giáo trình trang bị điện ô tô ts nguyễn hoàng việt

Tuỳ thuộc vào giá trị phụ tải vàchế độ làm việc của ô tô máy kéo, mà ắc quy, máy phát sẽ riêng biệt hoặc đồngthời cả hai cung cấp năng lợng cho các bộ phận tiêu thụ phụ tải.Ngoài ra, tro

Trang 1

1 sơ lợc về hệ thống trang bị điện trên ô tô

Công nghiệp ô tô máy kéo càng phát triển, kết cấu ô tô máy kéo càng hoànthiện, thì mức độ điện khí hoá, điện tử hoá của chúng càng cao Yêu cầu về mặttiện nghi, về tính an toàn chuyển động càng lớn thì hệ thống trang thiết bị điện của

ô tô máy kéo càng phức tạp và hiện đại

Nếu nh trên những ô tô máy kéo đầu tiên, các trang thiết bị điện hầu nhkhông có gì ngoài bộ phận để châm lửa hỗn hợp cháy rất thô sơ bằng dây đốt, thìngày nay trên ô tô máy kéo, điện năng đã đợc sử dụng để thực hiện rất nhiều chứcnăng khác nhau, nh: châm lửa hỗn hợp làm việc trong xi lanh; khởi động động cơ;chiếu sáng và báo hiệu cũng nh để đảm bảo sự làm việc của các dụng cụ đo, kiểmtra và các trang thiết bị phụ khác trên xe

Tơng ứng với các chức năng đó, trên ô tô máy kéo hiện nay có trang bị các

- Hệ thống đánh lửa: gồm các bộ

phận chính nh : 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 lửa bán dẫn còn có thêm hộp đảo mạch bán dẫn

- 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 kiểm tra theo dõi: gồm

các đồng hồ báo: áp suất dầu, nhiệt độ

n ớc, mức nhiên liệu, tốc độ, ; Các bộ cảm biến để chuyển đổi các tín hiệu phi điện thành điện truyền đến các

đồng hồ, các đèn và các cảm biến báo nguy hiểm (khi áp suất dầu tụt quá giới hạn cho phép, nhiệt độ n ớc làm mát quá cao, )

Trang 2

ợng khoảng 0,003J là đủ).

Khâu trung gian nối giữa các bộ phận tiêu thụ và nguồn điện là mạng lới

điện, bao gồm: các dây dẫn, công tắc, các bộ chuyển mạch, các cơ cấu bảo hiểm

và phân phối khác nhau

Mạng điện trên ô tô máy kéo nói chung đợc thực hiện theo sơ đồ một đờngdẫn, tức là: chỉ có một đờng dẫn nối từ một cực của nguồn đến tất cả các bộ phậntiêu thụ Cực thứ hai của nguồn và của các bộ phận tiêu thụ điện đợc nối với khốilợng kim loại chính của xe, thờng là khung hoặc vỏ (còn gọi là ‘‘mát’’) - tức làkhung vỏ xe đợc dùng làm đờng dẫn thứ hai (hình 1.1)

 

Hệ thống một đờng dẫn có u điểm là: cho phép tiết kiệm dây dẫn, giảm

đ-ợc tiêu tốn đồng và do đó giảm đđ-ợc trọng lợng và giá thành của hệ thống dẫn điện, giảm đợc số lợng các chi tiết và thời gian nối ghép chúng Tuy vậy, nó có nhợc

điểm là: làm tăng khả năng chập mạch giữa các dây dẫn và mát của xe‘‘ ’’

Về mặt cực tính, ‘‘mát’’ có thể đợc nối với cực âm hoặc cực dơng củanguồn u nhợc điểm của hai cách nối hiện đang còn là vấn đề tranh cãi Vì thếcách chọn cực tính của ‘‘mát’’ chủ yếu phụ thuộc vào truyền thống kỹ thuật củanhà chế tạo và tính thống nhất hoá của các sản phẩm Đa số các xe thờng gặp hiệnnay thì ‘‘mát’’ có cực tính âm, tức là đợc nói với cực âm của nguồn

Trang thiết bị điện trên ôtô máy kéo hiện nay trung bình chiếm khoảng15 25% giá thành ô tô máy kéo và cũng khoảng 20 25% số lợng các h hỏngchung của xe máy xảy ra trong quá trình vận hành Vì thế, bên cạnh các biện phápnâng cao chất lợng chế tạo hoặc áp dụng kỹ thuật và công nghệ mới, việc nghiêncứu, tìm hiểu các trang thiết bị điện, nắm vững nguyên lý làm việc, nguyên tắc vậnhành bảo dỡng và sửa chữa chúng là điều cần thiết để nâng cao độ tin cậy và hiệuquả làm việc của ô tô máy kéo

Chú ý:

- Trên các ô tô máy kéo hiện đại hiện nay, do sự phát triển vợt bậc của kỹthuật điện tử, do yêu cầu ngày càng cao về an toàn chuyển động, về giảm nhẹ điềukhiển, giảm mức độ ô nhiễm môi trờng, tiết kiệm nhiên liệu và tăng tiện nghi, nên mức độ tự động hoá và điện tử hoá trên ô tô rất cao

- Để phục vụ vấn đề điều khiển tự động, giảm nhẹ điều khiển, tăng an toànchuyển động và tiện nghi, các trang thiết bị điện, điện tử không còn đợc sử dụnggiới hạn ở một số hệ thống nh trên các ô tô máy kéo cổ điển mà đã thâm nhập, lanrộng sang nhiều hệ thống khác nh: hệ thống truyền lực, hệ thống phanh, hệ thốngtreo, hệ thống lái,

- Để hạn chế mức độ gây ô nhiễm môi trờng do khí thải và giảm suất tiêuhao nhiên liệu, các trang thiết bị điện và điện tử đã đợc sử dụng để điều khiển tự

động, tối u chế độ làm việc của động cơ theo những thay đổi của các yếu tố liênquan

- Cùng với sự phát triển và mức độ hoàn thiện của mình, các trang thiết bị

điện và điện tử trên ô tô cũng không còn tồn tại dới dạng các bộ phận, các cụm

t-ơng đối độc lập về chức năng nh trớc mà đã đợc kết hợp lại dới dạng các vi mạchtích hợp, đợc xử lý và điều khiển thống nhất bởi một bộ xử lý trung tâm hay máytính làm việc theo các chơng trình đã đợc xây dựng sẵn

- Mặc dù đợc điện tử hoá nhiều hơn hay đợc tích hợp lại về mặt kết cấu,

Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 2

M

Hình 1.1 Sơ đồ đấu dây trong

mạng điện ô tô máy kéo

Trang 3

nhng nguyên lý làm việc của từng hệ thống chức năng của các trang thiết bị điện

điện tử ô tô máy kéo nói chung vẫn không thay đổi Vì vậy, do giới hạn về khối l ợng và thời gian nên trong giáo trình này chỉ nghiên cứu hệ thống trang thiết bị

-điện và -điện tử trên ô tô dới dạng các hệ thống tơng đối độc lập về chức năng nhtrên các ô tô cổ điển Các hệ thống tích hợp, các chức năng hiện đại nh hệ thống

điều khiển tự động động cơ, hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử, hệ thống

tự động điều khiển ly hợp hộp số, điều chỉnh độ cứng hệ thống treo, hệ thốngchống hãm cứng bánh xe khi phanh, sẽ đợc nghiên cứu chi tiết trong các giáotrình riêng

Cách tiếp cận nh vậy giúp cho ngời học không chỉ nắm đợc các kiến thứccốt lõi, hiểu đợc nguyên lý làm việc của các hệ thống trang thiết bị điện cơ bảncủa ô tô để dễ dàng phân tích và nắm bắt bất kỳ một hệ thống hiện đại phức tạpnào mà còn thấy đợc lịch sử phát triển cũng nh quá trình hoàn thiện và hiện đạihoá của các trang thiết bị điện điện tử trên ô tô

Trang 4

2 Hệ thống cung cấp

Hệ thống cung cấp điện trên ô tô có sơ đồ nh trên hình 2.1: sơ đồ a dùngvới máy phát điện một chiều, sơ đồ b- dùng với máy phát xoay chiều có chỉnh l ubán dẫn

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống cung cấp với máy phát điện xoay chiều.

1- Máy phát; 2- Bộ điều chỉnh điện; 3- Khoá điện; 4- Đồng hồ

am pe; 5- Phụ tải

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp với máy phát điện một chiều.

1- Máy phát; 2- Bộ ắc quy; 3- Đồng hồ am pe; 4- Bộ điều chỉnh

điện

Đến các phụ tải

Trang 5

Hai sơ đồ tuy có cách nối dây khác nhau nhng đều bao gồm hai nguồnnăng lợng là ắc quy và máy phát mắc song song Tuỳ thuộc vào giá trị phụ tải vàchế độ làm việc của ô tô máy kéo, mà ắc quy, máy phát sẽ riêng biệt hoặc đồngthời cả hai cung cấp năng lợng cho các bộ phận tiêu thụ (phụ tải).

