Giao Trinh Điện Động Cơ - 2019 [PDF]

Zitiervorschau

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ Ôtô hiện nay được trang bị nhiều chủng loại thiết bị điện và điện tử khác nhau. Từng nhóm các thiết bị điện có cấu tạo và tính năng riêng, phục vụ một số mục đích nhất định, tạo thành những hệ thống điện riêng biệt trong mạch điện của ôtô. 1.1 Tổng quát về mạng điện và các hệ thống điện trên ôtô - Hệ thống khởi động (starting system): Bao gồm accu, máy khởi động điện (starting motor), các relay điều khiển và relay bảo vệ khởi động. Đối với động cơ diesel có trang bị thêm hệ thống xông máy (glow system). - Hệ thống cung cấp điện (charging system): gồm accu, máy phát điện (alternators), bộ tiết chế điện (voltage regulator), các relay và đèn báo nạp. - Hệ thống đánh lửa (Ignition system): Bao gồm các bộ phận chính: accu, khóa điện (ignition switch), bộ chia điện (distributor), biến áp đánh lửa hay bobine (ignition coils), hộp điều khiển đánh lửa (igniter), bougie (spark plugs). - Hệ thống chiếu ánh sáng và tín hiệu (lighting and signal system): gồm các đèn chiếu sáng, các đèn tín hiệu, còi, các công tắc và các relay. - Hệ thống đo đạc và kiểm tra (gauging system): chủ yếu là các đồng hồ báo trên tableau và các đèn báo gồm có: đồng hồ tốc độ động cơ (tachometer), đồng hồ đo tốc độ xe (speedometer), đồng hồ đo nhiên liệu và nhiệt độ nước. - Hệ thống điều khiển động cơ (engine control system): gồm hệ thống điều khiển xăng, lửa, góc phối cam, ga tự động (cruise control). Ngoài ra, trên các động cơ diesel ngày nay thường sử dụng hệ thống điều khiển nhiên liệu bằng điện tử (EDC – electronic diesel control hoặc common rail injection) - Hệ thống điều khiển ôtô: bao gồm hệ thống điều khiển phanh chống hãm ABS (antilock brake system), hộp số tự động, tay lái, gối hơi (SRS), lực kéo (traction control). - Hệ thống điều hòa nhiệt độ (air conditioning system): bao gồm máy nén (compressor), giàn nóng (condenser), lọc ga (dryer), van tiết lưu (expansion valve), giàn lạnh (evaporator) và các chi tiết điều khiển như relay, thermostat, hộp điều khiển, công tắc A/C… Nếu hệ thống này được điều khiển bằng máy tính sẽ có tên gọi là hệ thống tự động điều hòa khí hậu (automatic climate control). TRANG 1

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

- Các hệ thống điện khác: + Hệ thống gạt nước, xịt nước (wiper and washer system). + Hệ thống điều khiển cửa (door lock control system). + Hệ thống điều khiển kính (power window system). + Hệ thống điều khiển kính chiếu hậu (mirror control). + Hệ thống định vị (navigation system) 1.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống điện - Nhiệt độ làm việc Tùy theo vùng khí hậu, thiết bị điện trên ôtô được chia ra làm nhiều loại: + Ở vùng lạnh và cực lạnh (-40oC) như ở Nga, Canada. + Ở vùng ôn đới (20oC) như ở Nhật Bản, Mỹ, châu Âu … + Nhiệt đới (Việt Nam, các nước Đông Nam Á , châu Phi…). + Loại đặc biệt thường dùng cho các xe quân sự (sử dụng cho tất cả mọi vùng khí hậu). - Sự rung xóc: Các bộ phận điện trên ôtô phải chịu sự rung xóc với tần số từ 50 đến 250 Hz, chịu được lực với gia tốc 150m/s2. - Điện áp: Các thiết bị điện ôtô phải chịu được xung điện áp cao với biên độ lên đến vài trăm volt. - Độ ẩm: Các thiết bị điện phải chịu được độ ẩm cao thường có ở các nước nhiệt đới. - Độ bền: Tất cả các hệ thống điện trên ôtô phải được hoạt động tốt trong khoảng 0,9  1,25 Uđịnh mức (Uđm = 14 V hoặc 28 V) ít nhất trong thời gian bảo hành của xe. - Nhiễu điện từ: Các thiết bị điện và điện tử phải chịu được nhiễu điện từ xuất phát từ hệ thống đánh lửa hoặc các nguồn khác. 1.3 Nguồn điện trên ôtô Nguồn điện trên ô tô là nguồn điện một chiều được cung cấp bởi accu, nếu động cơ chưa làm việc, hoặc bởi máy phát điện nếu động cơ đã làm việc. Để tiết kiệm dây dẫn, thuận tiện khi lắp đặt sửa chữa…, trên đa số các xe, người ta sử dụng thân sườn xe (car body) làm dây dẫn chung (single wire system). Vì vậy, đầu âm của nguồn điện được nối trực tiếp ra thân xe.

TRANG 2

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

1.4 Các loại phụ tải điện trên ôtô Các loại phụ tải điện trên ôtô được mắc song song và có thể được chia làm 3 loại: - Phụ tải làm việc liên tục: gồm bơm nhiên liệu (50  70W), hệ thống đánh lửa (20W), kim phun (70  100W) … - Phụ tải làm việc không liên tục: gồm các đèn pha (mỗi cái 60W), cốt (mỗi cái 55W), đèn kích thước (mỗi cái 10W), radio car (10  15W), các đèn báo trên tableau (mỗi cái 2W)… - Phụ tải làm việc trong khoảng thời gian ngắn: gồm đèn báo rẽ (4 x 21W + 2 x 2W), đèn thắng (2 x 21W), motor điều khiển kính (150W), quạt làm mát động cơ (200W), quạt điều hòa nhiệt độ (2 x 80W), motor gạt nước (30  65W), còi (25  40W), đèn sương mù (mỗi cái 35  50W), còi lui (21W), máy khởi động (800  3000W), mồi thuốc (100W), anten (dùng motor kéo (60W)), hệ thống xông máy (động cơ diesel) (100  150W), ly hợp điện từ của máy nén trong hệ thống lạnh (60W)… Ngoài ra, người ta cũng phân biệt phụ tải điện trên ô tô theo công suất, điện áp làm việc ... 1.5 Các thiết bị bảo vệ và điều khiển trung gian Các phụ tải điện trên xe hầu hết đều được mắc qua cầu chì. Tùy theo tải cầu chì có giá trị thay đổi từ 5  30A. Dây chảy (Fusible link) là những cầu chì lớn hơn 40 A được mắc ở các mạch chính của phụ tải điện lớn hoặc chung cho các cầu chì cùng nhóm làm việc thường có giá trị vào khoảng 40 120A. Ngoài ra, để bảo vệ mạch điện trong trường hợp chập mạch, trên một số hệ thống điện ôtô người ta sử dụng bộ ngắt mạch (CB – circuit breaker) khi quá dòng.

TRANG 3

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

Trên hình 1.2. Trình bày sơ đồ hộp cầu chì của xe Honda Accord 1989. 1. Đến máy phát.

10. Hệ thống đánh lửa.

2. Cassette, Anten.

11. Hệ thống khởi động.

TRANG 4

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

3. Quạt giàn lạnh (Hoặc nóng).

12. Hệ thống phun xăng.

4. Relay điều khiển xông kính, điều hoà 13. Công tắc ly hợp. nhiệt độ.

14. Hệ thống phun xăng.

5. Điều khiển kính chiếu hậu, quạt làm mát 15. Đèn chiếu sáng trong salon. động cơ.

16. Hộp điều khiển quay đèn đầu. 17. Đèn cốt trái.

6. Tableau.

7. Hệ thống gạt, xịt nước kính, điều khiển 18. Đèn cốt phải. kính cửa sổ.

19. Đèn pha trái.

8. Tiết chế điện thế, cảm biến tốc độ, hệ 20. Đèn pha phải. thống phun xăng.

21. Máy phát.

9. Hệ thống ga tự động.

32. Hệ thống khoá cửa.

22. Quạt làm mát động cơ và giàn nóng.

33. Đồng hồ, cassette, ECU.

23. Xông kính sau.

34. Mồi thuốc, đèn soi sáng.

24. Hệ thống phun xăng.

35. Hệ thống quay đèn đầu.

25. Motor quay kính sau (phải).

36. Hệ thống báo rẽ và báo nguy.

26. Motor quay kính sau (trái).

37. Còi đèn thắng, dây an toàn.

27. Motor quay đèn đầu (phải).

38. Motor quay kính trước (phải).

28. Motor quay đèn đầu (trái).

39. Motor quay kính trước (trái).

29. Quạt giàn nóng.

40. Quạt dàn lạnh

30. Hộp điều khiển quạt. 31. Hệ thống sưởi. Để các phụ tải điện làm việc, mạch điện nối với phụ tải phải kín. Thông thường phải có các công tắc đóng mở trên mạch. Công tắc trong mạch điện xe hơi có nhiều dạng: thường đóng (normally closed), thường mở (normally open) hoặc phối hợp (changeover switch) có thể tác động để thay đổi trạng thái đóng mở (ON – OFF) bằng cách nhấn, xoay, mở bằng chìa khóa. Trạng thái của công tắc cũng có thể thay đổi bằng các yếu tố như: áp suất, nhiệt độ… Trong các ôtô hiện đại, để tăng độ bền và giảm kích thước của công tắc, người ta thường đấu dây qua relay. Relay có thể được phân loại theo dạng tiếp điểm: thường đóng (NC – normally closed), thường mở (NO – normally opened), hoặc kết hợp cả hai loại - relay kép (changeover relay). TRANG 5

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

1.6

Ký hiệu và quy ước trong sơ đồ mạch điện CÁC KÝ HIỆU TRONG MẠCH ĐIỆN Ô TÔ Nguồn accu

Bóng đèn

Tụ điện

Bóng đèn 2 tim

Mồi thuốc

Còi

Cái ngắt mạch (CB)

Bobine

Diode

Diode zener

Bóng đèn

Cảm biến điện từ

LED

trong bộ chia điện Cầu chì

Đồng hồ loại kim

Dây chảy (cầu chì

FUEL

Đồng hồ hiện số

M

Động cơ điện

chính) Nối mass (thân xe)

TRANG 6

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Relay thường đóng (NC – normally closed)

Loa

Relay thường hở (NO – normally open)

Công tắc thường mở (NO – normally open)

Relay kép (Changeover relay)

Điện trở

Công tắc thường đóng (NC – normally closed) Công tắc kép (changeover)

Điện trở nhiều nấc Công tắc máy

Biến trở

Nhiệt điện trở

Công tắc tác động bằng cam

Công tắc lưỡi gà (cảm biến tốc độ)

Transistor

Đoạn dây nối

Không nối

Solenoid

Nối

TRANG 7

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

1.7 Dây điện và bối dây điện trong hệ thống điện ôtô 1.7.1 Ký hiệu màu và ký hiệu số Trong khuôn khổ giáo trình này, tác giả chỉ giới thiệu hệ thống màu dây và ký hiệu quy định theo tiêu chuẩn châu Âu. Các xe sử dụng hệ thống màu theo tiêu chuẩn này là: Ford, Volswagen, BMW, Mercedes… Bảng 1.1: Ký hiệu màu dây hệ châu Âu Ký hiệu

Màu

Đường dẫn

Đỏ

Rt

Từ accu

Trắng/ Đen

Ws/ Sw

Công tắc đèn đầu

Trắng

Ws

Đèn pha (chiếu xa)

Vàng

Ge

Đèn cot (chiếu gần)

Xám

Gr

Đèn kích thước và báo rẽ chính

Xám/ Đen

Gr/Sw

Đèn kích thước trái

Xám/ Đỏ

Gr/Rt

Đèn kích thước phải

Đen/ Vàng

Sw/Ge

Đánh lửa

Đen/ Trắng/ Xanh lá

Sw/ Ws/ Gn

Đèn báo rẽ

Đen/ Trắng

Sw/ Ws

Baó rẽ trái

Đen/ Xanh lá

Sw/ Gn

Báo rẽ phải

Xanh lá nhạt

LGn

Âm bobine

Nâu

Br

Mass

Đen/ Đỏ

Sw/ Rt

Đèn thắng

Bảng 1.2: Ký hiệu đầu dây hệ châu Âu 1

Âm bobine

4

Dây cao áp

15

Dương công tắc máy

30

Dương accu

31

Mass

49

Ngõ vào cục chớp

49a

Ngõ ra cục chớp

50

Điều khiển đề

TRANG 8

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

53

Gạt nước

54

Đèn thắng

55

Đèn sương mù

56

Đèn đầu

56a

Đèn pha

56b

Đèn cốt

58

Đèn kích thước

61

Báo sạc

85, 86

Cuộn dây relay

87

Tiếp điểm relay

1.7.2 Tính toán chọn dây Các hư hỏng trong hệ thống điện ôtô ngày nay chủ yếu bắt nguồn từ dây dẫn vì đa số các linh kiện bán dẫn đã được chế tạo với độ bền khá cao. Ôtô càng hiện đại, số dây dẫn càng nhiều thì xác suất hư hỏng càng lớn. Tuy nhiên, trên thực tế rất ít người chú ý đến đặc điểm này, kết quả là trục trặc của nhiều hệ thống điện ôtô xuất phát từ những sai lầm trong đấu dây. Phần này nhằm giới thiệu với bạn đọc những kiến thức cơ bản về dây dẫn trên ôtô, giúp người đọc giảm bớt những sai sót trong sửa chữa hệ thống điện ôtô. 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 ôtô dẫn điện và được cách điện tốt hơn. (Rất tiếc là do nguồn cung cấp loại dây này ít, nên ở nước ta, thợ điện và giáo viên dạy điện ô tô vẫn sử dụng dây điện nhà để đấu điện xe!). Chất cách điện bọc ngoài dây đồng không những có điện trở rất lớn (1012/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). Một ví dụ cụ thể là dây điện trong khoang động cơ của một hãng xe nổi tiếng vào bậc nhất thế giới chỉ có khả năng chịu nhiệt được trong thời gian bảo hành ở môi trường khí hậu nước ta! Ở môi trường nhiệt độ và độ ẩm cao, tốc độ lão hóa nhựa cách điện tăng đáng kể. Hậu quả là lớp cách điện của dây dẫn bắt đầu bong ra gây tình trạng chập mạch trong hệ thống điện. 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. TRANG 9

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

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. Ở bảng 1.3 sẽ cho ta thấy độ sụt áp của dây dẫn trên một số hệ thống điện ô tô và mức độ cho phép. Bảng 1.3. Độ sụt áp tối đa 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

Nhìn chung, độ sụt áp cho phép trên đường dây thường nhỏ hơn 10% điện áp định mức. Đối với hệ thống 24V thì các giá trị trong bảng 1.6 phải nhân đôi. Tiết diện dây dẫn được tính bởi công thức:

S

I . .l U

Trong đó: U - độ sụt áp cho phép trên đường dây (theo bảng 1.3) I - cường độ dòng điện chạy trong dây tính bằng Ampere là tỷ số giữa công suất của phụ tải điện và hiệu điện thế định mức.

 - 0.0178 .mm2/m điện trở suất của đồng. S - tiết diện dây dẫn . l - chiều dài dây dẫn. Từ công thức trên, ta có thể tính toán để chọn tiết diện dây dẫn nếu biết công suất của phụ tải điện mà dây cần nối và độ sụt áp cho phép trên dây. Để có độ uốn tốt và bền, dây dẫn trên xe được bện bởi các sợi đồng có kích thước nhỏ. Các cỡ dây điện sử dụng trên ô tô được giới thiệu trong bảng 1.7.

TRANG 10

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Bảng 1.4: Các cỡ dây điện và nơi sử dụng Cỡ dây:

Tiết diện

Dòng điện

Ứng dụng

số sợi/ đường kính

(mm2)

liên tục (A)

9/ 0.30

0.6

5.75

Đèn kích thước, đèn đuôi

14/ 0.25

0.7

6.00

Radio, CD, đèn trần

14/ 0.3

1.0

8.75

HT Đánh lửa

28/ 0.3

2.0

17.50

Đèn đầu, xông kính

65/ 0.3

5.9

45.00

Dây dẫn cấp điện chính

120/ 0.3

8.5

60.00

Dây sạc

61/ 0.90

39.0

700.00

Dây đề

Bối dây Dây điện trong xe được gộp lại thành bối dây. Các bối dây được quấn nhiều lớp bảo vệ, cuối cùng là lớp băng keo. Trên nhiều loại xe, bối dây có thể được đặt trong ống nhựa PVC. Ở những xe đời cũ, bối dây điện trong xe chỉ gồm vài chục sợi. Ngày nay do sự phát triển vũ bão của hệ thống điện và điện tử ô tô, bối dây có thể có hơn 1000 sợi. Khi đấu dây hệ thống điện ô tô, ngoài quy luật về màu, cần tuân theo các quy tắc sau đây: - Chiều dài dây giữa các điểm nối càng ngắn càng tốt. - Các mối nối giữa các đầu dây cần phải hàn. - Số mối nối càng ít càng tốt. - Dây ở vùng động cơ phải được cách nhiệt. - Bảo vệ bằng cao su những chỗ băng qua khung xe.

