HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc lập – Tự do – Hạnh phúcPHIẾU NHẬN XÉT BÁO CÁO CÁ NHÂN Dành cho giảng viên hướng dẫn Họ và tên sinh viên: PHAN NGỌC TUẤN MS
MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU
Nhiệm vụ và yêu cầu hệ thống cung cấp điện ôtô
Để cung cấp năng lượng cho các phụ tải trên ô tô, cần phải có bộ phận tạo ra nguồn năng lượng có ích Nguồn năng lượng này được tạo ra từ máy phát điện trên ô tô Khi động cơ hoạt động, máy phát cung cấp điện cho các phụ tải và nạp điện cho accu Để bảo đảm toàn bộ hệ thống hoạt động một cách hiệu quả, an toàn, năng lượng đầu ra của máy phát ( nạp vào accu ) và năng lượng yêu cầu cho các tải điện phải thích hợp với nhau
Yêu cầu đặt ra cho máy phát phụ thuộc vào kiểu và cấu trúc máy phát lắp trên xe hơi, được xác định bởi việc cung cấp năng lượng điện cho các tải điện và accu Có hai loại máy phát: máy phát một chiều (generator) và máy phát điện xoay chiều (alternator) Các máy phát một chiều được sử dụng trên các xe ô tô đời cũ nên trong bài báo cáo này, ta sẽ không đề cập về nó
1.1 Nhiệm vụ của máy phát điện xoay chiều
Là nguồn năng lượng chính trên ô tô Nó có nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải và nạp điện cho accu trên ôtô Nguồn điện phải bảo đảm một hiệu điện thế ổn định ở mọi chế độ phụ tải và thích ứng với mọi điều kiện môi trường làm việc
Như đã trình bày ở mục trên, trên xe ô tô hiện nay sửa dụng máy phát điện xoay chiều vì có dặc điểm gọn nhẹ và độ tin cậy sử dụng cao Vì các phụ tải điện trên xe ô tô sử dụng nguồn điện một chiều nên nguồn điện xoay chiều từ máy phát được chỉnh lưu thành điện một chiều trước khi cung cấp lên toàn bộ hệ thống Bộ chỉnh lưu này thường được lắp cùng với máy phát thành một cụm Thêm nữa, do là điện áp phát ra từ máy phát thay đổi theo tốc độ quay của bản thân nó ( mà máy phát lại được dẫn động bởi động cơ hoạt động với tốc độ thay đổi trong phạm vi rộng ) nên máy phát được gắn thêm bộ phận điều chỉnh điện để duy trì điện áp phát ra ổn định ở một trị số nhất định khi xe ô tô đang trong quá trình hoạt động trong suốt phạm vi tốc độ và công suất của nó
1.2 Yêu cầu của máy phát điện xoay chiều
Máy phát điện phải luôn tạo ra một hiệu điện thế ổn định (13,8V – 14,2V đối với hệ thống điện 14V) trong mọi chế độ làm việc của phụ tải
Máy phát điện phải có cấu trúc và kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, giá thành thấp và tuổi thọ cao
Máy phát điện phải có độ bền cao trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm lớn, có thể làm việc ở những vùng có nhiều bụi bẩn, dầu nhớt và độ rung động lớn Việc sửa chữa và bảo dưỡng nói chung càng ít càng tốt.
