Giáo trình Điện ô tô

Muốn điện áp cao hơn ta đấu nối tiếp các ắc quy 12V lại - Phải có khả năng trong thời gian ngắn từ 5...1is, cung cấp một dòng phóng lớn tương ứng với dòng khởi động mà sau đó trạng thái

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN ÔTÔ

1 Khái quát chung

1.1 Công dụng

Thiết bị điện được đặt trên ôtô - máy kéo dùng để sản xuất ra năng lượng điện, tích trữnăng lượng điện và cung cấp năng lượng điện cho các phụ tải Các phụ tải sử dụng nănglượng điện để hoạt động theo các chức năng mà nhà chế tạo đề ra, như:

- Khởi động động cơ bằng máy khởi động;

- Đốt cháy hỗn hợp khí trong xilanh của động cơ xăng;

- Để chiếu sáng;

- Để phát tín hiệu (còi, phanh, báo rẽ);

- Để cung cấp điện cho các dụng cụ kiểm tra, đo lường, dẫn động máy gạt nước mưa

Máy phát và ắcquy được đấu song song với nhau và khả năng cung cấp độc lập chocác thiết bị tiêu thụ điện, có nguồn điện thường sử dụng cung cấp định mức là 12(V) hoặc24(V)

 Nhóm thiết bị tiêu thụ điện bao gồm:

- Hệ thống khởi động: gồm máy khởi động điện, cơ cấu điều khiển, rơ le, công tắc và

các cơ cấu hỗ trợ khởi động khác

- Hệ thống đánh lửa: gồm các bộ phận chính như: biến áp đánh lửa, bộ chia điện, các

cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa sớm, bugi và các dây cao áp Ngoài ra hệ thống đánh lửabán dẫn còn có thêm hộp đảo mạch bán dẫn

- Hệ thống kiểm tra theo dõi: gồm các đồng hồ báo: áp suất dầu, nhiệt độ nước, mức

nhiên liệu, tốc độ, ; Các bộ cảm biến để chuyển đổi các tín hiệu phi điện thành điện truyềnđến các đồng hồ, các đèn và các cảm biến báo nguy hiểm (khi áp suất dầu tụt quá giới hạncho phép, nhiệt độ nước làm mát quá cao, )

- Hệ thống chiếu sáng - tín hiệu: gồm các loại đèn còi, công tắc, rơ le, cầu chì,

- Hệ thống điều khiển động cơ (engine control system): gồm hệ thống điều khiển xăng,

lửa, góc phối cam, ga tự động (cruise control) Ngoài ra, trên các động cơ diesel ngày naythường sử dụng hệ thống điều khiển nhiên liệu bằng điện tử (EDC – electronic dieselcontrol hoặc common rail injection)

- Hệ thống điều khiển ôtô: bao gồm hệ thống điều khiển phanh chống hãm ABS

(antilock brake system), hộp số tự động, tay lái, gối hơi (SRS), lực kéo (traction control)

- Hệ thống điều hòa nhiệt độ (air conditioning system): bao gồm máy nén

(compressor), giàn nóng (condenser), lọc ga (dryer), van tiết lưu (expansion valve), giànlạnh (evaporator) và các chi tiết điều khiển như relay, thermostat, hộp điều khiển, công tắcA/C…

 Các thiết bị bảo vệ và điều khiển trung gian

1

Các phụ tải điện trên xe hầu hết đều được mắc qua cầu chì Tùy theo tải cầu chì có giátrị thay đổi từ (5  3i)A Dây chảy (Fusible link) là những cầu chì lớn hơn 4i A được mắc

ở các mạch chính của phụ tải điện lớn hoặc chung cho các cầu chì cùng nhóm làm việcthường có giá trị vào khoảng (4i 12i)A Ngoài ra, để bảo vệ mạch điện trong trường hợpchập mạch, trên một số hệ thống điện ôtô người ta sử dụng bộ ngắt mạch (CB – circuitbreaker) khi quá dòng

Để các phụ tải điện làm việc, mạch điện nối với phụ tải phải kín Thông thường phải

có các công tắc đóng mở trên mạch Công tắc trong mạch điện xe hơi có nhiều dạng: thườngđóng (normally closed), thường mở (normally open) hoặc phối hợp (change-over switch) cóthể tác động để thay đổi trạng thái đóng mở (ON – OFF) bằng cách nhấn, xoay, mở bằngchìa khóa Trạng thái của công tắc cũng có thể thay đổi bằng các yếu tố như: áp suất, nhiệtđộ…

Trong các ôtô hiện đại, để tăng độ bền và giảm kích thước của công tắc, người tathường đấu dây qua relay Relay có thể được phân loại theo dạng tiếp điểm: thường đóng(NC – normally closed), thường mở (NO – normally opened), hoặc kết hợp cả hai loại -relay kép (changeover relay)

2 Sơ đồ bố trí chung về hệ thống điện trên ôtô – máy kéo

Ð

Hình 1.1: Sơ đồ bố trí chung hệ thống điện ô tô

Trong đó: P  Máy phát ; BA  Bộ ắcquy ; RĐ  Bộ điều chỉnh điện áp; RN  Rơle

ngăn chặn dòng điện ngược; K, U, A  Các cực của rơle điều chỉnh; A  Ampe kế; KĐ Máy khởi động; CT  Chỗ châm thuốc; TC  Tín hiệu còi;KL  Khoá đánh lửa; ĐL  Cuộndây đánh lửa ; PP  Bộ chia điện; B  Buzi; ĐA  Đồng hồ áp lực dầu; CA  Cảm biến áplực; T  Nhiệt kế; CK  Cảm biến nhiệt kế; ĐN  đồng hồ mức nhiên liệu;BN  Biến trởđồng hồ nhiên liệu; ĐS  Động cơ máy sưởi; CĐ  Công tắc đèn; PĐ  Pha; ĐD  Cầu daongắt điện đèn; PN  Đèn pha nhỏ; ĐN  Đèn pha sau; CC  Cầu chì ; CN  Cầu chì lưỡng

kim (kim loại kép)

Vì khung xe - máy làm bằng kim loại, nên người ta dùng khung xe máy thay cho dây

từ cực âm nguồn điện các thiết bị tiêu thụ, thường gọi là "mát" Cho nên trên ôtô - máy kéodùng hệ thống một dây dẫn điện

Giữa máy phát P và bộ ắc quy BA có đấu rơle ngăn chặn dòng điện ngược RN để khiđộng cơ không làm việc hoặc làm việc ở tốc độ thấp (Uf < UAQ) lúc này dòng điện từ bộắcquy sẽ đi vào máy phát và làm hư hại cuộn dây của nó, do vậy RN sẽ tự động ngắt máyphát ra khỏi bộ ắcquy

2

Bộ điều chỉnh điện áp RĐ để đảm bảo duy trì điện áp không đổi của máy phát tronggiới hạn xác định.

Rơle hạn chế cường độ dòng điện dùng để hạn chế dòng điện của máy phát Máy phát

P dùng trên ôtô - máy kéo có thể dùng là máy phátmột chiều hoặc xoay chiều

Chọn điện áp của mạch điện tuỳ theo công suất của máy phát và máy khởi động điện.Khi công suất của máy khởi động nhỏ hoặc khi không có máy khởi động điện thì người tathường dùng điện áp 6(V)

Khi công suất của máy khởi động hoặc máy phát lớn, nếu cần dòng điện tiêu thụ nhỏthì dùng điện áp 12(V) đối với động cơ xăng, hoặc dùng điện áp 24(V) đối với động cơDiesel

Trong các mạch điện của ôtô - máy kéo hiện nay đã dùng các linh kiện bán dẫn nhưđiốt, tranzito và vi điện tử

3 Các ký hiệu và quy ước trong sơ đồ mạch điện

3.1 Các ký hiệu trong mạch điện

Các ngắt

Bóng đèn haitim

Công tắcthường mở(NO)

Công tắcthườngđóng (NC)

Công tắc kép(Changeover)Relay

thườngđóng (NC)

Relaythường mở(NO)

Relay kép(Changeover)

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

Dưới đây là bảng quy ước màu dây ký hiệu theo tiêu chuẩn châu Âu, có thể áp dụngđối với các hãng xe: Ford, BMW, Mercedes, Volkswagen…

3

Bảng ký hiệu màu dây:

Ký hiệu đầu dây

4

CHƯƠNG 2: ẮC QUY KHỞI ĐỘNG

2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại

2.1.1 Nhiệm vụ

Ắc quy trong ô tô thường được gọi là ắc quy khởi động để phân biệt với loại ắc quy sửdụng ở các lãnh vực khác ắc quy khởi động trong hệ thống điện thực hiện chức năng củamột thiết bị chuyển đổi hóa năng thành điện năng và ngược lại Đa số ắc quy khởi động làloại ắc quy chì – axit Đặc điểm của loại ắc quy nêu trên là có thể tạo ra dòng điện có cường

độ lớn, trong khoảng thời gian ngắn (51is), có khả năng cung cấp dòng điện lớn(2ii8iiA) mà độ sụt thế bên trong nhỏ, thích hợp để cung cấp điện cho máy khởi động đểkhởi động động cơ

Ắc quy khởi động còn cung cấp điện cho các tải điện quan trọng khác trong hệ thốngđiện, cung cấp từng phần hoặc toàn bộ trong trường hợp động cơ chưa làm việc hoặc đã làmviệc mà máy phát điện chưa phát đủ công suất (động cơ đang làm việc ở chế độ số vòngquay thấp): cung cấp điện cho đèn đậu (parking lights), radio cassette, CD, các bộ nhớ(đồng hồ, hộp điều khiển…), hệ thống báo động…

Ngoài ra, ắc quy còn đóng vai trò bộ lọc và ổn định điện thế trong hệ thống điện ô tôkhi điện áp máy phát dao động

Điện áp cung cấp của ắc quy là 6V, 12V hoặc 24V Điện áp ắc quy thường là 12V đốivới xe du lịch hoặc 24V cho xe tải Muốn điện áp cao hơn ta đấu nối tiếp các ắc quy 12V lại

- Phải có khả năng trong thời gian ngắn từ 5 1is, cung cấp một dòng phóng lớn

(tương ứng với dòng khởi động) mà sau đó trạng thái kỹ thuật của chúng hầu như khôngthay đổi;

- Có điện trở trong nhỏ, để khi phóng với dòng lớn độ sụt thế sẽ bé, đảm bảo có thể

khởi động dễ dàng động cơ trong mọi điều kiện sử dụng

Ngoài ra ắc quy còn phải:

- Có điện dung lớn với khối lượng và kích thước tương đối bé;

- Có điện thế ổn định, hiện tượng tự phóng điện không đáng kể;

- Làm việc tin cậy khi nhiệt độ môi trường dao động trong giới hạn rộng;

- Phục hồi nhanh chóng điện dung khi được nạp trong các điều kiện sử dụng khác

nhau;

- Đơn giản trong bảo dưỡng và sửa chữa;

- Có độ bền cơ học cao, chịu được rung sóc, thời hạn phục vụ lớn và giá thành rẻ.

2.1.3 Phân loại

5

 Theo việc sử dụng dung dịch điện phân ta có:

- Ắc quy axít: Dung dịch điện phân dùng trong ắcquy là dung dịch axít, thường là axít

sunfuaric (H2Si4)

- Ắc quy kiềm: Dung dịch điện phân dùng trong ắcquy là dung dịch kiềm (NaOH) hoặc

(KOH)

 Dựa vào cấu tạo bản cực người ta chia ắcquy kiềm ra làm ba loại:

- Loại ắcquy sắt – niken;

- Loại ắcquy cadimi (Cd) và niken;

- Ắc quy cầu nổi.