TRANG 11

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

CHƯƠNG 2: ACCU KHỞI ĐỘNG 2.1. Công dụng, yêu cầu và phân loại 2.1.1. Công dụng, yêu cầu: Accu trong ô tô thường được gọi là accu khởi động. Accu khởi động trong hệ thống điện thực hiện chức năng của một thiết bị chuyển đổi hóa năng thành điện năng và ngược lại. Đa số accu khởi động là loại accu chì – axit. Để phân biệt với loại accu sử dụng ở các lĩnh vực khác đặc điểm của loại accu nêu trên có thể tạo ra dòng điện có cường độ lớn, trong khoảng thời gian ngắn (510s), có khả năng cung cấp dòng điện lớn (200800A) mà độ sụt thế bên trong nhỏ, thích hợp để cung cấp điện cho máy khởi động để khởi động động cơ. Accu khởi động còn cung cấp điện cho các tải điện quan trọng khác trong hệ thống điện, cung cấp từng phần hoặc toàn bộ trong trường hợp động cơ chưa làm việc hoặc đã làm việc mà máy phát điện chưa phát đủ công suất (động cơ đang làm việc ở chế độ số vòng quay thấp): cung cấp điện cho đèn đậu (parking lights), radio cassette, CD, các bộ nhớ (đồng hồ, hộp điều khiển…), hệ thống báo động… Ngoài ra, accu còn đóng vai trò bộ lọc và ổn định điện thế trong hệ thống điện ô tô khi điện áp máy phát dao động. Ñieän aùp cung caáp cuûa accu laø 6V, 12V hoaëc 24V. Ñieän aùp accu thöôøng laø 12V ñoái vôùi xe du lòch hoaëc 24V cho xe taûi. Muoán ñieän aùp cao hôn ta ñaáu noái tieáp caùc accu 12V laïi vôùi nhau. Accu cung cấp điện khi:  Động cơ ngừng hoạt động: Điện từ bình accu được sử dụng để chiếu sáng, dùng cho các thiết bị điện phụ, hoặc là các thiết bị điện khác khi động cơ không hoạt động.  Động cơ khởi động: Điện từ bình accu được dùng cho máy khởi động và cung cấp dòng điện cho hệ thống đánh lửa trong suốt thời gian động cơ đang khởi động. Việc khởi động động cơ là chức năng quan trọng nhất của accu.  Động cơ đang hoạt động: Điện từ bình accu có thể cần thiết để hỗ trợ cho hệ thống nạp khi nhu cầu về tải điện trên xe vượt qua khả năng của hệ thống nạp. Cả accu và máy phát đều cấp điện khi nhu cầu đòi hỏi cao.

TRANG 12

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

2.1.2. Phân loại accu Trên ôtô có thể sử dụng hai loại accu để khởi động: accu axít và accu kiềm. Nhưng thông dụng nhất từ trước đến nay vẫn là accu axit, vì so với accu kiềm nó có sức điện động của mỗi cặp bản cực cao hơn, có điện trở trong nhỏ và đảm bảo chế độ khởi động tốt, mặc dù accu kiềm cũng có khá nhiều ưu điểm. 2.2. Cấu tạo accu Một bình accu trên ô tô bao gồm một dung dịch acid sunfuric loãng và các bản cực âm, dương. Khi các bản cực được làm từ chì hoặc vật liệu có nguồn gốc từ chì thì nó được gọi là accu chì-acid. Một bình accu được chia thành nhiều ngăn (accu trên ô tô thường có 6 ngăn), mỗi một ngăn có nhiều bản cực, tất cả được nhúng trong dung dịch điện phân.

Hình 2.1. Cấu tạo accu 2.2.1. Cấu tạo của một ngăn

Hình 2.2. Cấu tạo một accu đơn TRANG 13

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Cơ sở cho hoạt động của accu là các ngăn của accu. Các bản cực âm và bản cực dương được nối riêng rẽ với nhau. Các nhóm bản cực âm và bản cực dương này được đặt xen kẽ với nhau và ngăn cách bằng các tấm ngăn có lỗ thông nhỏ. Kết hợp với nhau, các bản cực và tấm ngăn tạo nên một ngăn của accu. a. Bản cực Bản cực accu được cấu trúc từ một khung sườn làm bằng hợp kim chì có chứa Antimony hay Canxi. Khung sườn này có dạng lưới phẳng, mỏng. Lưới tạo nên khung cần thiết để trát vật liệu hoạt tính lên nó, cả ở bản cực âm và bản cực dương. Vật liệu hoạt tính được trát lên ở bản cực dương là chì oxide (PbO2) và ở bản cực âm là chì xốp (Pb).

Hình 2.3. Cấu tạo bản cực b. Chất điện phân

Hình 2.4. Chất điện phân Chất điện phân trong bình accu là hỗn hợp 36% acid sulfuric (H2SO4) và 64% nước cất (H2O). Dung dịch điện phân trên accu ngày nay có tỷ trọng là 1.270 g/cm3 (ở 200 C) khi nạp đầy. Tỷ trọng là trọng lượng của một thể tích chất lỏng so sánh với trọng lượng của nước với cùng một thể tích. Tỷ trọng càng cao thì chất lỏng càng đặc. TRANG 14

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

* Những cẩn trọng khi sử dụng accu: Chất điện phân trong bình accu là hỗn hợp của acid sulfuric và nước. Acid sulfuric thì có tính ăn mòn rất cao và có thể gây thương tích trên da và mắt. Luôn luôn mang đồ bảo hộ khi tiếp xúc với bình accu. Khi bị dung dịch acid dính vào tay phải rửa ngay bằng nhiều nước, khi văng vào mắt phải rửa bằng nước ngay và khám y tế càng sớm càng tốt. Khi nạp accu, khí Hydrogene được giải phóng vì vậy phải tránh xa ngọn lửa và tia lửa điện nếu không có thể gây ra cháy nổ nghiêm trọng. 2.2.2. Vỏ accu Vỏ accu giữ các điện cực và các ngăn riêng rẽ của bình accu. Nó được chia thành 6 phần hay 6 ngăn. Các bản cực được đặt trên các gờ đỡ, giúp cho các bản cực không bị ngắn mạch khi có vật liệu hoạt tính rơi xuống đáy accu. Vỏ được làm từ polypropylen, cao su cứng, và plastic. Một vài nhà sản xuất làm vỏ accu có thể nhìn xuyên qua để có thể nhìn thấy được mực dung dịch điện phân mà không cần mở nắp accu. Đối với loại này thường có hai đường để chỉ mực thấp (lower) và cao (upper) bên ngoài vỏ.

Hình 2.5. Vỏ accu 2.2.3. Nắp thông hơi Nắp thông hơi chụp trên các lỗ để thêm dung dịch điện phân. Nắp thông hơi được thiết kế để hơi acid ngưng tụ và rơi trở lại accu và cho phép hydrogene bay hơi. Dãy nắp thông hơi: Hầu hết các accu ngày nay thiết kế một dãy nắp thông hơi để có thể chụp cho nhiều ngăn. Dãy nắp thông hơi được thiết kế để hơi acid ngưng tụ và rơi trở lại accu và cho phép hydrogene bay hơi. TRANG 15

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Hình 2.6. Nắp thông hơi

Hình 2.7. Dãy nắp thông hơi 2.2.4. Cọc accu Có 3 loại cọc bình accu được sử dụng, loại đỉnh, loại cạnh và loại L. Loại trên đỉnh thông dụng nhất trên ô tô. Loại cạnh là loại đặc trưng của hãng General Motors, loại L được dùng trên tàu thuỷ.

Hình 2.8. Cọc accu Ký hiệu trên cọc accu: Ký hiệu trên cọc accu để nhận biết cực dương hay âm. Thông thường, ký hiệu (+) để chỉ cực dương, (-) để chỉ cực âm. Đôi khi, các ký hiệu "POS" và "NEG" cũng được sử dụng để ký hiệu cực dương và cực âm. Trên loại accu có cọc là loại đỉnh, đầu của cọc dương thường lớn hơn cực âm, mục đích để dễ phân biệt.

Hình 2.9. Ký hiệu cọc accu TRANG 16

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Đầu kẹp accu: Đầu kẹp cáp của accu có thể làm bằng thép hoặc chì tuỳ thuộc vào nhà chế tạo.

Hình 2.10. Đầu kẹp accu 2.3. Hoạt động của accu 2.3.1. Hoạt động của một ngăn Hai kim loại không giống nhau đặt trong dung dịch acid sẽ sinh ra hiệu điện thế giữa hai cực. Cực dương làm bằng chì oxide PbO2, cực âm làm bằng chì Pb. Dung dịch điện phân là hỗn hợp acid sunfuric và nước.

Hình 2.11. Hoạt động accu Accu chứa điện ở dạng hoá năng. Thông qua phản ứng hoá học, accu sinh ra và giải phóng điện vì các nhu cầu của hệ thống điện và các thiết bị điện. Khi accu mất đi hoá năng trong quá trình này, accu cần được nạp điện lại bằng máy phát. Bằng dòng điện ngược đi qua accu, quá trình hoá học được phục hồi, vì vậy nạp cho bình accu. Chu trình phóng nạp được lặp lại liên tục và được gọi là chu trình của accu. Mỗi một ngăn có điện áp xấp xỉ 2.1V không xét đến kích cỡ và số lượng các bản cực. Accu trên ô tô có 6 ngăn nối tiếp với nhau, sinh ra điện áp 12.6 V.

TRANG 17

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

2.3.2. Các quá trình điện hóa trong accu

Hình 2.12. Quá trình điện hóa trong accu Trong accu thường xảy ra hai quá trình hóa học thuận nghịch đặc trưng là quá trình nạp và phóng điện, và được thể hiện dưới dạng phương trình sau: PbO2 + Pb + 2H2SO4  2PbSO4 + 2H2O Trong quá trình phóng điện, hai bản cực từ PbO2 và Pb biến thành PbSO4. Như vậy khi phóng điện, axit sunfuric bị hấp thụ để tạo thành sunfat chì, còn nước được tạo ra, do đó, nồng độ dung dịch H2SO4 giảm. Sự thay đổi nồng độ dung dịch điện phân trong quá trình phóng và nạp là một trong những dấu hiệu để xác định mức phóng điện của accu trong sử dụng. Khi nạp điện, nhờ nguồn điện nạp mà ở mạch ngoài các điện tử “e” chuyển động từ các bản cực âm đến các bản cực dương, đó là dòng điện nạp In.

TRANG 18

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Khi phóng điện, dưới tác dụng của sức điện động riêng của ắc quy các điện tử “e” sẽ chuyển động theo hướng ngược lại và tạo thành dòng điện phóng Ip. Khi ắc quy được nạp no, chất tác dụng ở các bản cực dương là PbO 2, còn các bản cực dương là Pb. Khi phóng điện, chất tác dụng ở cả hai bản cực đều trở thành sunfat chì PbSO4 có dạng tinh thể nhỏ.

2.3.3. Thông số accu chì-axit a. Sức điện động của accu Sức điện động của accu phụ thuộc chủ yếu vào sự chênh lệch điện thế giữa hai tấm bản cực khi không có dòng điện ngoài. - Sức điện động trong một ngăn:

ea =  + - - (V)

- Nếu accu có n ngăn: Ea = n.ea - Sức điện động còn phụ thuộc vào nồng độ dung dịch, trong thực tế có thể xác định theo công thức thực nghiệm: E0 = 0,85 + 25oC Trong đó: E0 : sức điện động tĩnh của accu đơn (tính bằng volt).

 : nồng độ của dung dịch điện phân được tính bằng (g/cm3) quy về + 25oC. TRANG 19

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

25oC = đo – 0,0007(25 – t) t : nhiệt độ dung dịch lúc đo.

đo : nồng độ dung dịch lúc đo. b. Hiệu điện thế của accu - Khi phóng điện:

Up = Ea - Ra.Ip

- Khi nạp điện:

Un = Ea + Ra.In

Trong đó: Ip - cường độ dòng điện phóng. In - cường độ dòng điện nạp. Ra - điện trở trong của accu. c. Điện trở trong accu Raq = R điện cực + R bản cực + R tấm ngăn + R dung dịch Điện trở trong accu phụ thuộc chủ yếu vào điện trở của điện cực và dung dịch. Pb và PbO2 đều có độ dẫn điện tốt hơn PbSO4 . Khi nồng độ dung dịch điện phân tăng, sự có mặt của các ion H+ và SO42- cũng làm giảm điện trở dung dịch. Vì vậy điện trở trong của accu tăng khi bị phóng điện và giảm khi nạp. Điện trở trong của accu cũng phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Khi nhiệt độ thấp, các ion sẽ dịch chuyển chậm trong dung dịch nên điện trở tăng. d. Dung lượng của accu Lượng điện năng mà accu cung cấp cho phụ tải trong giới hạn phóng điện cho phép được gọi là dung lượng của accu. Q = Ip.tp

(A.h)

Như vậy dung lượng của accu là đại lượng biến đổi phụ thuộc vào chế độ phóng điện. Người ta còn đưa ra khái niệm dung lượng định mức của accu Q5, Q10, Q20 mang tính quy ước ứng với một chế độ phóng điện nhất định như chế độ 5 giờ, 10 giờ, 20 giờ phóng điện ở nhiệt độ +30oC. Các yếu tố ảnh hưởng tới dung lượng của accu: - Kích thước tấm bản cực - Dung dịch điện phân. - Dòng điện phóng. - Nhiệt độ môi trường. - Thời gian sử dụng. TRANG 20

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Dung lượng của accu phụ thuộc lớn vào dòng phóng. Phóng dòng càng lớn thì dung lượng càng giảm, tuân theo định luật Peukert. I pn . tp = const

Trong đó: n là hằng số tùy thuộc vào loại accu (n = 1,4 đối với accu chì) 2.3.4 Đặc tính a. Đặc tuyến phóng nạp của accu

Hình 2.12. Đặc tuyến phóng - nạp của accu axít Đặc tuyến phóng của accu đơn: khi phóng điện bằng dòng điện không đổi thì nồng độ dung dịch giảm tuyến tính (theo đường thẳng). Nồng độ axit sulfuric phụ thuộc vào lượng axit tiêu tốn trong thời gian phóng và trữ lượng dung dịch trong bình. Trên đồ thị có sự chênh lệch giữa Ea và Eo trong quá trình phóng điện là vì nồng độ dung dịch chứa trong chất tác dụng của bản cực bị giảm do tốc độ khuếch tán dung dịch đến các bản cực chậm, khiến nồng độ dung dịch thực tế ở trong lòng bản cực luôn luôn thấp hơn nồng độ dung dịch trong từng ngăn. Hiệu điện thế Up cũng thay đổi trong quá trình phóng. Ở thời điểm bắt đầu phóng điện, Up giảm nhanh và sau đó giảm tỷ lệ với sức giảm nồng độ dung dịch. Khi ở trạng thái cân bằng thì Up gần như ổn định. Ở cuối quá trình phóng (vùng gần điểm A) sunfat chì được tạo thành trong các bản cực sẽ làm giảm tiết diện của các lỗ thấm TRANG 21

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

dung dịch và làm cản trở quá trình khuếch tán, khiến cho trạng thái cân bằng bị phá hủy. Kết quả là nồng độ dung dịch chứa trong bản cực, sức điện động Ea và hiệu điện thế Up giảm nhanh và có chiều hướng giảm đến không. Hiệu điệu thế tại điểm A được gọi là điện thế cuối cùng. Khi nạp điện, trong lòng các bản cực axit sunfuric tái sinh. Nồng độ của dung dịch chứa trong các bản cực trở nên đậm đặc hơn, do đó Ea khi nạp lớn hơn Eo một lượng bằng E, còn hiệu điện thế khi nạp: Un = Ea + In.Ra. Ở cuối quá trình nạp sức điện động và hiệu điện thế tăng lên khá nhanh do các ion H+ và O2- bám ở các bản cực sẽ gây ra sự chênh lệch điện thế và hiệu điện thế accu tăng vọt đến giá trị 2,7V. Đó là dấu hiệu của cuối quá trình nạp. Khi quá trình nạp kết thúc và các chất tác dụng ở các bản cực trở lại trạng thái ban đầu thì dòng điện In trở nên thừa. Nó chỉ điện phân nước tạo thành oxy và hydro và thóat ra dưới dạng bọt khí. * Đặc tuyến làm việc của accu trên ôtô Accu làm việc trên ôtô theo chế độ phóng nạp luân phiên tùy theo tải của hệ thống điện. Điện thế nạp ổn định nhờ có bộ tiết chế. Umf = 13,8 đến 14,2V In = (Umf - Ua) / R

R = Ra + Rdd + Rmf Trong đó:

Rdd : điện trở dây dẫn. Rmf : điện trở các cuộn stator máy phát.

Hình 2.13. Chế độ phóng nạp của accu trên xe 2.3.5. Hiện tượng tự phóng điện Ở nhiệt độ cao sẽ xảy ra phản ứng dưới dây làm chì và oxít chì biến thành sunfat chì: Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2  TRANG 22

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

2PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O + O2  Dòng điện cục bộ trên các tấm bản cực do sự hiện diện của các ion kim loại, hoặc do sự chênh lệch nồng độ giữa lớp dung dịch lên trên và bên dưới accu, cũng làm giảm dung lượng accu. Do hiện tượng tự phóng điện, accu để lâu không sử dụng cũng sẽ dần dần hết điện. 2.4 Các phương pháp nạp điện cho accu Có hai phương pháp nạp điện cho accu: 2.4.1 Nạp bằng hiệu điện thế không đổi Trong cách nạp này tất cả các accu được mắc song song với nguồn điện nạp và bảo đảm điện thế của nguồn nạp (Ung) bằng 2,3V – 2,5V trên một accu đơn với điều kiện Ung > Ua. Cường độ dòng nạp thay đổi theo công thức: In = (Ung - Ea)/ R

Hình 2.14. Nạp bằng hiệu điện thế không đổi Imax  1  1,5 Qđm. Khi nạp, Ea tăng, I giảm nhanh theo đặc tuyến hyperbol. Nhược điểm của phương pháp nạp này là: - Dòng điện nạp ban đầu rất lớn có thể gây hỏng bình accu. - Dòng khi giảm về 0 thì accu chỉ nạp khoảng 90%. 2.4.2 Phương pháp dòng không đổi Theo cách này dòng điện nạp được giữ ở một giá trị không đổi trong suốt thời gian nạp bằng cách thay đổi giá trị điện trở của biến trở R. Thông thường người ta nạp bằng dòng có cường độ In = 0,1Qđm. Giá trị lớn nhất của biến trở R có thể xác định bởi công thức: R = (Ung – 2,6n)/ 0,5In Theo phương pháp này tất cả các accu được mắc nối tiếp nhau và chỉ cần đảm TRANG 23

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

bảo điều kiện tổng số các accu đơn trong mạch nạp không vượt quá trị số Ung/2,7. Các accu phải có dung lượng như nhau, nếu không, ta sẽ phải chọn cường độ dòng điện nạp theo accu có điện dung nhỏ nhất và như vậy accu có dung lượng lớn sẽ phải nạp lâu hơn. n : số accu đơn mắc nối tiếp. 0,5 : hệ số dự trữ. Ung : hiệu điện thế nguồn nạp.

