xây dựng hệ thống cung cấp điện trên sa bàn điện ôtô

Đặc biệt như xu hướng gần đây phát triển động cơ chạy bằngđiện động cơ Hybrit thì vai trò của hệ thống cung cấp càng có ý nghĩa quan trọng.Ban đầu sơ khai người ta sử dụng cả máy phát đi

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đây nền khoa học kỹ thuật trên thế giới đã có những bước tiến rấtmạnh mẽ Có rất nhiều các thành tựu khoa học tiên tiến được ứng dụng rộng rãi vàođời sống và phát triển kinh tế, đặc biệt là trong lĩnh vực giao thông vận tải

Trong nền công nghiệp chế tạo ô tô của thế giới hiện nay đã có sự phát triển rấtlớn và đang tạo đà cho khả năng phát triển nhanh chóng trong tương lai tới đây Cùngvới sự phát triển của khoa học, ngành công nghiệp ôtô cũng không ngừng đưa đến chongười tiêu dùng công nghệ mới Nó khiến xe ô tô không những trở nên tiện nghi antoàn hơn mà còn thân thiện với môi trường Ngành công nghiệp ô tô hiện nay đã đưavào sử dụng các công nghệ hết sức tiên tiến vào chế tạo và lắp đặt ô tô như sử dụng hệthống chiếu sáng, hệ thống cung cấp điện, hay như hệ thống đánh lửa…

Ở Việt Nam nghành công nghiệp ô tô đa phần là lắp ráp và sử dụng Tuy nhiênvới sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật trên thế giới mà các công ty đãdần đưa các công nghệ tiên tiến hiện đại ứng dụng vào chế tạo và lắp đặt ô tô Trong

đó lĩnh vực về hệ thống cung cấp điện là một phần rất quan trọng

Trong phạm vi trường “Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng yên” những năm gần đâykhoa cơ khí động lực đã có rất nhiều đổi mới về công nghệ kỹ thuật phục vụ tronggiảng dạy Các tài liệu và mô hình sử dụng trong công tác đào tạo luôn luôn được đổimới giúp cho học sinh, sinh viên có điều kiện tiếp xúc và học tập tốt nhất có thể bắtkịp với các công nghệ hiện đại sử dụng trong nghành công nghiệp ô tô hiện nay Tuyvậy lĩnh vực về cung cấp điện vẫn còn hạn chế số lượng chưa nhiều

Nhận thấy đây là một lĩnh vực cần thiết và rất quan trọng trong ngành công

nghiệp ô tô hiện nay chúng em đã được định hướng và thực hiện đề tài “Xây dựng hệ thống cung cấp điện trên sa bàn điện ô tô” Đề tài sẽ thực hiện việc nghiên cứu kết

cấu, xây dựng phương án, chế tạo mô hình cung cấp điện và nội dung thực hành cho

mô hình Đề tài được thực hiện bởi sự hướng dẫn của thầy ThS Lê Anh Vũ cùng với

các thầy cô khác trong khoa Đề tài được thực hiện và hoàn thành tại khoa cơ khí độnglực trường đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng yên

Tuy vậy đề tài còn nhiều thiếu sót kính mong các thầy cô đóng góp ý kiến để đềtài chúng em được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn Hưng Yên, ngày… tháng 6 năm 2013 Sinh viên thực hiện:

Hoàng Cao Sơn

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

1.1 Nhiệm và yêu cầu của hệ thống cung cấp điện

1.1.1 Nhiệm vụ của hệ thống khởi động

Hệ thống cung cấp điện là một bộ phận quan trọng không thể thiếu được trên ôtô,

hệ thống điện là một trong những nhân tố quyết định đến khả năng làm việc hiệu quảcao hay thấp của toàn xe Đặc biệt như xu hướng gần đây phát triển động cơ chạy bằngđiện (động cơ Hybrit) thì vai trò của hệ thống cung cấp càng có ý nghĩa quan trọng.Ban đầu sơ khai người ta sử dụng cả máy phát điện một chiều và máy phát mộtchiều chúng chỉ là dùng những loại máy phát đơn giản có điện áp phát ra không ổnđịnh làm giảm tuổi thọ của các thiết bị dùng trên xe dẫn đến tính kinh tế không cao Cho đến nay đa số các xe máy, thiết bị đều dùng đến máy phát điện xoay chiều trừmột số loại xe chuyên dùng sử dụng máy phát một chiều, do ưu điểm của máy phátđiện xoay chiều vượt trội hơn nhiều so với máy phát một chiều

Máy phát xoay chiều đã sử dụng các diot để nắn dòng điện xoay chiều thành dòng mộtchiều và dùng bộ tiết chế để điều chỉnh điện áp

Ban đầu bộ tiết chế đơn giản chỉ là điều khiển cơ khí bình thường với sự đóng mởcủa các tiếp điểm theo kiểu rung, rồi người nhật bắt đầu chế tạo ra bộ điều chỉnh thếhiệu bán dẫn có tiếp điểm

Và cho đến nay hầu hết các xe đều dung tiết chế bán dẫn không tiếp điểm và tiếtchế vi mạch có hiệu quả và tính chính xác cao

Hệ thống cung cấp điện gồm có: Ắc quy - máy phát điện (Dinamo, generateur) là

nguồn điện và bộ chỉnh điện (tiết chế)

Một hệ thống cung cấp điện trang bị trên xe cung cấp nguồn một chiều cho những

hệ thống và các thiết bị khác trên ôtô Tuy nhiên Ắc quy sẽ phóng điện khi động cơdừng và dần hết điện

