hệ thống cung cấp điện trên ô tô

4.1 Nhieäm vuï vaø yeâu caàu Ñeå cung caáp naêng löôïng cho caùc phuï taûi treân oâtoâ, caàn phaûi coù boä phaän taïo ra nguoàn naêng löôïng coù ích. Nguoàn naêng löôïng naøy ñöôïc taïo ra töø maùy phaùt ñieän treân oâtoâ. Khi ñoäng cô hoaït ñoäng, maùy phaùt cung caáp ñieän cho caùc phuï taûi vaø naïp ñieän cho accu. Ñeå baûo ñaûm toaøn boä heä thoáng hoaït ñoäng moät caùch hieäu quaû, an toaøn, naêng löôïng ñaàu ra cuûa maùy phaùt (naïp vaøo accu) vaø naêng löôïng yeâu caàu cho caùc taûi ñieän phaûi thích hôïp vôùi nhau. Yeâu caàu ñaët ra cho maùy phaùt phuï thuoäc vaøo kieåu vaø caáu truùc maùy phaùt laép treân xe hôi, ñöôïc xaùc ñònh bôûi vieäc cung caáp naêng löôïng ñieän cho caùc taûi ñieän vaø accu. Coù hai loaïïi maùy phaùt: maùy phaùt moät chieàu (generator) vaø maùy phaùt ñieän xoay chieàu (alternator). Caùc maùy phaùt moät chieàu ñöôïc söû duïng treân xe theá heä cuõ neân trong quyeån saùch naøy khoâng ñeà caäp ñeán. 1. Nhieäm vuï Maùy phaùt ñieän xoay chieàu laø nguoàn naêng löôïng chính treân oâtoâ. Noù coù nhieäm vuï cung caáp ñieän cho caùc phuï taûi vaø naïp ñieän cho accu treân oâtoâ. Nguoàn ñieän phaûi baûo ñaûm moät hieäu ñieän theá oån ñònh ôû moïi cheá ñoä phuï taûi vaø thích öùng vôùi moïi ñieàu kieän moâi tröôøng laøm vieäc. 2. Yeâu caàu Maùy phaùt phaûi luoân taïo ra moät hieäu ñieän theá oån ñònh (13,8V – 14,2V ñoái vôùi heä thoáng ñieän 14V) trong moïi cheá ñoä laøm vieäc cuûa phuï taûi. Maùy phaùt phaûi coù caáu truùc vaø kích thöôùc nhoû goïn, troïng löôïng nhoû, giaù thaønh thaáp vaø tuoåi thoï cao. Maùy phaùt cuõng phaûi coù ñoä beàn cao trong ñieàu kieän nhieät ñoä vaø ñoä aåm lôùn, coù theå laøm vieäc ôû nhöõng vuøng coù nhieàu buïi baån, daàu nhôùt vaø ñoä rung ñoäng lôùn. Vieäc duy tu vaø baûo döôõng caøng ít caøng toát. 3. Nhöõng thoâng soá cô baûn heä thoáng cung caáp ñieän Hieäu ñieän theá ñònh möùc: Phaûi baûo ñaûm Uñm = 14V ñoái vôùi nhöõng xe söû duïng heä thoáng ñieän 12V, Uñm = 28V ñoái vôùi nhöõng xe söû duïng heä thoáng ñieän 24V. Coâng suaát maùy phaùt: Phaûi ñaûm baûo cung caáp ñieän cho taát caû caùc taûi ñieän treân xe hoaït ñoäng. Thoâng thöôøng, coâng suaát cuûa caùc maùy phaùt treân oâtoâ hieän nay vaøo khoaûng Pmf = 700 – 1500W. Doøng ñieän cöïc ñaïi: Laø doøng ñieän lôùn nhaát maø maùy phaùt coù theå cung caáp Imax = 70 – 140A. Toác ñoä cöïc tieåu vaø toác ñoä cöïc ñaïi cuûa maùy phaùt: nmax, nmin phuï thuoäc vaøo toác ñoä cuûa ñoäng cô ñoát trong.

