ĐỒ án môn học THIẾT kế hệ THỐNG điện tử ô tô đề tài TÍNH TOÁN THIẾT kế hệ THỐNG CUNG cấp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG


ĐỒ ÁN MƠN HỌC
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ Ơ TƠ
Đề tài : TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP

GVHD : PGS.TS. Phạm Quốc Thái
SVTH

: Trương Đình Úc

MSSV

: 103180062

Lớp

: 18C4A

Đà Nẵng, tháng 08 năm 2021


LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước chúng ta ngày càng phát triển mạnh mẽ, tiến sâu vào cơng nghiệp hóa
hiện đại hóa đất nước. Đóng góp vào phần đó khơng thể thiếu ngành công nghiệp ô tô.
Hiện nay Đảng và Nhà nước rất chú trọng và ủng hộ vào việc phát triển ngành công
nghiệp ô tô nước nhà lên tầm cao mới và đưa vào những ngành kinh tế chủ lực. Góp
phần đưa nên kinh tế nước nhà bắt kịp xu thế phát triển chung của các nước trong khu

vực và thế giới.
Hiểu được những lợi thế đó sinh viên ngành kỹ thuật Cơ khí của Khoa Cơ khí Giao
thơng ngày càng phấn đấu, học tập, trau dồi kiến thức vững vàng cả về lý thuyết và về
thực hành. Để sau khi ra trường có thể tự tin thích ứng với nhiều mơi trường làm việc
khác nhau với trình độ chun mơn tốt nhất.
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống điện tử ô tô là một đồ án rất quan trọng, để hoàn
thành được đồ án này sinh viên cần vận dụng kiến thức lý thuyết trên lớp, sách giáo
trình tham khảo và kiến thức thực tế sau khi đi thực tập dưới xưởng của Khoa, vì vậy
em thấy đây là một đồ án rất là thiết thực và cần thiết cho sinh viên trước khi ra
trường.
Được sự hướng dẫn tận tình và tâm huyết của thầy PGS.TS. Phạm Quốc Thái đã
giúp em hồn thành đồ án mơn học này một cách tốt nhất và biết thêm được nhiều
kiến thức thực tế. Tuy vậy do thời lượng không nhiều kiến thức thực tế cịn chưa hiểu
sâu rộng, nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót. Em mong được các thầy trong khoa tận
tình giải đáp và có nhận xét để em hồn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện

Trương Đình Úc


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CUNG CẤP TRÊN ÔTÔ
1.1. Cơng dụng
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 ô tô máy kéo.
Để cung cấp năng lượng cho các phụ tải trên ơ tơ, 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 tồn thì năng
lượng đầu ra của máy phát và năng lượng yêu cầu cho các tải điện phải thích hợp với

nhau.
1.2. u cầu
 Phải ln tạo ra một điện áp ổn định (Uhc = 13,8V – 14,2V đối với hệ thống điện
14V hoặc Uhc = 27 - 28V với hệ thống điện 24V) trong mọi chế độ làm việc của phụ
tải. Vì nếu điện áp dịng điện máy phát cung cấp chênh lệch quá lớn so với điện áp
làm việc của phụ tải sẽ làm giảm tuổi thọ của phụ tải, thậm chí làm hỏng phụ tải.
 Hiệu điện thế định mức: Phải đảm bảo Uđm = 14V (với xe sử dụng hệ thống điện
12V), và Uđm = 28V (với xe sử dụng hệ thống điện 24V)
 Máy phát phải có cấu trúc và kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, giá thành thấp
và tuổi thọ cao.
 Do xu hướng thiết kế các loại xe cần nhỏ gọn và giảm khối lượng nhất là đối với các
xe du lịch. Nên các hệ thống trên cần đảm bảo giá thành và tuổi thọ để đảm bảo
lượng tiêu thụ hàng năm và cạnh tranh với các hãng khác.
 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.
Ta đã biết hệ thống cung cấp có rất nhiều bộ phận, để chăm sóc và bảo dưỡng hết các
bộ phận của nó sẽ rất tốn thời gian và rất khó khăn. Ngồi ra, trên ơ tơ cịn có rất nhiều


