CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TRÊN Ô TÔ

Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Chương 4: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TRÊN ÔTÔ 4.1 Nhiệm vụ yêu cầu Để cung cấp lượng cho phụ tải ôtô cần phải có phận tạo nguồn lượng có ích Nguồn lượng tạo từ máy phát điện ôtô Khi động hoạt động máy phát cung cấp điện cho phụ tải nạp điện cho accu Để bảo đảm toàn hệ thống hoạt động cách hiệu quả, an toàn, lượng đầu máy phát nạp vào accu lượng yêu cầu cho tải điện phải thích hợp với Yêu cầu đặt cho máy phát phụ thuộc vào kiểu cấu trúc máy phát lắp xe hơi, xác đònh việc cung cấp lượng điện cho tải điện accu Có hai loạïi máy phát: máy phát chiều (Generator) máy phát điện xoay chiều (Alternator) Các máy phát chiều sử dụng xe hệ cũ nên giáo trình không đề cập đến Nhiệm vụ Máy phát điện xoay chiều nguồn lượng ôtô Nó có nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải nạp điện cho accu ôtô Nguồn điện phải bảo đảm hiệu điện ổn đònh chế độ phụ tải thích ứng với điều kiện môi trường làm việc Yêu cầu Máy phát phải tạo hiệu điện ổn đònh (13,8V – 14,2V) chế độ làm việc phụ tải Máy phát phải có cấu trúc kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, giá thành thấp tuổi thọ cao Máy phát phải có độ bền cao điều kiện nhiệt độ độ ẩm lớn, làm việc vùng có nhiều bụi bẩm, dầu nhớt độ rung động lớn Việc trì bảo dưỡng tốt Những thông số hệ thống cung cấp điện Hiệu điện đònh mức: Phải bảo đảm m = 14V xe sử dụng hệ thống điện 12V, m = 28V xe sử dụng hệ thống điện 24V Công suất máy phát: Phải đảm bảo cung cấp điện cho tất tải điện xe hoạt động Thông thường công suất máy phát ôtô vào khoảng Pmf = 700 – 1500W Dòng điện cực đại: Là dòng điện lớn mà máy phát cung cấp Imax = 70 – 140A Tốc độ cực tiểu tốc độ cực đại máy phát: nmax, nmin phụ thuộc vào tốc độ động đốt nmin = ni x i Trang : 47 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Trong đó: i - Tỉ số truyền ni - Tốc độ cầm chừng động i = 1,5 - Hiện xe đời sử dụng máy phát cao tốc nên tỉ số truyền i cao Nhiệt độ cực đại máy phát tomax : Là nhiệt độ tối đa mà máy phát hoạt động Hiệu điện hiệu chỉnh: Là hiệu điện làm việc tiết chế Uhc = 13,8 – 14,2V 4.2 Sơ đồ tổng quát, sơ đồ cung cấp điện phân bố tải 4.2.1 Sơ đồ tổng quát sơ đồ cung cấp điện HT điều khiển động (Đánh lửa & Phun xăng) HT chiếu sáng HT tín hiệu HT thông tin Accu HT giải trí xe HT điều hòa không khí Máy phát điện HT khóa cửa & bảo vệ xe HT ĐK phanh HT khởi động động HT gạt & xông kính HT khoá đai an toàn & ĐK túi khí Hình 4-1: Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tổng quát Sơ đồ tải công suất điện ôtô Phụ tải điện ôtô chia làm loại: tải thường trực phụ tải liên tục hoạt động xe chạy, tải gián đoạn thời gian dài tải gián đoạn thời gian ngắn Trên hình 4-2 trình bày sơ đồ phụ tải điện ôtô đại Trang : 48 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động MÁY PHÁT Tải thường trực Tải hoạt động gián đoạn thời gian dài Hệ thống đánh lửa 20W Car radio 10 - 15W Bơm nhiên liệu 50 - 70W Đèn báo tableau 8x2W Hệ thống phun nhiên liệu 70 - 100W ACCU Đèn kích thước 4x10W Đèn đậu x 3-5W Đèn cốt x 55W Đèn pha x 60W Đèn soi biển số x 5W Tải hoạt động gián đoạn thời gian ngắn Đèn báo rẽ x 21W Đèn sương mù x 35W Đèn stop x 21W Đèn de x 21W Đèn trần 5W Motor gạt nước 60 - 90W Motor điều khiển kính x 30W Khởi động điện 800 - 3000W Quạt điều hoà nhiệt độ x 80W Xông kính 120W Motor phun nước rữa kính 30-60W Còi 25 - 40W Quạt làm mát động x 100W Mồi thuốc 100W