2.2 Cấu tạo và quá trình hoá học của ắc quy axít

2.2.1 Cấu tạo

Hình 2.1 Cấu tạo bình ắc quy chì – axit

1- Bản cực âm; 2- Tấmcách; 3- Bản cực dương; 4-Khối bản cực; 5- Cầu nối cácbản cực cùng tên; 6- Đầu ra;7- Cực dương; 8- Vỏ bình; 9-Đệm làm kín; 10- Nút; 11-Nắp; 12- Cầu nối các ngăn;13- Lỗ thông hơi; 14- Cực âm

2.2.1.1 Cấu tạo chung

Không phụ thuộc vào kích thước, mỗi ắc quy đơn chỉ có thể cho một thế hiệu trungbình tối đa khoảng 2V Vì thế, để tạo được một nguồn điện có điện dung lớn hơn người taphải tăng kích thước bằng cách chế tạo các bản cực dưới dạng khối: gồm nhiều bản âm vàdương bố trí xen kẽ nhau ghép lại thành bộ Còn để nhận được điện áp cần thiết (6, 12 hay24V) người ta mắc nối tiếp các khối ắc quy đơn lại với nhau thành bình ắc quy

Do đó kết cấu của một bình ắc quy trong thực tế gồm những bộ phận như trên hình2.1

2.2.1.2 Khối bản cực

6

Hình 2.2 Cấu tạo của bản cực và khối bản cựca- Phần cốt; b- Nửa khối bản cực; c- Khối bản cực và các tấm cách; d- Tấm cách

1.Đầu ra của khối bản cực cùng tên; 2.Cầu nối của khối bản cực cùng tên; 3.Tấm bản cựcBao gồm các bản cực dương và âm đặt xen kẽ nhau, giữa chúng có các tấm ngăn cáchđiện

Mỗi bản cực gồm có phần cốt hình mắt cáo và các chất tác dụng trát trên nó Phần trêncủa cốt có tai (3 hình a2.2) để nối các bản cực cùng tên với nhau thành phân khối bản cực.Phần dưới của cốt có các chân để tựa lên các gân ở đáy bình Các chân được bố trí so le đểtránh chập mạch qua sống đỡ

Cốt được đúc từ hợp kim chống ô xy hoá, gồm: (92÷93)% chì và (7÷8)% ăng ti mon

(Sb) Cốt của các bản cực dương còn cho thêm (i,1÷ i,2)% Asen (As) Ăng ti mon và Asen

có tác dụng làm tăng độ bền cơ học, giảm ô xy hoá cho cốt, ngoài ra còn làm tăng tính đúccủa hợp kim

Chất tác dụng trên bản cực âm được chế tạo từ bột chì và dung dịch a xít H2SO4,ngoài ra để tăng độ xốp, giảm khả năng co và hoá cứng bản cực người ta còn cho thêm2 3% chất nở Để làm chất nở có thể sử dụng các chất hữu cơ hoạt tính bề mặt hỗn hợp vớisun phát bari BaSO4 như các muối humát chế tạo từ than bùn, bồ hóng, chất thuộc da và cácchất khác,

Độ xốp của chất tác dụng cho phép làm tăng diện tích bề mặt làm việc thực tế củabản 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, monoxít chìPbO và dung dịch axít H2SO4 Ngoài ra, để tăng độ bền người ta còn cho thêm sợipolipropilen

Các bản cực sau khi trát đầy chất tác dụng được ép lại, sấy khô và tạo cực bằng cách:ngâm vào dung dịch a xít H2SO4 loãng, nạp bằng dòng điện nhỏ Sau khi nạp, chất tác dụngcủa bản cực dương biến thành đi ô xýt chì PbO2 màu nâu thẫm, bản cực âm là chì Pb màughi đá Sau đó các bản cực được sấy khô và lắp ráp thành khối:

- Các bản cực cùng tên được hàn với nhau theo số lượng xác định tạo thành phân khốibản cực Khe hở giữa các bản cực cùng phân khối phải đủ chứa một bản cực khác loại vàmột tấm ngăn;

- Các phân khối bản cực và tấm ngăn được lắp ráp lại tạo thành khối bản cực Số bảncực âm thường lớn hơn số bản cực dương một bản để đặt các bản cực dương vào giữa cácbản cực âm, đảm bảo cho các bản cực dương làm việc đều cả hai mặt để tránh cong vênh vàbong rơi chất tác dụng;

- Các bản cực dương được làm dày hơn các bản cực âm một chút để đảm bảo độ bền

và giảm điện trở Vì khi nạp qua strình ô xy hoá xảy ra ở bản cực dương mãnh liệt hơn Cácbản cực âm có thể làm mỏng hơn vì chì là chất tác dụng có độ dẫn điện lớn, độ bền cao hơn,

ít bị ô xy hoá hơn Ngoài ra các bản cực âm ở hai đầu chỉ làm việc một mặt còn có thể làmmỏng hơn nữa;

- Giữa các bản cực được đặt các tấm ngăn cách điện để tránh chập các bản cực, đồng

7

thời tấm ngăn còn có tác dụng đỡ, giữ cho chất tác dụng ở các bản cực bớt bị bong rơi trongquá trình sử dụng ắc quy

Tấm ngăn là những lá mỏng chế tạo từ vật liệu xốp chịu a xít như: mipo, miplát, bông

thuỷ tinh hay kết hợp giữa bông thuỷ tinh với miplát hoặc gỗ Các tấm ngăn thường có mộtmặt nhẵn và một mặt hình sóng, lồi lõm Mặt nhẵn đặt hướng về phía bản cực âm, còn mặthình sóng hướng về phía bản cực dương để tạo điều kiện cho dung dịch điện phân dễ luânchuyển đến bản cực dương và lưu thông tốt hơn

Các khối bản cực và tấm ngăn được đặt vào các ngăn tương ứng trong vỏ Phía trêncác tấm ngăn có đặt một tấm bảo vệ bằng êbônít hay chất dẻo đục lỗ để bảo vệ mép trên củatấm ngăn khỏi hư hỏng cơ học khi đo nhiệt độ, đo mức và nồng độ dung dịch điện phân

2.2.1.3 Vỏ ắc quy

được chế tạo bằng các loại nhựa ebonit hoặc cao su cứng, có độ bền và khả năng chịu

được axit cao Bên trong vỏ được ngăn thành các khoang riêng biệt, ở đáy có sống đỡ khốibản cực tạo thành khoảng trống (giữa đáy bình và khối bản cực) nhằm chống việc chậpmạch do chất tác dụng rơi xuống đáy trong quá trình sử dụng

2.2.1.4 Nắp bình

Có hai loại: Nắp chung cho tất cả các ngăn, loại này làm kín tốt, nhưng khó chế tạo, ít

sử dụng.Nắp riêng cho từng ngăn, loại này làm kín kém hơn, nhưng đơn giản, dễ chế tạonên được sử dụng nhiều Loại nắp riêng cho từng ngăn được chế tạo từ chất êbônít, trên mặtnắp có ba lỗ, lỗ ở giữa có ren và dùng nút bằng nhựa đậy kín, trên nút có lỗ thông hơi, lỗnày để đổ dung dịch và kiểm tra mức dung dịch trong bình Hai lỗ bên để nắp vấu cực củaphần khối bản cực dương và âm Vỏ được gắn với nắp bằng matít hoặc hắcín

2.2.1.5 Dung dịch điện phân

Là dung dịch axid sulfuric H 2 SO 4 có nồng độ (1,22  1,27) g/cm) g/cm 3 , hoặc (1,29

1,31)g/cm3 nếu ở vùng khí hậu lạnh Nồng độ dung dịch quá cao sẽ làm hỏng nhanh cáctấm ngăn, rụng bản cực, các bản cực dễ bị sunfat hóa, khiến tuổi thọ của ắc quy giảm Nồng

độ quá thấp làm điện thế ắc quy giảm

Chú ý: Khi pha chế dung dịch điện phân ta phải đổ từ từ axít vào nước cất và

khuấy nhẹ bằng đũa thuỷ tinh hoặc gỗ đừng bao giờ đổ nước vào axít vì tính háo nước của axít (phản ứng hoá học xảy ra rất nhanh kèm theo việc toả nhiệt mãnh liệt, nước sôi lên ngay tức thì nổ bắn vào người gây nên những vết bỏng khó chữa) Khi pha chế axít nên đeo kính, mang găng tay và đi ủng để đảm bảo an toàn.

Hình 2.3 Cấu tạo của các bộ phận của ắc quy

2.2.2 Quá trình hóa học khi ắcquy làm việc

Nguyên lý làm việc của ắc quy dựa trờn cơ sở của hiện tượng phân cực các điện cựckhi điện phân

Sơ đồ nguyên lý của một ắc quy a xít đơn giản nhất như trên hình 2.4 Ắc quy gồm hai

8

bản cực chì 2 đặt trong bình 3 làm bằng vật liệu cách điện và chịu a xít Khi đổ vào bìnhdung dịch điện phân là hỗn hợp giữa a xít H2SO4 và nước cất thì các bản cực chì sẽ bị oxyhóa dưới tác dụng của a xít Trên bề mặt chúng tạo thành một lớp sun phát chì PbSO4 cómàu xám nhạt Nồng độ dung dịch điện phân lúc này giảm đi do một lượng a xít đó thamgia phản ứng với chì để tạo thành muối Quanh các điện cực dung dịch rất loảng, hầu nhưchỉ có nước nguyên chất, phân ly thành các ion H+ và OH-

Hình 2.4 Sơ đồ nguyênlý làm việc của ắc quy chì – axit

a-Cấu tạo; b- Quá trình nạp; c- Nối với phụ tải; d- Quá trình phóng;

1- Dung dịch điện phân; 2- Các bản cực chì; 3- Vỏ bình; 4- Công tắc; 5- Máy

phát một chiều; 6- Đèn

2.2.2.1 Quá trình hóa học khi nạp điện

Nếu nối các bản cực của ắc quy như vậy với máy phát hay nguồn điện một chiều nào

đó, dưới tác dụng của điện áp nguồn, các điện tử (electron) sẽ theo mạch ngoài chuyển độngđến cực âm của ắc quy còn trong dung dịch các ion mang điện sẽ chuyển động đến các điệncực trái dấu với nó

Hình 2.5 Sơ đồ quá trình điện hóa trong ắc quy

- Tại cực âm: các ion dương hoá trị 2 (Pb2+) sẽ nhận điện tử (i2 electron) trở thành chìnguyên chất, còn các ion H+ và SO42- kết hợp tạo thành a xít, tức là có thể viết:

PbSO4 (Pb2+ + SO42-) + 2e + 2H+ Pb + H2SO4

- Tại cực dương: các ion dương hoá trị 2 (Pb2+) cho điện tử, bị ô xy hoá thành ion hoá trị

4 (Pb4+) và kết hợp với các ion OH- tạo thành đi ô xýt chì PbO2 và nước Ở đây, các ion

9

H+ và SO42- cũng kết hợp tạo thành a xít làm tăng nồng độ dung dịch, tức là có thể viết:

PbSO4 (Pb2+ + SO42-) - 2e + 4OH- + 2H+ PbO2 + 2H2O + H2SO4Quá trình đó chính là quá trình nạp ắc quy Sau khi nạp no, các phản ứng biến đổi hoáhọc kết thúc thì bản cực dương trở thành đi ô xýt chì có màu nâu thẫm, bản cực âm là chìnguyên chất có màu ghi đá Lúc này nồng độ dung dich không tăng lên nữa và nếu tiếp tụcnạp thì sẽ xảy ra hiện tượng phân giải (điện phân) nước thành hyđrô và ô xy bay ra khỏidung dịch dưới dạng bọt khí tương tự như khi nước sôi, vì thế còn gọi là hiện tượng "sôi"

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

2.2.2.2 Quá trình hóa học khi phóng điện

Nối hai cực của ắcquy đã được nạp với một phụ tải chẳng hạn bóng đèn thì năng lượng điện đã được tích trữ trong ắcquy sẽ phóng qua tải làm cho bóng đèn sáng, dòng điện của ắcquy sẽ đi theo chiều:

Cực dương của ắcquy (đầu cực đã nối với cực dương của nguồn nạp)→→ tải (bóng đèn) →cực âm của ắcquy→ dung dịch điện phân → cực dương của ắcquy.

Quá trình phóng điện của ắcquy phản ứng hoá học xảy ra trong ắcquy như sau: Tại cực dương: Pb0 2 + 2H + + H 2 S0 4 + 2e → PbS0 4 + 2H 2 0

Tại cực âm: Pb + S0 4 2- → PbS0 4 + 2e

Như vậy khi ắcquy phóng điện, chì sunfat lại được hình thành ở hai chùm bản cực, làm cho các bản cực dần dần trở lại giống nhau, còn dung dịch axít bị phân tích thành cation 2H + và anion S0 4 2- , đồng thời quá trình phóng điện cũng tạo ra nước trong dung dịch, do đó nồng độ của dung dịch giảm dần và sức điện động của ắcquy cũng giảm dần.

Như vậy trong quá trình phóng, điện trở trong ắcquy tăng dần, thế hiệu của ắcquygiảm dần, nồng độ điện phân giảm dần

Chú ý: Khi cho ắcquy phóng điện, không nên để điện áp mỗi ngăn đơn ắcquy giảm

quá 1,7 (V) vì khi giảm thấp hơn, các bản cực sẽ bị sun phát hoá gây hư hỏng ắc quy

2.3 Các thông số cơ bản của ắc quy

2.3.1 Sức điện động tĩnh (E 0 )

Sức điện động (SĐĐ) tĩnh của ắc quy là hiệu điện thế giữa các điện cực của ắc quy, đokhi mạch ngoài hở Nó chỉ phụ thuộc vào tính chất hoá lý của các chất tham gia vào quátrình điện hoá, vào nồng độ dung dịch điện phân mà không phụ thuộc vào kích thước bảncực và số lượng chất tác dụng

Một cách gần đúng SĐĐ Ei có thể xác định theo công thức kinh nghiệm sau:

Ei = i,84 + E (V)Trong đó: E - là một đại lượng tính bằng vôn, có giá trị bằng nồng độ dung dịch điệnphân, tính bằng g/cm3 ở 15OC

Đối với các ắc quy axít khởi động, nồng độ dung dịch điện phân thường dao động từ1,11 1,27 g/cm3 (phụ thuộc mức độ phóng nạp) thì Ei=1,95 2,11 vôn

10

Ngoài ra, SĐĐ còn phụ thuộc nhiệt độ dung dịch điện phân, tuy vậy sự thay đổi SĐĐtheo nhiệt độ không lớn nên trong thực tế vận hành ắc quy có thể bỏ qua.