bộ phận khác đòi hỏi nhu cầu sữa chữa bảo dưỡng lớn hơn. Nên hệ thống cần có tính
ổn định cao, ít chăm sóc và bảo dưỡng.
1.3. Phân loại
Hệ thống cung cấp điện trên ơ tơ có 2 loại đó là:
- Hệ thống cung cấp với máy phát điện một chiều. Loại này ngày nay hầu như khơng
cịn sử dụng nên trong đồ án này sẽ không đề cập đến máy phát một chiều.
- Hệ thống cung cấp với máy phát điện xoay chiều. Loại này sử dụng rộng rãi ngày
nay:
+ Hệ thống cung cấp với máy phát điện một chiều, được thể hiện trên sơ đồ sau:

Hình 1.1- Sơ đồ hệ thống cung cấp dùng máy phát một chiều
1- Máy phát; 2- Bộ ắc quy; 3- Đồng hồ ampe; 4- Bộ điều chỉnh điện.


+ Hệ thống cung cấp với máy phát xoay chiều. Được thể hiện trên sơ đồ (hình 1.2)

Hình 1.2- Sơ đồ hệ thống cung cấp dùng máy phát xoay chiều
Ngày nay, máy phát điện lắp trên ô tô phổ biến là máy phát điện xoay chiều 3
pha kích từ bằng nam châm điện vì so với máy phát điện 1 chiều nó có những ưu điểm
sau:
+ Cấu tạo đơn giản.
+ Với cùng cơng suất thì nó có kích thước và tải trọng bé hơn.
+ Do khơng có cổ góp nên tuổi thọ phục vụ lâu hơn.
+ Tiêu hao kim loại màu ít hơn.
+ Có thể tăng tỉ số truyền từ động cơ tới máy phát.
+ Dùng diot chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng 1 chiều cung cấp cho
phụ tải nên khơng cần rơle hạn chế dịng điện do đó giảm được kết cấu của bộ tiết chế
và tăng độ tin cậy làm việc của máy phát điện.
Ngoài ra, tùy thuộc vào cấu tạo các bộ phận khác của hệ thống cung cấp mà ta
có sự phân loại khác nhau như:
- Theo ắc quy: là nguồn cung cấp năng lượng phụ trên ô tô. Gồm ắc quy axit và
ắc quy kiềm.


- Theo bộ điều chỉnh điện (BĐCĐ): phân phối chế độ làm việc giữa acquy 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 tồn cho các
cuộn dây của nó. Gồm bộ điều chỉnh điện áp, điều chỉnh dòng điện, điều chỉnh dòng
điện ngược…
- Theo bộ chỉnh lưu: chỉ có trong hệ thống cung cấp dùng máy phát xoay chiều

dùng để biến dòng xoay chiều thành dòng một chiều cung cấp cho các phụ tải trên xe
cũng như nạp vào acquy. Gồm bộ chỉnh lưu 6 diot, 8 diot, 9 diot…
1.4. Các thông số cơ bản của hệ thống cung cấp
 Hiệu điện thế định mức: Phải đảm bảo Uđm = 14V (với xe sử dụng hệ thống điện
12V), và Uđm = 28V (với 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 Pmf = 700 – 1500W.
 Dòng điện cực đại: Là dòng điện lớn nhất mà máy phát có thể cung cấp thơng
thường thì 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 đốt trong.
 Nhiệt độ cực đại của máy phát tomax: 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, Uhc = 13,8 ÷ 14,2V, đối
với tải có điện áp Ut = 12V.
1.5. Sơ đồ tổng quát cung cấp cho các phụ tải của hệ thống cung cấp
 Nguồn năng lượng điện chủ yếu của hệ thống cung cấp là máy phát điện. Máy
phát hoạt động cung cấp điện cho các hệ thống trên xe như: Hệ thống điều khiển
động cơ (đánh lửa và phun xăng), hệ thống chiếu sáng, tín hiệu, thơng tin, máy
phát…
 Ắc quy đóng vai trò cung cấp năng lượng điện cho hệ thống khởi động (khi máy
phát chưa hoạt động).