Hình 2.15. Sơ đồ nạp accu với dòng không đổi 2.4.3 Phương pháp nạp hai nấc Trong phương pháp này, đầu tiên người ta nạp accu với cường độ 0,1Iđm khi accu bắt đầu sôi, giảm xuống còn 0,05Iđm. Phương pháp nạp 2 nấc đảm bảo cho accu được nạp no hơn và không bị nóng.

Hình 2.16. Nạp 2 nấc 2.4.4. Phương pháp nạp hỗn hợp Đầu tiên, nạp bằng phương pháp hiệu điện thế không đổi và sau đó nạp bằng phương pháp dòng không đổi. Có thể nạp nhanh đối với bình bị cạn hết điện, nhưng phải giảm thời gian nạp. Những qui định chung khi sạc accu: - Luôn luôn mở nắp trong suốt quá trình nạp - Luôn luôn làm theo những chỉ dẫn của nhà sản xuất. - Luôn luôn sạc bình accu ở những nơi thông khí tốt, đeo bảo vệ mắt và găng tay. - Luôn luôn tránh để gần tia lửa và ngọn lửa (Tránh hút thuốc gần) - Tỉ lệ nạp giống như khi phóng. Accu phóng nhanh thì nạp nhanh, phóng chậm TRANG 24

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

thì nạp chậm (Nếu nghi ngờ thì thực hiện nạp chậm) - Không bao giờ sạc khi accu đang lắp trên xe. Gỡ accu ra rồi mới nạp. Điện áp sạc cao quá có khả năng làm hư hỏng các thiết bị điện trên xe. - Kiểm tra tỉ trọng dung dịch sau từng khoảng thời gian. - Kiểm tra nhiệt độ của accu khi đang sạc bằng cách sờ tay vào mặt cạnh, nếu cao quá, ngừng sạc chờ nguội. 2.5 Chọn và bố trí accu Để chọn accu ta dựa vào các ký hiệu ghi trên vỏ bình accu, trên các cầu nối giữa các ngăn hoặc trên nhãn hiệu đính ở vỏ bình, chủ yếu là dung lượng định mức của accu, và cường độ dòng lớn nhất mà accu có thể phóng mà dòng này phụ thuộc vào công suất của máy khởi động. Accu thường đặt trước đầu xe, gần máy khởi động sao cho chiều dài dây nối từ máy khởi động đến accu không quá 1m. Điều này đảm bảo rằng độ sụt áp trên dây dẫn khi khởi động là nhỏ nhất. Nơi đặt accu không được quá nóng để tránh hỏng bình do nhiệt. 2.6. Các loại ắc quy khác Ngoài ắc quy chì – axit còn có các loại ắc quy kiềm khác như: Ắc quy sắt – niken (Fe – Ni), ắc quy cađimi – niken (Cd –Ni ) và ắc quy bạc – kẽm (Ag – Zn). Trong đó hai loại đầu thông dụng hơn cả và đã được dùng để khởi động một số ôtô và máy kéo. 2.6.1. Ắc quy sắt – niken Về cấu tạo, ắc quy sắt – niken có thể chia thành hai loại: Loại thỏi và loại không thỏi. Đối với ắc quy loại thỏi, mỗi ngăn gồm mười hai bản cực dương và mười ba bản cực âm. Các bản cực cách điện với nhau bằng các que êbônit có đường kính 1,9÷2,0mm. Các bản cùng dấu cũng được hàn vào các vấu cực và tạo thành các phân khối bản cực dương và các phân khối bản cực âm như ắc quy axit. Phần nhô cao của vấu cực là cực của mỗi ắc quy đơn. Từng khối bản cực được đặt trong các bình sắt có chứa dung dịch điện phân gồm dung dịch KOH với =1,20÷1,25g/cm3 và khoảng 18÷20gam LiOH cho 1 lít dung dịch. Các bản cực được ngăn cách với vỏ bình bằng lớp nhựa vinhiplat. Bản cực ắc quy kiềm loại thỏi được chế tạo bằng cách ghép hàng loạt thỏi chất tác dụng lại với nhau. Để đảm bảo độ cứng vững và tiếp xúc tốt, người ta kẹp chặt đầu TRANG 25

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

thỏi bằng cách dập chặt với tại bản cực. Mỗi thỏi chất tác dụng gồm một hộp nhỏ bằng thép lá chứa chất tác dụng. Chất tác dụng ở bản cực âm là bột sắt đặc biệt thuần khiết, còn ở bản cực dương là hỗn hợp 75% NiO.OH và 25% bột than hoạt tính. Mỗi ngăn có nút và nắp riêng. Vì sức điện động của mỗi ắc quy đơn chỉ bằng 1,38V nên muốn có bình ắc quy 12V, người ta phải ghép nối tiếp 9 ngăn ắc quy đơn lại với nhau, tạo thành 3 tốp ắc quy. Như vậy trọng lượng của mỗi bình ắc quy kiềm nặng hơn bình ắc quy axit khá nhiều, mặc dù cùng thế hiệu. Loại ắc quy không phân thỏi được chế tạo theo kiểu ép bột kim loại có cấu trúc xốp mịn. Chất tác dụng được ép vào trong các lỗ nhỏ trên bề mặt phân nhánh của các bản cực. Kết cấu như vậy cho phép giảm trọng lượng của bình ắc quy xuống 1,4÷1,6 lần so với loại thỏi. 2.6.2. Ắc quy Cađimi – Niken Loại ắc quy này chỉ khác loại ắc quy sắt – niken về thành phần hóa học của chất tác dụng ở bản cực âm, còn cấu tạo và quá trình hóa học của ắc quy cađimi – niken tương tự như ắc quy sắt – niken. 2.6.3. Ắc quy Bạc - Kẽm Đây là loại ắc quy có hệ số hiệu dụng trên một đơn vị trọng lượng và trên một đơn vị thể tích lớn hơn hai loại trên, nhưng vì bạc chiếm tới 30% trọng lượng chất tác dụng nên việc sử dụng chúng trên ôtô hiện nay là không thực tế. Các cực của ắc quy này là kẽm và oxit bạc, còn dung dịch điện phân, cũng giống như trong các ắc quy khác là KOH. Một trong những ưu điểm quan trọng của ắc quy loại này là với kích thước không lớn lắm, chúng có thể cho dòng lớn. Nhược điểm của nó là tuổi thọ ngắn.

TRANG 26

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG 3.1. Khái quát về máy khởi động 3.1.1. Công dụng máy khởi động Vì động cơ đốt trong không thể tự khởi động nên cần phải có một ngoại lực để khởi động nó. Để khởi động động cơ, máy khởi động làm quay trục khuỷu thông qua vành răng. Máy khởi động cần phải tạo ra moment lớn từ nguồn điện của accu đồng thời phải gọn nhẹ. Vì lí do này người ta dùng motor điện một chiều trong máy khởi động. Để khởi động động cơ thì trục khuỷu phải quay nhanh hơn tốc độ quay tối thiểu. Tốc độ quay tối thiểu để khởi động động cơ khác nhau tuỳ theo cấu trúc động cơ và tình trạng hoạt động, thường từ 40 - 60 vòng/ phút đối với động cơ xăng và từ 80 - 100 vòng/phút đối với động cơ diesel.

Hình 3.1. Máy khởi động lắp trên động cơ 3.1.2. Các loại máy khởi động a. Loại giảm tốc

Hình 3.2. Máy khởi động loại giảm tốc - Máy khởi động loại giảm tốc dùng motor tốc độ cao. - Máy khởi động loại giảm tốc làm tăng moment xoắn bằng cách giảm tốc độ TRANG 27

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

quay của phần ứng lõi motor nhờ bộ truyền giảm tốc. - Piston của công tắc từ đẩy trực tiếp bánh răng chủ động đặt trên cùng một trục với nó vào ăn khớp với vành răng. b. Máy khởi động loại đồng trục

Hình 3.3. Máy khởi động loại đồng trục - Bánh răng bendix được đặt trên cùng một trục với lõi motor (phần ứng) và quay cùng tốc độ với lõi. - Cần dẫn động được nối với thanh đẩy của công tắc từ đẩy bánh răng chủ động và làm cho nó ăn khớp với vành răng. c. Máy khởi động loại bánh răng hành tinh

Hình 3.4. Máy khởi động loại bánh răng hành tinh - Máy khởi động loại bánh răng hành tinh dùng bộ truyền hành tinh để giảm tốc độ quay của lõi (phần ứng) của motor. - Bánh răng bendix ăn khớp với vành răng thông qua cần dẫn động giống như trường hợp máy khởi động đồng trục.

TRANG 28

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

d. Máy khởi động PS (Motor giảm tốc hành tinh-rotor thanh dẫn)

Hình 3.5. Máy khởi động loại PS - Máy khởi động này sử dụng các nam châm vĩnh cửu đặt trong cuộn cảm. - Cơ cấu đóng ngắt hoạt động giống như máy khởi động loại bánh răng hành tinh. 3.2. Nguyên lý của máy khởi động a. nguyên lý tạo ra moment

Hình 3.6. Lực sinh ra giữa các nam châm

Hình 3.7. Khung dây trong từ trường

Đường sức từ sinh ra giữa cực bắc và cực nam của nam châm. Nó đi từ cực bắc đến cực nam. Khi đặt một nam châm khác ở giữa hai cực từ, sự hút và đẩy của hai nam châm làm cho nam châm đặt giữa quay xung quanh tâm của nó. (Hình 3.6) Mỗi đường sức từ không thể cắt ngang qua đường sức từ khác. Nó dường như trở nên ngắn hơn và cố đẩy những đường sức từ gần nó ra xa. Đó là nguyên nhân làm cho nam châm ở giữa quay theo chiều kim đồng hồ. Trong động cơ thực tế, phần giữa là khung dây. Giả sử, chúng ta có một khung dây quấn như trên Hình 3.7. Khi dòng điện chạy xuyên qua khung dây, từ thông sẽ TRANG 29

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

xuyên qua khung dây. Chiều của đường sức từ sinh ra trên khung dây được xác định bằng qui tắc vặn nút chai. Khi chiều của từ trường trùng nhau, đường sức từ trở nên mạnh hơn (dày hơn). Khi chiều của từ trường đối ngược, thì đường sức từ trở nên yếu đi (thưa hơn).

Hình 3.8. Đường sức của khung dây và nam châm Bản chất của đường sức từ thường trở nên ngắn đi và cố đẩy những đường sức từ khác ra xa nó tạo ra lực. Lực sinh ra trên khung dây cung cấp năng lượng làm quay động cơ điện. Đặt hai đầu khung dây lên điểm tựa để nó có thể quay. Tuy nhiên, nó chỉ có thể tiếp tục quay khi lực sinh ra theo chiều cũ. Bằng cách gắn cổ góp và chổi than vào khung dây, dòng điện chạy qua dây dẫn từ sau đến trước phía cực bắc, trong khi dòng điện chạy từ trước ra sau phía cực nam và duy trì như vậy. Điều đó làm nam châm tiếp tục quay.

Hình 3.9. Lực từ sinh ra trên khung dây b. Hoạt động trong thực tế Để ứng dụng lý thuyết này trong thực tế, trước tiên, người ta phải quấn nhiều khung dây để tăng từ thông từ đó sinh ra moment lớn. Tiếp theo, người ta đặt một lõi thép bên trong các khung dây cũng nhằm tăng từ thông và tạo ra moment lớn. Thay vì sử dụng nam châm vĩnh cửu, người ta có thể dùng nam châm điện làm TRANG 30

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

phần cảm. Để tốc độ động cơ quay cao và quay êm, người ta dùng nhiều khung dây. Từ những lý thuyết trên, người ta thiết kế nên máy khởi động trong thực tế.

Hình 3.10. Cấu tạo thực tế của động cơ máy khởi động

Hình 3.11. Dây quấn trong rotor Cuộn dây phần ứng được quấn như Hình 3.11. Hai đầu của hai khung dây cạnh nhau được hàn với cùng một phiến đồng trên cổ góp. Dòng điện chạy từ chổi than dương dến âm qua các khung dâu mắc nối tiếp. Nếu nhìn từ phía bánh răng bendix, thì dòng điện có chiều như Hình 3.12. Khi đó, chiều của dòng điện chạy qua các khung dây trong cùng một phần tư rotor là như nhau. Và nhờ thế chiều của từ trường sinh ra ở mỗi khung sẽ không đổi khi cổ góp quay.

Hình 3.12. Dòng điện trong rotor TRANG 31

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Nhờ sự bố trí các khung dây trong phần cảm và phần ứng mà sinh ra lực từ làm quay phần ứng. Rotor quay theo chiều kim đồng hồ theo qui luật bàn tay trái. Động cơ điện một chiều được chia làm 3 loại tùy theo phương pháp đấu dây.

Hình 3.13. Các kiểu đấu dây - Loại mắc nối tiếp: Moment phát ra lớn nhất khi bắt đầu quay, được dùng chủ yếu trong máy khởi động. - Loại mắc song song: Ít dao động về tốc độ, giống như loại dùng nam châm vình cửu. - Loại mắc hỗn hợp: Có cả đặc điểm của hai loại trên, thường dùng để khởi động động cơ lớn. 3.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy khởi động 3.3.1. Cấu tạo máy khởi động TRANG 32

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Máy khởi động loại giảm tốc gồm có các bộ phận sau đây: 1. Công tắc từ 2. Phần ứng (lõi của motor khởi động) 3. Vỏ máy khởi động 4. Chổi than và giá đỡ chổi than 5. Bộ truyền bánh răng giảm tốc 6. Li hợp khởi động 7. Bánh răng bendix và then xoắn.

Hình 3.14. Các bộ phận của máy khởi động a. Công tắc từ

Hình 3.15. Công tắc từ Công tắc từ hoạt động như là một công tắc chính cho dòng điện chạy tới motor và điều khiển bánh răng bendix bằng cách đẩy nó vào ăn khớp với vành răng khi bắt đầu khởi động và kéo nó ra sau khi khởi động. Cuộn hút được quấn bằng dây có đường kính lớn hơn cuộn giữ và lực điện từ của nó tạo ra lớn hơn lực điện từ được tạo ra bởi cuộn giữ. TRANG 33

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

b. Phần ứng và ổ bi Phần ứng tạo ra lực làm quay motor và ổ bi cầu đỡ cho lõi (phần ứng) quay ở tốc độ cao.

Hình 2.16. Phần ứng và ổ bi cầu

Hình 2.17. Vỏ máy khởi động c. Vỏ máy khởi động Vỏ máy khởi động này tạo ra từ trường cần thiết để cho motor hoạt động. Nó cũng có chức năng như một vỏ bảo vệ các cuộn cảm, lõi cực và khép kín các đường sức từ. Cuộn cảm được mắc nối tiếp với phần ứng. d. Chổi than và giá đỡ chổi than Chổi than được tì vào cổ góp của phần ứng bởi các lò xo để cho dòng điện đi từ cuộn dây tới phần ứng theo một chiều nhất định. Chổi than được làm từ hỗn hợp đồngcácbon nên nó có tính dẫn điện tốt và khả năng chịu mài mòn lớn. Các lò xo chổi than nén vào cổ góp phần ứng và làm cho phần ứng dừng lại ngay sau khi máy khởi động bị ngắt.

TRANG 34

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Nếu các lò xo chổi than bị yếu đi hoặc các chổi than bị mòn có thể làm cho tiếp điểm điện giữa chổi than và cổ góp không đủ để dẫn điện. Điều này làm cho điện trở ở chỗ tiếp xúc tăng lên làm giảm dòng điện cung cấp cho motor và dẫn đến giảm moment.

Hình 2.18. Chổi than và giá đỡ chổi than e. Bộ truyền giảm tốc

Hình 2.19. Bộ truyền giảm tốc Bộ truyền giảm tốc truyền lực quay của motor tới bánh răng bendix và làm tăng moment xoắn bằng cách làm chậm tốc độ của motor. Bộ truyền giảm tốc làm giảm tốc độ quay của motor với tỉ số là 1/3 -1/4 và nó có một li hợp khởi động ở bên trong. f. Li hợp khởi động (khớp một chiều) Li hợp khởi động truyền chuyển động quay của motor tới động cơ thông qua bánh răng bendix. Để bảo vệ máy khởi động khỏi bị hỏng bởi số vòng quay cao được tạo ra khi động cơ đã được khởi động, người ta bố trí li hợp khởi động này. Đó là li hợp khởi TRANG 35

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

động loại một chiều có các con lăn.

Hình 2.20. Li hợp khởi động g. Bánh răng khởi động chủ động và rãnh xoắn

Hình 2.21. Bánh răng khởi động chủ động và rãnh xoắn Bánh răng bendix và vành răng truyền lực quay từ máy khởi động tới động cơ nhờ sự ăn khớp an toàn giữa chúng. Bánh răng bendix được vát mép để ăn khớp được dễ dàng. Then xoắn chuyển lực quay vòng của motor thành lực đẩy bánh răng bendix, trợ giúp cho việc ăn khớp và ngắt sự ăn khớp của bánh răng bendix với vành răng. 3.3.2. Hoạt động của máy khởi động Rơ le gài khớp bao gồm: cuộn hút và cuộn giữ. Hai cuộn dây trên có số vòng như nhau nhưng tiết diện cuộn hút lớn hơn cuộn giữ và quấn cùng chiều nhau.

