2.5.1. Lựa chọn máy phát
Hiện nay các thiết bị trên xe đều dùng dòng điện 1 chiều. Tuy nhiên, việc dùng máy phát 1 chiều có nhiều nhược điểm như do cấu tạo máy phát 1 chiều có vòng đổi điện cuộn dây rotor phức tạp nên tuổi thọ thấp, sữa chữa bảo dưỡng khó khăn
Trong khi đó máy phát xoay chiều có cuộn dây rotor đơn giản hơn do đó có tuổi thọ cao và dể dàng trong bảo dưỡng. Máy phát xoay chiều có dòng kích thích nhỏ nên không cháy vòng tiếp điện. Có thể tăng tỉ số truyền từ động cơ đên máy phát đạt tới trị số 2.5÷3 lần vì vậy, khi động cơ ô tô chạy không tải máy phát có thể phát ra công suất đạt tới (25÷30%) công suất định mức, cải thiện điều kiện nạp cho ắc quy.
Ta chọn loại máy phát điện xoay chiều 3 pha, và kích thích bằng nam châm điện. Bởi vì máy phát điện xoay chiều 3 pha kiểu kích thích bằng nam châm vĩnh cửu có những nhược điểm vô cùng quan trọng như khó điều chỉnh thế hiệu, công suất hạn chế, giá thành cao và trọng lượng lớn. Ngoài ra, từ thông của nó còn phụ thuộc nhiều vào chất lượng hợp kim và kim loại chế tạo nam châm. Trong khi đó, máy phát xoay chiều 3 pha kiểu kích thích bằng nam châm điện ít tốn kém hơn và dễ điều chỉnh điện áp dể dàng hơn.
Do đó, để thỏa mãn các yêu cầu của hệ thống cung cấp cho xe thiết kế nói chung và máy phát nói riêng ta chọn máy phát xoay chiều ba pha, kích từ bằng nam châm điện. Xe chọn thiết kế là xe tải, hệ thống điện trên xe dùng dòng điện 12V.
Hình 2.18 – Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ
1-stator và cuộn dây; 2 - Rotor; 3 - Cuộn dây kích thích; 4 - Quạt gió ; 5 - pully; 6,7- Nắp; 8 - Bộ chỉnh lưu; 9-Vòng tiếp điện; 10- Chổi điện và giá đỡ.
2.5.2. Lựa chọn bộ chỉnh lưu
Do ta sử dụng máy phát xoay chiều 3 pha nên để tạo ra được dòng điện một chiều thì ta phải sử dụng bộ chỉnh lưu để chuyển dòng xoay chiều (AC) thành dòng một chiều(DC)
Hình 2.19- Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha và tia
Hiện nay, người ta thường hay sử dụng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha kích từ nam châm điện chúng có ưu điểm là tạo ra được dòng điện có giá trị ổn định, biên độ dao động thấp và kết cấu khá đơn giản. Trong đồ án này em sẽ sử dụng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha và tia mắc song song.
2.5.3. Lựa chọn bộ điều chỉnh
Các bộ điều chỉnh điện áp loại rung có ưu điểm là: kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, hiệu suất cao. Tuy vậy chúng có nhược điểm quan trọng là: điều chỉnh phức tạp, nhạy cảm với rung động và bụi bẩn, các tiếp điểm dễ bị oxy hóa, chóng mòn rỗ đặc biệt là khi cắt nối dòng điện có giá trị lớn. Nếu dùng các biện pháp để khắc phục như (phân nhánh mạch kích thích, dùng bộ điều chỉnh điện áp hai nấc, …) thì làm phức tạp kết cấu, tăng giá thành và giảm độ tin cậy.
Vì thế hiện nay có xu hướng dùng các bộ điều chỉnh điện áp bán dẫn thay thế cho các bộ điều chỉnh loại rung. Trong đồ án này em sẽ sử dụng bộ điều chỉnh bán dẫn không có tiếp điểm vì chúng có độ tin cậy cao như: chịu rung xóc tốt và không cần thiết phải bảo dưỡng định kỳ nhiều trong quá trình vận hành.
