›
›

Đồ án Trang bị điện và điện tử động lực

doc 54 trang ngocly 1420
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Trang bị điện và điện tử động lực", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • docdo_an_trang_bi_dien_va_dien_tu_dong_luc.doc

Nội dung text: Đồ án Trang bị điện và điện tử động lực

  1. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải MỤC LỤC Lời đầu nói 1. Tổng quan hệ thống cung cấp điện trên ô tô. 3 1.1. Nhiệm vụ 3 1.2. Yêu cầu 3 1.3. Phân loại 3 1.4. Những thông số cơ bản hệ thống cung cấp điện. 5 2. Các bộ phận của hệ thống cung cấp. 8 2.1. Máy phát điện 8 2.1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu. 8 2.1.1.1. Công dụng. 8 2.1.1.2. Phân loại 8 2.1.1.3. Yêu cầu 9 2.1.2. Máy phát điện một chiều 9 2.1.2.1. Cấu tạo 9 2.1.3. Máy phát điện xoay chiều. 12 2.1.3.1. Máy phát xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu 12 2.1.3.2. Máy phát xoay chiều kích thích kiểu điện từ. 15 2.2. Bộ điều chỉnh. 19 2.2.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu. 19 2.2.1.1. Công dụng. 19 2.2.1.2. Phân loại 20 2.2.2. Nguyên lý điều chỉnh thế hiệu và hạn chế dòng điện 21 2.3.1. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc 22 2.3.1.1. Công suất mở tiếp điểm và các biện pháp giảm tia lửa ở tiếp điểm 29 2.3.2. Rơ le dòng điện ngược (RLDĐN) và rơle đóng mạch (RLĐM) 32 2.3.2.1. Rơ le dòng điện ngược (RLDĐN) 32 2.3.2.2. Rơ le đóng mạch (RLĐM) 36 2.3. Bộ chỉnh lưu. 41 2.3.1. Nhiệm vụ 41 2.3.2. Một số bộ chỉnh lưu thường dùng. 41 2.3.2.1. Bộ chỉnh lưu 6 diod 41 2.3.2.2. Bộ chỉnh lưu 8 diod 42 2.3.2.3. Bộ chỉnh lưu 14 diod 42 2.3.2.4. Chọn sơ đồ mạch hệ thống cung cấp 44 3. Tính toán và chọn công suất máy phát. 45 3.1.Tính toán công suất của phụ tải trên ô tô 45 3.2.Chọn máy phát điện xoay chiều trên ô tô: 48 Tài liệu tham khảo 49 SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 1
  2. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Lời mở đầu Ngày nay với nền công nghiệp phát triển nhanh chóng, nhu cầu của con người cũng tăng theo. Đối ngành Ô tô, các ứng dụng của kỹ thuật điện tử trên xe rất nhiều. Nhằm mục đích để đáp ứng nhu cầu đó, trên các xe hiện nay đã trang bị rất nhiều hệ thống điều khiển giúp cho con người có thể điều khiển và sử dụng dễ dàng. Sau khi hoàn thành môn học Trang bị điện và điện tử Ô tô, Thiết bị điện và điện tử thân xe. Em được giao nhiệm vụ: Tính toán kiểm nghiệm hệ thống cung cấp. Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu em đã hoàn thành nhiệm vụ. Dưới sự hướng dẫn tận tình của Thầy Nguyễn Việt Hải em đã có một kết quả trên. Trong quá trình tính toán, trình bày không tránh khỏi những sai sót. Em kính mong quý Thầy bỏ quả và hướng dẫn thêm, để lần sau em hoàn thiện tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn. Sinh viên Phạm Văn Đức SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 2
  3. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải 1. Tổng quan hệ thống cung cấp điện trên ô tô. 1.1. Nhiệm vụ. Hệ thống cung cấp điện có nhiệm vụ cung cấp năng lượng điện cho các phụ tải với một hiệu điện thế ổn định ở mọi điều kiện làm việc của ôtô máy kéo. Để cung cấp năng lượng cho các phụ tải trên ô tô, cần phải có bộ phận tạo ra nguồn năng lượng có ích. Nguồn năng lượng này được tạo ra từ mát phát điện trên ô tô. Khi động cơ hoạt động, máy phát cung cấp điện cho các phụ tải và nạp điện cho acquy. Để đảm bảo toàn bộ hệ thống hoạt động một cách hiệu quả, an toàn. Năng lượng đầu ra của máy phát và năng lượng yêu cầu cho các tải điện phải thích hợp với nhau. 1.2. Yêu cầu. - Phải luôn tạo ra một điện áp ổn định (13,8V – 14,2V đối với hệ thống điện 14V) trong mọi chế độ làm việc của phụ tải. - Máy phát phải có cấu trúc và kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, giá thành thấp và tuổi thọ cao. - Có độ bền cao trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm lớn, có thể làm việc ở những vùng có nhiều bụi bẩn, dầu nhớt và độ rung động lớn. - Ít chăm sóc và bảo dưỡng 1.3. Phân loại. Hệ thống cung cấp điện trên ô tô thường có hai dạng sơ đồ thông dụng như sau: - Hệ thống cung cấp với máy phát điện một chiều ( hình 1.1). SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 3
  4. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải 1_Máy phát; 2_Bộ ắc qui; 3_Đồng hồ ampe; 4_ Bộ điều chỉnh điện. Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống cung cấp với máy phát một chiều. - Hệ thống cung cấp với máy phát điện xoay chiều 1_Máy phát; 2_Bộ điều chỉnh điện; 3_Công tắt; 4_Đồng hồ ampe; 5_Phụ tải. Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống cung cấp với máy phát xoay chiều. Hai sơ đồ tuy có cách nối dây khác nhau nhưng đều bao gồm hai nguồn năng lượng là ắc quy và máy phát mắc song song. Tuỳ thuộc vào giá trị phụ tải và chế độ làm việc của ô tô máy kéo, mà ắc quy, máy phát sẽ riêng biệt hoặc đồng thời cả hai cung cấp năng lượng cho các bộ phận tiêu thụ (phụ tải). Ngoài ra, trong hệ thống cung cấp còn có: SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 4
  5. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải - Bộ điều chỉnh điện (BĐCĐ) làm nhiệm vụ: phân phối chế độ làm việc giữa ắc quy và máy phát; hạn chế và ổn định thế hiệu của máy phát để đảm bảo an toàn cho các trang thiết bị điện trên xe; hạn chế dòng điện của máy phát để đảm bảo an toàn cho các cuộn dây của nó. - Dụng cụ đo, kiểm tra: có thể là ampe kế hoặc đèn tín hiệu cho phép kiểm tra sự làm việc của ắc quy thông qua gía trị dòng phóng hoặc nạp của nó. - Công tắc cắt mát: dùng để cắt cực âm của ắc quy với mát khi ô tô máy kéo không làm việc. 1.4. Những thông số cơ bản hệ thống cung cấp điện. Điện áp định mức: Phải bảo đảm Uđm = 14V đối với những xe sử dụng hệ thống điện 12V, Uđm = 28V đối với những xe sử dụng hệ thống điện 24V. Công suất máy phát: Phải đảm bảo cung cấp điện cho tất cả các tải điện trên xe hoạt động. Thông thường, công suất của các máy phát trên ôtô hiện nay vào khoảng P mf = 700 – 1500W. Dòng điện cực đại: Là dòng điện lớn nhất mà máy phát có thể cung cấp Thông thường Imax = 70 – 140A. Tốc độ cực tiểu và tốc độ cực đại của máy phát: n max, nmin phụ thuộc vào tốc độ của động cơ đốt trong. nmin ni i Trong đó: i: tỉ số truyền ( i = 1,5 - 2) Hiện nay trên xe đời mới sử dụng máy phát cao tốc nên tỉ số truyeµn i cao hơn. ni: tốc độ cầm chừng của động cơ o Nhiệt độ cực đại của máy phát t max : Là nhiệt độ tối đa mà máy phát có thể hoạt động. Điện áp hiệu chỉnh: Là điện áp làm việc của bộ tiết chế U hc = 13,8 – 14,2V (với hệ thống 12V), và Uhc = 27 – 28V (với hệ thống 28V). Sơ đồ hệ thống cung cấp điện trên ôtô. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 5
  6. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tổng quát. Sơ đồ các tải công suất điện trên ôtô: Phụ tải điện trên ôtô có thể chia làm 3 loại: tải thường trực là những phụ tải liên tục hoạt động khi xe đang chạy, tải gián đoạn trong thời gian dài và tải gián đoạn trong thời gian ngắn. Trên (1.3) trình bày sơ đồ phụ tải điện có thể gặp trên ôtô hiện đại. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 6
  7. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải MÁY PHÁT ACCU Tải hoạt động gián đoạn Tải hoạt động gián đoạn Phụ tải liên tục trong thời gian dài trong thời gian ngắn Hệ thống đánh Radio Đèn báo rẽ Đèn sương mù lửa 25W 12W 4 x 21W 2 x 40W Đèn stop Đèn lùi Bơm nhiên Đèn báo trên 2 x 21W 2 x 21W liệu 50W tableau 22W Đèn trần 5W Motor gạt nước 60W Hệ thống phun Đèn kích nhiên liệu thước 4x12W Motor điều Khởi động điện 85W khiển kính 1000W 4 x 30W Đèn đậu 4 x 3W Quạt làm mát Quạt điều động cơ Hệ thống hoà nhiệt độ điều khiển 2 x 110W Đèn cốt 2 x 80W 160W 4 x 55W Mồi thuốc Xông kính 85W Đèn pha 120W 2 x 45W Motor điều Motor phun khiển anten Đèn soi biển nước rửa 65W số 2 x 3W kính 45W Còi 40W Hình 1.4 Sơ đồ phụ tải điện trên ôtô  Chế độ thứ nhất: đây là chế độ không tải ứng với trường hợp không mắc điện trở ngoài (máy phát chạy không tải). Khi đó RL IL = 0. Ở chế độ này, máy phát chủ yếu nạp cho ắc qui và dòng điện nạp phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa hiệu điện thế hiệu chỉnh của máy phát và sức điện động của accu. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 7