Hệ thống xông máy (động diesel) 100W Motor điều khiển antenna 60W Hình 4-2: Sơ đồ phụ tải điện ôtô Trang : 49 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động 4.2.2 Chế độ làm việc accu - máy phát phân bố tải r1 Ia Imf Umf IL Ea RL Hình 4-3: Sơ đồ tính toán hệ thống cung cấp điện Sự phân bố tải máy phát accu thể hình 4-3 Theo đònh luật Kirchhoff ta viết: Hay Umf = r1.Imf + IL.RL (4-1) Ea = ra.Ia + IL.RL (4-2) IL = Ia + Imf (4-3) r1.Imf + 0.Ia + IL.RL = Umf 0.Ia + ra.Ia + IL.RL = Ea Imf + Ia - IL = 0 U mf I mf RL E a RL − U mf (− − RL ) + RL E a = = r1 RL r1 (− − RL ) − RL Ra RL 1 −1 RL(Umf - Ea) + raUmf Umf(ra + RL) - RLEa Imf =  =  RL(ra + r1) + r1ra r1(ra + RL) + RLra r1 U mf Ia = r1 (4-4) (4-5) rL E a RL − − (U mf − E a )RL + E a r1 = U mf RL (ra + r1 ) + r1 ra RL −1 (4-6) Trang : 50 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động r1 U mf 1 IL = r1 0 1 Trong đó: Ea U mf Ra + E a r1 = RL RL (ra + r1 ) + r1 RL −1 (4-7) Imf : Dòng điện máy phát Ea,ra : Sức điện động điện trở accu RL: Điện trở tương đương phụ tải điện IL: Dòng điện qua phụ tải Ia : Dòng điện nạp vào accu r1 : Điện trở dây dẫn nối máy phát accu Căn vào biểu thức cường độ dòng điện nêu ta chia phân tải máy phát accu làm ba chế độ: • Chế độ thứ nhất: chế độ không tải ứng với trường hợp không mắc điện trở (Máy phát chạy không tải) Khi RL → ∞ → IL = Ở chế độ này, máy phát chủ yếu nạp cho accu dòng điện nạp phụ thuộc vào chênh lệch hiệu điện hiệu chỉnh máy phát sức điện động accu Umf - Ea Imf =  + r1 Ea - Umf Ia =  + r1 • Chế độ thứ hai: chế độ tải trung bình Khi phụ tải điện hoạt động có điện trở tương đương RL < ∞, cho IL < Imf , máy phát đảm nhận nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải dòng nạp giảm Ở chế độ này, máy phát cung cấp điện cho hai nơi: phần cho accu phần cho phụ tải Khi điện trở tương đương phụ tải đạt giá trò RL = E a r1 U mf − E a dòng nạp không • Chế độ thứ ba: chế độ tải xảy trường hợp mở nhiều phụ tải Khi RL → điện trở tương đương phụ tải điện làm việc RL < (Ea.r1)/(Umf - Ea), accu bắt đầu phóng điện, hỗ trợ phần điện cho máy phát Trang : 51 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động 4.3 Máy phát điện 4.3.1 Phân loại đặc điểm cấu tạo Phân loại: Trong hệ thống điện ôtô thường sử dụng ba loại máy phát điện xoay chiều sau: Máy phát điện xoay chiều kích thích nam châm vónh cửu thường sử dụng xe gắn máy Máy phát điện xoay chiều kích thích điện từ có vòng tiếp điện sử dụng ôtô Máy phát điện xoay chiều kích thích điện từ vòng tiếp điện sử dụng chủ yếu máy kéo xe chuyên dụng Đặc điểm cấu tạo: a Máy phát kích từ nam châm vónh cửu: Phần lớn máy phát điện xoay chiều kích thích nam châm vónh cửu sử dụng có rotor nam châm quay Mạch từ máy phát khác chủ yếu kết cấu rotor chia làm bốn loại chính: Rotor nam châm tròn, rotor nam châm hình với má cực không má cực, rotor hình móng rotor nam châm xếp Đơn giản loại rotor nam châm tròn Nam châm vónh cửu, Cực từ thép, Cuộn dây stator Hình 4-4: Mạch từ máy phát điện rotor nam châm tròn Ưu điểm loại chế tạo đơn giản, nhược điểm hiệu suất mạch từ thấp Rotor loại ứng dụng máy phát điện công suất không 100VA (Thường cho xe đạp xe gắn máy) Các máy phát điện xoay chiều với rotor nam châm hình loại có cực stator má cực rotor thông dụng Việc chế tạo máy phát điện có má cực stator đơn giản Stator có 12 cực, rotor thường nam châm có cực Trang : 52 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Nhược điểm: khó nạp từ cho rotor, độ bền khí Với kết cấu mạch