Sơ đồ tổng quát hệ thống cung cấp điện và sơ đồ phân phối tải
2.1 Sơ đồ cung cấp điện trên ôtô
Hình 1 1 Sơ đồ phụ tải điện trên ôtô hiện đại
2.2 Sơ đồ phân bố tải trên xe ô tô
Phụ tải điện trên xe ô tô có thể chia làm ba loại như sau : tải thường trực là những phụ tải liên tục hoạt động khi xe đang chạy, tải gián đoạn trong thời gian dài và tải gián đoạn trong thời gian ngắn Ắc - quy
HT điều khiển động cơ (Đánh lửa & phun xăng)
HT khởi động động cơ
HT điều hòa không khí
HT khoá đai an toàn
HT giải trí trong xe
Hình 1 2 Sơ đồ phân bố tải trên xe ô tô
Cấu tạo hệ thống cung cấp điện
Hệ thống cung cấp điện trên xe ô tô sẽ có các bộ phận chính như sau:
• Máy phát điện : phát sinh ra điện
• Tiết chế : điều chỉnh điện áp do máy phát điện tạo ra
• Accu : dự trữ và cung cấp điện
• Đèn báo nạp: cảnh báo cho tài xế khi hệ thống sạc gặp sự cố ẮC - QUY MÁY PHÁT
Tải hoạt động gián đoạn trong thời gian dài Tải thường trực
Tải hoạt động gián đoạn trong thời gian ngắn
Hệ thống phun nhiên liệu
4 x 21W Đèn sương mù 2 x 35W Đèn stop
2 x 21W Đèn báo trên tableau 8x2W Đèn trần 5W Mô-tơ gạt nước 60
4x10W Mô-tơ điều khiển kính
4 x 3-5W Quạt làm mát động cơ
Quạt điều hoà nhiệt độ
Hệ thống xông máy (động cơ diesel) 100W Đèn soi biển số
Mô-tơ phun nước rửa kính 30-60W
Mô-tơ điều khiển anten Còi 25 - 40W 60W
• Công tắc máy: đóng/ngắt dòng điện
Hình 1 3 Cấu trúc hệ thống cung cấp điện Khi bật công tắc máy, một dòng điện sẽ đi từ bình ắc - quy đến cuộn dây rô-to trong máy phát điện Dòng điện này làm rô-to trở thành một nam châm điện Khi động cơ hoạt động, nam châm điện này quay làm biến thiên từ thông qua cuộn dây trên sta-to Từ thông biến thiên sinh ra sức điện động trên cuộn dây sta-to Dòng điện do máy phát sinh ra sẽ được nạp cho bình ắc - quy và cung cấp cho các phụ tải điện Đèn báo nạp nằm trên bảng đồng hồ của người lái để báo máy phát không phát điện hoặc có sự cố trong hệ thống nạp
3.1 Chức năng của máy phát điện
Máy phát điện thực hiện một số chức năng Trên các máy phát đời cũ, thành phần của máy phát gồm bộ phận phát điện và bộ chỉnh lưu Chức năng ổn định điện áp được thực hiện bằng một tiết chế lắp rời thông thường là loại rung hay bán dẫn Ngày nay, các máy phát bao gồm 3 bộ phận: phát điện, chỉnh lưu và hiệu chỉnh điện áp Tiết chế vi mạch nhỏ gọn được lắp liền trên máy phát, ngoài chức năng điều áp nó còn báo một số hư hỏng bằng cách điều khiển đèn báo nạp
3.1.1 Phát điện Động cơ quay, truyền chuyển động quay đến máy phát điện thông qua dây curoa ( tùy theo dòng xe – đời xe mà mỗi hãng xe sẽ thiết kế tính toán loại dây curoa và số lượng dây để dẫn động máy phát điện ) Rotor của máy phát điện là một nam châm điện Từ trường tạo ra sẽ tương tác lên dây quấn trong stator làm phát sinh ra điện
