đồ án trang bị điên tính toán kiểm nghiệm hệ thống cung cấp điện trên ôtô

Tuy vậy nó có nhiều nhược điểm như: - Phải luôn luôn nối mạch điện với ắc quy chúng mới làm việc được; - Cản trở việc điều chỉnh thế hiệu của máy phát; - Làm giảm tuổi thọ của ắc quy.. V

MỤC LỤC

Lời đầu nói ầu nóii đ u nói

1 Tổng quan hệ thống cung cấp điện trên ô tô 3

1.1 Nhiệm vụ 3

1.2 Yêu cầu 3

1.3 Phân loại 3

1.4 Những thông số cơ bản hệ thống cung cấp điện 5

2 Các bộ phận của hệ thống cung cấp 8

2.1 Máy phát điện 8

2.1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu 8

2.1.1.1 Công dụng 8

2.1.1.2 Phân loại 8

2.1.1.3 Yêu cầu 9

2.1.2 Máy phát điện một chiều 9

2.1.2.1 Cấu tạo 9

2.1.3 Máy phát điện xoay chiều 12

2.1.3.1 Máy phát xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu 12

2.1.3.2 Máy phát xoay chiều kích thích kiểu điện từ 15

2.2 Bộ điều chỉnh 19

2.2.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu 19

2.2.1.1 Công dụng 19

2.2.1.2 Phân loại 20

2.2.2 Nguyên lý điều chỉnh thế hiệu và hạn chế dòng điện 21

2.3.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc 22

2.3.1.1 Công suất mở tiếp điểm và các biện pháp giảm tia lửa ở tiếp điểm 29

2.3.2 Rơ le dòng điện ngược (RLDĐN) và rơle đóng mạch (RLĐM) 32

2.3.2.1 Rơ le dòng điện ngược (RLDĐN) 32

2.3.2.2 Rơ le đóng mạch (RLĐM) 36

2.3 Bộ chỉnh lưu 41

2.3.1 Nhiệm vụ 41

2.3.2 Một số bộ chỉnh lưu thường dùng 41

2.3.2.1 Bộ chỉnh lưu 6 diod 41

2.3.2.2 Bộ chỉnh lưu 8 diod 42

2.3.2.3 Bộ chỉnh lưu 14 diod 42

2.3.2.4 Chọn sơ đồ mạch hệ thống cung cấp 44

3 Tính toán và chọn công suất máy phát 45

3.1.Tính toán công suất của phụ tải trên ô tô 45

3.2.Chọn máy phát điện xoay chiều trên ô tô: 48

Tài liệu tham khảo……… 49

Lời mở đầu

Ngày nay với nền công nghiệp phát triển nhanh chóng, nhu cầu của con người cũng tăng theo Đối ngành Ô tô, các ứng dụng của kỹ thuật điện tử trên xe rất nhiều Nhằm mục đích để đáp ứng nhu cầu đó, trên các xe hiện nay đã trang bị rất nhiều hệ thống điều khiển giúp cho con người có thể điều khiển và sử dụng dễ dàng

Sau khi hoàn thành môn học Trang bị điện và điện tử Ô tô, Thiết bị điện và điện tử thân

xe Em được giao nhiệm vụ: Tính toán kiểm nghiệm hệ thống cung cấp Sau một thời

gian tìm hiểu và nghiên cứu em đã hoàn thành nhiệm vụ Dưới sự hướng dẫn tận tình

của Thầy Nguyễn Việt Hải em đã có một kết quả trên

Trong quá trình tính toán, trình bày không tránh khỏi những sai sót Em kính mong quý Thầy bỏ quả và hướng dẫn thêm, để lần sau em hoàn thiện tốt hơn Em xin chân thành cảm ơn.

Sinh viên

Phạm Văn Đức

1 Tổng quan hệ thống cung cấp điện trên ô tô

1.2 Yêu cầu.

- Phải luôn tạo ra một điện áp ổn định (13,8V – 14,2V đối với hệ thống điện 14V) trong

mọi chế độ làm việc của phụ tải

- Máy phát phải có cấu trúc và kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, giá thành thấp vàtuổi thọ cao

- Có độ bền cao trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm lớn, có thể làm việc ở những vùng cónhiều bụi bẩn, dầu nhớt và độ rung động lớn

- Ít chăm sóc và bảo dưỡng

1.3 Phân loại.

Hệ thống cung cấp điện trên ô tô thường có hai dạng sơ đồ thông dụng như sau:

- Hệ thống cung cấp với máy phát điện một chiều ( hình 1.1)

1_Máy phát; 2_Bộ ắc qui; 3_Đồng hồ ampe; 4_ Bộ điều chỉnh điện.