từ góc lệch pha 90o máy phát điện có khả làm việc máy phát điện pha Rotor nam châm hình loại ứng dụng chủ yếu máy phát điện máy kéo công suất nhỏ Ngoài gặp máy phát điện mà rotor chúng có phần má cực thép đầu cánh nam châm Trong máy phát điện vậy, tác dụng khử từ phản từ phần ứng gây nên loại má cực Kết cấu rotor có má cực cho phép tăng chiều dài má cực, tiết kiệm dây đồng, giảm trọng lượng kích thước máy phát điện, đặc tính tự điều chỉnh tốt công suất máy phát điện lớn Stator; Rotor Hình 4-5: Mạch từ máy phát điện loại G-46 Việc phát vật liệu nam châm có lực từ lớn cho phép tăng công suất máy phát điện kích thích nam châm vónh cửu mà số trường hợp chúng thay máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ Với vật liệu người ta chế tạo rotor hình móng Đó nam châm trơn nạp cực theo chiều trục Ở hai đầu người ta đặt hai bích làm thép cacbon có móng bố trí cho móng hai bích xen kẽ Hai bích chòu ảnh hưởng hai cực từ khác dấu (N S) hai mặt bên nam châm móng bích mang dấu từ trường đó, trở thành cực từ xen kẽ rotor Để tránh mát từ trường, trục rotor chế tạo thép không dẫn từ Trang : 53 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Nam châm hìnhh sao; Hợp kim không dẫn từ; Trục rotor Hình 4-6: Rotor nam châm hình loại má cực Rotor hình móng có nhiều ưu điểm như: nạp từ tiến hành sau lắp ghép từ trường phân bố hơn; vận tốc tiếp tuyến rotor hình móng đạt tới 100m/s, nữa, lắp hàng loạt nam châm trục cách giảm trò số từ thông quy đònh cho nam châm đến hai lần tuỳ thuộc vào số nam châm, giảm đường kính nam châm, tăng công suất máy phát điện rotor hình móng b Máy phát kích từ kiểu điện từ loại có có vòng tiếp điện (có chổi than) Máy phát điện loại gồm có phần stator, rotor chỉnh lưu 1,2_ Quạt làm mát; 3_ Bộ chỉnh lưu; 4_ Vỏ; 5_ Stator; 6_ Rotor; 7_ Bộ tiết chế chổi than; 8_ Vòng tiếp điện Hình 4-7: Cấu tạo máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ Trang : 54 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động ♦ Stator: Gồm khối thép từ lắp ghép thép ghép lại với nhau, phía có xẻ rãnh để xếp cuộn dây phần ứng Cuộn dây stator có pha mắc theo kiểu hình sao, theo kiểu hình tam giác (Hình 4-8) Kiểu Kiểu tam giác Hình 4-8: Các kiểu đấu dây a Bố trí chung: Khối thép từ stator; Cuộn dây pha stator b Sơ đồ cuộn dây ba pha mắc theo hình Hình 4-9: Stator máy phát điện xoay chiều Chùm cực từ tính S; Chùm cực từ tính N; Cuộn dây kích thích; Các vòng tiếp điện; Trục rotor; Ống thép từ Hình 4-10: Rotor máy phát điện xoay chiều kích thích điện từ có vòng tiếp điểm Trang : 55 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động ♦ Rotor: Bao gồm trục phía cuối trục có lắp vòng tiếp điện 4, có lắp hai chùm cực hình móng Giữa hai chùm cực cuộn dây kích thích quấn ống thép dẫn từ Các dầu dây kích thích hàn vào vòng tiếp điện (Hình 4-10) Khi có dòng điện chiều qua cuộn dây kích thích Wkt cuộn dây ống thép dẫn từ trở thành nam châm điện mà hai đầu ống thép hai từ cực khác dấu Dưới ảnh hưởng từ cực, móng trở thành cực rotor, giống cách tạo cực loại rotor hình móng với nam châm vónh cửu c Máy phát kích từ kiểu điện từ vòng tiếp điện: Cơ sở lý thuyết nguyên lý hoạt động: Vòng tiếp xúc chổi than làm hạn chế tuổi thọ máy phát Nếu bỏ vòng tiếp xúc chổi tuổi thọ máy phát tăng lên phụ thuộc vào mài mòn ổ đỡ lão hóa lớp vỏ cách điện cuộn dây Các máy phát chổi than gọi máy phát không tiếp điểm (không có vòng tiếp điện) Các loại máy phát cần thiết cho ôtô máy kéo làm việc vùng đầm lầy nhiều bụi Nguyên lý làm việc