2. TỔNG QUA N:
3.2.2.4. Tính tốn mạch điện đèn sương mù:
Hình 3- 3 Sơ đồ tính tốn mạch điện đèn sương mù 1- Đèn sương mù trước; 2- Đèn sương mù sau
Các thiết bị tiêu thụ điện trong mạch gồm 4 bĩng đèn sương mù và 2 bĩng đèn hậu. Các bĩng đèn này được bố trí thành 2 mạch nhánh, 1 mạch nhánh phía trước ACE và 1 mạch phía sau BDE. Mỗi nhánh gồm 2 bĩng đèn sương mù cơng suất 60 W và 1 bĩng đền hậu 25W.
P = 60+60+25= 145 (W)
Để đảm bảo tính kinh tế và độ bền nhiệt của dây dẫn, nếu chọn độ sụt áp nhỏ thì tiết diện dây dẫn sẽ phải lớn khi đĩ thỏa mãn điều kiện bền nhưng lại khơng kinh tế, cịn khi ta chọn độ sụt áp quá cao sẽ dẫn đến dây dẫn cĩ tiết diện quá bé, lúc này sẽ khơng đảm bảo độ bền. Do đĩ theo (bảng 3-4) trên ta chọn độ sụt áp trên dây dẫn trong mạch đèn sương mù là ∆U = 0,3 V nằm trong khoảng giữa của độ sụt áp bé nhất và độ sụt áp tối đa.
Cường độ dịng điện trên mỗi mạch nhánh của mạch đèn sương mù Theo (5) ta cĩ: 12,08 (A) 12 145 U P I Xét mạch nhánh BDE:
Khảo nghiệm thực tế trên xe, ta cĩ chiều dài đoạn dây dẫn BD là LBD=2,7 m. Tiếp diện dây dẫn BD trong mạch, theo (6) ta cĩ.
) (mm 93 , 1 0,3 2,7 . .0,0178 12,08 ΔU I.L.ρ S 2
Vậy để đảm mạch hoạt động ổn định và an tồn, ta chọn dây dẫn cĩ tiết diện Sdd=1,5 mm2.
3.2.2.5. Tính tốn mạch cịi điện:
Hình 3- 4 Sơ đồ tính tốn mạch điện cịi điện 1- Cịi điện
Các thiết bị tiêu thụ điện trong mạch: Hai cịi điện cĩ cơng suất là 30W. Cơng suất đặt trong mạch là: P = 30+30=60 (W)
Để đảm bảo tính kinh tế và độ bền nhiệt của dây dẫn, nếu chọn độ sụt áp nhỏ thì tiết diện dây dẫn sẽ phải lớn khi đĩ thỏa mãn điều kiện bền nhưng lại khơng kinh tế, cịn khi ta chọn độ sụt áp quá cao sẽ dẫn đến dây dẫn cĩ tiết diện quá bé, lúc này sẽ
khơng đảm bảo độ bền. Do đĩ theo (bảng 3- 4) trên ta chọn độ sụt áp trên dây dẫn trong mạch cịi điện là ∆U = 0,6V nằm trong khoảng giữa của độ sụt áp bé nhất và độ sụt áp tối đa.
Cường độ dịng điện I trong mạch:
A 5 12 60 U P I U.I P : cĩ Ta
Khảo nghiệm thực tế trên xe, ta cĩ chiều dài đoạn dây dẫn AB là LAB= 2,4 m. Tiết diện dây dẫn AB trong mạch, ta cĩ.
) (mm 0,71 0,6 2,4 . 0,0178 . 5 ΔU I.L.ρ S 2
Vậy để đảm mạch hoạt động ổn định và an tồn, ta chọn dây dẫn cĩ tiết diện Sdd=1,0 mm2.
3.3. Kết cấu các cụm chi tiết của hệ thống cung cấp thiết kế:
3.3.1. Máy phát điện xoay chiều:
Máy phát điện xoay chiều trên xe, cung cấp nguồn năng lượng chính, cĩ nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải và nạp điện cho ắc quy. Dịng điện cực đại máy phát cĩ thể cung cấp ở xe thiết kế là Imax = 80 [A], hiệu điện thế định mức Uđm = 14 [V].