Hình 2.20 - Bộ điều chỉnh loại bán dẫn
Sau khi đã chọn máy phát, bộ chỉnh lưu và bộ điều chỉnh ta có sơ đồ mạch điện của hệ thống cung cấp như sau:
Hình 2.15- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống cung cấp sử dụng bộ điều chỉnh bán dẫn
1- Ắc quy; 2- Công tắc; 3- Phụ tải; 4- Cuộn dây Stator; 5- Cuộn dây Rotor; 6- Diode; 7- Diode zenner; 8- Đèn báo nạp; 9-Transistor; 10-Điện trở; 11- Cầu chì;
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN MÁY PHÁT VÀ DÂY DẪN 3.1. Tính toán công suất máy phát
Phụ tải điện trên ô tô có thể chia làm 3 loại: tải thường trực là những phụ tải liên tục hoạt động khi xe đang chạy, tải gián đoạn trong thời gian dài và tải gián đoạn trong thời gian ngắn. Trên (hình 3.1) trình bày sơ đồ phụ tải điện có thể gặp trên ô tô hiện đại.
Để xác định đúng loại máy phát cần lắp trên ôtô với điều kiên đảm bảo đủ công suất cấp cho các phụ tải, ta cần tính toán công suất máy phát theo công suất tiêu thụ của phụ tải bao gồm phụ tải liên tục và phụ tải gián đoạn như sau theo [1]:
Công suất tổng: P∑= P1 + P2. (3.1)
Trong đó : P1: Công suất cung cấp cho tải hoạt động liên tục. P1 = ∑Pi1 Với i là số phụ tải hoạt động liên tục. P2: Công suất cung cấp cho tải hoạt động gián đoạn.
P2= ∑Pi2×λi (3.2)
Với λi: là hệ số sử dụng phụ tải thứ i. Được xác định theo kinh nghiệm, phụ thuộc vào điều kiện hoạt động và cách sử dụng của tài xế.
3.1.1. Công suất tiêu thụ cần thiết cho tất cả các phụ tải hoạt động liên tục
Phụ tải liên tục là các thiết bị điện và điện tử trên xe mà luôn hoạt động ở tất cả thời gian khi động cơ hoạt động. Do đó, hệ số sử dụng phụ tải của tất cả các phụ tải này là 1.
Theo đề bài cho, ta có được bảng 3.1, từ đó ta tính được tổng công suất cần thiết cho các phụ tải hoạt động liên tục.
Bảng 3.1- Công suất tiêu thụ của phụ tải liên tục
STT Tên phụ tải Công suất thực Hệ số sử dụng Công suất tương đương [W] (λ) [W]
1 Bơm nhiên liệu 55 1 65
2 Hệ thống đánh lửa 30 1 30
3 Hệ thống phun nhiên liệu 80 1 80
4 Hệ thống điều khiển (ECU) 170 1 170
3.1.2. Công suất tiêu thụ cần thiết cho các phụ tải gián đoạn
Phụ tải gián đoạn là phụ tải chỉ hoạt đông 1 khoảng thời gian nào đó trong quá trình vân hành ôtô, do đó hê ̣số sử dụng của loại phụ tải này là <1 và thay đổi theo từng khoảng thời gian sử dụng của mỗi phụ tải, và thói quen vân hành ôtô của mỗi tài xế. Việc lựa chọn máy phát do đó cũng phụ thuộc vào loại xe, điều kiện làm việc để chọn được thời gian sử dụng phụ tải gián đoạn thích hợp, đảm bảo máy phát cung cấp đủ công suất cho tất cả các phụ tải ở điều kiện làm việc thường xuyên.