Hệ thống điện điện tử ôtô đại– hệ thống điện động 65 Chương 4: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 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 sách 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 hệ thống điện 14V) 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 bẩn, dầu nhớt độ rung động lớn Việc tu 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 Chương 4: Hệ thống cung cấp điện ôtô 66 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 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 : nhiệt độ tối đa mà máy phát hoạt động HT điều khiển HT HT Hiệu điện điện làm động hiệu chỉnh: chiếu hiệu tín hiệu việc tiết chế Uhc = (Đánh lửa & phun sáng HT thông 13,8 – 14,2V xăng) tin Accu 4.2 Sơ đồ tổng quát, sơ đồ cung cấp điện HT giải trí phân bố tải xe 4.2.1 Sơ đồ tổng quát sơ đồ cung cấp điện HT điều hòa không khí Máy phát điện HT khóa cửa & bảo vệ HTxK 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 a Sơ đồ tải công suất điện ôtô Phụ tải điện ôtô chia làm loại: tải thường trực phụ tải liên tục hoạt động xe Hệ thống điện điện tử ôtô đại– hệ thống 67 điện động 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 MÁY PHÁT Tải thường trực Tải hoạt động gián đoạn thời gian ngắn Đèn báo Đèn sương rẽ mù x 35W x 21W Đèn de Đèn stop x 21W x 21W 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 trần 5W Motor điều khiển kính x 30W Quạt điều hoà nhiệt độ x 80W Xông kính 120W Motor gạt nước 60 90W Khởi động điện 800 - 3000W Quạt làm mát động x 100W Mồi thuốc 100W Hệ thống Motor xông máy Đèn soi phun (động biển số nước rửa diesel) 100W x 5W kính 30Motor điều 60W khiển anten Hình 4.2: Sơ đồ phụ Còi tải 25 điện ôtô 60W 40W Chương 4: Hệ thống cung cấp điện ôtô 68 4.2.2 Chế độ làm việc accu - máy phát phân bố tải r1 Ia Im Um f IL Ea RL f 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 Kirchhof 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.Imf + ra.Ia + IL.RL = Ea Imf + I mf Ia - IL = U mf R L E a R L  U mf    R L   R L E a   r1 R L r1   R L   R L ra R L 1 1 I mf  U mf(ra  R L )  R L E a R L (Umf  E a )  raU mf  r1(ra  R L )  R L R L (ra  r1)  r1ra r1 U mf rL E a RL   U mf  E a  R L  E a r1 Ia   r1 U mf R L   r1   r1 ra RL 1 1 (4.4) (4.5) (4.6) Heä thống điện điện động r1 0 1 IL  r1 0 1 Trong đó: điện tử ôtô đại– hệ thống U mf Ea U R  E a.r1  mf a RL R L   r1   r1.ra RL 1 69 (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 cuộn dây máy phát dây dẫn Căn vào biểu thức cường độ dòng điện nêu trên, 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 R L < , cho IL < Imf, maùy phaùt 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 E a r1 RL  dòng nạp không U mf  E a Chế độ thứ ba: chế độ tải xảy trường hợp mở nhiều phụ tải Khi R L  Nếu 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 Chương 4: Hệ thống cung cấp điện ôtô 70 4.3 Máy phát điện 4.3.1 Phân loại đặc điểm cấu tạo A 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 B 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 Hình 4.4: Mạch từ máy phát điện rotor nam châm tròn Nam châm vónh cửu; Cực từ thép; Cuộn dây stator 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 Hệ thống điện điện tử ôtô đại– hệ thống 71 điện động Việc chế tạo máy phát điện có má cực stator đơn giản Stator có 12 cực, rotor thường nam châm có cực Nhược điểm: khó nạp từ cho rotor, độ bền khí Với kết cấu mạch từ góc lệch pha 90 o 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 kích