2.3.2 Điện trở trong (r aq )

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:

raq = ri + rpTrong đó:

ri - Điện trở thuần của ắc quy, là tổng hợp điện trở thuần của các điện cực, của dungdịch 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 đểđánh 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 Nóphụ thuộc vào diện tích, khoảng cách và trạng thái bề mặt của các bản cực, vào điện trở củacác 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

Điện trở phân cực của ắc quy có bản chất hoàn toàn khác Sự xuất hiện điện trở phâncực có thể hình dung như sau: Khi có dòng điện đi qua ắc quy (dòng phóng hoặc nạp) thìnồng độ dung dịch ở vùng tiếp xúc trực tiếp với các bản cực sẽ thay đổi, làm thay đổi suấtđiện động của ắc quy:

- Khi phóng: nồng độ dung dịch ở vùng sát các bản cực sẽ giảm đi làm giảm SĐĐ của

ắc quy đi một lượng gọi là SĐĐ phân cực khi phóng và ký hiệu là Epp

- Khi nạp: nồng độ dung dịch tăng lên, nên SĐĐ của ắc quy tăng lên một lượng bằng

SĐĐ phân cực khi nạp Epn

Vì thế, nếu đo SĐĐ của ắc quy ngay sau khi phóng hoặc nạp thì giá trị nhận được sẽkhác với giá trị đo khi đã để một thời gian cho dung dịch khuyếch tán đều khắp bình một giátrị bằng SĐĐ phân cực tương ứng Điện trở phân cực chính là đại lượng phản ánh SĐĐphân cực này

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

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

2.3.3 Hiệu điện thế của ắc quy

- Khi phóng điện: U p = E a - R aq I p

- Khi nạp điện : U n = E a + R aq I n

Trong đó: I p- cường độ dòng điện phóng

I n- cường độ dòng điện nạp

R a- điện trở trong của ắcquy

2.3.4 Dung lượng của ắc quy

Lượng điện năng mà ắc quy cung cấp cho phụ tải trong giới hạn phóng điện cho phépđược gọi là dung lượng của ắc quy

Q = I p t p (A.h)

11

Như vậy dung lượng của ắc quy là đại lượng biến đổi phụ thuộc vào chế độ phóng

điện Người ta còn đưa ra khái niệm dung lượng định mức của ắc quy Q 5 , Q 10 , Q 20 mang tínhquy ước ứng với một chế độ phóng điện nhất định như chế độ 5 giờ, 1i giờ, 2i giờ phóng

điện ở nhiệt độ +30 o C Chế độ phóng ở đây là chế độ định mức nên dung luợng này chính

bằng dung lượng định mức của ắc quy

Khi phóng với dòng điện không đổi(I p =const): thì nồng độ dung dịch điện phân 

giảm dần theo đường thẳng nên SĐĐ tĩnh Ei cũng có dạng tuyến tính như đường , còn hiệuđiện thế thì nhỏ hơn SĐĐ một lượng bằng độ sụt thế trong ắc quy:

Theo mức độ phóng điện, lượng sunphát chì tạo thành trên bề mặt các bản cực tănglên, làm tăng điện trở thuần của ắc quy Ngoài ra, các hạt sunphát chì có thể tích khá lớn (sovới chì và các ôxýt của nó) còn làm giảm tiết diện thấm dung dịch và cản trở quá trìnhkhuyếch tán Do đó, làm tăng SĐĐ phân cực Đến một lúc nào đó, trạng thái cân bằng sẽ bịphá huỷ, nồng độ dung dịch trong bản cực cùng với SĐĐ và hiệu điện thế giảm rất nhanh vànếu cho ắc quy tiếp tục phóng điện thì SĐĐ có thể giảm đến không

Các kết quả nghiên cứu cho thấy: Quá trình cho ắc quy phóng điện chỉ nên thực hiệnđến thời điểm tgh Vì sau điểm này thế hiệu của ắc quy giảm rất nhanh, không những khôngthoả mãn điều kiện làm việc của phụ tải mà còn gây tác hại cho ắc quy và khó khăn cho quátrình nạp phục hồi Thế hiệu của ắc quy ứng với điểm tgh nói trên đợc gọi là thế hiệu phóngcuối cùng Khi thế hiệu ắc quy giảm đến thế hiệu phóng cuối cùng thì trong sử dụng đượccoi như ắc quy đã phóng hết điện Giá trị thế hiệu phóng cuối cùng phụ thuộc cường độdòng phóng Ở chế độ 1i giờ phóng điện thế hiệu này bằng 1,7V ứng với =1,1 g.cm3.Nếu ngắt phụ tải tại điểm tgh, tức là cho ắc quy ngừng phóng điện thì thế hiệu Up tăngvọt lên một lượng bằng độ rơi thế trên điện trở thuần của ắc quy, đạt giá trị của suất điện

12

động EI, gia strị này sau đó tăng dần lên đến gia strị Ei=1,95V do nồng độ dung dịch trongbản cực và nồng độ chung đợc 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 ắcquy Khoảng nghỉ của ắc quy rất quan trọng trong sử dụng để phục hồi thế hiệu và điệndung của ắc quy, nhất là khi khởi động ô tô máy kéo

a Sơ đồ nguyên lý b Đặc tính phóng điện của ắcquy

Hình 2.6 Đặc tính phóng điện của ắcquy

2.4.2 Đặc tính nạp

Khi nạp với dòng điện không đổi(I n =const): thì xảy ra quá trình ngược lại: thế hiệu

của ắc quy lớn hơn SĐĐ của nó một lượng bằng độ rơi thế trong ắc quy và thay đổi theoquy luật ngược với quá trình phóng điện:

Un = Ei + (In.raq) = Ei + In.ri + EĐầu quá trình nạp thế hiệu tăng vọt lên một lượng bằng độ rơi thế trên điện trở thuần

và sau đó tăng nhanh do SĐĐ phân cực sinh ra do sự tăng nhanh nồng độ dung dịch trongcác bản cực

a.Sơ đồ nguyên lý điện; b.Đặc tính nạp điện của Ắcquy

13

Hình 2.7 Đặc tính nạp điện của ắcquy

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

Sau khi hầu hết sun phát chì đã biến thành PbO2ở cực dương và Pb ở cực âm, thì nănglượng nạp chỉ tiêu tốn để phân giải nước thành các ion hyđrô và ô xy Các ion này một phầnđược trung hoà thành nguyên tử - thoát ra khỏi dung dịch dới dạng bọt khí (ô xy ở cực d-ương và hyđrô ở cực âm) Hiện tượng này gọi là sự "sôi" của ắc quy và là một dấu hiệu cuốiquá trình nạp Phần lớn bọt khí còn lại bao quanh các điện cực, tạo nên một điện trở phụgiữa điện cực và dung dịch Điện trở đó làm xuất hiện một hiệu thế phụ khoảng i,33V giữadung dịch và điện cực, làm tăng SĐĐ và do đó tăng thế hiệu nạp ắc quy

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

Sự sôi của ắc quy bắt đầu khi thế hiệu của mỗi ắc quy đơn đạt tới giá trị 2,4V, sau đótiếp tục tăng cho đến khoảng 2,7V thì ngừng tăng Về lý thuyết, có thể kết thúc nạp tại thờiđiểm này Nhưng thực tế người ta thường tiếp tục nạp thêm khoảng 2÷3 giờ nữa Khi thấyrằng: trong suốt thời gian đó, thế hiệu và nồng độ dung dịch hoàn toàn không tăng lên nữathì mới đảm bảo chắc chắn là ắc quy đã đợc nạp no

Sau khi ngắt dòng điện nạp, thế hiệu của ắc quy sụt xuống một lượng bằng độ rơi thếtrên điện trở thuần và sau một "khoảng nghỉ", tức là sau khi nồng độ dung dịch đã khuyếchtán đồng đều và bọt khí thoát hết ra ngoài, nó bằng giá trị SĐĐ Ei=2,11 2,12V ứng với ắcquy được nạp no

2.5 Các ph ương pháp nạp điện cho ắc quy ng pháp n p đi n cho c quy ạp điện cho ắc quy ệu 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: thế hiệu của nguồn lớn hơn SĐĐ của các ắc quy cần nạp một lượng xácđịnh nào đó

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

Nếu ký hiệu thế hiệu nguồn là Ung, SĐĐ ắc quy vào thời điểm nạp là Eaq, thì tại thờiđiểm bất kỳ dòng điện nạp sẽ có giá trị:

- Nếu Ung< Eaq thì In<i, tức là ắc quy phóng điện

- SĐĐ và điện trở trong của ắc quy khi nạp thay đổi phụ thuộc nhiệt độ dung dịch điệnphân và mức độ nạp Vì thế trong quá trình nạp In sẽ thay đổi

Do đó, để có thể điều khiển được quá trình nạp thì trong mạch nạp cần phải có thiết bị

14

điều chỉnh để điều chỉnh hoặc thế hiệu nguồn hoặc tổng trở của mạch nạp Tuỳ thuộc vàovấn đề điều chỉnh này mà quá trình nạp được chia ra một số kiểu khác nhau, như: nạp bằngdòng điện không đổi, nạp bằng thế hiệu không đổi, nạp cấp tốc, nạp cân bằng,

2.5.1 Phương pháp nạp với cường độ dòng điện không đổi

Hình 2.8 Nạp ắc quy với dòng điện không đổiPhương pháp nạp bằng dòng điện không đổi là phương pháp nạp chủ yếu và tổng hợpnhất Nó có ưu điểm là:

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

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

là nên nạp bằng dòng có trị số là i,1Q2i (A)

- 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 sẽ không chọnđược 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 5i giờ) Để rútngắn thời gian nạp trong trường hợp vội, có thể thực hiện nạp hai nấc (hình 2.8): nấc thứnhất với dòng lớn và kết thúc khi thế hiệu ắc quy đơn đạt 2,4V (bắt đầu sôi); sau đó chuyểnsang 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

Phạm vi sử dụng: Ứng dụng để nạp điện cho những bình ắcquy mới chế tạo hoặc sửa

chữa cho những bình ắcquy hư hỏng do bị sunfát hoá

2.5.2 Phương pháp nạp điện áp với điện áp không đổi

15

Khi nạp theo phương pháp này thì:

- Tất cả các ắc quy được mắc song song với nguồn điện nạp Thế hiệu của nguồn phảiđảm 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 gì

a/Sơ đồ nạp điện

Hình 2.9 Nạp với Un không đổiCác bình ắc quycquy ph i m c song song v i nhau v i đi n áp n p đi n c a máy phátải ắc quy ớc và báo rẽ ớc và báo rẽ ện áp nạp điện của máy phát ạt ện áp nạp điện của máy phát ủa máy phát

t đi u ch nh và không đ i.ự điều chỉnh và không đổi ều chỉnh và không đổi ỉnh và không đổi ổi

Đ i v i bình cquy 6V thì đi n áp n p Uối với bình ắcquy 6V thì điện áp nạp U ớc và báo rẽ ắc quy ện áp nạp điện của máy phát ạt n = 7,2V

Đ i v i bình cquy 12V thì đi n áp n p Uối với bình ắcquy 6V thì điện áp nạp U ớc và báo rẽ ắc quy ện áp nạp điện của máy phát ạt n = 14,4V

b/Phương pháp ti n hành ến hành

Khi n p c n m c đ s bình cquy c n n p đ cho dòng đi n n p chung khôngạt ầu ắc quy ủa máy phát ối với bình ắcquy 6V thì điện áp nạp U ắc quy ầu ạt ể cho dòng điện nạp chung không ện áp nạp điện của máy phát ạt

vượt quá dòng điện cho phép của máy phát.t quá dòng đi n cho phép c a máy phát.ện áp nạp điện của máy phát ủa máy phát

Dòng đi n c c đ i c a m ch ph thu c vào công su t c a máy phát và m c đện áp nạp điện của máy phát ự điều chỉnh và không đổi ạt ủa máy phát ạt ụ thuộc vào công suất của máy phát và mức độ ộc vào công suất của máy phát và mức độ ất của máy phát và mức độ ủa máy phát ức độ ộc vào công suất của máy phát và mức độphóng đi n c a cquy:ện áp nạp điện của máy phát ủa máy phát ắc quy

Trong đó : - Un : Đi n áp c a máy phát [V]ện áp nạp điện của máy phát ủa máy phát

- Ec : S c đi n đ ng c a cquy [V]ức độ ện áp nạp điện của máy phát ộc vào công suất của máy phát và mức độ ủa máy phát ắc quy

- Rac : Đi n tr trong c a cquy [ ]ện áp nạp điện của máy phát ở trong của ắcquy [Ω] ủa máy phát ắc quy Ω]

Lúc đ u thì dòng đi n n p l n, b i vì do hi u s (Uầu ện áp nạp điện của máy phát ạt ớc và báo rẽ ở trong của ắcquy [Ω] ện áp nạp điện của máy phát ối với bình ắcquy 6V thì điện áp nạp U n- Ea) l n, nên cớc và báo rẽ ường độ dòngng đ dòngộc vào công suất của máy phát và mức độ