Hình 1 4 Chức năng của máy phát điện
Dòng điện xoay chiều tạo ra trong máy phát điện không thể sử dụng trực tiếp cho các thiết bị điện mà được chỉnh lưu thành dòng điện một chiều Bộ chỉnh lưu sẽ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều
Tiết chế điều chỉnh điện áp sinh ra Nó đảm bảo hiệu điện thế của dòng điện đi đến các thiết bị là hằng số ngay cả khi tốc độ máy phát điện thay đổi
3.2 Nguyên lý sinh điện của máy phát điện xoay chiều
Có nhiều phương pháp tạo ra dòng điện Trong những máy phát điện ô tô người ta sử dụng cuộn dây và nam châm làm phát sinh ra dòng điện trong cuộn dây Sức điện động sinh ra trên cuộn dây càng lớn khi :
• Số vòng dây quấn càng nhiều
• Tốc độ quay của nam châm càng nhanh
Khi nam châm được mang lại gần cuộn dây, từ thông xuyên qua cuộn dây tăng lên
Ngược lại, khi đưa cuộn dây ra xa, đường sức từ xuyên qua cuộn dây giảm xuống
Hình 1 5 Cuộn dây và nam châm
Hình 1 6 Khi nam châm ra xa cuộn dây ( trái ) và khi gần cuộn dây ( phải ) Bản thân của cuộn dây không muốn từ thông qua nó biến đổi nên cố tạo ra từ thông theohướng chống lại những thay đổi xảy ra
Mối quan hệ giữa dòng điện sinh ra trong cuộn dây và vị trí của nam châm được chỉ ra ở hình vẽ Cường độ dòng điện lớn nhất được tạo ra khi các cực nam (S) và cực bắc (N) của nam châm gần cuộn dây nhất Tuy nhiên chiều của dòng điện trong mạch thay đổi ngược chiều nhau sau mỗi nửa vòng quay của nam châm Dòng điện hình sin được tạo ra theo cách này gọi là "dòng điện xoay chiều một pha" Một chu kỳ ở đây là 360 0 và số chu kỳ trong một giây được gọi là tần số Để phát điện được hiệu quả hơn, người ta bố trí 3 cuộn dây trong máy phát như hình dưới
Hình 1 7 Cách bố trí để đạt được hiệu quả phát tốt nhất
Hình 1 8 Dòng điện xoay chiều 3 pha
Mỗi cuộn dây A, B và C được bố trí cách nhau 120 0 và độc lập với nhau Khi nam châm quay trong các cuộn dây sẽ tạo ra dòng điện xoay chiều trong mỗi cuộn dây Hình cho thấy mối quan hệ giữa 3 dòng điện xoay chiều và nam châm, dòng điện được tạo ở đây là dòng điện xoay chiều 3 pha Tất cả các xe hiện đại ngày nay được sử dụng máy phát xoay chiều 3 pha
3.3 Cấu tạo và đặc điểm
Là bộ phận quay và là một nam châm điện tạo ra từ trường gồm có cuộn dây, các cực từ bằng thép từ, các vòng tiếp điện để cấp vào cuộn dây và trục rotor Rotor được đặt trng stator, gối hai đầu trục trên hai bạc đạn đỡ trên giá cố định của vỏ máy và được dẫn động quay từ động cơ
Hình 1 9 Rotor trên máy phát
3.3.2 Chổi than và vòng tiếp điện
Chức năng: cho dòng điện chạy qua rô-to để tạo ra từ trường
Các thành phần chính: Chổi than, Lò xo, Vòng kẹp chổi than, Vòng tiếp điện
Chổi than làm bằng grafít - kim loại với tính chất đặc biệt có điện trở nhỏ và được phủ một lớp đặc biệt chống mòn