  8. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải U mf Eaq Eaq U mf imf ; iaq ra r1 raq r1  Chế độ thứ hai: Là chế độ tải trung bình. Khi các phụ tải điện đang hoạt động có điện trở tương đương R L < , sao cho IL < Imf, máy phát sẽ đảm nhận nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải này và dòng nạp sẽ giảm. Ở chế độ này, máy phát cung cấp điện cho hai nơi: một phần cho ắc qui và một phần cho phụ tải. Khi điện trở tương Ea .r1 đương của các phụ tải đạt giá trị RL thì dòng nạp bằng không U mf Ea  Chế độ thứ ba: Là chế độ quá tải xảy ra trong trường hợp mở quá nhieµu phụ tải. Khi đó R L 0. Nếu điện trở tương đương của các phụ tải điện đang làm việc: Eaq  r1 RL , ắc qui bắt đầu phóng điện, hỗ trợ một phần điện năng cho máy phát. U mf Eaq 2. Các bộ phận của hệ thống cung cấp. 2.1. Máy phát điện. 2.1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu. 2.1.1.1. Công dụng. Máy phát là nguồn điện chính trên ô tô máy kéo, nó có nhiệm vụ: - Cung cấp điện cho tất cả các phụ tải; - Nạp điện cho ắc quy ở các số vòng quay trung bình và lớn của động cơ. 2.1.1.2. Phân loại. - Máy phát trên ô tô máy kéo, theo tính chất dòng điện phát ra có thể chia làm hai loại chính: + Máy phát điện một chiều. + Máy phát điện xoay chiều. - Máy phát điện một chiều, theo tính chất điều chỉnh chia ra: + Loại điều chỉnh trong (bằng chổi điện thứ ba). + Loại điều chỉnh ngoài (bằng bộ điều chỉnh điện kèm theo). Các máy phát điện một chiều loại điều chỉnh trong có kết cấu đơn giản, có khả năng hạn chế và tự động điều chỉnh dòng điện máy phát theo số vòng quay. Tuy vậy nó có nhiều nhược điểm như: SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 8
  9. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải - Phải luôn luôn nối mạch điện với ắc quy chúng mới làm việc được; - Cản trở việc điều chỉnh thế hiệu của máy phát; - Làm giảm tuổi thọ của ắc quy. Do đó loại máy phát này hiện nay ít thấy. Vì vậy giáo trình chỉ đề cập đến loại máy phát điều chỉnh ngoài. - Máy phát điện xoay chiều, theo phương pháp kích thích chia ra: + Loại kích thích bằng nam châm vĩnh cửu. + Loại kích thích kiểu điện từ (bằng nam châm điện). 2.1.1.3. Yêu cầu. Máy phát điện trên ô tô máy kéo làm việc trong những điều kiện đặc biệt, vì thế chúng phải đáp ứng được các yêu cầu chính sau: - Chịu được rung sóc bụi bẩn và làm việc tin cậy trong môi trường có nhiệt độ cao, có nhiều hơi dầu mỡ nhiên liệu. - Tuổi thọ cao. - Kích thước và trọng lượng nhỏ, giá thành thấp. So với máy phát một chiều thì máy phát xoay chiều có nhiều ưu điểm hơn, vì nó không có vòng đổi điện và cuộn dây rô to đơn giản hơn. 2.1.2. Máy phát điện một chiều. 2.1.2.1. Cấu tạo. Cấu tạo của máy phát điện một chiều điển hình như trên (hình 2.1), bao gồm các bộ phận sau: + Phần cảm (Stato) gồm: vỏ máy, các má cực trên quấn cuộn dây kích thích. - Vỏ máy: làm bằng thép ít các bon có từ dư và thường được chế tạo bằng cách uốn thép tấm thành ống rồi hàn lại. Trên vỏ có các cửa sổ để thông gió, kiểm tra và lắp các chổi điện. - Má cực: được dập nguội hoặc chồn nguội từ phôi hình trụ bằng thép ít các bon và bắt chặt vào vỏ máy bằng các vít. Quanh má cực quấn cuộn dây kích thích bằng dây đồng tiết diện tròn với một hoặc hai lớp sơn cách điện. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 9
  10. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải 1_Cửa thông gió; 2_Puli dẫn động; 3,6_Các nắp trước và nắp sau;4_Phần ứng; 5_Phần vỏ. Hình 2.1. Máy phát điện dùng trên ô tô. 1,3_Vòng kẹp; 2_Rãnh vòng; 4_Chỗ lắp vành chổi điện; 5_Màng cách điện; 6_Lá thép. Hình 2.2.Kết cấu lõi thép phàn ứng (a); cách lắp ghép với trục (b). + Phần ứng (Rôto) gồm: trục máy phát điện, khối thép từ được chế tạo bằng cách ép chặt các lá thép điện kỹ thuật dày 0,5 1,0 mm, có hình dạng đặc biệt lên trục, sao cho các chỗ khuyết của chúng tạo thành rãnh để lắp đặt các khung dây. + Cuộn dây phần ứng: là tập hợp rất nhiều khung dây được quấn vào các rãnh của khối thép từ sau khi đã lót lớp cách điện. Các đầu khung dây được hàn vào các phiến đồng của vành đổi điện. Cuộn dây rô to có thể được quấn theo hai phương pháp: quấn xếp hoặc quấn sóng. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 10
  11. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải + Vành đổi điện: gồm nhiều phiến đồng có dạng đặc biệt ghép xen kẽ với các tấm mica cách điện hoặc nhựa cách điện cao cấp. Vành đổi điện được chế tạo bằng hai phương pháp: lắp ghép (hình 2.3) hoặc đúc với nhựa thành khối liền (hình 2.4) rồi lắp chặt lên trục máy phát điện. 1_Thân giá đỡ; 2_Chổi điện; 3_Đòn ép; 4_Lò xo. Hình 2.5.Giá đỡ chổi điện. Giá đỡ chổi điện: được lắp trên nắp hoặc vỏ máy. Một nửa số giá đỡ được lắp cách điện với mát, nửa còn lại nối với mát. Để giảm tia lửa điện sinh ra khi máy phát làm việc, chổi điện được lắp như trên (hình 2.5): tức là không lắp theo chiều hướng kính mà chếch đi một góc khoảng 26O 28O và tỳ sát vào thành dẫn hướng phía trước. Với cách lắp như vậy, khi rôto quay: lực ma sát từ phía vành đổi điện tác dụng lên chổi điện sẽ làm giảm áp lực và ma SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 11
  12. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải sát giữa chổi điện và thành dẫn hướng. Đồng thời, sự tiếp xúc giữa vành đổi điện và chổi điện được đảm bảo tốt hơn, ít bị mất tiếp xúc do rung động nên giảm được tia lửa hồ quang chỗ tiếp xúc. Chổi điện: được chế tạo từ hỗn hợp grafít, đồng và các chất phụ khác có tác dụng giảm điện trở và tăng khả năng chịu mài mòn của chổi. ổ bi: rô to của máy phát được đặt trên hai ổ bi lắp ở hai nắp. Các ổ bi được bôi trơn bằng mỡ đặc. Để giảm tiếng ồn, một số kết cấu có thể thay ổ bi bằng ổ trượt. Dẫn động máy phát: được thực hiện từ trục khuỷu động cơ thông qua puli và đai truyền. Trên puli có thể làm các cánh quạt gió để làm mát máy phát. 2.1.3. Máy phát điện xoay chiều. Trên ô tô máy kéo sử dụng hai loại máy phát điện xoay chiều là máy phát xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu và máy phát xoay chiều kích thích kiểu điện từ (bằng nam châm điện). Các máy phát kích thích bằng nam châm vĩnh cửu, do công suất hạn chế nên chủ yếu chỉ được sử dụng trên xe máy và máy kéo. Gần đây, kỹ thuật đã chế tạo được những hợp kim từ mới có chất lượng cao, nên loại máy phát này bắt đầu có khả năng sử dụng được trên ô tô. Máy phát kích thích bằng nam châm vĩnh cửu có loại một pha và ba pha. Loại ba pha công suất có thể đạt tới 400VA hoặc lớn hơn. Máy phát nam châm vĩnh cửu có nhiều ưu điểm hơn hẳn các máy phát kích thích kiểu điện từ, như: làm việc tin cậy, kết cấu đơn giản, không có cuộn dây quay, hiệu suất cao, ít nóng, mức nhiễu xạ vô tuyến thấp. Nhưng chúng cũng có một số nhược điểm quan trọng là: khó điều chỉnh thế hiệu, công suất hạn chế, giá thành cao, trọng lượng lớn hơn loại kích thích kiểu điện từ cùng công suất. Ngoài ra từ thông của nó còn phụ thuộc nhiều vào chất lượng hợp kim và kim loại chế tạo nam châm. 2.1.3.1. Máy phát xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu. a. Đặc điểm cấu tạo. Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu gồm hai phần chính là rôto và stato. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 12
  13. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải + Rôto: Phần lớn các máy phát đang được sử dụng hiện nay đều có nam châm quay, tức nam châm là rôto. Các máy phát loại này khác nhau chủ yếu ở kết cấu của rôto và có thể chia ra một số loại chính: - Rôto nam châm hình trụ; - Rôto nam châm hình sao (có các má cực hoặc không); - Rôto nam châm hình móng. Đơn giản nhất là loại rôto hình trụ (hình 2.6). Nó có ưu điểm là chế tạo đơn giản, nhưng nhược điểm là hiệu suất sử dụng nam châm thấp. Vì thế chúng chỉ được sử dụng ở các máy phát cỡ nhỏ công suất 100 VA. Thông dụng nhất là loại rôto nam châm hình sao (hình 2.6 và 2.7). Loại này có ưu điểm là hệ số sử dụng vật liệu lớn. Số cực nam châm thường là sáu, vì nếu tăng số cực lên nữa thì hệ số sử dụng vật liệu lại kém đi. Nhược điểm của rôto nam châm hình sao là khó nạp từ cho rôto, cường độ từ trường và từ cảm yếu, độ bền cơ học thấp. Rôto nam châm hình sao được sử dụng chủ yếu trong các máy phát điện của máy kéo với công suất giới hạn khoảng 180 VA. 1_Nam châm; 2_Các má cực; 3_Các cuộn dây cố định stato. Hình 2.6.Roto nam châm hình trụ rỗng. 1_Nam châm hình sao; 2_Hợp kim không dẫn từ; 3_Trục. Hình 2.7. Roto nam châm hình sao. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 13