Ngoài ra, trong hệ thống cung cấp còn có:

- Bộ điều chỉnh điện (BĐCĐ) làm nhiệm vụ: phân phối chế độ làm việcgiữa ắc quy và máy phát; hạn chế và ổn định thế hiệu của máy phát để đảm bảo antoàn cho các trang thiết bị điện trên xe; hạn chế dòng điện của máy phát để đảmbảo an toàn cho các cuộn dây của nó

- Dụng cụ đo, kiểm tra: có thể là ampe kế hoặc đèn tín hiệu cho phép kiểmtra sự làm việc 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 máykéo không làm việc

- Cung cấp năng lợng cho máy khởi động khi khởi động động cơ;

- Cung cấp năng lợng cho tất cả các phụ tải khác khi động cơ khônglàm việc hoặc làm việc ở số vòng quay nhỏ;

- Nếu phụ tải mạch ngoài lớn hơn công suất của máy phát, thì ắcquy sẽ cùng với máy phát cung cấp cho các phụ tải

2.1.1.2 Phân loại:

ắc quy ô tô máy kéo là ắc quy khởi động, khác các ắc quy dùngcho các thiết bị khác

+ Theo tính chất dung dịch điện phân, ắc quy đợc chia ra các loại:

- ắc quy a xít: dung dich điện phân là a xít H2SO4

- ắc quy kiềm: dung dịch điện phân là KOH hoặc NaOH

So sánh hai loại ắc quy a xít và kiềm thì ắc quy a xít có suất điện

động mỗi ngăn cao hơn (~2V), điện trở trong nhỏ hơn, nên khi phóng với dòng lớn

độ sụt thế ít, chất lợng khởi động tốt hơn ắc quy kiềm có suất điện động mỗingăn khoảng 1,38V, giá thành cao hơn (2 3 lần) do phải sử dụng các loại vật liệuquý hiếm nh bạc, niken, cađimi, điện trở trong lớn hơn Tuy vậy, ắc quy kiềm có

độ bền cơ học và tuổi thọ cao hơn (4 5 lần), làm việc tin cậy hơn

+ Các ắc quy a xít, theo vật liệu vỏ bình chia ra: vỏ bằng êbônít,cao su cứng hay các vật liệu tổng hợp khác

+ Các ắc quy kiềm, theo vật liệu cấu tạo bản cực chia ra các loại:

- Sắt - Niken (Fe - Ni);

- Cađimi - Niken (Cd - Ni);

từ 400 600A, thậm chí có trờng hợp tới 2000A, vì thế các ắc quy ô tô máy kéo

tr-ớc hết phải đảm bảo các yêu cầu:

- Phải có khả năng trong thời gian ngắn từ 5 10 S, cung cấp mộtdòng phóng lớn (tơng ứng với dòng khởi động) mà sau đó trạng thái kỹ thuật củachúng hầu nh không thay đổi;

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

Trang 6

đảm bảo có thể khởi động dễ dàng động cơ trong mọi điều kiện sử dụng.

Các ắc quy có những đặc điểm trên đợc gọi là ắc quy khởi động.Ngoài ra ắc quy còn phải:

- Có điện dung lớn với khối lợng và kích thớc tơng đối bé;

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

- Làm việc tin cậy khi nhiệt độ môi trờng dao động trong giới hạnrộng;

- Phục hồi nhanh chóng điện dung khi đợc nạp trong các điều kiện

sử dụng khác nhau;

- Đơn giản trong bảo dỡng và sửa chữa;

- Có độ bền cơ học cao, chịu đợc rung sóc, thời hạn phục vụ lớn vàgiá thành rẻ

2.1.2 ắc quy axít

2.1.2.1 Nguyên lý làm việc và các quá trình điện hoá trong ắc quy

Nguyên lý làm việc của ắc quy dựa trên cơ sở của hiện tợng phâncực các điện cực khi điện phân

Sơ đồ nguyên lý của một ắc quy a xít đơn giản nhất nh trên hình2.3 ắc quy gồm hai bản cực chì 2 đặt trong bình 3 làm bằng vật liệu cách điện vàchịu a xít Khi đổ vào bình dung dịch điện phân là hỗn hợp giữa a xít H2SO4 và nớccất thì các bản cực chì sẽ bị ô xy hoá dới tác dụng của a xít Trên bề mặt chúng tạothành một lớp sun phát chì PbSO4 có màu xám nhạt Nồng độ dung dịch điện phânlúc này giảm đi do một lợng a xít đã tham gia phản ứng với chì để tạo thành muối.Quanh các điện cực dung dịch rất loãng, hầu nh chỉ có nớc nguyên chất, phân lythành các ion H+ và OH-

Nếu nối các bản cực của ắc quy nh vậy với máy phát hay nguồn

điện một chiều nào đó, thì dới tác dụng của điện áp nguồn, các điện tử sẽ theomạch ngoài chuyển động đến cực âm của ắc quy còn trong dung dịch các ionmang điện sẽ chuyển động đén các điện cực trái dấu với nó

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

PbSO4 (Pb2+ + SO42-) - 2e + 4OH- + 2H+ > PbO2 + 2H2O + H2SO4

Quá trình đó chính là quá trình nạp ắc quy Sau khi nạp no, các phản ứngbiến đổi hoá học kết thúc thì bản cực dơng trở thành đi ô xýt chì có màu nâu thẫm,bản cực âm là chì nguyên chất có màu ghi đá Lúc này nồng độ dung dich khôngtăng lên nữa và nếu tiếp tục nạp thì sẽ xảy ra hiện tợng phân giải (điện phân) nớcthành hyđrô và ô xy bay ra khỏi dung dịch dới dạng bọt khí tơng tự nh khi nớc sôi,vì thế còn gọi là hiện tợng "sôi" Đó là những dấu hiệu chứng tỏ ắc quy đã đợc nạp

no hoàn toàn

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc của ắc quy a xít.

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

Trang 7

Phơng trình phản ứng chung cho cả quá trình điện hoá xảy ra trong ắc quykhi nạp có dạng:

- Dòng điện trong mạch ngoài sẽ đi từ cực dơng sang cực âm;

- Các bản cực sẽ biến đổi dần thành PbSO4;

- Nồng độ dung dịch loãng dần thành nớc

Khi các phản ứng hoá học kết thúc, ắc quy phóng hết thì dòng điện triệttiêu Để ắc quy có thể tiếp tục làm việc thì cần phải nạp lại Nh vậy, ắc quy là một

bộ biến đổi năng lợng có tính thuận nghịch

Sơ đồ các quá trình điện hoá xảy ra khi phóng đợc biểu diễn trên hình 2.4b

Trang 8

2.1.2.2 Cấu tạo của ắc quy

Mỗi một ắc quy đơn giản nh mô tả ở trên có một điện dung rất nhỏ

và một thế hiệu hạn chế Không phụ thuộc vào kích thớc, mỗi ắc quy đơn chỉ cóthể cho một thế hiệu trung bình tối đa khoảng 2V Vì thế, để tạo đợc một nguồn

điện có điện dung lớn hơn ngời ta phải tăng kích thớc bằng cách chế tạo các bảncực dới dạng khối: gồm nhiều bản âm và dơng bố trí xen kẽ nhau ghép lại thành

bộ Còn để nhận đợc điện áp cần thiết (6, 12 hay 24V) ngời ta mắc nối tiếp cáckhối ắc quy đơn lại với nhau thành bình ắc quy

Do đó kết cấu của một bình ắc quy trong thực tế gồm những bộphận nh trên hình 2.5 và 2.6

Hình 2.5 Cấu tạo bình ắc quy a xít.

1- Bản cực âm; 2- Tấm cách; 3- Bản cực d ơng; 4- Khối bản cực; 5- Cầu nối các bản cực cùng tên; 6- Đầu ra; 7- Cực d ơng; 8- Vỏ bình; 9- Đệm làm kín; 10- Nút; 11- Nắp; 12- Cầu nối các ngăn; 13-

Lỗ thông hơi; 14- Cực âm

Trang 9

b Khối bản cực (hình 2.7): bao gồm các bản cực dơng và âm đặt xen kẽ

nhau, giữa chúng có các tấm ngăn cách điện

Hình 2.6 Kết cấu bình ắc

quy a xít

1- Nhựa (bi tum) làm kín; 2- ống lót chì; 3- Đầu cực; 4- Nút; 5- Cầu nối; 6- Nắp; 7- Một ngăn của bình; 8- Tấm cách; 9- Các bản cực

Hình 2.7 Cấu tạo của bản cực và khối bản cực.

a- Phần cốt; b- Nửa khối bản cực; c- Khối bản cực và các tấm

cách;

d- Tấm cách

Trang 10

Mỗi bản cực gồm có phần cốt hình mắt cáo và các chất tác dụngtrát trên nó Phần trên của cốt có tai (3 hình 2.7) để nối các bản cực cùng tên vớinhau thành phân khối bản cực Phần dới của cốt có các chân để tựa lên các gân ở

đáy bình Các chân đợc bố trí so le để tránh chập mạch qua sống đỡ

Cốt đợc đúc từ hợp kim chống ô xy hoá, gồm: 92 93% chì và

7 8% ăng ti mon (Sb) Cốt của các bản cực dơng còn cho thêm 0,1 0,2% Asen(As) ăng ti mon và Asen có tác dụng làm tăng độ bền cơ học, giảm ô xy hoá chocốt, ngoài ra còn làm tăng tính đúc của hợp kim

Chất tác dụng trên bản cực âm đợc 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 cựcngời ta còn cho thêm 2 3% chất nở Để làm chất nở có thể sử dụng các chất hữucơ hoạt tính bề mặt hỗn hợp với sun phát bari BaSO4 nh các muối humát chế tạo từthan bùn, bồ hóng, chất thuộc da và các chất khác,

Độ xốp của chất tác dụng cho phép làm tăng diện tích bề mặt làmviệc thực tế của bản cực lên hàng trăm lần so với bề mặt hình học Do đó tăng đợc

điện dung của ắc quy

Chất tác dụng trên bản cực dơng: đợc chế tạo từ minium chì Pb3O4,monoxít chì PbO và dung dịch a xít H2SO4 Ngoài ra, để tăng độ bền ngời ta còncho thêm sợi polipropilen

Các bản cực sau khi trát đầy chất tác dụng đợc ép lại, sấy khô vàtạo cực bằng cách: ngâm vào dung dịch a xít H2SO4 loãng, nạp bằng dòng điệnnhỏ Sau khi nạp, chất tác dụng của bản cực dơng biến thành đi ô xýt chì PbO2

màu nâu thẫm, bản cực âm là chì Pb màu ghi đá Sau đó các bản cực đợc sấy khô

và lắp ráp thành khối:

- Các bản cực cùng tên đợc hàn với nhau theo số lợng xác định tạothành phân khối bản cực Khe hở giữa các bản cực cùng phân khối phải đủ chứamột bản cực khác loại và một tấm ngăn;

- Các phân khối bản cực và tấm ngăn đợc lắp ráp lại tạo thành khốibản cực Số bản cực âm thờng lớn hơn số bản cực dơng một bản để đặt các bản cựcdơng vào giữa các bản cực âm, đảm bảo cho các bản cực dơng làm việc đều cả haimặt để tránh cong vênh và bong rơi chất tác dụng;

