thí nghiệm trang bị điện và điện tử động cơ đốt trong

mô tả nguyên lí làm việc của máy khởi động, nhiệm vụ yêu cầu phân loại máy khởi động, cấu tạo máy khởi động, kiểm tra máy khởi động, kết quả thí nghiệm, vẽ đồ thị nhận xét, công dụng yêu cầu phân loại máy phát điện, cấu tạo, bảng số liệu vẽ đồ thị, nhận xét

LỜI NÓI ĐẦU

TH TB điện và điện tử ĐCĐT là học phần được trang bị cho sinh viên khoa Cơ Khí

Giao Thông sau khi học xong môn Trang bị điện và điện tử ĐCĐT nhằm giúp sinh viên

vận dụng lý thuyết được học trên giảng đường, tiếp cận đầy đủ hơn với các trang thiết bịhiện đại, cách vận hành hệ thống và trên hết là phương pháp thực hiện một thí nghiệmhoàn chỉnh

Với sự hướng dẫn tận tình của Thầy Huỳnh Bá vang, chúng em đã hoàn thành bài

thí nghiệm và tiến hành làm báo cáo nhằm vận dụng những kiến thức được học, rèn luyệnkỹ năng tính toán cũng như tinh thần làm việc nhóm

Đà Nẵng, Ngày 21 Tháng 4 Năm 2015

Nhóm 18B4

PHẦN 1: HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG1.1 Nhiệm vụ và sơ đồ hệ thống khởi động tiêu biểu:

Động cơ đốt trong cần có một hệ thống khởi động riêng biệt cho trục khuỷu động

cơ một momen với một số vòng quay nhất định nào đó để khởi động được động cơ Cơ cấu khởi động chủ yếu trên ô tô hiện nay là khởi động bằng động cơ điện một chiều Tốc

độ khởi động của động cơ xăng phải trên 50vg/ph, đối với động cơ diesel phải trên 100 vg/ph

Hình 1.1: Sơ đồ mạch hệ thống khởi động điện

1.2 Máy khởi động:

1.2.1 Phân loại:

Để phân loại máy khởi động ta chia máy khởi động thành hai phần:

+ Phần motor: được phân loại dựa trên kiểu đấu dây

+ Phần truyền động: được phân loại theo cách truyền động của máy khởi động đến động cơ.

* Motor điện trong máy khởi động là loại mắc nối tiếp và mắc hỗn hợp

+ Theo cách đấu dây: tùy thuộc theo kiểu đấu dây mà ta phân ra các loại sau:

Hình 1.2: Phân loại máy khởi động theo kiểu đấu dây.

+ Phân loại theo cách truyền động: có hai cách truyền động

 Truyền động trực tiếp với bánh đà:

Bánh răng ở khớp truyền động tự động văng theo quán tính để ăn khớp với bánh đà Sau khi động cơ nổ, bánh răng tự động trở về vị trí cũ.

+ Truyền động cưỡng bức:

Hình 1.5: Truyền động cưỡng bứcKhớp truyền động của bánh rang khi ăn khớp vào vòng rang của bánh đà, chịu sự điều khiển cưỡng bức của một cơ cấu các khớp

+ Truyền động tổ hợp: Bánh răng ăn khớp với bánh đà cưỡng bức nhưng việc ra khớp tự động như kiểu quán tính

 Truyền động phải qua hộp giảm tốc

Hình 1.6: Truyền động qua bánh giảm tốc

Loại này sử dụng nhiểu trên động cơ đời mới Phần motor điện một chiều có cấu tạo nhỏ gọn và có số vòng quay khá cao Trên đầu trục của motor điện có gắn một bánh răng nhỏ, thông qua bánh răng trung gian truyền xuống bánh răng bánh răng của hộp truyền động (hộp giảm tốc).Khớp truyền động là một khớp bi một chiều có ba rãnh, mỗi rãnh có hai bi đũa đặt kế tiếp nhau Bánh răng của khớp đầu trục của khớp truyền động được cài với bánh răng của bánh đà nhờ một relay gài khớp.Relay gài khớp có một ty đẩy, thông qua viên bi đẩy bánh răng vào ăn khớp với bánh đà

1.3 Cấu tạo máy khởi động:

Trên hình trình bày cấu tạo của máy khởi động có hộp giảm tốc, được dung phổ biến trên các ô tô du lịch

Hình 1.7 Cấu tạo máy khởi động.

