2.4.1 Khái niệm
Điện áp của dịng điện do máy phát sinh ra thay đổi theo tốc độ quay của máy và độ lớn của tải (dịng điện ra) đặt lên máy phát. Tuy nhiên, do tốc độ động cơ thay đổi liên tục nên tốc độ của máy phát cũng thay đổi theo. Hơn nữa, các tải (đèn, gạt nước, quạt …) tác dụng lên máy phát luơn thay đổi cùng với trạng thái nạp điện của ắc quy. Vì vậy, để máy phát cung cấp điện áp ở trạng thái “tiêu chuẩn” khơng đổi, cần phải điều khiển điện áp bằng một tiết chế và do đĩ hệ thống nạp của ơtơ dùng một tiết chế kèm theo máy phát nhằm đảm bảo:
- Ổn định điện áp phát ra của máy phát điện.
- Ngăn dịng điện ngược từ ắc quy truyền sang máy phát điện
- Hạn chế dịng điện mà phụ tải tiêu thụ, chính là bảo vệ quá tải cho máy phát điện.
2.4.2 Tự động điều chỉnh điện và dịng điện 2.4.2.1 Bộ điều chỉnh điện (BĐC) kiểu điện từ
Các phần tử chính cĩ: Cuộn dây từ wu số 6, lõi sắt 3, cặp tiếp điểm 2. Cuộn dây từ 6 luơn được cấp điện áp từ Ump, cặp tiếp điểm ở trạng thái thường đĩng do lực lị xo 5 tạo ra. Điện trở phụ Rp được mắc song song với cặp tiếp điểm 2 và mắc nối tiếp với cuộn dây kích từ Wkt.
Khi tốc độ quay của máy phát cịn thấp, Ump < Uaq < Uđc (điện áp điều chỉnh), cĩ dịng điện trong mạch sau:
- Dịng điện từ hố lõi thép v0: (+) a Wu mát.
- Dịng kích từ của máy phát ikt:(+) a KK’ C Wktmát.
Lúc này điện áp cung cấp cho mạch là Uăq, dịng i cĩ tác dụng từ hố lõi thép nhưng lực từ hố (Fth) chưa thắng được lực lị xo (Flx) nên KK’ vẫn đĩng mạch.
26
Hình 2.19. Bộ điều chỉnh điện áp kiểu điện từ
1. Giá bắt tiếp điểm tĩnh; 2. Cặp tiếp điểm; 3. Lõi thép; 4. Cần tiếp điểm; 5. Lị xo; 6. Cuộn dây từ hố; 7. Khung từ; 8. Thanh lị xo bimêtan.
Khi vịng quay máy phát tăng lên, điện áp Ump tăng theo tỷ lệ với tốc độ n, tới khi n = n0 thì Ump = Uđc lực Fth bằng và thắng lực Flx nên tiếp điểm KK’ mở khiến dịng điện kích từ đi theo :(+) b Rp C Wkt mát.
Do phải qua Rp nên Ikt giảm xuống đột ngột làm Ump giảm theo. Khi Ump < Uđc thì Fth <Flx tiếp điểm KK’ lại đĩng trở lại, nhờ tiếp điểm KK’ cứ đĩng mở liên tục như trên khiến điện áp Ump được duy trì ổn định xung quanh Uđc .Hình 7.28b giới thiệu biến thiên của Ump và Ikt theo tốc độ máy phát n.
- BĐC kiểu điện từ cấu tạo đơn giản nhưng cĩ những nhược điểm sau:
+ Tần số rung của tiếp điểm thấp làm xấu chất lượng nạp điện ắc quy và gây đánh lửa mạnh ở tiếp điểm, lúc bắt đầu mở - tần số rung khoảng (12 20)Hz. Để tăng tần số đĩng mở tiếp điểm người ta dùng thêm cơ cấu gia tốc (cuộn dây hoặc điện trở gia tốc) mắc song song với tiếp điểm hoặc cuộn kích từ máy phát; thay đổi kết cấu cần tiếp điểm sao cho mơ men quán tính quay nhỏ nhất.