đi n n p ban đ u l n Sau đó, theo th i gian thì s c đi n đ ng tăng lên và nh v yện áp nạp điện của máy phát ạt ầu ớc và báo rẽ ờng độ dòng ức độ ện áp nạp điện của máy phát ộc vào công suất của máy phát và mức độ ư ậydòng đi n n p sẽ gi m d n, chính vì lẽ đó cho nên lúc m i n p thì cquy đã n p (90 ÷ện áp nạp điện của máy phát ạt ải ầu ớc và báo rẽ ạt ắc quy ạt95)% dung lượt quá dòng điện cho phép của máy phát.ng c a nó nghĩa là th i gian n p r t nhanh.ủa máy phát ờng độ dòng ạt ất của máy phát và mức độ

m i nhánh n p ngạt ường độ dòngi ta l p các đi t đ tránh dòng đi n phóng t cquy vàoắc quy ối với bình ắcquy 6V thì điện áp nạp U ể cho dòng điện nạp chung không ện áp nạp điện của máy phát ừ ắc quy ắc quymáy phát

c/ u, nh Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng ược điểm và phạm vi sử dụng c đi m và ph m vi s d ng ểm và phạm vi sử dụng ạm vi sử dụng ử dụng ụng

* u đi m Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng ểm và phạm vi sử dụng

16

- Trong quá trình n p do cạt ường độ dòngng đ dòng đi n gi m d n t i giá tr b ng 0 cho nênộc vào công suất của máy phát và mức độ ện áp nạp điện của máy phát ải ầu ớc và báo rẽ ị bằng 0 cho nên ằng 0 cho nên

nó t đi u ch nh cự điều chỉnh và không đổi ều chỉnh và không đổi ỉnh và không đổi ường độ dòngng đ dòng đi n n p.ộc vào công suất của máy phát và mức độ ện áp nạp điện của máy phát ạt

- Nó h n ch s t o thành khí hydrô và ôxi, cho nên làm cho dung d ch không bạt ếu xa) ự điều chỉnh và không đổi ạt ị bằng 0 cho nên ị bằng 0 cho nênphá hu và ăn mòn c a các t m c c.ỷ và ăn mòn của các tấm cực ủa máy phát ất của máy phát và mức độ ự điều chỉnh và không đổi

- N p cho bình cquy không cùng dung lạt ắc quy ượt quá dòng điện cho phép của máy phát.ng

- Th i gian n p nhanh, ki m tra t ng cquy d dàng.ờng độ dòng ạt ể cho dòng điện nạp chung không ừ ắc quy ắc quy ễ dàng

* Nh ược điểm và phạm vi sử dụng c đi m ểm và phạm vi sử dụng

-Không đi u ch nh đều chỉnh và không đổi ỉnh và không đổi ượt quá dòng điện cho phép của máy phát.c cường độ dòngng đ dòng đi n n p v i m i bình cquy, cho nênộc vào công suất của máy phát và mức độ ện áp nạp điện của máy phát ạt ớc và báo rẽ ắc quykhông th n p để cho dòng điện nạp chung không ạt ượt quá dòng điện cho phép của máy phát.c cho cquy v i dòng đi n c n thi t và không kh c ph c đắc quy ớc và báo rẽ ện áp nạp điện của máy phát ầu ếu xa) ắc quy ụ thuộc vào công suất của máy phát và mức độ ượt quá dòng điện cho phép của máy phát.c

hi n tện áp nạp điện của máy phát ượt quá dòng điện cho phép của máy phát.ng sun pát hoá

-Dòng đi n n p ban đ u r t l n, làm nh hện áp nạp điện của máy phát ạt ầu ất của máy phát và mức độ ớc và báo rẽ ải ưở trong của ắcquy [Ω]ng đ n tu i th s d ng c aếu xa) ổi ọ sử dụng của ửa ụ thuộc vào công suất của máy phát và mức độ ủa máy phátcquy

Hình 2.1i Sơ đồ và đặc tính nạp điện của phương pháp nạp điện giảm dần

b/Phương pháp tiến hành

Ở vài giờ đầu tiên khi nạp Người ta nạp ắcquy với cường độ dòng điện ở cấp lớn nhất,sau đó 1 hoặc 2 giờ sau tiếp theo ắcquy được nạp với cường độ dòng điện ở cấp nhỏ hơn vàcác giờ còn lại cuối cùng thì ắcquy được nạp với cường độ dòng điện ở cấp bé nhất

Trên hình vẽ ta thấy: Biểu đồ tăng Eắcquy khi nạp với 3 cấp dòng điện:

In = 3

dm C

trong 2 giờ đầu

In = 8

dm C

trong 3 giờ cuối cùng

c/Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng

* Ưu điểm: Giảm được thời gian nạp (nhanh hơn) so với phương pháp1.

* Nhược điểm: Dòng điện nạp ban đầu lớn, nên có thể ảnh hưởng xấu đến dung lượng và

tuổi thọ sử dụng của ắcquy

18

Chương 3 MÁY PHÁT ĐIỆN TRÊN Ô TÔ

3.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại

 Đảm bảo nạp tốt cho ắc quy

 Cấu tạo đơn giản

 Kích thước nhỏ gọn, độ bền cao, chịu rung xóc tốt

 Đối với máy phát điện một chiều thì yêu cầu không có tia lửa mạnh phát ra tại chổithan, cổ góp

3.1.3 Phân loại

3.1.3.1 Theo nguyên lý làm việc

 Máy phát điện một chiều: dùng trên xe đời cũ

 Máy phát điện xoay chiều: hiện nay dùng nhiều, chia làm 3 kiểu:

 Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu, thường được sửdụng trên máy thi công

 Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng điện từ có vòng tiếp điện thường sửdụng trên các ôtô và máy kéo

 Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng điện từ không có vòng tiếp điện sửdụng chủ yếu trên các xe chuyên dụng

3.1.3.2 Theo kết cấu của vỏ: chia làm 2 loại:

 Loại kín: dùng chủ yếu trên máy thi công

 Loại hở: chủ yếu dùng trên ôtô

3.2 Máy phát điện một chiều

Cấu tạo của máy phát điện một chiều điển hình như trên hình 3.1, bao gồm các bộphận sau:

3.2.1 Phần cảm (Stato)

Gồm: vỏ máy, các má cực trên quấn cuộn dây kích thích

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

thép tấm thành ống rồi hàn lại Trên vỏ có các cửa sổ để thông gió, kiểm tra và lắp cácchổi điện

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

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

3.2.2 Phần ứng (Rôto)

Gồm: trục máy phát điện, khối thép từ được chế tạo bằng cách ép chặt các lá thépđiện kỹ thuật dày i,5 1,i mm, có hình dạng đặc biệt lên trục, sao cho các chỗ khuyết củachúng tạo thành rãnh để lắp đặt các khung dây

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

khối thép từ sau khi đã lót lớp cách điện Các đầu khung dây được hàn vào các phiến

19

đồng của vành đổi điện.

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

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

mica cách điện hoặc nhựa cách điện cao cấp Vành đổi điện được chế tạo bằng haiphương pháp: lắp ghép hoặc đúc với nhựa thành khối liền rồi lắp chặt lên trục máy phátđiện

Hình 3.1 Máy phát điện một chiều dùng trên ôtô1- Cửa thông gió; 2- Puli dẫn động; 3 và 6- Các nắp trước và sau; 4- Phần ứng; 5- Vỏ

3.2.3 Giá đỡ chổi điện

Được lắp trên nắp hoặc vỏ máy Một nửa

số giá đỡ được lắp cách điện với mát, nửa còn lại

nối với mát

Để giảm tia lửa điện sinh ra khi máy phát

làm việc, chổi điện được lắp như trên hình 3.2:

tức là không lắp theo chiều hướng kính mà chếch

đi một góc khoảng 26O 28O và tỳ sát vào thành

dẫn hướng phía trước Với cách lắp như vậy, khi

rôto quay: lực ma sát từ phía vành đổi điện tác

dụng lên chổi điện sẽ làm giảm áp lực và ma sát

giữa chổi điện và thành dẫn hướng Đồng thời, sự

tiếp xúc giữa vành đổi điện và chổi điện được

đảm bảo tốt hơn, ít bị mất tiếp xúc do rung động

nên giảm được tia lửa hồ quang chỗ tiếp xúc

3.2.4 Các bộ phận khác

Chổi điện: được chế tạo từ hỗn hợp grafít,

đồng và các chất phụ khác có tác dụng giảm điện

trở và tăng khả năng chịu mài mòn của chổi

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

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

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

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

20

Hình 3.1 Giá đỡ chổi điện1- Thân giá đỡ; 2- Chổi điện; 3- Đòn

ép; 4- Lò xo

3.3 Máy phát điện xoay chiều

3.3.1 Máy phát điện xoay chiều ba pha kích thích bằng nam châm điện

a Rôto (phần cảm)

Rôto được chế tạo thành

hai nửa Mỗi nửa có các cực làm

bằng thép non, bên trong có

cuộn dây kích từ dòng điện kích

từ được đưa vào cuộn kích từ

trên rôto Hai đầu dây của cuộn

kích từ nối với hai vòng tiếp

điện bằng đồng đặt trên trục rôto

nhưng cách điện với trục rôto

Các chổi than lắp trong giá đỡ và

áp sát các vòng đó Khi ta bật

công tắc máy, điện ắc quy vào

kích từ cuộn cảm các vấu cực rôto trở thành nam châm điện các từ cực bắc nam xen kẽnhau

Khi có dòng điện một chiều đi qua cuộn dây kích thích thì cuộn dây và ống thép dẫn từtrở thành một nam châm điện mà hai đầu ống thép là hai từ cực khác dấu Dưới ảnh hưởngcủa các từ cực, các móng trở thành các cực của rotor, giống như cách tạo cực của loại rotorhình móng với nam châm vĩnh cửu

b Stato (phần ứng)

Dạng ống được ghép bằng những lá thép kỹ thuật điện cách điện với nhau để hạn chế

sự nóng lên do dòng phu cô sinh ra Mặt trong có các rãnh xếp các cuộn dây ứng điện, cuộndây ứng điện gồm 3 pha có các cuộn dây riêng biệt, cuộn dây pha của stato đấu với nhautheo hình sao hoặc hình tam giác

21Hình 3.2 Cấu tạo rôto

Hình 3.3 Đấu mạch sao và mạch tam giác trong máy phát điện xoay chiều

a) Đấu hình sao b) Đấu tam giác

c Chổi than

Hai chổi than được cấu tạo từ đồng graphit và một số phụ chất để giảm điện trở và sứcmài mòn Hai chổi than được đặt trong giá đỡ, chổi than bắt cố định trên vỏ máy, luôn áp sátvào vành tiếp điện nhờ lực ép của lò xo

d Nắp máy

Để bảo vệ máy khỏi bị những vật bên ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn, nó còn làmgiá đỡ cho các đầu trục rôto, đồng thời cũng để bắt máy phát điện vào ôtô

Nắp thường được chế tạo bằng nhôm

3.3.1.2 Nguyên lý làm việc và đặc tính tải của máy phát điện xoay chiều kích thích bằng

nam châm điện

Khi đóng khoá điện, dòng điện một chiều từ ắc quy được đưa vào cuộn dây kích từ để

từ hoá các cực từ trên rôto sinh ra từ trường giữa các cực từ sẽ lần lượt quét qua các đầu cựccủa stato làm cảm ứng ra sức điện động xoay chiều ba pha trên các cuộn dây phần ứng ởstato

Do dùng nam châm điện từ nên việc điều chỉnh thế hiệu có thể thực hiện giống nhưđối với các máy phát điện một chiều, tức là bằng cách thay đổi dòng kích thích nhờ rơleđiều chỉnh thế hiệu

Do cuộn dây stato có hệ số tự cảm lớn nên máy phát có đặc tính tự hạn chế dòng.