Máy khởi động có 3 bộ phận chính: động cơ điện, khớp truyền động và cơ cấu điều khiển

a Motor khởi động:

Hình 1.8: Motor khởi động

Motor khởi động là bộ phận biến điện năng thành cơ năng Trong đó; stator gồm

vỏ, các má cực và các cuộn dây kích thích; rotor gồm trục, khối thép từ, cuộn dây phần ứng và cổ góp điện, các nắp với các giá đỡ chổi than và chổi than, các ổ trượt,…

b Relay gài khớp và công tắc từ:

Dùng để điều khiển hoạt động của máy khởi động Có hai phương pháp điều khiển: điều khiển trực tiếp và điều khiển gián tiếp Trong điều khiển trực tiếp, ta phải tác động trực tiếp vào mạng gài khớp để gài khớp và đóng mạch điện của máy khởi động Phương pháp này ít thông dụng Điều khiển gián tiếp thông qua công tắc hoặc relay là phương pháp phổ biến trên các mạch khởi động hiện nay

c Nguyên lý hoạt động:

Relay gài khớp bao gồm: cuộn hút và cuộn giữ Hai cuộn dây trên có số vòng như nhau nhưng tiết diện cuộn hút lớn hơn cuộn giữ và quấn cùng chiều nhau

Hình 1.9: Sơ đồ làm việc của hệ thống khởi động

Khi bật công tắc ở vị trí ST thì dòng sẽ thành hai nhánh:

+ Từ cực (+) đến 11Equation Section (Next)Wg đến mass.

+ Từ cực (+) đến Wh đến Wst đến Brush sau đó đến Wrotor rồi về mass

Dòng qua cuộn giữ và hút sẽ tạo ra lực từ để hút lõi thép đi vào bên trong ( tổng lực từ của hai cuộn) Lực hút sẽ đẩy bánh răng của máy khởi động về phía bánh đà, đồng thời đẩy lá đồng nối tắt cọc (+) accu xuống máy khởi động Lúc này, hai đầu cuộn hút dẳng thế và sẽ không có dòng đi qua mà chỉ có dòng qua cuộn giữ

Khi động cơ đã nổ, tài xế trả công tắc về vị trí ON, mạch hở nhưng do quán tính, dòng điện vẫn còn Do đó hai bánh răng còn dính và dòng vẫn còn qua lá đồng Như vậy dòng sẽ đi từ (+) đến Wh đến Wg rồi về mass

Lúc này, hai cuộn dây mắc nối tiếp nên dòng như nhau, dòng trong cuộn giữ không đổi chiều, còn trong cuộn cuộn hút có chiều ngược với chiều ban đầu Vì vậy, từ trường hai cuộn triệt tiêu nhau Kết quả, dưới tác dụng của lực lò xo, bánh răng và lá đồng sẽ trở về vị trí ban đầu

d Khớp truyền động:

Hình 1.10: Khớp truyền động

Là cơ cấu truyền moment từ phần động cơ điện đến bánh đà, đồng thời bảo vệ cho động

cơ điện qua ly hợp một chiều

1.4 Kiểm tra máy khởi động:

1.4.1 Kiểm tra khi dùng nguồn từ ắc quy:

a Trình tự kiểm tra:

Đối với máy khởi động ta đo độ sụt áp ∆U và độ giảm dòng ∆I ở các chế độ không tải

và có tải ứng với lúc có và không có nguồn ngoài là máy phát Để đo được ∆U và ∆I ta lắp máy khởi động lên băng thử SPIN cho nó hoạt động trên băng thử ở các chế độ khôngtải vá có tải, trình tự các bước thực hiện như sau

Đầu tiên ta mang máy khởi động ra kiểm tra sự thông mạch của máy phát xem máy phát có bị ngắn mạch hay không, sau khi kiểm tra xong ta tiến hành lắp máy khởiđộng lên băng thử

Trên băng thử chú ý chọn vành răng phù hợp với bánh răng của máy khởi động, vàkhoảng cách hành trình chạy giữa chúng, sau khi lắp xong ta vặn chặc các con

buloong cố định máy khởi động vào băng thử và tiến hành đấu dây

Ta đấu dây theo sơ đồ trang 22 của tài liệu về băng thử SPIN như hình 4.1, tức là đầu dương của máy khởi động nối với chân 20 của băng thử, đầu của cuộn dây kích thích nối với chân 18ta có thể nối âm cho máy khởi động với chân 35 để tăng tính ổn định về mát sau khi đấu dây được như sơ đồ ta tiến hành đo

Ở chế độ không tải khi chưa có nguồn ngoài ta khởi động cho máy chạy ổn định xong rồi tắt đi ta quan sát trên băng thử và ghi lại kết quả U và I trước và sau khi khởi động máy, ta thực hiện như thế 4 lần và ta có kết quả như bảng.

