Hệ thống máy phát điện - Bình ắc quy

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TRÊN ÔTÔ 1.1 Tổng quan hệ thống cung cấp điện ơtơ 1.1.1 Vai trị hệ thống cung cấp điện Tạo nguồn điện chiều cung cấp cho thiết bị để đảm bảo an toàn tiện nghi hoạt động Hệ thống cung cấp điện sử dụng quay vòng động để phát sinh điện Nó khơng cung cấp điện cho hệ thống thiết bị khác mà nạp điện cho ắc quy lúc động hoạt động 1.1.2 Cấu trúc hệ thống Hình 1.1 Hệ thống nguồn ô tô 1.Máy phát Ắc quy 3.Đèn báo nạp Khóa điện Hệ thống cung cấp nguồn gồm thành phần mơ tả trên: Máy phát điện phát sinh điện điều chỉnh điện áp phát thông qua điều chỉnh điện áp (tiết chế) Ắc quy trữ, cung cấp lượng Nó nạp điện động làm việc phóng điện cung cấp cho thiết bị động ngừng hoạt động Đèn báo nạp cảnh báo cho người lái xe hệ thống gặp cố Khóa điện đóng, ngắt dịng điện hệ thống 1.1.3 Yêu cầu hệ thống cung cấp điện Chế độ làm việc ô tô luôn thay đổi có ảnh trực tiếp đến chế độ làm việc hệ thống cung cấp điện Do xuất phát từ điều kiện phải đảm bảo phụ tải làm việc bình thường Hệ thống cung cấp điện phải đảm bảo yêu cầu sau: + Đảm bảo độ tin cậy tối đa hệ thống, điều chỉnh tự động điều kiện sử dụng ô tô + Đảm bảo nạp điện tốt cho Ắc quy đảm bảo khởi động động ôtô dễ dàng với độ tin cậy cao + Kết cấu đơn giản hoàn toàn tự động làm việc chế độ + Chăm sóc bảo dưỡng kỹ thuật qua trình sử dụng + Có độ bền khí cao đảm bảo chịu rung chịu sóc tốt + Đảm bảo thời hạn phục vụ lâu dài + Cung cấp lượng điện đến cho phụ tải ôtô với điện ổn định điều kiện làm việc động 1.1.4 Phân loại hệ thống cung cấp điện Theo xe khác dùng loại máy phát khác ta có cách phân loại: + Hệ thống cung cấp dùng máy phát điện xoay chiều + Hệ thống cung cấp điện dùng máy phát chiều Theo điện áp cung cấp ta 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 chiều ta phân loại: + Loại điều chỉnh (dùng chổi điện thứ 3) + Loại điều chỉnh (dùng chỉnh điện kèm theo) Với máy phát điện xoay chiều ta phân loại: + Máy phát điện xoay chiều kích thích nam châm vĩnh cửu + Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ 1.2 Các phận hệ thống cung cấp điện 1.2.1 Ắc-quy a) Nhiệm vụ: Ắc quy có nhiệm vụ cung cấp điện cho hệ thống đánh lửa, phận tiêu thụ điện khác động chưa hoạt động hay hoạt động có số vòng quay nhỏ, với máy phát cung cấp điện cho phụ tải trường hợp tải vượt khả cung cấp máy phát điện b) Yêu cầu: - Có cường độ điện phóng lớn, đủ cho máy khởi động điện (máy đề) hoạt động - Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ chăm sóc - Phóng nạp tuần hồn có hiệu suất cao c) Phân loại: dựa loại chất điện phân bình ắc quy Ắc quy kiềm: Là loại ắc quy dùng kiềm làm chất điện phân + Ắc quy axit (ắc quy axit-chì): Là loại ắc quy dùng axit làm chất điện phân, chia thành loại nhỏ sau: + Ắc quy axit hở khí: Khí bên bình ắc quy ngồi được, gồm ắc quy hở khí dạng ngập nước phải bảo dưỡng ắc quy hở khí khơng phải bảo dưỡng + Ắc quy axit kín khí: Khí bên bình ắc quy khơng thể ngồi, gồm ắc quy khô hút AGM ắc quy khô gel Ắc quy pin Lithium: Là loại ắc quy dùng muối lithium dung môi hữu làm chất điện phân - Phân loại dựa mục đích sử dụng bình ắc quy + Ắc quy khởi động: Là loại ắc quy dùng để đề nổ khởi động động loại ô tô, xe máy, máy phát điện, máy nổ + Ắc quy viễn thông (ắc