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

miplát, bông thuỷ tinh hay kết hợp giữa bông thuỷ tinh với miplát hoặc gỗ Cáctấm ngăn thờng có một mặt nhẵn và một mặt hình sóng, lồi lõm Mặt nhẵn đặt h-ớng về phía bản cực âm, còn mặt hình sóng hớng về phía bản cực dơng để tạo điềukiện cho dung dịch điện phân dễ luân chuyển đến bản cực dơng và lu thông tốthơn

Các khối bản cực và tấm ngăn đợc đặt vào các ngăn tơng ứng trong vỏ.Phía trên các tấm ngăn có đặt một tấm bảo vệ bằng êbônít hay chất dẻo đục lỗ đểbảo vệ mép trên của tấm ngăn khỏi h hỏng cơ học khi đo nhiệt độ, đo mức và nồng

Trang 11

c Nắp, nút, cầu nối:

Để làm kín ắc quy, mỗi ngăn của nó đợc đậy bằng một nắp riêngchế tạo từ nhựa êbônít hay chất dẻo (hình 2.9) Trên nắp có ba lỗ: hai lỗ hai bên đểluồn các đầu cực của khối bản cực ra ngoài Còn lỗ giữa để đổ và kiểm tra dungdịch điện phân Trong hai lỗ bên có ép các ống lót bằng chì Lỗ để đổ dung dịch

điện phân có nút đậy vặn bằng ren (hình 2.10), trên nút có các lỗ nhỏ để thông hơi

Trong một số kết cấu, lỗ thông hơi có thể đợc làm trực tiếp trên nắp nh lỗ 4trên hình 2.9, lúc đó trên nút không cần làm lỗ nữa

Để dung dich diện phân khỏi sóng ra ngoài khi sử dụng, trên nút cótấm chắn 2 (hình 2.10)

Các ngăn ắc quy đợc hàn nối tiếp với nhau bằng các cầu nối bằngchì (hình 2.12 và 2.13)

Để làm kín những chỗ nối ghép giữa nắp và vỏ bình ngời ta dùngnhựa bitum

Trang bị điện và điện tử trên ôtô Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt

Trang 12

12

Hình 2.13 Ph ơng pháp nối các ngăn của ắc quy.

a- Nối phía ngoài; b- Qua thành vách ngăn; Qua lỗ trên vách

ngăn

Hình 2.10 Kết cấu nút đậy bình ắc quy.

1- Thân nút; 2- Vòng chắn; 3- Lỗ thông hơi; 5- Mặt

côn

Hình 2.12 Đầu ra và cầu nối giữa các ngăn của ắc quy.

a- Đầu ra của các ngăn; b- Cầu nối; 1,2- Lõi đồng; 3- Hợp kim chì

Hình 2.11 Các đầu

cực của ắc quy a xít

Trang 13

2.1.2.3 Dung dịch điện phân

Trong ắc quy a xít, dung dịch điện phân là dung dịch H2SO4 đợcpha chế từ a xít nguyên chất và nớc cất theo nồng độ quy định phụ thuộc vào điềukiện khí hậu, mùa và vật liệu tấm ngăn (thờng dao động trong khoảng 1,25 1,31g/cm3 khi ắc quy đã đợc nạp no)

Nồng độ cao quá sẽ làm cháy hỏng tấm ngăn, chóng rụng bản cực, ắc quy

dễ bị sunphát hoá làm giảm tuổi thọ và điện dung Nồng độ thấp quá thì suất điện

động ắc quy giảm và dung dịch dễ bị đóng băng ở nhiệt độ thấp

Khi pha chế dung dịch cần chú ý:

- Không đợc dùng a xít có thành phần tạp chất cao và nớc khôngphải nớc cất Vì dùng nh vậy sẽ làm tăng quá trình tự phóng điện của ắc quy, cácbản cực chóng bị sunphát hoá và giảm điện dung;

- Các dụng cụ pha chế phải sạch và chịu a xít;

- Để đảm bảo an toàn khi pha chế, tuyệt đối không đợc đổ nớc vào

a xít đặc mà phải đổ từ từ a xít vào nớc và khuyấy đều

- Ký tự đầu tiên là một chữ số chỉ số ngăn của ắc quy;

- Hai ký tự tiếp theo là các chữ cái chỉ loại ắc qui khởi động dùngcho ô tô máy kéo;

- Tiếp theo nữa là hai chữ số chỉ điện dung định mức ở chế độ quy

định phụ thuộc vào tiêu chuẩn ngành hay quốc gia;

- Cuối cùng là các chữ cái chỉ vật liệu tấm cách hay vỏ bình

Ví dụ:

+ Một ắc quy của Liên Xô có ký hiệu: 6-CT-70-ЭMCЗ thì 6 là ắc

quy có 6 ngăn; CT- chữ cái viết tắt chỉ loại ắc quy khởi động dùng cho ô tô máykéo; 70- ắc quy có địên dung định mức là 70 (A.h) ở chế độ 20 giờ phóng điện vànhiệt độ dung dịch là 25OC; Э- vỏ bình bằng nhựa êbônít; MC- vật liệu tấm cáchbằng miplát+sợi thuỷ tinh (P- mipo; M- miplát; PC- mipo+sợi thuỷ tinh); Nếu ắcquy đã đợc nạp khô (tức là các bản cực đã đợc nạp sẵn ở nhà máy, chế tạo và bảoquản ở dạng khô kín) thì có thêm chữ "З" sau cùng

+ Một ắc quy của Việt Nam có ký hiệu: 6-OT-70-NT-TCVN thì 6

là ắc quy có 6 ngăn; OT- chữ cái viết tắt chỉ loại ắc quy khởi động dùng cho ô tômáy kéo; 70- ắc quy có địên dung định mức là 70 (A.h) ở chế độ 10 giờ phóng

điện và nhiệt độ dung dịch là (322)OC; NT- tấm cách bằng nhựa xốp ghép vớisợi thuỷ tinh (N- nhựa xốp; GT- gỗ ghép với sợi thuỷ tinh; GN- gỗ ghép với nhựa)

2.1.2.5 Các đặc tr ng cơ bản của ắc quy axít:

Mỗi ngăn của bình ắc quy là một ắc quy đơn có đầy đủ các tínhchất đặc trng cho cả bình Do đó, khi nghiên cứu đặc tính của bình ắc quy ta chỉcần khảo sát một ắc quy đon là đủ

a Sức điện động tĩnh (E0):

Sức điện động (SĐĐ) tĩnh của ắc quy là hiệu điện thế giữa các điệncực của ắc quy, đo khi mạch ngoài hở Nó chỉ phụ thuộc vào tính chất hoá lý củacác chất tham gia vào quá trình điện hoá, vào nồng độ dung dịch điện phân màkhông phụ thuộc vào kích thớc bản cực và số lợng chất tác dụng

Một cách gần đúng SĐĐ E0 có thể xác định theo công thức kinhnghiệm sau:

E0 = 0,84 + E (V)

ở đây: E - là một đại lợng tính bằng vôn, có giá trị bằng nồng độ2.1) (

Trang 14

b Điện trở trong (raq):

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 đợc biểu diễn bởicông thức:

raq = r0 + rp

Trong đố:

r0 - Điện trở thuần của ắc quy, là tổng hợp điện trở thuầncủa các điện cực, của dung dịch điện phân, của các tấm ngăn và các chi tiết dẫn

điện khác, nh: cọc bình, cầu nối

rp - Điện trở phân cực của ắc quy, đây là một đại lợng cótính chất quy ớc dùng để đánh 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 tơng tự điện trở thuần củacác vật dẫn khác Nó phụ thuộc vào diện tích, khoảng cách và trạng thái bề mặtcủa các bản cực, vào điện trở của các chất tạo nên bản cực và bởi vậy phụ thuộcvào mức độ phóng nạp của ắc quy, vào nồng độ và nhiệt độ của dung dịch điệnphân

Trên hình 2.14 là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của r0 vào mức độphóng Q% của ắc quy ở nhiệt độ khác nhau

Khi phóng, chì và điôxýt chì ở các điện cực biến thành PbSO4 có

điện trở suất cao hơn (điện trở suất của chì Pb=1,83.10-4.cm; của điôxýt chì PbO2

= 74.10-4.cm; của sun phát chì PbSO4=1.107.cm), còn dung dịch điện phân cónồng độ giảm từ 1,27 g/cm3 xuống 1,1 g/cm3 với điện dẫn suất giảm đi (hình 2.15)nên điện trở thuần của ắc quy tăng lên

Với sự giảm nhiệt độ, điện trở suất của dung dịch điện phân tănglên nhiều (hình 2.16) còn điện trở của các điện cực và các chi tiết nối ghép thay

đổi không đáng kể, nên điện trở của dung dịch điện phân là yếu tố quyết định làmtăng điện trở trong của ắc quy ở nhiệt độ thấp

Trang 15

Điện trở suất của dung dịch điện phân (phụ thuộc vào nhiệt độ vànồng độ của nó) đợc xác định theo công thức:

+ Khi có dòng điện đi qua ắc quy (dòng phóng hoặc nạp) thì nồng

độ dung dịch ở vùng tiếp xúc trực tiếp với các bản cực sẽ thay đổi, làm thay đổisuất điện động của ắc quy:

- Khi phóng: nồng độ dung dịch ở vùng sát các bản cực sẽ giảm đilàm giảm SĐĐ của ắc quy đi một lợng gọi là SĐĐ phân cực khi phóng và ký hiệu

định luật Ôm (hình 2.17) và đợc xác định theo biểu thức:

I

E E I

Hình 1.15 Sự thay đổi điện trở

phân cực rp của bộ ắc quy 60CT-90

(2.3)

(2.4)

Trang 16

Khi tăng dòng phóng, nồng độ dung dịch vùng sát các bản cựcgiảm nhiều, làm tăng SĐĐ phân cực Với những giá trị dòng phóng lớn, lớp dungdịch mới không kịp khuyếch tán vào các bản cực để bù lại cho lợng axít đã thamgia phản ứng, nên nồng độ trong các bản cực càng giảm nhiều và SĐĐ phân cựccàng lớn.