máy phát loại sau: Ta xem xét nam châm điện với rotor quay (hình 4-11) kết hợp lõi sắt chế tạo từ thép từ mềm cuộn kích có dòng điện chiều Các đầu cực nam châm điện có dạng hình trụ khoét rãnh: cực rotor dạng bánh xích làm thép từ mềm Hình 4-11: Sơ đồ máy phát xoay chiều không chổi than Giả thiết rằng: chiều dài cung rãnh nam châm điện (stator) có số rotor chẵn , bước stator tz1 rotor tz2 có quan hệ tz1 = tz2/2 rãnh stator ta đặt cuộn dây có bước độ chia stator Trang : 56 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động φδ = Io ωo/RM Dòng điện Io relay hoạt động (các tiếp điểm bò ngắt) U1/Ro Trong đó: Ro – Điện trở cuộn relay Trở từ (nếu bỏ qua từ trở thép) tỷ lệ thuận với khe hở không khí lõi sắt phần ứng relay: RM = C’δ Như lực điện từ relay biểu diễn bởi: Uω Fdt =   Ro C 'δ   = Fk  2µ o S Giải phương trình điện hoạt động relay ta tìm được: U1 = C Ro ω0 δ Fk Trong đó: C = C ' 2µ o S Như vậy, điện áp hoạt động relay thuộc vào sức căng lò xo Fk, khe hở δ thông số Ro ω0 cuộn điều khiển relay Đối với relay điện từ dùng điều chỉnh dạng rung, hệ số phản hồi relay Kp = 0,8 ÷ 0,9 (Kp = U2/U1) Trò trung bình điện điều chỉnh điện áp rung tạo xác đònh theo công thức: U dmtb = (1 + K p )CRoδ Fk 2ω (4 − 31) Điện áp điều chỉnh phụ thuộc vào sức căng lò xo giá trò khe hở δ Khi thay đổi khe hở không khí thay đổi hệ số phản hồi relay Trong thực tế, việc điều chỉnh điện áp thực cách thay đổi sức căng lò xo Fk Khi khảo sát hoạt động điều chỉnh điện áp ta giả thiết là: tiếp điểm relay – đóng ngắt tức thời U1 U2 Thực tế, quán tính điện từ cuộn điều khiển relay quán tính học, tiếp điểm bò giữ thêm khoảng thời gian sau ngắt đóng Điều làm giảm hệ số phản hồi relay Vì vậy, ∆Umf tăng làm giảm tần số chuyển đổi mạch Kết tính toán cho thấy tần số chuyển đổi biến đổi điện áp đơn giản dạng rung thấp: 10 ÷ 20 Hz Tần số chuyển đổi thấp điện áp làm bóng đèn nhấp nháy tạo tia lửa tiếp điểm việc tăng lượïng điện tích qua tiếp điểm mở Trang : 80 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Để tăng tần số đóng mở relay ta cần tăng hệ số phản hồi (giảm ∆m), tăng độ nhạy relay điện trở phụ Việc tăng điện trở phụ làm tăng công suất ngắt tiếp điểm Để giảm ∆Umf người ta dùng loại mạch hồi tiếp mềm cứng khác Các điều chỉnh điện áp có liên kết phản hồi tăng tốc: Việc giảm độ biến thiên điện áp ∆m điều chỉnh điện áp dạng rung thực dùng cuộn dây gia tốc điện trở gia tốc Rp + Rp + K F K Wgt Wo F Wgt Wo Wkt Wkt (a) E (b) E Hình 4-24: Sơ đồ tiết chế với cuộn gia tốc Cuộn dây gia tốc Wgt quấn lõi sắt relay điện từ mắc song song với tiếp điểm relay (Hình 4-24a) cuộn dây kích thích Wkt máy phát (Hình 4-24b) Lúc sức từ động cuộn dây gia tốc trùng phương với sức từ động cuộn dây W0 biến đổi điện áp Nếu cuộn dây gia tốc mắc song song với cuộn kích thích tiếp điểm đóng, điện áp cuộn gia tốc cuộn điện máy phát Nếu relay với cuộn gia tốc có điện làm việc U1 relay có cuộn dây chính, độ căng lò xo, sức từ động làm việc hai relay Khi tiếp điểm hở, điện cuộn dây gia tốc giảm đột ngột giá trò Ik Rp Điều dẫn đến tượng đóng lại tiếp điểm điện áp máy phát cao hơn, tức điện áp phản hồi U2 tăng lên: Vì ∆Umf = U1 – U2 giảm xuống hệ số phản hồi relay tăng Khi ∆Umf giảm, tần số đóng mở tăng Do cuộn dây (gia tốc cuộn kích thích) mắc song song nên thời điểm bất kỳ, điện áp chúng (Ugt = Uk) Nếu xem Ugt = Igt.Rgt; Uk = Ik Rk Igt = Ik(Rk/Rgt) Trang : 81 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Như vậy, dòng điện cuộn gia tốc tỷ lệ thuận với dòng kích