Chương 4 HỆ THỐNG NẠP

Chia sẻ: Nguyen Quan | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:42

Thêm vào BST

Báo xấu

118
lượt xem 32
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ô tô được trang bị một số hệ thống và thiết bị điện để đảm bảo an tòan và ti ện nghi khi sử dụng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 4 HỆ THỐNG NẠP

Chương 4 HỆ THỐNG NẠP 1. KHÁI QUÁT 1.1 Vai troø cuûa heä thoáng cung caáp ñieän : Ô tô được trang bị một số hệ thống và thiết bị điện để đảm bảo an tòan và ti ện nghi khi sử dụng. Chúng cần điện năng trong suốt thời gian họat động và cả khi đ ộng c ơ 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 chi ều cho những h ệ thống và thiết bị vừa nêu. Tuy nhiên accu sẽ phóng điện khi động c ơ dừng và dần h ết điện. Hệ thống cung cấp điện sử dụng sự quay c ủa động c ơ đ ể phát sinh ra đi ện. Nó không những cung cấp điện năng cho những hệ thống và thiết bị điện khác mà còn n ạp đi ện cho accu trong lúc động cơ đang hoạt động. 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 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 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. 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, các máy phát bao gồm 3 bộ phận: phát điện, chỉnh lưu và hiệu chỉnh điện áp. 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 2. Các loại máy phát và tiết chế Máy phát điện giữ một vai trò then chốt trong các thi ết b ị cung c ấp đi ện. Nó th ực hi ện ba chức năng : phát điện, chỉnh lưu, hiệu chỉnh điện áp. 1.3.1 Phát điện Động cơ quay, truyền chuyển động quay đến máy phát điện thông qua dây đai hình chữ V. 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.
Hình 3. Phát điện Hình 4. Chỉnh lưu Hình 5. Hiệu chỉnh điện áp 1.3.2 Chỉnh lưu Dòng điện xoay chiều tạo ra trong máy phát điện không thể sử dụng tr ực tiếp cho các thiết bị điện mà được chỉnh lưu thành dòng điện một chiều. Bộ chỉnh lưu sẽ bi ến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. 1.3.3 Hiệu chỉnh điện áp Tiết chế điều chỉnh điện áp sinh ra. Nó đảm bảo hiệu đi ện thế của dòng điện đi đ ến các thiết bị là hằng số ngay cả khi tốc độ máy phát điện thay đổi. 1.4 Nguyên lí máy phát điện Có nhiều phương pháp tạo ra dòng điện, trong những máy phát đi ện, người ta s ử d ụng cuộn dây và nam châm làm phát sinh ra dòng điện trong cu ộn dây. Sức đi ện đ ộng sinh ra trên cuộn dây càng lớn khi số vòng dây quấn càng nhi ều, nam châm càng m ạnh và tốc độ di chuyển của nam châm càng nhanh. Hình 6. Cuộn dây và nam châm Khi nam châm được mang lại gần cuộn dây, từ thông xuyên qua cu ộn dây tăng lên. Ngược lại, khi đưa cuộn dây ra xa, đường sức từ xuyên qua cuộn dây giảm xuống. Bản thân của cuộn dây không muốn từ thông qua nó biến đổi nên cố tạo ra từ thông theo hướng chống lại những thay đổi xảy ra. Nguyên lý máy phát điện trong thực tế :
Hình 7. 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. - - Mối quan hệ giữa máy phát điện một chiều và động cơ điện : Nối bóng đèn nhỏ vào một động cơ điện và xoay động cơ điện bằng tay, bóng đèn sáng nhẹ, điều này chứng tỏ động cơ điện có cấu tạo giống như máy phát điện một chiều. Cơ năng và điện năng có thể được tạo ra từ cùng một nam châm và khung dây. Hình 8. Mối quan hệ giữa động cơ điện một và máy phát điện Khi chạy một chiếc xe đạp có gắn máy phát điện vào ban đêm, ta cảm thấy bàn đạp cần lực đạp lớn hơn. Điều đó xảy ra vì máy phát điện có chức năng giống như một động cơ điện, tạo ra một lực theo chiều ngược lại ngoài chức năng phát điện của nó nên cần lực đạp trên bàn đạp lớn hơn. Khi động cơ điện quay, nó có chức năng như máy phát điện, tạo ra dòng điện ngược làm giảm dòng điện từ accu.
Khi máy phát điện hoạt động và nối với tải điện, nó giống như động cơ điện nên phát sinh lực theo chiều ngược lại làm cản trở sự quay. 2. CẤU TRÚC MÁY PHÁT ĐIỆN 3.1 Máy phát điện kích từ bằng nam châm điện có vòng tiếp điện : 3.1.1 Rotor 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 9. Rotor 3.1.2 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 bi ệt có điện trở nh ỏ và đ ược phủ một lớp đặc biệt chống mòn.
Hình 10. Chổi than và vòng tiếp điện 3.1.3 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