Hình 1 10 Chổi than và vòng tiếp điện trên máy phát
Là phần tĩnh được làm bằng thép từ được lắp cố định trên vỏ máy, mặt trong có các rãnh dọc để đặt xe kẽ các vòng dây cảm ứng của ba cuộn dây pha Nhiệt sinh ra lớn nhất ở stator so với các thành phần khác của máy phát, vì vậy dây quấn phải phủ lớp chịu nhiệt
Hình 1 11 Stator trên máy phát Cuộn dây stator có thể mắc theo hai cách:
Cách mắc kiểu hình sao: cho ra điện thế cao, được sử dụng phổ biến
Cách mắc kiểu tam giác: cho ra dòng điện lớn
Hình 1 12 Các cách mắc các cuộn dây trên stator Cuộn dây sta-to gồm 3 cuộn dây riêng biệt Trong cách mắc hình sao, đầu chung của 3 cuộn dây được nối thành đầu trung hòa
3.3.4 Bộ chỉnh lưu của máy phát
Có nhiệm vụ biến đổi dòng điện xoay chiều phát ra của máy phát thành dòng điện một chiều cấp cho hệ thống
Máy phát điện xoay chiều trong thực tế có trang bị mạch chỉnh lưu như hình dưới để nắn dòng điện xoay chiều 3 pha Mạch này có 6 đi-ốt và được đặt trong giá đỡ của bộ chỉnh lưu
Hình 1 13 Sơ đồ mạch máy phát điện (Hình A) có bộ chỉnh lưu và vị trí ( Hình B )
Hình 1 14 Dòng điện chỉnh lưu
Từ hình “Dòng điện chỉnh lưu “ ở trên, ta có chức năng bộ chỉnh lưu như sau :
Khi rô-to quay một vòng, trong các cuộn dây Sta-to dòng điện được sinh ra trong mỗi cuộn dây này được chỉ ra từ (a) tới (f) trong Hình C Ở vị trí (a), dòng điện có chiều dương được tạo ra ở cuộn dây III và dòng điện có chiều âm được tạo ra ở cuộn dây II Vì vậy dòng điện chạy theo hướng từ cuộn dây II tới cuộn dây III
Dòng điện này chạy vào tải qua đi-ốt 3 và sau đó trở về cuộn dây II qua đi-ốt 5 Ở thời điểm này cường độ dòng điện ở cuộn dây I bằng 0 Vì vậy không có dòng điện chạy trong cuộn dây I
KIỂM TRA, SỬA CHỮA MÁY PHÁT ĐIỆN
Các hư hỏng của máy phát điện
Bảng 2 1 Một số hư hỏng về máy phát điện
Hiện tượng hư hỏng Nguyên nhân có thể Cách khắc phục
Máy phát có tiếng ồn - Nứt curoa hoặc giãn dây
-Thay hoặc chỉnh căng dây, thay puli mới, siết chặt bulong gá
Cầu chì hoặc đèn chiếu sáng cháy liên tục
- Máy phát hoặc tiết chế hỏng, accu hỏng
Kiểm tra, sửa chữa, thay mới nếu cần Đèn báo không nạp nháy sau khi đề xe hoặc luôn sáng khi xe chạy
- Curoa nứt hoặc giãn, hư máy phát, tiết chế hỏng, mạch đèn báo hỏng …
Kiểm tra, tăng curoa Bảo dưởng sửa chữa chổi tan, các đầu nối
Thay mới nếu cần Đèn bào không nạp nháy khi xe chạy
- Các đầu dây nối bị lỏng
Tăng curoa hoặc thay mới, siết chặt dây nối, thay mới nếu cần …
2.1 Kiểm tra và điều chỉnh độ căng dây curoa máy phát
Dây curoa máy phát điện thường dẫn động chung với bơm nước và quạt gió của hệ thống làm mát động cơ Cần kiểm tra hiện tượng nứt mòn, sụp rãnh … trên bề mặt curoa, nếu hư hỏng thì thay mới còn nếu còn tăng thì tiến hành điều chỉnh Mỗi hãng sẽ có một thông số về độ căng dây curoa máy phát, có dụng cụ đo lực căng curoa máy phát riêng biệt với mỗi dòng xe đời xe