Nhiệt độ ảnh hởng lớn đến điện trở phân cực (hình 2.17) vì nhiệt độgiảm làm tăng độ nhớt của dung dịch, gây khó khăn cho qua strình khuyếch tán

c Đặc tính phóng nạp:

Đặc tính phóng nạp của ắc quy (hình 2.18 và 2.19) là các đờng biểudiễn quan hệ U=f(t) và =f(t) khi cho ắc quy phóng và nạp với dòng không đổi

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

dịch điện phân  giảm dần theo đờng thẳng (vì tốc độ phản ứng hoá học và do đó,lợng chất tác dụng và axít H2SO4 tham gia phản ứng không thay đổi theo thờigian)

Theo (2.1) thì đờng E0 cũng có dạng tuyến tính nh đờng , còn hiệu

điện thế thì nhỏ hơn SĐĐ một lợng bằng độ sụt thế trong ắc quy:

Up = E0 - (Ip.raq) = E0 - Ip.r0 - E

ở đầu quá trình phóng: hiệu điện thế giảm đột ngột một lợng bằng

độ rơi thế trên điện trở thuần (Ip.r0) Sau đó tiếp tục giảm nhanh chủ yếu do sựgiảm nồng độ dung dịch trong các bản cực, tức là do SĐĐ phân cực Nồng độdung dịch trong các bản cực giảm sẽ làm khuyếch tán lớp dung dịch mới vào thếchỗ Nồng độ dung dịch càng giảm thì độ chênh lệch nồng độ càng lớn và l ợngdung dịch khuyếch tán vào bản cực càng tăng Quá trình này cứ tiếp diễn cho đếnkhi có sự cân bằng giữa tốc độ khuyếch tán và tốc độ phản ứng hoá học Sau khi

độ chênh lệch nồng độ đạt giá trị tơng đối ổn định thì SĐĐ và hiệu điện thế giảmchậm, tỷ lệ với mức giảm nồng độ chung của dung dịch (ứng với đoạn giữa - tơng

16

Hình 2.17 Quan hệ giữa

điện trở phân cực r

p của bộ ắc quy 60-CT-90 và c ờng độ dòng điện phóng ở các nhiệt độ khác nhau

(2.5)

Hình 2.18 Đặc

tính phóng của ắc quy

P

Trang 17

đối thẳng của đặc tính Up).

Theo mức độ phóng điện, lợng sunphát chì tạo thành trên bề mặtcác bản cực tăng lên, làm tăng điện trở thuần của ắc quy Ngoài ra, các hạt sunphátchì có thể tích khá lớn (so với chì và các ôxýt của nó) còn làm giảm tiết diện thấmdung dịch và cản trở quá trình khuyếch tán Do đó, làm tăng SĐĐ phân cực Đếnmột lúc nào đó, trạng thái cân bằng sẽ bị phá huỷ, nồng độ dung dịch trong bảncực cùng với SĐĐ và hiệu điện thế giảm rất nhanh và nếu cho ắc quy tiếp tụcphóng điện thì SĐĐ có thể giảm đến không

Các kết quả nghiên cứu cho thấy: Quá trình cho ắc quy phóng điệnchỉ nên thực hiện đến điểm P Vì sau điểm này thế hiệu của ắc quy giảm rấtnhanh, không những không thoả mãn điều kiện làm việc của phụ tải mà còn gâytác hại cho ắc quy và khó khăn cho quá trình nạp phục hồi Thế hiệu của ắc quyứng với điểm P nói trên đợc gọi là thế hiệu phóng cuối cùng Khi thế hiệu ắc quygiảm đến thế hiệu phóng cuối cùng thì trong sử dụng đợc coi nh ắc quy đã phónghết điện Giá trị thế hiệu phóng cuối cùng phụ thuộc cờng độ dòng phóng ở chế

độ 10 giờ phóng điện thế hiệu này bằng 1,7V ứng với =1,1 g.cm3

Nếu ngắt phụ tải tại điểm P, tức là cho ắc quy ngừng phóng điện thìthế hiệu Up tăng vọt lên một lợng bằng độ rơi thế trên điện trở thuần của ắc quy,

đạt gia strị của suất điện động EI, gia strị này sau đó tăng dần lên đến gia strị

E0=1,96V do nồng độ dung dịch trong bản cực và nồng độ chung đợc cân bằngdần nhờ quá trình khuyếch tán

Đoạn cuối cùng của đặc tính phóng ứng với quá trình này gọi là

"khoảng nghỉ" của ắc quy Khoảng nghỉ của ắc quy rất quan trọng trong sử dụng

để phục hồi thế hiệu và điện dung của ắc quy, nhất là khi khởi động ô tô máy kéo

Khi nạp với dòng điện không đổi (I n =const): thì xảy ra quá trình ngợc

lại: thế hiệu của ắc quy lớn hơn SĐĐ của nó một lợng bằng độ rơi thế trong ắc quy

và thay đổi theo quy luật ngợc với quá trình phóng điện:

Un = E0 + (In.raq) = E0 + In.r0 + E

Đầu quá trình nạp thế hiệu tăng vọt lên một lợng bằng độ rơi thếtrên điện trở thuần và sau đó tăng nhanh do SĐĐ phân cực sinh ra do sự tăngnhanh nồng độ dung dịch trong các bản cực

Khi độ chênh lệch nồng độ trong và ngoài bản cực đạt giá trị tơng

đối ổn định, thì thế hiệu tăng đều theo sự tăng nồng độ chung của dung dịch

Sau khi hầu hết sun phát chì đã biến thành điôxýt chì ở cực dơng vàchì ở cực âm, thì năng lợng nạp chỉ tiêu tốn để phân giải nớc thành các ion hyđrô

và ô xy Các ion này một phần đợc trung hoà thành nguyên tử - thoát ra khỏi dungdịch dới dạng bọt khí (ô xy ở cực dơng và hyđrô ở cực âm) Hiện tợng này gọi là

sự "sôi" của ắc quy và là một dấu hiệu cuối quá trình nạp Phần lớn bọt khí còn lạibao quanh các điện cực, tạo nên một điện trở phụ giữa điện cực và dung dịch Điệntrở đó làm xuất hiện một hiệu thế phụ khoảng 0,33V giữa dung dịch và điện cực,làm tăng SĐĐ và do đó tăng thế hiệu nạp ắc quy

tính nạp của ắc quy

(2.6)

Trang 18

Khi tiếp tục nạp, vì rằng hầu nh tất cả sun phát chì đã biến thành Pb

và PbO2, nên nồng độ, SĐĐ và hiệu điện thế không tăng lên nữa Đó là dấu hiệubáo rằng ắc quy đã đợc nạp no

Sự sôi của ắc quy bắt đầu khi thế hiệu của mỗi ắc quy đơn đạt tớigiá trị 2,4V, sau đó tiếp tục tăng cho đến khoảng 2,7V thì ngừng tăng Về lýthuyết, có thể kết thúc nạp tại thời điểm này Nhng thực tế ngời ta thờng tiếp tụcnạp thêm khoảng 2 3 giờ nữa Khi thấy rằng: trong suốt thời gian đó, thế hiệu vànồng độ dung dịch hoàn toàn không tăng lên nữa thì mới đảm bảo chắc chắn là ắcquy đã đợc nạp no

Sau khi ngắt dòng điện nạp, thế hiệu của ắc quy sụt xuống một lợngbằng độ rơi thế trên điện trở thuần và sau một "khoảng nghỉ", tức là sau khi nồng

độ dung dịch đã khuyếch tán đồng đều và bọt khí thoát hết ra ngoài, nó bằng giátrị SĐĐ E0=2,11 2,12V ứng với ắc quy đã đợc nạp no

d Điện dung:

Điện dung của ắc quy là một đại lợng đặc trng cho khả năng phóng

và nạp điện của nó Có một số khái niệm điện dung khác nhau nh sau:

+ Điện dung phóng: là điện lợng mà ắc quy có thể cung cấp cho

phụ tải (tính bằng A.h) khi cho nó phóng đến thế hiệu cho phép

Nếu ký hiệu điện dung phóng là Q p thì:

Từ các định nghĩa trên ta thấy rằng: điện dung của ắc quy là một

đại lợng biến đổi phụ thuộc vào giá trị dòng điện và thời gian, tức là phụ thuộc vào các chế độ phóng và nạp điện.

Do đó, để đánh giá khả năng tích phóng của ắc quy và để so sánhcác ắc quy khác nhau, ngời ta quy định lấy giá trị điện dung phóng xác định trongnhững điều kiện chặt chẽ do tiêu chuẩn ngành hoặc quốc gia quy định

Điện dung xác định trong những điều kiện cụ thể nh vậy, là một đạilợng hoàn toàn xác định và đợc gọi là điện dung định mức Điện dung này đợc chotrong lý lịch và ghi trong ký hiệu của ắc quy

Về bản chất, điện năng của ắc quy là do hoá năng của các phản ứng

hoá học biến đổi thành Do đó, nó phụ thuộc trớc hết vào số lợng chất tác dụng và lợng dung dịch điện phân Với một lợng chất tác dụng và dung dịch xác định thì

điện dung lại phụ thuộc nhiều vào hệ số sử dụng chúng.

Theo tính toán lý thuyết (dựa vào giá trị của các đơng lợng điện

18

(2.7)

(2.8)

Trang 19

hoá) , thì: để có một điện lợng một ampe-giờ, cần phải có 4,46g PbO2, 3,87g Pb và3,66g H2SO4.