Hệ số sử dụng phụ tải λ của mỗi phụ tải phụ thuộc vào thời gian sử dụng phụ tải đó. Tùy điều kiện bên ngoài như nắng, mưa, sương mù, hay ngày và đêm mà tần số sử dụng mỗi phụ tải là khác nhau
Dựa vào tài liệu [1] kết hợp với phân tích theo điều kiện sử dụng ở nước ta. Ta có cá hệ số sử dụng phụ tải như sau:
- Radio là phương tiện giải trí trên xe, tùy vào sở thích từng tài xế lái xe. Ta chọn λ= 0,2
- Đèn báo trên bảng táp lô thường gồm các đèn tín hiệu và đèn cảnh báo…, các đèn này hoạt động khá nhiều nên ta chọn λ= 0,6
- Đèn kích thước trong khoảng thời gian hoạt động của xe nên thời gian hoạt động chiếm gần nửa thời gian, ta chọn λ= 0,6
- Đèn biển số thì lúc nào xe chạy ban đêm thì mới được sử dụng hơn, vì vậy ta chọn λ= 0,3
- Đèn đỗ xe thì lúc nào xe dừng mới được bật, và tùy vào từng việc của mỗi người lái xe như tắc xi, nhân viên… việc đỗ xe cũng khác nhau nên chọn: λ= 0,1
- Đen pha, cos luôn được dùng vào ban đêm và thay thế cho nhau. Không thể bật 2 đèn này cùng lúc nên thời gian hoạt động của mỗi đèn ta có thể xem như nhau. Ta chọn λ= 0,4
- Đèn stop bào hiệu khi xe dừng tạm thời và khi phanh. Với điều kiện giao thông ở nước ta thì ta chọn λ= 0,1
- Đèn trần dùng vào ban đêm, tuy nhiên không phải sử dụng thường xuyên như đèn Taplo, đèn pha…mà chỉ dùng khi người sử dụng thấy cần thiết nên λ= 0,3
- Motor nâng/hạ kính được sử dụng khi muốn mở kính, ta chọn λ= 0,1 - Quạt điều hòa nhiệt độ sử dụng khá nhiều do khí hậu nước ta có 2 mùa nóng
lạnh khá rõ rệt nên λ= 0,6
- Sấy kính sử dụng để làm khô kính khi bị hơi ẩm bám vào, được sử dụng vào mùa đông. Ta chọn λ= 0,2
- Motor khởi động chỉ dùng khi khởi động xe, motor rửa kính tần số sử dụng thấp, chỉ khi muốn làm sạch kính nên λ=0,1
- Còi là thiết bị quan trọng sử dụng thường xuyên và là thiết bị dụng khá nhiều ở Việt Nam nên λ= 0,2
- Đèn sương mù rất ít được sử dụng do điều kiện khí hậu của nước ta ít sương mù nên ta chọn λ = 0,1
- Đèn đổ xe, đèn lùi, đèn báo rẽ hoạt động ít hơn, sử dụng chỉ trong trường hợp cần thiết như dừng xe, lùi hay rẽ, và cũng chỉ trong thời gian ngắn nên λ= 0,1
- Quạt làm mát động cơ không còn hoạt động liên tục như lúc trước, chỉ khi động cơ nóng lên qua khỏi ngưỡng cho phép thì quạt làm mát mới hoạt động. Ta chọn λ= 0,7
- Mồi thuốc ít dùng vì hút thuốc trong xe sẽ tạo ra rất nhiều tác hại nên λ= 0,1
- Motor gạt nước mưa được sử dụng nhiều vào mùa mưa, tùy thuộc vào điều kiện môi trường Việt Nam nên λ= 0,3
- Motor bơm ABS được sử dụng khi phanh đối với đường xá Việt Nam, ta chọn λ= 0,2.
Theo đề bài cho, ta có được bảng 3.2, từ đó ta tính được tổng công suất cần thiết cho các phụ tải hoạt động không liên tục với hệ số sử dụng được chọn ở trên.