thích máy phát, tức mạch hiệu chỉnh có mạch hồi dòng kích thích Vì vậy, đưa vào cuộn dây gia tốc, tần số đóng mở relay tăng lên Song, tăng vận tốc rotor máy phát (dòng kích thích giảm) điện áp trung bình đầu máy phát tăng Điện trở gia tốc sơ đồ điều chỉnh điện áp dạng rung có dạng phần điện trở phụ Rp Relay điện từ có cuộn dây điều khiển W0 đấu vào đầu máy phát qua điện trở gia tốc Điện trở tính toán điện trở phụ: Rp = Rgt + R’p Thường điều chỉnh điện áp có điện trở gia tốc giá trò Rgt 0) +IG RP K1 Rbn K2 Wkt W0 - Umf Ikt Umf U’đm tb m tb Ikt nmin n ntb Hình 4-26: Sơ đồ đặc tuyến làm việc tiết chế nấc Điện trở phụ lựa chọn để giữ điện áp không đổi đến ntb (Hình 4-26b) xác đònh công thức: Rp = m/Ik – Rk Khi tiếp tục tăng vận tốc rotor K2 hoạt động Lúc này, điện áp hiệu chỉnh tăng lên phải tạo thêm lực từ để vượt qua khe hở Cấp điều chỉnh thứ thuộc nhóm (c > 1, K = 0) Do điện trở phụ Rp điều chỉnh hai cấp nhỏ nhiều so với cấp công suất ngắt tiếp điểm thấp Điều kiện hoạt động cặp tiếp điểm thứ hai tốt nhờ ngắt, dòng kích thích không lớn Nhược điểm điều chỉnh điện áp hai cấp độ ổn đònh thấp Để giảm độ chênh lệch điều chỉnh điện áp nấc, khe hở phải nhỏ Do đó, mặt vít bò bẩn, tiếp điểm bò kẹt, làm cho hoạt động điều chỉnh sai lệch Phương pháp khác để giảm công suất ngắt điều chỉnh điện áp dạng rung sử dụng điều chỉnh điện áp đôi Ở loại này, dòng kích qua cặp tiếp điểm mắc song song b - Tiết chế bán dẫn: Nhược điểm điều chỉnh điện áp dùng tiếp điểm dạng rung dòng điện kích thích bò hạn chế độ bền điều chỉnh thấp Các phương pháp giảm công suất ngắt sử dụng không khắc phục đầy đủ nhược điểm nêu mà mở rộng phạm vi sử dụng điều chỉnh điện áp dạng rung Bộ điều chỉnh điện áp dạng rung trình sử dụng cần phải điều chỉnh bảo dưỡng thường xuyên phần tử đònh lò xo có độ đàn hồi phụ thuộc vào điều kiện vận hành Trang : 85 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Để khắc phục nhược điểm điều chỉnh điện áp dạng rung, người ta sản xuất điều chỉnh điện áp không tiếp điểm (tiết chế bán dẫn), sử dụng linh kiện bán dẫn: diode, diode ổn áp (diode zener), transistor Có loại tiết chế bán dẫn khác biệt transistor mắc nối tiếp với cuộn kích Nếu dùng transistor loại PNP cuộn kích nối trực tiếp mass dùng transistor loại NPN đầu cuộn kích nối với dương qua công tắc máy Sơ đồ cấu tạo nguyên lý làm việc tiết chế dùng transistor PNP: Bộ điều chỉnh điện áp không tiếp điểm loại dùng transistor thể hình 4-27 Bộ điều chỉnh điện áp transistor cấu tạo từ phận đo (mạch R1 –R2 – R – VD1) thiết bò điều chỉnh có dạng transistor PNP (các VT1, VT2, diode VD2, biến trở R3, R4, Ro) Tải transistor cuộn dây kích thích Wkt máy phát mắc song song với diode VD3 Nếu điện áp điện trở R1 nhỏ điện áp mở diode zener VD1 diode không dẫn cường độ dòng điện mạch R-VD1 gần không Điện áp đặt lên mối nối BE transistor: UE1 = UR – URo < Vì vậy, transistor VT1 trạng thái ngắt Điện áp UEC1 với điện áp máy phát đặt lên lớp tiếp giáp BE transistor theo hướng thuận Transistor VT2 trạng thái bão hoà, xác đònh điện trở R3 +Umf I R0 VD2 VT1 R R1 I1 VD1 R2 VT2 R3 WKT E VD3 R4 Hình 4-27: Sơ đồ tiết chế bán dẫn loại dùng transistor PNP Do điện trở Ro độ sụt áp VD2 nhỏ, nên ta xem điện áp máy phát đưa lên cuộn kích thích Như vậy, đảm bảo tự kích máy phát Nếu hiệu điện máy phát với hiệu điện hoạt động U1 tiết chế, mạch R – VD1 xuất dòng điện I = I2 Điện áp lớp Trang : 86 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động chuyển tiếp BE transistor thứ đạt giá trò ngưỡng