Trong thực tế, đối với các ắc quy khởi động hiện nay, để nhận đợcmột điện lợng nh vậy cần sử dụng một lợng chất tác dụng nhiều hơn trên 2 lần sovới tính toán lý thuyết Tức là hệ số sử dụng chất tác dụng nhỏ hơn 50%

Hệ số sử dụng chất tác dụng chịu ảnh hởng của nhiều yếu tố quantrọng sau:

- Độ xốp của chất tác dụng: chất tác dụng càng xốp > dung dịch

càng dễ khuyếch tán sâu vào trong các bản cực > lợngc hất tác dụng thực tế thamgia các phản ứng hoá học càng nhiều > hệ số sử dụng chúng càng lớn

- Chiều dày các bản cực: các bản cực càng dày > hệ số sử dụng

chất tác dụng càng nhỏ, vì các lớp bên trong của bản cực khó tiếp xúc đợc vớidung dịch điện phân và đợc sử dụng ít hơn nhiều so với các lớp phía ngoài, đặcbiệt là khi dòng phóng có giá trị lớn

- Độ xốp và kết cấu tấm cách: tấm cách có độ xốp cao, kết cấu

hợp lý cho phép tăng khả năng khuyếch tán dung dịch

- Nồng độ dung dịch điện phân: nồng độ ảnh hởng đến lợng axít

H2SO4 tham gia phản ứng và tốc độ khuyếc tán dung dịch Vì thế, nồng độ tăng

đến một giới hạn nào đó thì hệ số sử dụng chất tác dụng cũng tăng lên Tuy vậy,tăng nồng độ sẽ làm giảm tuổi thọ của ắc quy Vì thế ngời ta căn cứ chủ yếu vào

điều kiện khí hậu và mùa để quyết định nồng độ dung dịch Thông thờng, nồng độdung dịch của ắc quy đã đợc nạp no dao động trong giới hạn 1,27 1,31 g/cm3

- Chế độ phóng: chế độ phóng đợc xác định bởi gía trị dòng mà ắc

quy cung cấp liên tục trong một thời gian xác định

Chế độ phóng đợc coi là lâu dài nếu nh dòng phóng có giá trịkhông lớn và phóng kéo dài trong vài giờ (ví dụ: các chế độ 10, 20 giờ phóng điện)

và đợc coi là ngắn hay khởi động, nếu quá trình phóng xảy ra trong vài phút vớidòng lớn

Khi tăng dòng phóng, lớp bề mặt của các bản cực đợc phóng rấtnhanh Sun phát chì tạo thành khi đó sẽ nhanh chóng bịt kín các lỗ xốp, ngăn cảndung dịch khuyếch tán vào các lớp phía trong, làm cho các lứop này không tiếptục tham gia đợc vào quá trình điện hoá Bởi vậy, hệ số sử dụng chất tác dụng và

điện dung của ắc quy giảm đi

Khi cho ắc quy phóng gián đoạn (có khoảng nghỉ giữa các lầnphóng), thì điện dung ắc quy có thể cung cấp sẽ lớn hơn khi cho nó phóng liên tục,nhất là khi dòng phóng lớn Vì rằng trong thời gian nghỉ, lợng dung dịch mới kịpkhuyếch tán sâu hơn vào các lớp chất tác dụng phía trong của bản cực

- Nhiệt độ dung dịch: nhiệt độ càng thấp điện dung phóng càng

giảm Do độ nhớt và điện trở dung dịch tăng lên làm chậm quá trình khuyếch tán

và tăng độ sụt thế Sự thay đổi điện dung của ắc quy ở chế độ 20 giờ phóng điệnphụ thuộc vào nhiệt độ, đợc đánh giá bằng hệ số nhiệt độ  = (0,005 0,1)/1OC

Điện dung của ắc quy ở một nhiệt độ t nào đó đợc xác định theo công thức:

Qt = Q0[1 + (t-30O)]

ở đây: Q0 - Điện dung của ắc quy khi nhiệt độ dung dịch điệnphân t0 = +30OC;  - Hệ số nhiệt độ, thờng thờng có thể thừa nhận  =0,01/1OC

- Mức độ và chế độ nạp: ắc quy càng đợc nạp no, hệ số sử dụng

chất tác dụng càng lớn Vì rằng lợng chì và điôxýt chì trong các bản cực cũng nhnồng độ dung dịch điện phân tăng theo mức độ nạp

Dòng nạp càng cao hơn định mức (thờng Iđm = 0,1Q10) bao nhiêu thì

điện dung phóng và tuổi thọ của ắc quy càng giảm bấy nhiêu

19

(2.9)

Hình 2.20 Sự thay đổi điện dung của ắc quy

theo nhiệt độ dung dịch điện phân với các c ờng độ

Trang 20

e Đặc tính vôn - ampe:

Đặc tính vôn - ampe (hình 2.22) là tập hợp những đờng biểu diễnquan hệ giữa thế hiệu và dòng điện phóng của ắc quy ở những nhiệt độ khác nhau

Đặc tính vôn - ampe đợc sử dụng chủ yếu để thiết kế và tính toán

hệ thống khởi động, để chọn ắc quy đảm bảo điều kiện làm việc cần thiết cho máykhởi động

Do giới hạn dòng làm việc của máy khởi động nói chung nằm trongvùng ứng với các đoạn tơng đối thẳng của đặc tính, vì vậy trong tính toán thực tếngời ta bỏ qua những đoạn phi tuyến (ở hai đầu) ứng với những giá trị dòng rấtnhỏ và rất lớn, ngoài giới hạn dòng khởi động Tức là coi nh đặc tính có dạngthẳng hoàn toàn, bằng cách kéo thẳng đặc tính về hai phía cho đến khi cắt các trụctoạ độ (đoạn đứt quãng trên hình 2.22)

Đặc tính vôn - ampe phụ thuộc điện trở trong của ắc quy Do đó nóthay đổi theo những yếu tố ảnh hởng đến điện trở trong

20

tínhvôn- ampe

1, 2- Đặc tính vôn

- ampe t ơng ứng với các nhiệt độ tO

Trang 21

Đặc tính vôn - ampe có hai điểm đặc trng:

- Điểm cắt trục tung: xác định bởi thế hiệu quy ớc lúc ắc quy bắt

đầu phóng điện (Ubđ);

Điểm cát trục hoành: xác định bởi giá trị dòng ngắn mạch quy

-ớc (Ingm) của ắc qui ở những nhiệt độ tơng ứng

Thế hiệu phóng quy ớc ban đầu có thể xác định nh sau:

Qp - Điện lợng tuyết đối mà ắc quy đã phóng, A.h;

Qđm - Điện dung định mức của ắc quy, A.h

Dòng ngắn mạch quy ớc của ắc quy (Ingm) thay đổi theo điện dung.Vì vậy, để có thể xây dựng công thức tính toán dòng ngắn mạch cho các ắc quy có

điện dung khác nhau, ngời ta dùng khái niệm dòng ngắn mạch riêng - là dòngngắn mạch của một bản cực dơng, ký hiệu là In+ Dòng này đợc xác định theo côngthức:

ở đây: n+: là số các bản cực dơng trong một ắc quy

Bảng 2.1 Giá trị các hệ số a, b và c phụ thuộc vào loại tấm cách và

nhiệt độ dung dịch điện phân

Tấ

m cách

Nhiệt độ dungdịch điện phân, OC

-Đơn Từ 0 đến +20Từ -40 đến 0 24 2

224

1,754,0

(2.10)

Trang 22

Kép Từ 0 đến +20Từ -40 đến 0 05 2

-205

2,13,4

0,4

f Công suất và năng l ợng:

Công suất Paq mà ắc quy có thể cung cấp khi phóng, đợc xác địnhbằng tích giữa hiệu điện thế Up (tính bằng vôn) và dòng phóng Ip (tính bằng ampe):

Paq = Up.Ip (W)Năng lợng mà ắc quy cung cấp trong khoảng thời gian phóng tp nào

đó, tơng ứng là:

) (

0

h W dt

U I W

tp p p

g Hiệu suất của ắc quy:

Hiệu suất của ắc quy đặc trng cho tính kinh tế của nó Ngời ta chia

ra hai loại hiệu suất: hiệu suất theo điện dung (ampe giờ) và hiệu suất theo năng ợng (woát giờ)

l-Hiệu suất theo điện dung đối với những ắc quy khởi động hiện naynằm trong khoảng 0,94 0,96 và đợc xác định theo công thức:

dt I

aq=f(I

p)

(2.11)

Trang 23



tn

n n

tp p p W

dt I U

Hiệu suất theo năng lợng thấp hơn, vì ngoài những tổn thất trên, nócòn tính cả những tổn thất về nhiệt trong quá trình phóng và nạp điện

Nếu ắc quy tự phóng với cờng độ lớn hơn giới hạn nói trên (tức là

>1%/1 ngày đêm) thì gọi là tự phóng nhanh

Nguyên nhân của hiện tợng tự phóng tự nhiên là do có các tạp chấttrong vật liệu các bản cực, trong dung dịch điện phân khi chế tạo, còn của hiện t -ợng tự phóng nhanh là do sử dụng và bảo dỡng ắc quy không tuân theo đúng cácquy định kỹ thuật

Hiện tợng tự phóng tự nhiên xảy ra nhiều ở bản cực âm Do vật liệuchế tạo bản cực âm không thể thuần khiết hoàn toàn mà có lẫn một loạt các tạpchất kim loại khác, có điện thế dơng hơn so với chì nguyên chất, nh: đồng, bạc,

ăng ti mon, Nên ngay trong lòng bản cực âm sẽ tạo nên một loạt các micro pin(pin tế vi) mạch kín Những pin tế vi này sẽ phóng các bản cực âm, biến chì thànhsun phát chì

Một cách tơng tự, các tạp chất lẫn trong dung dịch điện phân và cáctấm cách cũng làm các bản cực âm phóng điện Ví du nh: khi trong dung dịch điệnphân có lẫn các muối kim loại với các hoá trị khác nhau, thì khi nạp: các ion củachúng là các phần tử mang điện sẽ chuyển động đến các bản cực ở bản cực âm,các ion kim loại nhận đợc điện tử trở thành nguyên tử trung hoà và có vai trò nhmột tạp chất kim loại đã mô tả ở phần trên

Nguyên nhân tự phóng ở các bản cực dơng là do sự chênh lệch điệnthế giữa vật liệu của phần cốt và chất tác dụng Sự chênh lệch điện thế đó sẽ làmxuất hiện dòng điện > biến chì của cốt và điôxít chì thành sun phát chì

Khi ắc quy bị chập mạch bên trong, bị ớt bẩn phía ngoài thì sẽ xảy

ra hiện tợng tự phóng nhanh, do các bản cực và các đầu cực của ắc quy bị ngắnmạch

Hiện tợng tự phóng không thể khắc phục đợc hoàn toàn Tuy vậy,với sự giảm nhiệt độ, hiện tợng tự phóng giảm đi rất nhiều ở những tO thấp hơn