Hình 1.3- Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tổng quát


CHƯƠNG 2: CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THÔNG CUNG CẤP
2.1. Máy phát điện

2.1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu
2.1.1.1. Công dụng
Máy phát điện là nguồn điện chính trên ơ tơ máy kéo, nó có nhiệm vụ:
- Cung cấp điện cho tất cả các phụ tải.
- Nạp điện cho ắc quy ở số vịng quay trung bình và lớn của động cơ.
2.1.1.2. Phân loại
- Máy phát trên ô tô máy kéo, theo tính chất dịng điện phát ra có 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 3).
+ 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 vịng quay. Tuy vậy có
nhiều nhược điểm như:
- Phải luôn nối mạch điện với ắc quy chúng mới làm việc được.
- Cản trở việc điều chỉnh thế hiệu máy phát.
- Làm giảm tuổi thọ ắc quy.
Do đó, máy phát điện loại này hiện nay ít thấy.
- 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).
Ngày nay trên ô tô người ta đã chuyển sang dùng máy phát điện xoay chiều kích
thích kiểu điện từ vì nó có nhiều ưu điểm vượt trội so với nam châm vĩnh cửu.
2.1.1.3. Yêu cầu
Máy phát điện trên ô tô làm việc trong những điều kiện đặc biệt, vì thế chúng phải
đáp ứng được các yêu cầu chính sau:
- Chịu được rung xóc bụi bẩn, làm việc tin cậy trong mơi trường có nhiệt độ cao, có
nhiều hơi dầu mỡ nhiên liệu.

- Kích thước, trọng lượng nhỏ, giá thành thấp.
-Tuổi thọ cao.
So với máy phát một chiều thì máy phát xoay chiều có nhiều ưu điểm hơn vì nó
khơng có vịng đổi điện và cuộn dây rotor đơn giản hơn. Chính vì thế ngày nay hầu
như người ta chuyển sang dùng máy điện xoay chiều.


2.1.2. 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 ơ tơ.
Máy phát kích thích bằng nam châm vĩnh cửu có loại một pha và ba pha. Loại ba pha
cơng 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, khơng có cuộn dây quay, hiệu suất
cao, ít nóng, mức nhiễu xạ vơ 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 cơng
suất. Ngồi ra từ thơng của nó cịn phụ thuộc nhiều vào chất lượng hợp kim và kim
loại chế tạo nam châm.
2.1.2.1. Máy phát xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu
Đặc điểm cấu tạo:
Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu gồm hai
phần chính là rơto và stato.
 Rơto: Phần lớn các máy phát đang được sử dụng hiện nay đều có nam châm quay,
tức nam châm là rơto. Các máy phát loại này khác nhau chủ yếu ở kết cấu của rơto

và có thể chia ra một số loại chính:
o Rơto nam châm hình trụ.
o Rơto nam châm hình sao (có các má cực hoặc khơng).
o Rơto nam châm hình móng.
Rơto nam châm hình trụ là loại đơn giản nhất. 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 cơng suất  100 VA.
Rơto nam châm hình sao là loại thơng dụng nhất. 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.


Hình 2.4 – Roto nam châm hình sao
1. Nam châm hình sao; 2. Hợp kim khơng dẫn từ; 3. Trục Roto
Rơto nam châm hình móng có dạng hình trụ rỗng được nạp từ theo chiều trục.
Hai đầu của nó đặt hai tấm bích bằng thép ít cacbon, có các vấu cực nhơ 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 khơng dẫn từ.

Hình 2.3- Rơto nam châm hình móng
1 - Cực bắc nam châm; 2 - Cực nam của nam châm; 3 - Trục Rơto
Rơto 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 vịng 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 thước đường kính của nam
châm hoặc tăng công suất của máy phát.


 Stato: 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 dịng fucơ. Mặt trong của stato có các vấu
cực để quấn các cuộn dây phần ứng.