Hệ thống cung cấp điện sử dụng sự quay của động cơ để phát sinh ra điện Nókhông những cung cấp điện năng cho những hệ thống và thiết bị điện khác mà còn nạpđiện cho Ắc quy trong lúc động cơ đang hoạt động

Nhiệm vụ của hệ thống cung cấp điện là cung cấp năng lượng điện cho các phụ tảitrên ô tô với một điện thế ổn định trong mọi điều kiện làm việc của động cơ

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp điện cho xe phu tải 1.1.2 Yêu cầu của hệ thống cung cấp điện

Chế độ làm việc của ô tô luôn luôn thay đổi có ảnh trực tiếp đến chế độ làm việccủa hệ thống cung cấp điện Do xuất phát từ điều kiện luôn phải đảm bảo các phụ tảilàm việc bình thường Hệ thống cung cấp điện phải đảm bảo các yêu cầu sau :

+ Đảm bảo độ tin cậy tối đa của hệ thống, điều chỉnh tự động trong mọi điều kiện

sử dụng của ô tô

+ Đảm bảo nạp điện tốt cho Ắc quyvà đảm bảo khởi động động cơ ôtô dễ dàng với

độ tin cậy cao

+ Kết cấu đơn giản và hoàn toàn tự động làm việc ở mọi chế độ

+ Chăm sóc và bảo dưỡng kỹ thuật ít nhất trong qua trình sử dụng

+ Có độ bền cơ khí cao đảm bảo chịu rung và chịu sóc tốt

+ Đảm bảo thời hạn phục vụ lâu dài

+ Cung cấp năng lượng điện đến cho các phụ tải trên ôtô với một điện thế ổn địnhtrong mọi điều kiện làm việc của động cơ

1.2 Phân loại hệ thống cung cấp điện

Theo các xe khác nhau dùng loại máy phát khác nhau ta có cách phân loại:

+ Hệ thống cung cấp dùng máy phát điện xoay chiều

HT chiếu sáng

HT gạt mưa vxông kính

HT tín hiệu

HT điều hoà KK

HT khoá cửa

HT đ.khiển phanh

HTĐK túi khí

HT giải trí trên xe

HT thông tin

Theo điện áp cung cấp ta có thể phân loại sau:

+ Hệ thống cung cấp điện dùng máy phát 12V

+ Hệ thống cung cấp dùng máy phát điện 24V

Với máy phát điện một chiều ta có thể phân loại:

+ Loại điều chỉnh trong (dùng chổi điện thứ 3)

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

Với máy phát điện xoay chiều ta có thể phân loại:

+ Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu

+ Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ

4

1.3.2 Các thiết bị chính

Hình 1.3 Ắc quy cung cấp đến các hệ thống khác trên ô tô

Hình 1.4 Vị trí lắp máy phát điện trên ôtô

Hình 1.5 Vị trí chi tiết,Ắc quy trên hệ thống cung cấp điện trên xe Toyota

1.3.3 Mạch điện của hệ thống câp điện trên mô hình

1.3.3.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp điện trên Sa bàn

Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống cung cấp điện trên Sa bàn

1.3.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống cung cấp điện trên mô hình:

- Trong máy phát điện một chiều rôto điện quay, phần cảm ứng đứng trong máyphát điện xoay chiều, ngược lại: phần ứng điện đứng, phần cảm điện quay

Hình 1.7 Nguyên lý sinh điện của máy phát điện xoay chiều

- Hình vẽ trên giới thiệu nguyên lý một máy phát điện xoay chiều đơn giản: gồmmột nam châm vĩnh cửu quay trong vòng dây ứng điện.

- Khi nam châm quay đường sức từ của nam châm cắt qua khung dây làm chotrong khung dây xuất hiện sức điện động cảm ứng xoay chiều(chiều của dòng điệnđược xác định bằng quy tắc bàn tay phải)

Hình 1.8 Góc quay của khung dây

- Khi lực của nam châm quét ngang nhánh dây ứng bên phải dòng điện ở mạchngoài chạy từ B – A ( hình a) Nam châm quay 180o, cực nam châm quét ngang quanhánh dây bên phải dòng điện ứng trong mạch ngoài chạy từ A sang B( hình b) dòngđiện phát sinh trong vòng dây ứng là dòng điện xoay chiều.- Để phù hợp với yêu cầulắp đặt trong ôtô người ta sử dụng nam châm điện thay cho nam châm vĩnh cửu

Nhận xét: Để nâng cao công suất thì máy phát được dùng là loại máy phát điệnđồng bộ ba pha gồm ba cuộn dây pha được đặt lệch nhau 120o trong không gian

Hình 1.9 Đường cong biến đổi điện áp ra máy phát điện xoay chiều ba pha

- Sức mạnh của dòng điện ứng phụ thuộc vào ba yếu tố:

+ Sức mạnh của từ trường phần cảm điện.