  14. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Rôto nam châm hình móng (hình 2.8) ra đời khi xuất hiện các vật liệu từ mới có lực từ kháng lớn, cho phép chế tạo các nam châm mạnh. Hình 2.8. Roto nam châm hình móng. Nam châm cơ dạng hình trụ rỗng được nạp từ theo chiều trục. Hai đầu của nó đặt hai tấm bích bằng thép ít các bon, có các vấu cực nhô ra như những chiếc móng. Các móng cực của hai bích được bố trí xen kẽ nhau. Do chịu ảnh hưởng của hai cực từ khác dấu ở hai mặt đầu của nam châm, nên các móng cực của mỗi tấm bích cũng mang cực tính của cực từ tiếp xúc với nó. Như vậy các móng của hai tấm bích trở thành những cực khác tên xen kẽ nhau của rôto. Để tránh mất mát từ, thường thường trục rôto được chế tạo bằng thép không dẫn từ hay nam châm được đặt lên trục qua một ống lót không dẫn từ. Rôto hình móng có một loạt các ưu điểm, như: - Nạp từ có thể tiến hành sau lắp ghép; - Từ trường phân bố đều hơn; - Tốc độ vòng có thể cho phép tới 100 m/s và cao hơn; - Có thể lắp đồng thời một số nam châm nhỏ hơn lên trục theo phương án đặc biệt để đảm bảo từ thông tổng cần thiết. Do đó giảm được kích thướcđường kính của nam châm hoặc tăng công suất của máy phát. + Stato: của máy phát là một khối thép từ hình trụ rỗng, ghép từ các lá thép điện kỹ thuật được cách điện với nhau bằng sơn cách điện để giảm dòng fucô. Mặt trong của stato có các vấu cực để quấn các cuộn dây phần ứng (hình 2.9). SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 14
  15. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải 1_Stato; 2_Rô to nam châm. Hình 2.9.Hệ thống từ của máy phát với nam châm hình sao. 2.1.3.2. Máy phát xoay chiều kích thích kiểu điện từ. Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ dùng cho ô tô máy kéo có hai loại: - Loại có vòng tiếp điện; - Loại không có vòng tiếp điện. a. Đặc điểm cấu tạo. a1. Loại có vòng tiếp điện . Cấu tạo của máy phát điện loại có vòng tiếp điện gồm những bộ phận chính là: rôto, stato, các nắp, puli, cánh quạt và bộ chỉnh lưu (bộ chỉnh lưư có thể tính hoặc không tính vào thành phần cấu tạo của máy phát, tuỳ theo nó được đặt trong máy phát hay riêng biệt bên ngoài). 1_Stato và cuộn dây; 2_Rô to; 3_Cuộn kích thích; 4_Quạt gió; 5_Puli; 6,7_Nắp; 8_Bộ chỉnh lưu; 9_Vòng tiếp điểm; 10_Chổi điện và giá đỡ. Hình 2.10. Máy phát xoay chiều kích thích kiểu điện từ. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 15
  16. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Hình 2.11. Cấu tạo máy phát điện xoay chiều kích thích kiều điện từ. Stator (phần ứng). Hình 2.12 Cấu tạo Stator. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 16
  17. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải + Rôto: gồm hai chùm cực hình móng (2- hình 2.13 hay 1 và 4- hình 2.13) lắp then trên trục. Giữa các chùm cực có cuộn dây kích thích 3 đặt trên trục qua ống lót bằng thép. Các đầu của cuộn dây kích thích được nối với các vòng tiếp điện 9 gắn trên trục máy phát. Trục của rôto được đặt trên các ổ bi lắp trong các nắp 6 và 7 bằng hợp kim nhôm. 1,2_Các nữa rô to trái và phải; 3_Cuộn kích từ; 4_Các má cực; 5_Đầu ra cuộn kích thích; 6_Then; 7_Đai ốc và vòng đệm; 8_Trục lắp các vòng tiếp điểm; 9_Các vòng tiếp điểm; 10_Các dây dẫn. Hình 2.13. Các chi tiết chính của ro to máy phát. Trên nắp, phía vòng tiếp điện còn bắt giá đỡ chổi điện 10. Một chổi điện được nối với vỏ máy phát, chổi còn lại nối với đầu ra cách điện với vỏ. Trên trục còn lắp cánh quạt 4 và puli dẫn động 5. + Stato (hình 2.14): là khối thép từ ghép từ các lá thép điện kỹ thuật, phía trong có xe rãnh phân bố đều để đặt cuộn dây phần ứng (tương tự stato của máy phát kích thích bằng NCVC). 1_Khối thép từ; 2_Cuộn dây 3 pha. Hình 2.14.Stato và sơ đồ cuộn dây của máy phát điện xoay chiều. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 17
  18. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Thế hiệu máy phát có thể được chỉnh lưu một phần hay toàn bộ (hình 2.15). a.Chỉnh lưu một phần; b. Chỉnh lưu toàn phần. Hình 2.15. Sơ đồ lắp máy phát điện xoay chiều trên ô tô. a2. Loại không có vòng tiếp điện (hình 2.16). Về những phần kết cấu chính, máy phát điện loại không có vòng tiếp điện nói chung không có gì khác so với loại có vòng tiếp điện. Nó chỉ khác ở chỗ: với mục đích tăng tuổi thọ và độ tin cậy của máy phát, người ta loại bỏ các vòng tiếp điện và chổi điện hay hư hỏng, bằng cách cho các cuộn dây kích thích đứng yên. Do những ưu điểm trên, máy phát điện loại này được sử dụng ngày càng nhiều trên các ôtô làm việc trong điều kiện nặng nhọc và trên các máy kéo nông nghiệp. 1_Stato; 2_Vòng không dẫn từ; 3_Cuộn dây kích thích cố định; 4,5_Các móng cực; 6_Đĩa lắp cuộn dây kích thích. Hình 2.16. Sơ đồ máy phát điện xoay chiều không có vòng tiếp điện. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 18
  19. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Từ các sơ đồ ta thấy: mọi bộ phận của máy phát không có vòng tiếp điện đều có kết cấu tương tự như ở máy phát điện loại có vòng tiếp điện. Chỉ có điểm khác biệt là: cuộn dây kích thích 3 được đặt ngay trên phần ống nhô ra của nắp sau (hình 2.16) hay lắp cố định trên đĩa 6 bắt chặt vào khối thép từ của stato. Tức là cuộn dây kích thích trở thành một bộ phận của stato và điện được dẫn avfo cuộn kích thích qua các đầu nối cố định trên stato. So với các máy phát loại có vòng tiếp điện, máy phát loại không có vòng tiếp điện nói chung có khối lượng và kích thước lớn hơn. Tuy vậy, độ tin cậy cao và tuổi thọ lớn hoàn toàn có thể bù lại được cho những nhược điểm trên của chúng. 2.2. Bộ điều chỉnh. 2.2.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu. 2.2.1.1. Công dụng. Các máy phát điện ô tô máy kéo làm việc trong điều kiện số vòng quay, phụ tải và chế độ nhiệt luôn luôn thay đổi trong một giới hạn rộng. Vì thế, để đảm bảo cho các trang thiết bị điện trên ôtô máy kéo làm việc được bình thường và bảo đảm an toàn cho máy phát, thì phải có bộ điều chỉnh điện để: - Điều chỉnh thế hiệu và hạn chế cường độ dòng điện của máy phát; - Phân phối chế độ làm việc giữa ắc quy và máy phát điện (một chiều) hoặc nối ngắt mạch giữa ắc quy và máy phát (xoay chiều). Tuỳ theo loại máy phát sử dụng trên ô tô mà bộ điều chỉnh điện kèm theo nó có thể gồm có một hay một số bộ phận sau đây: - Rơ le điều chỉnh thế hiệu: làm nhiệm vụ giữ cho thế hiệu máy phát ổn định, không sai lệch khỏi giá trị định mức quá giới hạn cho phép (3% 5%). Khi số vòng quay của máy phát thay đổi, người ta đã xác định được là: nếu thế hiệu máy phát tăng lên 10% 12% so với định mức, thì thời hạn phục vụ của ắc quy và các bóng đèn sẽ giảm đi từ 2 2,5 lần. - Rơ le hạn chế dòng điện: làm nhiệm vụ của bộ phận an toàn, bảo vệ cho máy phát không bị quá tải bởi dòng điện quá lớn, có thể gây cháy hỏng cuộn dây và cách điện của nó. - Rơ le dòng điện ngược: làm nhiệm vụ phân phối chế độ làm việc giữa ắc quy và máy phát một chiều: nối máy phát vào mạch phụ tải khi thế hiệu của nó đạt giá trị SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 19
  20. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải lớn hơn thế hiệu của ắc quy mắc song song với nó và ngắt máy phát ra khi thế hiệu của nó giảm xuống thấp hơn thế hiệu của ắc quy để tránh dòng điện ngược từ ắc quy phóng lại làm cháy hỏng cuộn dây máy phát và có hại cho ắc quy. - Rơ le đống mạch: làm nhiệm vụ nối ắc quy với máy phát xoay chiều khi bật khoá điện và ngược lại: để tránh dòng điện ngược từ ắc quy dò qua bộ chỉnh lưu và các cuộn dây của máy phát khi máy phát không làm việc, làm ắc quy bị mất điện dần. Đối với máy phát một chiều làm việc song song với ắc quy đòi hỏi phải sử dụng ba loại rơ le là: rơ le điều chỉnh thế hiệu (RLĐCTH), rơ le hạn chế dòng điện (RLHCDĐ) và rơ le dòng điện ngược (RLDĐN). Trong thực tế, đôi khi người ta không làm RLHCDĐ riêng mà làm kết hợp với RLĐCTH chung trong một kết cấu. Trong trường hợp đó, rơ le kết hợp này được gọi là RLĐCTH giảm dần (vì nó không đảm bảo giữ cho thế hiệu máy phát ổn định, mà thế hiệu máy phát sẽ giảm dần khi I mf tăng). Thậm chí có trường hợp cả ba loại rơ le trên được làm kết hợp chung trong một kết cấu. Đối với các máy phát điện xoay chiều: do có bộ chỉnh lưu bán dẫn nên việc sử dụng RLDĐN không cần thiết nữa, vì các điốt chỉnh lưu không cho dòng điện đi ngược từ ắc quy sang máy phát. RLHCDĐ cũng không cần thiết nữa, vì đa số các máy phát xoay chiều có đặc tính tự hạn chế dòng lớn. Như vậy, đối với máy phát xoay chiều bộ điều chỉnh điện lúc này chỉ cần có RLĐCTH và RL đóng mạch. 2.2.1.2. Phân loại. + Theo nguyên lý làm việc bộ điều chỉnh điện (ĐCĐ) được chia ra các loại: - Loại rung; - Loại bán dẫn có tiếp điểm điều khiển; - Loại bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển. + Theo số lượng rơ le, loại rung được chia ra: - Loại 1 rơ le; - Loại 2 rơ le; - Loại 3 rơ le; - Loại 4 và loại 5 rơ le. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 20