thích nam châm vónh cửu 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 72 Chương 4: Hệ thống cung cấp điện ôtô 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 Hình 4.6: Rotor nam châm hình loại má cực Nam châm hình sao; Hợp kim không dẫn từ; Trục rotor 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 Hơn nữa, lắp hàng loạt nam châm trục và, cách này, giảm trò số từ thông quy đònh cho nam châm đến hai lần hơn, tùy 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 Hệ thống điện điện tử ôtô đại– hệ thống điện động 73 Hình 4.7: Cấu tạo máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ 1,2 Quạt làm mát; Bộ chỉnh lưu; Vỏ; Stator; Rotor; Bộ tiết chế chổi than; Vòng tiếp điện  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) Hình 4.8: Các kiểu đấu dây Kiểu Kiểu tam giác 74 Chương 4: Hệ thống cung cấp điện ôtô Hình 4.9: Stator máy phát điện xoay chiều a Bố trí chung: Khối thép từ stator; Cuộn dây pha stator b Sơ đồ cuộn dây ba pha mắc theo hình Hình 4.10: Rotor máy phát điện xoay chiều kích thích điện từ có vòng tiếp điểm Chùm cực từ tính S; Chùm cực từ tính N; Cuộn dây kích thích; Các vòng tiếp điện; Trục rotor; Ống thép từ  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 đầu 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, Hệ thống điện điện tử ôtô đại– hệ thống 105 điện động Rp = Rgt + R’p Thường điều chỉnh điện áp có điện trở gia tốc giá trò Rgt 0) +I G RP K1 Rbn K2 - Wkt W U’ñm tb Uñm tb Umf Ikt Umf 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 Hệ thống điện điện tử ôtô đại– hệ thống 109 điện động 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 hết 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 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 B 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 R 3, 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 U EC1 phát đặt +U với điện Roáp máy lên lớp tiếp giáp transistorVDtheo hướng thuận I BE R VT bão 2hoà, xác đònh Transistor VT2mf trạng thái R điện trở R3 I1 R E VD R VT VD WKT R 110 Chương 4: Hệ thống cung cấp điện ôtô 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 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 hòa: 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 Hệ thống điện điện tử ôtô đại– hệ thống 111 điện động 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 được:  R  U I R U1 UOZ  1   OE1 k o R  R2  RZ (R1  R2)  R22 RR1  R1    (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 Đối với điện áp phản hồi transistor U2 bỏ qua độ sụt áp Ro (vì Ro bé) ta có phương trình: U UO2  IO2RO2   1I BE2R3  UOE2 U U D2  (RD2  R4 ) I R4 U  I'  R1  R2  (I - I' )R2 (4.35) U UOZ  I' (R  R2  RZ )  I B1 (RZ  R2 )  I'1 R2 UOE1 I' R  RE1(1 β 1)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 1 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  R2 )U OZ   D R1 U OE1 [ R1 ( RZ  R2 )  R2 RZ ]  RE1 (1  1 ) [(U D1  U D )(1  1 ) RE1  1 R3U OE1 ] A R1 R2 R RE1 (1  1 ) A 1 R3 R  RZ R    R A ( R1  R2 )   R  RZ   R1 R2   1  RE1 (1  1 )   RE1 (1  1 )  112 Chương 4: Hệ thống cung cấp điện ôtô 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) Hệ thống điện điện tử ôtô đại– hệ thống 113 điện động C Sơ đồ cấu tạo nguyên lý làm việc tiết chế dùng transistor NPN IG I1 R R R D R R D T I C D + F T R 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 đó, 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 hòa 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 I