UOE1 = IR – URo = IR – IkRo Transistor VT1 chuyển từ trạng thái ngắt trạng thái bão hoà khiến điện áp UEC1 giảm transistor VT2 từ trạng thái bão hoà chuyển trạng thái ngắt Dòng điện kích thích giảm làm tăng điện áp mối nối BE VT1 đột ngột UE1 = IR – IkRo chuyển từ trạng thái ngắt trạng thái bão hoà Khi VT1 chuyển sang trạng thái bão hoà: UE2 = UEC1 – URo < Nên VT2 chuyển trạng thái ngắt Sự dòch chuyển lớp tiếp giáp BE VT2 hướng ngược thực lựa chọn thông số mạch VT2-R4 Việc chuyển VT2 trạng thái ngắt đồng nghóa với việc ngắt cuộn kích Wkt khỏi máy phát Dòng kích mạch Wkt – VD3 giảm xuống Sự giảm dòng kích dẫn đến giảm hiệu điện hiệu chỉnh máy phát Khi điện áp máy phát đạt tới điện áp phản hồi U2 tiết chế điện áp lớp chuyển tiếp BE VT2 đạt giá trò ngưỡng, tức là: UE2 = UEC1 – URo = UOE2 Lúc VT2 bắt đầu chuyển từ trạng thái ngắt sang trạng thái bão hoà, làm tăng dòng kích Sự tăng lên dòng kích làm giảm điện áp lớp chuyển tiếp BE transistor thứ UE1 = IR – IkRo = UOE1 Từ trạng thái bão hoà, transistor chuyển trạng thái ngắt, VT2 từ trạng thái ngắt trạng thái bão hoà Như vậy, hiệu ứng relay điều chỉnh điện áp đạt nhờ điện trở Ro – đảm bảo liên kết dương ngược Ở điện áp hoạt động transistor ta có phương trình sau: U1 = I1(R1 + R2) + IR2 U1 = I(R + RZ) + UOZ + (I + I1) R2 (4-33) Điều kiện transistor đóng mở: UE1 = IR – IkRo Giải hệ phương trình (4 –33) điện áp hoạt động có xem xét điều kiện đóng mở ta tìm U1 = UOZ (1+ R2 UOE1 + I k Ro )+ [R + R2 + RZ (R1 + R2 ) − R22 ] R1 RR1 (4 − 34) Trong RZ UOZ điện trở điện áp mở diode zener VD1 Như điện áp làm việc transistor phụ thuộc vào cầu phân áp R1 R2 Khi tăng R1 giảm R2, điện áp làm việc giảm ngược lại Điện áp làm việc phụ thuộc vào cường độ dòng điện kích thích phụ thuộc vào vận tốc rotor máy phát Trang : 87 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Đối với điện áp phản hồi transistor U2 bỏ qua độ sụt áp Ro (vì Ro bé) ta có phương trình: U2 = UO2 + IO2RO2 + β1IBE2R3 + UOE2 U2 = UD2 + (RD2 + R4)IR4 U2 = I’(R1 + R2 + (Iσ1 – I’)R2 (4-35) U2 = UOZ + I’(R + R2 + RZ) + IB1 (RZ + R2) + I’1R2 UOE1 = I’R – RE1(1 + β1)RBE2 Trong I’1, I’ cường độ dòng điện chạy qua R1, R2 diode VT2 điện áp phản hồi U2 UOZ,, UD2 - điện áp làm việc diode zener VD1 diode VD2 β1 hệ số khuếch đại transistor VT1 Giải hệ phương trình (4-35) ta xác đònh điện áp phản hồi relay transistor U2 = C/D Trong đó: C = ( R1 + R )U OZ − + D = R1 U OE [ R1 ( R Z + R ) + R R Z ] + R E (1 + β ) [(U D1 + U D )(1 + β ) R E − β R3U OE ] A R1 R R R E (1 + β ) A β R3 R     RZ R R + 1 + R + R Z  + R1 R  A = ( R1 + R )   R E (1 + β )    R E (1 + β ) Như vậy, điện áp phản hồi U2 tiết chế không phụ thuộc vào dòng kích thích Khi xác đònh điện áp làm việc điện áp phản hồi ta tìm thông số khác transistor Đối với tiết chế bán dẫn, hệ số phản hồi Kph = 0,9 ÷ 0,98 Nếu tính gần mức điện áp trì tiết chế điện áp loại dùng transistor là: mtb ≈ UZ (1 + R2/R1) Trang : 88 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Sơ đồ cấu tạo nguyên lý làm việc tiết chế dùng transistor NPN IG I1 R5 R1 D2 D1 T2 T1 R D3 + F R3 R2 C I R4 Hình 4-28: Sơ đồ tiết chế dùng transistor NPN Tiết chế bán dẫn loại gồm hai thành phần: thành phần đo: R1, R2, D1 thành phần hiệu chỉnh T1, T2 Nguyên lý làm việc sau: Khi bật công tắc máy, dòng điện từ accu đến tiết chế, đến R1 → R2 → mass Điện áp đặt vào D1 = U.R2 /(R1 + r2) < UOZ điện làm việc D1, nên T1 đóng Do dòng theo mạch R3 → D2 → R4 → mass Khi số vòng quay n máy phát tăng cao, hiệu điện tăng