Chương 2 hệ thống cung cấp điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT
CƠ SỞ ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN
TRANG BỊ ĐIỆN VÀ CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU
KHIỂN TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ

Giảng viên: ThS. Vũ Thế Truyền


Chương 2
HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

NỘI DUNG

2.1. Khái quát chung về hệ thống
2.2. Ắc quy
2.3. Máy phát điện
2.4. Bộ tiết chế


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.1. Khái quát chung về hệ thống
2.1.1. Cấu trúc của hệ thống
1. Máy phát
2. Ắc quy
3. Đèn báo nạp
4. Khóa điện

Máy phát điện: phát sinh ra điện và điều chỉnh điện áp phát ra thông qua bộ
điều chỉnh điện áp (tiết chế).
Ắc quy: dữ trữ, cung cấp năng lượng, được nạp điện khi động cơ làm việc và
phóng điện cung cấp cho các thiết bị khi động cơ ngừng hoạt động.

Đèn báo nạp: cảnh báo cho người lái xe khi hệ thống gặp sự cố.
Khóa điện: đóng, ngắt dịng điện trong hệ thống.


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.1. Khái quát chung về hệ thống
2.1.2. Nhiệm vụ
Tạo ra nguồn điện một chiều cung cấp cho các thiết bị để đảm bảo an toàn và
tiện nghi khi hoạt động.
Sử dụng sự quay vòng của trục khuỷu phát sinh ra điện nạp cho ắc quy và cung
cấp điện cho những hệ thống và các thiết bị khác khi đ/cơ hoạt đang động.

2.1.3. Yêu cầu
+ Đảm bảo độ tin cậy tối đa của hệ thống, điều chỉnh tự động trong mọi điều
kiện sử dụng của ô tô.
+ Nạp điện tốt cho Ắc quy và khởi động động cơ ôtô dễ dàng với độ tin cậy cao.
+ Kết cấu đơn giản và hoàn toàn tự động làm việc ở mọi chế độ.
+ Chăm sóc và bảo dưỡng kỹ thuật ít nhất trong qua trình sử dụng.
+ Có độ bền cơ khí cao chịu rung và chịu sóc tốt với thời hạn phục vụ lâu dài.
+ Cung cấp năng lượng điện đến cho các phụ tải trên ôtô với một điện thế ổn
định trong mọi điều kiện làm việc của động cơ.


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.1.Khái quát chung về hệ thống
2.1.4. Phân loại
Theo điện áp cung cấp:
- HT cung cấp điện dùng máy phát 12V
- HT cung cấp dùng máy phát điện 24V
Theo các loại máy phát khác nhau:

- Hệ thống cung cấp dùng máy phát điện xoay chiều.
+ Loại kích thích bằng nam châm vĩnh cửu.
+ Loại kích thích kiểu điện từ
- Hệ thống cung cấp điện dùng máy phát một chiều.
+ Loại điều chỉnh trong (dùng chổi điện thứ 3)
+ Loại điều chỉnh ngoài (dùng bộ chỉnh điện kèm theo)


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.1.Khái quát chung về hệ thống
Những thông số cơ bản của hệ thống cung cấp điện

Hiệu điện thế định mức:
m = 14V với những xe sử dụng hệ thống điện 12V,
m = 28V với những xe sử dụng hệ thống điện 24V.
Công suất máy phát:
Công suất các máy phát trên ôtô hiện nay vào
khoảng Pmf = 700 – 1500W.
Dòng điện cực đại:
Máy phát có thể cung cấp Imax = 70 – 140A.
Tốc độ cực tiểu và tốc độ cực đại của máy
phát:
nmax, nmin phụ thuộc vào tốc độ của động cơ :
= ni x i
Trong đó: i = 1,5-2: Tỉ số truyền;

nmax;min

ni : Tốc độ cầm

Chương 2
HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.1. Khái quát chung về hệ thống
Sơ đồ tổng quát hệ thống cung cấp điện


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.2. Ắc quy
2.2.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại

Nhiệm vụ:
- Cung cấp điện năng cho hệ thống đánh lửa, các bộ phận tiêu thụ điện khác
khi động cơ chưa hoạt động hay hoạt động có số vịng quay nhỏ(chế độ ko tải)
- Cùng với máy phát cung cấp điện năng cho phụ tải trong trường hợp tải vượt
quá khả năng cung cấp của máy phát điện.
Yêu cầu
- Có cường độ điện phóng lớn, đủ cho máy khởi động điện (máy đề) hoạt động
- Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ chăm sóc bảo dưỡng
- Chế độ phóng nạp tuần hồn với hiệu suất cao