TRANG 36

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Hình 2.22. Sơ đồ làm việc của hệ thống khởi động Khi bật công tắc ở vị trí ST thì dòng điện sẽ rẽ thành hai nhánh: (+) Wg  mass Wh  Wst  chổi than  Wrotor  mass Dòng qua cuộn giữ và hút sẽ tạo ra lực từ để hút lõi thép đi vào bên trong (tổng lực từ của hai cuộn). Lực hút sẽ đẩy bánh răng của máy khởi động về phía bánh đà, đồng thời đẩy lá đồng nối tắt cọc (+) accu xuống máy khởi động. Lúc này, hai đầu cuộn hút đẳng thế và sẽ không có dòng đi qua mà chỉ có dòng qua cuộn giữ . Do lõi thép đi vào bên trong mạch từ khiến từ trở giảm nên lực từ tác dụng lên lõi thép tăng lên. Vì thế, chỉ cần một cuộn Wg vẫn giữ được lõi thép. Khi động cơ đã nổ, tài xế trả công tắc về vị trí ON, mạch hở nhưng do quán tính, dòng điện vẫn còn. Do đó hai bánh răng còn dính và dòng vẫn còn qua lá đồng. Như vậy dòng sẽ đi từ: (+) Wh Wg  mass. Lúc này, hai cuộn dây mắc nối tiếp nên dòng như nhau, dòng trong cuộn giữ không đổi chiều, còn dòng qua cuộn hút ngược với chiều ban đầu. Vì vậy, từ trường hai cuộn triệt tiêu nhau. Kết quả là, dưới tác dụng của lực lò xo, bánh răng và lá đồng sẽ trở về vị trí ban đầu. Đối với xe có hộp số tự động, mạch khởi động có thêm công tắc an toàn (Inhibitor switch). Công tắc này chỉ nối mạch khi tay số ở vị trí N, P. Trên một số xe có hộp số cơ khí, công tắc an toàn được bố trí ở bàn đạp ly hợp. - Ly hợp máy khởi động

Hình 2.23. Cấu tạo ly hợp máy khởi động TRANG 37

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

a. Hoạt động * Khi khởi động Khi bánh răng li hợp (bên ngoài) quay nhanh hơn trục then (bên trong) thì con lăn li hợp bị đẩy vào chỗ hẹp của rãnh và do đó lực quay của bánh răng li hợp được truyền tới trục then.

Hình 2.24. Hoạt động của ly hợp khi khởi động * Sau khi khởi động động cơ Khi trục then (bên trong) quay nhanh hơn bánh răng li hợp (bên ngoài), thì con lăn li hợp bị đẩy ra chỗ rộng của rãnh làm cho bánh răng li hợp quay không tải.

Hình 2.25. Hoạt động của ly hợp sau khi khởi động b. Cơ cấu ăn khớp và nhả *Công dụng Cơ cấu ăn khớp / nhả có hai chức năng. - Ăn khớp bánh răng bendix với vành răng bánh đà. - Ngắt sự ăn khớp giữa bánh răng bendix với vành răng bánh đà. * Cơ cấu ăn khớp Các mặt đầu của bánh răng bendix và vành răng đi vào ăn khớp với nhau nhờ tác động hút của công tắc từ và ép lò xo dẫn động lại. Sau đó tiếp điểm chính được bật lên và lực quay của phần ứng tăng lên. Một phần lực quay được chuyển thành lực đẩy bánh răng bendix nhờ then xoắn. Nói cách khác bánh răng bendix được đưa vào ăn khớp với vành răng bánh đà nhờ lực hút của công tắc từ, lực quay của phần ứng và lực đẩy của then xoắn. TRANG 38

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Bánh răng bendix và vành răng được vát mép để việc ăn khớp được dễ dàng.

Hình 2.26. Hoạt động ăn khớp * Cơ cấu nhả khớp Khi bánh răng bendix làm quay vành răng thì xuất hiện áp lực cao trên bề mặt răng của hai bánh răng. Khi tốc độ quay của động cơ (vành răng) trở nên cao hơn so với bánh răng bendix khi khởi động động cơ, nên vành răng làm quay bánh răng bendix. Một phần của lực quay này được chuyển thành lực đẩy dọc trục nhờ then xoắn để ngắt sự ăn khớp giữa bánh răng bendix và vành răng. Cơ cấu ly hợp máy khởi động ngăn không cho lực quay của động cơ truyền tới bánh răng bendix từ vành răng bánh đà. Kết quả là áp lực giữa các bề mặt răng của hai bánh răng giảm xuống và bánh răng bendix được kéo ra khỏi sự ăn khớp một cách dễ dàng. Vì lực hút của công tắc từ bị mất đi nên lò xo hồi về đang bị nén sẽ đẩy bánh răng bendix về vị trí cũ và hai bánh răng sẽ không còn ăn khớp nữa.

Hình 2.27. Hoạt động nhả khớp 3.2.3. Sơ đồ tính toán và đặc tính cơ bản của máy khởi động a. Sơ đồ tính toán Để xác định các đặc tuyến cơ bản của máy khởi động (chủ yếu là phần động cơ điện), ta khảo sát mạch điện của một máy khởi động loại mắc nối tiếp. Sơ đồ tính toán được trình bày trên hình 2.28. TRANG 39

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Rd Rst Ua Ra

Ikđ Ukđ

Eo Eng Rr

Hình 2.28. Sơ đồ tính toán máy khởi động b. Đặc tuyến và đánh giá hư hỏng thông qua các đặc tuyến  Đặc tuyến tốc độ máy khởi động n = f (I) Sức điện động ngược Eng sinh ra trong cuộn dây phần ứng khi máy khởi động quay: e  B.l.v B.l..n.D e 60 P.n e  B.l.. 30 P.n e  . 30

Trong đó: B : cường độ từ trường của nam châm l : chiều dài khung dây v : vận tốc dài khung dây P : số cặp cực

 : từ thông qua khung dây V 

 .D 2

và



 .n 30

.D 2P N NP E ng  .e  . n 2a a.60 E ng  C e . n . 



a: số đôi mạch mắc song song trong rotor Ce: hằng số Ce= pn/a.60 N: số dây dẫn trong rotor

TRANG 40

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

n

E ng C e .

Từ sơ đồ trên hình 3.8 ta có: Ua = Eo – IRa Ukd = Ua – IRkd Đối với sơ đồ trên, theo định luật Kirchhoff, ta có thể viết: E0  E ng  IRaq  IRd  IRkd  U ch E ng  E0  U ch  I  R

Trong đó: Rd: điện trở dây cáp accu Rkđ: điện trở các cuộn dây rotor và stator

Uch: độ sụt áp trên chổi than Uch = 1,3V đối với máy khởi động 12V Uch = 2,5V đối với máy khởi động 24V Eng được xác định: E ng  E o  U ch  IR aq  IR d  IR kd U  I.rch n

E ng Ce



E o  U ch  I  R Ce

P, n, M, U Pck+Pt

no

 M2max

Eo I.Rd

I.Ra

Uch I.Rkđ

n M Io

M2 Inm/2

Eng

I, A Inm

Hình 3.9: Đặc tuyến máy khởi động TRANG 41

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Ở chế độ tải nhỏ, dòng điện qua máy khởi động nhỏ và từ thông của cuộn kích phụ thuộc tuyến tính vào cường độ dòng điện   KI n

E0  U ch  I  R C e .K  .I

n

a1 I  a2

Vì vậy lúc này tốc độ phụ thuộc vào cường độ dòng điện theo quy luật hyperbol: a1 

E 0  U ch C e .K 

a2 

R C e .K 

Với:

Ở chế độ tải lớn, dòng qua máy khởi động lớn và mạch từ bị bão hòa. Lúc này đặc tuyến n = f(I) trở nên tuyến tính:

 = const n = b1 –b2.I Dòng điện trong máy khởi động lớn nhất khi bánh răng máy khởi động ăn khớp với bánh đà. Lúc đó Eng = 0 và I = Inm.  Đặc tuyến moment kéo M = f (I) Moment kéo được tạo nên do lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường của các cuộn kích và dòng điện trong các dây dẫn phần ứng (rotor). M = FD/2 Trong đó: F: tổng lực tác dụng lên các khung dây D: đường kính của rotor F = N.f với f : lực tác dụng lên một khung N: số khung có trong rotor f  B. l. i  i

B. l. I 2a

I : dòng điện chạy trong một khung 2a

TRANG 42

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

N . B. l . I D x 2a 2 N . B. l . I . P  . D M x 2a .  2P

M

P.N  B.l..I 2a. M  CM .  . I

M

Khi tải nhỏ:  = K.I M = CM.K .I2 Khi tải lớn :  = const M  KM. Moment đạt cực đại khi n = 0. Như vậy, lúc tải nhỏ đặc tuyến phụ thuộc vào cường độ dòng theo quy luật parabol và khi tải lớn đặc tuyến chuyển sang dạng tuyến tính.  Đặc tuyến công suất P = (I) Tích số moment kéo và vận tốc góc của rotor sẽ là công suất điện từ P, tức là công suất do các lực điện từ làm quay rotor tạo nên. P  M . 2 .n  60 P  C M ..I  P





E ng

30 C e .

với: n 

E ng C e .

E ng PN  .I  2a 30 PN . 60.a

P  I .E ng

P  I E 0  U ch  I  R 

P  I E 0  U ch   I 2  R

Lấy đạo hàm phương trình P để tìm giá trị cực đại: dP  E 0  U ch  2 I  R  0 dI E  U ch I nm I p max  0  2 R 2

Khi n = 0 thì Eng = 0

TRANG 43

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

E0  U ch  I nm  R  0 I nm 

E0  U ch 2 R

Inm là dòng điện cực đại mà máy khởi động tiêu thụ khi nó bị hãm chặt. Thay giá trị Ipmax vào phương trình P, ta được công suất điện từ cực đại. Pmax  Pmax 

E0  U ch 2 E0  U ch 4 

2 R

4 R

R

E0  U ch 2

4 R P1  U kd .I  E ng  Rs  Rr .I .I  E ng .I  Rs  Rr .I 2





P1  P  Pd P  I 2 ( Rs  Rr )  I 2. .Rkd P  P2  Pck  Pt

Trong đó: P1

: công suất accu đưa đến máy khởi động.

Pđ : mất mát công suất về điện do nhiệt sinh ra trên dây. P2

: công suất hữu ích.

Pck : công suất mất mát do cơ khí (ổ bi, chổi than). Pt

: công suất mất mát về từ, chủ yếu là dòng Fucô.

P1 = P2 + Pđ + Pck + Pt P1 = P2 + P Hiệu suất của máy khởi động 

P2 P1  P   0,7 P1 P1

Đánh giá hư hỏng qua các đặc tính Căn cứ vào các đặc tuyến, ta chia hoạt động của máy khởi động ra làm 3 chế độ: - Chế độ không tải ứng với máy khởi động quay ở tốc độ không tải n0, lúc đó công sinh ra đủ thắng Pđ , Pck , Pt. - Chế độ công suất cực đại ứng với cường độ dòng điện gần bằng Inm/2. - Chế độ hãm chặt ứng với I = Inm, khi n = 0 và M= Mmax Trên thực tế, ta có thể ứng dụng các chế độ làm việc thứ nhất và thứ ba để chẩn đoán hư hỏng của máy khởi động.

TRANG 44

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Ở chế độ thứ nhất, nếu tốc độ không tải đo được của máy khởi động nhỏ hơn giá trị cho phép của nhà chế tạo n0 và cường độ dòng điện không tải lớn hơn bình thường thì hư hỏng xảy ra chủ yếu ở phần cơ: xem xét các ổ đỡ và chổi than. Ở chế độ thứ ba, nếu dòng ngắn mạch lớn hơn giá trị cho phép trong khi moment kéo nhỏ hơn thì hư hỏng chủ yếu xảy ra ở phần điện: chập mạch các vòng dây hoặc chạm mass.

TRANG 45

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 4.1. Khái quát 4.1.1. Vai trò của hệ thống cung cấp điện Ô tô được trang bị một số hệ thống và thiết bị điện để đảm bảo an tòan và tiện nghi khi sử dụng. Chúng cần điện năng trong suốt thời gian họat động và cả khi động cơ đã dừng. Vì thế, chúng cần cả accu và nguồn điện một chiều như nguồn năng lượng. Một hệ thống cung cấp điện trang bị trên xe cung cấp nguồn một chiều cho những hệ thống và thiết bị vừa nêu. Tuy nhiên accu sẽ phóng điện khi động cơ dừng và dần hết điện. Hệ thống cung cấp điện sử dụng sự quay của động cơ để phát sinh ra điện. Nó không những cung cấp điện năng cho những hệ thống và thiết bị điện khác mà còn nạp điện cho accu trong lúc động cơ đang hoạt động. 4.1.2. Cấu trúc hệ thống cung cấp điện : -

Máy phát điện: phát sinh ra điện.

-

Tiết chế : điều chỉnh điện áp do máy phát điện tạo ra.

-

Accu : dự trữ và cung cấp điện.

-

Đèn báo nạp: cảnh báo cho tài xế khi hệ thống sạc gặp sự cố.

-

Công tắc máy: đóng và ngắt dòng điện.

Hình 4.1. Cấu trúc hệ thống cung cấp điện Khi bật công tắc máy, một dòng điện sẽ đi từ bình accu đến cuộn dây rotor trong máy phát điện. Dòng điện này làm rotor trở thành một nam châm điện. Khi động TRANG 46

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

cơ hoạt động, nam châm điện này quay làm biến thiên từ thông qua cuộn dây trên stator. Từ thông biến thiên sinh ra sức điện động trên cuộn dây stator. Dòng điện do máy phát sinh ra sẽ được nạp cho bình accu và cung cấp cho các phụ tải điện. Đèn báo nạp nằm trên bảng đồng hồ của người lái để báo máy phát không phát điện hoặc có sự cố trong hệ thống nạp. 4.1.3. Chức năng của máy phát điện : Máy phát điện thực hiện một số chức năng. Trên các máy phát đời cũ, thành phần của máy phát gồm bộ phận phát điện và chỉnh lưu. Chức năng ổn định điện áp được thực hiện bằng một tiết chế lắp rời thông thường là loại rung hay bán dẫn. Ngày nay, tiết chế vi mạch nhỏ gọn được lắp liền trên máy phát, ngoài chức năng điều áp nó còn báo một số hư hỏng bằng cách điều khiển đèn báo nạp.

Hình 4.2. Các loại máy phát và tiết chế Máy phát điện giữ một vai trò then chốt trong các thiết bị cung cấp điện. Nó thực hiện ba chức năng: phát điện, chỉnh lưu, hiệu chỉnh điện áp. a. Phát điện Động cơ quay, truyền chuyển động quay đến máy phát điện thông qua dây đai. Rotor của máy phát điện là một nam châm điện. Từ trường tạo ra sẽ tương tác lên dây quấn trong stator làm phát sinh ra điện. b. Chỉnh lưu Dòng điện xoay chiều tạo ra trong máy phát điện không thể sử dụng trực tiếp cho các thiết bị điện mà phải được chỉnh lưu thành dòng điện một chiều. Bộ chỉnh lưu sẽ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. c. Hiệu chỉnh điện áp Tiết chế điều chỉnh điện áp sinh ra. Nó đảm bảo hiệu điện thế cung cấp đến các thiết bị là hằng số ngay cả khi tốc độ máy phát điện thay đổi. (Uđm = 13,5 ÷ 15 V)

TRANG 47

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

4.1.4. Nguyên lí máy phát điện Có nhiều phương pháp tạo ra dòng điện, trong những máy phát điện, người ta sử dụng cuộn dây và nam châm làm phát sinh ra dòng điện trong cuộn dây. Sức điện động sinh ra trên cuộn dây càng lớn khi số vòng dây quấn càng nhiều, nam châm càng mạnh và tốc độ di chuyển của nam châm càng nhanh.

Hình 4.3. Cuộn dây và nam châm Khi nam châm được mang lại gần cuộn dây, từ thông xuyên qua cuộn dây tăng lên. Ngược lại, khi đưa cuộn dây ra xa, đường sức từ xuyên qua cuộn dây giảm xuống. * Nguyên lý máy phát điện trong thực tế :

Hình 4.4. Nguyên lí phát điện trong thực tế Máy phát điện trong thực tế:  Nam chân vĩnh cửu được thay thế bằng nam châm điện nên từ thông có thể thay đổi được.  Có thêm lõi thép sẽ làm tăng từ thông qua cuộn dây.  Sinh ra từ thông móc vòng làm từ thông thay đổi liên tục. 4.2. Cấu trúc máy phát điện 4.2.1. Máy phát điện kích từ bằng nam châm điện có vòng tiếp điện: a. Rotor TRANG 48

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Chức năng: tạo ra từ trường và xoay để tạo ra sức điện động trong cuộn dây stator. Các thành phần chính: cuộn dây rotor, cực từ, trục

Hình 4.5. Rotor b. Chổi than và vòng tiếp điện: - Chức năng: cho dòng điện chạy qua rotor để tạo ra từ trường. - Các thành phần chính: Chổi than, Lò xo, Vòng kẹp chổi than, Vòng tiếp điện Chổi than làm bằng grafít - kim loại với tính chất đặc biệt có điện trở nhỏ và được phủ một lớp đặc biệt chống mòn.

Hình 4.6. Chổi than và vòng tiếp điện c. Stator Chức năng: tạo ra điện thế xoay chiều 3 pha nhờ sự thay đổi từ thông khi rotor quay. Các thành phần chính: Lõi stator, cuộn dây stator, đầu ra

TRANG 49

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Hình 4.7. Stator Nhiệt sinh ra lớn nhất ở stator so với các thành phần khác của máy phát, vì vậy dây quấn phải phủ lớp chịu nhiệt. Cuộn dây stator có thể mắc theo hai cách:  Cách mắc kiểu hình sao: cho ra điện thế cao, được sử dụng phổ biến.  Cách mắc kiểu tam giác: cho ra dòng điện lớn. Cuộn dây stator gồm 3 cuộn dây riêng biệt. Trong cách mắc hình sao, đầu chung của 3 cuộn dây được nối thành đầu trung hòa.

Hình 4.8. Đấu hình sao và đấu hình tam giác

TRANG 50

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

d. Bộ chỉnh lưu

Hình 4.9. Bộ chỉnh lưu Vai trò của bộ chỉnh lưu: Biến dòng điện xoay chiều ba pha trong stator thành dòng điện 1 chiều. Các thành phần chính: Đầu ra, dode âm, diode dương Đặc điểm: Sáu diode (tám diode nếu bộ chỉnh lưu có nối với dây trung hòa) được sử dụng để chỉnh lưu toàn kỳ, phiến tản nhiệt có hai mặt. Bản thân diode chỉnh lưu sinh ra nhiệt khi có dòng điện chạy qua. Tuy nhiên chất bán dẫn tạo ra diode lại không chịu nhiệt nên diode bị hư khi quá nhiệt. Vì vậy phiến tản nhiệt phải có diện tích lớn. Khi tốc độ máy phát khoảng 3000v/p, nhiệt độ của diode là cao nhất. e. Tiết chế vi mạch - Vai trò của tiết chế: Điều chỉnh dòng điện kích từ (đến cuộn dây rotor) để kiểm soát điện áp phát ra, theo dõi tình trạng phát điện và báo khi có hư hỏng. - Các thành phần chính: Vi mạch, Phiến tản nhiệt, Giắc cắm

Hình 4.10. Tiết chế vi mạch Tiết chế và vi mạch có hai loại tùy thuộc vào cách nhật biết điện áp sạc: Loại D: Nhận biết điện áp sạc ở đầu ra của máy phát và điều chỉnh nó luôn ở một TRANG 51

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

khoảng xác định.