OOC (âm), hiện tợng tự phóng ở những ắc quy mới hầu nh dừng lại (hình (2.24).Vì thế, khi bảo quản ắc quy thì nên bảo quản ở tO âm

23

(2.12)

Hình 2.24 Độ phóng điện

trung bình trong 1 ngày đêm của

ắc quy a xít khi bảo quản trong 14 ngày phụ thuộc vào nhiệt độ

Đ ờng 1 - ắc quy mới

Đ ờng 2 - giữa thời hạn phục vụ

Đ ờng 3 - cuối thời hạn phục vụ

Trang 24

2.1.2.7 Các ph ơng pháp nạp ắc quy axít

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 lợng xác định nào đó

Để nạp ắc quy cần: nối cực dơng của nguồn với cực dơng của ắcquy, cực âm của nguồn với cực âm của ắc quy (hình 2.25)

Nếu ký hiệu thế hiệu nguồn là Ung, SĐĐ ắc quy vào thời điểm nạp

là Eaq, thì tại thời điểm bất kỳ dòng điện nạp sẽ có giá trị:

)

aq ng n aq

n aq ng aq ng n

r R

E U I R

r I E U R

U U I

- Nếu Ung < Eaq thì In <0, tức là ắc quy phóng điện

- SĐĐ và điện trở trong của ắc quy khi nạp thay đổi phụ thuộc nhiệt

độ dung dịch điện phân và mức độ nạp Vì thế trong quá trình nạp In sẽ thay đổi(hình 2.26)

Do đó, để có thể điều khiển đợc quá trình nạp thì trong mạch nạpcần phải có thiết bị điều chỉnh để điều chỉnh hoặc thế hiệu nguồn hoặc tổng trởcủa mạch nạp Tuỳ thuộc vào vấn đề điều chỉnh này mà quá trình nạp đợc chia ramột số kiểu khác nhau, nh: nạp bằng dòng điện không đổi, nạp bằng thế hiệukhông đổi, nạp cấp tốc, nạp cân bằng,

a Nạp bằng dòng điện không đổi (In=const):

Hình 2.25 Các ph ơng pháp nạp ắc quy và sơ đồ nối.

a- Điều chỉnh thế hiệu nguồn; b- Điều chỉnh tổng trở

mạch

Trang 25

- Dòng nạp

R

U U

Trong hầu hết các thiết bị nạp thì thế hiệu nạp đợc thay đổi bằngcách thay đổi hệ số biến áp Còn để thay đổi tổng trở ngời ta dùng biến trở mắc nốitiếp với các ắc quy Giá trị của biến trở phải tính toán sao cho đủ lớn để đảm bảokhoảng điều chỉnh Vì thế hiệu của mỗi ngăn ắc quy ở đầu quá trình nạp thờng cógiá trị khoảng 2V, nên giá trị cần thiết của biến trở (tính bằng ôm) có thể xác địnhtheo công thức sau:

n

ng

I

n U

7 , 2

ng

U

Phơng pháp nạp bằng dòng điện không đổi là phơng pháp nạp chủ

yếu và tổng hợp nhất Nó có u 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.

Trên cơ sở nghiên cứu hệ số sử dụng dòng điện nạp:

n

c In Q

Tuy vậy, nó có nhợc điểm là:

- Các ắc quy đem nạp cần phải có điện dung nh nhau, nếu không

se xkhông chọn đợc dòng điện thích hợp cho tất cả các ăc quy và các ắc quy nhỏ hơn sẽ đợc nạp no trớc, 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 50 giờ) Để rút ngắn thời gian nạp trong trờng hợp vội, có thể thực hiện nạp

(2.14)

Đ iện dung

D òng nạp

Trang 26

hai nấc (hình 2.28): nấc thứ nhất với dòng lớn và kết thúc khi thế hiệu ắc quy đơn

đạt 2,4V (bắt đầu sôi); sau đó chuyển sang nấc thứ hai với dòng nhỏ hơn;

- Tổn hao một phần năng lợng trong biến trở;

- Phải thờng xuyên theo dõi và điều chỉnh dòng điện nạp.

26

Trang 27

b Nạp bằng thế hiệu không đổi (Un=const):

Khi nạp theo phơng pháp này thì:

- Tất cả các ắc quy đợc mắc song song với nguồn điện nạp (hình2.29) Thế hiệu của nguồn phải đảm bảo bằng 2,5 2,7V trên một ắc quy đơn vàkhông thay đổi trong suốt quá trình nạp

- Mạch nạp không cần thiết bị điều chỉnh gì

Để có thể nạp cùng một lúc các ắc quy 6V và 12V, ngời ta lậpmạng nạp 3 dây: 2x7V hoặc 2x7,5V (hình 2.29)

Khi bắt đầu nạp, do SĐĐ của ắc quy còn nhỏ nên dòng điện nạp

- Nạp khá nhanh, thời gian nạp ngắn;

- Không cần phải theo dõi điều chỉnh vì dòng nạp tự động giảm theo thời gian Nó rất thích hợp với việc nạp bổ sung cho các ắc quy đang sử dụng, nh các ắc quy đặt trên ô tô máy kéo.

Nhợc điểm của phơng pháp này là:

- Không thể dùng để nạp lần đầu cho ắc quy mới và nạp chữa các

ắc quy bị sun phát hoá, vì không thể điều chỉnh đợc gía trị dòng nạp và dòng nạp lúc cuối rất nhỏ > không thể nạp no cho ắc quy;

- Dòng điện nạp ban đầu lớn, có thể gây tác hại cho ắc quy và quá tải cho thiết bị nạp nếu không có cơ cấu hạn chế dòng điện.

Trang 28

Trong trờng hợp vì lý do nào đó mà ắc quy bị phóng mất điện quánhiều (ví dụ: khi máy phát trên ô tô bị trục trặc) thì có thể sử dụng phơng pháp nạpcấp tốc với dòng lớn khoảng (0,7 0,9)Qđm để nạp bổ sung cho ắc quy

Khi nạp cấp tốc cần chú ý sao cho điện lợng mà ắc quy nhận đợckhông lớn hơn giá trị điện dung mà ắc quy đã phóng mất Nếu nạp quá, tuổi thọcủa ắc quy sẽ giảm nhiều Vì thế, nạp cấp tốc chỉ dùng cho các ắc quy có mức độphóng điện vợt quá một giới hạn quy định

d Nạp cân bằng:

Nạp cân bằng đợc tiến hành với một dòng nhỏ khoảng 0,1Q20 (A)với mục đích phục hồi hoàn toàn khối lợng chất tác dụng ở các bản cực và làm

đồng đều nồng độ dung dịch điện phân trong toàn bình

Nạp cân bằng đợc thực hiện cho đến khi theo dõi trong khoảng 3giờ mà thấy nồng độ dung dịch không thay đổi nữa thì kết thúc

2.1.2.8 Sử dụng và bảo d ỡng ắc quy

Trong quá trình sử dụng, để đảm bảo tuổi thọ và khả năng làm việccủa ắc quy, phải chú ý:

- Giữ gìn các đầu cực và bề mặt của ắc quy sạch sẽ;

- Định kỳ kiểm tra các chi tiết kẹp giữ ắc quy, mức và nồng độ dung dịch điện phân;

- Kiểm tra và điều chỉnh giá trị thế hiệu máy phát trên ô tô

Mức dung dịch điện phân phải kiểm tra ít nhất một lần trongkhoảng từ 7 10 ngày Mức dung dịch cần phải đảm bảo cao hơn bề mặt tấm bảo

vệ từ 10 15 mm, nếu thấp hơn phải đổ thêm nớc cất

Một tháng ít nhất một lần, phải kiểm tra nồng độ dung dịch, từ đósuy ra mức độ nạp của ắc quy Nếu nồng độ dung dịch giảm quá 0,04 (vào mùa

đông) tơng ứng với mức độ nạp là 75% và 0,08 (vào mùa hè) tơng ứng với mức độnạp 50%, thì cần phải nạp bổ sung cho ắc quy và kiểm tra thế hiệu máy phát xem

có nằm trong giới hạn cho phép không (trung bình Umf = 13,3 14,1 V)

Để làm sạch bề mặt ắc quy và trung hoà lợng axít ngấm trong lớpbụi bẩn, ngời ta dùng dung dịch xôđa (Na2CO3) 10% hoặc Clorua amôni (NH4CL)

2.1.2.9 Những h hỏng chính của ắc quy axít và biện pháp khắc phục

ắc quy là một bộ phận thờng gây nhiều phiền phức trong quá trình

sử dụng nhng lại ít đợc chú ý bảo dỡng và vận hành đúng kỹ thuật Do đó, chúngthờng bị h hỏng trớc thời hạn quy định

Để nâng cao thời hạn phục vụ của ắc quy cần phải nắm vững những

h hỏng chính và các biện pháp đề phòng những nguyên nhân gây ra nó

Trong vận hành ắc quy thờng bị những h hỏng chính, nh: tự phóng

điện nhanh, sun phát hoá không thuận nghịch và các h hỏng khác nh trình bày dới

- Thực hiện đúng nguyên tắc sử dụng và bảo dỡng;

- Nếu dung dịch đã bị bẩn rồi thì:

+ cho ắc quy phóng hết điện với Ip = 0,1Qđm cho tới khi thế hiệu ởngăn xấu nhất là 1,1 1,2 V, để các tạp chất kim loại tách ra khỏi bản cực vào đidung dịch;

+ Đổ hết dung dịch điện phân ra và súc rửa vài lần bằng nớc cấtcho sạch;

+ Đổ dung dịch điện phân mới vào và nạp no

28

Trang 29

- Để tránh hiện tợng không đồng đều nồng độ giữa các lớp dung dịch điện phân: khi đổ thêm nớc cất hoặc sau một thời gian bảo quản cần cho ắc quy nạp một vài giờ;

- Các tấm cách h hỏng cần thay thế mới.

b Sun phát hoá không thuận nghịch:

Nh đã biết, trong qúa trình phóng thì trên các bản cực: chất tácdụng biến đổi dần thành sun phát chì có tinh thể nhỏ mịn và khi nạp thì ngợc lại:những tinh thể này chuyển thành chì và điôxýt chì Đó là quá trình sun phát hoáthuận nghịch

Nhng, nếu ắc quy bị phóng điện vợt giới hạn cho phép qúa nhiều,hoặc khi bảo quản lâu ở trạng thái không đợc nạp no, thì những tinh thể sun phátchì nhỏ mịn này sẽ kết tinh lại > tạo nên những tinh thể lớn màu trắng, rất cứng,

có điện trở lớn và rất khó bị phá vỡ trong quá trình nạp Chúng phủ kín các bảncực, bít kín các lỗ hổng không cho dung dịch điện phân thấm sâu vào bản cực

Điều đó làm điện dung ắc quy giảm và điện trở trong tăng rất nhiều Hiện tợng đó

gọi là hiện tợng sun phát hoá không thuận nghịch Biểu hiện của ắc quy khi bị bệnh này là: nạp chóng sôi, phóng mau hết điện và độ sụt thế lớn.