Hình 2 1 Mô tả lực căng đai của dòng xe QKR của hãng Isuzu
2.2 Kiểm tra sự nạp điện accu của máy phát
Bật chìa khóa nhưng không đề máy, nếu máy phát và accu tốt thì đèn báo không nạp phải sán Nếu đèn không sáng thì kiểm tra xem đèn có bị cháy không bằng cách ngắt đầu nối của dây đèn khỏi máy phát rồi dùng VOM ( thang đo điện trở ) đo thông mạch qua đèn hoặc tiếp mát đầu dây kiểm tra đèn sáng Nếu đèn tốt là máy phát hỏng nếu đèn hư thì thay đèn mới rồi kiểm tra lại Động cơ chạy ở tốc độ 2300v/p thì đèn phải tắt nếu accu và máy phát bình thường nếu đèn không tắt thì dừng động cơ nhưng vẫn bật ON, ngắt đầu dây đèn ra khỏi máy phát; đèn tăt thì máy phát hư; còn đèn sáng thì cực nối đèn bị chạm mát, cần khắc phục rồi kiểm tra lại Chạy ở 2300v/p, tắt tất cả các phụ tải, đo bình accu, nếu điện áp trên 16V thì điện áp máy phát quá cao, nên kiểm tra sửa chữa máy phát
2.3 Kiểm tra bộ tiết chế
Kiểm tra xem bộ tiết chế có tốt không bắng cách nối tắt dương accu với chổi than đầu dương của mạch kích từ không qua bộ điều chỉnh điện Sau đó,cho động cơ chạy chậm không tải và dùng thiết bị gây tải điện và đo điện áp, dòng điện máy phát, chỉnh tốc độ động cơ và tải điện để điện áp máy phát đạt 15V Sau đó, nối lại mạch kích từ qua bộ điều chỉnh điện áp và đề máy cho xe chạy ở chế độ vừa chỉnh Nếu máy phát có điện áp không thay đổi thì hư tiết chế
2.4 Sửa chửa bảo dưỡng máy phát điện
■ Kiểm tra cụm rotor máy phát (ký hiệu số 1 trên hình)
■ Kiểm tra bộ chỉnh lưu máy phát (ký hiệu số 2 trên hình)
■ Kiểm tra giá đỡ chổi than máy phát (ký hiệu số 3 trên hình)
Hình 2 2 Kiểm tra máy phát
1.4.2 Kiểm tra stator của máy
■ Kiểm tra thông mạch các đầu dây: bật thang đo điện trở, đo thông mạch các dây pha với nhau, và giữa các dây pha với dây trung hòa Có điện trở, thông mạch là tốt
Hình 2 3 Kiểm tra thông mạch cuộn dây stator
■ Kiểm tra cách điện các đầu dây pha với vỏ: bật thang đo điện trở kiểm tra cách điện các đầu dây pha với vỏ Không có điện trở là tốt
Hình 2 4 Kiểm tra cách điện cuộn dây stator với vỏ
1.4.3 Kiểm tra cụm rotor máy phát
Kiểm tra bằng quan sát: Kiểm tra cổ góp xem có bị bẩn hay cháy không
Cổ góp tiếp xúc với chổi than trong quay quay và phát ra dòng điện
Tia lửa điện gây ra bởi dòng điện sẽ làm bẩn và cháy Bẩn và cháy sẽ ảnh hưởng đến dòng điện và làm giảm chức năng của máy phát
Làm sạch: dùng giẻ và chổi, làm sạch cổ góp và rotor Nếu mức độ bẩn và cháy tương đối nhiều, hãy thay thế cụm rotor
Hình 2 5 Kiểm tra cổ góp
Kiểm tra thông mạch giữa các cổ góp: Dùng đồng hồ đo điện, kiểm tra thông mạch giữa các cổ góp