Máy phát điện xoay chiều là máy phát điện ba pha cĩ tích hợp bộ chỉnh lưu gồm 6 diode chỉnh lưu 3 pha và 2 diode chỉnh lưu ở điểm trung hịa để bổ sung sự thay đổi điện thế tại điểm trung hồ vào điện áp ra một chiều của máy phát.
Rơ to gồm cĩ hai chùm cực hình mĩng lắp then trên trục, 3 cuộn dây mắc hình sao, rơ to là một nam châm điện, thiết kế này cho phép điều khiển dịng kích từ để điều khiển điện áp máy phát độc lập với tốc độ để tránh tình trạng ắc quy bị nạp quá.
Cuộn dây rơ to được cấp điện từ ắc quy thơng qua hai vịng trượt và hai chổi than. Chổi than luơn tì vào vịng trượt do lực lị xo. Đa số các máy phát đều được trang bị một mạch điện điều khiển dịng kích từ để điều khiển điện áp đầu ra.
F
Hình 3- 5 Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ và sơ đồ mạch. 1, 10- Vỏ sau và trước máy phát; 2- Bộ chỉnh lưu; 3-Vành chổi điện; 4- Cuộn dây staror; 5, 12- Bu lơng; 6- Lõi thép kỹ thuật; 7, 21- Rotor phải trái; 8, 17, 19- Đai ốc; 9- Quạt làm mát; 11, 12- Bu lơng; 13- Bích chặn; 14- Puly; 15- Then bán nguyệt; 16-
Trục máy; 18, 25- Ổ bi; 20- Cuộn dây kích từ; 22- Dây điện; 23- Ống cách điện; 24- Cực B; 26- Vành khuyên.
Chức năng của máy phát điện xoay chiều: Máy phát điện xoay chiều đĩng vai trị quan trọng trong hệ thống nạp. Máy phát điện xoay chiều cĩ 3 chức năng: Tạo ra dịng điện, chỉnh lưu thành dịng điện 1 chiều và điều chỉnh điện áp.
- Phát điện: Việc truyền chuyển động quay của động cơ đến puli máy phát thơng qua dây đai sẽ làm quay rơ to máy phát từ đĩ tạo ra dịng điện xoay chiều trong cuộn dây Stato.
Nguyên lý sinh ra dịng điện xoay chiều 3 pha: Khi nam châm quay từ trường quét vịng qua các cuộn dây stato sẽ biến thiên làm suất hiện dịng điện cảm ứng trong stato, các cuộn dây của stato đặt lệch nhau 120o (Tất là khi nam châm quay thì từ thơng cực đại qua mỗi cuộn dây sẽ hơn kém nhau về thời gian bằng 1/3 chu kỳ, tức là lệch pha nhau gĩc 2π/3) → các đầu dây suất hiện một dịng điện xoay chiều 3 pha.
Mối liên hệ giữa dịng điện sinh ra trong cuộn dây và vị trí của nam châm được chỉ ra trong hình 3- 6. Dịng điện lớn nhất được sinh ra khi cực N và cực S của nam châm gần với cuộn dây nhất. Tuy nhiên, chiều dịng điện ở mỗi nửa vịng quay của nam châm lại ngược nhau.
Mỗi cuộn A, B, C được đặt chênh nhau 1200. Khi nam châm quay giữa chúng cĩ dịng điện xoay chiều được sinh ra trong mỗi cuộn dây. Dịng điện bao gồm 3 dịng xoay chiều được gọi là “dịng xoay chiều 3 pha”.
- Chỉnh lưu dịng điện: Vì dịng điện được tạo ra trong cuộn dây Stato là dịng điện xoay chiều nên nĩ khơng sử dụng được cho các thiết bị điện một chiều lắp trên ơ tơ. Để sử dụng được dịng điện xoay chiều này người ta phải sử dụng bộ chỉnh lưu để chỉnh lưu dịng điện xoay chiều thành dịng điện một chiều.
0 90° 150° 240° S N 120° 120° 120° 180° 30° 120° 210° 270° 330° A B C A B C V (+) V (-) t
Hình 3- 7 Sơ đồ nguyên lý dịng điện xoay chiều 3 pha. N S N S N S N S 470° 360° 270° 180° 90° 0° N S N S N S a) b) t V (+) V (-)
Hình 3- 6 Sơ đồ nguyên lý sinh điện.