Các ắc quy bị sun phát hoá đòi hỏi phải tăng thế hiệu nạp Khi bị

nhẹ có thể nạp chữa với chế độ nạp đặc biệt (I n ≤0,04Qđm và =1,11 g/cm 3) Cònkhi bị nặng thì ắc quy sẽ hỏng, không làm việc đợc

Nguyên nhân khác của bệnh sun phát hoá là do không chăm sóckiểm tra, để ắc quy bị thiếu dung dịch Phần trên của các bản cực khi đó bị khô,

nhô ra ngoài không khí Khi tiếp xúc với không khí: ở các bản cực âm sẽ xảy ra các phản ứng sau: PbH2SO4 2H2Opb(OH)2 H2SO4 2H Axít

sunfuaríc từ dung dịch chuyển động lên trên nhờ hiện tợng mao dẫn, tiếp tục tácdụng với hyđrôxýt chì tạo thành sun phát chì tinh thể lớn:

O H PbSO SO

H OH

- Cong vênh các bản cực và bong rơi chất tác dụng: do dòng phóng

hoặc nạp quá lớn; ắc quy lắp đặt lỏng lẻo, bị rung sóc va đập mạnh

- Nổ bình ắc quy: do các lỗ thông hơi bị bịt kín hoặc do tác động

đột ngột của nhiệt độ (nh khi hàn đắp các đầu cực mà không mở nút ắc quy ra)

Trang 30

2.2 Máy phát

2.2.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu

2.2.1.1 Công dụng:

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

- Cung cấp điện cho tất cả các phụ tải;

- Nạp điện cho ắc quy

ở các số vòng quay trung bình và lớn của động cơ

2.2.1.2 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 kèmtheo)

Các máy phát điện một chiều loại điều chỉnh trong có kết cấu đơngiản, có khả năng hạn chế và tự động điều chỉnh dòng điện máy phát theo số vòngquay Tuy vậy nó có nhiều nhợc điểm nh:

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

- 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 đềcập đến loại máy phát điều chỉnh ngoài

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

+ Loại kích thích bằng nam châm vĩnh cửu;

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

2.2.1.3 Yêu cầu:

Máy phát điện trên ô tô máy kéo làm việc trong những điều kiện

đặc biệt, vì thế chúng phải đáp ứng đợc các yêu cầu chính sau:

- Chịu đợc rung sóc bụi bẩn và làm việc tin cậy trong môi trờng cónhiệt độ cao, có nhiều hơi dầu mỡ nhiên liệu;

- Tuổi thọ cao;

- Kích thớc và trọng lợng nhỏ, giá thành thấp

So với máy phát một chiều thì máy phát xoay chiều có nhiều u

điểm hơn, vì nó không có vòng đổi điện và cuộn dây rô to đơn giản hơn.

2.2.2 Máy phát điện một chiều

- Vỏ máy: làm bằng thép ít các bon có từ d và thờng đợc 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 chổi điện

- Má cực: đợc 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 dâykích thích bằng dây đồng tiết diện tròn với một hoặc hai lớp sơn cách điện

30

Hình 2.33 Máy phát điện một chiều dùng trên ôtô.

1- Cửa thông gió; 2- Puli dẫn động; 3 và 6- Các nắp tr ớc

và sau; 4- Phần ứng; 5- Vỏ

Trang 31

+ Phần ứng (Rôto) gồm: trục máy phát điện, khối thép từ đợc chế

tạo bằng cách ép chặt các lá thép điện kỹ thuật dày 0,5 1,0 mm, có hình dạng đặcbiệt lên trục, sao cho các chỗ khuyết của chúng tạo thành rãnh để lắp đặt cáckhung dây

+ Cuộn dây phần ứng: là tập hợp rất nhiều khung dây đợc quấn

vào các rãnh của khối thép từ sau khi đã lót lớp cách điện Các đầu khung dây đ ợchàn vào các phiến đồng của vành đổi điện

Cuộn dây rô to có thể đợc quấn theo hai phơng pháp: quấn xếphoặc 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 đợc

chế tạo bằng hai phơng pháp: lắp ghép (hình 2.35) hoặc đúc với nhựa thành khối liền (hình 2.36) rồi lắp chặt lên trục máy phát điện.

Hình 2.36 Vành đổi

điện cách điện bằng chất

dẻo

1- Mica; 2- Phiến

Trang 32

Giá đỡ chổi điện: đợc lắp trên nắp hoặc vỏ máy Một nửa số giá đỡ

đợc 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 đợclắp nh trên hình 2.37: tức là không lắp theo chiều hớng kính mà chếch đi một góckhoảng 26O 28O và tỳ sát vào thành dẫn hớng phía trớc Với cách lắp nh vậy, khirôto quay: lực ma sát từ phía vành đổi điện tác dụng lên chổi điện sẽ làm giảm áplực và ma sát giữa chổi điện và thành dẫn hớng Đồng thời, sự tiếp xúc giữa vành

đổi điện và chổi điện đợc đảm bảo tốt hơn, ít bị mất tiếp xúc do rung động nêngiảm đợc tia lửa hồ quang chỗ tiếp xúc

Chổi điện: đợc 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 đợc đặt trên hai ổ bi lắp ở hai nắp Các ổ

bi đợc bôi trơn bằng mỡ đặc Để giảm tiếng ồn, một số kết cấu có thể thay ổ bibằng ổ trợt

Dẫn động máy phát: đợc 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 máyphát

a Đặc tính tự kích thích: là đồ thị biểu diễn quan hệ Umf=f(n) vớinhững dòng điện tải (Imf) khác nhau (hình 2.38a)

32

Hình 2.37 Giá đỡ

chổi điện

1- Thân giá đỡ; 2- Chổi điện; 3- Đòn ép; 4- Lò

xo

Trang 33

Đặc tính này cho phép đánh giá hiệu suất sử dụng mạch từ của máyphát Khi số vòng quay tăng lên thì thế hiệu máy phát tăng theo Số vòng quay màtại đó thế hiệu của máy phát đạt đến giá trị định mức đợc gọi là số vòng quay ban

đầu

Rõ ràng số vòng quay ban đầu tăng theo mức tải của máy phát vàmáy phát nào có số vòng quay ban đầu nhỏ hơn thì chất lợng sử dụng mạch từ caohơn và khả năng nạp ắc quy tốt hơn

b Đặc tính ngoài: là các đờng biểu diễn quan hệ Umf=f(Imf) khin=const (hình 2.39)

Đặc tính này liên quan đến qua strình sử dụng và các phơng án điềuchỉnh thế hiệu và dòng điện của máy phát Từ đồ thị có thể thấy rằng: khi tăng sốvòng quay của máy phát, đặc tính ngoài của nó có xu hớng dịch lên trên và sangphải Song ở mỗi số vòng quay khi dòng điện tải tăng thì thế hiệu của nó giảm vàquá các điểm tới hạn thì thế hiệu máy phát giảm rất nhanh đến không

c Đặc tính tải: là đồ thị biểu diễn quan hệ Imf=f(n) (hình 2.40) Nócho phép đánh giá khả năng làm việc của máy phát khi có tải ở những số vòngquay khác nhau

Trang 34

Đờng nằm ngang trên đồ thị là giá trị định mức của dòng điện tải.Giá trị này đợc giới hạn bởi rơ le hạn chế dòng điện.

d Đặc tính nhiệt: (hình 2.41) là các đờng biểu diễn quan hệ

tiO=f(t) với Imf=const và n=const ở đây tiO- là nhiệt độ của chi tiết thứ i đợc đo; thời gian làm việc của máy phát

t-Đặc tính nhiệt cho thấy mức độ đốt nóng các chi tiết máy phát Đồthị trên hình 2.41 cho thấy: ban đầu nhiệt độ các chi tiết tăng nhanh Sau đó(khoảng 90 phút) mức tăng nhiệt độ giảm dần và nhiệt độ đạt giá trị tơng đối ổn

định Trong cùng một khoảng thời gian làm việc nh nhau thì nhiệt độ của phầnứng và vành đổi điện cao nhất còn nhiệt độ của cuộn kích thích và vỏ máy phát t-

ơng đối thấp

2.2.3 Máy phát điện xoay chiều

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

Các máy phát kích thích bằng NCVC, do công suất hạn chế nênchủ yếu chỉ đợc sử dụng trên xe máy và máy kéo Gần đây, kỹ thuật đã chế tạo đ-

ợc những hợp kim từ mới có chất lợng cao, nên loại máy phát này bắt đầu có khảnăng sử dụng đợc trên ô tô

Máy phát kích thích bằng NCVC có loại một pha và ba pha Loại

ba pha công suất có thể đạt tới 400VA hoặc lớn hơn

Máy phát NCVC có nhiều u điểm hơn hẳn các máy phát kích thích

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

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

2.2.3.1 Máy phát xoay chiều kích thích bằng NCVC

a Đặc điểm cấu tạo:

Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều kích thích bằng NCVC gồmhai phần chính là rôto và stato

+ Rôto: Phần lớn các máy phát đang đợc 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 2.42) Nó có u điểm là

chế tạo đơn giản, nhng nhợc điểm là hiệu suất sử dụng nam châm thấp Vì thếchúng chỉ đợc sử dụng ở các máy phát cỡ nhỏ công suất  100 VA