  21. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Bộ ĐCĐ 4 rơ le được dùng trong trường hợp mạch kích thích của máy phát được phân nhánh. Lúc đó bộ ĐCĐ sẽ có 2 RLĐCTH tương ứng với các nhánh của mạch kích thích. Trong trường hợp cả mạch tải điện của máy phát cũng được phân nhánh, thì bộ ĐCĐ sẽ có thêm 1 rơ le nữa, tức là có 5 rơ le. 2.2.1.3. Yêu cầu. Bộ điều chỉnh điện cần đáp ứng những yêu cầu sau: - Điều chỉnh chính xác; - Làmv iệc tin cậy, ổn định, chịu rung xóc tốt và tuổi thọ cao; - Kết cấu, điều chỉnh, bảo dưỡng và sửa chữa đơn giản; - Giá thành rẻ. 2.2.2. Nguyên lý điều chỉnh thế hiệu và hạn chế dòng điện. Từ phương trình cân bằng mạch điện của máy phát, bỏ qua trở kháng của phần ứng và độ rơi thế trên bộ chỉnh lưu (đối với máy phát xoay chiều): I R E U I R U(1 ­ ­ ) U(1 ) ­ ­ U Trong đó: E = CEn - Suất điện động của máy phát; ở đây:C E - Hằng số kết cấu của máy phát; n - Số vòng quay phần ứng;  - Từ thông của máy phát. U - Thế hiệu máy phát (trên hai đầu cuộn dây phần ứng); Iư, Rư - Dòng điện và điện trở cuộn dây phần ứng. Đối với máy phát xoay chiều Iư là giá trị trung bình của dòng đã chỉnh lưu; I R  ­ ­ - Hệ số phụ tải của máy phát. U (2.1) E n Ta có: U C  (2.2) (1 ) (1 ) E Từ phương trình này ta thấy rằng: - Khi tốc độ và phụ tải của máy phát thay đổi thì thế hiệu của máy phát chỉ có thể điều chỉnh (giữ không đổi) bằng cách thay đổi từ thông , tức là thay đổi dòng điện kích thích của máy phát. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 21
  22. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải - Dòng điện tải của máy phát Imf Iư = (U/Rft) (ở đây Rft - tổng trở của tất cả các phụ tải). Biểu thức này cũng cho thấy rằng: khi phụ tải và số vòng quay của máy phát thay đổi, việc điều chỉnh dòng điện máy phát cũng quy về việc thay đổi dòng kích thích của nó, tương tự như cách điều chỉnh thế hiệu. Để thay đổi dòng điện kích thích có thể dùng hai phương pháp: - Thay đổi giá trị điện trở phụ mắc nối tiếp với cuộn dây kích thích (hình 2.17). - Thay đổi thời gian cắt và nối điện trở phụ vào mạch kích thích khi giá trị điện trở phụ không đổi: Rf = const (hình 2.17b), để thay đổi giá trị hiệu dụng của nó. a.Điện trở phụ có giá trị thay đổi; b.Điện trở phụ có giá trị không đổi. Hình 2.17.Phương pháp thay đổi giá trị dòng kích thích. Phương pháp thứ hai đơn giản hơn và dễ thực hiện điều chỉnh tự động, nên nó được sử dụng rộng rãi trong các bộ ĐCĐ hiện nay. Để thực hiện điều chỉnh tự động thế hiệu và dòng điện máy phát, hệ thống điều chỉnh cần phải có một số bộ phận chức năng liên kết với nhau. Cơ cấu đo gồm bộ phận cảm biến: theo dõi thế hiệu của máy phát và bộ phận định trị: ấn định giá trị thế hiệu định mức của máy phát. 2.3.1. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của RLĐCTH loại rung như trên( hình 2.20). SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 22
  23. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải a.Sơ đồ nguyên lí; b.Sơ đồ cấu tạo. Hình 2.18.Sơ đồ rơ le điều chỉnh thế hiệu loại rung. + Cấu tạo rơ le gồm: khung từ 2; lõi thép 1, trên đó quấn cuộn dây từ hoá W U đặt dưới điện thế của máy phát (mắc song song với nó); cần tiếp điểm 3 có thể quay quanh điểm tựa trên khung từ; tiếp điểm KK': trong đó K là má vít cố định được bắt cách điện với khung từ, còn K' là má vít động được gắn trên cần tiếp điểm 3; lò xo (lx) có khuynh hướng giữ cho tiếp điểm K-K' luôn luôn ở trạng thái đóng; điện trở phụ R f mắc song song với KK'. + Nguyên lý làm việc: - ở trạng thái không làm việc hay khi máy phát làm việc ở số vòng quay nhỏ: lực điện từ tạo nên bởi cuộn dây từ hoá W U là Fđt nhỏ hơn lực kéo của lò lo (F đt a > b > cần 3 > KK' > d > Wkt > (-)MF - Khi tốc độ quay của máy phát tăng lên: thì dòng điện kích thích và thế hiệu của máy phát tăng theo. Khi Umf > Uđm thì dòng qua cuộn dây WU lớn, lực điện từ của nó lúc này thắng lực lò xo (F đt > Flx), hút tiếp điểm KK' mở ra > điện trở phụ lúc này được tự động nối vào mạch kích thích, làm giảm cường độ dòng kích thích và thế hiệu máy phát. Dòng kích thích lúc này sẽ đi theo mạch sau: (+)MF > a > Rf > d > Wkt (-)MF Thế hiệu máy phát giảm làm giảm lực hút điện từ của cuộn dây W U và khi Umf điện trở phụ R f lại bị nối tắt, làm dòng kích thích và thế hiệu máy phát tăng lên. Thế hiệu tăng lên làm tăng lực điện từ của cuộn WU, khi Fđt > Flx KK' lại mở ra. Quá trình đóng - mở tiếp điểm KK' SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 23
  24. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải cứ lặp đi lặp lại theo chu kỳ với một tần số khá lớn (rung) đảm bảo giữ cho thế hiệu máy phát dao động răng cưa quanh giá trị trung bình định mức trong giới hạn cho phép. Loại này tồn tại các nhược điểm và người ta đã khắc phục các nhược điểm đó như sau: - Biên độ dao động của thế hiệu tỷ lệ nghịch với tần số rung của tiếp điểm; - Tần số rung f càng lớn thì biên độ U càng nhỏ, hệ thống điều chỉnh càng nhậy cảm và thế hiệu càng ổn định. Tần số rung f phụ thuộc quán tính cơ và từ của rơ le. Vì thế khi thiết kế phải tìm cách giảm quán tính cơ và từ của nó để tăng tần số đóng mở tiếp điểm. Tuy vậy, để rơ le làm việc ổn định thì nghiên cứu cho thấy: tần số dao động của cần tiếp điểm f phải nhỏ hơn tần số dao động riêng f0 của nó ít nhất là 2 lần, tức là: f 1 C f 0 , trong đó: f (ở đây: C - Độ cứng của lò xo; m - Khối lượng max 2 0 2 m cần tiếp điểm). - Để giảm quán tính cơ: thì cần tiếp điểm phải làm mỏng, nhẹ và có dạng như thế nào để trọng tâm của nó dịch gần trục quay (ví dụ: dạng tam giác hay bán nguyệt). Biện pháp giảm quán tính cơ chỉ có hiệu quả khi công suất của máy phát < 100W. Đối với các máy phát công suất lớn, hệ số tự cảm các cuộn dây rơ le của nó lớn. Vì thế dòng điện và từ thông của cuộn dây từ hoá thay đổi chậm hơn so với sự thay đổi thế hiệu của máy phát, do sự cản trở của SĐĐ tự cảm, tức là rơ le có quán tính từ lớn. - Để giảm quán tính từ của rơ le: cần phải sử dụng các sơ đồ đặc biết để gia tốc quá trình tăng giảm từ thông trong lõi thép của rơ le. Phổ biến nhất hiên nay là sơ đồ dùng điện trở gia tốc (hình 2.19). a.Sơ đồ nguyên lí; b.Sơ đồ kết cấu. Hình 2.19.Sơ đồ rơ le điều chỉnh thế hiệu với điện trở gia tốc. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 24
  25. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Trong sơ đồ này: một đầu của cuộn dây từ hoá không được nối trực tiếp với cực thứ hai của máy phát mà được nối vào một điểm a nào đó giữa điện trở phụ và điện trở gia tốc. Với cách nối như vậy, khi tiếp điểm KK' đóng, thế hiệu đặt lên cuộn dây từ hoá sẽ được xác định theo biểu thức: UU(đ) = Umf - iURgt, vì Rgt nhỏ nên: iU.Rgt 0 và UU(đ) Umf Khi KK' bắt đầu mở, do hiện tượng tự cảm > dòng kích thích vẫn giữ nguyên giá trị và hướng. Dòng điện này chạy qua điện trở gia tốc (vì KK' mở) cùng với dòng iU, làm tăng độ sụt thế trên nó và làm giảm thế hiệu đặt lên cuộn từ hoá: UU(m) = Umf - (Ikt+iU)Rgt So sánh hai biểu thức trên ta thấy rằng: - Vào thời điểm tiếp điểm mở, thế hiệu trên cuộn dây từ hoá giảm đột ngột một lượng với bước nhảy UU=Ikt.Rgt; - Phụ thuộc vào giá trị của I kt và Rgt nó không chỉ thay đổi về giá trị mà còn có thể thay đổi cả về dấu (khi UU>Umf). Sự giảm đột ngột UU gây ra sự giảm đột ngột dòng iU và lực hút điện từ của cuộn dây và lõi thép. Do đó, tiếp điểm dưới tác dụng của lực lò xo sẽ đóng lại nhanh hơn. Khi tiếp điểm đóng, thế hiệu đặt lên cuộn dây từ hoá tăng nhanh lên bằng thế hiệu máy phát nên tiếp điểm lại mở ra ngay. Như vậy khi có điện trở gia tốc, tần số đóng mở tiếp điểm tăng lên. Biện pháp thứ hai để giảm quán tính từ của rơ le là dùng cuộn dây gia tốc. Có nhiều cách đấu cuộn dây gia tốc khác nhau, nhưng nguyên tắc chung là phải đấu sao cho: khi tiếp điểm mở Fđt của lõi thép giảm đột ngột một lượng đáng kể để tiếp điểm nhanh chóng đóng lại, còn khi tiếp điểm đóng lại thì F đt lại tăng đột ngột để tiếp điểm nhanh chóng mở ra. ở đây ta chỉ phân tích loại sơ đồ thông dụng nhất là sơ đồ có cuộn dây gia tốc được đấu song song với cuộn kích thích như trên (hình 2.20). SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 25