Ở chế độ có tải khi chưa có nguồn ngoài ta cũng thực hiện như trên, nhưng khi cho máy khởi động chạy ổn định ta bắt đầu tạo tải bằng cách dùng tay kéo tay cầm trên băng thử từ từ để gây tải cho tới khi nào máy khởi động dừng hẳn thì thôi Ta lặp lại 3 lần và có kết quả như bảng

Hình 1.11: Sơ đồ nối dây máy khởi động.

b Kết quả thí nghiệm:

Sau khi theo dõi diễn biến của điện áp và cường dộ dòng điện sau khi khởi động ta có bảng sau:

 Acqui được sạc điện:

+ Khi khởi động không tải:

U I

Hình 1.12: Đồ thị đo lần 1

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0

Hình 1.13: Đồ thị đo lần 2

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0

Hình 1.14: Đồ thị đo lần 3

+ Khi khởi động có tải:

Lần đo u1[V] i1[mA] u2[V] i2[mA] u3[V] i3[A]

I U

Hình 1.15: Đồ thị đo lần 1

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0

Hình 1.16: Đồ thị đo lần 2

I U

Hình 1.17: Đồ thị đo lần 3

 Acqui không được sạc điện:

+ Khi khởi động không tải:

I U

Hình 1.18: Đồ thị đo lần

I U

Hình 1.19: Đồ thị đo lần 2

I U

Hình 1.20: Đồ thị đo lần 3

+ Khi khởi động có tải:

I U

Hình 1.21: Đồ thị đo lần 1

I U

Hình 1.22: Đồ thị đo lần 2

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0

I U

Hình 1.23: Đồ thị đo lần 3

c Nhận xét và kết luận:

Ta thấy ở các lần đo cho được kết quả ít có sai khác

Các đồ thị ở các lần đo tương đối giống nhau

PHẦN 2: MÁY PHÁT ĐIỆN2.1.1 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 ở các số vòng quay trung bình và lớn của động cơ.

2.1.2 Phân loại:

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

+ 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 nănghạn chế và tự động điều chỉnh dòng điện máy phát theo số vòng quay Tuy vậy nó cónhiều nhược điểm như:

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

 Cản trở việc điều chỉnh thế hiệu của máy phát

 Làm giảm tuổi thọ của ắc quy

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

+ Loại kích thích bằng nam châm vĩnh cửu

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

2.1.3 Yêu cầu:

Máy phát điện trên ô tô máy kéo làm việc trong những điều kiện đặc biệt, vì thế chúngphải đáp ứng được các yêu cầu chính sau:

- Chịu được rung sóc bụi bẩn và làm việc tin cậy trong môi trường có nhiệt độ cao, cónhiều hơi dầu mỡ nhiên liệu.

- Tuổi thọ cao

- Kích thước và trọng lượng nhỏ, giá thành thấp

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

2.2 Máy phát điện xoay chiều:

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

Các máy phát kích thích bằng nam châm vĩnh cửu, do công suất hạn chế nên chủ yếuchỉ được sử dụng trên xe máy và máy kéo Gần đây, kỹ thuật đã chế tạo được những hợpkim từ mới có chất lượng cao, nên loại máy phát này bắt đầu có khả năng sử dụng đượctrên ô tô

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

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

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

Nhưng chúng cũng có một số nhược điểm quan trọng là: khó điều chỉnh thế hiệu,công suất hạn chế, giá thành cao, trọng lượng lớn hơn loại kích thích kiểu điện từ cùngcông suất Ngoài ra từ thông của nó còn phụ thuộc nhiều vào chất lượng hợp kim và kim

loại chế tạo nam châm.