điện áp đặt vào D1 tăng khiến dẫn làm T1 dẫn bão hoà T2 đóng Dòng điện cuộn Wkt giảm khiến điện áp máy phát giảm theo D1 đóng trở lại làm T1 đóng T2 mở Quá trình lại lặp lặp lại Khi cường độ dòng điện Ikt giảm Wkt xuất sức điện động tự cảm diode D2 dùng để bảo vệ transistor T2 Trong sơ đồ người ta sử dụng mạch hồi tiếp âm bao gồm Rs tụ C Khi T2 chớm đóng, điện áp cực C tăng làm xuất dòng nạp Ic (Wkt → T1→ C → R5 → R → mass) Điện chân B T1 tăng UBE1 = R(I + IC↑) khiến T1 chuyển nhanh sang trạng thái bão hoà T2 chuyển nhanh sang trạng thái đóng Khi T2 chớm mở, tụ C bắt đầu phóng theo mạch + C → T2 → R → R5 → - C Dòng phóng qua điện trở R theo chiều ngược lại điện áp đặt vào mối nối BE T1 có giá trò: UBE1 = (I – Ic)R khiến T1 chuyển nhanh sang trạng thái Trang : 89 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động đóng T2 chuyển nhanh sang trạng thái bão hòa Như vậy, mạch hồi tiếp giúp tăng tần số đóng mở tiết chế Lúc bắt đầu hoạt động, hiệu điện làm việc tiết chế xác đònh: U1 = I1R1 + R2(I1 – I) U1 = I1R1 + UOZ + RZI + IR Trong đó: I = UBE1 /R Thế giá trò I vào phương trình ta được: U1 (R1 + R2) – R2UBE1/R U1 = R1I1 + UOZ + RZUBE1/R + UBET1 Giải hệ phương trình qua U1 ta thu được: U1 = (1 + R1/R2)[UOZ + (RZ + R)UBE/R] + R1UBE1/R Như vậy, muốn tăng hiệu điện hiệu chỉnh ta tăng R1 giảm R2 Mạch bảo vệ tiết chế: Trên hình 4-29 trình bày sơ đồ tiết chế với mạch bảo vệ gồm C, R4, R5, T2, D3 để đề phòng trường hợp cuộn kích bò ngắn mạch IG I1 C R3 F R1 D2 D1 T1 WK R2 R I T3 R4 T2 R6 R5 D3 Hình 4-29: Sơ đồ tiết chế dùng transistor NPN có mạch bảo vệ Khi cuộn kích bò ngắn mạch đầu F bò nối trực tiếp với dương tụ C nạp với dòng −t Ua R τ c ic = R4 + R5 Trong đó: τc – số mạch nạp, Ua – điện áp accu τc = (R4 + R5)C Trang : 90 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động −t U R = U BE Ua = R5e τ R4 + R5 Độ sụt áp R5 làm T2 mở T3 đóng nên mạch bảo vệ T3 tiếp tục đóng đến thời điểm tm dòng nạp không đủ để mở T2 tức là: −tm Ua R5e τ c = U OE R4 + R5 ⇒ t m = τ ln U a R5 ( R4 + R5 ).U OE Lúc này, T2 chuyển sang trạng thái đóng T3 chuyển sang trạng thái khuếch đại Tụ C phóng điện qua T3 trình lại lặp lại cũ Một số mạch thực tế xe: Trên hình 4-30 trình bày mạch tiết chế phổ biến Tiết chế vi mạch xe Nhật kiểu A Charging fuse Charging warning lamp D4 R D3 D5 D1 T3 C2 R1 R4 R5 T2 C1 T1 D6 WK R7 R6 R3 R2 Hình 4-30: Sơ đồ tiết chế vi mạch xe Nhật Mạch cung cấp điện cho cuộn kích báo nạp thực diode nhỏ (diode trio) mắc từ đầu cuộn pha (D4, D5, D6) Khi bật công tắc máy động chưa hoạt động, dòng qua đèn báo nạp qua cuộn kích làm tăng khả tự kích máy phát Khi máy phát hoạt động, đèn báo nạp tắt hai đầu đèn đẳng lúc này, dòng cấp cho cuộn kích trực tiếp từ diode trio Nguyên lý làm việc tiết chế loại tương tự mạch ta khảo sát phần linh kiện chế tạo theo công nghệ vi mạch tiết chế đặt bên máy phát Trang : 91 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Tiết chế vi mạch xe Nhật kiểu M Diod điểm trung tính Cuộn stato Cuộn roto Tiết chế IC Điểm khác biệt sơ đồ tiết chế vi mạch kiểu M cách điều khiển đèn báo sạc Nhờ điện áp lấy pha cấp vào đầu P tiết chế vi mạch điều khiển trạng thái hoạt động transistor TR2 TR3 theo tình trạng máy phát Mạch tiết chế PP 350 (ZIL) Trên hình 4-31 trình bày sơ đồ tiết chế PP350 xe Zil (Nga) Điểm lưu ý sơ đồ mạch hồi tiếp gồm điện trở R10 mắc từ điểm A sang B Hoạt động mạch hồi tiếp sau: Khi T1 chớm đóng, T2 chớm mở, điện B lớn A làm dòng điện từ B sang A: R10 → L → mass Điện A tăng, dòng