Hình 4.11. Tiết chế loại D Loại M: Nhận biết điện áp tại accu đồng thời điều chỉnh dòng ra ở một khoảng xác định.

Hình 4.12. Tiết chế loại M f. Quạt Vai trò của quạt: Khi quạt quay, không khí được hút qua các lỗ trống làm mát cuộn rotor, stator và bộ chỉnh lưu làm giảm nhiệt độ của các bộ phận này ở mức cho phép. Đặc điểm: - Có hai quạt hút từ hai phía để cung cấp đủ lượng gió cần thiết. - Không khí mát được hướng vào cuộn stator, nơi phát sinh ra nhiều nhiệt nhất. 4.2.2. Các loại máy phát khác: a. Máy phát đời cũ và tiết chế loại rung Máy phát điện đời cũ thường nặng hơn và có kích thước lớn hơn so với máy phát loại mới có cùng công suất. Nó thường được sử dụng với tiết chế loại rời. Cấu trúc bên trong của máy phát đời cũ về cơ bản giống như loại đời mới TRANG 52

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

nhưng nó có một số đặc điểm khác: - Không có bộ tiết chế lắp chung - Chỉ lắp một quạt bên ngoài - Cuộn dây stator và bộ chỉnh lưu được hàn thành một khối trên thân.

Hình 4.13. Máy phát đời cũ Tiết chế loại rung có kích thước lớn nên không thể lắp thành một khối với máy phát.

Hình 4.14. Tiết chế loại rung b. Máy phát có bơm chân không

Hình 4.15. Máy phát có bơm chân không

TRANG 53

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Hình 4.16. Cấu tạo của máy phát có bơm chân không Máy phát có bơm chân không thường được lắp trên xe có động cơ diesel. Bơm chân không được trang bị để cung cấp chân không cho trợ lực lái và các thiết bị khác. Bơm chân không được lắp chung nên quay cùng với trục của máy phát. Có hai loại, loại có bơm chân không đặt phía puli và loại đặt phía đối diện puli. Loại máy phát có bơm chân không giống như các loại máy phát khác nhưng có thêm bơm chân không. Cấu tạo của bơm chân không gồm có: Vỏ, Rotor, Cánh, Van an toàn (van một chiều). c. Máy phát không có vòng tiếp điện Máy phát không có vòng tiếp điện được sử dụng trên máy kéo, xe tải lớn, xe công trình. Nó không sử dụng chổi than và vòng tiếp điện để nâng cao tuổi thọ. Nó chỉ có các cực từ xoay còn cuộn dây phần cảm đứng yên.

Hình 4.17. Máy phát điện không có vòng tiếp điện TRANG 54

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

4.3. Nguyên lý chỉnh lưu của máy phát điện xoay chiều 4.3.1. Dòng điện xoay chiều 3 pha Khi nam châm quay trong một cuộn dây, điện áp sẽ được tạo ra giữa hai đầu của cuộn dây. Điều này sẽ làm xuất hiện dòng điện xoay chiều.

Hình 4.18. Dòng điện xoay chiều 1 pha Mối quan hệ giữa dòng điện sinh ra trong cuộn dây và vị trí của nam châm được chỉ ra ở hình vẽ. Cường độ dòng điện lớn nhất được tạo ra khi các cực nam (S) và cực bắc (N) của nam châm gần cuộn dây nhất. Tuy nhiên chiều của dòng điện trong mạch thay đổi ngược chiều nhau sau mỗi nửa vòng quay của nam châm. Dòng điện hình sin được tạo ra theo cách này gọi là "dòng điện xoay chiều một pha". Một chu kỳ ở đây là 3600 và số chu kỳ trong một giây được gọi là tần số. Để phát điện được hiệu quả hơn, người ta bố trí 3 cuộn dây trong máy phát như hình vẽ.

Hình 4.19. Dòng điện xoay chiều 3 pha Mỗi cuộn dây A, B và C được bố trí cách nhau 1200 và độc lập với nhau. Khi nam châm quay trong các cuộn dây sẽ tạo ra dòng điện xoay chiều trong mỗi cuộn dây. Hình vẽ cho thấy mối quan hệ giữa 3 dòng điện xoay chiều và nam châm, dòng điện được tạo ở đây là dòng điện xoay chiều 3 pha. Tất cả các xe hiện đại ngày nay được sử dụng máy phát xoay chiều 3 pha. TRANG 55

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

4.3.2. Bộ chỉnh lưu a. Cấu tạo Máy phát điện xoay chiều trong thực tế có trang bị mạch chỉnh lưu như Hình A để nắn dòng điện xoay chiều 3 pha. Mạch này có 6 diode và được đặt trong giá đỡ của bộ chỉnh lưu.

Hình 4.20. Điện áp chỉnh lưu b. Chức năng Khi rotor quay một vòng, trong các cuộn dây Stator dòng điện được sinh ra trong mỗi cuộn dây này được chỉ ra từ (a) tới (f) trong Hình C. Ở vị trí (a), dòng điện có chiều dương được tạo ra ở cuộn dây III và dòng điện có chiều âm được tạo ra ở cuộn dây II. Vì vậy dòng điện chạy theo hướng từ cuộn dây II tới cuộn dây III. Dòng điện này chạy vào tải qua diode 3 và sau đó trở về cuộn dây II qua diode 5. Ở thời điểm này cường độ dòng điện ở cuộn dây I bằng 0. Vì vậy không có dòng điện chạy trong cuộn dây I. Bằng cách giải thích tương tự từ các vị trí (b) tới (f) dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu bằng cách cho qua 2 diode và dòng điện tới các phụ tải được duy trì ở một TRANG 56

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

giá trị không đổi. 4.3.3. Máy phát điện có điện áp điểm trung hoà a. Điện áp điểm trung hoà

Hình 4.21. Điện áp điểm trung hoà Máy phát điện xoay chiều thông thường dùng 6 diode để chỉnh lưu dòng điện xoay chiiều 3 pha (AC) thành dòng điện một chiều (DC). Điện áp ra tại điểm trung hoà là nguồn cung cấp điện cho rơle đèn báo nạp. Có thể thấy điện áp trung bình của điểm trung hoà bằng 1/2 điện áp ra một chiều. Trong khi dòng điện ra đi qua máy phát, điện áp tại điểm trung hoà phần lớn là dòng điện một chiều nhưng nó cũng có một phần là dòng điện xoay chiều. Phần dòng điện xoay chiều này được tạo ra mỗi pha. Khi tốc độ của máy phát vượt quá 2,000 tới 3,000 vòng/phút thì giá trị cực đại của phần dòng điện xoay chiều vượt quá điện áp ra của dòng điện một chiều. Điều đó có nghĩa là so với đặc tính ra của máy phát điện xoay chiều không có các diode tại điểm trung hoà, điện áp ra tăng dần dần từ khoảng 10 tới 15% ở tốc độ máy phát thông thường là 5,000 vòng/phút. b. Sơ đồ mạch điện Để bổ sung sự thay đổi điện thế tại điểm trung hoà vào điện áp ra một chiều của máy phát không có diode ở điểm trung hoà người ta bố trí 2 diode chỉnh lưu giữa cực ra (B) và đất (E) và nối với điểm trung hoà. Những diode này được đặt ở giá đỡ bộ chỉnh lưu.

TRANG 57

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Hình 4.22. Sơ đồ mạch điện diode trung hoà 4.4. Tiết chế xoay chiều 4.4.1 Cơ sở lý thuyết điều chỉnh điện áp trên ôtô và phương pháp điều chỉnh Khi điều chỉnh điện áp và cường độ dòng điện của máy phát trong các hệ thống cung cấp điện thì đối tượng điều chỉnh là máy phát và accu. Hoạt động đồng thời của máy phát cùng accu xảy ra khi có sự thay đổi vận tốc quay của phần ứng (rotor) của máy phát, của tải và của nhiệt độ trong phạm vi rộng. Để các bộ phận tiếp nhận điện năng làm việc bình thường thì điện thế của lưới điện phải không đổi. Vì vậy, cần phải có sự điều chỉnh điện thế. Trong quá trình vận hành, máy phát có thể có những trường hợp khi tải vượt quá trị số định mức. Điều này sẽ dẫn đến hiện tượng bị cháy, làm giảm khả năng chuyển đổi mạch hoặc quá nhiệt, dẫn đến tăng tải trên các chi tiết cơ khí của hệ thống dẫn động máy phát. Vì vậy, cần có thiết bị đảm bảo sự hạn chế dòng điện của máy phát. Tất cả các chức năng này ở hệ thống cung cấp điện cho ôtô, máy kéo được thực hiện tự động nhờ bộ điều chỉnh điện thế và dòng điện. Điện thế của máy phát một chiều hoặc xoay chiều có thể được biểu diễn bởi công thức: Umf = Ce.n. - 2Uo - Rtđ.Imf

(4.1)

Trong đó: Ce : hằng số kết cấu của máy phát. Ce = pn/60.a (đối với máy phát một chiều). Ce = 4.kp.k.ko.p.w/60 ( đối với máy phát xoay chiều) kp : hệ số chỉnh lưu, xác định qua tỉ số giữa điện áp chỉnh lưu TRANG 58

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

trung bình và điện áp pha. n:

vận tốc quay của rotor máy phát.

2Uo : độ sụt áp trên bộ chỉnh lưu của máy phát (với máy phát một chiều 2Uo là độ sụt áp trên chổi than). Rtd :

điện trở tương đương của máy phát có tính đến độ sụt áp trong máy phát và bộ chỉnh lưu (với máy phát xoay chiều Rtd là một biến số phụ thuộc vào vận tốc quay của rotor).

Imf :

dòng điện của máy phát.

Ko :

hệ số dây quấn.

K :

hệ số dạng từ trường.

Từ thông của máy phát được kích thích bằng điện từ có thể biểu diễn qua dòng kích thích. 

o  Ik (a  b . I k )

Trong đó:

o : từ dư. a, b : các hệ số của đường cong từ hóa.

Hình 4.23. Đặc tuyến từ và hiệu điện thế máy phát phụ thuộc vào dòng kích Để xác định các hệ số a,b trên đường đặc tính không tải (hình 4.23), ta chọn hai điểm: điểm 1 trên đoạn thẳng, điểm 2 trên đoạn bão hoà. Bỏ qua ảnh hưởng của từ dư o và độ sụt áp trên bộ chỉnh lưu 2Uo đối với những điểm đã chọn, ta có thể viết: U1 = Ce.n.Ik1/(a + bIk1). U2 = Ce.n.Ik2/(a + bIk2). Giải hệ phương trình này ta được: a = [Ce.n.Ik1.Ik2(U2 – U1)] / [U1.U2(Ik2 – Ik1)]. b = [Ce.n. (U1. Ik2 – U2.Ik1)] / [U1.U2(Ik2 – Ik1)]. TRANG 59

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Nếu tính đến những giả thiết đã nêu, phương trình (4.1) sẽ có dạng: Umf = Ce.n.Ik / (a + b.Ik) - Rtđ.Imf

(4.2)

Như vậy, để cho điện áp máy phát không thay đổi khi vận tốc của phần ứng và tải thay đổi trong phạm vi rộng, cần phải thay đổi dòng điện kích thích. Quy luật thay đổi dòng kích thích có thể xác định từ (4.17). Ik = [(Umf + Rtđ.Imf).a] / [Ce.n – (Umf + Rtđ.Imf).b]

(4.3)

Vì vậy, khi vận tốc phần ứng máy phát tăng thì dòng điện kích thích phải giảm, còn khi tải tăng thì dòng điện kích thích tăng. Phạm vi thay đổi của vận tốc phần ứng, mà khi ấy điện thế của máy phát phải giữ cố định được xác định bởi hệ số tốc độ: Kn =

nmax nmin

(Kn = 6 8 đối với ôtô, 3  4 đối với máy kéo)

Hệ số dòng kích thích được xác định bởi KI = Ikmax/Ikmin có thể suy ra từ phương trình (4.3) từ điều kiện: Ở tốc độ:

nmin - dòng kích thích có giá trị cực đại Ikmax nmax - dòng kích thích có giá trị cực tiểu Ikmin.

Ta có: KI =

[Ce .nmax (U mf  Rtñ .I mf ) . b] [Ce .nx (U mf  Rtñ .I mf ) . b]

Như vậy, hệ số dòng kích thích sẽ lớn hơn so với hệ số điều chỉnh theo vận tốc phần ứng. Điều này xảy ra là do đường cong từ hoá có đặc tính phi tuyến. Độ điều chỉnh (số lần) lớn nhất về dòng kích thích có thể thực hiện ở chế độ không tải thường là ở máy phát chỉnh lưu có độ bão hòa sâu của mạch từ; hệ số của các máy phát loại này là 15  20. Khi giải phương trình (4.2) theo vận tốc quay của phần ứng, ta được: n = (Umf + Rtđ.Imf). (a + b.Ik) / Ce.Ik. Từ phương trình này ta thấy khi tải tăng lên (ở Ikmax, Umf = const) thì vận tốc phần ứng mà khi đó máy phát tạo ra điện thế không đổi, cũng tăng lên. Theo phương trình (4.2), (4.3) khi thay đổi vận tốc phần ứng và tải, ta có thể xây dựng đặc tính làm việc của máy phát (hình 4.24).

TRANG 60

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Hình 4.24. Đặc tính hiệu chỉnh điện thế của máy phát 4.4.2 Các bộ tiết chế tiêu biểu Tùy thuộc vào cấu tạo và nguyên lý làm việc của các tiết chế điện thế người ta chia thành hai loại: - Tiết chế loại rung. - Tiết chế bán dẫn. A. Bộ tiết chế loại rung a. Rơle điều chỉnh điện áp loại rung một tiếp điểm.

Hình 4.25. Sơ đồ mạch điện Rơ le điều chỉnh điện áp loại rung 1 tiếp điểm Nguyên lý làm việc: Khi bật công tắc, động cơ làm việc ở số vòng quay thấp (điện áp của máy phát nhỏ hơn điện áp định mức) có dòng kích thích cho máy phát đi như sau: +(aq)  IG/SW  gông từ của rơ le thế hiệu  F  Wkt  mass  -(aq). Đồng thời có dòng điện từ hóa cho rơ le thế hiệu đi như sau: +(aq)  IG/SW  IG Wu  mass  TRANG 61

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

(aq). Lúc này lực từ hóa trong cuộn Wu nhỏ không đủ sức thắng lực căng lò xo nên tiếp điểm KK’ vẫn đóng. Khi điện áp của máy phát phát ra lớn hơn hoặc bằng điện áp định mức, lúc này lực từ hoá trong cuộn Wu lớn đủ sức thắng lực căng lò xo nên tiếp điểm KK’ mở ra. Khi tiếp điểm KK’ mở dòng điện từ hóa cho rơ le thế hiệu vẫn như ban đầu, dòng kích thích cho máy phát đi như sau: +(aq)  Rf  gông từ của rơ le thế hiệu  F  Wkt  E  mass  -(aq). Dòng kích thích lúc này đi qua điện trở Rf nên dòng kích thích cho máy phát giảm làm cho điện áp của máy phát phát ra giảm  lực từ hoá trong cuộn Wu giảm không đủ sức thắng lực căng lo xo nên tiếp điểm KK’ đóng lại  dòng kích thích không qua điện trở Rf nên điện áp máy phát lại tăng và tiếp điểm KK’ lại mở ra. Quá trình cứ lập đi lập lại để giữ cho điện áp của máy phát luôn luôn ổn định. b. Rơle điều chỉnh điện áp loại rung hai nấc.