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp với máy phát một chiều.

- Hệ thống cung cấp với máy phát điện xoay chiều

1_Máy phát; 2_Bộ điều chỉnh điện; 3_Công tắt; 4_Đồng hồ ampe; 5_Phụ tải.

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống cung cấp với máy phát xoay chiều.

Hai sơ đồ tuy có cách nối dây khác nhau nhưng đều bao gồm hai nguồn nănglượng là ắc quy và máy phát mắc song song Tuỳ thuộc vào giá trị phụ tải và chế độ làmviệc của ô tô máy kéo, mà ắc quy, máy phát sẽ riêng biệt hoặc đồng thời cả hai cung cấpnăng lượng cho các bộ phận tiêu thụ (phụ tải)

- Bộ điều chỉnh điện (BĐCĐ) làm nhiệm vụ: phân phối chế độ làm việc giữa ắc quy vàmáy phát; hạn chế và ổn định thế hiệu của máy phát để đảm bảo an toàn cho các trangthiết bị điện trên xe; hạn chế dòng điện của máy phát để đảm bảo an toàn cho các cuộndây của nó.

- Dụng cụ đo, kiểm tra: có thể là ampe kế hoặc đèn tín hiệu cho phép kiểm tra sự làmviệc của ắc quy thông qua gía trị dòng phóng hoặc nạp của nó

- Công tắc cắt mát: dùng để cắt cực âm của ắc quy với mát khi ô tô máy kéo không làmviệc

1.4 Những thông số cơ bản hệ thống cung cấp điện

 Điện áp định mức: Phải bảo đảm U đm = 14V đối với những xe sử dụng hệ thống điện 12V, Uđm = 28V đối với những xe sử dụng hệ thống điện 24V.

 Công suất máy phát: Phải đảm bảo cung cấp điện cho tất cả các tải điện trên xe hoạt

động Thông thường, công suất của các máy phát trên ôtô hiện nay vào khoảng P mf =

700 – 1500W.

 Dòng điện cực đại: Là dòng điện lớn nhất mà máy phát có thể cung cấp

Thông thường Imax = 70 – 140A.

 Tốc độ cực tiểu và tốc độ cực đại của máy phát: nmax, nmin phụ thuộc vào tốc độ củađộng cơ đốt trong

Trong đó:

i: tỉ số truyền ( i = 1,5 - 2)

Hiện nay trên xe đời mới sử dụng máy phát cao tốc nên tỉ số truyeµn i cao hơn

ni: tốc độ cầm chừng của động cơ

 Nhiệt độ cực đại của máy phát t o

max : Là nhiệt độ tối đa mà máy phát có thể hoạt

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tổng quát.

Sơ đồ các tải công suất điện trên ôtô:

Phụ tải điện trên ôtô có thể chia làm 3 loại: tải thường trực là những phụ tải liên tụchoạt động khi xe đang chạy, tải gián đoạn trong thời gian dài và tải gián đoạn trong thời

gian ngắn Trên (1.3) trình bày sơ đồ phụ tải điện có thể gặp trên ôtô hiện đại.

Hình 1.4 Sơ đồ phụ tải điện trên ôtô

Chế độ thứ nhất: đây là chế độ không tải ứng với trường hợp không mắc điện trở

ngoài (máy phát chạy không tải) Khi đó RL   IL = 0 Ở chế độ này, máy phát chủ yếu

nạp cho ắc qui và dòng điện nạp phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa hiệu điện thế hiệu chỉnh của máy phát và sức điện động của accu.