quy tải): Là loại ắc quy dùng để trì cấp điện thời gian dài cho lưu điện UPS, loại xe điện (xe đạp điện, xe máy điện, xe nâng điện ) loại thiết bị điện khác 1.2.2 Cấu tạo ắc quy axit chì Hình 1.2 Cấu tạo ắc quy axit chì – Cực âm; – Nút thông hơi; – Mắt kiểm tra; – Cực dương; – Dung dịch; – Tấm ngăn Ắc qui; – Bản cực; – Nắp Ắc qui; – Tấm cách; 10 – Tấm cực dương; 11 – Tấm cực âm; 12 – Khung lưới; 13 – Thanh nối; * Vỏ bình Vỏ bình đúc thành khối chế tạo nhựa Ebonit, cao su cứng hay nhựa tổng hợp, nhựa Axphantơpec …Phía chia thành ngăn kín riêng biệt Dưới đáy ngăn có sống để đỡ cực tạo thành khoảng trống cực tránh tượng chập mạch Vỏ bền, khơng bị axit ăn mịn chịu nhiệt độ cao Dưới đáy bình người ta chia làm hai đường gờ gọi yên đỡ cực Mục đích yên đỡ cực cho cực tỳ lên tránh bị ngắn mạch dung dịch có cặn bẩn chì lắng đọng Hình 1.3 vỏ bình * Nắp thơng Nắp thơng chụp lỗ để thêm dung dịch điện phân Nắp thông thiết kế để acid ngưng tụ rơi trở lại ắc quy cho phép hydrogene bay Dãy nắp thông hơi: Hầu hết ắc quy ngày thiết kế dãy nắp thông để chụp cho nhiều ngăn Dãy nắp thơng thiết kế để acid ngưng tụ rơi trở lại ắc quy cho phép hydrogene bay Hình 1.4 Vỏ Ắc quy Hình 1.5 Nắp thơng * Bản cực Bản cực làm hợp kim chì Antimon, bề mặt cực có gắn xương dọc ngang để tăng độ cứng vững cho cực tạo ô cho chì bám cực Hai bề mặt cực chát bột chì Bản cực dương trát đầy bột chì PbO2 cịn cực dương trát đầy bột chì xốp Pb Sau trát ép chất tác dụng người ta ngâm cực vào dung dịch H 2SO4 Chùm cực dương chùm cực âm lồng xen kẽ vào chúng lớp cách Trong ngăn số cực dương nhiều sơ cực âm tấm, mục đích để cực dương làm việc hai phía Hình 1.6 Bản cực * Tấm cách (tấm ngăn) Tấm cách chất cách điện, chế tạo từ nhựa đặc biệt, thuỷ tinh Các cách phải cách điện tốt, xốp nước tích điện lưu thơng tự quanh cực Tác dụng cách xốp ngăn tượng cực chạm vào gây đoản mạch nguồn Hình 1.7 Tấm cách * Các cọc ắc quy Có loại cọc bình Ắc quy sử dụng, loại đỉnh, loại cạnh loại L Loại đỉnh thông dụng tơ Loại có cọc vát xiêng Loại cạnh loại đặc trưng hãng General Motors, loại L dùng tàu thuỷ Hình 1.8 Cọc Ắc quy Ký hiệu cọc Ắc quy: Ký hiệu cọc Ắc quy để nhận biết cực dương hay âm Thông thường, ký hiệu "+" để cực dương, "-" để cực âm Đôi khi, ký hiệu "POS" "NEG" sử dụng để ký hiệu cực dương cực âm Trên loại ắc quy có cọc loại đỉnh, đầu cọc dương thường lớn cực âm, mục đích để dễ phân biệt Đầu kẹp ắc quy: Đầu kẹp cáp Ắc quy làm thép chì tuỳ thuộc vào nhà chế tạo Hình 1.9 Ký hiệu cọc Ắc quy Hình 1.10 Đầu kẹp Ắc quy * Cửa xem tỷ trọng Cửa xem tỷ trọng dùng cầu đo tỷ trọng dung dịch điện phân ngăn Hình 1.11 Cửa xem tỷ trọng * Dung dịch điện phân Dung dịch điện phân dùng ắc quy thường hỗn hợp axit sunfuaric nguyên chất nước cất Nồng độ pha chế thay đổi phụ thuộc vào khí hậu vật liệu ngăn Thông thường 1,21g/cm3 – 1,31g/cm3 150C Nồng độ dung dịch cao làm cho ngăn mau hỏng(đặc biệt ngăn gỗ) Nếu nhiệt độ nước điện tích tăng hay giảm với mức 150C phải chỉnh lại số đọc nơi tỷ trọng kế Ví dụ cao 10C ta cộng thêm 0,0007 g/cm3 Nếu thấp 150C 10C ta trừ bớt 0,0007g/cm3 Khi ắc quy nạp đầy, thành phần dung dịch điện phân 38%(H 2SO4) tính theo trọng lượng 27% tính theo thể tích 1.2.3 Nguyên lý làm việc - Bản chất dòng điện chất điện phân dịng chuyển dời có hướng ion âm