Hình 4.26. Sơ đồ mạch điện Rơle điều chỉnh điện áp loại rung 2 nấc

TRANG 62

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Hình 4.27. Đặc tính Rơle điều chỉnh điện áp loại rung 2 nấc c. Các biện pháp cải thiện đặc tính của rơle điều chỉnh điện áp loại rung

Hình 4.28. Rơle điều chỉnh điện áp có cuộn gia tốc - Cuộn dây gia tốc Wgt được quấn trên lỏi thép của rơle điều chỉnh điện áp và được mắc song song với các tiếp điểm tức song song cuộn dây kích thích Wkt của máy phát và quấn cùng chiều với cuộn Wu. Lúc này lực từ hóa trong cuộn Wgt trùng với lực từ hóa cuộn Wu. - Khi tiếp điểm đóng điện áp trên cuộn Wgt và cuộn Wu chính bằng điện áp của máy phát, dòng điện qua hai cuộn dây như hình vẽ. Fth = FWu + FWgt - Khi tiếp điểm mở điện áp đặt vào cuộn Wgt giảm đột ngột bằng một giá trị là Ikt.Rf. Đồng thời khi tiếp điểm mở Ikt qua Rf. Do đó Ikt và từ thông  giảm đột ngột, trong cuộn Wkt sinh ra sức điện động từ cảm eL có chiều cùng với chiều ban đầu tạo nên dòng điện Ie khép kín qua cuộn Wgt theo chiều ngược với chiều dòng điện tiếp điểm đóng. Như vậy khi tiếp điểm mở Fth = FWu – FWgt do đó tiếp điểm mở ra nhanh hơn. - Điện trở gia tốc ở sơ đồ điều chỉnh điện áp loại rung có dạng là một phần điện trở phụ thuộc Rf. Theo sơ đồ cuộn dây Wu được đấu nối tiếp với điện trở gia tốc (Rgt). Như vậy điện trở phụ thuộc một phần nhỏ là điện trở R gt, phần lớn là Rf. Điện trở tính toán của điện trở phụ: Rf = Rf + Rgt. - Khi tiếp điểm đóng, điện áp U0 được đặt vào cuộn Wu gần bằng điện áp của

TRANG 63

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

máy phát điện vì độ sụt áp trên cuộn Wgt do dòng điện i0 trong cuộn Wu gây nên rất nhỏ (io.Rgt  0): U0đ’g = Umf – i0.Rgt  Umf

Hình 4.29. Rơle điều chỉnh điện áp có điện trở gia tốc - Khi tiếp điểm mở, dòng điện kích thích của máy phát do hiện tượng tự cảm sẽ bảo toàn về giá trị và hướng. Dòng điện kích thích qua điện trở R gt sẽ sinh ra độ sụt áp. Vì vậy, điện thế đặt lên cuộn Wu giảm xuống bằng: Uom = Umf – (I0 + ikt)Rgt = Umf – i0Rgt – ikt.Rgt. Như vậy khi tiếp điểm mở, điện áp đặt vào cuộn Wu đột ngột giảm một lượng bằng: U0 = U0đ’g – U0m = Umf – i0.Rgt – Umf + i0Rgt + iktRkt = ikt.Rgt Việc đưa điện trở gia tốc để làm tăng tần số đóng mở relay sẽ dẫn đến hiện tượng: khi vận tốc rotor máy phát tăng, giá trị điện áp trung bình trên đầu ra của máy phát tăng. Sơ đồ có điện trở tăng tốc rất đơn giản. Nó được sử dụng rộng rãi trong các bộ điều chỉnh điện áp dạng rung. Để giảm hiện tượng vừa nêu, trong các bộ điều chỉnh điện áp dạng rung, ta dùng cuộn dây cân bằng (cuộn khử) và các điện trở cân bằng. Cuộn cân bằng Wcb (hình 4.30a) được mắc nối tiếp với cuộn kích thích Wkt, còn sức từ động Fcb ngược hướng với sức từ động Fo của cuộn chính Wo của bộ điều chỉnh điện áp. Nếu ta xem xét bộ điều chỉnh điện áp có cuộn chính và cuộn cân bằng mà không có các liên kết gia tốc thì sức từ động toàn phần là: Ftp = Fo – Fcb = UmftbW0/Ro - IkWcb. Lúc đó trị trung bình của điện áp được duy trì bởi bộ điều chỉnh là: U ñmtb 

(1  K ph ). R o 2Wo

(C. Flx  I k Wcb )

TRANG 64

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Sự hiện diện của cuộn dây cân bằng làm giảm điện áp khi tăng vận tốc của rotor. Nhờ vậy cuộn cân bằng thực hiện được việc bù lại sai số của việc điều chỉnh trong các bộ điều chỉnh điện áp dạng rung có liên kết gia tốc. Rcb

+IG

+IG

Rp

K

F

Rp

K Wkt

Rgt

W0

Wo Wkt

Wcb

F E

E (a)

(b)

Hình 4.30. Sơ đồ tiết chế với cuộn cân bằng và điện trở cân bằng Điện trở Rcb (hình 4.30b) được mắc nối tiếp vào mạch kích thích của máy phát. Điện áp máy phát cao hơn điện áp được đưa lên bộ điều chỉnh dạng rung một lượng IkRcb. Sơ đồ của bộ điều chỉnh điện áp dùng điện trở cân bằng Rcb rất đơn giản. Song nhược điểm của nó là việc tăng điện trở của mạch kích thích sẽ làm tăng tốc độ không tải của máy phát. Như vậy, bộ điều chỉnh dạng rung để điều chỉnh chính xác điện áp phải có cuộn điều khiển chính, cuộn gia tốc và cuộn cân bằng. Tiết chế loại rung 2 relay B. Tiết chế bán dẫn Nhược điểm cơ bản của bộ điều chỉnh điện áp dùng tiếp điểm dạng rung là dòng điện kích thích bị hạn chế và độ bền của bộ điều chỉnh thấp. Các phương pháp giảm công suất ngắt được sử dụng không khắc phục được hết các nhược điểm đã nêu mà chỉ có thể mở rộng phạm vi sử dụng các bộ điều chỉnh điện áp dạng rung. Bộ điều chỉnh điện áp dạng rung trong quá trình sử dụng cần phải điều chỉnh và bảo dưỡng thường xuyên do phần tử quyết định là lò xo có độ đàn hồi phụ thuộc vào điều kiện vận hành. Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều chỉnh điện áp dạng rung, người ta sản xuất các bộ điều chỉnh điện áp không tiếp điểm (tiết chế bán dẫn), sử dụng các linh kiện bán dẫn: diode, diode ổn áp (diode zener), transistor. Có 2 loại tiết chế bán dẫn khác biệt ở transistor mắc nối tiếp với cuộn kích. Nếu dùng transistor loại PNP thì TRANG 65

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

cuộn kích được nối trực tiếp ra mass, còn dùng transistor loại NPN thì một đầu cuộn kích sẽ được nối với dương qua công tắc máy. a. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc tiết chế dùng transistor PNP:

Hình 4.31. Sơ đồ tiết chế bán dẫn loại dùng transistor PNP Nguyên lý làm việc: Khi số vòng quay của máy phát nhỏ(hiệu điện thế của máy phát phát ra nhỏ hơn điện áp định mức), lúc này Transistor T1 khoá; Transistor T2 dẫn có dòng điện điện chạy trong mạch như sau: + Mp  R0  D2  ET2  BT2  R3  mass  - Mp. Đây chính là dòng điều khiển của Transistor T1. Khi có dòng điều khiển cho T1 thì T1 dẫn có dòng điện đi như sau: + Mp  R0  D2  ET2  CT2  WKT  mass  - Mp. Đây là dòng kích thích cho máy phát. Khi số vòng quay của máy phát tăng cao, hiệu điện thế của máy phát phát ra tăng (lớn hơn điện áp định mức) và lúc này điện áp đặt vào D1 tăng khiến nó dẫn làm T1 dẫn và T2 đóng. Khi T2 đóng làm mất dòng cháy qua cuộn WKT  điện áp của máy phát phát ra giảm. D1 sẽ đóng lại làm cho T1 đóng và T2 mở. Quá trình này lặp đi lặp lại để giữ cho điện áp máy phát ổn định. D3 có công dụng dập tắt sức điện động tự cảm sinh ra khi T2 khoá. b. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của tiết chế dùng transistor NPN

TRANG 66

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Hình 4.32. Sơ đồ tiết chế dùng transistor NPN Tiết chế bán dẫn loại này gồm hai thành phần: thành phần đo R1, R2, D1 và thành phần hiệu chỉnh T1, T2. * Nguyên lý làm việc: Khi bật công tắc máy, dòng điện từ accu đến tiết chế, đến R1  R2  mass. Điện áp đặt vào D1 = U.R2 /(R1 + r2) < UOZ điện thế làm việc của D1, nên T1 đóng. Do đó, dòng đi theo mạch R3  D2  R4  mass. Khi số vòng quay n máy phát tăng cao, hiệu điện thế tăng và điện áp đặt vào D1 tăng khiến nó dẫn làm T1 dẫn bão hòa và T2 đóng. Dòng điện trong cuộn Wkt giảm khiến điện áp máy phát giảm theo. D1 sẽ đóng trở lại làm T1 đóng và T2 mở. Quá trình này lại lặp đi lặp lại. Khi cường độ dòng điện Ikt giảm trên Wkt xuất hiện một sức điện động tự cảm và diode D3 dùng để bảo vệ transistor T2. Trong sơ đồ này, người ta sử dụng mạch hồi tiếp âm bao gồm R5 và tụ C. Khi T2 chớm đóng, điện áp tại cực C tăng làm xuất hiện dòng nạp Ic (Wkt  T1 C  R5  R  mass). Điện thế tại chân B của T1 tăng vì UBE1 = R (I + IC) khiến T1 chuyển nhanh sang trạng thái bão hoà và T2 chuyển nhanh sang trạng thái đóng. Khi T2 chớm mở, tụ C bắt đầu phóng theo mạch + C  T2  R  R5  - C. Dòng phóng đi qua điện trở R theo chiều ngược lại và điện áp đặt vào mối nối BE của T1 có giá trị: UBE1 = (I – Ic)R khiến T1 chuyển nhanh sang trạng thái đóng và T2 chuyển nhanh sang trạng thái bão hòa. Như vậy, mạch hồi tiếp giúp tăng tần số đóng mở của tiết chế, giúp tăng chất lượng điện áp hiệu chỉnh và giảm nhiệt tỏa ra trên TRANG 67

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

transistor. Lúc bắt đầu hoạt động, hiệu điện thế làm việc của tiết chế được xác định: U1 = I1R1 + R2(I1 – I) U1 = I1R1 + UOZ + RZI + IR. Trong đó: I = UBE1 /R. Thế giá trị I vào 2 phương trình trên, ta được: U1 (R1 + R2) – R2UBE1/R U1 = R1I1 + UOZ + RZUBE1/R + UBET1 Giải hệ phương trình trên qua U1, ta thu được: U1 = (1 + R1/R2)[UOZ + (RZ + R)UBE/R] + R1UBE1/R Như vậy, muốn tăng hiệu điện thế hiệu chỉnh ta tăng R1 hoặc giảm R2 c. Mạch bảo vệ tiết chế Trên hình 4.33 trình bày sơ đồ tiết chế với mạch bảo vệ gồm C, R4, R5, T2, D3 để đề phòng trường hợp cuộn kích bị ngắn mạch .

Hình 4.33. Sơ đồ tiết chế dùng transistor NPN có mạch bảo vệ Khi cuộn kích bị ngắn mạch thì đầu F bị nối trực tiếp với dương và tụ C sẽ được nạp với dòng: t

Ua ic  .R  c R4  R5 Trong đó:

c : hằng số mạch nạp Ua : điện áp accu. c = (R4 + R5)C TRANG 68

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ t

U R 5  U BE 2

Ua  .R5e  R4  R5

Độ sụt áp trên R5 làm T2 mở và T3 đóng nên mạch được bảo vệ. T3 sẽ tiếp tục đóng đến thời điểm tm khi dòng nạp không đủ để mở T2, tức là: tm

Ua .R5e  c  U OE 2 R4  R5  t m   ln

U a .R5 ( R4  R5 ).U OE 2

Lúc này, T2 chuyển sang trạng thái đóng và T3 chuyển sang trạng thái khuếch đại. Tụ C sẽ phóng điện qua T3 và quá trình lại lặp lại như cũ. C. Bộ tiết chế vi mạch a. Cấu tạo của bộ tiết chế vi mạch Bộ tiết chế vi mạch chủ yếu gồm có vi mạch, cánh tản nhiệt và giắc nối. Việc sử dụng vi mạch làm cho bộ tiết chế có kích thước nhỏ gọn. b. Các loại bộ tiết chế vi mạch - Loại nhận biết ắc qui: Loại tiết chế vi mạch này nhận biết ắc qui nhờ cực S (cực nhận biết từ ắc qui) và điều chỉnh điện áp ra theo giá trị qui định. - Loại nhận biết máy phát: Loại tiết chế vi mạch này xác định điện áp bên trong của máy phát và điều chỉnh điện áp ra theo giá trị qui định. Các đầu ra trên giắc cắm:

Hình 4.34. Đầu ra trên tiết chế vi mạch TRANG 69

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

c. Chức năng của bộ tiết chế vi mạch  Bộ tiết chế vi mạch có các chức năng sau đây. - Điều chỉnh điện áp. - Cảnh báo khi máy phát không phát điện và tình trạng nạp không bình thường.  Bộ tiết chế vi mạch cảnh báo bằng cách bật sáng đèn báo nạp khi xác định được các sự cố sau đây. - Đứt mạch hoặc ngắn mạch các cuộn dây rotor. - Cực S bị ngắt. - Cực B bị ngắt. - Điện áp tăng vọt quá lớn (điện áp ắc qui tăng do ngắn mạch giữa cực F và cực E). d. Các đặc tính của bộ tiết chế vi mạch - Đặc tính tải của ắc qui Điện áp ra không đổi hoặc ít thay đổi (nhỏ hơn hoặc bằng 0,1 tới 0,2 V) khi tốc độ máy phát thay đổi. - Đặc tính phụ tải bên ngoài Điện áp ra nhỏ đi khi dòng điện phụ tải tăng lên. Sự thay đổi điện áp, thậm chí ở tải định mức hoặc dòng điện ra cực đại của máy phát vào khoảng giữa 0,5 tới 1 V. Nếu tải vượt quá khả năng của máy phát thì điện áp ra sẽ sụt đột ngột. - Đặc tính nhiệt độ Nhìn chung điện áp ra sẽ giảm đi khi nhiệt độ tăng lên. Vì điện áp ra sụt ở nhiệt độ cao (Ví dụ vào mùa hè tăng lên ở nhiệt độ cao, vào mùa đông thì giảm xuống). Việc nạp đầy đủ phù hợp với ắc qui được thực hiện ở mọi thời điểm.

Hình 4.35. Đặc tính của tiết chế vi mạch e. Hoạt động của bộ tiết chế vi mạch khi tiết chế hoạt động bình thường TRANG 70

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

- Khi khoá điện ở vị trí ON và động cơ tắt máy

Hình 4.36. Khi khoá điện ON Khi bật khoá điện lên vị trí ON, điện áp ắc qui được đặt vào cực IG. Kết quả là mạch M.IC bị kích hoạt và Transistor Tr1 được mở ra làm cho dòng kích từ chạy trong cuộn dây rotor. Ở trạng thái này dòng điện chưa được tạo ra do vậy bộ tiết chế làm giảm sự phóng điện của ắc qui đến mức có thể bằng cách đóng ngắt Transistor Tr1 ngắt quãng. Ở thời điểm này điện áp ở cực P = 0 và mạch M.IC sẽ xác định trạng thái này và truyền tín hiệu tới Transistor Tr2 để bật đèn báo nạp. - Khi máy phát đang phát điện (điện áp thấp hơn điện áp điều chỉnh)

Hình 4.37. Khi máy phát đang phát điện Động cơ khởi động và tốc độ máy phát tăng lên, mạch M.IC mở Transistor Tr1

TRANG 71

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

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 qui, 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. - Khi máy phát đang phát điện (điện áp cao hơn điện áp điều chỉnh)

Hình 4.38. 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 tiết chế vi mạch giữ cho điện áp ở cực S (điện áp ở cực ắc qui) 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. f. Hoạt động của bộ tiết chế vi mạch khi tiết chế hoạt động không bình thường - Khi cuộn dây Rotor bị đứt Khi máy phát quay, nếu cuộn dây Rotor bị đứt thì máy phát không phát ra điện và điện áp ở cực P = 0. Khi mạch M.IC xác định được tình trạng này này mở Transistor Tr2 để bật đèn TRANG 72

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

báo nạp cho biết hiện tượng không bình thường này.

Hình 4.39. Khi Rotor bị đứt - Khi cuộn dây Rotor bị chập (ngắn mạch)

Hình 4.40. Khi Rotor bị ngắn mạch Khi máy phát quay nếu cuộn dây rotor bị chập điện áp ở cực B được đặt trực tiếp vào cực F và dòng điện trong mạch sẽ rất lớn. Khi mạch M.IC xác định đựơc tình trạng này nó sẽ đóng Transistor Tr1 để bảo vệ và đồng thời mở Transistor Tr2 để bật đèn báo nạp để cảnh báo vì tình trạng không bình thường này. - Khi cực S bị ngắt TRANG 73

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Khi máy phát quay, nếu cực S ở tình trạng bị hở mạch thì mạch M.IC sẽ xác định khi không có tín hiệu đầu vào từ cực S do đó mở Transistor Tr2 để bật đèn báo nạp. Đồng thời trong mạch M.IC, cực B sẽ làm việc thay thế cho cực S để điều chỉnh Transistor Tr1 do đó điện áp ở cực B đựơc điều chỉnh để ngăn chặn sự tăng điện áp không bình thường ở cực B.

Hình 4.41. Khi cực S bị ngắt - Khi cực B bị ngắt Khi máy phát quay, nếu cực B ở tình trạng bị hở mạch, thì ắc qui sẽ không được nạp và điện áp ắc qui (điện áp ở cựcS) sẽ giảm dần. Khi điện áp ở cực S giảm, bộ tiết chế vi mạch làm tăng dòng kích từ để tăng dòng điện tạo ra. Kết quả là điện áp ở cực B tăng lên. Tuy nhiên mạch M.IC điều chỉnh dòng kích từ sao cho điện áp ở cực B không vượt quá 20 V để bảo vệ máy phát và bộ tiết chế vi mạch. Khi điện áp ở cực S thấp (11 tới 13 V) mạch M.IC sẽ điều chỉnh để bật đèn báo nạp và điều chỉnh dòng kích từ sao cho điện áp ở cực B giảm đồng thời bảo vệ máy phát và bộ tiết chế vi mạch.

TRANG 74

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Hình 4.42. Khi cực B bị ngắt - Khi có sự ngắn mạch giữa cực F và cực E Khi máy phát quay, nếu có sự ngắn mạch giữa cực F và cực E thì điện áp ở cực B sẽ được nối thông với mát từ cực E qua cuộn dây rotor mà không qua cực transistor Tr1. Kết quả là điện áp ra của máy phát trở lên rất lớn vì dòng kích từ không được điều khiển bởi transistor, điện áp ở cực S sẽ vượt điện áp điều chỉnh. Mạch M.IC xác định được cực này và mở transistor Tr2 để bật đèn báo nạp để chỉ ra sự không bình thường này.

Hình 4.43. Khi chân F nối mát TRANG 75

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

5.6. Một số loại tiết chế vi mạch khác 5.6.1. Hoạt động của bộ tiết chế vi mạch loại nhận biết điện áp ở máy phát Về cơ bản hoạt động của loại này cũng giống như loại nhận biết ắc qui nhưng bộ tiết chế vi mạch loại nhận biết điện áp máy phát không có cực S để xác định điện áp ắc qui. Như vậy mạch M.IC trực tiếp xác định điện áp tạo ra bởi máy phát từ cực B và điều chỉnh điện áp máy phát cũng như điều chỉnh đèn báo nạp.