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.2. Ắc quy
2.2.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại
Phân loại
Theo việc sử dụng dung dịch điện phân :
- Ắc quy axit: là loại ắc quy mà dung dịch điện phân dùng trong ắc quy là dung
dịch axit, thường là axit sunfuaric (H2S04)
- Ắc quy kiềm: là loại ắc quy mà dung dịch điện phân dùng trong ắc quy là

dung dịch kiềm (Na0H) hoặc (K0H).
Theo số ngăn của ắc quy: 3 ngăn; 6 ngăn
Theo cách bố trí cầu nối: Cầu chìm; cầu nổi
Theo cấu tạo bản cực:
- Loại ắc quy sắt – niken
- Loại ắc quy cadimi (Cd) và niken
- Loại ắc quy bạc- Kẽm


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.2. Ắc quy
2.2.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của ắc quy a xít
2.2.2.1. Cấu tạo
* Ắc quy axit cầu nổi
1. Vỏ bình
2. Nắp bình
3. Nút của từng ngăn ắc quy
4. Cầu nối
5. Đầu cực
6. Bản cực dương
7. Bản cực âm
8. Tấm cách
9. Yên đỡ bản cực


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.2. Ắc quy
2.2.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của ắc quy a xít
2.2.2.1. Cấu tạo
* Ắc quy axit cầu chìm

1. Tấm lưới cực
2. Tấm ngăn cách
3. Tấm cực dương
4. Tấm cực âm
5. Chùm cực dương
6. Đầu nối
7. Chùm cực âm

Kết cấu: chia nhiều ngăn, thường (3- 6) ngăn,

8. Khối các tấm cực và vách ngăn mỗi ngăn cho điện áp ra ở hai đầu cực là 2 v.
9. Đầu cực; 10. Vỏ bình điện
Khi đấu nối tiếp cả (3- 6) ngăn với nhau ta sẽ
11. Nắp;

12. Nút lỗ rót

có bộ nguồn ắc quy là (6-12)v.


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.2. Ắc quy
2.2.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của ắc quy a xít
2.2.2.1. Cấu tạo
a. Vỏ bình
Chế tạo bằng vật liệu cứng có tính chịu
axit, chịu nhiệt, thường đúc bằng nhựa
cứng hoặc ê bơ nít.
Phía trong có các vách ngăn để tạo thành từng ngăn riêng biệt. Mỗi ắc quy
riêng biệt đó được gọi là ắc quy đơn.

Đáy bình có hai đường gờ gọi là yên đỡ bản cực đê các bản cực tỳ lên đó tránh
bị ngắn mạch khi trong dung dịch có cặn bẩn bột chì nắng đọng


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.2. Ắc quy
2.2.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của ắc quy a xít
2.2.2.1. Cấu tạo
b. Bản cực
Làm bằng hợp kim chì và antimon,
trên mặt gắn các xương dọc, ngang
để tăng độ cứng vững và tạo ra các
ơ cho bột chì bám chắc. Hai bề mặt
của bản cực được trát bột chì

Chùm bản cực dương, âm được nồng xen kẽ vào nhau và phân cách bởi một
tấm cách. Trong một ngăn số bản cực âm nhiều hơn số bản cực dương là một
tấm, mục đích để cho các bản cực dương làm việc ở cả hai phía


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.2. Ắc quy
2.2.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của ắc quy a xít
2.2.2.1. Cấu tạo
c. Tấm cách
Là chất cách điện nó được chế tạo bằng nhựa xốp,
thuỷ tinh hoặc gỗ
Tác dụng ngăn hiện tượng các bản cực chạm và nhau
gây ra đoản mạch trong nguồn

d. Nắp bình:
Che kín, ngăn ngừa bụi và các vật khác từ bên ngoài rơi vào trong ắc quy, giữ
dung dịch ắc quy khơng bị đổ ra ngồi.
Có các lỗ để đổ và kiểm tra dung dịch điện phân và để đưa đầu cực ra ngoài
đối với ắc quy cầu nổi, trên nút có lỗ thơng hơi.
e. Dung dịch điện phân.
Hỗn hợp H2S04 được pha chế theo một tỷ lệ nhất định với nước cất (H20).