Tải hoạt động gián đoạn trong thời gian dài

Tải hoạt động gián đoạn trong thời gian ngắn

Radio12W

60WĐèn kích

khiển kính

4 x 30W

Khởi động điện 1000WĐèn đậu

4 x 55W

Xông kính120W

Mồi thuốc85WĐèn pha

2 x 45W

Motor điều khiển anten65W

Đèn soi biển

số 2 x 3W

Motor phun nước rửa kính 45W

Còi 40W

Hệ thống

điều khiển

160W

r r

E U i

a

aq mf mf

U E i

aq

mf aq aq







Chế độ thứ hai: Là chế độ tải trung bình Khi các phụ tải điện đang hoạt động có

điện trở tương đương R L < , sao cho IL < Imf, máy phát sẽ đảm nhận nhiệm vụ cung cấpđiện cho các phụ tải này và dòng nạp sẽ giảm Ở chế độ này, máy phát cung cấp điệncho hai nơi: một phần cho ắc qui và một phần cho phụ tải Khi điện trở tương đương của

các phụ tải đạt giá trị

a mf

a L

E U

r E R



thì dòng nạp bằng không

Chế độ thứ ba: Là chế độ quá tải xảy ra trong trường hợp mở quá nhieµu phụ tải.

Khi đó R L  0 Nếu điện trở tương đương của các phụ tải điện đang làm việc:

aq mf

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

- Cung cấp điện cho tất cả các phụ tải;

- Nạp điện cho ắc quy ở các số vòng quay trung bình và lớn của động cơ.

2.1.1.2 Phân loại.

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

chính:

+ Máy phát điện một chiều

+ Máy phát điện xoay chiều

- Máy phát điện một chiều, theo tính chất điều chỉnh chia ra:

+ Loại điều chỉnh trong (bằng chổi điện thứ ba)

+ Loại điều chỉnh ngoài (bằng bộ điều chỉnh điện kèm theo)

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

có nhiều nhược điểm như:

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

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

- Làm giảm tuổi thọ của ắc quy

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

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

+ Loại kích thích bằng nam châm vĩnh cửu

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

- Kích thước và trọng lượng nhỏ, giá thành thấp

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

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

2.1.2 Máy phát điện một chiều.

2.1.2.1 Cấu tạo.

Cấu tạo của máy phát điện một chiều điển hình như trên (hình 2.1), bao gồm các

bộ phận sau:

+ 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 các chổiđiện

- 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

1_Cửa thông gió; 2_Puli dẫn động; 3,6_Các nắp trước và nắp sau;4_Phần ứng; 5_Phần vỏ.

Hình 2.1 Máy phát điện dùng trên ô tô.

1,3_Vòng kẹp; 2_Rãnh vòng; 4_Chỗ lắp vành chổi điện; 5_Màng cách điện; 6_Lá thép.

Hình 2.2.Kết cấu lõi thép phàn ứng (a); cách lắp ghép với trục (b).

+ Phần ứng (Rôto) gồm: trục máy phát điện, khối thép từ được chế tạo bằng cách ép

chặt các lá thép điện kỹ thuật dày 0,5 1,0 mm, có hình dạng đặc biệt lên trục, sao chocác chỗ khuyết của chúng 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 đồngcủa 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 hai phương

pháp: lắp ghép (hình 2.3) hoặc đúc với nhựa thành khối liền (hình 2.4) rồi lắp chặt lên

trục máy phát điện

1_Thân giá đỡ; 2_Chổi điện; 3_Đòn ép; 4_Lò xo.

Hình 2.5.Giá đỡ chổi điện.

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 2.5): 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 chổiđiện được đảm bảo tốt hơn, ít bị mất tiếp xúc do rung động nên giảm được tia lửa hồquang chỗ tiếp xúc.

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

2.1.3 Máy phát điện xoay chiều.

Trên ô tô máy kéo sử dụng hai loại máy phát điện xoay chiều là máy phát xoaychiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu và máy phát xoay chiều kích thích kiểu điện

từ (bằng nam châm điện)

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

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

Máy phát nam châm vĩnh cửu có nhiều ưu điểm hơn hẳn các máy phát kích thíchkiểu điện từ, như: làm việc tin cậy, kết cấu đơn giản, không có cuộn dây quay, hiệu suấtcao, ít nóng, mức nhiễu xạ vô tuyến thấp

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

2.1.3.1 Máy phát xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu.

a Đặc điểm cấu tạo.