Hình 4.42. Tiết chế vi mạch nhận biết điện áp ở máy phát 5.6.2 Bộ tiết chế vi mạch có cực M 5.6.2.1 Vai trò của cực M Bộ phận sưởi điện PTC: Bộ phận sưởi này được dùng để hâm nóng nước làm mát động cơ khi hiệu suất sưởi không đủ (đặt trong lõi sưởi). Đối với xe có bộ phận sưởi điện PTC, nếu bộ phận sưởi PTC được sử dụng khi động cơ chạy ở trạng thái không tải thì điện năng tiêu thụ sẽ lớn hơn điện năng do máy phát tạo ra. Vì lí do này người ta trang bị thêm cực M. Cực M truyền tình trạng phát điện của máy phát tới ECU động cơ thông qua transistor Tr3 được lắp đồng bộ với transistor Tr1 để điều khiển dòng kích từ. ECU động cơ điều khiển chế độ không tải của động cơ và bộ phận sưởi điện PTC theo tín hiệu được truyền từ cực M

TRANG 76

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

5.6.2.2 Hoạt động

Hình 4.43. Sơ đồ máy phát có cực M Vì transistor Tr3 được nối đồng bộ với transistor Tr1 nên khi Tr1 mở thì Tr3 cũng mở. Cực M sẽ phát ra tín hiệu thay đổi dưới dạng xung. Khi bộ phận sưởi điện PTC làm việc

Hình 4.44. Khi bộ phận sưởi làm việc

TRANG 77

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Khi bộ phận sưởi điện PTC không làm việc

Hình 4.45. Khi bộ phận sưởi không làm việc d. Một số mạch thực tế trên xe Trên hình 4.46 trình bày các mạch tiết chế phổ biến. Tiết chế vi mạch xe Nhật Cầu chì Đèn báo sạc

D4

R D3

C2

R1

R4 R5

D5 D1

T3

T2

C1 T1

D6 WK

R7

R6

R3

R2

Hình 4.46. Sơ đồ tiết chế vi mạch xe Nhật Mạch cung cấp điện cho cuộn kích và báo nạp được thực hiện bởi 3 diode nhỏ (diode trio) mắc từ đầu của các cuộn pha (D4, D5, D6) TRANG 78

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Khi bật công tắc máy và động cơ chưa hoạt động, dòng qua đèn báo nạp đi qua cuộn kích làm tăng khả năng tự kích của máy phát. Khi máy phát hoạt động, đèn báo nạp tắt vì hai đầu đèn đẳng thế và lúc này, dòng cấp cho cuộn kích sẽ đi trực tiếp từ 3 diode trio. Nguyên lý làm việc của bộ tiết chế loại này tương tự như các mạch ta đã khảo sát ở phần trên nhưng các linh kiện được chế tạo theo công nghệ vi mạch và tiết chế được đặt bên trong máy phát. Tiết chế PP 350 (ZIL) Trên hình 4.47 trình bày sơ đồ tiết chế PP350 trên xe Zil (Nga). Điểm lưu ý trong sơ đồ này là mạch hồi tiếp gồm điện trở R10 mắc từ điểm A sang B. Hoạt động của mạch hồi tiếp như sau: Khi T1 chớm đóng, T2 chớm mở, điện thế tại B lớn hơn tại A làm dòng điện từ B sang A: R10  L  mass. Điện thế ở A tăng, dòng qua R1 và R2 giảm khiến độ sụt áp trên R1, R2 giảm, làm T1 đóng nhanh và T2 mở nhanh.

R1

R6

R2

T3

R5

F

T2

R4 RF A

D2

T1

D1

R3

B+ IG/SW

R8

R10

D3

R11

WK

R7

L

Hình 4.47. Sơ đồ tiết chế PP350 Trong trường hợp ngược lại, khi T1 chớm mở và T2 chớm đóng, điện thế điểm B cao hơn A. Vì vậy, xuất hiện dòng từ A sang B. Dòng này đi qua R 1, R2 khiến D1 mở nhanh làm T1 mở nhanh và T2 đóng nhanh. Tiết chế vi mạch nằm trên máy phát xe KAMAZ được trình bày trên hình 4.37.

TRANG 79

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Tiết chế vi mạch xe KAMAZ

IG/SW

A

R5

R1

R6

24V Rp

C E

D1

D2

T2 WK

T1 R3 Summer

R2

R4

Winter

Hình 4.48. Sơ đồ tiết chế vi mạch xe KAMAZ Trong sơ đồ này, do điện áp hiệu chỉnh ở mức 28V nên người ta sử dụng 2 diode zener D1 và D2 mắc nối tiếp. Để đồng nhất hoá chi tiết của máy phát, cuộn dây kích hoạt động ở điện áp 14V và được mắc vào đầu dây trung hoà. Ở thời điểm bật công tắc máy mà động cơ chưa hoạt động, cuộn kích máy phát được cấp một dòng nhỏ qua Rp để tự kích. Trên tiết chế loại này còn có công tắc chuyển đổi điện áp hiệu chỉnh theo mùa bằng cách thay đổi giá trị điện trở của cầu phân áp. 4.5. Tính toán chế độ tải và chọn máy phát điện trên ôtô Để xác định đúng loại máy phát cần lắp trên ôtô với điều kiện đảm bảo công suất cấp cho các phụ tải, ta phải tính toán chọn máy phát phù hợp theo các bước dưới đây: 1. Tính toán công suất tiêu thụ cần thiết cho tất cả các tải điện hoạt động liên tục (đối với loại 14v xem sơ đồ hình 4.33). Ví dụ Pw1 = 350W. Bảng 4.1: Tiêu thụ điện của các tải điện hoạt động liên tục Tải điện hoạt động liên tục

Công suất (W)

Hệ thống đánh lửa

70

Bơm nhiên liệu

70

Hệ thống phun nhiên liệu

100

Radio, cassette

12

Đèn đầu (pha hoặc cos)

110

Đèn kích thước

10 TRANG 80

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Đèn bảng số

10

Đèn soi sáng tableau

10

Tổng công suất

Pw1 = 350W

2. Tính toán công suất tiêu thụ cần thiết cho tất cả các tải điện hoạt động gián đoạn theo bảng 4.2, ta có Pw2 = 143W. Bảng 4.2: Tiêu thụ điện của các tải điện hoạt động gián đoạn Tải điện hoạt động gián đoạn

Giá trị thực Hệ số

Công suất tương

(W)

đương (W)

Quạt điều hoà giàn nóng và giàn lạnh

80

0.5

40

Xông kính

120

0.5

60

Gạt nước

60

0.25

15

Quạt điện tản nhiệt

0.1

Đèn lái

0.1

Đèn thắng

42

0.1

4.2

Đèn tín hiệu báo rẽ

70

0.1

4.2

Đèn sương mù

70

0.1

7

Đèn báo sương mù

35

0.1

3.5

Tổng công suất

Pw2 = 134W

3. Lấy tổng các công suất tiêu thụ (Pw1 + Pw2 = Pw = 484W) chia cho điện áp định mức ta được cường độ dòng điện theo yêu cầu. Sơ đồ tính toán hoặc kiểm tra máy phát K1-14V 23/55A.

Công suất 1 Pw1 = 350W

Công suất 2 Pw2 = 134W

Tổng công suất của tải Pw = Pw1 + Pw2 = 484W P(W)/14

< 250

V In (A)

250 KĐ --> R --> D5 -->R6 --> điểm a --> D3 --> cực gốc T2 --> R3 --> R9 --> (-)Accu. Do vậy T2 mở làm cho T3 mở; đồng thời xuất hiện dòng điện điều khiển T4 chạy qua cực CE của T3 kích cho T4 mở. Khi T4 dẫn, điện trở của nó rất nhỏ, do đó hầu như toàn bộ dòng điện sơ cấp của bobine sẽ qua T4 theo mạch: (+)Accu --> KĐ --> cuộn sơ cấp bobine --> D6 --> tiếp giáp phát – góp của T4 --> (-)Accu. Dòng điện sơ cấp tạo nên từ thông trong lõi thép của bobine. TRANG 114

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Khi rotor cảm biến quay, trong cuộn dây của nó phát ra những xung điện xoay chiều. Nửa xung dương sẽ tạo nên dòng điện điều khiển transitor T1 như sau: từ cuộn dây cảm biến -->D1 --> R7 --> tiếp giáp E-B của T1 --> (-) Accu và T1 mở. Khi T1 mở, điểm a coi như được nối với (-) Accu vì độ sụt áp trên T1 lúc này không đáng kể. Khi đó cực B của T2 được nối với điện thế âm qua D3 khiến T2 khoá, đồng thời T3, T4 cũng khoá theo nên dòng điện sơ cấp của bobine bị triệt tiêu nhanh chóng, dẫn tới sự biến thiên từ thông và sinh ra sức điện động lớn (đến 30 kV) trong cuộn dây thứ cấp của bobine. Xung điện cao áp này tạo nên tia lửa điện ở bougie để đốt cháy hỗn hợp nổ trong xylanh động cơ. c. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến bán dẫn (cảm biến Hall) Igniter của hệ thống bao gồm 6 đầu dây, một đầu nối mass, ba đầu nối với cảm biến Hall, một đầu nối dương sau công tắc chính (IGSW) và một đầu nối với âm bobine. Sơ đồ mạch điện và đồ thị biểu diễn sự tương quan giữa tín hiệu xung điện áp của cảm biến Hall và sự tăng trưởng của dòng sơ cấp qua bobine được trình bày trên hình 5.29.

Hình 5.29. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall (BOSCH) * Nguyên lý làm việc của hệ thống Khi bật công tắc máy, mạch điện sau công tắc IGSW được tách làm hai nhánh, một nhánh qua điện trở phụ Rf đến cuộn sơ cấp và cực C của transistor T3, một nhánh sẽ qua diode D1 cấp cho igniter và cảm biến Hall. Nhờ R1, D2 điện áp cung cấp cho cảm biến Hall luôn ổn định. Tụ điện C1 có tác dụng lọc nhiễu cho điện áp đầu vào. Diode D1 có nhiệm vụ bảo vệ IC Hall trong trường hợp mắc lộn cực accu, còn diode TRANG 115

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

D3 có nhiệm vụ ổn áp khi hiệu điện thế nguồn cung cấp quá lớn như trường hợp tiết chế của máy phát bị hư. Khi đầu dây tín hiệu của cảm biến Hall có điện áp ở mức cao, tức lúc cánh chắn xen giữa khe hở trong cảm biến Hall, làm T1 dẫn. Khi T1 dẫn, T2 và T3 dẫn theo. Lúc này dòng sơ cấp i1 qua W1, qua T3 về mass tăng dần. Khi tín hiệu điện từ cảm biến Hall ở mức thấp, tức là lúc cánh chắn ra khỏi khe hở trong cảm biến Hall, transistor T1 ngắt làm T2, T3 ngắt theo. Dòng sơ cấp i1 bị ngắt đột ngột tạo nên một sức điện động ở cuộn thứ cấp W2 đưa đến các bougie. Tụ điện C2 có tác dụng làm giảm sức điện động tự cảm trên cuộn sơ cấp W1 đặt vào mạch khi T2, T3 ngắt. Trong trường hợp sức điện động tự cảm quá lớn do sút dây cao áp chẳng hạn, R5, R6, D4 sẽ khiến transistor T2, T3 mở trở lại để giảm xung điện áp quá lớn có thể gây hư hỏng cho transistor. Diode Zener D5 có tác dụng bảo vệ transistor T3 khỏi bị quá áp vì điện áp tự cảm trên cuộn sơ cấp của bobine. d. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang

Hình 5.30. Hệ thống đánh lửa cảm biến quang (MOTOROLA) Hình 5.30 trình bày một sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn được điều khiển bằng cảm biến quang của hãng Motorola. Cảm biến quang được đặt trong delco phát tín hiệu đánh lửa gởi về igniter để điều khiển đánh lửa. Khi đĩa cảm biến ngăn dòng ánh sáng từ LED D1 sang photo transistor T1 khiến nó ngắt. Khi T1 ngắt, các transistor T2, T3, T4 ngắt, T5 dẫn, cho dòng qua cuộn sơ cấp về mass. Khi đĩa cảm biến cho dòng ánh sáng đi qua, T1 dẫn nên T2, T3, T4 dẫn, T5 TRANG 116

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

ngắt. Dòng sơ cấp bị ngắt sẽ tạo một sức điện động cảm ứng lên cuộn thứ cấp một điện áp cao và được đưa đến bộ chia điện. 5.4.3.4. Hệ thống đánh lửa điện dung (CDI – capacitor discharged ignition) A. Sơ đồ và nguyên lý làm việc: Hệ thống đánh lửa điện dung hiện nay thường được sử dụng trên xe thể thao, xe đua, động cơ có piston tam giác và trên xe gắn máy. Hệ thống đánh lửa điện dung có thể được chia làm hai loại: loại có vít điều khiển và loại không có vít điều khiển hoặc có thể phân loại theo cách tạo ra điện áp nạp tụ: xoay chiều (CDI –AC) và một chiều (CDI - DC) Đối với hệ thống đánh lửa điện dung, năng lượng trong mạch sơ cấp của bobine được tích lũy dưới dạng điện trường chứa trong tụ C: Wc 

C.U 2 2

Trong đó: C: điện dung của tụ điện (F); U: điện áp trên tụ điện (V). Thông thường, người ta chọn tụ điện C có giá trị nằm trong khoảng từ 0,5  3F, vì theo tính toán và thực nghiệm, nếu điện dung của tụ C lớn thì khi tốc độ cao sẽ không đủ thời gian để tụ C được nạp đầy. Còn nếu điện dung nhỏ thì sẽ ảnh hưởng đến năng lượng đánh lửa. Hiệu điện thế nạp trên tụ thường nhỏ hơn 400V, vì nếu lớn hơn sẽ gây hiện tượng rò điện ở mạch thứ cấp trong bobine. Quá trình tích lũy năng lượng trong tụ điện được thực hiện ở dạng xung điện liên tục. Trong trường hợp năng lượng tích lũy ở dạng xung thì tụ điện được nạp bởi các xung điện một chiều trong thời gian trước lúc đánh lửa. Trong trường hợp còn lại, năng lượng tích lũy trong tụ nhờ những xung một chiều biến thiên nhờ nguồn điện một chiều trong suốt thời gian giữa hai lần đánh lửa. Hình 5.31 trình bày một sơ đồ đơn giản của hệ thống đánh lửa điện dung trên xe gắn máy.

TRANG 117

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Hình 5.31. Sơ đồ hệ thống đánh lửa CDI trên xe gắn máy (với D2//SCR) Khi SCR ngắt, tụ điện C1 sẽ nạp nhờ nguồn điện N đã chỉnh lưu qua diode D1. Khi có tín hiệu đánh lửa từ cuộn dây điều khiển K, SCR dẫn, tụ điện C1 sẽ xả theo chiều mũi tên (a): (+) tụ điện C1  SCR  mass  W1  (-) tụ điện C1. Sự biến thiên dòng điện đột ngột trên cuộn sơ cấp W1 sẽ cảm ứng lên cuộn thứ cấp W2, một sức điện động cao áp đưa tới các bougie đánh lửa. Tuy nhiên, sau khi tụ điện C1 đã xả hết, do sức điện động tự cảm trong cuộn dây W1, tụ C1 sẽ được nạp theo chiều ngược lại. Nhờ điện áp ngược (điện áp trên tụ), SCR sẽ được đóng lại. Khi C1 xả ngược, D2 có nhiệm vụ dập tắt điện áp ngược bảo vệ cho SCR. i1 Uc

Uc

i1

Uc1 7 1

2

3 4

5

6

t 8

Hình 5.32. Hiệu điện thế trên tụ và cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp bobine (D2 // SCR) Trong trường hợp mắc D2 song song SCR, dòng qua cuộn sơ cấp sẽ lệch pha với hiệu điện thế trên tụ. Hiệu điện thế và cường độ dòng điện có dạng dao động tắt dần nếu thời gian mở SCR lớn hơn thời gian phóng điện. Trong trường hợp ngược lại, dao động thường kết thúc vào khoảng t1  t2 (hình 5.32). Trên một số mạch, để giảm thời gian nạp tụ, người ta mắc D2 song song với cuộn dây sơ cấp (hình 5.32).

TRANG 118

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

C Bobine

SCR D2

Hình 5.33. Hệ thống đánh lửa điện dung với diode D2 mắc song song cuộn sơ cấp Mạch này cho phép chuyển đổi gần như toàn bộ năng lượng chứa trong tụ sang mạch thứ cấp nên ngày càng được sử dụng rộng rãi. Đường biểu diễn hiệu điện thế và cường độ dòng điện được trình bày trên hình 5.34. Uc, i1 Uc i1

t t2

t1

Hình 5.34. Hiệu điện thế trên tụ và cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp của bobine (với D2 mắc song song cuộn sơ cấp) Hiệu điện thế thứ cấp cực đại trong hệ thống đánh lửa CDI được xác định bởi công thức: U 2m  U cl

C1  C2

UC1

: hiệu điện thế trên tụ lúc bắt đầu phóng.

C1

: điện dung tụ điện.

C2

: điện dung ký sinh trên mạch dao động.



: hệ số phụ thuộc vào dạng dao động.

