Chương 3. THIẾT KẾ SA BÀN HỆ THỐNG SẠC DÙNG CHO GIẢNG DẠY 3.1. Tính cần thiết của việc thiết kế mô hình:
3.1.1. Mục tiêu thiết kế mô hình:
Trên Ôtô hiện đại, trang bị điện và các hệ thống điều khiển điện tử ngày càng phát triển hoàn thiện. Xu hướng hiện nay là thay thế các phần cơ khí bằng các phần điện tử nhằm đáp ứng nhu cầu: Tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độc hại của khí thải, tăng tính an toàn và tiện nghi của ôtô. để nắm bắt, nghiên cứu , tìm hiểu về trang thiết bị điện và các hệ thống điều khiển điện tử thì các thiết bị băng thử cũng không còn phù hợp để đánh giá các đặc tính của: Máy phát, bộ điều chỉnh điện và do đó việc học tập, tìm hiểu, nghiên cứu của sinh viên gặp nhiều khó khăn. Vấn đề đặt ra là phải có một công cụ khác để thông qua đó giải quyết được các vấn đề sau:
Tìm hiểu và kết cấu, đánh gía các đặc tính và chuẩn đoán phát hiện lỗi.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó em thiết kế mô hình hệ thống cung cấp điện trên ôtô hiện đại. Mô hình thực tế được xây dựng bám sát vào mục tiêu.
Phân tích kết cấu khác nhau của các thiết bị trong hệ thống cung cấp điện trên ôtô hiện đại: Kết cấu của accu, máy phát, bộ điều chỉnh điện áp, các rơle và hộp cầu chì. Mục đích biết cách vận hành, giúp cho công việc sửa chữa lắp ráp. Ngoài ra nó còn giúp cho sinh viên khảo sát lấy số liệu phục vụ cho thiết kế mới.
Khảo sát sự làm việc đo đạc đánh giá các đặc tính điện áp và dòng điện của thiết bị. Chuẩn đoán phát hiện các lỗi trong phần tử, mạch điện của hệ thống cung cấp điện phục vụ cho công tác sửa chữa.
3.1.2. Nhiệm vụ thiết kế mô hình:
Mô hình dùng để đo đạc, kiểm tra trạng thái làm việc và không làm việc của các phần tử của hệ thống cung cấp điện.
So sánh các đặc tính của các phần tử trong hệ thống cung cấp điện như các đặc tính của máy phát, bộ điều chỉnh, đặc tính làm việc đồng thời của máy phát.
Lấy được các thông số kĩ thuật: Điện áp pha, Điện áp dây, cường độ dòng và điện áp sau chỉnh lưu.
3.1.3. Các phương án thực hiện nhiệm vụ:
Chuẩn bị đầy đủ các thiết bị, vật tư, phục vụ cho công tác dựng sa bàn đảm bảo thực hiện đúng yêu cầu kỹ thuật và mẫu thiết kế.
Chuẩn bị các thiết bị vật tư phụ trợ phục vụ lắp đặt như: Các đầu giắc kết nối với máy phát, diot, tiết chế, và các thiết bị khác.
Chuẩn bị dây nối và dụng cụ kiểm tra thiết bị và các thông số của hệ thống cung cấp.
Dựng sa bàn theo mẫu thiết kế phù hợp với điều kiện thực tế. Có hai phương án tực hiện sa bàn của hệ thống cung cấp điện :
a. Phương án thiết kế sa bàn dạng nằm như dạng (hình3.1)
Hình 3.1 Hình dạng khung của sa bàn kiểu nằm
+ Bàn có mặt bàn hình chữ nhật, có diện tích đủ để lắp đặt các thiết bị của hệ thống sao cho đủ không gian để hoạt động.
+ Mặt bàn được đỡ bởi bốn chân bàn và trên mỗi chân bàn được lắp đặt thêm các bánh xe để cho tiện trong việc di chuyển.
+ Để tăng thêm độ bền của giá đỡ thi giá đỡ được thiết kế thêm các thanh chịu lực để đảm bảo trong quá trình làm việc không bị xảy ra sự cố.
+Tất cả bề mặt trên của sa bàn được đặt một lớp tôn với các khung giá đỡ đã được định sẵn để gá lắp thiết bị và được khoan định vị để gá lắp sau đó được sơn một lớp sơn bảo vệ.
+Dùng động cơ điện 220V kéo tải cho máy phát thông qua đai truyền với tốc độ động cơ có thể thay đổi để có thể kiểm tra được các chế độ làm việc của máy phát. Động cơ điện được đặt phía dưới gầm của sa bàn.
