với thờiăgianăđủ dài thì tụ sẽ n păđầy.ăĐiện tích tụ

n păđược tính theo công thức:

Q:ăđiện dung (Culông)

C:ăđiện dung (Fara)

U:ăđiện áp n p trên tụ (Vôn)

2.3.2.4 Năng lư ng t n p và x

Sau khi tụ n păđầy, thí nghiệm tiếp m chăđiện hình 2.9 (công t c K ở vị trí số 2) thì thấyăbóngăđènăsángălênăvàăsauămột thời gian thìăbóngăđènăt t.ăĐiều này cho thấy cóădòngăđiện ch yăquaăbóngăđènădoătụ điện cung cấp Hiệnătượng này gọi là tụ x điện

Dòngăđiện do tụ x quaăbóngăđènătrongăthờiăgianăđènăsángăchínhălàănĕngălượng đãăđược n p trong tụ điện và tính theo công thức:

C:ăđiện dung (Fara ậ F)

U:ăđiện áp trên tụ (Vôn ậ V)

Trang 33

23

2.3.2.5 Đi n áp làm vi c

Qua hai công thức cho thấyă điện tích tụ n p tỉ lệ thu n vớiăđiệnă ápăvàă nĕngălượngăđiện tụ n p tỉ lệ vớiăbìnhăphươngăcủaăđiện áp Tuy nhiên, ta không th tĕngăđiện áp n p trên tụ lênăquáăcaoăvìăkhiăđiệnăápăđặt vào tụ tĕngăcaoăsẽ sinh ra một lực điệnătrườngăđủ m nh làm cho các electron bị bức x thành các electron tự do và sẽ cóădòngăđiện ch yăquaăđiệnămôi.ăLúcăđó,ăđiện môi sẽ bị đánhăthủng

Điện áp t oăraăđiệnătrườngăđủ m nh t oăraădòngăđiệnătrongăđiện môi gọiălàăđiện ápăđánhăthủngă(BreakdownăVoltage).ăDoăđó,ăkhiăsử dụng tụ điệnăđ n p và x điện thìăđiệnăápăđặt vào tụ ph i nhỏ hơnăđiệnăápăđánhăthủng Trên tụ người ta ph i cho

biết mứcăđiện áp giới h n của tụ điện gọi là điện áp làm việc (Working Voltage ậ WV).ăĐiện áp làm việc ph i nhỏ hơnăđiệnăápăđánhăthủng vài lần

Điệnăápăđánhăthủng củaăđiện môi tỉ lệ theo bề dày d củaăđiệnămôiănênăthường người ta chỉ cho trị số điệnătrườngăđánhăthủng theo công thức:

2.3.2.6 Thông s kỹ thu t đặc trưng của t đi n

Khi sử dụng tụ điện ph i biết hai thông số chính của tụ điện là:

 Điện dungăCă(đơnăvị là F, µF)

 Điện áp làm việc - WVă(đơnăvị là V)

Trang 34

Tụ điệnăđược chia làm hai lo i chính là:

 Tụ điện có phân cựcătínhădươngăvàăâm

 Tụ điện không phân cựcătínhăđược chia làm nhiều d ng

2.3.3.1 T oxit hóa (thư ng gọi là t hóa)

Tụ hóaăcóăđiện dung lớn từ 1Făđến 10.000F là lo i tụ có phân lo i cực tính dươngăvàăâm

Tụ được chế t o với b n cực nhôm va cựcădươngăcóăbề mặt hình thành lớp oxit nhôm và lớp bọtăkhíăcóătínhăcáchă điệnă đ làm chấtăđiện môi Lớp oxit nhôm rất

mỏng nênăđiện dung của tụ lớn Khi sử dụng ph i l păđúngăcựcătínhădươngăvàăâm,ăđiện áp làm việcăthường nhỏ hơnă500V

Trang 35

25

Quiăước về sai số của tụ là:

J = ± 5% K = ÷ 10% M = ÷ 20%

2.3.3.3 T gi y

Là lo i tụ không có cực tính gồm có hai b n cựcălàăcácăbĕngăkimălo i dài, ở

giữa có lớpăcáchăđiện là giấy tẩm dầu và cuộn lo i thành ống.ăĐiệnăápăđánhăthủng đếnăvàiătrĕmăvôn

2.3.3.4 T mica

Là lo i tụ không có cựcătính,ăđiện dung từ vàiăpFăđếnăvàiătrĕmăF,ăđiện áp làm

việc rất cao, trên 1.000V Tụ micaăđ t tiềnăhơnătụ gốm vì ít sai số,ăđápătuyến cao tần tốt,ăđộ bền cao Trên tụ micaăđượcăsơnăcácăchấmămàuăđ chỉ trị số điện dung và cáchăđọc giốngănhưăđọc trị số điện trở