+ Khi hoạt động điện trở của cuộn dây Wu mạch từ tăng lên theo nhiệt độ, do đĩ Ump được điều chỉnh sẽ khơng ổn định mà tăng dần (cĩ thể tới 12% Uđm) gây ảnh hưởng sấu cho nạp điện ắc quy. Cĩ thể dùng biện pháp bù ảnh hưởng nhiệt độ cho bộ điều chỉnh bằng cách lắp điện trở bù nhiệt độ nối tiếp với Wu hoặc dùng sung từ miếng kim loại lưỡng tính kim.+ Khi hoạt động thường xuất hiện tia lửa điện ở tiếp điểm do dịng điện quá lớn đi qua khi bắt đầu mở tiếp điểm.
Để khắc phục nhược điểm này cần giảm bớt Rp và giảm dịng điện cực đại Imp max qua tiếp điểm, nhưng như vậy sẽ giảm cơng suất máy phát ( hoặc làm tăng kích thước khối lượng máy phát). Biện pháp khắc phục nhược điểm này cĩ hiệu quả là dùng hai cặp tiếp điểm. Ngồi ra để kiểm sốt lại sự nạp điện của máy phát cho ắc quy cịn dùng thêm đèn báo nạp.
27
2.4.2.2 Bộ điều chỉnh kiểu bán dẫn
Các bộ điều chỉnh bán dẫn được chia thành: Bán dẫn cĩ tiếp điểm, bán dẫn khơng tiếp điểm và bán dẫn vi mạch.
- BĐC bán dẫn cĩ tiếp điểm: Sử dụng một transistor cơng suất làm nhiệm vụ cấp dịng kích thích từ cho máy phát. Việc khố/mở của transistor được thực hiện qua tiếp điểm cơ khí.
Ưu điểm của loại này là tăng được dịng kích từ Ikt max (là dịng Ic của transistor) cịn dịng điều khiển đi qua tiếp điểm lại rất nhỏ.
Tuy nhiên vẫn phải thường xuyên chăm sĩc bảo dưỡng cặp tiếp điểm này.
- BĐC bán dẫn khơng tiếp điểm: Cũng sử dụng một transistor cơng suất để cấp dịng kích từ cho máy phát, việc khố/mở của transistor được điều khiển qua một điốt ổn áp (điốt khĩa/mở điện tử).
Phân áp R1R2 được đặt dưới điện áp máy phát Ump trong khi Ump <Uđm, sụt áp trên R1 cịn nhỏ hơn điện áp của điốt Z, lúc đĩ Z chưa thơng với chiều ngược transistor T2 bị khố, transistor cơng suất T1mở, dịng Ic của T1 là dịng kích từ cho máy phát (qua đầu bắt dây DF tới cuộn dây kích từ Wkt của máy phát). Tốc độ của máy phát tăng lên: Dịng
kích từ của máy phát tăng dần và điện áp phát ra của máy phát cũng tăng theo tới n = n0 lúc đĩ Ump = Uđmvà sụt áp trên R1 đạt giá trị ngưỡng đánh thủng điốt zen ner Z.
Do Z cho phép thơng theo chiều ngược, T2 chuyển sang trạng thái mở. Sau khi T2 mở, sụt áp qua tiếp giáp E-C khơng đáng kể nên T1 chuyển sang trạng thái khố, dịng kích từ chuyển nhanh tới 0, điện áp máy phát giảm nhanh.
Hình 2.20. Sơ đồ BĐC bán dẫn cĩ tiếp điểm
Hình 2. 21. Sơ đồ BĐC bán dẫn khơng tiếp điểm
1. BĐC bán dẫn; 2. Khố điện;3. Hộp cầu chì; 4. Ắc quy; 5. Máy phát ;6. Cuộn kích từ; 7. Đèn báo nạp.
28 Quá trình “mở/khố” T1 liên tục lặp lại, nhờ đĩ duy trì Ump = Uđm khi tốc độ máy phát thay đổi liên tục. Bằng cách thay đổi R1, R2 của các mạch phân áp cĩ thể điều chỉnh được Uđm.