Thông dụng nhất là loại rôto nam châm hình sao (hình 2.43 và

2.44) Loại này có u điểm là hệ số sử dụng vật liệu lớn Số cực nam châm thờng làsáu, vì nếu tăng số cực lên nữa thì hệ số sử dụng vật liệu lại kém đi

Nhợc điểm của rôto nam châm hình sao là khó nạp từ cho rôto, ờng độ từ trờng và từ cảm yếu, độ bền cơ học thấp

34

Trang 35

Rôto nam châm hình sao đợc sử dụng chủ yếu trong các máy phát

điện của máy kéo với công suất giới hạn khoảng 180 VA

Rôto nam châm hình móng (hình 2.45) ra đời khi xuất hiện các vật

liệu từ mới có lực từ kháng lớn, cho phép chế tạo các nam châm mạnh

Trang 36

Nam châm cơ dạng hình trụ rỗng đợc nạp từ theo chiều trục Hai

đầu của nó đặt hai tấm bích bằng thép ít các bon, có các vấu cực nhô ra nh nhữngchiếc móng Các móng cực của hai bích đợc bố trí xen kẽ nhau Do chịu ảnh hởngcủa hai cực từ khác dấu ở hai mặt đầu của nam châm, nên các móng cực của mỗitấm bích cũng mang cực tính của cực từ tiếp xúc với nó Nh vậy các móng của haitấm bích trở thành những cực khác tên xen kẽ nhau của rôto

Để tránh mất mát từ, thờng thờng trục rôto đợc chế tạo bằng thépkhông dẫn từ hay nam châm đợc đặt lên trục qua một ống lót không dẫn từ

Rôto hình móng có một loạt các u điểm, nh:

- Nạp từ có thể tiến hành sau lắp ghép;

đặc biệt để đảm bảo từ thông tổng cần thiết Do đó giảm đợc kích ớcđờng kính của nam châm hoặc tăng công suất của máy phát.

th-+ Stato: của máy phát là một khối thép từ hình trụ rỗng, ghép từ

các lá thép điện kỹ thuật đợc cách điện với nhau bằng sơn cách điện để giảm dòngfucô Mặt trong của stato có các vấu cực để quấn các cuộn dây phần ứng (hình2.46)

b Đặc tính tốc độ - phụ tải và vấn đề điều chỉnh điện áp trên phụ tải:

Máy phát điện nói chung có một số đặc tính cơ bản khác nhau ở

đây ta chỉ giới hạn xét một đặc tính cơ bản, đặc trng nhất cho sự làm việc của máy

phát trên ôtô máy kéo và liên quan đến vấn đề điều chỉnh điện áp là đặc tính tốc

độ - phụ tải của nó.

Đờng đặc tính này biểu diễn quan hệ Umf=f(n) với các phụ tải (Rt

a 60

pN

Ce  , ở đây: p - Số cặp cực; a - Số đôi nhánh song song củacuộn dây; N - Số vòng dây của cuộn dây phần ứng);

0 - Từ thông của một cặp cực nam châm ở chế độ không tải, Wb;

n - Số vòng quay của rôto, vg/ph

Do đó khi không tải, thế hiệu máy phát tỷ lệ thuận với số vòng quay của nó

(2.15)

Trang 37

- Khi đóng mạch phụ tải, trong cuộn dây stato sẽ xuất hiện dòng

điện tải:

2 L

2 t

mf

x)Rr

EI

60

pn ( 2 L f 2

ở đây:

f - Tần số của dòng cảm ứng trong cuộn dây stato;

L - Hệ số tự cảm của cuộn dây;

2 t

0 e mf

nC)Rr

nCI

2 t

0 e t

mf

nC)Rr

nCR

IU

nCI

t

0 e mf







t t

0 e

)Rr

nCU







Nh vậy khi n nhỏ: dòng điện và thế hiệu máy phát gần nh tăng tỷ lệ với số

Hình 2.47 Đặc tính tốc độ - phụ tải của máy

phát xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu

Vùng làm việc

U

1

(2.16)

(2.17)

(2.18)

(2.19)

(2.20)

(2.21)

Trang 38

vòng quay và đặc tính trùng với đờng thẳng.

- Khi số vòng quay tăng lên, giá trị (Cxn) tăng lớn dần, còn tổng trở(r+Rt) hầu nh không đổi Vì thế tốc độ tăng dòng điện và thế hiệu giảm dần, không

còn tỷ lệ thuận với số vòng quay nữa Đặc tính ngày càng lệch khỏi đờng thẳng

Thế hiệu máy phát không chỉ phụ thuộc vào số vòng quay mà còn phụthuộc vào giá trị phụ tải Vì thế để đảm bảo cho thế hiệu máy phát tơng đối ổn

định, không sai lệch khỏi giá trị định mức nhiều (tức là U1 và U2 nằm trong giới

hạn cho phép) khi tốc độ của máy phát thay đổi từ n min đến n max thì phụ tải cũngphải tơng đối ổn định và có giá trị định mức hợp lý (nh đờng R = 2,2  trên đồ thịhình 2.47)

Tuy vậy trong sử dụng, không phải lúc nào phụ tải cũng có gia trị bằng

định mức, mà nó luôn luôn thay đổi Sự thay đổi này có thể làm cho thế hiệu máy

phát tăng hoặc giảm quá giới hạn cho phép Đó là nhợc điểm hạn chế rất nhiều khả năng sử dụng các máy phát điện xoay chiều kích thích bằng NCVC.

Để khắc phục nhợc điểm trên, ngời ta đã sử dụng các biện pháp nh:

- Phân nhánh mạch từ và mạch điện (cuộn dây stato) của máy phát (hình

Để ổn định thế hiệu máy phát khi số vòng quay thay đổi có thể dùng nam châm ghép và bộ điều chỉnh ly tâm nh trên hình 2.49 và trong máy phát GT1-A

(hình 2.50) để điều chỉnh từ thông tổng của các nam châm tuy vậy, biện pháp nàylàm phức tạp kết cấu, giảm độ tin cậy và tuổi thọ chung của máy phát

38

Hình 2.48 Sơ đồ phân nhánh mạch từ và mạch điện của máy

phát xoay chiều kích thích bằng NCVC

a- Phân nhánh mạch từ và mạch điện; b- Phân nhánh mạch

điện; c- Sơ đồ nguyên lý; 1, 2, 3- Các cuộn dây

Hình 2.49 ổn định thế hiệu máy phát bằng nam châm

ghép và bộ điều chỉnh ly tâm (ĐCLT)

a- Rô to; b- Các đặc tính : 1- Không tải; 2, 3, 4 và 5- Đặc tính khi nối t ơng ứng các đèn thế hiệu 12 V, 32 nến

đ m

Vùng làm việc

Đ CLT

Trang 39

Biện pháp đơn giản nhất để ổn định thế hiệu của máy phát khi n thay đổi

là biện pháp điều chỉnh thông số (nhờ các quá trình xảy ra ngay trong bản thân

máy phát) bằng cách mắc nối tiếp với phụ tải một cuộn cản (hình 2.51)

Khi số vòng quay của máy phát tăng thì trở kháng của cuộn cản tăng theo,hạn chế sự tăng điện áp trên phụ tải Tuy vậy sơ đồ này có nhợc điểm là hiệu quảcủa nó phụ thuộc nhiều vào giá trị phụ tải, khi tải nhỏ rất khó giữ cho điện áp trênphụ tải đợc ổn định

Để khắc phục nhợc điểm trên, ngời ta mắc thêm một biến trở song song vớiphụ tải (hình 2.52) Khi n và sức điện động của máy phát tăng, thì điện trở củabiến trở sẽ giảm làm tăng dòng đi qua nó, tăng độ rơi thế trên cuộn cản xL và giữcho điện áp trên phụ tải tơng đối ổn định Trên hình 2.53 là sơ đồ thực hiệnnguyên lý này:

Vai trò của biến trở Z ở đây là cuộn cản WC2 Trở kháng của nó khi n tănggiảm đi, do n tăng làm tăng dòng qua cuộn dây từ hoá phụ Wn và do đó tăng mứcbão hoà từ của lõi thép Cuộn từ hoá phụ Wn đợc cung cấp bằng dòng một chiều từ

bọ chỉnh lu cầu bốn điốt bán dẫn

Nhợc điểm chung của các sơ đồ dùng biến trở mắc song song với phụ tải

Hình 2.50 Máy phát điện GT1-A.

1- Nam châm; 2- Chùm cực; 3- ống hợp kim không dẫn từ; 5- Cuộn dây stato; 6- Nam châm di động; 7- Quả văng ly tâm; 8- Cam; 9-

Lò xo; 10- Nắp tr ớc; 11- Nắp sau

Hình 2.51 Mắc nối tiếp

cuộn cản trong mạch phụ tải

Hình 2.52 Mắc nối tiếp cuộn

cản và một biến trở song song với

phụ tải

Trang 40

chính là làm tổn hao vô ích một phần công suất đáng kể trên các biến trở đó.

2.2.3.2 Máy phát xoay chiều kích thích kiểu điện từ

Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ dùng cho ô tômáy 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 (hình 2.54):

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 lu (bộ chỉnh l có

thể tính hoặc không tính vào thành phần cấu tạo của máy phát, tuỳ theo nó đợc đặt

trong máy phát hay riêng biệt bên ngoài)

+ Rôto: gồm hai chùm cực hình móng (2- hình 2.54 hay 1 và

4-hình 2.55) lắp then trên trục Giữa các chùm cực có cuộn dây kích thích 3 đặt trêntrục qua ống lót bằng thép Các đầu của cuộn dây kích thích đợc nối với các vòngtiếp điện 9 gắn trên trục máy phát Trục của rôto đợc đặt trên các ổ bi lắp trong cácnắp 6 và 7 bằng hợp kim nhôm

đỡ

Hình 2.55 Các chi tiết chính của rô to máy phát.

1 và 2- Các nửa rô to trái và phải; 3- Cuộn kích thích; 4- Các má cực; 5- Đầu ra cuộn kích thích; 6- Then; 7- Đai ốc và vòng đệm; 8- Trục lắp vòng tiếp điện; 9- các vòng tiếp điện; 10- Các đầu dây dẫn

Định dạng
Số trang	140
Dung lượng	9,02 MB