Đường đặc tính tải theo tốc độ Imf=f(n) khi thế hiệu chỉnh lưu Ucl=const và dòng kích thích

Ikt=const, có dạng như trên hình 3.6

Hình 3.4 Đặc tính tải - tốc độ I=f(n) khi U=const của máy phát xoay chiều

a- Đặc tính máy phát khi có bộ hạn chế dòng; b- Đặc tính máy phát có tính chất tự hạn chế.Đặc tính trên cho thấy: dòng điện do máy phát phát ra, đến một lúc nào đó sẽ hầu nhưkhông tăng hoặc tăng không đáng kể

Tính chất tự hạn chế dòng của máy phát thể hiện trong hai trường hợp:

22

- Khi dòng tải tăng lớn: lúc đó từ thông của stato mạnh lên và do phản ứng phần ứng,

từ thông tổng qua lõi thép stato giảm, làm giảm sức điện động cảm ứng và bởi vậy, hạn chếcường độ dòng của máy phát;

- Khi tăng số vòng quay: tần số dòng điện cảm ứng trong cuộn dây stato tăng lên, làm

tăng trở kháng của nó và vì thế, giá trị dòng điện cũng bị hạn chế

Nếu cuộn dây stato có số vòng dây lớn, máy phát sẽ có tính chất tự hạn chế dòngmạnh, đường đặc tính I=f(n) của nó sẽ thoải hơn, dòng điện bị hạn chế ở gần giá trị địnhmức (hình 3.6b) Trong trường hợp đó có thể không cần sử dụng rơle hạn chế dòng điện.Ngoài ra, số vòng quay ban đầu còn giảm đi làm tăng khả năng nạp ắc quy khi ôtô máy kéochuyển động trong điều kiện thành phố với tốc độ thấp

Nếu máy phát có tính tự hạn chế dòng kém, dòng điện bị hạn chế ở giá trị dòng lớnhơn giá trị cho phép nhiều (hình 3.6a) thì phải sử dụng rơle hạn chế dòng điện

Hình 3.5 Sơ đồ chỉnh lưu máy phát

3 pha và điện áp sau khi đã chỉnh lưu

Trên hình 3.7 là s đ c a máy phát ch nh l u 3 pha có b n n dòng m c theo sơng pháp này ồ của máy phát chỉnh lưu 3 pha có bộ nắn dòng mắc theo sơ ủa máy phát ỉnh và không đổi ư ộc vào công suất của máy phát và mức độ ắc quy ắc quy ơng pháp này

đ n n dòng 2 n a chu kỳ, 3 pha Các cu n dây stator đồ của máy phát chỉnh lưu 3 pha có bộ nắn dòng mắc theo sơ ắc quy ửa ộc vào công suất của máy phát và mức độ ượt quá dòng điện cho phép của máy phát.c đ u d ng sao.ất của máy phát và mức độ ạt

Ta gi thi t ải ếu xa) r ng t i c a máy phát là đi n tr thu n.ằng 0 cho nên ải ủa máy phát ện áp nạp điện của máy phát ở trong của ắcquy [Ω] ầu

Đi n áp t c th i trên các pha A, B, C là:ện áp nạp điện của máy phát ức độ ờng độ dòng

U A = U m sint

U B = U m sin(t - 2/3))

U C = U m sin(t + 2/3))

Trong đó:

U m : đi n áp c c đ i c a pha; ện áp nạp điện của máy phát ự điều chỉnh và không đổi ạt ủa máy phát

 = 2f = 2.n.p/ 60n.n.p/ 60p/ 60 là v n t c góc.ậy ối với bình ắcquy 6V thì điện áp nạp U

Ta cũng gi thi t là các diode m c hải ếu xa) ắc quy ở trong của ắcquy [Ω] ước và báo rẽng thu n có đi n tr ậy ện áp nạp điện của máy phát ở trong của ắcquy [Ω] R t vô cùng bé (R t = 0) còn hở trong của ắcquy [Ω] ước và báo rẽng ngượt quá dòng điện cho phép của máy phát.c thì r t l n ất của máy phát và mức độ ớc và báo rẽ (R n = ).n.p/ 60

23

Trên s đ ch nh l u 3 pha này có 6 diode; 3 diode nhóm trên hay còn g i là cácơng pháp này ồ của máy phát chỉnh lưu 3 pha có bộ nắn dòng mắc theo sơ ỉnh và không đổi ư ở trong của ắcquy [Ω] ọ sử dụng củadiode dương pháp nàyng (VD1, VD3, VD5), có catod đượt quá dòng điện cho phép của máy phát.c n i v i nhau; Nhóm dối với bình ắcquy 6V thì điện áp nạp U ớc và báo rẽ ước và báo rẽi còn g i là cácọ sử dụng củadiode âm (VD2, VD4, VD6) có các anode đượt quá dòng điện cho phép của máy phát.c n i v i nhau hối với bình ắcquy 6V thì điện áp nạp U ớc và báo rẽ ước và báo rẽng d n đi n, m tẫn điện, một ện áp nạp điện của máy phát ộc vào công suất của máy phát và mức độdiode nhóm trên d n đi n khi anode c a nó có đi n th cao h n, còn nhóm dẫn điện, một ện áp nạp điện của máy phát ủa máy phát ện áp nạp điện của máy phát ếu xa) ơng pháp này ở trong của ắcquy [Ω] ước và báo rẽidiode d n có đi n th th p h n Vì v y, m t th i đi m b t kỳ đ u có 2 diode ho tẫn điện, một ện áp nạp điện của máy phát ếu xa) ất của máy phát và mức độ ơng pháp này ậy ở trong của ắcquy [Ω] ộc vào công suất của máy phát và mức độ ờng độ dòng ể cho dòng điện nạp chung không ất của máy phát và mức độ ều chỉnh và không đổi ạt

đ ng, m t diode c c tính dộc vào công suất của máy phát và mức độ ộc vào công suất của máy phát và mức độ ự điều chỉnh và không đổi ương pháp nàyng (phía trên) và m t diode c c tính âm (phía dộc vào công suất của máy phát và mức độ ự điều chỉnh và không đổi ước và báo rẽi) M idiode sẽ cho dòng đi n qua trong 1/3 chu kỳ (T/3).ện áp nạp điện của máy phát

Đi n th dây c a máy phát đện áp nạp điện của máy phát ếu xa) ủa máy phát ượt quá dòng điện cho phép của máy phát.c đ a lên b ch nh l u Đi n áp ch nh l u đư ộc vào công suất của máy phát và mức độ ỉnh và không đổi ư ện áp nạp điện của máy phát ỉnh và không đổi ư ượt quá dòng điện cho phép của máy phát.cxác đ nh b i các tung đ n m gi a các đị bằng 0 cho nên ở trong của ắcquy [Ω] ộc vào công suất của máy phát và mức độ ằng 0 cho nên ữa các đường cong trên và dưới của điện áp pha ường độ dòngng cong trên và dước và báo rẽ ủa máy pháti c a đi n áp pha ện áp nạp điện của máy phát U A ,

U B , U C Vì v y, đi n áp ch nh l u t c th i ậy ện áp nạp điện của máy phát ỉnh và không đổi ư ức độ ờng độ dòng U mf sẽ thay đ i và t n s xung đ ng c a đi nổi ầu ối với bình ắcquy 6V thì điện áp nạp U ộc vào công suất của máy phát và mức độ ủa máy phát ện áp nạp điện của máy phát

áp ch nh l u l n h n t n s c a đi n áp pha 6 l n:ỉnh và không đổi ư ớc và báo rẽ ơng pháp này ầu ối với bình ắcquy 6V thì điện áp nạp U ủa máy phát ện áp nạp điện của máy phát ầu

Tr s nh nh t c a đi n áp ch nh l u b ng ị bằng 0 cho nên ối với bình ắcquy 6V thì điện áp nạp U ỏ ất của máy phát và mức độ ủa máy phát ện áp nạp điện của máy phát ỉnh và không đổi ư ằng 0 cho nên 1,5U m, và l n nh t là ớc và báo rẽ ất của máy phát và mức độ 1,73) U m n.p/ 60

S thay đ i c a đi n áp ch nh l u:ự điều chỉnh và không đổi ổi ủa máy phát ện áp nạp điện của máy phát ỉnh và không đổi ư

Umf = (1,73) – 1,5).n.p/ 60U m = 0,23) U m = 0,3)25 U

U mf=3√3.U m

π =1,65.Um

hay U mf = 1,65 √ 2 U  = 2,3)4UU = 1,3)5U d

U : đi n th hi u d ng pha.ện áp nạp điện của máy phát ếu xa) ện áp nạp điện của máy phát ụ thuộc vào công suất của máy phát và mức độ

U d : đi n th hi u d ng dây.ện áp nạp điện của máy phát ếu xa) ện áp nạp điện của máy phát ụ thuộc vào công suất của máy phát và mức độ

Nh v y, đ i v i m ch ch nh l u c u 3 pha thì giá tr trung bình c a đi n áp l uư ậy ối với bình ắcquy 6V thì điện áp nạp U ớc và báo rẽ ạt ỉnh và không đổi ư ầu ị bằng 0 cho nên ủa máy phát ện áp nạp điện của máy phát ư

l n g p 2,34 l n so v i đi n áp pha và 1,35 l n so v i đi n áp dây.ớc và báo rẽ ất của máy phát và mức độ ầu ớc và báo rẽ ện áp nạp điện của máy phát ầu ớc và báo rẽ ện áp nạp điện của máy phát

3.4 Bộ điều chỉnh điện của máy phát

3.4.1 Sự cần thiết phải điều chỉnh máy phát điện

Các máy phát điện ô tô máy kéo làm việc trong điều kiện số vòng quay, phụ tải và chế

độ nhiệt luôn luôn thay đổi trong một giới hạn rộng (theo thống kê: số vòng quay của động

cơ và bởi vậy của máy phát khi ôt ô làm việc thay đổi trong giới hạn 1:8; đối với máy kéo:1:3,5) Nên trong quá trình làm việc có thể xảy ra các trường hợp sau:

Khi tốc độ quay của động cơ tăng lên thì điện áp máy phát sẽ tăng vượt giá trị địnhmức, làm hư hỏng các thiết bị điện

Khi phụ tải mạch ngoài tăng lên thì cường độ dòng điện mạch ngoài do máy phát cungcấp sẽ tăng vượt quá giá trị cho phép, như vậy máy phát sẽ làm việc trong trạng thái quá tải.Khi điện áp máy phát nhỏ hơn điện áp của ắcquy thì ắcquy sẽ phóng điện vào máyphát với cường độ dòng điện lớn, sẽ làm hư hỏng máy phát

Vì thế, để đảm bảo cho các trang thiết bị điện trên ôtô máy kéo làm việc được bìnhthường và bảo đảm an toàn cho máy phát, thì phải có các bộ phận sau:

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

sai lệch khỏi giá trị định mức quá giới hạn cho phép (3% 5%) Khi số vòng quay của máyphát thay đổi, người ta đã xác định được là: nếu thế hiệu máy phát tăng lên 1i% 12% sovới định mức, thì thời hạn phục vụ của ắc quy và các bóng đèn sẽ giảm đi từ 2 2,5 lần

Rơ le hạn chế dòng điện: làm nhiệm vụ của bộ phận an toàn, bảo vệ cho máy phát không bị quá tải bởi dòng điện quá lớn, có thể gây cháy hỏng cuộn dây và cách điện của nó.

Rơ le dòng điện ngược: làm nhiệm vụ phân phối chế độ làm việc giữa ắc quy và máy phát một chiều: nối máy phát vào mạch phụ tải khi thế hiệu của nó đạt giá trị lớn hơn thế hiệu của ắc quy mắc song song với nó và ngắt máy phát ra khi thế hiệu của nó giảm xuống thấp hơn thế hiệu của ắc quy để tránh dòng điện ngược từ ắc quy phóng lại làm cháy hỏng cuộn dây máy phát và có hại cho ắc quy.

24

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

Đối với máy phát một chiều làm việc song song với ắc quy đòi hỏi phải sử dụng ba loại rơ le là: rơ le điều chỉnh thế hiệu (RLĐCTH), rơ le hạn chế dòng điện (RLHCDĐ) và rơ

le dòng điện ngược (RLDĐN).

Trong thực tế, đôi khi người ta không làm RLHCDĐ riêng mà làm kết hợp vớiRLĐCTH chung trong một kết cấu Trong trường hợp đó, rơ le kết hợp này được gọi làRLĐCTH giảm dần (vì nó không đảm bảo giữ cho thế hiệu máy phát ổn định, mà thế hiệumáy phát sẽ giảm dần khi Imf tăng) Thậm chí có trường hợp cả ba loại rơ le trên được làmkết hợp chung trong một kết cấu

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

RLDĐN không cần thiết nữa, vì các điốt chỉnh lưu không cho dòng điện đi ngược từ ắc quysang máy phát RLHCDĐ cũng không cần thiết nữa, vì đa số các máy phát xoay chiều cóđặc tính tự hạn chế dòng lớn

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

3.4.2 Khái niệm về rơ le điều chỉnh

3.4.2.1 Nguyên tắc điều chỉnh

Bộ phận điều chỉnh máy phát làm việc dựa trên nguyên tắc là:

Điện áp máy phát điện và cường độ dòng điện phụ thuộc vào sức điện động của máyphát, mà sức điện động của máy phát lại phụ thuộc vào: kết cấu, tốc độ quay của rôto, giá trị

từ trường kích thích Mà từ trường của máy phát lại phụ thuộc cường độ dòng điện kíchthích, cường độ dòng điện kích thích(Ikt) lại phụ thuộc vào điện trở mạch kích thích

Như vậy: Nếu tiến hành thay đổi điện trở mạch kích thích thì sẽ điều chỉnh được điện

áp của máy phát và cường độ của nó Cụ thể là:

 Khi tăng Rkt thì sẽ làm giảm Ikt  giảm từ trường máy phát và sẽ làm sức điện độnggiảm xuống Kết quả là làm giảm điện áp và cường độ dòng điện của máy phát

 Ngược lại: Khi giảm Rkt thì sẽ làm tăng Ikt  tăng từ trường máy phát và sẽ làm sứcđiện động tăng lên Kết quả là làm tăng điện áp và cường độ dòng điện của máy phát

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

 Thay đổi giá trị điện trở phụ mắc nối tiếp với cuộn dây kích thích (hình 3.8a);

 Thay đổi thời gian cắt và nối điện trở phụ vào mạch kích thích khi giá trị điện trở phụ không đổi: R f = const (hình 3.8b), để thay đổi giá trị hiệu dụng của nó.