TRANG 119

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Hình 5.35. So sánh thời gian tăng trưởng của hiệu điện thế thứ cấp của hệ thống đánh lửa CDI, TI và hệ thống đánh lửa thường Đồ thị hình 5.35. biểu diễn thời gian tăng trưởng của hiệu điện thế thứ cấp của hệ thống đánh lửa bán dẫn loại điện dung (CDI), loại điện cảm (TT) và hệ thống đánh lửa thường. Ở hệ thống đánh lửa điện dung, thời gian hiệu điện thế thứ cấp đạt 20KV chỉ vào khoảng 10 s. Một điểm khác biệt giữa hệ thống đánh lửa điện dung và hệ thống đánh lửa điện cảm nữa là thời gian tồn tại tia lửa ở bougie của loại điện dung rất ngắn, chỉ vào khoảng 0,1  0,4 ms, trong khi loại điện cảm là từ 1  2ms. Nếu so sánh giữa hai cách mắc diode sẽ thấy cách mắc thứ hai làm tăng thời gian phóng điện ở bougie. B. Sơ đồ thực tế a. Sơ đồ hệ thống đánh lửa CDI-DC điều khiển vít có mạch chống rung BOSCH Sơ đồ này được sử dụng trên xe Porche, Alfa-Romeo, Mazerati (hình 5.51). Với mục đích tăng năng lượng đánh lửa (CU2/2) hệ thống đánh lửa điện dung trên ôtô người ta trang bị bộ đổi điện để tăng điện áp mạch sơ cấp từ 12 VDC lên 300  400 VDC. Nguyên lý làm việc của mạch đổi điện như sau: Khi bật công tắc máy, qua cầu phân thế R1, R2, điện thế trên R2 được đưa đến cực B thông qua W2 làm T1 bắt đầu mở. Dòng qua T1 tăng dần cảm ứng lên W2 một sức điện động khiến T1 dẫn bão hòa làm tăng nhanh dòng qua W1. Khi dòng qua W1 đạt giá trị bão hòa, tốc độ biến thiên dòng giảm cảm ứng lên W2 một sức điện động có chiều ngược lại làm đóng T1. Sau đó quá trình tiếp tục được lặp lại. Sự thay đổi dòng qua W1 sẽ cảm ứng lên W3 một sức điện động dạng sóng vuông có biên độ xấp xỉ 400 V và nạp cho tụ C qua diode D2. TRANG 120

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Trên các hệ thống đánh lửa bằng vít, ở tốc độ cao thường xảy ra hiện tượng rung vít làm giảm thời gian tích lũy năng lượng tđ. Trong sơ đồ này có mạch điện tử có thể chống rung vít rất hiệu quả. Khi vít đóng, dòng qua R3  R4 làm T2 mở. Dòng cực góp T2 đi qua R5 và nạp tụ C2 qua R6 phân cực nghịch cực B-E của T3 làm nó đóng. Khi vít mở, T2 đóng, tụ C2 phóng điện qua R6 và R5 và phân cực thuận cực B-E của T3 làm T3 dẫn. Lúc đó, tụ C2 sẽ phóng điện qua T3 và R7, R8 kích cho SCR mở và tụ C sẽ phóng điện qua cuộn sơ cấp và ở cuộn thứ cấp của bobine sẽ xuất hiện sức điện động cao thế. Nếu xảy ra hiện tượng rung vít, tức lặp lại quá trình mở vít do sự rung của lò xo lá trên vít búa, T3 sẽ mở trong thời gian ngắn nhưng hiệu điện thế trên tụ C2 tại thời điểm này không kịp đạt giá trị có thể phóng điện qua R7, R8 do đó SCR vẫn đóng và tụ C không xả.

Hình 5.36. Sơ đồ hệ thống đánh lửa CDI điều khiển bằng vít có mạch chống rung BOSCH b. Sơ đồ hệ thống đánh lửa CDI không vít có bộ đảo điện sử dụng hai transistor Hình 5.37 trình bày một sơ đồ hệ thống đánh lửa điện dung có bộ đảo điện sử dụng hai transistor.

TRANG 121

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Hình 5.37. Sơ đồ hệ thống đánh lửa CDI không vít có bộ đảo điện sử dụng 2 transistor * Nguyên lý làm việc của hệ thống như sau: Khi bật công tắc máy, dòng điện sẽ cung cấp đến các cuộn dây như sau: (+)  w1  w3  R1  R2  mass. w2  w4  R3  R4  mass. Lúc đầu transistor T1 và T2 cùng chớm mở nhưng do sai số chế tạo nên sẽ có một transistor mở trước (giả sử T1 mở trước). Lúc đó dòng điện qua W1 tăng nhanh, cảm ứng lên cuộn W3 một sức điện động có chiều như hình vẽ, đồng thời nó cũng cảm ứng lên cuộn W4 một sức điện động có chiều ngược lại (do cuộn dây W3 và W4 quấn ngược chiều nhau) làm transistor T2 đóng hoàn toàn. Khi transistor T1 dẫn bão hòa, tốc độ biến thiên của dòng điện đi qua nó sẽ giảm, làm sức điện động trên cuộn W3 đổi chiều, do đó sức điện động trên cuộn W4 cũng có chiều ngược lại làm T2 dẫn nhanh khiến T1 đóng nhanh. Quá trình cứ tiếp diễn và sự biến thiên dòng điện trong hai cuộn W1 và W2 sẽ cảm ứng lên cuộn thứ cấp W5 của bộ đảo điện một điện áp xoay chiều khoảng 300 V và được chỉnh lưu thành dòng một chiều cung cấp cho tụ. Quá trình đánh lửa của hệ thống hoạt động tương tự như đã trình bày trên sơ đồ hình 5.46. * Ưu và nhược điểm của hệ thống đánh lửa điện dung Qua phân tích hoạt động và các đặc tính đặc trưng của hệ thống đánh lửa điện dung, ta thấy hệ thống có các ưu điểm sau: Đặc tính của hệ thống đánh lửa gần như không phụ thuộc vào số vòng quay động cơ vì thời gian nạp điện rất ngắn do tụ điện đã được chọn sao cho ở số vòng quay TRANG 122

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

cao nhất, tụ điện vẫn nạp đầy giữa hai lần đánh lửa. Hiệu điện thế thứ cấp, tăng trưởng nhanh nên tăng được độ nhạy đánh lửa, không phụ thuộc vào điện trở rò trên bougie. Tuy nhiên, do thời gian xuất hiện tia lửa ở bougie ngắn (0,3  0,4 ms) nên trong một điều kiện nhất định nào đó của hòa khí trong buồng đốt có thể tia lửa không đốt cháy được hòa khí. Vì vậy, đối với hệ thống đánh lửa CDI phải sử dụng bougie với khe hở điện cực lớn để tăng diện tích tiếp xúc của tia lửa nên bougie sẽ rất mau mòn.

TRANG 123

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

CHƯƠNG 6: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUẠT LÀM MÁT 6.1 Giới thiệu chung và phân loại Hệ thống làm mát trên động cơ có nhiệm vụ giữ cho động cơ luôn làm việc ở chế độ nhiệt độ tối ưu khi tải trọng thay đổi. Điều này nhằm tránh cho các chi tiết bên trong của động cơ không bị nóng thái quá, dễ dẫn đến tình trạng bó kẹt, đồng thời làm mất mát công suất của động cơ. Như vậy làm mát cho động cơ chính làm giảm bớt phần nhiệt lượng do hoà khí cháy truyền lại cho cụm piston, xylanh. Nếu cụm piston – xylanh không được làm mát thì dầu bôi trơn giữa piston và xylanh không còn tác dụng bôi trơn, dẫn đến bó kẹt piston, đồng thời nếu xylanh quá nóng thì khối hỗn hợp hoà khí hút vào bên trong buồng đốt bị giãn nở ra làm trọng lượng hút bị giảm, công suất của động cơ vì thế cũng giảm theo. Nhưng khi động cơ quá nguội nhất là lúc máy mới khởi động thì nó sẽ làm cho hỗn hợp hoà khí khó bay hơi nên tốc độ bốc hơi và khuếch tán sẽ kém đi, dẫn đến hoà khí sẽ cháy không hết, khiến tăng tiêu hao nhiên liệu, giảm đi công suất động cơ. Hệ thống làm mát bao gồm các bộ phận: áo nước (bao xung quanh xylanh và bên trong nắp qui lác), két nước (radiator), bơm nước (water pump), quạt làm mát (fan), van hằng nhiệt, các đường ống và các bộ phận khác. Nước nóng bên trong áo nước được bơm tới két nước, lượng gió thổi ra từ quạt gió sẽ lấy đi một phần nhiệt lượng của nước nóng, nhiệt độ nước được giảm xuống rồi bơm sẽ đẩy nước làm mát trở lại động cơ. Nhờ vậy, nhiệt độ động cơ sẽ giảm xuống. Ao nước là một hệ thống các rãnh xung quanh xylanh và bên trong nắp qui lác, nó được thiết kế bảo đảm đủ lưu lượng nước để giải nhiệt cho động cơ. Hệ thống làm mát trên động cơ ôtô được chia làm 2 loại: - Hệ thống làm mát bằng không khí. - Hệ thống làm mát bằng nước. Hệ thống làm mát bằng không khí Nguyên lý của hệ thống làm mát bằng không khí là tạo ra xung quanh xylanh một luồng không khí để thu nhiệt của động cơ. Muốn tản nhiệt tốt mặt ngoài của động cơ, người ta làm các phiến tản nhiệt để tăng bề mặt tiếp xúc truyền nhiệt và các bản hướng gió, quạt gió. Đối với động cơ nhỏ (xe gắn máy) thì lợi dụng tốc độ chuyển

TRANG 124

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

động của xe thay cho quạt gió. Đây là kiểu làm mát đơn giản được sử nhiều ở các động cơ nhỏ như xe gắn máy. Trong ôtô cũng có dùng nhưng ít. - Hệ thống làm mát bằng nước + Kiểu bốc hơi:  Loại đơn giản nhất không cần bơm nước và quạt gió.  Loại thu nhiệt và bốc hơi: nước sôi có tỷ trọng bé sẽ nổi lên mặt thùng chứa để bốc hơi. Nước nguội có tỷ trọng lớn sẽ chìm xuống, liền đẩy phần nước nóng nổi lên gọi là hiện tượng đối lưu tự nhiên.  Kiểu đối lưu: hoạt động được nhờ sự chênh lệch nhiệt độ của 2 cột nước nóng và nước lạnh.  Kiểu cưỡng bức: Để tăng tốc độ lưu động của nước, ta dùng sức đẩy của cột nước do bơm nước tạo ra (thường dùng trên ôtô).  Kiểu kín: thường thấy trong ôtô. Nước tuần hoàn kín sau khi qua két làm mát trở về động cơ (không thải nước ra ngoài). Kiểu hở: nước làm mát thải ra ngoài. Nhược điểm của loại này là nhiệt độ nước làm mát phải giữ ở 50 ÷ 60oC. Do đó, sự làm mát không đều dẫn đến ứng suất ở các chi tiết tăng lên. Mặt khác, do ảnh hưởng của nhiệt độ nước ở ngoài mà nhiệt độ nước trong hệ thống hở cũng dao động lớn, vì vậy không có lợi cho chế độ làm mát. 6.2. Motor quạt làm mát Két nước được làm mát bằng không khí. Nhưng nó làm mát không khí khi xe không chuyển động. Quạt làm mát được sử dụng để tạo sức hút không khí qua két nước. Quạt làm mát được truyền động từ trục khuỷu qua dây đai, hoặc được dẫn động bằng động cơ điện. Quạt làm mát qua dây đai được dẫn động từ trục khuỷu. Tốc độ quạt thay đổi theo tốc độ động cơ, nên tốc độ của quạt không đủ lớn khi động cơ chạy ở tốc độ thấp và, ở tốc độ cao, tốc độ quạt quá lớn làm gia tăng tổn thất công suất và tăng tiếng ồn. Để khắc phục, ngày nay người ta dùng một khớp silicon điều khiển bằng nhiệt độ bố trí giữa bơm nước và quạt. Một cách khác là dùng một động cơ điện để kéo quạt. Cách này được sử dụng phổ biến trên các động cơ hiện đại.

TRANG 125

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Quaït daøn noùng

Quaït keùt nöôùc

Choã gaén ñoàng hoà Coâng taéc aùp suaát Daøn noùng

Hình 6.1. Quạt két nước làm mát ECU nhận được tín hiệu nhiệt độ động cơ từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát đặt ở nắp máy. Khi nhiệt độ nước làm mát gia tăng đến mức qui định, cảm biến sẽ điều khiển relay đóng và cấp dòng điện đến motor quạt để dẫn động cho quạt quay. Quạt làm mát chỉ được dẫn động khi cần thiết, nhờ thế, nhiệt độ động cơ gia tăng đạt đến nhiệt độ tối ưu nhanh chóng, đồng thời giảm được suất tiêu hao nhiên liệu, cũng như giảm được tiếng ồn.

Hình 6.2. Sơ đồ cơ bản mạch điều khiển quạt làm mát

TRANG 126

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

6.3. Điều khiển làm mát độc lập 6.3.1. Hệ thống điều khiển quạt két nước bằng công tắc nhiệt thường đóng (normally close) Hệ thống điều khiển quạt làm mát động cơ lắp đặt trên xe TOYOTA dùng công nhiệt loại thường đóng. Cấu tạo của mạch điện bao gồm: accu, các cầu chì, công tắt máy, relay chính , relay điều khiển quạt mát, quạt gió, công tắt nhiệt độ nước (chỉ làm việc khi nhiệt lớn hơn 84oC).

B

7.5A

IG ST A

Relay motor quạt làm mát

Relay động cơ

C

B motor quạt làm mát M

Công tắc nhiệt độ nước

Hình 6.3. Mạch điện quạt làm mát loại thường đóng trên xe TOYOTA Nguyên lý hoạt động Khi bật công tắc máy (IG/SW) sẽ có dòng điện qua cầu chì 7,5A cung cấp cho cuộn dây của relay quạt làm mát (cooling fan motor relay) qua công tắc nhiệt độ nước(water temprature switch) về mass hút công tắc ngắt dòng đến motor. Đồng thời dòng điện cũng đến cung cấp cho cuộn dây của relay chính (main relay) đi xuống mass hút công tắc W sang vị trí C. Khi động cơ làm việc ở nhiệt độ dưới 84oC, do công tắc nhiệt độ nước vẫn đóng nên quạt làm mát động cơ chưa làm việc. Khi nhiệt nước làm mát động cơ vượt quá 840C thì công tắc nhiệt độ nước sẽ ngắt dòng qua cuộn dây của relay quạt giải

TRANG 127

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

nhiệt két nước (cooling fan relay) làm cho công tắc trả về vị trí cũ nối dương cho motor làm quạt quay. 6.3.2. Hệ thống điều khiển quạt két nước bằng công tắc nhiệt thường mở (normally open) Hệ thống điện điều khiển quạt nước làm mát động cơ loại này được lắp đặt trên xe HONDA ACCORD model 90-94, không dùng chung với mạch điện điều khiển hệ thống lạnh. Cấu tạo của hệ thống bao gồm: accu, cầu chì, công tắc máy, relay điều khiển quạt, quạt làm mát động cơ, công tắc nhiệt độ nước (làm việc khi nhiệt độ nước vượt quá 90oC ). 50A

B

15A

IG

ST

80A

Relay quạt làm mát

Motor quạt làm mát

Công tắc nhiệt

Hình 6.4. Mạch điện quạt làm mát loại thường mở trên xe HONDA - ACCORD Nguyên lý hoạt động Khi bật công tắc máy (IG/SW) điện thế dương qua cầu chì được cấp đến một đầu cuộn dây của relay quạt làm mát két nước và tiếp điểm của relay này. Khi động cơ làm việc ở nhiệt độ dưới 90oC do cấu tạo của công tắc nhiệt độ nước (coolant temperature switch) vẫn chưa đóng nên motor quạt làm mát két nước chưa làm việc.

TRANG 128

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Khi nhiệt độ nước làm mát vượt quá 90oC, công tắc nhiệt độ nước sẽ đóng tiếp mass cho cuộn dây của relay quạt (radiator fan relay) để đóng công tắc cung cấp dương cho quạt làm việc. 6.3.3. Hệ thống điều khiển quạt làm mát kết hợp với hệ thống điều hòa nhiệt độ Hệ thống điều khiển quạt làm mát dùng chung với mạch điện điều khiển hệ thống lạnh dưới đây được lắp trên xe TOYOTA COROLLA. Cấu tạo của hệ thống bao gồm các bộ phận: accu, các cầu chì, công tắc máy, relay điều khiển quạt làm mát và quạt giàn lạnh, công tắc nhiệt độ nước làm mát (làm việc khi nhiệt độ nước làm mát động cơ > 90oC). + BAT

IG/SW

15A

15A

1

3

Relay ly hợp máy lạnh

1

Quạt giàn nóng 2

Relay chính

4 1

4

3 Relay quạt giàn nóng

A/C SW 2

5

3

2

3

4 3

Relay quạt làm mát

1 Relay quạt giàn nóng

4 5

1

5

4

2 Quạt làm mát động cơ

Công tắc nhiệt độ nước làm mát

Hình 6.5. Sơ đồ mạch điện điều khiển quạt làm mát khi hệ thống điều hoà nhiệt độ hoạt động TRANG 129

2

GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ

Nguyên lý hoạt động Khi bật công tắc máy sẽ có dòng điện từ: (+) Accu  IG  cầu chì 15A  qua cuộn dây của relay chính  mát  qua cuộn dây của relay quạt két nước làm mát  công tắc nhiệt độ nước  mát  qua cuộn dây của relay quạt giàn nóng  công tắc nhiệt độ nước làm mát  mát.  làm hút tiếp điểm các relay. Khi bật công tắc máy lạnh, công tắc nhiệt độ nước làm mát đóng (nước làm mát còn thấp), có dòng điện như sau: (+) Accu  cuộn dây của relay ly hợp máy lạnh (A/C magnetic clutch relay)  mass làm đóng tiếp điểm relay ly hợp điện từ, các dòng cho cuộn dây relay quạt giàn nóng đóng tiếp điểm relay. Xuất hiện dòng đi từ relay chính  motor quạt giàn nóng  relay 4 chân của quạt giàn nóng  relay 5 chân của quạt giàn nóng  motor quạt két nước làm mát động cơ  mát. Làm cả hai quạt đều quay, nhưng với tốc độ chậm do mắc nối tiếp với nhau. Khi nhiệt độ nước làm mát động cơ > 90oC, công tắc nhiệt độ nước làm mát hở làm relay quạt giàn nóng và relay quạt két nước làm mát động cơ cũng hở theo, phát sinh một dòng điện mới đi từ: IG  relay chính  chân số 5 của relay quạt làm mát động cơ  motor quạt  mát. Quạt quay với tốc độ cao nhất. IG  relay chính  motor quạt giàn nóng  relay 4 chân của quạt giàn nóng  chân 3 và chân 4 của relay 5 chân quạt giàn nóng  mát. Quạt giàn nóng quay ở tốc độ cao nhất.

TRANG 130