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

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

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

rôto và có thể chia ra một số loại chính:

- Rôto nam châm hình trụ;

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

- Rôto nam châm hình móng

Đơn giản nhất là loại rôto hình trụ (hình 2.6) Nó có ưu điểm là chế tạo đơn

giản, nhưng nhược điểm là hiệu suất sử dụng nam châm thấp Vì thế chúng chỉ được sửdụng ở các máy phát cỡ nhỏ công suất  100 VA

Thông dụng nhất là loại rôto nam châm hình sao (hình 2.6 và 2.7) Loại này có

ưu điểm là hệ số sử dụng vật liệu lớn Số cực nam châm thường là sáu, vì nếu tăng sốcực lên nữa thì hệ số sử dụng vật liệu lại kém đi

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

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

1_Nam châm; 2_Các má cực; 3_Các cuộn dây cố định stato.

Hình 2.6.Roto nam châm hình trụ rỗng.

1_Nam châm hình sao; 2_Hợp kim không dẫn từ; 3_Trục.

Hình 2.7 Roto nam châm hình sao.

Rôto nam châm hình móng (hình 2.8) ra đời khi xuất hiện các vật liệu từ mới có lực từ

kháng lớn, cho phép chế tạo các nam châm mạnh

Hình 2.8 Roto nam châm hình móng.

Nam châm cơ dạng hình trụ rỗng được nạp từ theo chiều trục Hai đầu của nó đặthai tấm bích bằng thép ít các bon, có các vấu cực nhô ra như những chiếc móng Cácmóng cực của hai bích được bố trí xen kẽ nhau Do chịu ảnh hưởng của hai cực từ khácdấu ở hai mặt đầu của nam châm, nên các móng cực của mỗi tấm bích cũng mang cựctính của cực từ tiếp xúc với nó Như vậy các móng của hai tấm bích trở thành những cựckhác tên xen kẽ nhau của rôto

Để tránh mất mát từ, thường thường trục rôto được chế tạo bằng thép không dẫn

từ hay nam châm được đặt lên trục qua một ống lót không dẫn từ

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

- Nạp từ có thể tiến hành sau lắp ghép;

- Từ trường phân bố đều hơn;

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

- Có thể lắp đồng thời một số nam châm nhỏ hơn lên trục theo phương án đặc biệt để đảm bảo từ thông tổng cần thiết Do đó giảm được kích thướcđường kính của nam châm hoặc tăng công suất của máy phát.

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

kỹ thuật được cách điện với nhau bằng sơn cách điện để giảm dòng fucô Mặt trong củastato có các vấu cực để quấn các cuộn dây phần ứng (hình 2.9)

1_Stato; 2_Rô to nam châm.

Hình 2.9.Hệ thống từ của máy phát với nam châm hình sao.

2.1.3.2 Máy phát xoay chiều kích thích kiểu điện từ.

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

- Loại có vòng tiếp điện;

- Loại không có vòng tiếp điện.

a Đặc điểm cấu tạo.

a1 Loại có vòng tiếp điện

Cấu tạo của máy phát điện loại có vòng tiếp điện gồm những bộ phận chính là: rôto, stato, các nắp, puli, cánh quạt và bộ chỉnh lưu (bộ chỉnh lưư có thể tính hoặc không tính

vào thành phần cấu tạo của máy phát, tuỳ theo nó được đặt trong máy phát hay

riêng biệt bên ngoài)

1_Stato và cuộn dây; 2_Rô to; 3_Cuộn kích thích; 4_Quạt gió; 5_Puli; 6,7_Nắp; 8_Bộ

chỉnh lưu; 9_Vòng tiếp điểm; 10_Chổi điện và giá đỡ.

Hình 2.10 Máy phát xoay chiều kích thích kiểu điện từ.

Hình 2.11 Cấu tạo máy phát điện xoay chiều kích thích kiều điện từ.

 Stator (phần ứng).

Hình 2.12 Cấu tạo Stator.

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

trục Giữa các chùm cực có cuộn dây kích thích 3 đặt trên trục qua ống lót bằng thép.Các đầu của cuộn dây kích thích được nối với các vòng tiếp điện 9 gắn trên trục máyphát Trục của rôto được đặt trên các ổ bi lắp trong các nắp 6 và 7 bằng hợp kim nhôm

1,2_Các nữa rô to trái và phải; 3_Cuộn kích từ; 4_Các má cực; 5_Đầu ra cuộn kích thích; 6_Then; 7_Đai ốc và vòng đệm; 8_Trục lắp các vòng tiếp điểm; 9_Các vòng tiếp

điểm; 10_Các dây dẫn.