Lúc dịng kích từ bị giảm đột ngột sẽ xuất hiện trong cuộn dây kích từ một sức điện động tự cảm Utc đặt ngược lên tiếp giáp CE của T1 nếu vượt quá giá trị cho phép Utc sẽ đánh thủng transistor T1.
Vì vậy thường lắp các đi ốt (đi ốt thường hoặc đi ốt ổn áp) mắc song song với cuộn dây kích từ của máy phát để dập tắt Utc bảo vệ transistor T1 (điơt D1 lắp song song với cuốn kích từ Wkt).
Ngồi ra trong bộ điều chỉnh bán dẫn cịn cĩ biện pháp tránh transistor khỏi bị hỏng vì quá dịng hoặc vì lắp sai cực tính của ắc quy.
Trong sơ đồ cịn cĩ đèn báo nạp 7 để chỉ trạng thái nạp ắc quy. Khi Ump < Uăq dịng kích từ được ắc quy cấp điện sẽ đi qua đèn 7 tới cọc D+ của BĐC, đèn sáng (mầu đỏ), khi máy phát đã nạp điện cho ắc quy, bĩng đèn bị nối tắt. Trường hợp bĩng đèn bị cháy, máy phát sẽ khơng làm việc vì khơng cĩ dịng kích từ
2.4.2.3 BĐC kiểu vi mạch
Hình 2.22 giới thiệu kết cấu và phân bố các mạch chức năng. Hình 2.23 giới thiệu sơ đồ nguyên lý của BĐC vi mạch.
Transistor T2 và T3 lắp theo sơ đồ Daclington, nhờ đĩ tăng thêm hệ số khuếch đại dịng lên nhiều lần, mạch hồi tiếp R4-C1 cĩ tác dụng chuyển nhanh trạng thái (mạch gia tốc) “khố/mở” cho transistor T1 nhờ đĩ cũng gia tốc quá trình chuyển tiếp trạng thái của transistor T2 và T3. Tụ C2 là tụ lọc, cĩ tác dụng khử các thành phần nhiễu xoay chiều.
Điốt D3 làm nhiệm vụ bảo vệ quá áp ngược cho transistor T2 và T3.
Hình 2. 22. Bộ điều chỉnh kiểu vi mạch
1. Đế; 2. Mạch điều khiển; 3. Khối các điện trở; 4. Đầu bắt dây; 5. Khối các transistor, đi ốt; 6. Tụ điện; 7. Vỏ ngồi.
29 Nhờ cơng nghệ đúc các phần tử bán dẫn trên nền Polyme đã làm giảm rất nhiều kích thước, khối lượng so với bộ điều chỉnh kiểu điện từ.
Ngồi ra cịn khắc phục cĩ hiệu quả ảnh hưởng của rung xĩc, ẩm tới hoạt động của các phần tử bán dẫn, tăng độ an tồn và độ tin cậy hoạt động của hệ thống máy phát.
Câu hỏi ơn tập chương 2
Câu 1. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của ắc quy axít. Câu 2. Trình bày phương pháp nạp điện cho ắc quy.
Câu 3. Trình bày cấu tạo chung của máy phát điện một chiều. Câu 4. Trình bày cấu tạo máy phát điện xoay chiều.
Câu 5. So sánh ưu nhược điểm của máy phát điện một chiều và xoay chiều? Câu 6. Trình bày nguyên lý làm việc bộ điều chỉnh điện kiểu điện từ.
Câu 7. Trình bày nguyên lý làm việc bộ điều chỉnh điện kiểu bán dẫn cĩ tiếp điểm. Câu 8. Trình bày nguyên lý làm việc bộ điều chỉnh điện kiểu bán dẫn khơng tiếp điểm.
THẢO LUẬN CHƯƠNG 1 VÀ 2
Nhĩm 1.
Chuyên đề 1. Trình bày một số thành tựu mới ứng dụng trên xe ơ tơ. Chuyên đề 2. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của ắc quy axít.
Nhĩm 2.
Chuyên đề 1. Trình bày các mạch điện thuộc hệ thống điện động cơ. Chuyên đề 2. Trình bày phương pháp nạp điện cho ắc quy.