Hình 3.6 Phương pháp thay đổi giá trị dòng kích thích

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

3.4.2.2 Yêu cầu:

 Hoạt động bền, tin cậy

 Điều chỉnh điện áp của máy phát đúng yêu cầu kỹ thuật

 Phản ánh đúng hoạt động của hệ thống nạp thông qua đồng hồ Ampe hoặc đèn nạp

 Độ bền cơ học cao, chịu rung xóc tốt

 Ít phải bảo dưỡng sửa chữa nhất trong quá trình sử dụng

3.4.3 Bộ điều chỉnh loại rung

25

3.4.3.1 Rơle điều chỉnh điện áp

Hình 3.7 Sơ đồ rơ le điều chỉnh thế hiệu loại rung

a- Sơ đồ nguyên lý; b- Sơ đồ cấu tạo

1- Lõi thép; 2- Khung từ; 3- Cần tiếp điểm

a Cấu tạo

Cấu tạo rơ le gồm: khung từ 2; lõi thép 1, trên đó quấn cuộn dây từ hoá WU đặt dướiđiện thế của máy phát (mắc song song với nó); cần tiếp điểm 3 có thể quay quanh điểm tựatrên khung từ; tiếp điểm KK': trong đó K là má vít cố định được bắt cách điện với khung từ,còn K' là má vít động được gắn trên cần tiếp điểm 3; lò xo (lx) có khuynh hướng giữ chotiếp điểm K-K' luôn luôn ở trạng thái đóng; điện trở phụ Rf mắc song song với KK'

b Nguyên lý làm việc:

 Ở trạng thái không làm việc hay khi máy phát làm việc ở số vòng quay nhỏ: lực điện

từ tạo nên bởi cuộn dây từ hoá WU là Fđt nhỏ hơn lực kéo của lò lo (Fđt < Flx) nên tiếpđiểm KK' được giữ ở trạng thái đóng Lúc này điện trở phụ Rf bị nối tắt và dòng điện kíchthích sẽ đi theo mạch sau:

(+)MF  a  b  cần 3  KK'  d  Wkt  (-)MF

 Khi tốc độ quay của máy phát tăng lên: thì dòng điện kích thích và thế hiệu của máyphát tăng theo Khi Umf > Uđm thì dòng qua cuộn dây WU lớn, lực điện từ của nó lúc nàythắng lực lò xo (Fđt > Flx), hút tiếp điểm KK' mở ra  điện trở phụ lúc này được tự độngnối vào mạch kích thích, làm giảm cường độ dòng kích thích và thế hiệu máy phát Dòngkích thích lúc này sẽ đi theo mạch sau:

(+)MF  a  Rf  d  Wkt  (-)MFThế hiệu máy phát giảm làm giảm lực hút điện từ của cuộn dây WU và khi Umf < Uđm,lực lò xo lại thắng lực điện từ và đóng tiếp điểm KK' lại  điện trở phụ Rf lại bị nối tắt, làmdòng kích thích và thế hiệu máy phát tăng lên Thế hiệu tăng lên làm tăng lực điện từ củacuộn WU, khi Fđt > Flx KK' lại mở ra Quá trình đóng - mở tiếp điểm KK' cứ lặp đi lặp lạitheo chu kỳ với một tần số khá lớn (rung) đảm bảo giữ cho thế hiệu máy phát dao động răng

cưa quanh giá trị trung bình định mức tronggiới hạn cho phép

3.4.3.2 Rơle điều chỉnh dòng điện

Rơle điều chỉnh dòng điện (hình 3.1i) vềcấu tạo và nguyên lí làm việc cũng tương tựrơle điều chỉnh điện áp, chỉ có khác là cuộn dây

O quấn trên lõi thép 2 của gông từ 1 được mắc

26Hình 3.3 Rơ le điều chỉnh dòng điện

Gông từ; 2 Lõi thép; 3 Tay đòn; 4 Lò xo;

5 Máy phát điện

nối tiếp với mạch của máy phát điện 5 Do đó, dòng điện để từ hóa lõi thép phụ thuộc vàodòng điện mạch ngoài hay dòng điện phụ tải.

Bình thường, khi động cơ làm việc, dòng điện kích thích từ cực dương (+) của máyphát điện 5, qua tiếp điểm ngắt mạch K, cuộn dây kích thích, rồi trở về cực âm(-)của máyphát điện, nhưng nếu dòng điện phụ tải tăng lên, thì lực hút tay đòn 3 do lõi thép 2 bị từ hóathắng được lực căng lò co 4, làm tiếp điểm K mở Lúc này, dòng điện kích thích đi qua điệntrở phụ Rp giảm nên dòng điện phụ tải cũng giảm Nếu dòng điện phụ tải giảm hơn địnhmức, thì lực hút của lõi thép không thắng được lức căng của lò xo và tiếp K đóng

Nhờ vậy, nhờ có rơle điều chỉnh dòng điện mà máy phát điện làm việc không bị quátải

3.4.3.3 Rơle ngăn dòng điện ngược

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý quá trình làm việc song song giữa ắc quy và máy phátRL1- Rơ le điều chỉnh điện áp; RL2- Rơ le điều chình dòng điện ngược

Chế độ làm việc giữa ắc quy và máy phát được điều chỉnh tự động phụ thuộc vào sốvòng quay của máy phát và giá trị của phụ tải Cụ thể

 Khi Umf > E aq thì I n > 0: tức là ở số vòng quay trung bình và cao, thì máy phát đảm

bảo vừa cung cấp điện cho các phụ tải vừa nạp điện cho ắc quy;

 Khi Umf < E aq > I n <0: tức là: khi máy phát không làm việc hay có số vòng quay

thấp, thì máy phát trở thành phụ tải và ắc quy sẽ phóng điện ngược sang nó

Do điện trở trong của ắc quy và máy phát khá nhỏ, nên khi máy phát không làm việc, dòng điện ngược từ ắc quy phóng sang có thể rất lớn, gấp vài lần dòng điện định mức của máy phát Vì thế cuộn dây của máy phát có thể cháy hỏng và ắc quy mất điện rất nhanh.

Để bảo vệ cho máy phát khỏi bị quá tải bởi dòng điện ngược và tránh cho ắc quy khỏi

bị mất điện vô ích, người ta sử dụng một bộ phận đặc biệt gọi là rơ le dòng điện ngược

(RLDĐN) - làm nhiệm vụ tự động nối mạch giữa ắc quy và máy phát khi U mf > E aq và ngắt mạch đó khi U mf < E aq

Rơle ngăn dòng điện ngược có nhiệm vụ nối mạch điện giữa máy máy phát điện và ăcquy, khi điện áp máy phát điện lớn hơn ắc quy và ngược lại sẽ ngắt mạch, khi điện áp ắc

quy

điễm K luôn mở do tác dụng của lò xo 4

cấp điện cho phụ tải

27

Hình 3.4 Rơle ngăn chặn dòng điện

ngược

1 Gông từ; 2 Lõi thép; 3 Tay đòn; 4

Lò xo; 5 Máy phát; 6 Ắc quy

Khi máy phát làm việc với số vòng quay trung bình và lớn, nếu điện áp máy phát lớnhơn ắc quy, thì lực từ hóa của lõi thép 2 thắng được lực căng lò xo 4, qua tay đòn 3, làm tiếpđiểm K đóng Lúc này, chiều dòng điện trong 2 cuộn dây P và O là như nhau.

Khi điện áp máy phát nhỏ hơn ắc quy, do tác dụng của dòng điện đi từ ắc quy 6 quacuộn dây O về máy phát 5, có chiều ngược lại lúc đầu, nên từ trường trong lõi thép 2 giảmkhông thắng được lực căng lò xo 4, qua tay đòn 3, làm tiếp điểm K bảo đảm các máy phátkhỏi bị hỏng và ắc quy không hết điện nhanh

3.4.4 Bộ tiết chế bán dẫn

Các bộ điều chỉnh kiểu rung có một số nhược điểm:

 Các tiếp điểm dễ cháy

 Hạn chế trị số cho phép cực đại của dòng điện kích thích máy phát đi qua nó và làmgiảm độ bền của hệ thống, nhất là khi làm việc với máy phát xoay chiều có dòng kíchthích lớn

Mặt khác, bộ điều chỉnh kiểu rung là dùng lò xo, do vậy sau một thời gian sử dụng, lò

xo thường mất độ đàn hồi làm thay đổi điện áp điều chỉnh do đó làm mất tác dụng điềuchỉnh

Bộ điều chỉnh bằng bán dẫn nó sẽ khắc phục được những nhược điểm trên, đồng thời

nó sẽ thực hiện khuếch đại dòng điện giữa bộ điều chỉnh và dòng điện kích thích của máyphát

Như vậy nó sẽ làm tăng độ bền của bộ điều

chỉnh, làm tăng tuổi thọ sử dụng Đồng thời để

điều chỉnh điện áp của máy phát có dòng điện kích

thích lớn, ít nhạy với độ ẩm, bụi, chịu được rung

lắc

Hiện nay, trên ô tô – máy kéo sử dụng hầu

hết máy phát điện xoay chiều vì có ưu điểm nhỏ

gọn, cấu tạo đơn giản, công suất lớn và dễ bảo

dưỡng sửa chữa Do đó, bộ điều chỉnh loại rung

được sử dụng cho máy phát điện xoay chiều cũng

dần được thay thế bằng bộ tiết chế bán dẫn

Đối với bộ tiết chế bán dẫn sử dụng trên máy

phát điện xoay chiều có chức năng điều chỉnh điện

áp phát ra của máy phát ở giá trị định mức, vì trên

máy phát điện xoay chiều đã có bộ chỉnh lưu nắn

dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

nên bộ chỉnh lưu này có chức năng ngăn dòng

điện ngược Do đặc tính của máy phát điện xoay

chiều nên có khả năng hạn chế dòng điện, tránh

quá tải cho máy phát

3.4.4.1 Bộ điều chỉnh điện áp bán dẫn có tiếp

điểm

Bộ điều chỉnh điện áp bán dẫn có tiếp điểm

là bộ điều chỉnh dùng bán dẫn (transito, điôt) và

tiếp điểm ngắt mạch loại điện từ, nhưng tiếp điểm

này không làm nhiệm vụ trực tiếp ngắt nối dòng

điện kích thích mà chỉ làm nhiệm vụ ngắt nối dòng

điện điều chỉnh có trị số rất nhỏ so với dòng điện kích thích Do đó, tiếp điểm làm nhiệm vụrất lâu mới phải thay thế, còn bình thường chỉ cần định kì điều chỉnh hoặc bảo dưỡng

Gồm có:hai cuộn dây O và P quấn trên lõi thép 1, tiếp điểm ngắt mạch K luôn luônđóng do tác dụng của lò xo 3 Điôt chỉnh lưu hay nắn dòng D, là loại bán dẫn hai cực, chỉcho dòng điện đi theo một chiều nhất định,làm nhiệm vụ bảo vệ cho transito 4 khỏi bị hưhỏng do sức điện động tự cảm, xuất hiện trong cuộn dây kích thích R k.

Transito 4 là loại bán dẫn 3 cực (p-n-p) có đặc điểm cơ bản là điện trở giữa cựcphát (E) và cực góp (C) hay còn gọi là điện trở lớn tiếp giáp phát góp, có thể thay đổi từ trị

số nhỏ (một vài ôm) đến trị số lớn (hàng ngàn ôm) tùy theo điện áp điều khiển đặt vào cựcgốc (B) hay nói một cách khác tùy ý theo dòng điện điều khiển của cực gốc Do đó, transito

4 có khả năng khuyếch đại dòng điện và ngắt nối mạch điện Khi điện áp ở cực gốc (B) là

âm transito 4 mở, ngược lại khi điện áp ở cực gốc(B) là dương thì transito 4 đóng

Bộ điều chỉnh điện áp bán dẫn có tiếp điểm này làm việc như sau: khi động cơchạy không tải, số vòng quay còn thấp, điện áp máy phát điện 5 chưa đủ định mức và tiếpđiểm K vẫn đóng, nghĩa là cực gốc (B) của transito 4 được nối với cực âm (-) của nguồn vàtransito 4 mở, dòng điện kích thích sẽ qua cuộn dây kích thích R k theo mạch sau: từ cực

dương (+) của nguồn  cuộn dây kích thích R K  tiếp giáp pháp góc EC của transito 4 

cực âm (-) của nguồn Ngoài ra dòng điện cũng qua cả cuộn dây O, cuộn dây P và tiếp điểmK

Khi số vòng quay động cơ tăng lên, nếu điện áp máy phát điện 5 lớn hơn định mức,thì tiếp điểm K mở, nhờ tác dụng từ trường ở lõi thép 1 của 2 cuộn dây O và P hút tay đòn

2, thắng sức căng lò xo 3, làm cực gốc B của transito 4 tách khỏi cực âm (-) và nối với cựcdương (+) nguồn, sau đó transito 4 đóng làm dòng điện qua cuộn dây R k bị ngắt Dòng điện

kích thích bị ngắt làm cho điện áp máy phát điện 5 không vượt quá định mức Nếu điện ápmáy phát điện lại giảm hơn định mức, thì tiếp điểm K lại đóng và quá trình sau lại lặp lạinhư ban đầu

Như vậy, trong quá trình làm việc, tiếp điểm K của bộ điều chỉnh được đóng mởliên tục để điều khiển transito 4 đóng mở hay ngắt nối mạch cuộn dây kích thích, làm tănggiảm dòng điện kích thích, bảo đảm cho điện áp máy phát điện được ổn định ở mức yêu cầu Khóa hay công tắt điện 6 dùng để ngắt mạch giữa máy phát điện 5 và ắc quy 7 khiđộng cơ ngừng làm việc một thời gian dài, bảo đảm cho ắc quy không bị phóng hết điện

3.4.4.2 Bộ điều chỉnh điện áp không tiếp điểm

Bộ điều chỉnh điện áp không tiếp điểm (hình 3.14) gồm có: transito 2 làm nhiệm vụ

ngắt nối dòng điện kích thích máy phát điện 3, transito 1 và điện trở R3 làm nhiệm vụ điềukhiển transito 2 Điốt ổn áp D °, điện trở R1 và R2 làm nhiệm vụ nhạy cảm với điện áp, thaythế cho role điều chỉnh điện áp loại điện từ, để điều khiển transito1 Điốt ổn D ° áp cũng là

một loại bán dẫn hai cực như điốt nắn dòng nhưng có đặc điểm khác là: khi cho làm việcvới điện áp nghịch lớn hơn định mức, thì nó lại trở về trạng thái ban đầu mà không bị hỏng.Điện trở R4 và điốt D N làm nhiệm vụ bảo đảm cho transito 2 đóng nhanh Điốt D B làm

nhiệm vụ bảo vệ cho transito 2 không bị hỏng, do suất điện động tự cảm xuất hiện trongcuộn dây kích thích Điện trở phụ R p làm nhiệm vụ giảm dòng điện kích.