  26. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Hình 2.20.Sơ đồ kết cấu và nguyên lí làm việc của RLĐCTH với cuộn dây gia tốc. Khi KK' đóng lại: dòng điện đi từ cực dương máy phát, qua tiếp điểm KK' đến điểm d rồi tách thành hai nhánh: một nhánh qua cuộn dây kích thích còn một nhánh qua cuộn dây gia tốc, rồi trở về cực âm máy phát: (+)MF > KK' > d W kt (-)MF Wgt Chiều dòng điện trong cuộn dây gia tốc trùng với chiều dòng điện trong cuộn dây từ hoá WU, làm cho lực hút điện từ của lõi thép tăng đột ngột > tiếp điểm KK' mở ra ngay. - Khi tiếp điểm mở ra: điện trở phụ được đưa vào mạch kích thich làm dòng kích thích giảm đột ngột và gây ra một SĐĐ tự cảm (e tc). SĐĐ tự cảm này làm xuất hiện dòng tự cảm Itc có chiều trùng với chiều dòng kích thích ban đầu, khép kín mạch qua cuộn dây Wgt theo chiều ngược với chiều dòng điện qua nó lúc tiếp điểm đóng (chiều mũi tên chấm gạch), làm lực hút điện từ của lõi thép giảm đột ngột > nên tiếp điểm đóng lại ngay. Quá trình cứ thế lặp lại với một tần số lớn. Tóm lại: nhờ các phần tử gia tốc (hoặc là cuộn dây hoặc là điện trở), tần số đóng mở tiếp điểm tăng lên nhiều, đạt khoảng 150 250 chu kỳ trong một giây. Tuy vậy, các biện pháp này có nhược điểm là làm giảm tính ổn định của thế hiệu điều chỉnh: khi n tăng thì thế hiệu điều chỉnh tăng theo và có thể tăng tới 15% ở số vòng quay cực đại. Điều đó xảy ra là do sự giảm sức từ động (tác dụng từ hoá) của cuộn dây WU khi n tăng. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 26
  27. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Quy luật thay đổi thế hiệu của máy phát có dạng như trên (hình 2.21). Để khắc phục nhược điểm này người ta sử dụng các cơ cấu cân bằng 9điện trở hoặc cuộn dây) mắc theo sơ đồ như trên hình (2.22). a- Cuộn dây cân bằng; b- Điện trở cân bằng. Hình 2.22. Rơ le điều chỉnh thế hiệu có điện trở gia tốc và cơ cấu cân bằng. Trên hình 2.25 là sơ đồ nguyên lý của RLĐCTH với cuộn dây cân bằng. Cuộn dây cân bằng được đấu nối tiếp với cuộn dây kích thích và quấn ngay trên lõi thép của rơ le theo chiều sao cho lực từ hoá của nó ngược chiều với lực từ hoá của cuộn dây từ hoá chính. Khi máy phát làm việc sẽ có dòng kích thích chạy qua cuộn W cb và nó sinh ra một sức từ động: cb = IktWcb (Wcb - số vòng dây của cuộn dây cân bằng). Như vậy sức từ động tổng của rơ le (trong trườmg hợp không có bộ phận gia WU tốc):  U cb U mftb I kt Wcb RWu SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 27
  28. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Thay giá trị này vào phương trình cơ bản, ta được phương trình cân bằng sức từ WU động: U mftb I kt Wcb C Flx , từ đó rút ra: RWu RWu U mftb (C Flx I kt Wcb ) , hay: WU RWu I kt WcbRWu U mftb C Flx WU WU Như vậy, trong trường hợp chưa tính đến ảnh hưởng của bộ phận gia tốc, thì do ảnh hưởng của riêng cuộn cân bằng, thì: - Thế hiệu máy phát luôn luôn lớn hơn trường hợp trên lõi thép chỉ có cuộn dây I kt WcbRWu từ hoá chính WU, một lượng tỷ lệ với dòng điện kích thích là . WU - Đặc tính máy phát trong trường hợp này được biểu diễn bằng đường chấm gạch (3) trên hình 2.23. Thế hiệu của máy phát giảm dần theo số vòng quay do dòng kích giảm. Hình 2.23. Sơ đồ nguyên lý của rơ le điều chỉnh thế hiệu với cuộn dây cân bằng. Khi bộ điều chỉnh có cả điện trở gia tốc và cuộn cân bằng thì quy luật thay đổi thế hiệu máy phát sẽ có dạng như đường cong tổng hợp (4). Bằng cách chọn các thông số thích hợp, ta có thể nhận được đường thế hiệu máy phát nằm ngang, tức là không thay đổi khi n thay đổi trong khoảng làm việc của RLĐCTH. Đường 4 trên hình 2.23 nằm cao hơn đường đặc tính chuẩn (1). Tuy vậy có thể dễ dàng đưa nó dịch xuống dưới nằm trùng với đường chuẩn bằng cách hiệu chỉnh một chút lực căng lò xo. mắc nối tiếp với mạch kích thích của máy phát. Dòng kích thích khi SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 28
  29. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải đi qua điện trở cân bằng sẽ gây độ sụt thế U Rcb. Để thấy tác dụng của điện trở cân bằng, ta xét trường hợp trong rơ le chưa có điện trở gia tốc (Rgt=0), lúc đó: U mftb U U (I kt IU )Rcb U U I kt Rcb (Do dòng IU<<Ikt nên độ sụt thế I U.Rcb có thể bỏ qua). Mà U U có thể xác định từ phương trình cân bằng sau:  RWu U U IU RWu RWu C Flx WU WU Từ đó tính được: RWu U mftb C Flx I kt Rcb WU WcbRWu Nếu chọn thìRc bhai công thức U hoàn toàn trùng nhau, tức là vai WU trò của điện trở cân bằng hoàn toàn tương tự như cuộn dây cân bằng. So sánh hai sơ đồ thì sơ đồ với R cb đơn giản hơn, vì trên lõi thép của rơ le không có thêm cuộn dây phụ nào khác. Tuy vậy, sơ đồ với R cb có nhược điểm là làm tăng tổng trở mạch kích thích, do đó tăng nbđ (tức là làm quá trình tự kích thích của máy phát điện bị kéo dài thêm) vì Rcb thường lớn gấp vài lần RWcb. 2.3.1.1. Công suất mở tiếp điểm và các biện pháp giảm tia lửa ở tiếp điểm. Vào thời điểm tiếp điểm mở, do SĐĐ tự cảm sinh ra trong cuộn dây kích thích, nên dòng kích thích không thể thay đổi đột ngột mà vẫn giữ nguyên giá trị và hướng. Dòng điện này đi qua điện trở phụ và gây nên độ sụt thế trên nó: UK=Ikt.Rf Đó cũng chính là thế hiệu đặt lên các tiếp điểm của rơ le khi chúng bắt đầu mở. Rõ ràng thế hiệu này thay đổi tỷ lệ với giá trị dòng kích thích và đạt giá trị max ở số vòng quay nhỏ (khi Ikt=Iktmax) và giá trị min ở số vòng quay cao (khi Ikt=Iktmin). Nghiên cứu cho thấy: thế hiệu U K và dòng kích thích đi qua tiếp điểm khi nó sắp mở càng lớn, thì khi tiếp điểm mở sẽ xuất hiện tia lửa càng mạnh phóng qua các má vít. Tia lửa gây mòn, cháy và ô xy hoá tiếp điểm. Các má vít bị mòn, rỗ và ô xy hoá nhiều sẽ tiếp xúc không tốt, làm gián đoạn mạch kích thích và máy phát có thể không tự kích thích được. Nếu tia lửa quá mạnh có thể làm tiếp điểm bị nóng chảy, dính lại không mở SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 29
  30. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải ra được nữa > lúc đó rơ le mất tác dụng > thế hiệu máy phát sẽ tăng lên theo n > làm các phụ tải có thể bị cháy hỏng. Để đánh giá tác động phá huỷ tiếp điểm của tia lửa, người ta dùng khái niệm 2 công suất mở tiếp điểm: PK = UK.Ikt = Ikt .Rf. Công suất mở tiếp điểm là một đại lượng quy ước xác định tuổi thọ và khả năng làm việc của tiếp điểm. Để tiếp điểm làm việc được bình thường thì công suất mở tiếp điểm không được 2 vượt quá giá trị quy định: PKmax = Ikt .Rf 100 200 (W). Do đó khi PKmax lớn thì phải tìm cách giảm giá trị của nó. Để giảm PKmax có thể áp dụng các biện pháp sau: + Giảm Ikt: Khi giảm Ikt thì để đảm bảo công suất của máy phát phải tăng kích thước cuộn kích thích. Điều đó làm tăng kích thước và trọng lượng máy phát. Để tránh nhược điểm trên người ta phân nhánh mạch kích thích (hình 2.24) và dùng RLĐCTH kép (gồm 2 rơ le: mỗi rơ le đảm nhận một nhánh). Biện pháp này cho phép giảm dòng kích thích đi qua tiếp điểm nhưng không giảm dòng kích thích tổng của máy phát và thường dùng khi công suất máy phát 1000 W. Hình 2.24. Sơ đồ rơ le điều chỉnh thế Hình 2.25. Sơ đồ dùng đi ốt hiệu phân nhánh mạch kích thích. mắc song song với cuộn dây kích thích. + Dùng điện trở và điốt bán dẫn mắc song song với cuộn kích thích của máy phát (hình 2.25): Khi dùng điốt mắc như vậy, dòng tự cảm sinh ra khi KK' mở sẽ khép kín qua hai mạch có chiều như trên hình vẽ: SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 30
  31. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải - Mạch qua điốt với dòng Iđ; - Mạch qua máy phát và điện trở phụ với dòng IK. Về giá trị: Iđ + IK = Ikt, nhưng do IK nấc 1 sẽ mất tác dụng điều chỉnh (cặp tiếp điểm 1-2 luôn luôn mở) thì nấc 2, tức cặp tiếp điểm 2-3 bắt đầu làm việc. - Nấc 2: Khi 2-3 đóng > Wkt bị nối tắt > I kt giảm > Umf giảm > 2-3 mở ra. Khi 2-3 mở > Ikt tăng lên > Umf tăng > 2-3 đóng lại. Quá trình trên cứ lặp lại theo chu kỳ giữ cho thế hiệu máy phát không tăng qúa giới hạn cho phép. Để cho thế hiệu giữa hai nấc không chênh lệch nhau nhiều thì cần phải điều chỉnh chính xác hành trình tiếp điểm, tức là phải đảm bảo khe hở giữa cặp má vít 2-3 (khi 1-2 đóng) nhỏ hơn 0,5 mm. Với khe hở nhỏ như vậy, khi bị bụi bẩn hay khi mặt má vít bị lồi lõm, tiếp điểm dễ bị kẹt làm rơ le mất tác dụng điều chỉnh. Mặt khác, đối với các máy phát hệ 24V thì biện pháp này ít hiệu quả: khi rơ le làm việc vẫn có tia lửa mạnh ở tiếp điểm. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 31