Nhĩm 3.
Chuyên đề 1. Trình bày các mạch điện thuộc hệ thống điện thân xe.
30 Chuyên đề 2. Trình bày cấu tạo máy phát điện xoay chiều.
Nhĩm 4.
Chuyên đề 1. Trình bày ký hiệu số để đấu mạch theo tiêu chuẩn của Đức.
Chuyên đề 2. So sánh ưu nhược điểm của máy phát điện một chiều và xoay chiều?
Nhĩm 5.
Chuyên đề 1. Trình bày kí hiệu các chân của rơ le theo 2 tiêu chuẩn Đức và Nhật. Chuyên đề 2. Trình bày nguyên lý làm việc bộ điều chỉnh điện kiểu bán dẫn khơng tiếp điểm.
31
Chương 3
HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG 3.1 Vấn đề khởi động động cơ đốt trong.
3.1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống khởi động động cơ. 3.1.1.1 Nhiệm vụ
Do động cơ khơng cĩ khả năng tự khởi động nên cần cĩ một ngoại lực tác động để làm quay trục khuỷu đến số vịng quay nhất định mà động cơ tự hoạt động được.
Hệ thống khởi động trên ơ tơ đảm nhận nhiệm vụ này.
3.1.1.2 Yêu cầu
- Tạo ra mơ men cần thiết để khởi động động cơ.Tốc độ vịng quay khởi động tối thiểu của động cơ Xăng khoảng 50 ÷ 100v/p và động cơ Diesel khoảng 100 ÷ 200v/p.
- Cĩ kết cấu nhỏ gọn.
- Cĩ độ tin cậy cao, dễ bảo dưỡng sửa chữa.
3.1.1.3 Phân loại hệ thống khởi động
Theo phương pháp khởi động:
- Khởi động bằng cơ khí: Cần khởi động, tay quay. - Khởi động bằng khí nén.
- Khởi động bằng động cơ điện. + Kiểu thơng thường.
+ Kiểu giảm tốc.
+ Kiểu bánh răng hành tinh.
+ Kiểu giảm tốc hành tinh – động cơ thanh dẫn.
Ngày nay trên ơ tơ sử dụng chủ yếu hệ thống khởi động bằng động cơ điện.
3.1.2 Tính tốn mơ men cản và mơ men khởi động 3.1.2.1 Tính tốn mơ men cản
Từ cơng thức tính cơng suất tối thiểu của máy khởi động:
Pkđ Mc n W 30 . . min (2 - 1) min 30 n P M kđ c (2 - 2)
Trong đĩ: nmin: Tốc độ quay nhỏ nhất tương ứng với trạng thái nhiệt độ của động cơ ơ tơ khi khởi động, vịng/phút (với trị số tốc độ này,động cơ ơ tơ phải làm việc tự lập được sau ít nhất hai lần khởi động, thời gian khởi động khơng quá 10s đối với động cơ xăng và khơng quá 15s đối với động cơ diesel, khoảng thời gian giãn cách giữa hai lần khởi động liên tiếp khơng quá 60s).
Trị số nmin phụ thuộc vào loại động cơ, số lượng xi lanh cĩ trong động cơ và nhiệt độ của động cơ ơ tơ lúc bắt đầu khởi động. Trị số tốc độ:
32 nmin = (80 ÷ 120) vịng/phút đối với động cơ diesel.
Mc: Mơ men cản trung bình của động cơ ơ tơ trong quá trình khởi động (N.m).
Mơ men cản khởi động của động cơ ơ tơ bao gồm mơ men cản do lực ma sát của các cản khi nén hỗn hợp cơng tác trong các xi lanh của động cơ ơ tơ. Trị số Mc phụ thuộc vào loại động cơ, số lượng xi lanh của động cơ và nhiệt độ động cơ khi khởi động.
3.1.2.2 Tính tốn mơ men khởi động
Trong hệ thống khởi động điện ơ tơ, động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp được sự dụng phổ biến, cịn động cơ điện một chiều kích từ song song sử dụng ít hơn (chỉ dùng đối với các ơ tơ cơng suất nhỏ).