Bảng 3.2- Công suất tiêu thụ của phụ tải gián đoạn
Công suất tiêu thụ của phụ tải gián đoạn STT Tên phụ tải
Công suất
thực
Hệ số sử dụng
Công suất tương đương
(W) (λ) (W)
1 Radio 45 0.2 9
2 Đèn taplo 45 0.6 27
4 Đèn đỗ xe 20 0.1 2 5 Đèn biển số 6 0.3 1.8 6 Đèn cốt 110 0.4 44 7 Đèn pha 120 0.4 48 8 Đèn báo rẽ 48 0.2 9.6 9 Đèn stop 40 0.1 4 10 Đèn trần 15 0.3 4.5
11 Mô tơ nâng/ hạ kính 140 0.2 28
12 Quạt điều hòa 150 0.6 90
13 Sấy kính 130 0.2 26
14 Mô tơ rửa kính 40 0.1 4
15 Còi 35 0.2 7
16 Đèn sg mù 80 0.1 8
17 Đèn lùi 44 0.1 4.4
18 Mô tơ gạt mưa 70 0.3 21
19 Mô tơ khởi động 1100 0.1 110
20 Quạt l.mát động cơ 220 0.7 154
21 Mồi thuốc 85 0.1 8.5
22 Mô tơ bơm ABS 110 0.2 22
Tổng công suất P2 668.8
Dựa vào bảng 3.1 và bảng 3.2, ta có thể dễ dàng tính được công suất của phụ tải yêu cầu: P∑ = P1 + P2 = 345 + 668.8= 1013.8 [W]
Chọn điện áp định mức cho máy phát là Uđm =14 [V] Cường độ dòng điện yêu cầu của máy phát theo [1]
Iyc = 72,41 (A) (3.3)
Cường độ dòng điện định mức của máy phát, với hiệu suất của máy phát điện η = (0,85÷0,9). Chọn η = 0,85
Idm = 85,19 (A) (3.4)
Vậy nên ta cần chọn máy phát có Udm= 14 [V] và Idm > 85,19 [A]. Dựa vào catalog của máy (tài liệu [4]) ta chọn được máy phát tham khảo loại AAK COMPACT với các thông số như sau, (Bảng 3.3):
Bảng 3.3 – Thông số cơ bản máy phát tham khảo
STT Tên thông số Giá trị
1 Điện áp định mức 14 [V]
2 Dòng điện 95 [A]
3 Tốc độ lớn nhất của rotor 18000[rpm]
4 Đường kính stator 125[mm]
5 Trọng lượng (không tính trọng lượng puly) 5,3[kg]
Kết cấu máy phát tham khảo:
Hình 3.4- Kết cấu máy phát điện AAK COMPACT
1- Puli dẫn động; 2- Ổ bi trước; 3- Vỏ phía trước; 4- Stato; 5- Roto; 6- Vỏ phía sau; 7- Bộ chỉnh lưu; 8- Nắp bảo vệ; 9- Cọc B+, D+ của máy phát; 10- Ổ bi sau; 11- Vòng tiếp điện; 12- Chổi than; 13- Bộ điều chỉnh điện; 14- Đệm cao
su
3.2. Tính toán lựa chọn dây dẫn
Các hư hỏng trên ô tô hiện nay chủ yếu bắt nguồn từ dây dẫn vì đa số các linh kiên bán dẫn hiện nay đã được chế tạo với độ bền khá cao. Ô tô càng hiện đại, số lượng dây dẫn càng lớn thì xác suất hư hỏng càng cao.
Dây dẫn trong ô tô thường là dây đồng có bọc chất cách điện là nhựa PVC. So với dây điện dùng trong nhà, dây điện trong ô tô dẫn điện và được cách điện tốt hơn. Chất cách điện bọc ngoài dây đồng không những có điện trở rất lớn (1012Ω/mm) mà còn phải chịu được xăng dầu, nhớt, nước và nhiệt độ cao, nhất là
đối với các dây dẫn chạy ngang qua nắp máy (của hệ thống phun xăng và đánh lửa).