29

Nguyên lí làm việc của bộ điều chỉnh điện áp bán dẫn không tiếp điểm như sau: khiđộng cơ làm việc với số vòng còn thấp, điện áp máy phát 3 chưa đủ định mức, điốt ổn áp D °

chưa bị đánh thủng và chưa có dòng điện qua điện trở R1 nên cực gốc B của transito 1 chưa

có điện áp điều khiển, làm transito 1 đóng Do đó, điện trở lớn tiếp giáp phát góp EC củatransito 1 là rất lớn so với điện trở R3, nên cực gốc B của transito 2 lúc này có điện áp âm (-)rất lớn, gần bằng điện áp âm (-) của nguồn hay máy phát 3, làm transito 2 mở Dòng điệnkích thích qua cuộn dây R K tăng, làm cho điện áp máy phát cũng tăng và chiều dòng điện

kích thích lúc này : từ cực dương (+) nguồn  điốt D N  tiếp giáp phát góc EC của transito

2  cuộn dây kích thích R K  mát hay cực âm (-) của nguồn.

Khi động cơ làm việc với số vòng quay cao, nếu điện áp máy phát tăng và lớn hơnđịnh mức, thì điốt ổn áp D ° bị đánh thủng và xuất hiện dòng điện qua điện trở R1 đồng thờigây sụt áp lớn trên điện trở này, làm cho cực gốc B của transito 1 có điện áp âm(-) vàtransito 1 mở khi transito 1 mở, nghĩa là điện trở lớn tiếp giáp phát góp EC của nó giảmxuống rất thấp và sụt áp tại đây coi không đáng kể, làm transito 2 đóng và dòng điện kíchthích giảm Do đó, điện áp máy phát

không vượt quá định mức chiều

dòng điện kích thích lúc này là: từ

cực dương nguồn  điốt D N  điện

trở phụ R p  cuộn dây kích thích R K

 mát hay cực âm nguồn

Trong trường hợp, nếu điện áp

máy phát lại giảm hơn định mức, thì

quá trình lại được lặp lại như trên,

bảo đảm cho điện áp máy phát hầu

như không đổi

30

Hình 3.6 Bộ điều chỉnh điện áp bán dẫn không

tiếp điểm1,2 Transito; 3 Máy phát điện

CHƯƠNG 4: MÁY KHỞI ĐỘNG 4.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại

Khi động cơ của ôtô – máy kéo đã hoạt động (máy đã nổ và sinh công) thì coi nhưmáy khởi động đã hoàn thành nhiệm vụ, nó sẽ thôi không làm việc nữa và được nghỉ trongsuốt quá trình động cơ còn nổ máy

- Độ bền cơ khí cao, chịu rung, xóc tốt

- Khi động cơ ôtô – máy kéo đã làm việc, phải cắt được truyền động tới trục khuỷu

- Các thiết bị điều khiển (nút bấm hoặc khoá) thuận tiện cho người sử dụng

4.1.3 Phân loại

Dựa vào nguồn năng lượng khởi động, có thể chia ra một số phương pháp khởi độngchính sau:

- Khởi động bằng tay: dùng tay quay, chân đạp hoặc dây kéo để quay trục khuỷu động

cơ Phương pháp này chủ yếu áp dụng cho các động cơ xăng cỡ nhỏ

- Khởi động bằng động cơ điện: dùng phổ biến cho các động cơ ô tô máy kéo.

- Khởi động bằng động cơ xăng phụ: dùng cho các động cơ diesel máy kéo công suất

lớn

- Khởi động bằng không khí nén: dùng cho động cơ tĩnh tại và tàu thuỷ cỡ lớn, tốc độ

thấp và trung bình

Trong khuôn khổ môn học trang bị điện ô tô máy kéo, tài liệu chỉ trình bày các vấn

đề liên quan đến phương pháp khởi động động cơ bằng động cơ điện

4.2 Cấu tạo chung của máy khởi động

Máy khởi động của ôtô – máy kéo về cơ bản nó có cấu tạo giống máy phát điện mộtchiều, tức là nó cũng có các cuộn dây kích thích, cuộn dây phần ứng, cổ góp, chổi than, Ngoài ra nó còn có thêm cơ cấu điều khiển và phần khớp nối (bộ tiếp hợp hay còn gọi là cơcấu truyền lực) Hình 1.16 Như vậy, về cấu tạo nó gồm có 3 phần chính:

31

Phần cổ góp điện cũng có cấu tạo giống như cổ góp điện của máy phát điện một chiều,nhưng các lá góp được chế tạo bằng các lá đồng lớn hơn để chịu được dòng điện lớn.

Các chổi than làm bằng vật liệu: (8i  9i)%Cu và (1i  2i)% than chì, chúng đượcđặt trong giá đỡ chổi than và áp vào cổ góp bằng lò xo Hai chổi than nối với ''mát'', hai chổithan còn lại nối với một đầu của cuộn dây kích thích

Hình 4.1 Cấu tạo máy khởi động

1: Cuộn giữ; 2: Cuộn hút; 3: Lò xo hồi vị; 4:Nạng gài; 5: ống chủ động; 6, 7: Khớptruyền động; 8: Bánh răng khởi động; 9: Trục rôto; 1i: Vành hãm; 11: Rãnh răng xoắn; 12:Khớp cài với nạng gài; 13; Đầu nối dây điện; 14: Đầu tiếp điện; 15: Lò xo hồi vị; 16: Đĩađồng tiếp điện; 17: Hộp rơle; 18: Nắp sau của máy khởi động; 19: Giá đỡ chổi than; 2i:Chổi than; 21: Phiến góp; 22: Stator; 23: Rôto; 24: Vỏ máy; 25: Cuộn dây stator

4.2.2 Phần cơ cấu điều khiển và truyền động

Gồm có cần điều khiển (nạng gài) 4 và hộp công tắc (hộp rơle) 17 Trên hộp công tắcngười ta có lắp trục (nằm trong lò xo hồi vị 3) liên kết với nạng gài 4, trên trục đó có đĩađồng tiếp điện 16 (đã tiếp xúc với đầu tiếp điện 14) để nối điện giữa 2 cực của ắc quy và

32

máy khởi động (đầu 13 được nối trực tiếp tới cực + của ắc quy) Như vậy ở trạng thái khônglàm việc thì giữa các cực 14 vá 16 được ngắt điện

4.2.2.1 Khớp truyền động

Khớp truyền động là cơ cấu dùng để:

- Nối trục của máy khởi động với vành răng bánh đà khi khởi động;

- Tách chúng ra ngay sau khi động cơ đã nổ (khởi động)

Việc tách trục máy khởi động ra khỏi vành răng bánh đà cần phải được thực hiện tựđộng để tránh trường hợp máy khởi động bị động cơ nổ kéo theo với số vòng quay lớn gây

hư hỏng

Phụ thuộc vào kết cấu và nguyên lý làm việc, khớp truyền động có thể chia ra một sốloại sau:

a) Truyền động quán tính

Hình 4.2 Cơ cấu truyền động quán tính

a- Vị trí ban đầu; b- Vị trí ăn khớp; c- Sự thay đổi dòng khởi động theo thời gian;

1- Vòng tỳ; 2- ống lót có ren; 3- Khớp nối; 4- Lò xo xoắn; 5- Bánh răng; 6- Bánh đà.Trên đầu trục máy khởi động có khớp 3 lắp then với trục motor điện của máy khởiđộng Trên khớp 3 bắt chặt một đầu của lò xo xoắn 4, đầu thứ hai của lò xo bắt trên ống lót

2 mặt ngoài có ren và đặt tự do trên trục Bánh răng 5 (với đối trọng) ăn khớp ren với ốnglót 2

Khi máy khởi động quay: qua lò xo 4, nó làm quay ống lót 2 Bánh răng 5 ăn khớp với

ống lót, do quán tính sẽ không kịp quay theo, nên sẽ dịch chuyển theo đường ren trên ốnglót vào ăn khớp với vành răng bánh đà 6 và tỳ vào vòng tỳ 1 Các va đập xảy ra khi các vànhrăng vào ăn khớp được giảm chấn nhờ lò xo 4

Sau khi động cơ đã được khởi động: tốc độ vòng của vành răng bánh đà sẽ lớn hơn

của bánh răng 5, làm bánh răng tự động chuyển động theo đường ren tách ra khỏi bánh đà

Phương pháp truyền động này có nhược điểm là xảy ra va đập mạnh khi các bánhrăng vào ăn khớp nên không được sử dụng đối với những máy khởi động công suất lớn.Nhược điểm thứ hai là bánh răng của máy khởi động tự động tách ra khỏi bánh đà ngay khiđộng cơ bắt đầu nổ những tiếng đầu tiên Nhưng không phải bao giờ động cơ cũng khởiđộng được ngay sau những tiếng nổ đầu tiên, nhất là trong điều kiện mùa đông Vì thế quátrình khởi động nhiều khi phải lặp đi lặp lại vài lần với những va đập mạnh

b) Truyền động cưỡng bức

Trong trường độ dòngng h p này, bánh ợt quá dòng điện cho phép của máy phát răng c a tr c máy kh i đ ng vào kh p cũng nh raủa máy phát ụ thuộc vào công suất của máy phát và mức độ ở trong của ắcquy [Ω] ộc vào công suất của máy phát và mức độ ớc và báo rẽ ư

33

kh p dớc và báo rẽ ước và báo rẽi tác d ng c a nh ng c c u đi u khi n b i ngụ thuộc vào công suất của máy phát và mức độ ủa máy phát ữa các đường cong trên và dưới của điện áp pha ơng pháp này ất của máy phát và mức độ ều chỉnh và không đổi ể cho dòng điện nạp chung không ở trong của ắcquy [Ω] ường độ dòngi lái hay l c c a r le đi nự điều chỉnh và không đổi ủa máy phát ơng pháp này ện áp nạp điện của máy phát

t ừ ắc quy

Hình 4.3 Kết cấu máy khởi động với cơ cấu

truyền động cơ khí cưỡng bức

1- Bánh răng; 2- Khớp 1 chiều; Cần gạt; 4- Vít tỳ; 5- Hộp tiếp điểm;

3-6- ống lót; 7- Lò xo

Khi đạp cần điều khiển động cơ thông qua cần đẩy 3 đẩy bánh răng 1 vào ăn khớp vớibánh đà đồng thời vít tỳ 4 sẽ tác động vào tiếp điểm điện nối cực dương của ắc quy vớimotor của máy khởi động

4.2.2.2 Khớp một chiều

Hình 4.4 Kết cấu cơ cấu

truyền động cơ khí vàkhớp 1 chiều

1- Vòng hãm; 2- ống gài;

3-Lò xo giảm chấn; 4- ống lótdẫn hướng; 5- Nắp; 6- Conlăn; 7- Bánh răng; 8- Lò xobi; 9- Cốc lò xo

Để tránh khả năng không kịp tách bánh răng ra khi động cơ đã nổ, người ta làm kiểutruyền động một chiều bằng khớp hành trình tự do loại bi hay cơ cấu cóc hoặc ma sát

Cơ cấu truyền động với khớp một chiều loại bi có kết cấu như trên hình 4.4, gồm: ốnglót 4 trượt được theo then hoa của trục máy khởi động, bánh răng 7 nối với ống lót 4 qua cácviên bi 6 của khớp một chiều

Khi khởi động, dưới tác dụng của người lái hay lực của rơ le điện từ, nạng gạt sẽ gạtống gài 2 và qua lò xo 3 đẩy cả khối ống lót, khớp một chiều và bánh răng 7 vào ăn khớpvới vành răng bánh đà Nếu răng của bánh răng 7 chưa ăn khớp được với răng của vànhbánh đà thì bánh răng bị giữ lại, nạng gạt tiếp tục ép lò xo 3 lại, đồng thời đóng tiếp điểmnối mạch điện của máy khởi động làm phần ứng quay, và dưới tác dụng của lò xo bánh răng

sẽ vào ăn khớp với vành răng bánh đà

Sau khi động cơ đã nổ, dưới tác dụng của lò xo trả, nạng gạt cùng các chi tiết khácđược đưa trở lại vị trí ban đầu Nếu như người lái chưa thả bàn đạp, thì khớp một chiều sẽ

34

đảm bảo không cho động cơ kéo trục máy khởi động quay theo với tốc độ lớn, vì khi tốc độgóc phần ngoài (nối với bánh đà) lớn hơn tốc độ góc phần trong (nối với trục máy khởiđộng) thì khớp không truyền chuyển động nữa.