- Điều chỉnh điện áp: Bộ điều chỉnh điện áp IC điều chỉnh điện áp sinh ra để cĩ được điện áp ổn định ngay cả khi tốc độ máy phát hoặc cường độ dịng điện trong mạch thay đổi liên tục.
3.3.2. Ắc quy:
Trên ơ tơ du lịch 5 chổ sử dụng là ắc quy a xít: Dung dich điện phân là a xít H2SO4, năng lượng điện một chiều, cĩ dịng phĩng lớn, độ sụt thế tương đối bé và điện thế ổn định, cĩ khả năng phục hồi trong thời gian ngắn từ 5...10 S mà sau đĩ trạng thái kỹ thuật của chúng hầu như khơng thay đổi.
- Cung cấp năng lượng cho máy khởi động khi khởi động động cơ.
- Cung cấp năng lượng cho tất cả các phụ tải khác khi động cơ khơng làm việc hoặc làm việc ở số vịng quay nhỏ.
- Nếu phụ tải mạch ngoài lớn hơn cơng suất của máy phát, thì ắc quy sẽ cùng với máy phát cung cấp cho các phụ tải.
- Cĩ điện dung lớn với khối lượng và kích thước tương đối bé. - Cĩ điện thế ổn định, hiện tượng tự phĩng điện khơng đáng kể.
- Làm việc tin cậy khi nhiệt độ mơi trường dao động trong giới hạn rộng.
- Phục hồi nhanh chĩng điện dung khi được nạp trong các điều kiện sử dụng khác nhau.
Cĩ độ bền cơ học cao, chịu được rung sĩc, thời hạn phục vụ lớn.
Ắc quy trên xe là ắc quy khởi động, được trang bị một bình 12V, với dung lượng 80AH, cĩ 6 ngăn. Trong mỗi ngăn cĩ đặt khối bản cực gồm khối bản cực dương (+) và khối bản cực âm (-), ngăn cách với nhau bằng các tấm ngăn, mỗi ngăn như vậy gọi là ắc quy đơn.
Mỗi ắc quy đơn sản sinh ra một điện áp khoảng 2,1V, các ngăn được mắc nối tiếp với nhau bằng các cầu nối tạo thành bình ắc quy. Mỗi ngăn bao gồm các tấm cực dương (+) làm bằng monoxide chì, tấm ngăn cĩ cấu trúc rỗng tổ ong cho phép axit đi qua, cực âm (-) làm bằng chì nguyên chất và dung dịch điện là axit sulfuric (H2SO4) cho phép dịng điện chạy qua. Các tấm cực dương (+) nối với nhau tạo thành cực dương (+), các tấm cực âm (-) nối với nhau tạo thành cực âm (-). Trong quá trình hoạt động (nạp điện hoặc phĩng điện) sẽ cĩ sự chuyển dịch các ion điện tích từ cực dương (+) qua điện dịch điện phân đến các cực âm (-).
Hình 3- 8 Cấu tạo bình ắc quy axít
1- Điện cực (-); 2- Nút vặn để kiểm tra và đổ dung dịch H2SO4; 3- Nắp trên ắc quy ; 4- Cầu nối; 5. Điện cực (+); 6- Thanh nối;. 7- Tấm bản cực; 8- Tấm ngăn; 9- Viền
giữ; 10- Vỏ ắc quy.
Khi ắc quy được nạp đầy điện, tỉ trọng của dung dịch điện dịch là 1,25g/cm3 (với một số nước nhiệt đới tỉ trọng thấp hơn là 1,23g/cm3 nếu nồng độ qúa cao chĩng hỏng tấm ngăn và bản cực, nếu quá thấp thì điện dung định mức và thế hiệu ắc quy giảm). Trong điều kiện thời tiết lạnh, cơng suất ắc quy và khả năng khởi động lạnh sẽ giảm xuống do phản ứng hĩa học xảy ra chậm hơn. Khi ắc quy được nạp đầy điện, điện áp của một ngăn cĩ thể lên đến ( 2,2V), khi ắc quy được coi là phĩng điện hoàn tồn khi điện áp của một ngăn giảm xuống (1,75V) và tỉ trọng cịn là 1,16g/cm3.