Rotor là một nam châm điện quay và có một cuộn dây bên trong Cả hai đầu của cuộn dây được nối với cổ góp Kiểm tra thông mạch giữa cổ góp có thể sử dụng để phát hiện hở mạch bên trong cuộn dây Nếu nhận thấy có vấn đề trong khi kiểm tra cách điện hay thông mạch, hãy thay rotor
Hình 2 6 Kiểm tra thông mạch giữa các cổ góp
Kiểm tra cách điện giữa cổ góp và rôto: Dùng đồng hồ đo điện, kiểm tra cách điện giữa cổ góp và rotor
Giữa cổ góp và rotor tồn tại một trạng thái ngăn cách mà có tác dụng cắt dòng điện Nếu cuộn dây trong rotor bị ngắn mạch, điện sẽ chạy giữa cuộn dây và rotor Kiểm tra cách điện giữa cổ góp và rotor có thể phát hiện ngắn mạch trong cuộn dây Nếu nhận thấy có vấn đề trong khi kiểm tra cách điện hay thông mạch, hãy thay rotor
Hình 2 7 Kiểm tra cách điện giữa cổ góp và rotor Đo cổ góp: Dùng thước kẹp, đo đường kính ngoài của cổ góp
Hình 2 8 Đo đường kính ngoài của cổ góp
Nếu kết quả đo vượt quá giới hạn mòn tiêu chuẩn, thay rotor Cổ góp tiếp xúc với chổi than trong khi quay và tạo ra dòng điện Vì vậy, khi đường kính ngoài của cổ góp thấp hơn so với giá trị tiêu chuẩn, tiếp xúc giữa cổ góp và chổi than sẽ không đủ, nó có thể làm ảnh hưởng đến việc tuần hoàn dòng điện Kết quả là, nó có thể làm giảm khả năng phát điện của máy phát
1.4.4 Kiểm tra bộ chỉnh lưu máy phát
Các chân của bộ chỉnh lưu: Căn cứ theo sơ đồ hình dưới ta xác định được các diode chỉnh bán kỳ dương, bán kỳ âm Xác định các điểm đo và tiến hành đo kiểm các cực cùa bộ chinh lưu
Hình 2 9 Các chân của bộ chỉnh lưu Các bước kiểm tra:
• Xác định các diode chỉnh bán kỳ dương, bán kỳ âm
• Xác định các điểm đo P1, P2, P3, P4, B, E, P
• Kiểm tra các diode chỉnh bán kỳ dương:
• Sử dụng đồng hồ VOM, nối que đỏ (nguồn âm của đồng hồ VOM) với cực (+) của bộ chỉnh lưu, que đen với từng cực của bộ chỉnh lưu đồng hồ báo thông mạch —> tốt
• Đổi lại đầu que của đồng hồ VOM để kiểm tra đồng hồ báo không thông là tốt
Hình 2 10 Kiểm tra các diode chỉnh bán kỳ dương Kiểm tra các diode chỉnh bán kỳ âm :
• Sử dụng đồng hồ VOM, nối 1 đầu với cực (-) của bộ chỉnh lưu, đầu kia với từng cực của bộ chỉnh lưu
• Đổi lại đầu que của đồng hồ VOM để kiểm tra
• Kiểm tra thấy 1 hướng đồng hồ VOM báo thông mạch, hướng ngược lại không thông —tốt.
Hình 2 11 Kiểm tra các diode chỉnh bán kỳ âm
Hình 2 12 Kiểm tra thực tế bộ chỉnh lưu
1.4.5 Kiểm tra giá đỡ chổi than của máy phát
Dùng thước kẹp, đo chiều dài của chổi than
Gợi ý: Đo chiều dài của chổi than ở phần giữa chổi, do phần đó mòn nhiều nhất Cổ góp tiếp xúc với chổi than và truyền dòng điện trong khi quay Vì lý do đó, khi chiều dài của chổi than ngắn hơn so với giá trị tiêu chuẩn, trạng thái nối sẽ kém đi, làm ảnh hướng đến dòng điện chạy qua Kết quả là, khả năng phát điện của máy phát giảm Nếu giá trị đo được thấp hơn tiêu chuẩn, hãy thay thế chổi than cùng với giá đỡ
Hình 2 13 Kiểm tra giá đỡ chổi than
