Hai cuộn dây được bố trí như trong sơ đồ. Khi dòng điện chạy qua một cuộn dây (cuộn dây sơ cấp) bị thay đổi, một sức điện động sẽ được tạo ra trong cuộn dây kia (cuộn dây thứ cấp) theo chiều ngăn không cho từ thông ở cuộn dây sơ cấp thay đổi. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng cảm ứng tương hỗ.
Một bô bin sử dụng hiệu ứng này. Bô bin có chứa cuộn dây đánh lửa của ô tô để tạo ra điện áp cao đặt vào bugi. Khi duy trì một dòng điện không đổi qua cuộn dây sơ cấp thì không có sức điện động nào được tạo ra trên cuộn thứ cấp. Khi dòng điện sơ cấp bị ngắt bằng cách xoay công tắc từ vị trí ON (mở) đến OFF (ngắt), từ thông được tạo ra bởi dòng điện sơ cấp ngắt đột ngột. Do đó một sức điện động sẽ được tạo ra trong cuộn dây thứ cấp theo chiều sẽ ngăn từ thông không bị khử đi.
Một bô bin sẽ cho phép dòng điện chạy vào cuộn sơ cấp, và khi dòng điện này bị ngắt, điện áp cao được tạo ra trên cuộn thứ cấp thông qua hiệu ứng tự cảm tương hỗ.
Sức điện động tự cảm được tạo ra bởi thiết bị này sẽ thay đổi theo các điều kiện sau đây:
Hình 2.2.6a. Hiệu ứng cảm ứng tương hỗ
- Thay đổi tốc độ của từ thông:
Một thay đổi xuất hiện trong một thời gian ngắn sẽ tạo ra một sức điện động lớn hơn.
- Lượng từ thông:
Lượng từ thông thay đổi càng lớn, sức điện động càng lớn.
- Số vòng dây của cuộn dây thứ cấp: Với cùng mức thay đổi về từ thông, số vòng dây càng lớn thì sức điện động càng lớn.
Do đó để sinh ra một điện áp thứ cấp cao, dòng điện chạy vào cuộn sơ cấp phải càng lớn càng tốt, và sau đó dòng điện này cần được ngắt đột ngột.
Suất điện động hỗ cảm. Độ hỗ cảm
Suất điện động gây ra dòng điện hỗ cảm được gọi là suất điện động hỗ cảm. Công thức của nó cũng tuân theo định luật cơ bản của hiện tượng cảm ứng điện từ, nghĩa là:
𝜉ℎ𝑐 = - 𝑑ɸ𝑚 𝑑𝑡
Với ɸ𝑚 là từ thông gửi qua mạch điện C1 hoặc C2 mà ta xét (ảnh minh họa ): Trong công thức :
ɸ𝑚12 = 𝑀12𝐼1
Thì ɸ𝑚12 là từ thông do dòng 𝐼1 sinh ra và gửi qua diện tích của mạch C2 Còn 𝑀12 là một hệ số tỉ lệ, gọi là độ hỗ cảm của hai mạch C1 và C2
So sánh các công thức, ta nhận thấy rằng: độ hỗ cảm M có cùng đơn vị như độ tự cảm L, nghĩa là cũng được tính ra Henry.
Hình 2.2.6b.Hiện tượng hỗ cảm
Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng tương hỗ trong ô tô
o Mô bin đánh lửa:
Hệ thống đánh lửa sử dụng điện cao áp do bô bin tạo ra nhằm phát ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hòa khí đã được nén ép. Hỗn hợp hòa khí được nén ép và đốt cháy trong xi lanh. Sự bốc cháy này tạo ra động lực của động cơ. Nhờ có hiện tượng tự cảm và cảm ứng tương hỗ, cuộn dây tạo ra điện áp cao cần thiết cho đánh lửa. Cuộn sơ cấp tạo ra điện thế hàng trăm vôn còn cuộn thứ cấp thì tạo ra điện thế hàng chục ngàn vôn.
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH GIẢNG DẠY 3.1 Giới thiệu
3.1.1 Mô hình hệ thống khởi động
- Mô hình hệ thống gồm có các thành phần chính như:Máy khởi động, hộp điều khiển ecu, công tắc bàn đạp phanh,công tắc ky hợp,hộp cầu chì, bình ắc quy.
- Các chi tiết được liên kết,lắp ráp lại với nhau để tạo thành một hệ thống khởi động và được gá chắc chắn trên khung nhôm.