+Dùng acquy 12V để làm nguồn cung cấp phụ khi máy phát chưa làm việc và là phụ tải để máy phát nạp điện khi máy phát làm việc. Acquy cũng được đặt phía dưới khung gầm của sa bàn.
Ưu nhược điểm của sa bàn kiểu nằm
- Ưu điểm: + Dễ bố trí
+ Kết cấu đơn giản + Chịu lực tốt + Làm việc ổn định
+ Dễ quan sát và giống thực tế + Quá trình chế tạo thuận lợi - Nhược điểm
+ chiếm nhiều diện tích
+ Di chuyển khó khăn ở những vị trí có không gian chật hẹp.
+ Khó khăn cho công tác kiểm tra sửa chữa của học sinh khi học vì diện tích đựơc dàn trải rộng dẫn đến khi thao tác học sinh phải đi quanh sa bàn.
b. Phương án bố trí sa bàn kiểu bảng đứng (bảng)
Hình 3.2 Hình dạng khung của sa bàn kiểu đứng
Một số hình sa bàn được tham khảo như các hình sau:
Ưu nhược điểm của sa bàn kiểu đứng
- Ưu điểm
Sa bàn kiểu bảng có ưu điểm là:
+ Kết cấu và hình dáng nhỏ gọn hơn kiểu bàn
+ Di chuyển dễ dàng trong những điều kiện chật hẹp + Thể hiện hoạt động của cơ cấu rõ ràng
+ Thuận tiện cho công tác kiểm tra tháo lắp và thao tác của học sing trong quá trình học.
+ Học sinh có thể dễ dàng tổng quan toàn bộ sự hoạt động của hệ thống. + Dễ bố trí sinh động tạo thêm hứng thú trong quá trình học của học sinh. - Nhược điểm + Kết cấu phức tạp Bảng thông tin gá đỡ các bộ phận của sa bàn Bàn gá đỡ máy phát, biến tần Khoang chứa bình acquy và động cơ điện
+ Sự ổn định trong quá trình làm việc không cao dễ bị mất cân bằng. + Không được sát với thực tế trên xe.
Lựa chọn mô hình sa bàn phù hợp:
Dựa vào nhiệm vụ và mục tiêu cảu việc thiết kế sa bànvà điều kiện thực tế của xưởng thực tập chúng ta thấy phương án phù hợp nhất để học sinh tiếp thu kiến thức tôt nhất là phương án dùng sa bàn dạng đứng (kiểu bảng)
3.2. Chuẩn bị thiết kế mô hình: 3.2.1. Chuẩn bị phần khung sa bàn:
Thép hộp chữ nhật kích thước 40x40mm để làm chân giá đỡ phía dưới và chỗ để accquy, động cơ điện.
Thép chữ V kích thước 40x40mm để gá bắt mặt gỗ đỡ các chi tiết của sa bàn. Vít bắn, mặt sa bàn bằng mica dày 5mm, kích thước 600x680mm
Bánh xe lăn kích thước: Cao 80mm, đường kính bánh xe 65mm, không có khóa hãm Mặt bàn gỗ ép dùng để các dụng cụ chi tiết để đo kiểm các thiết bị có sẵn trên sa bàn.
Sơn màu, các mạch điện được cắt sẵn để dán vào bề mặt sa bàn thể hiện cấu tạo, mạch đấu nối.
3.2.2. Chuẩn bị các thiết bị của hệ thống cung cấp điện:
Máy phát điện trên ô tô
Đèn báo nạp dùng để theo dõi sự phát điện của máy phát và nạp điện của accquy Khoá điện dùng để bật tắt nguồn.
Bình acquy dùng để cung cấp điện áp ban đầu cho toàn hệ thống và kích từ ban đầu cho máy phát.
Các đầu giắc và dây nối để đấu nối và kiểm tra thiết bị. Động cơ điện 3 pha 220V để kéo máy phát.
Bảng 3.1 : Thống kê các vật tư cần thiết
STT TÊN VẬT TƯ SL YấU CẦU
1 Máy phát điện bao gồm đầy đủ cả tiết chế và chỉnh lưu được tích hợp trong máy
01 Hoạt động tốt
2 Động cơ điện 3 pha 01 Hoạt động tốt,
P=2Hp
3 Biến tần 01 Hoạt động tốt,
P=2Hp
4 Dây đai kéo máy phát 01 Hoạt động tốt
5 Bánh căng dây đai 02 Hoạt động tốt
6 Dây điện Theo yêu
cầu sa bàn
Hoạt động tốt
7 Các đầu giắc nối để kết nối và kiểm tra Theo yêu cầu sa bàn
Hoạt động tốt
8 Đèn báo nguồn và báo nạp 01 Hoạt động tốt
9 Công tắc 01 Hoạt động tốt
10 Vôn kế 01 Hoạt động tốt
3.2.3. Các dụng cụ cần thiết:
Đồng hồ Ampe kế để kiểm tra máy phát và các bộ phận khác như điot, tiết chế, rơle, cầu chì, và sự thông mạch của toàn hệ thống và điện áp phát ra của máy phát, điện áp acquy.