Trong điều kiện nạp đầy, cực dương (+) là PbO2 và cực âm (-) là Pb, dung dịch điện dịch là H2SO4 hịa tan trong nước. Khi cĩ tải đặt vào hai cực, xảy ra các phản ứng hĩa học, ion âm sulfat (SO4 -) sẽ di chuyển về hai cực âm và dương tạo thành PbSO4, đồng thời các phần tử ơ xy từ cực dương cũng tách ra và tác dụng với các ion dương hydrogen tạo thành nước, quá trình này giải phĩng năng lượng điện cấp cho các tải. Trong quá trình phĩng điện, nồng độ axit giảm đồng thời tỉ trọng điện dịch cũng giảm do đĩ cĩ thể dùng tỉ trọng điện dịch để đo độ nạp của ắc quy. Trong quá trình nạp lại ắc quy, quá trình xảy ra ngược lại, PbSO4 tại hai cực sẽ biến thành Pb và PbO2 và dung dich điện dịch sẽ chuyển thành axit sunfuric H2SO4.
Chú ý: Khi ắc quy đã nạp đầy mà vẫn tiếp tục nạp thì xảy ra quá trình tách nước và giải phĩng khí hidrogen cĩ thể gây cháy nổ.
Khi sử dụng ắc quy để khởi động cho một xe khác, do dịng điện sử dụng lớn nên một lượng lớn khí hidrogen được giải phĩng cũng cĩ thể gây cháy nổ. Ắc quy chì được thiết kế khơng để tình trạng phĩng điện hoàn tồn mà phải luơn được nạp đầy,
sulfat chì làm giảm cơng suất của ắc quy hay cịn gọi là hiện tượng ắc quy bị chai. Cần hết sức cẩn thận khi thao tác với ắc quy vì nĩ chứa H2SO4 là một chất ăn mịn mạnh và hidrogen là một chất dễ cháy nổ.
4. CÁC MẠCH PHỤ TẢI CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP:
4.1. Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu:
Hệ thống chiếu sáng – tín hiệu trên ơ tơ là một phương tiện cần thiết giúp tài xế cĩ thể nhìn thấy trong điều kiện tầm nhìn hạn chế, dùng để báo các tình huống dịch chuyển để mọi người xung quanh nhận biết.
4.1.1. Hệ thống chiếu sáng :
4.1.1.1. Cấu tạo bĩng đèn:
Trên xe sử dụng loại bĩng đèn loại halogen:
+ Loại đèn halogen: Sự ra đời của bĩng đèn halogen đã khắc phục được các nhược điểm của bĩng đèn dây tĩc thường. Người ta sử dụng phần lớn thủy tinh thạch anh để làm bĩng vì loại vật liệu này chịu được nhiệt độ và áp suất rất cao (khoảng 5 đến 7 bar) cao hơn thủy tinh bình thường làm cho dây tĩc đèn sáng hơn và tuổi thọ cao hơn bĩng đèn thường.
Thêm vào đĩ, một ưu điểm của bĩng halogen là chỉ cần một tim đèn nhỏ hơn so với bĩng thường. Điều này cho phép điều chỉnh tiêu điểm chính xác hơn so với bĩng bình thường
Hình 4- 1 Cấu tạo bĩng đèn halogen.
1- Vỏ thủy tinh thạch anh; 2- Dây tĩc tim cốt; 3- Dây tĩc tim pha; 4- Giá đỡ; 5- Các tiếp điểm
Đèn halogen cĩ chứa khí halogen (như Iod hoặc Brơm). Các chất khí này tạo ra một quá trình hĩa học khép kín: Iod kết hợp với vonfram (hay Tungsten) bay hơi ở dạng khí thành iodur vonfram, hỗn hợp khí này khơng bám vào vỏ thủy tinh như bĩng đèn thường mà thay vào đĩ sự chuyển động đối lưu sẽ mang hỗn hợp này trở về vùng khí nhiệt độ cao xung quanh tim đèn (ở nhiệt độ cao trên 1450 0C) thì nĩ sẽ tách thành 2 chất: vonfram bám trở lại tim đèn và các phần tử khí halogen được giải phĩng trở về dạng khí.
Quá trình tái tạo này khơng chỉ ngăn chặn sự đổi màu bĩng đèn mà cịn giữ cho tim đèn luơn hoạt động ở điều kiện tốt trong một thời gian dài. Bĩng đèn halogen phải được chế tạo để hoạt động ở nhiệt độ cao hơn 250 0C. Ở nhiệt độ này khí halogen mới bốc hơi.