- Mục đích khi sử dụng mô hình nhằm:
oĐể giúp người học có thể đạt được các mục tiêu học tập sau:
oTìm hiểu, xác định cấu trúc và chức năng của các chi tiết trên Hệ thống khởi động
oDựa vào sơ đồ xác định cái chân ra,vào của Engine ECU
oTrình bày nguyên lý hoạt động của Hệ thống khởi động.
oThiết kế, xây dựng mạch điện tương ứng với nguyên lý hoạt động của Hệ thống khởi động.
oĐấu dây, hoàn thiện và vận hành các mô hình.
oCó khả năng làm việc theo nhóm để thảo luận và giải quyết các sự cố về điện ô tô.
3.1.2 Sa bàn điện từ
- Sa bàn điện từ gồm có chi tiết nhỏ mô phỏng lại các thiết bị điện từ như motor điện, nam châm điện, máy biến áp, máy phát điện, cuộn cảm, rờ le.
- Các chi tiết được sắp xếp và được cố định trên bảng mi ca để người xem có thể dễ dàng quan sát các hiện tượng vật lý về cảm ứng từ,hiện tượng tự cảm, dòng điện, được diễn ra một cách dễ dàng và dễ hiểu.
- Qua đó giúp người học đạt những mục tiêu sau:
oTìm hiểu, xác định cấu trúc và chức năng của các chi tiết trên Sa bàn điện từ.
oTrình bày nguyên lý hoạt động của các mô hình trên Sa bàn điện từ.
oĐấu dây, hoàn thiện và vận hành các mô hình.
oCó khả năng làm việc theo nhóm để thảo luận và giải quyết các sự cố về điện ô tô.
3.2 Thiết kế thực hiện mô hình 3.2.1 Lựa chọn thiết bị, vật liệu 3.2.1 Lựa chọn thiết bị, vật liệu 3.2.1.1 Lựa chọn vật liệu làm khung
- Vật liệu được nhóm lựa chọn để làm khung cho các mô hình dạy học đó là nhôm thanh định hình. Nhôm định hình là những loại nhôm đã qua quá trình xử lý kim loại nhằm phát huy tối đa các đặc tính vật lý của nhôm phù hợp cho các nhà thiết kế, kỹ sư và nhà sản xuất.
- Nhôm thanh định hình thường có nhiều ưu điểm nổi bật hơn so với những loại nhôm thông thường khác. Những sản phẩm được làm từ nhôm định hình có thể dễ dàng xử lý tạo ra những không gian tinh tế, ấn tượng hơn những vật liệu khác.
- Đặc điểm của nhôm định hình:
phun tĩnh điện một lớp sơn cao cấp. Chính vì thế thường bền bỉ hơn, không bị oxy hóa hay bạc màu.
Chịu được lực tác động mạnh nhưng nhôm định hình lại có tải trọng khá nhẹ, dễ lắp ráp nên được yêu chuộng.
Ứng dụng của nhôm định hình: Trong lĩnh vực công nghiệp thì nhôm định hình là vật liệu được ưa chuộng để làm khung, kệ, giá đỡ, các băng tải băng chuyền,…Trong lĩnh vực ô tô thì nhôm dùng làm bệ bước ô tô hoặc ống bô,..
Nhôm định hình có rất kiều kiểu dáng và hình thức khác nhau, nhưng đối với các mô hình dạy học này, nhóm lựa chọn loại nhôm định hình kích thước 20x20mm để đảm bảo về mặt kích thước và tính thẫm mỹ cho mô hình. Bên cạnh đó là lựa chọn loại ke góc chìm nhôm định hình để làm mối liên kết giữa các đoạn nhôm lại với nhau. Loại ốc được sử dụng của nhóm là ốc lục giác 304 M5x8mm để đảm bảo cho các thanh nhôm được liên kết cứng cáp.
Hình 3.2.1.1a. Nhôm định hình Hình 3.1.1.1b. Ke góc nhôm định hình
Hình 3.2.1.1c. Vít kết nối ke góc và nhôm định hình
Để đảm bảo sự đồng bộ và tính thẫm mỹ cho các mô hình nên nhóm thiết kế khung cho cả 3 mô hình theo một kiểu dáng và một kích thước cố định.
3.2.1.2 Lựa chọn vật liệu làm mặt mô hình
Nhằm tạo sự mới mẻ và tính thẫm mỹ cao cho mô hình, nên nhóm lựa chọn nhựa mica trắng sữa làm vật liệu mặt khung mô hình. Đối với các mô hình dạy học, nhóm lựa chọn tấm mica mặt trước là loại 5mm để đảm bảo được việc nâng đỡ chắn chắn các chi tiết và loại 3mm cho mặt sau.