Với động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp, ta cĩ các cơng thức tính mơ men như sau: Mđt = Ikd k Ikd
a
pN
2 (2 - 3)
Trong đĩ: Mđt – Mơ men điện từ của động cơ (N.m). p – Số đơi cực từ chính của động cơ .
N- Tổng số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng. a – Số mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng. - Từ thơng kích từ dưới một cực (Wb).
K =
a pN
2 - Hệ số cấu tạo của động cơ. Ikđ - Dịng điện khởi động (A).
3.2 Hệ thống khởi động động cơ xăng
3.2.1 Sơ đồ cấu tạo
1. Ắc quy; 2. Ổ khố điện; 3. Máy khởi động
3.2.2 Nguyên lý làm việc
Khi quay chìa khĩa trong ổ khĩa khởi động (cơng tắc) 3 sang bên phải (hoặc ấn nút khởi động nếu cĩ trên ơ tơ), cuộn dây của rơ le khởi động 4 cĩ điện, rơ le khởi động tác động cặp tiếp điểm 5 đĩng lại. Khi đĩ cuộn dây hút 11, cuộn dây kích từ 16 và phần ứng 15 của động cơ điện khởi động được cấp điện theo mạch : Từ cực dương của ắc quy (+A) cặp tiếp điểm 5 của rơ le khởi động cuộn hút 11 của rơ le khởi động cuộn dây kích từ 16 của động cơ điện khởi động phần ứng 15 của động cơ điện khởi động mát (vỏ máy).
Cuộn dây giữ 12 của rơ le khởi động được cấp nguồn theo mạch: Từ cực dương của ắc quy (+A) cặp tiếp điểm 5 của rơ le khởi động cuộn giữ 12 của rơ le khởi động mát (vỏ máy).
33 Trong trường hợp này, từ thơng sinh ra trong cuộn dây hút 11 và trong cuộn dây giữ 12 tác dụng cùng chiều nhau, lực điện từ của rơ le khởi động sẽ kéo lõi thép 13 chuyển động sang bên trái, cánh tay địn sẽ làm cho bánh răng 14 ăn khớp với vành bánh răng của bánh đà của động cơ ơ tơ.
Khi bánh răng đã ăn khớp với vành bánh răng bánh đà, lõi thép 13 đẩy đĩa tiếp xúc 8 sang bên trái làm cho các tiếp điểm 7, 9 và 10 đĩng kín. Kết quả là cuộn dây hút 11 của rơ le khởi động bị ngắn mạch, phần ứng 15 và cuộn dây kích từ của động cơ điện khởi động được đấu trực tiếp với ắc quy (dịng điện khơng đi qua cuộn hút 11 của rơ le khởi động) theo mạch: Từ cực dương của ắc quy (+A) cặp tiếp điểm (9-10) của rơ le khởi động cuộn dây kích từ 16 của động cơ điện khởi động phần ứng 15 của động cơ điện khởi động mát (vỏ máy) máy khởi động quay kéo bánh đà quay để khởi động động cơ.
Sau khi động cơ ơ tơ đã khởi động, máy phát điện 1 phát ra điện, dịng điện trong cuộn dây 4 của rơ le khởi động giảm xuống, vì điện áp đặt lên cuộn dây 4 của rơ le khởi động trong trường hợp này bằng :
URKĐ = Uaq - Ump (2 - 4)
Trong đĩ: URKĐ - Điện áp đặt lên cuộn dây 4 của rơ le khởi động, V. Uaq - Điện áp của bình ắc quy, V.
Ump - Điện áp phát ra của máy phát, V.
Vì vậy rơ le khởi động khơng tác động, cặp tiếp điểm 5 mở ra dẫn đến cuộn dây giữ 12 của rơ le khởi động khơng được cấp điện. Từ thơng tác dụng lên lõi thép 13 giảm xuống đột ngột và dưới lực kéo của lị xo hồi vị làm cho lõi thép 13 di chuyển sang bên phải (về vị trí