4.1.1.2. Mạch điện hệ thốngĐèn pha - cốt:
Hình 4- 2 Sơ đồ mạch điện đèn pha - cốt.
1- Cầu nối an toàn; 2- Cơng tắc đèn; 3- Cầu chì trung tâm; 4- Đèn cảnh báo đèn đầu; 5- Đèn cảnh báo đèn pha; 6- Bảng đồng hồ (táp lơ); 7- Rơ le đèn pha; 8- Rơ le đèn
Hoạt động của đèn pha, cốt (hình 4- 2):
Hoạt động của mạch điện đèn pha, cốt theo kiểu âm chờ. Ắc quy luơn cấp điện cho chân vào của rơ le (7), (8) và hộp cầu chì trung tâm (3). Cơng tắc đèn (2) được lấy điện sau hộp cầu chì (3).
Khi cơng tắc đèn (2) bật ở vị trí “Low beam” và cơng tắc đa chức năng (11) bật ở “vị trí mo” sẽ đĩng tiếp điểm cho rơ le đèn cốt (8), xuất hiện dịng điện chạy theo hai mạch sau:
* Từ (+) Ắc quy Cầu nối (1) Hộp cầu chì (3) Đèn báo đèn đầu (4) mass. * Từ (+) Ắc quy Cầu nối (1) Rơ le đèn cốt (8) Tim cốt đèn (9) và (10)
mass, lúc này các đèn đều bật sáng.
Khi cơng tắc đa chức năng (11) bật ở vị trí “Đèn pha” sẽ ngắt mạch rơ le đèn cốt (8), đồng thời đĩng tiếp điểm rơ le đèn pha (7), suất hiện dịng điện chạy theo hai mạch sau: * Từ (+) Ắc quy Cầu nối (1) Hộp cầu chì (3) Đèn báo đèn pha(5) mass. * Từ (+) Ắc quy Cầu nối (1) Rơ le đèn pha (7) Tim pha đèn (9) và (10)
mass, lúc này các đèn đều bật sáng.
Khi cơng tắc đa chức năng (11) bật ở vị trí ”nhá đèn” sẽ đĩng mạch các rơ le (7) và (8) sẽ cĩ dịng chạy trong mạch là:
* Từ (+) Ắc quy Cầu nối (1) Rơ le đèn (7) và (8) Tim pha – cốt đèn (9) và (10) mass, lúc này các đèn đều bật sáng.
Từ (+) Ắc quy Cầu nối (1) Hộp cầu chì (3) Đèn báo đèn đầu (4) và (5)
mass làm cho các đèn báo sáng lên.
4.1.1.3. Mạch điện đèn bảng số :
Hình 4- 3 Sơ đồ mạch điện đèn bảng số.
Hoạt động của đèn bảng số xe (hình 4- 3):
Khi cơng tắc đèn (2) ở vị trí “Park” sẽ cĩ dịng điện đi trong mạch như sau: (+) ắc quy Hộp cầu chì trung tâm (1) Cơng tắc đèn (2) Hộp cầu chì trung tâm (1) Đèn cảnh báo (3) và đèn chiếu sáng biển số (4), làm cho các đền sáng.
Khi cơng tắc đèn (2) ở vị trí “Low beam” sẽ cĩ dịng điện đi trong mạch như sau: (+) ắc quy Hộp cầu chì trung tâm (1) Cơng tắc đèn (2) Hộp cầu chì trung tâm (1) Đèn cảnh báo (3) và đèn chiếu sáng biển số (4), làm cho các đền sáng.
4.1.1.4. Mạch điện đèn sương mù:
Hoạt động của đèn sương mù (hình 4- 4):
Trong sơ đồ đấu dây thì đèn sương mù được nối với đèn cảnh báo trên táp lơ, hoạt động của mạch điện như sau:
1 0) Fog lamp 1) Tail lamp 0 0 0) Fog lamp 1) Tail lamp 1 0 1 2 0 1 2 0) Off 1) Front fog lamps 2) Rear fog lamps
1 2 5 4 3 6 9 8 7
Hình 4- 4 Sơ đồ mạch điện đèn sương mù