+ Số vòng dây điện ứng

1.3.3.3 Nguyên lý phát điện chung của máy phát điện xoay chiều

- Khi cung cấp điện cho cuộn dây kích từ trong rôto thì sẽ tạo ra các cực từ xen kẽ ởhai chùm vấu cực Như vậy sẽ tạo ra từ thông kép kín qua vấu cực của rôto và khung

Hình 1.10 Nguyên lý máy phát ba pha trên ô tô sau một chu kỳ

Nếu cho rôto quay sẽ làm cho các vòng dây điện của Stato cắt các từ trường ( theohướng vuông góc) theo định luật cảm ứng điện từ trên các vòng dây sẽ xuất hiện mộtsuất điện động cảm ứng, theo công thức ta có suất điện động ở mỗi pha là E= 4,44KW.§ W Фo

Trong đó:

KW: là hệ số của cuộn dây cảm ứng

§: là tần số của suất điện động §= P.N/60

W: tổng số vòng dây trong một pha cuộn dây phần ứng

Фo : từ thông giữa khe hở Stato và Rôto

P: số đôi cực từ máy phát

- Như vậy tại ba đầu dây ra của ba cuộn dây phần ứng sẽ có dòng điện xoay chiều

ba pha dạng hình sin, có tần số như nhau, biên độ như nhau với góc lệch pha là 120o

1.4 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của từng chi tiết trong hệ thống cung cấp điện

Hình 1.11 Ắc quy

1.4.1.1 Cấu tạo của một ngăn

Cơ sở cho hoạt động của Ắc quy là các ngăn của Ắc quy Các bản cực âm và bảncực dương được nối riêng rẽ với nhau Các nhóm bản cực âm và bản cực dương nàyđược đặt xen kẽ với nhau và ngăn cách bằng các tấm ngăn có lỗ thông nhỏ Kết hợpvới nhau, các bản cực và tấm ngăn tạo nên một ngăn của accu Việc kết nối bản cựctheo cách này tăng bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu hoạt tính và chất điện phân Điều đócho phép cung cấp một lượng điện nhiều hơn Mặt khác dung lượng của bình Ắc quytăng lên vì diện tích bề mặt tăng lên Càng nhiều diện tích bề mặt đồng nghĩa với việc

Ắc quy cung cấp điện nhiều hơn

Hình 1.13 Cấu tạo một Ắc quy đơn

1.4.1.2 Bản cực

Bản cực Ắc quy được cấu trúc từ một khung sườn làm bằng hợp kim chì có chứaAntimony hay Canxi Khung sườn này là một lưới phẳng, mỏng Lưới tạo nên khungcần thiết để dán vật liệu hoạt tính lên nó, cả ở bản cực âm và bản cực dương Vật liệuhoạt tính được dán lên ở bản cực dương là chì oxide (PbO2) và ở bản cực âm là chì xốp(Pb)

Hình 1.14 Cấu tạo bản cực Hình 1.15 Chất điện phân

1.4.1.3 Chất điện phân

Chất điện phân trong bình Ắc quy là hỗn hợp 36% acid sulfuric (H2SO4) và 64%nước cất (H2O) Dung dịch điện phân trên accu ngày nay có tỷ trọng là 1.270 (ở 200 C)khi nạp đầy Tỷ trọng là trọng lượng của một thể tích chất lỏng so sánh với trọnglượng của nước với cùng một thể tích Tỷ trọng càng cao thì chất lỏng càng đặc

Một tỷ trọng kế được sử dụng để đo tỷ trọng của dung dịch điện phân Chất điệnphân trong bình accu đã được nạp điện thì mạnh hơn và nặng hơn chất điện phân trongaccu đã phóng điện

Những cẩn trọng khi sử dụng Ắc quy:Chất điện phân trong bình Ắc quy là hỗn

hợp của acid sulfuric và nước Acid sulfuric thì có tính ăn mòn rất cao và có thể gâythương tích trên da và mắt Luôn luôn mang đồ bảo hộ khi tiếp xúc với bình accu Khi

bị dung dịch acid dính vào tay phải rửa ngay bằng nhiều nước, khi văng vào mắt phảirửa bằng nước ngay và khám y tế càng sớm càng tốt Khi nạp Ắc quy, khí Hydrogeneđược giải phóng vì vậy phải tránh Sa ngọn lửa và tia lửa điện nếu không có thể gây racháy nổ nghiêm trọng

1.4.1.4 Vỏ Ắc quy

Vỏ Ắc quy giữ các điện cực và các ngăn riêng rẽ của bình Ắc quy Nó được chiathành 6 phần hay 6 ngăn Các bản cực được đặt trên các gờ đỡ, giúp cho các bản cựckhông bị ngắn mạch khi có vật liệu hoạt tính rơi xuống đáy Ắc quy Vỏ được làm từpolypropylen, cao su cứng, và plastic Một vài nhà sản xuất làm vỏ Ắc quy có thể nhìnxuyên qua để có thể nhìn thấy được mực dung dịch điện phân mà không cần mở nắp

Ắc quy Đối với loại này thường có hai đường để chỉ mực thấp (lower) và cao (upper)bên ngoài vỏ

Hình 1.16 Vỏ Ắc quy Hình 1.17 Nắp thông hơi

Hầu hết các ắcquy ngày nay thiết kế một dãy nắp thông hơi để có thể chụp chonhiều ngăn Dãy nắp thông hơi được thiết kế để hơi acid ngưng tụ và rơi trở lại ắcquy

và cho phép hydrogene bay hơi

1.4.1.5 Cọc Ắc quy

Có 3 loại cọc bình Ắc quy được sử dụng, loại đỉnh, loại cạnh và loại L Loại trênđỉnh thông dụng nhất trên ô tô Loại này có cọc được vát xiêng Loại cạnh là loại đặctrưng của hãng General Motors, loại L được dùng trên tàu thuỷ

Hình 1.18 Cọc Ắc quy

Ký hiệu trên cọc Ắc quy:

Ký hiệu trên cọc Ắc quy để nhận biết cực dương hay âm Thông thường, ký hiệu

"+" để chỉ cực dương, "-" để chỉ cực âm Đôi khi, các ký hiệu "POS" và "NEG" cũngđược sử dụng để ký hiệu cực dương và cực âm Trên loại accu có cọc là loai đỉnh, đầucủa cọc dương thường lớn hơn cực âm, mục đích để dễ phân biệt

Hình 1.21 Cửa xem tỷ trọng

1.4.1.7 Nguyên lý hoạt động

- Khi động cơ hoạt động nhờ dẫn động dây đai kéo máy phát quay Cuộn dây kíchthích đã được cấp điện từ acqui Rôto quay làm từ thông biến thiên trong cuộn dâykích thích dẫn tới hai chùm cực từ trở thành hai cực của nam châm, các cực này xếpxen kẽ nhau nên đường sức từ đi từ cực này sang cực khác nối tiếp nhau quay bêntrong phần ứng (stato) Làm phần ứng cảm ứng một suất điện động đưa ra ngoài qua

bộ chỉnh lưu thành dòng một chiều, dòng điện này được ổn định nhờ bộ tiết chế và đưa

ra ngoài cấp cho các phụ tải, nạp điện cho Ắc quy

- Hai kim loại không giống nhau đặt trong dung dịch acid sẽ sinh ra hiệu điện thếgiữa hai cực Cực dương làm bằng chì oxide PbO2, cực âm làm bằng chì Pb Dungdịch điện phân là hỗn hợp acid sunfuric và nước Chúng tạo nên một phần tử của ngăn

Hình 1.22 Hoạt động Ắc quy Hình 1.23 Điện áp Ắc quy

Ắc quy chứa điện ở dạng hoá năng Thông qua phản ứng hoá học, Ắc quy sinh ra

và giải phóng điện vì các nhu cầu của hệ thống điện và các thiết bị điện Khi Ắc quymất đi hoá năng trong quá trình này, accu cần được nạp điện lại bằng máy phát Bằngdòng điện ngược đi qua accu, quá trình hoá học được phục hồi, vì vậy nạp cho bình Ắcquy Chu trình phóng nạp được lặp lại liên tục và được gọi là chu trình của Ắc quy Mỗi một ngăn có điện áp xấp xỉ 2.1V không xét đến kích cỡ và số lượng các bản cực Ắc

1.4.1.8 Một số biểu thức tính toán cơ bản đối với máy phát điện xoay chiều

a, Thống kê các phụ tải có thể có trên xe ôtô cùng công suất

+ Tiêu thụ điện của các tải điện hoạt động liên tục

+ Tải điện hoạt động gián đoạn

Tải hoạt động gián đoạn Giá trị

1.4.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các phần tử trong máy phát

Gồm các bộ phận chính sau: Rôto( phần cảm), Stato( phần ứng), bộ chỉnh lưu,

ngoài ra còn có nắp trước và nắp sau, bộ điều chỉnh điện( tiết chế)

1.4.2.1 Rotor

Chức năng : tạo ra từ trường và xoay để tạo ra sức điện động trong cuộn dây stator.Các thành phần chính : cuộn dây rotor, cực từ, trục

Hình 1.24 Rotor

1.4.2.2 Chổi than và vòng tiếp điện:

- Chức năng: cho dòng điện chạy qua rotor để tạo ra từ trường.

- Các thành phần chính: Chổi than, Lò xo, Vòng kẹp chổi than, Vòng tiếp điệnchổi than làm bằng grafít - kim loại với tính chất đặc biệt có điện trở nhỏ và được phủmột lớp đặc biệt chống mòn

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 1.27 Đấu hình sao và đấu hình tam giác

Cuộn dây stator gồm 3 cuộn dây riêng biệt Trong cách mắc hình sao, đầu chungcủa 3 cuộn dây được nối thành đầu trung hòa

Hình 1.29 Tiết chế vi mạch

1.4.2.5 Tiết chế vi mạch

- Vai trò của tiết chế: Điều chỉnh dòng điện kích từ (đến cuộn dây rotor) để kiểm

soát điện áp phát ra, theo dõi tình trạng phát điện và báo khi có hư hỏng

- Các thành phần chính: Vi mạch, Phiến tản nhiệt, Giắc cắm

Tiết chế và vi mạch có hai loại tùy thuộc vào cách nhật biết điện áp sạc:

Loại D: Nhận biết điện áp sạc ở đầu ra của máy phát và điều chỉnh nó luôn ở mộtkhoảng xác định

Hình 1.30 Tiết chế loại D

Loại M: Nhận biết điện áp tại accu đồng thời điều chỉnh dòng ra ở một khỏang xácđịnh

Hình 1.31 Tiết chế loại M

1.4.2.6 Quạt

Vai trò của quạt: Khi quạt quay, không khí được hút qua các lỗ trống làm mátcuộn rotor, stator và bộ chỉnh lưu làm giảm nhiệt độ của các bộ phận này ở mức cho phép.Đặc điểm:

- Có hai quạt hút từ hai phía để cung cấp đủ lượng gió cần thiết

- Không khí mát được hướng vào cuộn stator, nơi phát sinh ra nhiều nhiệt nhất

Một phụ tải điện sẽ sinh ra nhiệt khi dòng đi qua Bộ xông kính chẳng hạn, nó đã sử dụngnhiệt này Máy phát sinh nhiệt ở nhiều dạng khác nhau như trình bày ở phần trên Chúng baogồm : nhiệt sinh ra trên vật dẫn (ở các cuộn dây và diode), trên các lõi thép do dòng fuco và

do ma sát (ở ổ bi, chổi than và với không khí) Nhiệt sinh ra làm giảm hiệu suất của máy phát.1.5 Tính cấp thiết của đề tài.