qua R1 R2 giảm khiến độ sụt áp R1, R2 giảm, làm T1 đóng nhanh T2 mở nhanh R1 B+ IG/SW R8 R6 R2 D2 D1 F R5 R4 R3 A RF R10 D3 R11 WK R7 L Hình 4-31: Sơ đồ tiết chế PP350 Trang : 92 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Trong trường hợp ngược lại, T1 chớm mở T2 chớm đóng, điện điểm B cao A Vì vậy, xuất dòng từ A sang B Dòng qua R1, R2 khiến D1 mở nhanh làm T1 mở nhanh T2 đóng nhanh Tiết chế vi mạch nằm máy phát xe KAMAZ trình bày hình 4-32 Tiết chế vi mạch xe KAMAZ IG/SW R1 R6 C A R5 Rp 24V E D1 D2 T2 T1 R3 Summer R2 WK R4 Winter Hình 4-32: Sơ đồ tiết chế vi mạch xe KAMAZ Trong sơ đồ này, điện áp hiệu chỉnh mức 28V nên người ta sử dụng diode zener D1 D2 mắc nối tiếp Để đồng hoá chi tiết máy phát, cuộn dây kích hoạt động điện áp 14V mắc vào đầu dây trung hoà Ở thời điểm bật công tắc máy mà động chưa hoạt động, cuộn kích máy phát cấp dòng nhỏ qua Rp để tự kích Trên tiết chế loại có công tắc chuyển đổi điện áp hiệu chỉnh theo mùa cách thay đổi giá trò điện trở cầu phân áp 4.5 Tính toán chế độ tải chọn máy phát điện ôtô Để xác đònh loại máy phát cần lắp ôtô với điều kiện đảm bảo công suất cấp cho phụ tải, ta phải tính toán chọn máy phát phù hợp theo bước đây: Tính toán công suất tiêu thụ cần thiết cho tất tải điện hoạt động liên tục (đối với loại 14v xem sơ đồ hình 4-33) Ví dụ Pw1 = 350W Tải điện hoạt động liên tục Hệ thống đánh lửa Bơm nhiên liệu Hệ thống phun nhiên liệu Radio, cassette Đèn đầu (pha cos) Công suất (W) 20 70 100 12 110 Trang : 93 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Đèn kích thước Đèn bảng số Đèn soi sáng tableau Tổng công suất 10 10 10 Pw1 = 350W Bảng1: Tiêu thụ điện tải điện hoạt động liên tục Tính toán công suất tiêu thụ cần thiết cho tất tải điện hoạt động gián đoạn theo bảng ta có Pw2 = 143W Tải điện hoạt động gián đoạn Quạt điều hoà giàn nóng giàn lạnh Xông kính Gạt nước Quạt điện tản nhiệt Đèn lái Đèn thắng Đèn tín hiệu báo rẽ Đèn sương mù Đèn báo sương mù Tổng công suất Giá trò thực (W) 80 Hệ số 120 60 0.5 0.25 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 42 70 70 35 Công suất tương đương (W) 40 0.5 60 15 4.2 4.2 3.5 Pw2 = 134W Bảng2: Tiêu thụ điện tải điện hoạt động gián đoạn Lấy tổng công suất tiêu thụ (Pw1 + Pw2 = Pw = 484W) chia cho điện áp đònh mức ta cường độ dòng điện theo yêu cầu Sơ đồ tính toán kiểm tra máy phát K1-14V 23/55A Công suất Công suất Pw1 = 350W Pw2 = 134W Tổng công suất tải Pw = Pw1 + Pw2 = 484W P(W)/14V < 250 250 ÷ [...]... trình hệ thống điện và điện tử trên ôtô hiện đại - Hệ thống điện động cơ 24V 12V H 4- 15 a 24V 12V H 4- 15 b 24V 12V H 4- 45 c Hình 4- 15: Các kiểu máy phát 2 nấc điện áp Trang : 61 Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên ôtô hiện đại - Hệ thống điện động cơ e Bộ chỉnh lưu: 4 B+ B+ 5 + 4 U + G 2 3 V W U 6 5 B_ V 3 W G 2 D+ B_ Hình 4- 16 a: Bộ chỉnh lưu 6 diode Để biến đổi dòng điện xoay chiều của máy phát... phương trình (4- 24) , (4- 26), (4- 27) và (42 8) ta được: t  −(1−γ ) k  −γtk c U1 ) [γ (1 − K ) + K ].1 − (1 − K ).(1 − C).(1 − e ).(1 −1e−γ = −(γ + ).tk Rk  c )  t k [γ (1 − K ) + K ].(1 − e  aUtb = Ce n − b.U tb t  −(1−γ ) k  −γtk c U1  (1 − K ).(1 − e ).(1 − e )  a.Ce n.∆U mf = 1−γ  (C n − b.U ) 2 −(γ + ).tk Rk  e tb c   1− e (4 − 29) (4 − 30) Phương trình (4- 29) và (4- 30) xác đònh... điện tử trên ôtô hiện đại - Hệ thống điện động cơ Với: Ce = 4KK1ωφ.p/60 K1 = 2, 34 Ở tốc độ thấp: (R + R L ) 2  2.π n p.L  >>   60   2 Vì vậy: I mf → C e nφ R + RL Ở tốc độ cao: (R + R L ) 2  2.π n p.L 