Hình 2.13 Các chi tiết chính của ro to máy phát.

Trên nắp, phía vòng tiếp điện còn bắt giá đỡ chổi điện 10 Một chổi điện được nối với

vỏ máy phát, chổi còn lại nối với đầu ra cách điện với vỏ

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

+ Stato (hình 2.14): là khối thép từ ghép từ các lá thép điện kỹ thuật, phía trong

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

1_Khối thép từ; 2_Cuộn dây 3 pha.

Hình 2.14.Stato và sơ đồ cuộn dây của máy phát điện xoay chiều.

Thế hiệu máy phát có thể được chỉnh lưu một phần hay toàn bộ (hình 2.15).

a.Chỉnh lưu một phần; b Chỉnh lưu toàn phần.

Hình 2.15 Sơ đồ lắp máy phát điện xoay chiều trên ô tô.

a2 Loại không có vòng tiếp điện (hình 2.16).

Về những phần kết cấu chính, máy phát điện loại không có vòng tiếp điện nói

chung không có gì khác so với loại có vòng tiếp điện Nó chỉ khác ở chỗ: với mục đích tăng tuổi thọ và độ tin cậy của máy phát, người ta loại bỏ các vòng tiếp điện và chổi điện hay hư hỏng, bằng cách cho các cuộn dây kích thích đứng yên.

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

1_Stato; 2_Vòng không dẫn từ; 3_Cuộn dây kích thích cố định; 4,5_Các móng cực;

6_Đĩa lắp cuộn dây kích thích.

Hình 2.16 Sơ đồ máy phát điện xoay chiều không có vòng tiếp điện.

Từ các sơ đồ ta thấy: mọi bộ phận của máy phát không có vòng tiếp điện đều cókết cấu tương tự như ở máy phát điện loại có vòng tiếp điện Chỉ có điểm khác biệt là:

cuộn dây kích thích 3 được đặt ngay trên phần ống nhô ra của nắp sau (hình 2.16) hay lắp cố định trên đĩa 6 bắt chặt vào khối thép từ của stato Tức là cuộn dây kích thích trở

thành một bộ phận của stato và điện được dẫn avfo cuộn kích thích qua các đầu nối cốđịnh trên stato

So với các máy phát loại có vòng tiếp điện, máy phát loại không có vòng tiếp

điện nói chung có khối lượng và kích thước lớn hơn Tuy vậy, độ tin cậy cao và tuổi thọ lớn hoàn toàn có thể bù lại được cho những nhược điểm trên của chúng.

2.2 Bộ điều chỉnh.

2.2.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu.

2.2.1.1 Công dụng.

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 Vì thế, để đảm bảo cho các

trang thiết bị điện trên ôtô máy kéo làm việc được bình thường và bảo đảm an toàn chomáy phát, thì phải có bộ điều chỉnh điện để:

- Điều chỉnh thế hiệu và hạn chế cường độ dòng điện của máy phát;

- Phân phối chế độ làm việc giữa ắc quy và máy phát điện (một chiều) hoặc nối ngắt mạch giữa ắc quy và máy phát (xoay chiều).

Tuỳ theo loại máy phát sử dụng trên ô tô mà bộ điều chỉnh điện kèm theo nó cóthể gồm có một hay một số bộ phận sau đây:

- 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 vòngquay của máy phát thay đổi, người ta đã xác định được là: nếu thế hiệu máy phát tănglên 10% 12% so với định mức, thì thời hạn phục vụ của ắc quy và các bóng đèn sẽgiảm 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.

- 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 thếhiệu máy phát sẽ giảm dần khi Imf tăng) Thậm chí có trường hợp cả ba loại rơ le trênđược làm kết 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 quy sang máy phát RLHCDĐ cũng không cần thiết nữa, vì đa số các máy phátxoay chiều có đặc 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

2.2.1.2 Phân loại.

+ Theo nguyên lý làm việc bộ điều chỉnh điện (ĐCĐ) được chia ra các loại:

- Loại rung;

- Loại bán dẫn có tiếp điểm điều khiển;

- Loại bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển

+ Theo số lượng rơ le, loại rung được chia ra:

- Loại 1 rơ le;

- Loại 2 rơ le;

- Loại 3 rơ le;