2.2.1 Máy phát xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu:

a Đặc điểm cấu tạo:

Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu gồm haiphần chính là rôto và stato

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

quay, tức nam châm là rôto Các máy phát loại này khác nhau chủ yếu ở kết cấu của rôto

và có thể chia ra một số loại chính:

- Rôto nam châm hình trụ

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

- Rôto nam châm hình móng

Đơn giản nhất là loại rôto hình trụ (hình 2.4) Nó có ưu điểm là chế tạo đơn giản,nhưng nhược điểm là hiệu suất sử dụng nam châm thấp Vì thế chúng chỉ được sử dụng ởcác máy phát cỡ nhỏ công suất  100 VA

Thông dụng nhất là loại rôto nam châm hình sao (hình 2.5) 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 rôto nam châm hình sao là khó nạp từ cho rôto, cường độ từ trường

và từ cảm yếu, độ bền cơ học thấp

Rôto nam châm hình sao được sử dụng chủ yếu trong các máy phát điện của máy kéovới công suất giới hạn khoảng 180 VA

Hình 2.1: Roto nam châm hình trụ rỗng.

1-Nam châm; 2-Các má cực; 3-Cuộn dây cố định của Stato

Hình 2.2: Roto nam châm hình sao.

1-Nam châm hình sao; 2-Hợp kim không dẫn từ; 3- Trục rotoRôto nam châm hình móng (hình 2.6) ra đời khi xuất hiện các vật liệu từ mới có lực

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

Hình 2.3: Rô to nam châm hình móng.

Nam châm cơ dạng hình trụ rỗng được nạp từ theo chiều trục Hai đầu của nó đặt haitấm bích bằng thép ít các bon, có các vấu cực nhô ra như những chiếc móng Các móngcực của hai bích được bố trí xen kẽ nhau Do chịu ảnh hưởng của hai cực từ khác dấu ởhai mặt đầu của nam châm, nên các móng cực của mỗi tấm bích cũng mang cực tính củacực từ tiếp xúc với nó Như vậy các móng của hai tấm bích trở thành những cực khác tênxen kẽ nhau của rôto

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

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

- Nạp từ có thể tiến hành sau lắp ghép

- Từ trường phân bố đều hơn

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

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

để đảm bảo từ thông tổng cần thiết Do đó giảm được kích thướcđường kính của namchâm hoặc tăng công suất của máy phát

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

thuật được cách điện với nhau bằng sơn cách điện để giảm dòng fucô Mặt trong của statocó các vấu cực để quấn các cuộn dây phần ứng (hình 2.7)

Hình 2.4: Hệ thống từ của máy phát với nam châm hình sao

1-Stato; 2-Roto-Nam châm

2.2.2 Máy phát xoay chiều kích thích kiểu điện từ:

Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ dùng cho ô tô máy kéo có 2 loại:

- Loại có vòng tiếp điện

- Loại không có vòng tiếp điện

a) Loại có vòng tiếp điện:

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

bên ngoài).

Hình 2.5: Máy phát xoay chiều kích thích kiểu điện từ.

1-Stato và cuộn dây; 2-Roto; 3-Cuộn kích thích; 4-Quạt gió; 5-Puli;

6,7-Nắp; 8-Bộ chỉnh lưu; 9-Vòng tiếp điện; 10-Chổi điện và giá đỡ

Hình 2.6: Cấu tạo máy phát điện xoay chiều kích thích kiều điện từ.

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

then trên trục Giữa các chùm cực có cuộn dây kích thích 3 đặt trên trục qua ống lót bằng

thép Các đầu của cuộn dây kích thích được nối với các vòng tiếp điện 9 gắn trên trụcmáy phát Trục của rôto được đặt trên các ổ bi lắp trong các nắp 6 và 7 bằng hợp kimnhôm.

Hình 2.7: Các chi tiết chính của roto máy phát.

1,2-Các nửa roto trái và phải; 3-Cuộn kích thích; 4-Các má cực;

5-Đầu ra cuộn kích thích; 6-Then; 7-Đai ốc và vòng đệm;

8- Trục lắp vòng tiếp điện; 9-Các vòng tiếp điện; 10-Các đầu dây dẫn

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

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

+ Stato (hình 2.11): là khối thép từ ghép từ các lá thép điện kỹ thuật, phía trong có

xe rãnh phân bố đều để đặt cuộn dây phần ứng (tương tự stato của máy phát kích thíchbằng NCVC)