Hiện nay với tốc độ phát triển mạnh mẽ của khoa học và công nghệ, kĩ thuật trênthế giới Từ đó yêu cầu các kĩ sư, người lao động cần có kiến thức chuyên ngành nhấtđịnh, tay nghề cao, thành thạo thực hành chuyên môn Vì vậy các kĩ sư tương lai,những sinh viên đang trong quá trình được đào tạo cần được tìm hiểu, học tập, tiếp cậnvới những công nghệ hiện đại, những ứng dụng công nghệ tiên tiến nhất

Chính vì thế việc đổi mới phương pháp dạy và học là vấn đề cấp thiết, dựa trênquan điểm nhằm nâng cao tính tích cực của người học thông qua việc hướng dẫn củagiáo viên đang được áp dụng rộng rãi Sự phát triển đã làm thay đổi không chỉ cáchgiảng mà còn thay đổi cả quá trình tổ chức dạy học, ứng dụng công nghệ dạy học,phương tiện kỹ thuật trong giảng dạy…do đó khắc phục được nhược điểm của phươngpháp cũ, tạo ra chất lượng của phương pháp mới cho giáo dục – đào tạo, đây cũng làchủ trương của nhà nước đề ra: đổi mới mạnh mẽ nội dung và phương pháp dạy học,học tập, chú trọng chất lượng Đặc biệt đối với ngành cơ khí ô tô, việc nghiên cứu chếtạo mô hình phục vụ cho công tác dạy và học là nhu cầu cấp thiết

Ngoài ra, nhằm cập nhật những công nghệ mới và nhằm tăng tính trực quan hoátrong dạy và học, với mục đích nâng cao chất lượng dạy và học Các mô hình này

được chế tạo và thiết kế đầy đủ với các hệ thống nói chung Song đó còn có các bàigiảng mẫu dưới dạng phiếu thực hành giúp cho việc giảng dạy và học tập trên mô hìnhđạt kết quả cao nhất Chính vì lẽ đó, nhóm sinh viên chúng em định hướng nghiên cứu

“Xây dựng mô hình hệ thống cung cấp điện trên sa bàn điện”.Giúp sinh viên có cáinhìn toàn diện và sâu sắc về hệ thống mà đề tài đã giao

1.6 Mục tiêu đề tài

- Tìm hiểu về hệ thống cung cấp điện trên ô tô

- Lập các phương án chế tạo mô hình cho hệ thống cung cấp điện

- Xây dựng và thiết kế khung và các tấm panel

- Xây dựng nội dung thực hành cho mô hình

- Mô tả khái quát về nguyên lý và kết cấu của hệ thống cung cấp điện trên môhình

- Phục hồi mô hình hệ thống cung cấp điện trên sa bàn điện

Chương 2 : CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TRÊN

SA BÀN 2.1 Mục đích chế tạo mô hình hệ thống cung cấp điện

Trên Ôtô hiện đại, trang bị điện và các hệ thống điều khiển điện tử ngày càng pháttriển hoàn thiện Xu hướng hiện nay là thay thế các phần cơ khí bằng các phần điện tửnhằm đáp ứng nhu cầu: Tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độc hạicủa khí thải, tăng tính an toàn và tiện nghi của ôtô để nắm bắt, nghiên cứu, tìm hiểu vềtrang thiết bị điện và các hệ thống điều khiển điện tử thì các thiết bị băng thu cũng khôngcòn phù hợp để đánh giá các đặc tính của: Máy phát, bộ điều chỉnh điện áp

Do đó việc học tập, tìm hiểu, nghiên cứu của sinh viên gặp nhiều khó khăn Vấn

đề đặt ra là phải có một công cụ khác để thông qua đó giải quyết được các vấn đề sau:

- Phân tích kết cấu khác nhau của các thiết bị trong hệ thống cung cấp điện trênôtô hiện đại: Kết cấu của Ắc quy, máy phát, bộ điều chỉnh điện áp và hộp cầu chì

- Nguyên lý hoạt động của hệ thống cung cấp điện

- Khảo sát sự làm việc đo đạc đánh giá các đặc tính điện áp và dòng điện của thiết bị

- Đo đạc khảo sát thông số phục vụ cho thiết kế mới

- Chuẩn đoán phát hiện các lỗi trong phần tử, mạch điện của hệ thống cung cấpđiện phục vụ cho công tác sửa chữa

- Xây dựng mô hình phục vụ cho mục đích thực hành ,thí nghiệm tìm hiểu nguyên

lý kết cấu ,tháo nắp

- Mô hình hệ thống cung cấp điện trên Sa bàn đáp ứng mục đích thực hành thínghiệm, tìm hiểu nghiên lý, kết cấu tháo lắp phục vụ trong quá trình học tập, củng cốvững trắc kiến thức đã học vận dụng trên mô hình

Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó phương án phục hồi mô hình hệ thống cung cấpđiện trên Sa bàn được thông qua Hệ thống cung cấp điện được xây dựng trên Sa bàngồm có: accu, máy phát điện , khóa điện ,động cơ điện hoàn toàn là thiết bị có thật trên

xe toyota, trông có vẻ rất đơn giản nhưng toát lên được đầy đủ nguyên lý hoạt độngcủa hệ thống cung cấp điện nên rất dễ hiểu giúp người học bám sát vào thực tế ,dễdàng tiếp thu kiến thức và nâng cao được khả năng tư duy mà hệ thống cung cấp điệnmang lại.Từ những cái đơn giản để người học hiểu sâu về nó rồi dần dần sẽ phát triểnnâng cao một hệ thống khởi động trở nên phức tạp và hoàn thiện hơn

2.2 Yêu cầu của mô hình hệ thống cung cấp điện

- Xây dựng hệ thống cung cấp điện trên Sa bàn, đầy đủ các cụm chi tiết , thiết bịhãng xe Toyota

- Mô hình hệ thống cung cấp điện trên Sa bàn hoàn thiện giúp người sử dụng cóthể thực hiện được việc tháo các chi tiết cụm chi tiết, hiểu được cấu tạo nguyên lý làmviệc, lắp ráp hoàn chỉnh hệ thống, vận hành mô hình trên Sa bàn

- Sử dụng mục đích học tập, nghiên cứu thí nghiệm trên mô hình

- Mô hình dùng để kiểm tra trạng thái làm việc và không làm việc của các phần tửcủa hệ thống cung cấp điện

- Đo được các thông số của hệ thống cung cấp điện

- So sánh các đặc tính của các phần tử trong hệ thống cung cấp điện như các đặctính của máy phát, bộ điều chỉnh, đặc tính làm việc đồng thời của máy phát

- Đo được các thông số kĩ thuật: Điện áp pha, Điện áp dây, cường độ dòng vàđiện áp sau chỉnh lưu bằng đồng hồ van năng

- Kết cấu nhỏ gọn, bền đẹp,tạo hứng thú khi được sử dụng và thực hành, thínghiệm trên mô hình

Mô hình hệ thống cung cấp điện trên Sa bàn hoàn thành xây dựng nội dung thựchành thí nghiệm, tìm hiểu nguyên lý, kết cấu tháo lắp, tạo panel phục vụ trong quátrình học tập, củng cố trắc kiến thức đã học vận dụng trên mô hình

2.3 Các phương án chế tạo mô hình

Qua những đánh giá và những phân tích ở trên đề tài nhận thấy tầm quan trọngcủa hệ thống cung cấp điện trong quá trình vận hành của ô tô Việc nghiên cứu về hệthống cung cấp điện trực tiếp trên ô tô gặp rất nhiều khó khăn vì việc khảo sát hệ thốngtrên xe là một vấn đề rất khó khăn, bởi nó liên quan đến nhiều cụm chi tiết rất phứctạp Chính vì vậy đề tài hình thành ý tưởng thiết kế mô hình bao gồm đầy đủ các chitiết của hệ thống cung cấp điện trên xe ôtô Qua đó giúp cho sinh viên thuận lợi hơntrong quá trình học tập

Để giải quyết những vấn đề khó khăn đó, ý tưởng thiết kế và chế tạo mô hình hệthống cung cấp điện Dưới hình thức thu gọn hệ thống cung cấp điện thật trên xe thànhmột mô hình đơn giản, nhỏ gọn, thuận tiện cho việc di chuyển, kết cấu các bộ phận vànguyên lý hoạt động của hệ thống được phù hợp với yêu cầu học tập và nghiên cứu, nhưngvẫn đảm bảo tính thực tế, thể hiện đầy đủ những tính năng của hệ thống trên mô hình

Mô hình hệ thống cung cấp điện giúp cho người học trực quan sinh động, có mộtcái nhìn cụ thể hơn trong qua trình học tập, điều đó giúp cho việc học tập và nghiêncứu đạt hiệu quả cao hơn Đồng thời trên mô hình cụ thể đó sẽ giúp cho người học cókhả năng thực tập, vận hành, kiểm tra các chi tiết của hệ thống một cách rất dễ dàng

Mô hình đảm bảo được sự kết hợp hài hoà và sáng tạo giữa tính khoa học kỹthuật, tính thẩm mỹ và sư phạm, nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập.Căn cứ vào điều kiện thực tế về không gian của xưởng thực tập và cho sự thuậntiện trong việc di chuyển mô hình phục vụ công tác giảng dạy tại các phòng học

Vì vậy, việc thiết kế khung gá phải được lựa chọn phương án tối ưu nhất, khung

gá phải phù hợp, đáp ứng yêu cầu nhỏ gọn và thuận tiện cho việc di chuyển nhưng vẫn

Khung gá phải đảm bảo sự bố trí đầy đủ các chi tiết của hệ thống trên mô hình, sự

bố trí phải phù hợp mang tính khoa học, giúp người học dễ dàng quan sát

Để đi tới thiết kế khung gá cho mô hình hệ thống cung cấp điện, trước đó đã cónhiều giả thuyết đưa ra để lựa chọn và xác định phương án nào là phương án tối ưunhất để bắt tay vào thi công mô hình

2.3.1 Lập các phương án chế tạo mô hình

Xuất phát từ mục đích và yêu cầu thiết yếu của đề tài đề ra những phương án:

Phương án 1: Sa bàn nằm ngang

Hình 2.1 Hình dạng khung sa bàn kiểu nằm ngang

- Thiết kế sa bàn kiểu nằm có mặt thuận lợi mô hình nhỏ gọn kết cấu rất đơn giản

dễ bố chí thiết bị trên mặt phẳng dễ giàng,lực phân bố đều sa bàn rất vững trắc

Thiết kế sa bàn kiểu nằm rất dễ quan sát,quá trình làm mô hình thuận lợi, dễ quansát từ từ mọi góc nhìn, vận hành đơn giản Tuy nhiên việc bố trí mô hình quá đơn điệuvới một mô hình hệ thống cung cấp điện,không kết hợp được nhiều hệ thống trên cùng

mô hình

Phương án 2: Bố chí sa bàn kiểu nằm ngiêng

Hình 2.2 Sa bàn kiểu nằm ngiêng

- Phương án sa bàn nằm ngiêng có kết cấu và hình dáng nhỏ gọn ,di chuyển dễdàng trong những điều kiện chật hẹp,bố chí thiết bị rất thuận lợi, thuận tiện cho côngtác kiểm tra tháo lắp và thao tác, vận hành hệ thống cung cấp điện của sinh viên trongquá trình học

Sinh viên có thể dễ dàng tổng quan bao quát toàn bộ sự hoạt động của hệ thống,dễ

bố trí sinh động tạo thêm hứng thú trong qua trình học của sinh viên.Tuy nhiên môhình đơn điệu chưa kết hợp được nhiều hệ thống trên cùng mô hình

Phương án 3: Bố trí sa bàn kiểu đứng kết hợp nhiều hệ thống

- Phương án bố trí sa bàn kiểu đứng kết hợp nhiều hệ thống có ưu thế rất nổi bật kết

cấu hài hòa, kết cấu đơn giản và hình dáng nhỏ gọn di chuyển dễ dàng trong những điềukiện chật hẹp.Chiếm rất ít diện tích di chuyển dễ dàng trong không gian chật hẹp.Khungchế tạo rất đơn giản và kết hợp được nhiều hệ thống như: hệ thống khởi động,hệ thốngđánh lửa, mô hình hoàn thiện hơn, tạo cảm giác hứng thú cho người sử dụng

+ Nhưng còn mặt han chế sự ổn định trong quá trình làm việc không cao dễ mấtthăng bằng

Phương án 4: Bố trí sa bàn nhiều hệ thống trên mô hình

Hình 2.4 Sa bàn nhiều hệ thống trên mô hình

- Phương án bố trí sa bàn kiểu đứng có ưu điểm nổi trội kết hợp rất nhiều hệ thốngtrên cùng một mô hình, kết cấu các hệ thống hài hòa và mỹ quan rất đẹp,hình dáng nhỏgọn ,di chuyển dễ dàng trong những điều kiện chật hẹp,bố chí thiết bị rất thuận lợi,thuận tiện cho công tác kiểm tra, tháo lắp, vận hành hệ thống trong quá trình học tậpcủa sinh viên

Sinh viên có thể dễ dàng bao quát toàn bộ hoạt động của hệ thống trên Sa bàn, bốtrí sinh động tạo thêm hứng thú trong qua trình học của sinh viên

- Lựa chọn phương án:

+ Mỗi phương án đều có những ưu nhươc điểm riêng đối với những phương án 1,

2, 3 là những phương án lắp đặt hệ thống khởi động riêng biệt Với 3 phương án này

có nhiều rất nhiều ưu điểm thể hiện được rõ ràng chi tiết và nguyên lý làm việc Khilàm việc riêng biệt sẽ vận hành ổn định hơn dễ dàng sử dụng, di chuyển và thực hành,thí nghiệm.Nhưng với mô hình lắp đặt riêng hệ thống cung cấp điện đơn giản chỉ thểhiện được tổng quát 1 hệ thống không thể hiện được các hệ thông liên quan và khi chếtạo chỉ với 1 ắc quy,1 động cơ một chiều, 1 khóa điện và 1 máy phát, khung mô hìnhnhỏ bố trí sẽ rất đơn điệu

+ Với việc kết hợp hệ thống cung cấp điện cùng nhiều hệ thống khác trên một mô

hình như hệ thống khởi động, hệ thống đánh lửa và hệ thống chiếu sáng sẽ gây nhiềuhứng thú cho người học không chỉ đơn thuần kiến thức về hệ thống cung cấp điện màcòn giúp người học tiếp thu được rất nhiều kiến thức về từng hệ thống trên sa bàn mộtcách hiệu quả nhất

+ Qua các căn cứ nêu trên , xuất phát từ những mục đích và yêu cầu cấp thiết của

đề tài đưa ra của việc thiết kế mô hình , điều kiện của xưởng thực tập và để nắm bắttiếp thu kiến thức tốt nhất, nhanh nhất hiệu quả nhất đề ra phương án tối ưu nhất làphương án 4 (hình 2.4) bố trí hệ thống cung cấp điện , hệ thống đánh lửa, hệ thốngkhởi động, hệ thống chiếu sáng trên cùng một sa bàn

2.4 Chế tạo mô hình

2.4.1 Kích thước mô hình tổng quát

- Kích thước của mô hình tổng quát :