  32. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Những nhược điểm cơ bản trên làm giảm độ tin cậy và tính ổn định làm việc của RLĐCTH hai nấc. Vì thế mà RLĐCTH loại này ít được sử dụng. 2.3.2. Rơ le dòng điện ngược (RLDĐN) và rơle đóng mạch (RLĐM). 2.3.2.1. Rơ le dòng điện ngược (RLDĐN) Trên ô tô máy kéo, ắc quy và máy phát làm việc song song và bổ sung cho nhau (hình 2.29). Hình 2.27. Sơ đồ nguyên lý quá trình làm việc song song giữa ắc quy và máy phát. RL1- Rơ le điều chỉnh thế hiệu; RL2- Rơ le dòng điện ngược. Chế độ làm việc giữa ắc quy và máy phát được điều chỉnh tự động phụ thuộc vào số vòng quay của máy phát và giá trị của phụ tải. Theo định luật Kiếc khốp ta có thể viết được các phương trình cân bằng cho đoạn mạch ắc quy - máy phát (chiều của các dòng điện được giả thiết như trên hình vẽ) như sau: Imf = In + Ift (2.3) ở đây: In - Dòng điện nạp ắc quy; Ift - Dòng điện cung cấp cho các phụ tải. Nếu bỏ qua điện trở các dây dẫn, thì: Emf - Eaq = E = In.raq + Imf.rmf (2.4) ở đây: rmf, raq - Điện trở trong của máy phát và ắc quy. Từ phương trình (2.40) có thể rút ra được: (2.5) (Emf Imf rmf ) Eaq U mf Eaq I n raq raq SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 32
  33. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Hay thay (2.5) vào (2.4) thì: (2.6) E Ift rmf Emf Eaq I nraq (I n Ift )rmf In raq rmf Từ các biểu thức của In, rõ ràng rằng: - Khi Umf > Eaq thì In > 0: tức là ở số vòng quay trung bình và cao, thì máy phát đảm bảo vừa cung cấp điện cho các phụ tải vừa nạp điện cho ắc quy; - Nếu E = const: thì khi phụ tải, tức I ft tăng > In sẽ giảm. Lúc E = Ift.rmf thì In = 0. Còn khi E In Eaq và ngắt mạch đó khi Umf < Eaq. Cấu tạo của RLDĐN như trên hình 2.30. a- Sơ đồ; b- Đặc tính. Hình 2.28. Sơ đồ và đặc tính của rơ le dòng điện ngược (RLDĐN). SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 33
  34. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Sun từ Đến cuộn đánh lửa Hình 2.30. Sơ đồ bộ điều chỉnh điện PP-115. B3- Khoá điện; B- Công tắc điện; M- Mát. Rơ le cũng gồm khung từ, lõi thép, cần tiếp điểm, tiếp điểm và lò xo tương tự nư ở RLĐCTH. Nhưng có điểm khác là: - Tiếp điểm ở đây bình thường (khi rơ le chưa làm việc) ở trạng thái mở; - Trên lõi thép của RLDĐN có hai cuộn dây: cuộn từ hoá chính có nhiều vòng và đường kính dây nhỏ mắc song song với máy phát gọi là cuộn đóng mạch (Wđg) và cuộn từ hoá phụ gồm một số vòng dây với đường kính lớn, mắc nối tiếp giữa ắc quy và máy phát ở mạch phụ tải. - Ở trạng thái không làm việc: tiếp điểm KK' (dưới tác dụng của lực lò xo) mở, do đó tất cả các phụ tải đều dùng điện của ắc quy. - Sau khi khởi động động cơ: máy phát bắt đầu làm việc > trong cuộn dây đóng mạch xuất hiện dòng điện I đg từ hoá lõi thép của rơ le. Số vòng quay và thế hiệu của máy phát tăng dần làm Iđg tăng theo. - Khi thế hiệu máy phát đạt giá trị U đg > Eaq (ứng với số vòng quay n đg): thì lực từ hoá đủ lớn, thắng được lực lò xo hút cần tiếp điểm xuống làm tiếp điểm KK' đóng lại. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 34
  35. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Thế hiệu của máy phát ở thời điểm đóng tiếp điểm được xác định theo công thức rút ra từ phương trình cơ bản tương tự công thức của RLĐCTH: RWdg U dg Cm Flx (2.7) Wdg ở đây: C - Hằng số phụ thuộc mạch từ; RWđg, Wđg - Điện trơ và số vòng dây của cuộn dây đóng mạch; m - Khe hở không khí giữa cần tiếp điểm và lõi thép khi rơ le ở trạng thái mở. Thế hiệu đóng mạch thường bằng 12,5 13,5V, đây là mốc thứ nhất để điều chỉnh rơ le. Giá trị của thế hiệu này được điều chỉnh bằng cách thay đổi sức căng lò xo và khe hở không khí m. - Khi KK' đóng: xuất hiện dòng điện Imf0 chạy trong mạch: (+)MF > a > WIng > b > KK' > (AQ+Phụ tải) > (-)MF Làm thế hiệu máy phát giảm đột ngột một lượng bằng độ sụt thế trong cuộn dây phần ứng U = Imf0.RƯ. Dòng điện phụ tải lúc này chạy qua cuộn W Ing theo chiều trùng với chiều dòng điện trong cuộn dây W đg, làm tăng lực từ hoá tổng và tiếp điểm đóng chắc hơn. - Sau khi KK' đóng: nếu số vòng quay tăng thì U mf và Imf tăng lên, sau đó được giữ không đổi bằng Uđm nhờ RLĐCTH. Như vậy: Eaq KK' > b > WIng > a > (+)MF > Rôto MF > (-)MF > (-)AQ Chiều dòng điện trong cuộn dây W Ing lúc này ngược với chiều ban đầu nên làm lực từ hoá tổng giảm đột ngột và tiếp điểm mở ra nhanh do Flx > Fđt. Lúc tiếp điểm mở ra ta có phương trình cân bằng sức từ động như sau: Wdg m Wdg WIng U m I ng WIng Cdg Flx RWdg ở đây: SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 35
  36. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải đg - Khe hở không khí giữa cần tiếp điểm và lõi thép khi KK' ở trạng thái đóng; Um - Thế hiệu máy phát ứng với lúc tiếp điểm mở. Nếu cho rằng Um Eaq thì có thể xác định được giá trị dòng điện ngược ứng với lúc tiếp điểm mở: W C dg dg (2.8) I ng Eaq Flx RWdgWIng WIng Để cho máy phát khỏi bị ảnh hưởng nhiều bởi dòng điện ngược và ắc quy đỡ mất điện, thì Ing phải có một giá trị nhất định 6A. Giá trị I ng là mốc thứ hai để điều chỉnh RLDĐN. Ing cũng được điều chỉnh bằng cách thay đổi Flx và khe hở đg. Chú ý: - Trên sơ đồ: đầu cuộn dây W đg được nối trực tiếp với cực (+) của máy phát. Nhưng trong thực tế, để đơn giản cho việc chế tạo, đầu dây này được nối luôn vào điểm b. Vì RWIng và WIng rất nhỏ so với R đg và Wđg, nên cách đấu như vậy không ảnh hưởng đến quá trình làm việc của rơ le. - Khi sử dụng máy phát xoay chiều thì RLDĐN không cần thiết nữa, vì các điốt chỉnh lưu không cho dòng điện đi theo chiều ngược từ ắc quy sang máy phát. Tuy vậy, người ta vẫn thường dùng các rơ le đóng mạch để đóng ngắt mạch điện giữa ắc quy và máy phát. Khi máy phát không làm việc, nó được ngắt mạch với ắc quy để tránh dòng rò qua bộ chỉnh lưu (tuy rất nhỏ). - Ngoài rơ le đóng mạch, người ta còn dùng công tắc điện để ngắt mạch ắc quy - máy phát khi xe đỗ lâu mà động cơ vẫn làm việc (lúc này rơ le đóng mạch vẫn đóng do khoá điện bật). 2.3.2.2. Rơ le đóng mạch (RLĐM) Về cấu tạo, RLĐM khác RLDĐN ở chỗ: nó chỉ có một cuộn dây từ hoá chính Wđg. Về đặc điểm làm việc thì nó không làm việc tự động mà được điều khiển bằng khoá điện nối mạch đánh lửa. Trên hình 2.31 là sơ đồ bộ điều chỉnh điện với RLĐM dùng cho máy phát xoay chiều. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 36
  37. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải 2.3.3. Rơ le hạn chế dòng điện. Để bảo vệ cho máy phát khỏi quá tải trong những trường hợp như: - Khi ắc quy bị phóng điện nhiều; - Phụ tải quá lớn hoặc có những hư hỏng trong mạch điện. Người ta dùng một cơ cấu điện từ phụ gọi là rơ le hạn chế dòng điện (RLHCDĐ). Rơ le này tự động hạn chế, giữ cho dòng điện mà máy phát phát ra không vượt quá giá trị cho phép. Nguyên lý làm việc của RLHCDĐ tương tự nguyên lý làm việc của RLĐCTH, chỉ khác ở chỗ: cuộn dây từ hoá chính W I của nó (có đường kính dây khá lớn, số vòng dây ít) được mắc nối tiếp trong mạch phụ tải (hình2.85). Sức từ động của cuộn WI trong trường hợp này bằng: WI = Imf.WI ở đây: Imf - Dòng điện mà máy phát cung cấp cho phụ tải; WI - Số vòng dây của cuộ từ hoá WI. Thay giá trị này vào phương trình cơ bản của rơ le, ta được: C Imf .WI C Flx Imf Flx (2.9) WI Như vậy, nếu việc điều chỉnh không thay đổi, tức là giá trị  và F lx cố định thì Imf sẽ được hạn chế ở một giá trị không đổi. Hình 2.31. Sơ đồ nguyên lý rơ le hạn chế dòng điện. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 37
  38. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Trong BĐC điện dùng cho máy phát một chiều, RLHCDĐ được sử dụng cùng với RLĐCTH. Trên hình 2.33 là sơ đồ nối dây (a) và đặc tính của máy phát khi làm việc với hai loại rơ le này ở những số vòng quay khác nhau. Nối với đầu cuộn WIng a- Sơ đồ; b- Đặc tính. Hình 2.32. Sơ đồ nối rơ le điều chỉnh thế hiệu và rơ le hạn chế dòng điện. Các tiếp điểm của hai rơ le được mắc nối tiếp và làm việc như sau: - Trong khoảng thay đổi I mf từ 0 đến I đm: chỉ có RLĐCTH làm việc, giữ cho thế hiệu máy phát không đổi. RLHCDĐ lúc này không làm việc và tiếp điểm của nó đóng. - Khi Imf > Iđm: RLHCDĐ làm việc, tiếp điểm của nó đóng mở theo chu kỳ, làm cho dòng điện máy phát cũng có dạng răng cưa dao động xung quanh I đm. Lúc này thế hiệu máy phát sẽ giảm dọc theo đường I đm = const, do đó RLĐCTH không làm việc và tiếp điểm của nó luôn đóng. Do RLĐCTH và RLHCDĐ làm việc không đồng thời, nên có thể thay hai điện trở phụ Rf1 và Rf2 của từng rơ le bằng một điện trở chung mắc song song với các tiếp điểm. Tuy vậy trong thực tế người ta vẫn thường dùng hai điện trở riêng rẽ vì giá trị điện trở phụ cần thiết cho mỗi rơ le không giống nhau. U Rf1 RWkt I kt min 0 U Rf2 RWkt I kt min t Do Iktmint >> Iktmin0 nên Rf2 << Rf1, ở đây: Iktmin0 và Iktmint là giá trị dòng kích thích nhỏ nhất của máy phát khi không tải và khi có tải. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 38