kt giảm Wkt xuất sức điện động tự cảm diode D dùng để bảo vệ transistor T2 Trong sơ đồ này, người ta sử dụng mạch hồi tiếp âm bao gồm R5 tụ C Khi T2 chớm đóng, điện áp cực C tăng làm xuất dòng nạp I c (Wkt  T1 C  R5  R  mass) Điện chân B T tăng UBE1 = R (I + IC) khiến T1 chuyển nhanh sang trạng thái bão hoà T 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 T có giá trò: UBE1 = (I – Ic)R khiến T1 chuyển nhanh sang trạng Chương 4: Hệ thống cung cấp điện ôtô 114 thái đóng T2 chuyển nhanh sang trạng thái bão hòa Như vậy, mạch hồi tiếp giúp tăng tần số đóng mở tiết chế, giúp tăng chất lượng điện áp hiệu chỉnh giảm nhiệt tỏa transistor 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 trên, 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 D 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 R3 R1 WK R2 R F D2 D1 T1 R4 I R5 D2 C T3 T2 R6 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: Hệ thống điện điện tử ôtô đại– hệ thống 115 điện động t Ua ic  R  c R4  R5 c : số mạch nạp Trong đó: Ua : điện aùp accu c = (R4 + R5)C U R U BE Ua  R5e R4  R5 t  Độ sụt áp R5 làm T2 mở T3 đóng nên mạch bảo vệ T3 tiếp tục đóng đến thời điểm t m dòng nạp không đủ để mở T2, tức là:  tm Ua R5e  c U OE R4  R5  t m  ln U a R5 ( R4  R5 ).U OE Lúc này, T2 chuyển sang trạng thái đóng T chuyển sang trạng thái khuếch đại Tụ C phóng điện qua T trình lại lặp lại cũ E 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 Cầu chì Đèn báo sạc D4 R D3 D5 D1 T3 C2 T2 R1 R4 R5 T1 C1 D6 WK R7 Hình 4.30a: R6 R3 R2 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) Chương 4: Hệ thống cung cấp điện ôtô 116 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 Tiết chế vi mạch xe Nhật kiểu M 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 Hình 4.30b: Sơ đồ tiết chế vi mạch kiểu M 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: R 10  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 R6 R2 T1 D1 R5 R4 R3 A L B + R8 D2 T3 T2 RF R1 D3 R1 F W K R7 IG/S W Hệ thống điện điện tử ôtô đại– hệ thống 117 điện động Hình 4.31: Sơ đồ tiết chế PP350 Trong trường hợp ngược lại, T chớm mở T2 chớm đóng, điện điểm B cao A Vì vậy, xuất dòng từ A sang B Dòng qua R 1, 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 IG/S Tiết chế vi mạch xe KAMAZ W R1 R6 D1 C Summ er R2 Rp 24V E D2 T1 R3 A R5 T2 W K R4 Winte r 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 D 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 Chương 4: Hệ thống cung cấp điện ôtô 118 Bảng 4.1: Tiêu thụ điện tải điện hoạt động liên tục Tải điện hoạt động liên tục Công suất (W) Hệ thống đánh lửa 20 Bơm nhiên liệu 70 Hệ thống phun nhiên liệu 100 Radio, cassette 12 Đèn đầu (pha cos) 110 Đèn kích thước 10 Đèn bảng số 10 Đèn soi sáng tableau 10 Tổng công suất Pw1 = 350W Tính toán công suất tiêu thụ cần thiết cho tất tải điện hoạt động gián đoạn theo bảng 4.2, ta có Pw2 = 143W Bảng 4.2: Tiêu thụ điện tải điện hoạt động gián đoạn Tải điện hoạt động gián đoạn Giá trò thực (W) 80 Hệ số 0.5 Công suất tương đương (W) 40 Xông kính 120 0.5 60 Gạt nước 60 0.25 15 Quạt điều hoà giàn nóng giàn lạnh Quạt điện tản nhiệt 0.1 Đèn lái 0.1 Đèn thắng 42 0.1 4.2 Đèn tín hiệu báo rẽ 70 0.1 4.2 Đèn sương mù 70 0.1 Đèn báo sương mù 35 0.1 3.5 Tổng công suất Pw2 = 134W 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 350W Pw1 = Công suất 134W Tổng công suất tải Pw = Pw1 + Pw2 = 484W Pw2 = Hệ thống điện điện tử ôtô đại– hệ thống 119 điện động P(W)/14V < 250 250 