Đặc điểm của mica: Mica tính chất bóng đều óng ánh, bề mặt phẳng mịn, sáng bóng. Có tính xuyên sáng tốt. Màu sắc đa dạng. Mica có đặc tính dẻo nên dễ dàng gia công lắp ghép, uốn, ép theo ý muốn. Chịu được nhiệt độ cao, chống ăn mòn. Không dẫn điện, nhiệt. Không thấm nước. Dễ dàng trong việc tạo hình sản phẩm.
Hình 3.2.1.2a. Bảng mica
3.2.1.3 Lựa chọn thiết bị Hệ thống khởi động
Hộp Engine ECU
+ Module Arduino UNO
+ Module relay 5VDC có opto
Hình 3.2.1.3b. Module relay 5VDC có opto
+ Module relay 5VDC có opto
Hình 3.2.1.3c. Module relay 5VDC có opto
+Module LM7805 đầu ra USB
+Hộp cầu chì
Hình 3.2.1.3e. Hộp cầu chì
+Khóa điện
Hinh 3.2.1.3f.Khóa điện
+Bóng đèn
+Role khởi động 4 chân
Hình 3.2.1.3h. Rơle khởi động
+Máy khởi động
Hình 3.2.1.3i.Máy khởi động
+Công tắc ly hợp
+Công tắc đạp phanh
Hình 3.2.1.3j.Công tắc bàn đạp phanh
+Công tắc vị trí số
Hình 3.2.1.3f. Công tắc vị trí số
Lựa chọn đế và giắc cắm nối dây.
Nhằm để dễ dàng trong việc đấu mạch điện cho 2 mô hình, nên nhóm lựa chọn loại đế banana đường kính 4mm x dài 23mm và giắc cắm banana đường kính 4mm x dài 26.5mm.
Hình 3.2.1.3g. Đế banana Hình 3.2.1.3h.Giắc cắm banana
Sa bàn điện từ
Hình 3.2.1.3i. Thiết bị A
Hình 3.2.1.3k. Thiết bị B
Hình 3.2.1.3m. Thiết bị D
Hình 3.2.1.3n. Thiết bị E
+ Đồng hồ đo
Hình 3.2.1.3p. Đồng hồ đo +Bóng led
3.2.2. Thiết kế mô hình.
Hình 3.2.2a. Bố trí chung mô hình hệ thống khởi động
3.2.3 Thiết kế sơ đồ mạch điện
Hình 3.2.3b. Mạch điện hệ thống khởi động 02
Hình 3.2.3c. Mạch điện hệ thống khởi động 03
Với mục đích cho thực hiện đấu nối nên để tiết kiệm chi phí, nhóm quyết định tự chế tạo sử dụng mạch điện arduino uno có chức năng điều khiển tự động động cơ giống với lại hộp điều khiển ECU thực tế.
Hình 3.2.3e. Sơ đồ mạch điện arduino uno với relay
3.2.4 Đấu nối hoàn thiện mô hình
Từ các thiết bị đã được lựa chọn và mô hình đã được thiết kế, nhóm tiến hành lắp ráp các chi tiết của phần khung, phần mặt mô hình và sau đó là gắn các chi tiết lên bề mặt của khung.
Chế tạo mô hình Hệ thống Khởi động
Hình 3.2.4.a. Mô hình hệ thống khởi động 01
Hình 3.2.4.c. Mô hình hệ thống khởi động 03
Chế tạo mô hình Sa bàn điện từ
CHƯƠNG 4: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG VÀ THỰC HÀNH 4.1Hướng dẫn sử dụng
4.1.1 Mô hình hệ thống khởi động 1. Các thành phần chính:
STT Thiết bị Số lượng Ghi chú
1 Đèn battery 1
2 Dây điện, cầu chì
3 Khóa điện 1 4 Relay 4 chân 1 5 Hộp Engine ECU 1 6 Máy khởi động 1 7 Công tắc ly hợp 1 8 Công tắc bàn đạp phanh 1 9 Công tắc vị trí số 1 Bảng 4.1. Bảng dụng cụ thiết bị thực hành hệ thống khởi động
Đối với mô hình khởi động có thể lắp mô phỏng theo 4 hệ thống khác nhau bao gồm:
Tên Đặc điểm
Hệ thống khởi động 01
Áp dụng cho xe sử dụng hộp số tự động, hệ thống khởi động được điều khiển bởi hộp điều khiển động cơ. Khi khởi động công tắc vị trí số ở vị trí P hoặc N và phải đạp phanh.
Hệ thống khởi động 02
Áp dụng cho xe sử dụng hộp số tự động, hệ thống khởi động được điều khiển bởi hộp điều khiển động cơ. Khi khởi động công tắc vị trí số ở vị trí P hoặc N.