4.3 Một số sơ đồ điều khiển máy khởi động thường dùng

Cơ cấu điều khiển làm nhiệm vụ:

- Đưa khớp truyền động vào ăn khớp với bánh đà;

- Đóng mạch điện máy khởi động khi bánh răng của nó đã vào ăn khớp với bánh đà vàngắt mạch sau khi động cơ đã nổ

Cơ cấu điều khiển có thể là cơ khí điều khiển trực tiếp bằng bàn đạp chân hay cần gạthoặc điện từ điều khiển gián tiếp từ xa bằng cách đóng mở khoá điện cho rơle làm việc.Phương pháp điều khiển trực tiếp có ưu điểm là đơn giản nhưng nó không thể sử dụngkhi máy khởi động và ắc quy đặt ở xa người lái Bởi vì đường dây dẫn dài, với dòng tải lớn

sẽ gây độ sụt thế lớn và tốn kém đồng

Phương pháp điều khiển gián tiếp bằng rơle điện từ cho phép giảm chiều dài đườngdây chịu tải và tăng độ tin cậy làm việc của hệ thống

Sơ đồ nguyên lý của phương pháp điều khiển này như trên hình 4.5

Hình 4.5 Sơ đồ máy khởi động với

cơ cấu điều khiển điện từ.1- Khoá điện; 2- Rơ le điện từ; 3-Cần gạt; 4- Khớp truyền động; 5-Vành tiếp điểm; 6- Tiếp điểm; 7-

Máy khởi động

Hệ thống điều khiển gồm hai phần chính là hộp tiếp điểm với các tiếp điểm 6 và rơleđiện từ 2 lắp trên vỏ máy khởi động

Khi người lái đóng khoá điện 1, dòng điện từ ắc quy sẽ đi vào cuộn dây của rơle điện

từ 2 mà lõi thép của nó được nối với cần gạt 3 Cuộn dây có điện trở thành nam châm hút lõithép sang trái, đồng thời làm quay cần 3, dịch chuyển khớp truyền động 4 cùng bánh răngvào ăn khớp với bánh đà

Khi bánh răng của khớp truyền động đã vào ăn khớp với bánh đà, thì vành tiếp điểm

5 cũng nối các tiếp điểm 6, đưa dòng điện vào các cuộn dây của máy khởi động Máy khởiđộng quay, kéo trục khuỷu động cơ quay theo Khi động cơ đã nổ thì người lái nhả khoáđiện 1, các chi tiết trở về vị trí ban đầu dưới tác dụng của các lò xo hồi vị

Trong các sơ đồ điều khiển từ xa hiện nay, ngoài rơle điện từ chính là rơle khởi động,

35

thường người ta còn sử dụng thêm một rơle phụ nữa Rơle phụ này cho phép giảm dòng quakhoá điện và rút ngắn hơn nữa những đoạn mạch có dòng lớn Do đó làm giảm độ sụt thếcủa ắc quy và tăng tuổi thọ của các tiếp điểm.

Ngoài ra, rơle này còn đảm bảo tự động ngắt mạch máy khởi động sau khi động cơ

đã làm việc

Hình 4.6 Sơ đ n i máy kh i đ ng CT130-A1ồ của máy phát chỉnh lưu 3 pha có bộ nắn dòng mắc theo sơ ối với bình ắcquy 6V thì điện áp nạp U ở trong của ắcquy [Ω] ộc vào công suất của máy phát và mức độ

dùng trên xe ZIL-130, URAL-377

Đồng thời để tăng cường khả năng làm việc của máy khởi động, giúp cho bánh răngkhởi động nhanh chóng tách ra khỏi vành răng bánh đà, trong rơ le đóng mạch người ta bốtrí hai cuộn dây: cuộn hút (Pull-in coil) Wh và cuộn giữ (Hold-in coil) Wg Cách bố trí củahai cuộn này sao sao cho tùy theo chiều của dòng điện mà từ trường của chúng tạo ra hổ trợlẫn nhau tạo ra lực hút mạnh hay là triệt tiêu lẫn nhau

(c)

Hình 4.7 Các trạng thái làm việc của máy

khởi động có trang bị hai cuộn hút và

cuộn giữa) Khi vừa bấm nút khởi động nhưngchưa vào khớp;

b) Khi đã vào khớp;

c) Khi kết thúc quá trình khởi động

Quá trình làm việc của hệ thống này như sau:

36

Khi vừa nhấn nút khởi động (nhưng chưa vào khớp)” dòng điện từ ắc quy đi qua “cực5i”  vào cuộn giữ  mass; đồng thời từ “cực 5i”  cuộn hút  motor khởi động  mass.Lúc này từ trường của hai cuộn giữ và hút cùng chiều nhau tạo ra lực từ lớn đẩy mạnh bánhrăng vào ăn khớp với vành răng bánh đà, đồng thời kéo đĩa đồng về bên phải nối :cực 5i”

và “cực C” lại với nhau

Khi bánh răng đã vào khớp: do điện thế của các cực 3i, 5i và C bằng nhau nên cuộnhút bị ngắn mạch, không có dòng điện chạy qua, vì vậy lực từ trường lúc này chỉ do cuộngiữ tạo ra

Khi kết thúc quá trình khởi động: công tắc khởi động được ngắt đi, nhưng lúc này đĩađồng chưa tách ra khỏi các cực 3i và cực C, vì vậy sẽ có dòng điện chạy từ ắc quy  cực 3i

 cực C  cuộn hút  cuộn giữ  mass Lúc này trừ trường do hai cuộn dây tạo ra ngượcnhau nên lực từ bị triệt tiêu, dưới tác dụng của lò xo bánh răng nhanh chóng được kéo rakhỏi bánh đà và đĩa đồng thoát ra khỏi các tiếp cực 3i và C

37

Bugi xông

Điện trở báo xông

Relay xông

IG SW ON R

Hệ thống này có hai loại bugi: loại một điện cực và loại hai điện cực

Loại một điện cực: Dùng điện đưa trực tiếp đến đầu cục bugi xông qua điện trở rồi vềmát Loại này thường có điện trở lớn Các bugi được mắc song song trong mạch nên nếumột bugi bị đứt thì các bugi khác vẫn làm việc bình thường

Loại hai điện cực: Điện trở bugi được nối trực tiếp với điện cực ngoài Các điện trởbugi đều được cách điện và mắc nối tiếp trong mạch Loại này có điện trở nhỏ

+ Xông nóng không khí nạp

Dùng điện trở đặt tại ống góp hút sau lọc gió, sử dụng nguồn điện ắc quy để xông.Loại này ít phổ biến

1.2.4.2 Một số hệ thống xông trên ô tô - máy kéo

Hệ thống xông trên ôtô – máy kéo có hai loại: xông thường và xông nhanh

a/Hệ thống xông thường: (Mô tả trên hình 1.2i)

Hệ thống xông này thường có trên các xe đời cũ Các bugi xông được mắc nối tiếp vớiđiện trở báo xông Các bugi không được điều khiển tự động ngắt mà phụ thuộc vào tài xế.Khi bật công tắc xông ở vị trí (R), tài xế sẽ đợi đến khi điện trở báo xông nóng đỏ mớichuyển công tắc qua vị trí khởi động Trong một số trường hợp, thời gian cần thiết để cácbugi xông đạt nhiệt độ làm việc được định sẵn và báo bằng đèn báo xông Khi đèn báo xôngtắt, thời gian xông cần thiết đã đủ

38

Hình 1.21 Sơ đồ nguyên lý hệ thống xông nhanh (IZUSU)

Trong loại xông này nếu nhiệt độ làm mát nhỏ hơn 6iiC, công tắt nhiệt sẽ ở trạng tháiOFF Tín hiệu này được gửi về bộ điều khiển Nếu công tắc máy ở vị trí ON đèn báo xông

sẽ sáng, đồng thời điều khiển nối mát cho relay xông hoạt động, cung cấp dòng rất lớn đếncác bugi xông để xông nhanh Điện trở bugi loại này khá nhỏ Đèn báo xông tắt sau 3,5giây, báo cho tài xế biết động cơ đã sẵn sàng cho việc khởi động Lúc này, nhiệt độ bugixông đạt khoảng 8iioC Khi động cơ đã nổ và công tắc máy trả về vị trí ON thì bộ điềukhiển sẽ ngắt relay xông sau 18 giây

Khi nhiệt độ nước làm mát lớn hơn 6ioC, công tắt nhiệt chuyển sang vị trí ON đèn báoxông tắt sau i,3 giây

Câu hỏi ôn tập chương 1

1.1.Trình bày chức năng, nhiệm vụ của ắcquy trong hệ thống cung cấp điện ôtô? Các

1.4 Vẽ sơ đồ mạch tổng quát của hệ thống khởi động?

1.5 Vẽ sơ đồ và nêu nguyên lý làm việc hệ thống điều khiển khởi động trực tiếp vàgián tiếp?

1.6 Nêu nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại máy khởi động?

1.7 Trình bày nhiệm vụ hệ thống xông và vẽ sơ đồ, trình bày hệ thống xông máy điềukhiển thường?

39

Chương 5 HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

5.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại

5.1.1 Công dụng

Hệ thống đánh lửa (HTĐL) có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều thế hiệu thấp (6, 12

và 24V) hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp (trong HTĐL Manhêtô hay Vô lăngmanhêtic) thành các xung điện cao thế (12.iii ÷ 24.iii)V để tạo nên tia lửa (phóng điệnqua khe hở bugi) đốt cháy hỗn hợp làm việc trong các xi lanh của động cơ vào những thờiđiểm thích hợp và tương ứng với trình tự xi lanh và các chế độ làm việc của động cơ

5.1.2 Yêu cầu

Để đáp nhiệm vụ đánh lửa có những yêu cầu sau:

 Phải đảm bảo thế hiệu đủ lớn để tạo ra tia lửa điện phóng điện qua khe hở giữa cácđiện cực bugi

 Tia lửa phải có năng lượng đủ lớn để đốt cháy hỗn hợp làm việc trong mọi điều kiệnlàm việc của động cơ

 Thời điểm đánh lửa phải tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lý nhất ở mọi chế độlàm việc của động cơ

 Độ tin cậy làm việc của HTĐL phải tương ứng với độ tin cậy làm vịệc của động cơ

 Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ,…

5.1.3 Phân loại

5.1.3.1 Theo đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc, HTĐL được chia ra làm

 HTĐL thường hay HTĐL kiểu cơ khí: được sử dụng hầu hết trên các ô tô trước đây,còn gọi là HTĐL cổ điển

 HTĐL Manhêtô: là HTĐL cao áp độc lập, không cần dùng ắcquy và máy phát Do

đó, có độ tin cậy cao và được dùng trên xe cao tốc và một số máy công trình trên vùngnúi

 HTĐL bán dẫn có tiếp điểm: là HTĐL bán dẫn kết hợp với cơ khí, HTĐL loại nàyvẫn còn dùng trên một số xe hiện nay

 HTĐL bán dẫn không tiếp điểm: có nhiều ưu điểm nên được dùng đa số trên các ô tôhiện nay

5.1.3.2 Theo cảm biến đánh lửa, HTĐL bán dẫn được chia ra làm

 HTĐL sử dụng cảm biến điện từ

 HTĐL sử dụng cảm biến quang

 HTĐL sử dụng cảm biến Hall

5.1.3.3 Theo năng lượng tích lũy trước khi đánh lửa, HTĐL bao gồm

 HTĐL điện cảm: năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong từ trường của cuộndây biến áp đánh lửa

 HTĐL điện dung: năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong điện trường của tụđiện

5.1.3.4 Theo phương pháp phân bố điện cao áp, HTĐL được chia ra

 HTĐL có bộ chia điện

 HTĐL không có bộ chia điện (đánh lửa trực tiếp)

Ngày nay trên các ô tô hiện đại, HTĐL được điều khiển theo chương trình Bộ điều

khiển trung tâm (ECU - Electronic Control Unit) sẽ thu thập các tín hiệu như: tốc độ động

cơ, vị trí piston, vị trí bướm ga, nhiệt độ động cơ,…Từ đó, ECU sẽ điều khiển thời điểmđánh lửa thích hợp nhất trong mọi chế độ làm việc của động cơ

40