Hình 11. Stator Nhiệt sinh ra lớn nhất ở stator so với các thành phần khác c ủa 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.
Hình 12. Đấu hình sao và đấu hình tam giác Cuộn dây stator gồm 3 cuộn dây riêng biệt. Trong cách m ắc hình sao, đ ầu chung c ủa 3 cuộn dây được nối thành đầu trung hòa. 3.1.4 Bộ chỉnh lưu Hình 13. 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. Hình 14. Tiết chế vi mạch 3.1.5 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 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 khoảng xác định.
Hình 15. Tiết chế loại D Loại M: Nhận biết điện áp tại accu đồng thời điều chỉnh dòng ra ở một khỏang xác định. Hình 16. Tiết chế loại M 3.1.6 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.
Một phụ tải điện sẽ sinh ra nhiệt khi dòng đi qua. Bộ xông kính ch ẳng h ạn, nó đã s ử dụng nhiệt này. Máy phát sinh nhiệt ở nhiều dạng khác nhau như trình bày ở phần trên. Chúng bao gồm : nhiệt sinh ra trên vật dẫn (ở các cu ộn dây và diode), trên các lõi thép do dòng fuco và do ma sát (ở ổ bi, chổi than và v ới không khí). Nhi ệt sinh ra làm giảm hiệu suất của máy phát. 3.2 Các loại máy phát khác: 3.2.1 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 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. Tiết chế loại rung có kích thước lớn nên không thể lắp thành một khối với máy phát.
Hình 17. Máy phát đời cũ Hình 18. Tiết chế loại rung 3.2.2 Máy phát có bơm chân không
Hình 19. Máy phát có bơm chân không
Hình 20. Hình 21. Cấu tạo của máy phát có bơm chân không Máy phát điện không có vòng tiếp điện Máy phát có bơm chân không thường được lắp trên xe có động cơ diesel. B ơm chân không được trang bị để cung cấp chân không cho trợ lực lái và các thi ết bị khác. B ơm chân không được lắp chung nên quay cùng với trục của máy phát. Có hai lo ại, lo ại có bơm chân không đặt phía puli và loại đặt phía đối diện puli. Loại máy phát có bơm chân không giống như các lo ại 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). 3.2.3 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 ti ếp đi ện để nâng cao tu ổi th ọ. Nó ch ỉ có các cực từ xoay còn cuộn dây phần cảm đứng yên. 4. ĐIỆN ÁP CHỈNH LƯU BỞI MÁY PHÁT 4.1. 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 22. 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 23. 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. 4.2. Bộ chỉnh lưu 4.2.1 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 24. Dòng điện chỉnh lưu 4.2.2 Chức năng Khi rotor quay một vòng, trong các cuộn dây Stator dòng đi ện đ ược sinh ra trong mỗi cuộn dây này được chỉ ra từ (a) tới (f) trong Hình C. Ở v ị trí (a), dòng đi ện có chiều dương được tạo ra ở cuộn dây III và dòng đi ện có chi ều âm đ ược t ạo ra ở cu ộn 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 đi ện xoay chi ều đ ược chỉnh lưu bằng cách cho qua 2 diode và dòng đi ện tới các ph ụ t ải đ ược duy trì ở m ột giá trị không đổi. 4. 3. Máy phát điện có điện áp điểm trung hoà 4.3.1. Điện áp điểm trung hoà Hình 25. 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 m ột chiều. Trong khi dòng điện ra đi qua máy phát, đi ện áp tại điểm trung hoà phần lớn là dòng điện m ột chiều nhưng nó cũng có một phần là dòng đi ện 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. Hình 26. Sơ đồ mạch điện diode trung hoà 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. 4.3.2 Sơ đồ mạch điện và cấu tạo 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 b ộ ch ỉnh lưu. 5. HOẠT ĐỘNG CỦA TIẾT CHẾ 5.1. Điều chỉnh dòng điện phát ra 5.1.1 Sự cần thiết phải điều chỉnh cường độ dòng điện phát ra Máy phát điện dùng trên xe quay cùng với động cơ. Vì vậy, khi xe hoạt động tốc độ động cơ thường xuyên thay đổi và do đó tốc độ của máy phát không ổn đ ịnh. N ếu máy phát không có bộ ổn áp thì hệ thống n ạp không th ể cung c ấp dòng đi ện ổn đ ịnh cho các thiết bị điện. Do đó, mặc dù tốc độ của máy phát thay đổi thì đi ện áp ở các thi ết b ị đi ện v ẫn phải duy trì không đổi và tuỳ theo sự thay đổi c ường đ ộ dòng đi ện trong m ạch c ần phải điều chỉnh. Trong máy phát xoay chiều việc đi ều chỉnh như trên đ ược đi ều ch ỉnh bởi bộ tiết chế vi mạch. 5.1.2 Nguyên lí điều chỉnh