Khoan với các mũi khoan hợp, và dùng để bắn vít cố định. Máy hàn điện dùng để hàn khung giá.
Máy nén khí và dụng cụ phun sơn. Máy cắt thép.
Máy mài cầm tay Máy khoan bàn
3.2.4. Sơ đồ nguyên lý hệ thống sạc:
3.3. Tiến hành thiết kế sa bàn:
3.3.1. Thiết kế từng bộ phận của sa bàn: 1.1. Thiết kế phần khung đỡ dưới: 1.1. Thiết kế phần khung đỡ dưới:
Theo khung hình và kích thước đã được lựa chọn hình dạng sa bàn, chúng ta bắt đầu vào chế tạo phần khung trước tiên.
Các vật tư cần chuẩn bị để dùng là thép hộp 40x40 mm , thép chữ V 40x40 mm
Hình 3.5 Bản vẽ 3D khung sa bàn Yêu cầu kĩ thuật:
3. Các mối nối phải đảm bảo độ cứng, ngấu đều.
4. Các kích thước gia công có thể sai số với dung sai không quá 1cm.
1.2. Thiết kế phần mặt gá thiết bị:
Mặt gá thiết bị được thiết kế bằng phần mềm CorelDraw. Sau khi hoàn tất thiết kế, sử dụng mica dày 5mm để gia công bằng máy cắt Laser.
Hình 3.6 Mặt gá thiết bị
Yêu cầu:
Mặt mica cứng, bền, chịu lực tốt
Các lỗ cắt đúng kích thước, có thể gắng vừa khít các thiết bị Trình bày đầy đủ thông tin, đảm bảo thẩm mĩ
Kết quả:
Các lỗ cắt đúng kích thước, các thiết bị được gắn vừa khít, chắc chắn Bảng mica dày, cứng, dễ dàng vệ sinh, đảm bảo sử dụng lâu năm Hạn chế:
Bảng gắn chưa ngay, đường viền không song song với khung, thiếu thẩm mỹ
Tên mô hình đặt chưa đúng với yêu cầu đề tài
3.3.2. Đấu dây cho hệ thống cung cấp điện:
Sau khi đã gá lắp thành công tất cả các thiết bị chúng ta tiến hành đấu dây cho hệ thống.
Các đầu dây phải đảm bảo được đấu chắc chắn, gọn gàng , và đúng đủ các đầu tránh hiện tượng đấu sai mạch điện dẫn đến hư hỏng thiết bị.
Các đầu phải được đấu bằng dây màu để công tác kiểm tra sửa chữa được thuận tiện và dễ phân biệt các cọ cực của hệ thống làm sao để khi người chưa biết phải dễ thao tác và nhận biết khi chưa có tay nghề nhưng đã có kiến thức cơ bản
3.3.3. Sơ đồ kết cấu chung mô hình:
Hình 3.7 Sơ đồ sa bàn hệ thống sạc
Sơ đồ kết cấu chung của mô hình được in trên bảng tại góc của sa bàn, từ đó người sử dụng có thể vừa theo dõi trên sơ đồ đấu dây tại sa bàn vừa có thể thao tác trực tiếp trên sa bàn để kiểm tra bảo dưỡng và sửa chữa thực tập đối với hệ thống.
Chương 4: THỬ NGHIỆM VÀ KIỂM CHỨNG SẢN PHẨM 4.1. Tiến hành thử nghiệm và kiểm tra:
4.1.1. Thử nghiệm đấu nối chạy thử:
Việc đấu nối dựa trên sơ đồ sau:
Hình 4.1 Sơ đồ sa bàn hệ thống sạc
Các công tác gá lắp và kiểm tra sự an toàn và đảm bảo sự hoạt động của các bộ phận hệ thống đã được hoàn tất. Bước tiếp theo là thử đồng bộ sa bàn.
Đấu nối động cơ điện 3 pha để kéo máy phát hoạt động, bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện được nối vào mạch để điều chỉnh tốc độ của động cơ điện từ đó thấy được sự hoạt động của máy phát có ổn định hay không nhờ điện áp phát ra ở số vòng quay của máy phát được điều chỉnh khác nhau.