2.3.3.5 T màng m ng

Là lo i tụ có chấtă điện môi là các chấtă polyesteră (PE),ă polyetylenă (PS),ă điện dung từ vàiătrĕmăpicofaraăđến vài chụcămicrôfara,ăđiện áp làm việcăcaoăđến hàng ngàn vôn

Hình 2.11: Ký hi ệu, hình dáng, cách đọc tụ gốm

Hình 2.12: Ký hi ệu, hình dáng tụ giấy

Hình 2.13: T ụ Mica

Trang 36

2.3.3.7 Các trị s đi n dung tiêu chuẩn

Tươngătự nhưăđiện trở,ăngười ta chỉ chế t o các tụ điện có các trị số điện dung theo tiêu chuẩn với các số thứ nhất và thứ haiănhưăsau:

10 ậ 12 ậ 15 ậ 18 ậ 22 ậ 17 ậ 33 ậ 39 ậ 47 ậ 56 ậ 68 ậ 82

Thí d ụ: có các tụ điện 10pF ậ 100pF - 1F ậ 10F

68pF ậ 680pF ậ 6,8F ậ 68F

2.3.4 Đặc tính n p đi n, x đi n của t

Thực hiện l i thí nghiệm n păđiện và x điện của tụ điệnănhưăm ch (hình 2.16)

đ kh oăsátăđiện áp n păđược trên tụ vàădòngăđiện n p vào tụ theo thời gian

Hình 2.14: T ụ màng mỏng

Hình 2.16: Sơ đồ m ch điện Hình 2.15: T ụ tang

Trang 37

Trang 38

28

2.3.4.2 T x đi n

Sau khi tụ n păđầy,ăđiện áp n păđược trên tụ là UC  UDC, b t công t c K sang

vị trí 2 (hình 2.16) tụ x điệnăquaăđiện trở R,ăđiện áp trên tụ từ trị số VDC sẽ gi m

dầnăđến 0V theo hàm số mǜăđối với thời gian t

Điệnăápătrênăhaiăđầu tụ khi x được tính theo công thức: 

t

DC

U ( )   (2.8) Trongăđó: t: thời gian tụ x (giây ậ s)

 = R C (giây ậ s)

Theoă đặc tuyến (hình 2.18), sau một thời gian t =  điện áp trên tụ chỉ còn 0,37UDC ậ tứcălàăđãăx hếtă0,63ăđiệnăápăbanăđầu là UDC ậ sau một thời gian t = 5 thì điện áp trên tụ chỉ còn 0,01UDC coiănhưătụ x hếtăđiện

Trường hợp x điện,ădòngăđiện x cǜngăgi m dần theo hàm số mǜătheoătrị số cựcăđ iăbanăđầu là 

t DC

e R

U

I   xuống trị số cuối cùng là 0A

Dòngăđiện x của tụ cǜngăđược tính theo công thứcănhưădòngăđiện khi n p:



t DC

2.3.5 Đặc tính của t đi n đ i với dòng đi n xoay chiều

Ta có công thứcătínhăcườngăđộ dòngăđiện là:

t

Q

Hình 2.18: Đặc tuyến tụ x điện

Trang 39

Đối vớiădòngăđiện xoay chiều hình sin, trị số tức thời củaăđiện áp là:

Hệ thức liên hệ giữaădòngăđiệnăi(t)ăvàăđiện áp uc là:

t CU

)

t I

I

Đâyălàăđiện áp cựcăđ i n păđược trên tụ

2.3.5.2 Sức c n của t đi n đ i với AC

Định lu t Ohm áp dụngătrênăđiện trở cho ta công thức:

U

m

m  1

Trang 40

30

Soăsánhăhaiătrường hợp ta thấy

CC

1cóăỦănghĩaănhưăđiện trở,ăđối với tụ điện gọi

là dung kháng ký hiệu là Xc

Ta có:

fC CC

X c

2

2.3.5.3 Góc pha gi a đi n áp vƠ dòng đi n

Từ công thứcătínhăđiện áp trên tụ uc(t)ăvàădòngăđiện xoay chiều n p tụ là:

m

C t

Ta nh n thấyăđiện áp uc(t) có góc pha tr hơnădòngăđiện i(t) là 90o Có th bi u

di n góc pha của uc(t)ăvàăi(t)ătrênăđồ thị nhưă(hình 2.20) hay dùng cách vẽ Fresnel

Hình 2.19: Sơ đồ sức c n của tụ điện

Hình 2.20: Đồ thị góc lệch pha giữa u c (t) và i c (t)

Định dạng
Số trang	91
Dung lượng	3,15 MB