2.4.1. Loại dùng bộ điều chỉnh kiểu bán dẫn
Bộ điều chỉnh loại này hoạt động dựa trên nguyên tắc nhận biết điện áp máy phát bằng diode zenner để điều khiển dòng qua cuộn kích từ bằng transistor công suất. Điện áp máy phát được đưa qua diode zenner, tùy theo giá trị điện áp qua nó mà diode này hay dẫn. Từ đó, tín hiệu này được cho qua một bộ điều khiển trung gian để cuối cùng ngắt (dẫn) transistor điều khiển dòng qua cuộn kích từ, duy trì điện áp tại mức hiệu chỉnh.
Theo [3], ta có sơ đồ nguyên lý được biểu diễn ở hình (2.15)
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; I- Máy phát; II- Bộ chỉnh lưu; III- Bộ điều chỉnh.
- Khi bật IG/SW, thì sơ đồ hoạt động như sau : Từ (+) Ắc quy → đèn báo nạp và R5 → R1 : phân cực thuận cho T2 và T3 làm T2 và T3 dẫn
+ Từ (+) Ắc quy→ đèn báo nạp và R5 → Wkt → F → T2, T3 → mát : cung cấp dòng kích từ ban đầu cho máy phát.
- Khi rotor máy phát quay, từ thông qua stator biến thiên làm sinh ra dòng điện xoay chiều 3 pha. Dòng điện này được chỉnh lưu bởi 3 diode (3 diode này được nối với đèn báo nạp) để tắt đèn báo nạp và cung cấp vào đầu dương của Wkt
- Khi tốc độ rotor đủ lớn làm cho điện áp phát ra lớn hơn điện áp hiệu chỉnh, điện áp rơi trên R3 trong cầu phân áp R2, R3 đủ lớn làm cho Zenner Dz dẫn → T1 dẫn → T2, T3 ngắt → ngắt dòng qua Wkt → điện áp máy phát giảm xuống. Quá trình lặp lại để ổn định điện áp tại mức hiệu chỉnh
- D7 dùng để dập sức điện động tự cảm sinh ra trong Wkt khi T2, T3 dẫn và ngắt.
2.4.2. Loại dùng bộ điều chỉnh kiểu IC
Loại dùng tiết chế IC, tham khảo tài liệu [3]
- Bộ điều chỉnh này chủ yếu gồm có cánh tản nhiệt và giắc nối. Việc sử dụng bộ điều chỉnh này làm cho hệ thống có kích thước khá nhỏ gọn.
- Chức năng của bộ tiết chế vi mạch là: + Điều chỉnh điện áp
+ Cảnh báo khi máy phát không phát điện và tình trạng nạp không bình thường
+ Bật đèn báo nạp khi có sự cố xảy ra - Nguyên lý hoạt động:
Hình 2.16- Sơ đồ điều chỉnh khi điện áp máy phát thấp hơn định mức B- Cực nối với đầu ra của máy phát; P- Cực nối đầu ra của stator; F- Cực nối
đầu ra của cuộn dây kích từ; E- Cực nối mass; IG- Cực nối với đầu đánh lửa; S
-Cực nối với đầu ắc quy; L- Cực nối với đèn báo nạp; D1-Diode; Tr1, Tr2- Các transistor.
Động cơ khởi động và tốc độ máy phát tăng lên, mạch M. IC mở Transistor Tr1 để cho dòng kích từ đi qua và do đó điện áp ngay lập tức được tạo ra. Ở thời điểm này nếu điện áp ở cực B lớn hơn điện áp ắc quy, thì dòng điện sẽ đi vào ắc qui để nạp và cung cấp cho các thiết bị điện. Kết quả là điện áp ở cực P tăng lên. Do đó mạch M.IC xác định trạng thái phát điện đã được thực hiện và truyền tín hiệu đóng Transistor Tr2 để tắt đèn báo nạp. Theo tài liệu số [3] ta có sơ đồ hoạt động của bộ điều chỉnh khi điện áp máy phát thấp hơn điện áp hiệu chỉnh:
Hình 2.17- Khi điện áp máy phát cao hơn điện áp hiệu chỉnh
B- Cực nối với đầu ra của máy phát; P- Cực nối đầu ra của stator; F- Cực nối đầu ra của cuộn dây kích từ; E- Cực nối mass; IG-Cực nối với đầu đánh lửa; S -Cực nối với đầu ắc-quy; L- Cực nối với đèn báo nạp; D1- Diode; Tr1, Tr2 -Các transistor.
+ Khi điện áp máy phát cao hơn điện áp hiệu chỉnh:
Nếu Transistor Tr1 tiếp tục mở, điện áp ở cực B tăng lên. Sau đó điện áp ở cực S vượt quá điện áp điều chỉnh, mạch M. IC xác định tình trạng này và đóng Transistor Tr1. Kết quả là dòng kích từ qua cuộn dây rotor giảm, điện áp ở cực B (điện áp được tạo ra) giảm xuống. Sau đó nếu điện áp ở cực S giảm xuống tới giá trị điều chỉnh thì mạch M. IC sẽ xác định tình trạng này và mở Transistor Tr1. Do đó dòng kích từ của cuộn dây rotor tăng lên và điện áp ở cực B cũng tăng lên. Bộ điều chỉnh giữ cho điện áp ở cực S (điện áp ở cực ắc quy) ổn định (điện áp điều chỉnh) bằng cách lặp đi lặp lại các quá trình trên. Diode D1 hấp thụ sức điện động ngược sinh ra trên cuộn rotor do đóng mở transistor Tr1.
2.5. Phân tích, lựa chọn sơ đồ cho hệ thông cung cấp2.5.1. Lựa chọn máy phát 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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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