  39. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Trong thực tế đôi khi người ta làm kết hợp RLĐCTH và RLHCDĐ vào chung một kết cấu, tức là làm một rơ le đồng thời vừa làm chức năng của RLĐCTH vừa làm chức năng của RLHCDĐ - Rơ le có chức năng như vậy được gọi là RLĐCTH giảm dần. Về cấu tạo: RLĐCTH giảm dần giống RLĐCTH đã khảo sát, chỉ khác ở chỗ: trên lõi thép của rơ le có hai cuộn dây từ hoá: cuộn W U mắc song song và cuộn WI mắc nối tiếp trong mạch phụ tải quấn cùng chiều với cuộn WU (hình 2.87). Đến các phụ tải Hình 2.33. Rơ le điều chỉnh thế hiệu giảm dần. a- Sơ đồ đấu dây; b- Đặc tính. Lõi thép của rơ le như vậy được từ hoá bởi sức từ động của cả hai cuộn dây: WU  WU WI U mf Imf WI RWu Thay giá trị này vào phương trình cơ bản của rơ le, ta được phương trình cân bằng sức từ động: WU U mf Imf WI C Flx RWu Từ đó rút ra: RWu (2.10) U mf (C Flx Imf WI ) WU Phương trình (2.10) cho thấy rằng: thế hiệu máy phát sẽ không được điều chỉnh ổn định mà nó sẽ giảm khi Imf tăng. Đặc tính như vậy được gọi là đặc tính thế hiệu giảm dần. Và cũng vì lý do đó mà RLĐCTH loại này được gọi là RLĐCTH giảm dần. Đặc tính thế hiệu giảm dần có tác dụng hạn chế sự quá tải của máy phát. Vì khi dòng điện tải tăng thì Umf giảm, hạn chế khả năng tăng dòng điện. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 39
  40. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Khi sử dụng RLĐCTH giảm dần thì bộ điều chỉnh điện chỉ còn hai rơ le. Do đó nó được gọi là bộ ĐCĐ hai rơ le. Các bộ ĐCĐ hai rơ le có cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn và giá thành hạ nên thường được sử dụng nhiều trên các xe mô tô, ô tô du lịch cỡ nhỏ, mặc dù chất lượng làmv iệc có kém hơn bộ ĐCĐ loại ba rơ le. Trên hình 2.35 là sơ đồ bộ điều chỉnh điện PP315-B dùng cho máy phát điện một chiều G214-A1 với ba rơ le điều chỉnh kết nối với nhau. 1_Khung từ; 2_Lõi thép; 3_Cuộn dây đóng mạch; 4_Cuộn WIng; 5,11_Cần tiếp điểm; 6_Bộ phận hạn chế độ nâng của cần tiếp điểm; 7;9;10_Tiếp điểm; 8_Cuộn W I; 12_Vít điều chỉnh; 13_Cuộn Wu của RLĐCTH; 14_Công tắc điều chỉnh theo mùa; 15_Cuộn dây cân bằng; 16_Rf1; 17_Rft; 18_ Rf2; 19_Cuộn dây kích thích; 20_Công tắc nối mass; 21_ Acqui. Hình 2.34. Sơ đồ bộ điều chỉnh điện PP315_B. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 40
  41. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải 2.3. Bộ chỉnh lưu. 2.3.1. Nhiệm vụ. Bộ chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Bộ chỉnh lưu được áp dụng làm nguồn điện áp một chiều; làm nguồn điện một chiều có điều khiển cấp cho các thiết bị mạ, thiết bị hàn một chiều ; nguồn điện cho các truyền động động cơ điện một chiều, nguồn cung cấp cho mạch kích từ của máy điện một chiều hoặc máy điện đồng bộ. Bộ chỉnh lưu còn dùng để chuyển đổi điện xoay chiều thành dạng một chiều để truyền tải đi xa. 2.3.2. Một số bộ chỉnh lưu thường dùng. 2.3.2.1. Bộ chỉnh lưu 6 diod. Hình 2.35 Bộ chỉnh lưu 6 diod. Để biến đổi dòng điện xoay chiều của máy phát sang dòng điện một chiều, ta dùng bộ chỉnh lưu 6 diode, 8 diode hoặc 14 diode. Đối với máy phát cócông suất lớn (P > 1000 W), sự xuất hiện sóng đa hài bậc 3 trong thành phần của hiệu điện thế pha do ảnh hưởng của từ trường các cuộn pha lên cuộn kích làm giảm công suất máy phát. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 41
  42. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải 2.3.2.2. Bộ chỉnh lưu 8 diod. Hình 3.36. Bộ chỉnh lưu 8 diod. Vì vậy người ta sử dụng cặp diode mắc từ dây trung hoà để tận dụng sóng đa hài bậc 3, làm tăng công suất máy phát khoảng 10 – 15% (hình 3.37). Trong một số máy phát, người ta còn sử dụng 3 diode nhỏ (diode trio) mắc từ các pha để cung cấp cho cuộn kích đồng thời đóng ngắt đèn báo nạp. 2.3.2.3. Bộ chỉnh lưu 14 diod. 1. Accu; 2. Cuộn kích (G); 3. Cuộn dây stator; 4. Diode chỉnh lưu (+); 5. Diode chỉnh lưu (-); 6. Diode trio; 7. Các diode công suất; 8. Diode chỉnh lưu dòng trung hòa; 9. Tụ điện; 10. Đầu cuối của cuộn dây máy phát (W). Hình 2.37 Bộ chỉnh lưu 8 diod. Hoạt động của bộ chỉnh lưu: Trên hình 2.38 là sơ đồ của máy phát chỉnh lưu 3 pha có bộ nắn dòng mắc theo sơ đồ nắn dòng 2 nửa chu kỳ, 3 pha. Các cuộn dây stator được SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 42
  43. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải đấu dạng sao. Với kiểu mắc này thì quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện trên dây và trên pha là: Un = 3 UΦ và In = IΦ Ta giả thiết rằng tải của máy phát là điện trở thuần. Điện áp tức thời trên các pha A, B, C là: UA = Umsinωt UB = Umsin(ωt - 2π/3) UC = Umsin(ωt + 2π/3) Trong đó: Um : điện áp cực đại của pha. ω = 2πf = 2π.n.p/ 60 là vận tốc góc. Hình 2.38. Sơ đồ chỉnh lưu máy phát 3 pha và điện áp sau khi chỉnh lưu. Ta cũng giả thiết là các diode mắc ở hướng thuận có điện trở Rt vô cùng bé (Rt = 0) còn ở hướng ngược thì rất lớn (Rn = ∞). SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 43
  44. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Trên sơ đồ chỉnh lưu 3 pha này có 6 diode; 3 diode ở nhóm trên hay còn gọi là các diode dương (VD1, VD3, VD5), có catod được nối với nhau; Nhóm dưới còn gọi là các diode âm (VD2, VD4, VD6) có các anode được nối với nhau. Ở hướng dẫn điện, một diode nhóm trên dẫn điện khi anode của nó có điện thế cao hơn, còn ở nhóm dưới diode dẫn có điện thế thấp hơn. Vì vậy, ở một thời điểm bất kỳ đều có 2 diode hoạt động, một diode cực tính dương (phía trên) và một diode cực tính âm (phía dưới). Mỗi diode sẽ cho dòng điện qua trong 1/3 chu kỳ (T/3). Điện thế dây của máy phát được đưa lên bộ chỉnh lưu. Điện áp chỉnh lưu được xác định bởi các tung độ nằm giữa các đường cong trên và dưới (hình 2.39) của điện áp pha UA, UB, UC. Vì vậy, điện áp chỉnh lưu tức thời Umf sẽ thay đổi và tần số xung động của điện áp chỉnh lưu lớn hơn tần số của điện áp pha 6 lần. 2.3.2.4. Điều khiển đầu ra bằng bộ điều áp IC: Hình 2.40. Điều khiển đầu ra bằng bộ điều áp IC. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 44
  45. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Hoạt động bình thường : Hình 2.41. Chế độ hoạt động bình thường khi động cơ tắt. (1) Khi khoá điện ở vị trí ON và động cơ tắt máy: 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 Tranzisto Tr1 được mở ra làm cho dòng kích từ chạy trong cuộn dây rôto. ở trạng thái này dòng điện chưa được tạo ra do vậy bộ điều áp làm giảm sự phóng điện của ắc qui đến mức có thể bằng cách đóng ngắt Tranzisto 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 Tranzisto Tr2 để bật đèn báo nạp (2) Khi máy phát đang phát điện (điện áp thấp hơn điện áp điều chỉnh) : Động cơ khởi động và tốc độ máy phát tăng lên, mạch M.IC mở Tranzisto Tr1 để cho dòng kích từ đi qua và do đó điện áp ngay lập tức được tạo ra. ở thời điểm này nếu điện áp ở cực B lớn hơn điện áp ắc 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 Tranzisto Tr2 để tắt đèn báo nạp SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 45
  46. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Hình 2.42. Chế độ hoạt động bình thường khi động cơ mở máy. (3) Khi máy phát đang phát điện (điện áp cao hơn điện áp điều chỉnh) : Nếu Tranzisto 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 Tranzisto Tr1. Kết quả là dòng kích từ ở cuộn dây rôto giảm dần thông qua điốt Đ1 hấp thụ điện từ ngược và 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 Tranzisto Tr1. Do đó dòng kích từ của cuộn dây rôto tăng lên và điện áp ở cực B cũng tăng lên. Bộ điều áp IC 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. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 46