Hệ thống khởi động 03
Áp dụng cho xe sử dụng hộp số sàn, hệ thống khởi động được điều khiển bởi hộp điều khiển động cơ. Khi khởi động cần phải đạp ly hợp.
Hệ thống khởi động 04 Áp dụng cho xe sử dụng hộp số sàn, hệ thống khởi động được điều khiển bởi khóa điện.
2. Xác định chân chi tiết mô hình
STT Điều kiện Đo kiểm Giá trị đo
1
Khóa điện OFF Khóa điện ON Khóa điện ST
B - IG - ST B - IG B - IG - ST
10k hoặc cao hơn Dưới 1
Dưới 1
2 Relay 4 chân Hai chân cuộn dây
Hai chân tiếp điểm
70 - 90
10k hoặc cao hơn
3 Công tắc phanh OFF
Công tắc phanh ON
Hai chân công tắc Hai chân công tắc
Dưới 1
10k hoặc cao hơn
4 Công tắc ly hợp OFF
Công tắc ly hợp ON
Hai chân công tắc Hai chân công tắc
10k hoặc cao hơn Dưới 1
5 Công tắc vị trí số P N
Công tắc vị trí số không ở vị trí P N
Hai chân công tắc Hai chân công tắc
Dưới 1
10k hoặc cao hơn
3. Nguyên lý hoạt động
Hình 4.1.1.1a. Mạch điện hệ thống khởi động 01.
- Khi khóa điện ở vị trí ST dòng điện bình acquy qua cầu chì đến ECU điều khiển động cơ được cấp nguồn, lúc này ECU sẽ hoạt động .
- Nếu bật khóa điện ở vị trí khởi động thì dòng điện từ bình ắc quy tới khóa điện, tới chân STI của ECU,cùng lúc công tắc vị trí số ở vị trí P N công tắc phanh bậc điện từ ECU qua 2 công tắc về mát . ECU nhận biết được cấp tín hiệu đến cuộn dây của rơ le khởi động và đi về mát.
- Khi cuộn dây của rơ le khởi động có điện nó sẽ tạo ra từ trường và biến lõi thép thành nam châm điện, nam châm điện sẽ hút cho công tắc trong rơ le đóng lại, làm xuất hiện dòng điện chạy qua công tắc như sau.
- Dòng điện chạy từ dương ắc quy, chạy qua các cầu chì, chạy tới tiếp điểm relay khởi động tới chân điều khiển công tắc từ của máy khởi động làm cho máy khởi động hoạt động.
Hình 4.1.1.1b. Mạch điện hệ thống khởi động 02
- Khi khóa điện ở vị trí ST dòng điện bình acquy qua cầu chì đến ECU điều khiển động cơ được cấp nguồn, lúc này ECU sẽ hoạt động .
- Nếu bật khóa điện ở vị trí khởi động thì dòng điện từ bình ắc quy tới khóa điện, tới chân STI của ECU,cùng lúc công tắc vị trí số ở vị trí P N điện từ ECU qua công tắc về mát . ECU nhận biết được cấp tín hiệu đến cuộn dây của rơ le khởi động và đi về mát.
- Khi cuộn dây của rơ le khởi động có điện nó sẽ tạo ra từ trường và biến lõi thép thành nam châm điện, nam châm điện sẽ hút cho công tắc trong rơ le đóng lại, làm xuất hiện dòng điện chạy qua công tắc như sau.
- Dòng điện chạy từ dương ắc quy, chạy qua các cầu chì, chạy tới tiếp điểm relay khởi động tới chân điều khiển công tắc từ của máy khởi động làm cho máy khởi động hoạt động.
Hình 4.1.1.1c. Mạch điện hệ thống khởi động 03.
- Khi khóa điện ở vị trí ST dòng điện bình acquy qua cầu chì đến ECU điều khiển động cơ được cấp nguồn, lúc này ECU sẽ hoạt động .
- Nếu bật khóa điện ở vị trí khởi động thì dòng điện từ bình ắc quy tới khóa điện, tới chân STI của ECU,cùng lúc công tắc ly hợp bậc điện từ ECU qua công tắc về mát . ECU nhận biết được cấp tín hiệu đến cuộn dây của rơ le khởi động và đi về mát.
- Khi cuộn dây của rơ le khởi động có điện nó sẽ tạo ra từ trường và biến lõi thép thành nam châm điện, nam châm điện sẽ hút cho công tắc trong rơ le đóng lại, làm xuất hiện dòng điện chạy qua công tắc như sau.
- Dòng điện chạy từ dương ắc quy, chạy qua các cầu chì, chạy tới tiếp điểm relay khởi động tới chân điều khiển công tắc từ của máy khởi động làm cho máy khởi