- Loại 4 và loại 5 rơ le

Bộ ĐCĐ 4 rơ le được dùng trong trường hợp mạch kích thích của máy phát được phânnhánh Lúc đó bộ ĐCĐ sẽ có 2 RLĐCTH tương ứng với các nhánh của mạch kích thích.Trong trường hợp cả mạch tải điện của máy phát cũng được phân nhánh, thì bộ ĐCĐ sẽ

có thêm 1 rơ le nữa, tức là có 5 rơ le

2.2.1.3 Yêu cầu.

Bộ điều chỉnh điện cần đáp ứng những yêu cầu sau:

- Điều chỉnh chính xác;

- Làmv iệc tin cậy, ổn định, chịu rung xóc tốt và tuổi thọ cao;

- Kết cấu, điều chỉnh, bảo dưỡng và sửa chữa đơn giản;

- Giá thành rẻ.

2.2.2 Nguyên lý điều chỉnh thế hiệu và hạn chế dòng điện.

Từ phương trình cân bằng mạch điện của máy phát, bỏ qua trở kháng của phầnứng và độ rơi thế trên bộ chỉnh lưu (đối với máy phát xoay chiều):

)1(U)U

RI1(URIU

Trong đó:

E = CEn - Suất điện động của máy phát;

ở đây: CE - Hằng số kết cấu của máy phát;

n - Số vòng quay phần ứng;

 - Từ thông của máy phát

U - Thế hiệu máy phát (trên hai đầu cuộn dây phần ứng);

Iư, Rư - Dòng điện và điện trở cuộn dây phần ứng Đối với máy phát xoaychiều Iư là giá trị trung bình của dòng đã chỉnh lưu;

n)

1(

EU

Từ phương trình này ta thấy rằng:

- Khi tốc độ và phụ tải của máy phát thay đổi thì thế hiệu của máy phát chỉ có thể điều chỉnh (giữ không đổi) bằng cách thay đổi từ thông , tức là thay đổi dòng điện kích thích của máy phát.

(2.1)(2.2)

- Dòng điện tải của máy phát Imf  Iư = (U/Rft) (ở đây Rft - tổng trở của tất cả các phụ tải) Biểu thức này cũng cho thấy rằng: khi phụ tải và số vòng quay của máy phát thay đổi, việc điều chỉnh dòng điện máy phát cũng quy về việc thay đổi dòng kích thích của nó, tương tự như cách điều chỉnh thế hiệu.

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 2.17).

- Thay đổi thời gian cắt và nối điện trở phụ vào mạch kích thích khi giá trị điện trở phụ không đổi: Rf = const (hình 2.17b), để thay đổi giá trị hiệu dụng của nó.

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

Hình 2.17.Phương pháp thay đổi giá trị dòng kích thích.

Phương pháp thứ hai đơn giản hơn và dễ thực hiện điều chỉnh tự động, nên nóđược sử dụng rộng rãi trong các bộ ĐCĐ hiện nay

Để thực hiện điều chỉnh tự động thế hiệu và dòng điện máy phát, hệ thống điềuchỉnh cần phải có một số bộ phận chức năng liên kết với nhau

Cơ cấu đo gồm bộ phận cảm biến: theo dõi thế hiệu của máy phát và bộ phậnđịnh trị: ấn định giá trị thế hiệu định mức của máy phát

2.3.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc.

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của RLĐCTH loại rung như trên( hình

2.20)

a.Sơ đồ nguyên lí; b.Sơ đồ cấu tạo.

Hình 2.18.Sơ đồ rơ le điều chỉnh thế hiệu loại rung.

+ 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 điểmtựa trên khung từ; tiếp điểm KK': trong đó K là má vít cố định được bắt cách điện vớikhung từ, còn K' là má vít động được gắn trên cần tiếp điểm 3; lò xo (lx) có khuynhhướng giữ cho tiếp điểm K-K' luôn luôn ở trạng thái đóng; điện trở phụ Rf mắc songsong với KK'

+ 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) nêntiếp điểm KK' được giữ ở trạng thái đóng Lúc này điện trở phụ Rf bị nối tắt và dòngđiện kích thích sẽ đi theo mạch sau:

(+)MF > a > b > cần 3 > KK' > d > W kt > (-)MF

- Khi tốc độ quay của máy phát tăng lên: thì dòng điện kích thích và thế hiệu của

máy phát tăng theo Khi Umf > Uđm thì dòng qua cuộn dây WU lớn, lực điện từ của nó lúcnày thắng lực lò xo (Fđt > Flx), hút tiếp điểm KK' mở ra > điện trở phụ lúc này được tựđộng nối vào mạch kích thích, làm giảm cường độ dòng kích thích và thế hiệu máy phát.Dòng kích thích lúc này sẽ đi theo mạch sau:

(+)MF > a > R f > d > W kt (-)MF

Thế 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 bịnối tắt, làm dòng kích thích và thế hiệu máy phát tăng lên Thế hiệu tăng lên làm tănglực điện từ của cuộn WU, khi Fđt > Flx KK' lại mở ra Quá trình đóng - mở tiếp điểm KK'

cứ lặp đi lặp lại theo chu kỳ với một tần số khá lớn (rung) đảm bảo giữ cho thế hiệu máyphát dao động răng cưa quanh giá trị trung bình định mức trong giới hạn cho phép.

Loại này tồn tại các nhược điểm và người ta đã khắc phục các nhược điểm đónhư sau:

- Biên độ dao động của thế hiệu tỷ lệ nghịch với tần số rung của tiếp điểm;

- Tần số rung f càng lớn thì biên độ U càng nhỏ, hệ thống điều chỉnh càng nhậy cảm

và thế hiệu càng ổn định.

Tần số rung f phụ thuộc quán tính cơ và từ của rơ le Vì thế khi thiết kế phải tìmcách giảm quán tính cơ và từ của nó để tăng tần số đóng mở tiếp điểm Tuy vậy, để rơ lelàm việc ổn định thì nghiên cứu cho thấy: tần số dao động của cần tiếp điểm f phải nhỏhơn tần số dao động riêng f0 của nó ít nhất là 2 lần, tức là:

- Để giảm quán tính cơ: thì cần tiếp điểm phải làm mỏng, nhẹ và có dạng như

thế nào để trọng tâm của nó dịch gần trục quay (ví dụ: dạng tam giác hay bán nguyệt).Biện pháp giảm quán tính cơ chỉ có hiệu quả khi công suất của máy phát < 100W Đốivới các máy phát công suất lớn, hệ số tự cảm các cuộn dây rơ le của nó lớn Vì thế dòngđiện và từ thông của cuộn dây từ hoá thay đổi chậm hơn so với sự thay đổi thế hiệu củamáy phát, do sự cản trở của SĐĐ tự cảm, tức là rơ le có quán tính từ lớn

- Để giảm quán tính từ của rơ le: cần phải sử dụng các sơ đồ đặc biết để gia tốc

quá trình tăng giảm từ thông trong lõi thép của rơ le

Phổ biến nhất hiên nay là sơ đồ dùng điện trở gia tốc (hình 2.19).

a.Sơ đồ nguyên lí; b.Sơ đồ kết cấu.

Trong sơ đồ này: một đầu của cuộn dây từ hoá không được nối trực tiếp với cực thứ haicủa máy phát mà được nối vào một điểm a nào đó giữa điện trở phụ và điện trở gia tốc.

Với cách nối như vậy, khi tiếp điểm KK' đóng, thế hiệu đặt lên cuộn dây từ hoá

sẽ được xác định theo biểu thức:

UU(đ) = Umf - iURgt, vì Rgt nhỏ nên:

iU.Rgt  0 và UU(đ)  UmfKhi KK' bắt đầu mở, do hiện tượng tự cảm > dòng kích thích vẫn giữ nguyêngiá trị và hướng Dòng điện này chạy qua điện trở gia tốc (vì KK' mở) cùng với dòng iU,làm tăng độ sụt thế trên nó và làm giảm thế hiệu đặt lên cuộn từ hoá:

UU(m) = Umf - (Ikt+iU)Rgt

So sánh hai biểu thức trên ta thấy rằng:

- Vào thời điểm tiếp điểm mở, thế hiệu trên cuộn dây từ hoá giảm đột ngột một lượng với bước nhảy UU=Ikt.Rgt;

- Phụ thuộc vào giá trị của Ikt và Rgt nó không chỉ thay đổi về giá trị mà còn có thể thay đổi cả về dấu (khi UU>Umf)

Sự giảm đột ngột UU gây ra sự giảm đột ngột dòng iU và lực hút điện từ của cuộndây và lõi thép Do đó, tiếp điểm dưới tác dụng của lực lò xo sẽ đóng lại nhanh hơn Khitiếp điểm đóng, thế hiệu đặt lên cuộn dây từ hoá tăng nhanh lên bằng thế hiệu máy phátnên tiếp điểm lại mở ra ngay Như vậy khi có điện trở gia tốc, tần số đóng mở tiếp điểmtăng lên

Biện pháp thứ hai để giảm quán tính từ của rơ le là dùng cuộn dây gia tốc.