ion dương - Hiện tượng chuyển đổi lượng hóa học thành lượng điện gọi phóng điện, ngược lại tượng chuyển đổi lượng điện thành hóa học gọi nạp điện Hình 1.12 Q trình nạp, phóng điện ắc quy H2SO4: Axit sunphuric H2O: Nước H2: Hyđrô O2: Ơxy A.Dịng điện Phóng điện 1.2.3.1 Q trình nạp điện B Phóng Dịng điện nạp Nạp điện Khi ắc quy lắp ráp xong người ta đổ dung dịch Axit sunfuric vào ngăn bình cực sinh lớp mỏng chì sunfat (PbSO 4) chì oxit tác dụng với axit sunfuric cho phản ứng: PbO + H2SO4 → PbSO4 + H2O Đem nối nguồn điện chiều vào hai đầu cực ắc quy dịng điện chiều khép kín mạch qua ắc quy dịng điện theo chiều: Cực (+) nguồn chiều dịch điện phân → → đầu cực ắc quy chùm cực → → chùm cực đầu cực ắc quy → → qua dung cực (-) nguồn chiều Dòng điện làm cho dung dịch điện phân phân li: H2SO4 → 2H+ + SO42- H+ theo chiều dịng điện phía chùm cực nối với âm nguồn tạo phản ứng: PbSO4 + 2H2O +SO42- → PbO2+2H2SO4 Kết chùm bảm cực nối với cực (+) nguồn điện có chì oxit (PbO2), chùm cực có chì (Pb) Như hai loại chùm cực có a) Q trình nạp điện khác cực tính Từ phản ứng hố học ta thấy trình nạp điện tạo lượng axit sunfuric bổ sung vào dung dịch đồng thời q trình nạp điện dịng điện cịn phân tích dung dịch điện phân khí H O2 lượng khí sủi lên bọt nước bay đi, nồng độ dung dịch điện phân trình nạp điện tăng dần lên 1.2.3.2 Q trình phóng điện Nối hai cực ắc quy nạp với phụ tải chẳng hạn bóng đèn lượng điện tích trữ ắc quy phóng qua tải làm cho bóng đèn sáng, dòng điện ắc quy theo chiều: Cực (+) ắc quy → tải → cực (-)ắc quy → dung dịch điện phân → cực (+) ắc quy Phản ứng hoá học xảy ra: cực (+): PbO2+2H++H2SO4+2e cực (-): Pb+SO42- → → PbSO4 + 2H2O PbSO4+2e Như ắc quy phóng điện, chì sunfat lại hình thành hai chùm cực hình thành hai chùm cực, làm cho cực trở lại giống nhau, dung dịch axit bị phân tích thành cation 2H + anion SO42-, đồng thời q trình phóng điện tạo nước dung dịch, nồng độ dung dịch giảm dần sức điện động ắc quy giảm dần b) Q trình phóng điện 1.2.4 Điều kiện làm việc Với ắc quy có cực nhanh bị chì ơxit chì bị bật khỏi cực, lắng xuống đáy bình làm phát sinh tượng phóng điện ắc quy nên ắc quy nhanh bị hỏng thời tiết có độ ẩm khơng khí lớn làm ắc quy tự phóng điện 1.2.5 Những dấu hiệu cho thấy ắc quy có vấn đề - Kiểm tra màu ắc quy thơng qua mắt thăm Hình 1.13 Đèn báo tình trạng bình ắc quy - Động khởi động yếu - Động khơng quay, khơng có đèn sáng bảng táp lô - Vỏ ắc quy bị phù, biến dạng, cực ắc quy bị ăn mòn, cực bị chảy 1.2.6 Các hư hỏng thường gặp cách khắc phục 1.2.6.1 Hiện tượng Sulfat hóa Nguyên nhân: – Ắc quy bị sử dụng cạn kiệt không nạp bổ sung – Nạp không chế độ, không đủ dung lượng cần thiết nhiều lần nạp thiếu 10 ... Uaq - Rkt 19 - Khi điện áp máy phát cao điện áp ắc quy máy phát tự kích từ sạc điện cho ắc quy Vì máy phát xoay chiều cần có relay điều chỉnh điện áp 1.4.2.2 Đặc tính kiềm chế dòng điện máy phát. .. máy phát điện xoay chiều + Hệ thống cung cấp điện dùng máy phát chiều Theo điện áp cung cấp ta phân loại sau: + Hệ thống cung cấp điện dùng máy phát 12V + Hệ thống cung cấp dùng máy phát điện. .. bình ắc quy + Ắc quy khởi động: Là loại ắc quy dùng để đề nổ khởi động động loại ô tô, xe máy, máy phát điện, máy nổ + Ắc quy viễn thông (ắc quy tải): Là loại ắc quy dùng để trì cấp điện thời