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.2. Ắc quy
2.2.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của ắc quy a xít
2.2.2.2. Ngun lý làm việc
Q trình nạp điện
Nối nguồn điện 1 chiều vào hai đầu cực ắc quy thì dịng
điện một chiều khép kín mạch qua ắc quy đi theo chiều:
Cực (+) nguồn đến cực (+) ắc quy, chùm bản cực (+)
qua dung dịch điện phân chùm bản cực (-), đầu cực
(-) của ắc quy, cực (-) nguồn.
Dòng điện làm dung dịch điện phân phân ly: H2S04 => 2H+ + S042Cation H+ theo dịng điện đi về phía chùm bản cực (-) tạo ra phản ứng:
2H+ + PbS04 => H2S04 + Pb
Anion S042- chạy về phía chùm bản cực (+) tạo ra phản ứng:
PbS04 + 2H20 + S042- => Pb02 + 2H2S04
Kết quả: cực (+) có PbO2 , cực (-) có Pb, tạo ra H2SO4 bổ xung vào dung dịch,
khí H2 và 02 sủi lên như bọt nước và bay đi nên nồng độ của dung dịch điện
phân trong quá trình nạp điện sẽ tăng dần lên.


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.2. Ắc quy

2.2.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của ắc quy a xít
2.2.2.2. Ngun lý làm việc
Q trình phóng điện
Nối hai cực ắc quy đã nạp với phụ tải (bóng đèn) thì ắc
quy sẽ phóng điện qua tải (làm cho bóng đèn sang), chiều
dòng điện:
Cực (+) ắc quy -> tải -> cực (-) ắc quy -> dung dịch điện
phân -> cực (+) ắc quy
Tại cực dương: Pb02 + 2H+ + H2S04 + 2e -> PbS04 + 2H20
Tại cực âm: Pb + S042- -> PbS04 + 2e
Kết quả:
PbSO4 được hình thành ở hai chùm bản cực, làm cho các bảng cực dần đần trở
lại giống nhau,
Nồng độ của dung dịch giảm dần và sức điện động của ắc quy cũng giảm dần.


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.2. Ắc quy
2.2.3. Ký hiệu và đặc tính phóng, nạp
2.2.3.1. Ký hiệu
- Số đầu là con số để chỉ số ngăn ắc quy.
- Hai số tiếp là chữ để chỉ tính năng sử dụng chính của ắc quy.
- Hai số cuối là con số để chỉ dung lượng định mức của ắc quy.
Ví dụ: ở nhãn của một ắc quy do Việt nam sản xuất có ghi
6- 0T – 54 thì ta đọc như sau:
- 6 là ắc quy gồm có 6 ngăn.
- 0T là loại ắc quy dùng cho ô tô.
- 54 là dung lượng định mức của ắc quy đạt được 54 Ah.

Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.2. Ắc quy
2.2.3. Ký hiệu và đặc tính phóng, nạp
2.2.3.2. Đặc tính phóng, nạp
a. Đặc tính phóng
Dịng điện phóng Ip = 5.4 A không đổi
Nồng độ dung dịch ρ giảm theo đường
thẳng từ 1,26 g/cm3 xuống 1,11 g/cm3
Sức điện động thực tế Eaq thấp hơn sức điện
động E0 vì bị sụt thế khi phóng và giảm từ
2,12 v xuống 1,7 v tại A
Điểm A là cuối q trình phóng điện, lúc này sun phát chì hình thành trên các
bản cực, thế điện sẽ giảm nhanh từ đây.
- Sức điện động khi phóng: Eaq = E0 – E;
E: sự tổn hao.
- Điện áp của ắc quy khi phóng: Uaq = E – Ip . Raq
Raq: Điện trở ắc quy; Ip: Dịng điện phóng; E0:Sức điện động khi ko phóng.
Khi ắc quy phóng điện đến mức mỗi ngăn cịn 1,7 vơn được coi như bình hết
điện khơng nên tiếp tục cho phóng nữa vì sẽ tác hại ắc quy và khó khăn cho lúc
nạp điện phục hồi.Vì lúc đó lớp sun fát chì (PbS04 ) rất dầy.


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.2. Ắc quy
2.2.3. Ký hiệu và đặc tính phóng, nạp
2.2.3.2. Đặc tính phóng, nạp
b. Đặc tính nạp
Nồng độ dung dịch điện phân tăng
dần theo đường thẳng từ 1,11 g/ cm3
đến 1,27g/cm3

Thế hiệu nạp Un thay đổi ngược với thế hiệu phóng Eaq.
Khi thế hiệu tăng tới 2,4v sự “sôi” bắt đầu. ngay sau đó tăng tới trị số tối đa
2,7v. thì ngưng tại điểm B ta tiếp tục nạp thêm trong ba giờ nữa.
Trong thời gian này nếu nồng độ và thế hiệu của ắc quy không tăng nữa chứng tỏ
ắc quy đã được nạp no hay nạp đầy điện. Sau khi thôi nạp, điện thế sụt xuống
cịn 2,12vơn ứng với ắc quy nạp no.
- Sức điện động E khi nạp: Eaq = E0 + E.
E: Sự tổn hao.
- Điện áp của ắc quy khi nạp: Uaq = E0 + IP . Raq.
R : Điện trở ắc quy; I : Dịng điện phóng; E : Sức điện động khi khơng phóng.