+ Chiều ngang khung đứng của mô hình : 1260 mm

+ Chiều cao khung đứng của mô hình : 1260 mm

+ Chiều cao khung nghiêng của mô hình : 26 mm

+ Chiều ngang khung nghiêng của mô hình : 420 mm

+ Chiều dài khung nghiêng của mô hình : 450 mm

+ Chiều ngang của bàn đỡ khung : 1260 mm

+ Chiều cao của bàn đỡ khung : 600 mm

Máy phát điện bao gồm đầy đủ cả tiết

chế và chỉnh lưu được tích hợp trong

động tốt

8 Dây địên cứng, mềm dùng để đấu nối

hệ thống có mầu phù hợp

Theo yêucầu Sa bàn Đảm bảo tốt

9 Các đầu giắc nối để kết nối và kiểm

tra

Theo yêucầu Sa bàn Hoạt động tốt

đèn báo nạp, cầu trì tải 15A

Mỗi loại

2.4.3 Chế tạo các tấm panel cho mô hình hệ thống cung cấp điện.

Cùng với việc chế tạo khung việc chế tạo những tấm panel cũng rất quan trọng nógiúp tạo nên tính thẩm mỹ cao và không gian làm việc bắt mắt của chi tiết cho môhình.Các tấm panel như là một giá đỡ cho các chi tiết, để các chi tiết trên mô hình cóthể làm việc ổn định cũng dựa vào độ chắc chắn của các tấm panel.Các tấm panel cónhiều loại màu sắc do người thiết kế tùy chọn tuy nhiên để có tính thẩm mỹ cao thìmàu sắc cũng phải phù hợp với các chi tiết và phạm vi hoạt động

- Muốn chế tạo được các panel phải dựa vào kích thước của khung cho trước

- Đối với các tấm panel có thể chọn được các vật liệu khác nhau như gỗ phíp dày 3-5mm, gỗ ép, các loại tấm nhựa hoặc các tấm tôn mỏng

- Dựa vào tính cấp thiết của đề tài đặt ra dưới đây là các phương án chế tạo panelcho mô hình hệ thống khởi động

- Phương án chế tạo panel với các tấm nhỏ

Hình 2.6 Các panel được lắp trên khung mô hình với phương án mô hình thẳng đứng

Hình 2.7.Các tấm panel bố trí cụ thể trên mô hình

- Đối với phương án này các tấm panel bằng gỗ phíp có độ dày 3mm đước lắp trêncác rãnh của khung mô hình nhờ các rãnh có độ sâu giúp panel ổn định trên môhình.Với các tấm panel nhỏ dễ dàng đặt chúng lên mô hình và dễ dàng bắt các chi tiếtlên trên bề mặt của các tấm panel.Các tấm panel có độ dày 3mm giúp dễ dàng chế tạo

di chuyển thuận tiện,giá thành rẻ Tuy nhiên đối với các chi tiết vận hành cần độ vữngchắc thì với tấm panel độ dày 3mm thì không đảm bảo cần phải có thêm các tấm gỗdày để kê thêm giúp tạo nên độ vững chắc cho panel

2.4.4 Lựa chọn vật liệu và các chi tiết để thiết kế mô hình hệ thống khởi động

- Thép hộp chữ nhật kích thước 25x50mm để làm chân giá đỡ phía dưới và chỗ để

ắc quy, động cơ điện

- Thép chữ V kích thước 50x50mm để gá bắt mặt gỗ đỡ các chi tiết của sa bàn

- Vít bắn, mặt sa bàn bằng gỗ ép kích thước 1200x1000mm để gá lắp các chi tiếtcủa sa bàn

- Bánh xe lăn kích thước: Cao 80mm, đường kính bánh xe 65mm, cùng khoá hãm

- Mặt bàn gỗ ép dùng để các dụng cụ chi tiết để đo kiểm các thiết bị có sẵn trên sa bàn

- Các mạch điện được in trên mặt panel làm từ gỗ phíp giúp mạch điện không bị

mờ và trở nên sáng bóng hơn

- Khung gá mô hình được làm bằng thép hình hộp vừa dễ dàng tìm mua trên thị

trường và vừa thuận tiện gia công để gá các tấm panel

Hình 2.8 Thép hộp để chế tạo mô hình

2.5 Chế tạo mô hình hệ thống cung cấp điện

2.5.1 Chế tạo khung mô hình hệ thống cung cấp điện

2.5.1.1 Kích thước khung mô hình tổng quát

Hình 2.9 Kích thước khung mô hình chuẩn bị chế tạ

- Kích thước của mô hình tổng quát :

+ Chiều ngang khung đứng của mô hình : 1260 mm

+ Chiều cao khung đứng của mô hình : 1260 mm

+ Chiều cao khung nghiêng của mô hình : 26 mm

+ Chiều ngang khung nghiêng của mô hình : 420 mm

+ Chiều dài khung nghiêng của mô hình : 450 mm

+ Chiều ngang của bàn đỡ khung : 1260 mm

+ Chiều cao của bàn đỡ khung : 600 mm

2.5.1.2 Thiết kế khung đỡ dưới

Theo khung hình và kích thước đã được lựa chọn dạng hình sa bàn, chúng ta bắtđầu chế tạo phần khung phía dưới trước tiên để bắt giá đỡ với mặt bàn

Hình 2.11 Kích thước thép hộp tạo khung giá đỡ

Hình 2.12 Khung hình tổng quát khung giá đỡ

2.5.1.3 Thiết kế phần giá đỡ và mặt gá thiết bị

Bộ phận này để gá lắp các thiết bị các tấm panel lên trên mô hình

Hình 2.13 Khung giá đỡ các tấm panel

2.6 Xây dựng mô hình hoàn thiện

- B1 : chuẩn bị panel

- B2 : lắp máy phát điện hoàn chỉnh trên panel

Hình 2.14 Panel mạch điều khiển Hệ thống cung cấp điện

- B3 : Lắp panel hệ thống khởi động lên mô hình

Hình 2.15 Các hệ thống trên mô hình

Hình 2.16 Hình chiếu đứng mô hình hoàn chỉnh