Có nhiều cách đấu cuộn dây gia tốc khác nhau, nhưng nguyên tắc chung là phải

đấu sao cho: khi tiếp điểm mở F đt của lõi thép giảm đột ngột một lượng đáng kể để tiếp điểm nhanh chóng đóng lại, còn khi tiếp điểm đóng lại thì Fđt lại tăng đột ngột để tiếp điểm nhanh chóng mở ra ở đây ta chỉ phân tích loại sơ đồ thông dụng nhất là sơ đồ có

cuộn dây gia tốc được đấu song song với cuộn kích thích như trên (hình 2.20).

Hình 2.20.Sơ đồ kết cấu và nguyên lí làm việc của RLĐCTH với cuộn dây gia tốc.

Khi KK' đóng lại: dòng điện đi từ cực dương máy phát, qua tiếp điểm KK' đến điểm d

rồi tách thành hai nhánh: một nhánh qua cuộn dây kích thích còn một nhánh qua cuộndây gia tốc, rồi trở về cực âm máy phát:

(+)MF > KK' > d (-)MF

Chiều dòng điện trong cuộn dây gia tốc trùng với chiều dòng điện trong cuộn dây

từ hoá WU, làm cho lực hút điện từ của lõi thép tăng đột ngột > tiếp điểm KK' mở rangay

- Khi tiếp điểm mở ra: điện trở phụ được đưa vào mạch kích thich làm dòng kích thích

giảm đột ngột và gây ra một SĐĐ tự cảm (etc) SĐĐ tự cảm này làm xuất hiện dòng tựcảm Itc có chiều trùng với chiều dòng kích thích ban đầu, khép kín mạch qua cuộn dây

Wgt theo chiều ngược với chiều dòng điện qua nó lúc tiếp điểm đóng (chiều mũi tênchấm gạch), làm lực hút điện từ của lõi thép giảm đột ngột > nên tiếp điểm đóng lạingay Quá trình cứ thế lặp lại với một tần số lớn

Tóm lại: nhờ các phần tử gia tốc (hoặc là cuộn dây hoặc là điện trở), tần số đóng mở tiếp điểm tăng lên nhiều, đạt khoảng 150 250 chu kỳ trong một giây Tuy vậy, các biện pháp này có nhược điểm là làm giảm tính ổn định của thế hiệu điều chỉnh: khi

n tăng thì thế hiệu điều chỉnh tăng theo và có thể tăng tới 15% ở số vòng quay cực đại.

Wkt

Wgt

Quy luật thay đổi thế hiệu của máy phát có dạng như trên (hình 2.21).

Để khắc phục nhược điểm này người ta sử dụng các cơ cấu cân bằng 9điện trở hoặc cuộn dây) mắc theo sơ đồ như trên hình (2.22)

Trên hình 2.25 là sơ đồ nguyên lý của RLĐCTH với cuộn dây cân bằng Cuộn dây cânbằng được đấu nối tiếp với cuộn dây kích thích và quấn ngay trên lõi thép của rơ le theochiều sao cho lực từ hoá của nó ngược chiều với lực từ hoá của cuộn dây từ hoá chính

Khi máy phát làm việc sẽ có dòng kích thích chạy qua cuộn Wcb và nó sinh ramột sức từ động: cb = IktWcb (Wcb - số vòng dây của cuộn dây cân bằng)

Như vậy sức từ động tổng của rơ le (trong trườmg hợp không có bộ phận gia

Wu

U mftb cb

a- Cuộn dây cân bằng; b- Điện trở cân bằng.

Hình 2.22 Rơ le điều chỉnh thế hiệu có điện trở gia tốc và cơ cấu cân

bằng