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.2. Ắc quy
2.2.4. Các phương pháp nạp điện cho ắc quy
2.2.4.1. Phương pháp nạp điện bằng hiệu điện thế không đổi
Các ắc quy được mắc song song
với nguồn điện nạp, đảm bảo
điện thế nguồn nạp (Ung) = 2,32,5V trên một ắc quy đơn với
điều kiện Ung>Ua
Cường độ dịng nạp thay đổi
theo cơng thức: In=(Ung-Ea)/∑R
Imax ≈ 1÷1,5Qđm
Khi nạp Ea tang, I giảm nhanh theo đặc tuyến hyperbol
Nhược điểm
Dòng điện nạp ban đầu rất lớn có thể gây hỏng bình ắc quy
Dịng khi giảm về 0 thì ắc quy chỉ nạp khoảng 90%


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

2.2. Ắc quy
2.2.4. Các phương pháp nạp điện cho ắc quy
2.2.4.2. Phương pháp nạp điện bằng dịng khơng đổi
Dịng 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.
Dòng nạp có cường độ In = 0,1Qđm
Giá trị lớn nhất của biến trở R =(Ung – 2,6n)/0,5In
Các ắc quy đc mắc nối tiếp nhau và chỉ cần đảm bảo điều kiện tổng số các ắc
quy đơn trong mạch nạp không vượt quá trị số Ung/2,7.
Các ắc quy có dung lượng như nhau, nếu khơng, phải chọn cường độ dịng điện
nạp theo ắc quy có điện dung nhỏ nhất->ắc quy dung lượng lớn nạp nâu hơn


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.2. Ắc quy
2.2.4. Các phương pháp nạp điện cho ắc quy
2.2.4.3. Phương pháp nạp điện hai nấc
Đầu tiên nạp ắc quy với cường
độ 0,1Iđm, khi ắc quy bắt đầu sơi,
giảm xuống sịn 0,05Iđm,
Đảm bảo cho ắc quy được nạp
no hơn và không bị nóng
2.2.4.4. Phương pháp nạp điện hỗn hợp
Đầu tiên nạp bằng phương pháp hiệu điện thế khơng đổi sau đó nạp bằng
phương pháp dịng khơng đổi
Có thể nạp nhanh đối với bình bị cạn hết điện nhưng phải giảm thời gian nạp

Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.3. Máy phát điện
2.3.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại
2.3.1.1. Nhiệm vụ
- Biến đổi cơ năng thành điện năng sản sinh ra điện để cung cấp cho các thiết
bị dùng điện trên ôtô, khi ơtơ đã thực hiện xong q trình khởi động
- Nạp điện cho ắc quy khi trục khuỷu động cơ làm việc ở số vịng quay trung
bình và lớn.
2.3.1.2. u cầu
- Đảm bảo độ tin cậy tối đa cho hệ thống, điều chỉnh tự động trong mọi điều
kiện sử dụng.
- Đảm bảo đặc tính cơng tác của hệ điều chỉnh, có chất lượng cao và ổn định
trong khoảng thay đổi tốc độ và tải của máy.
- Đảm bảo khởi động dễ dàng trong mọi điều kiện thời tiết và độ tin cậy cao.
- Đảm bảo nạp tốt cho ắc quy.
- Cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn, độ bền cao, chịu rung sóc tốt


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.3. Máy phát điện
2.3.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại
2.3.1.3. Phân loại
Hệ thống điện ôtô hiện nay thường sử dụng hai loại máy phát xoay chiều sau:
- Kích thích bằng điện từ có vịng tiếp điện(chổi than) sử dụng trên các ơtơ
- Kích thích bằng điện từ khơng có vịng tiếp điện sử dụng chủ yếu trên máy
kéo và các xe chuyên dụng


Chương 2 - HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
2.3. Máy phát điện

2.3.2. Máy phát điện xoay chiều kích thích điện từ, có vịng tiếp điện
2.3.2.1. Kết cấu
1, Nắp sau
2, Bộ chỉnh lưu
3, Điốt
4, Đi ốt kích từ
5, Bộ điều chỉnh điện áp
và các chổi than tiếp điện
6, Phần ứng (Stato)
7, Phần cảm (rôto)
8, Quạt
10, Chân Gắn

9, Puly