  47. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Hình 2.43. Khi máy phát đang phát điện (điện áp cao hơn điện áp điều chỉnh) . Hoạt động không bình thường : (1) Khi cuộn dây Rôto bị đứt: Hình 2.43. Hoạt động không bình thường khi cuộn dây Rôto bị đứt. Khi máy phát quay, nếu cuộn dây Rôto bị đứt thì máy phát không sản xuất ra điện và điện áp ở cực P = 0. Khi mạch M.IC xác định được tình trạng này nó mở Tranzisto Tr2 để bật đèn báo nạp cho biết hiện tượng không bình thường này. (2) Khi cuộn dây Rôto bị chập (ngắn mạch): Khi máy phát quay nếu cuộn dây rôto 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 được tình trạng này nó sẽ đóng Tranzisto Tr1 để bảo vệ và đồng thời mở Tranzisto Tr2 để bật đèn báo nạp để cảnh báo về tình trạng không bình thường này. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 47
  48. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Hình 2.44. Hoạt động không bình thường khi cuộn dây Rôto bị ngắn mạch. (3) Khi cực S bị ngắt :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 Tranzisto 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 Tranzisto Tr1 do đó điện áp ở cực B được điều chỉnh (xấp xỉ 14 V) để ngăn chặn sự tăng điện áp không bình thường ở cực B. Hình 2.45. Hoạt động không bình thường khi cực S bị ngắt. (4) 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 cực S) sẽ giảm dần. Khi điện áp ở cực S giảm, bộ điều áp IC 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 điều áp IC. Khi điện áp ở cực S thấp (11 tới 13 V) mạch M.IC sẽ điều chỉnh để ắc qui không được SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 48
  49. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải nạp. Sau đó nó mở tranzito Tr2 để bật đèn báo nạp và điều chỉnh dòng kích từ để sao cho điện áp ở cực B giảm đồng thời bảo vệ máy phát và bộ điều áp IC. Hình 2.46. Hoạt động không bình thường khi cực B bị ngắt. (5) 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 rôto mà không qua cực tranzisto Tr1. Kết quả là [điện áp ra của máy phát trở lên rất lớn vì dòng kích từ không được điều khiển bởi tranzisto Tr1 thậm trí điện áp ở cực S sẽ vượt điện áp điều chỉnh. Nếu mạch M.IC xác định được cực này nó sẽ mở tranzisto Tr2 để bật đèn báo nạp để chỉ ra sự không bình thường này. Hình 2.47. Hoạt động không bình thường khi có sự ngắn mạch giữa cực F và cực E. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 49
  50. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải 2.3.2.4. Chọn sơ đồ mạch hệ thống cung cấp: Ro le IG/SW R5 C D6 D7 D8 R3 R1 Rt D12 D2 Cầu chì D1 D11 T2 T1 Wkt D10 Cuộn dây stato R2 R R4 D3 D4 D5 Ac qui Ðèn báo nạp Máy phát Bộ chỉnh lưu Bộ tiết chế Hình 2.39. Sơ đồ tổng mạch điện hệ thống cung cấp. Nguyên lý hoạt động: 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 hoà và T2 đóng. Dòng điện trong cuộn W kt giảm khiến điện áp máy phát giảm theo. D 1 sẽ đóng trở lại làm T 1 đóng và T 2 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 D2 dùng để bảo vệ transistor T2. Trong sơ đồ này người ta sử dụng mạch hồi tiếp âm bao gồm Rs và tụ C. Khi T2 chớm đóng, điện áp tại cực C tăng làm xuất hiện dòng nạp Ic (W kt → 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 T 2 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 T 1 có giá trị: UBE1 = (I – Ic)R khiến T1 chuyển nhanh sang trạng thái đóng và T 2 chuyển nhanh sang trạng thái bão hòa. Như vậy, mạch hồi tiếp giúp tăng tần số đóng mở của tiết chế. 3. Tính toán và chọn công suất máy phát. 3.1.Tính toán công suất của phụ tải trên ô tô : SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 50
  51. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải Công suất tổng của máy phát được xác định từ công suất cung cấp cho các tải liên tục và tải gián đoạn trên ô tô. Công suất tổng: P = P1 + P2. Với P1: Công suất cung cấp cho tải hoạt động liên tục. P1=  Pi. P2: Công suất cung cấp cho tải hoạt động gián đoạn.  i: Hệ số sử dụng của tải. P2=  Pi  i 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: Bảng phân tích hệ số sử dụng đối với các phụ tải hoạt động gián đoạn: STT Phụ tải hoạt động gián Phân tích hệ số sử dụng Hệ số sử đoạn dụng 1 Radio Rất ít khi sử dụng khi xe hoạt động, chỉ dùng khi xe đi vào các 0,1 khu vực bắt buộc bật Radio để nghe sự chỉ dẫn của khu vực đó. 2 Đèn báo trên Taplô Sử dụng ít,các đèn chỉ sáng khi người lái xe nhấn nút điều khiển 0,2 các đèn báo rẽ và các thiết bị khác. 3 Đèn kích thước Dùng vào ban đêm để cho các xe phía sau nhận biết được kích 0,5 thước của xe phía trước và luôn hoạt động cùng với đèn cốt khi xe được bật đèn. 4 Đèn đỗ xe Dùng khi xe đổ trong thời gian ngắn. 0,1 5 Đèn cốt Dùng khi xe đi vào ban đêm, các hầm đường bộ. 0,5 6 Đèn pha Dùng khi muốn vượt qua xe khác vào ban đêm, khi đi trên đường 0,15 không có đèn chiếu sáng hai bên để tăng khả năng chiếu sáng SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 51
  52. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải giúp cho lái xe dễ quan sát. 7 Đèn biển số Dùng vào ban đêm và nó hoạt động cùng với đèn kích thước, đèn 0,5 cốt. 8 Đèn báo rẽ Dùng khi xe muốn thay đổi hướng di chuyển khi đang đi trên 0,1 đường thẳng. 9 Đèn stop Dùng khi xe phanh lại. 0,1 10 Đèn trần Dùng khi xe đi ban đêm, vào đường hầm, khi trời mưa quang 0,3 cảnh âm u. 11 Motor điềukhiển kính Dùng khi máy điều hòa trong xe bị hỏng tạm thời, khi cần lấy vật 0,15 nào đó ở phía ngoài xe mà không cần mở cửa xe. 12 Quạt điều hòa nhiệt độ Dùng khi bật máy điều hòa. 0,5 13 Xông kính Dùng khi kính bị ướt do trời mưa, rửa xe hoặc đi trong sương mù. 0,1 14 Motor phun nước rửa Dùng khi các bụi bẩn bám vào nhiều mà xe không có điều kiện để 0,15 kính lau chùi kính phía trước ( khi xe đang hoạt động trên đường). 15 Còi Dùng khi muốn vượt qua đám đông, cảnh báo qua các ngã rẽ, 0,1 vượt qua xe khác. 16 Đẻn sương mù Dùng khi xe đi vào buổi sáng sớm. 0,1 17 Đèn lùi Dùng khi lùi xe. 0,1 18 Motor gạt nước mưa Dùng vào mùa mưa. 0,25 19 Motor khởi động Dùng khi xe khởi động, 0,1 20 Quạt làm mát động cơ Trong quá trình hoạt động động cơ luôn sinh ra lượng nhiệt lớn 0,9 do đó quạt cần làm việc nhiều để làm mát động cơ. 21 Mồi thuốc Rất ít dùng. 0,1 22 Motor điểu khiển Chỉ dùng khi cần chọn lại tần số. 0,1 angten Bảng 1. Các phụ tải hoạt động liên tục Tải điện hoạt động liên tục Công suất( W) Hệ thống đánh lửa 25 Bơm nhiên liệu 55 Hệ thống phun nhiên liệu 80 Hệ thống điều khiển 170 Tổng công suất Pw1 (W) 330 2. Tính toán công suất tiêu thụ cần thiết cho tấc cả các phụ tải hoạt động gián đoạn. Bảng 2: STT Phụ tải hoạt động gián đoạn Giá trị thực (W) Hệ số sử dụng  Công suất tương đương (W) SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 52
  53. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải 1 Radio 15 0,1 1,5 2 Đèn báo trên Taplô 20 0,2 4 3 Đèn kích thước 4x15 0,5 30 4 Đèn đỗ xe 4x3 0,1 1,2 5 Đèn cốt 4x60 0,5 120 6 Đèn pha 2x55 0,15 16,5 7 Đèn biển số 2x5 0,5 5 8 Đèn báo rẽ 2x25 0,1 5 9 Đèn stop 2x22 0,1 4,4 10 Đèn trần 3x5 0,3 4,5 11 Motor điều khiển kính 4x40 0,15 24 12 Quạt điều hòa nhiệt độ 2x75 0,5 75 13 Xông kính 110 0,1 11 14 Motor phun nước rửa kính 55 0,15 8,25 15 Còi 40 0,1 4 16 Đèn sương mù 2x40 0,1 8 17 Đèn lùi 2x25 0,1 5 18 Motor gạt nước mưa 85 0,25 21,25 19 Motor khởi động 1000 0,1 100 20 Quạt làm mát động cơ 2x110 0,9 198 21 Mồi thuốc 80 0,1 8 22 Motor điểu khiển angten 65 0,1 6,5 Tổng công suất tiệu thụ của các phụ tải hoạt động không liên tục Pw2( W) 665,6 Có tổng công suất của phụ tải gián đoạn: Pw2 = 665,6 (W). Lấy tổng công suất tiêu thụ chia cho điện áp định mức ta được cường độ dòng điện theo yêu cầu: Tổng công suất tiêu thụ là: Pw = Pw1 + Pw2 = 330 + 665,6 = 995,6 ( w) P 995,6 I w 71,11(A) tt U 14 I 71,11 Chọn máy phát có I tt 73,3(A) đm  0.97 SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 53
  54. Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải 3.2.Chọn máy phát điện xoay trên ô tô: Sau khi có Iđm ta chọn đươc máy phát K1 (→) 14V/ 50-80A. K1 : Stator (OD) mô tả mấu cực của máy phát có lắp rắp diode nhỏ gọn. (→) : Chiều quay của máy phát quay theo chiều quay của đồng hồ. 14V : Điện áp phát ra của máy phát. 50A : Cường độ dòng điện ở số vòng quay n = 1800 (v/ph). 80A : Cường độ dòng điện ở số vòng quay n = 6000 (v/ph). Công suất của máy phát P = 1120 ( W). 140 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 5 2 0 1 26 5 4 9 F 18 25 19 24 23 22 21 20 65 Hình 2.40. Sơ kết cấu máy phát điện xoay chiều 3 pha. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. T.S. Nguyễn Hoàng Việt. “TRANG BỊ ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ”. Tài liệu lưu hành nội bộ Đại học Đà Nẵng năm 2005. [2] Tài liệu trên internet. SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B 54