Thông thường tiết diện dây dẫn phụ thuộc vào cường độ dòng điện chạy trong dây. Tuy nhiên, điều này lại bị ảnh hưởng không ít bởi nhà chế tạo vì lý do kinh tế. Dây dẫn có kích thước càng lớn thì độ sụt áp trên đường dây càng nhỏ, nhưng dây cũng sẽ nặng hơn. Điều này đồng nghĩa với tăng chi phí do phải mua thêm đồng. Vì vậy mà nhà sản xuất cần phải có sự so đo giữa hai yếu tố vừa nêu.
Độ sụt áp trên dây dẫn được xác định theo biểu thức sau:
ΔU=I.R= I.ρ.l
S (3.5)
Với
I= P
U [A] (3.6)
Suy ra tiết diện dây dẫn các tải là:
S= I.ρ.l ΔU = U ΔU P ρ.l
[m2] (3.7)
Trong đó:
R: điện trở dây dẫn [Ω] I: dòng điện qua dây dẫn [A]
ρ: điện trở suất dây dẫn [Ωm],ρ = 1,72x10-8 [Ωm] l: chiều dài dây dẫn [m]
S: tiết diện dây dẫn [m2] P: công suất phụ tải [W]
Để tính được dây dẫn thì phải có được thông số sụt áp trên các đường dây theo từng hệ thống trong ô tô theo bảng sụt áp sau đây.
Bảng 3.4 - Độ sụt áp trên dây dẫn kể cả mối nối
Hệ thống [12V] Độ sụt áp [V] Sụt áp tối đa [V] Hệ thống chiếu sáng 0,1 0,6 Hệ thống cung cấp điện 0,3 0,6 Hệ thống khởi động 1,5 1,9 Hệ thống đánh lửa 0,4 0,7 Các hệ thống khác 0,5 1,0
Theo tài liệu [1] độ sụt áp cho phép trên đường dây thường nhỏ hơn 10% điện áp định mức
Theo đề ta có bảng thông số về chiều dài của các đường dây dẫn điện như dưới đây:
Bảng 3.5. Giá trị công suất các phụ tải cần tính
Phụ tải Chiều dài dây dẫn [m]
Đèn pha/cốt 1,7
Còi 1,3
Moto gạt mưa 1,0
Sấy kính phía sau 4,5
Theo công thức (3.7), giá trị công suất các phụ tải và độ sụt áp chọn được ta tính toán được tiết diện dây dẫn như sau:
Bảng 3.6- Bảng các đại lượng và tiết diện tính toán được
dài dây dẫn [m] sụt áp ∆U suất P [W] S [m 2] Đèn cốt 1,7 0,4 55 0,287x10-6 Đèn pha 1,7 0,4 60 0,313x10-6 Còi 1,3 0,6 35 0,093x10-6 Moto gạt mưa 1,0 0,5 70 0,172x10-6
Sấy kính phía sau 4,5 0,8 130 0,898x10-6
● Chọn dây dẫn theo tiêu chuẩn Leoni [5], trang 25
Bảng 3.7- Bảng dây điện chọn theo tiêu chuẩn Leoni
Phụ tải Tiết diện S [mm2]
Đèn cốt 0,35
Đèn pha 0,35
Còi 0,13
Moto gạt mưa 0,22
Sấy kính phía sau 1,0
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG, Hệ thống điện và điện tử trên ô tô hiện đại [2] TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT, Bài giảng trang bị điện và điện tử trên ô tô [3] PHẠM VĂN KIÊM, Trang bị điện, điện tử trên động cơ đốt trong.
https://www.econologie.com/file/transports/Technologie_alternateurs.pdf
[5] Catalog dây dẫn Leoni