Quá trình kiểm tra sự an toàn của hệ thống đã hoàn tất thì bắt đầu nối acquy với hệ thống. Bật khoá điện ở vị trí ON đèn báo nạp phải sáng.
Bắt đầu khởi động động cơ điện để kéo máy phát. Để vận tốc của của động cơ ở mức thấp nhất khoảng 500v/p, lúc này máy phát chưa hoạt động, đèn báo nạp vẫn sáng. Tăng dần tốc độ động cơ điện lên, máy phát bắt đầu hoạt động ở tốc độ động cơ 800v/ph, đèn báo nạp tắt, số chỉ của vôn kế bắt đầu ổn định trong khoảng 13.6 V đến 14.5 V.
Thử máy phát ở số vòng quay khác nhau để đảm bảo máy phát hoạt động ở mọi chế độ đều ổn định, số chỉ của vôn kế không thay đổi.
4.1.2. Kiểm tra sự hoạt động của hệ thống khi máy phát làm việc:
Khi máy phát đã hoạt động ta bắt đầu công tác kiểm tra sự ổn định của hệ thống bằng đồng hồ vạn năng. Ta đo điện áp phát ra của máy phát ở số vòng quay khác nhau nhờ sự thay đổ tốc độ của động có điện. Nếu điên áp phát ra luôn ổn định trong khoảng 13,6 V đến 14,5 V thì máy phát và tiết chế, bộ chỉnh lưu hoạt động bình thường, và ngược lại.
Kết luận: Sau khi lắp đặt và kiểm tra trên thực tế, xa bàn đã hoạt động bình thường
và đảm bảo các thông số kĩ thuật cần thiết có thể đưa vào sử dụng phục vụ công tác giảng dạy được tốt hơn.
Tuy nhiên, mô hình vẫn còn những hạn chế:
1. Ồn, rung nhẹ khi hoạt động, do thiết kế bánh căng đai chưa tối ưu
2. Bệ đỡ gắn máy phát không linh động, vị trí chưa tối ưu, không gắn được nhiều loại máy phát khác nhau
3. Bảng sa bàn hoàn thiện kém do lỗi trong quá trình thi công 4. Chưa có đồng hồ Ampe đo dòng nạp
4.1.3. Các hướng phát triển mô hình:
1. Tích hợp thêm tải tiêu thụ điện năng để quan sát hoạt động của máy phát 2. Gắn thêm cảm biến đo tốc độ motor, đồng hồ ampe kế đo dòng nạp 3. Kết nối với máy tính để vẽ các đường đặc tính của máy phát
4. Gắn thêm màn hình LCD hiển thị các thông số hoạt động 5. Tối ưu cách đấu dây để có thể gắn được nhiều loại máy phát
4.1.4. Một số hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng, cách khắc phục sửa chữa:
* Một số hiện tượng nguyên nhân hư hỏng
- Bộ tiết chế vi mạch bị hỏng
- Bọ Diot điều chỉnh điện áp bị thủng không nắn được dòng - Roto máy phát bị cháy chập dây dẫn dẫn đến ngắn mạch - Cuận dây stator bị chạm chập ngắn mạch
- Các ổ bi đỡ trục rotor mòn dẫn đến rơ lỏng trục quay mất sự đồng tâm. - Các giắc nối không tiếp xúc.
- Bình acquy bị hỏng.
- Chổi than tiếp xúc bị quá mòn, cổ góp bị cháy rỗ.
* Biện pháp khắc phục
Với các đầu dây nối không tiếp xúc hặc đấu sai ta có thể dò mạch và đấu lại cho đúng , các tiếp xúc chính xác để mạch có thể hoạt động được.
Các ổ bi đỡ đầu trục bị mòn ta kiểm tra và thay mới để tránh hiện tượng sát cốt giữa Rotor và stator.
Ta có thể đo sự thông mạch của các điôt chỉnh lưu bằng đồng hồ vạ năng qua sự thông mạch một chiều của chúng nếu hỏng thì phải thay thế.
Bộ tiết chế ta có thể cho máy phát làm việc để kiểm tra đầu ra của điện áp ở mọi số vòng quay của máy phát, nếu ổn định ở mọi số vòng quay khác nhau thì tiết chế đang hoạt động bình thường và ngược lại.
Với chổi than ta có thể quan sát bằng mắt thường và đo chiều cao của chổi than so với tiêu chuẩn kĩ thuật nếu không đảm bảo thì thay mới.
Cổ góp ta có thể tiến hành đo đường kính cổ và kiểm tra bằng mắt thường nếu cháy rỗ thì đánh lại bằng giấy giáp, đường kính không đảm bảo thì phải thay mới rotor.