Hình 2.5 – Hệ thống từ của máy phát với nam châm hình sao
1. Stato 2. Roto
- Nguyên lý hoạt động: Khi động cơ hoạt động, thông qua bộ truyền đai, trục
khuỷu động cơ kéo rotor của máy phát quay. Rotor là một nam châm vĩnh cửu có 6
cực. Khi rotor quay, từ trường thay đổi cắt các vòng dây của cuộn stato. Trong cuộn
dây xuất hiện sức điện động thay đổi cả về trị số và hướng. Khi đóng mạch thì sức
điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện xoay chiều cung cấp cho phụ tải.
2.1.2.2. Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ
Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ dùng cho ơ tơ có hai loại:
 Loại có vịng tiếp điện.
 Loại khơng có vịng tiếp điện.
Đặc điểm cấu tạo:
a. Loại có vịng tiếp điện.
Cấu tạo của máy phát điện loại có vịng tiếp điện gồm những bộ phận chính là: rơto,
stato, các nắp, puli, cánh quạt và bộ chỉnh lưu (bộ chỉnh lưu có thể tính hoặc khơng
tính vào thành phần cấu tạo của máy phát, tuỳ theo nó được đặt trong máy phát hay
riêng biệt bên ngồi).

Hình 2.6 – Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ
1-stator và cuộn dây; 2 - Rotor; 3 - Cuộn dây kích thích; 4 - Quạt gió; 5 - pully;
6,7- Nắp; 8 - Bộ chỉnh lưu; 9-Vòng tiếp điện; 10- Chổi điện và giá đỡ.

Hình 2.6 – Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ
1-stator và cuộn dây; 2 - Rotor; 3 - Cuộn dây kích thích; 4 - Quạt gió; 5 - pully;
6,7- Nắp; 8 - Bộ chỉnh lưu; 9-Vòng tiếp điện; 10- Chổi điện và giá đỡ.
 Rôto: gồm hai chùm cực hình móng 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 vịng 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 nhơm.

Hình 2.7: Cấu tạo rotor


 Stato: là khối thép từ ghép từ các lá thép điện kỹ thuật, phía trong có xẻ rãnh phân
bố đều để đặt cuộn dây phần ứng.

Hình 2.8: Cấu tạo và cách nối hình sao cuộn dây của stato

Hình 2.9 – Sơ đồ cuốn dây máy phát điện xoay chiều
Các cuộn dây của stato: Với máy phát điện 3 pha thì trong stator có chứa ba cuộn dây
giống hệt nhau và được đặt lệch nhau một góc 120°. Dịng điện sinh ra trong các cuộn
dây stator là dòng điện xoay chiều và lệch nhau một góc là 120° nên vì thế dòng điện
sinh ra gọi là dòng điện 3 pha. Các cách mắc cuộn dây của stator gồm: mắc hình sao
và mắc hình tam giác (hình 2.10).


Hình A

Hình B

Hình 2.10 - Cách mắc nối dây của cuộn stato

Hình A - Dạng mắc hình sao; Hình B - Dạng mắc hình tam giác.
Hiện nay trên ơ tơ chủ yếu sử dụng máy phát điện xoay chiều 3 pha kích thích kiểu
điện từ có vịng tiếp điện.
b. Loại khơng có vịng tiếp điện
Về những kết cấu chính, máy phát điện loại khơng có vịng tiếp điện nói chung khơng
có gì khác so với loại có vịng tiếp điện. Nó chỉ khác ở chỗ khơng có tiếp điện và chổi
than, cuộn dây kích thích đứng yên. Do vậy, tuổi thọ và độ tin cậy tăng đáng kể.
Cuộn dây kích thích 3 được đặt ngay trên phần ống nhơ ra của nắp sau hay cố định
trên đĩa 6 bắt chặt vào khối thép từ của stato.
Nhận xét:
Máy phát điện xoay chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu có nhiều ưu điểm hơn hẳn
kiểu điện từ như: làm việc tin cậy, kết cấu đơn giản, khơng có cuộn dây quay, hiệu
suất cao, ít nóng, mức nhiễu xạ vơ tuyến thấp. Tuy nhiên, nó lại có các nhược điểm
quan trọng sau: khó điều chỉnh hiệu điện thế, cơng suất hạn chế, giá thành cao, trọng
lượng lớn hơn loại điện từ cung công suất, từ thông phụ thuộc nhiều vào chất lượng
hợp kim và kim loại chế tạo nam châm. Vì vây, trên ô tô hiện nay chủ yếu dùng máy
phát xoay chiều kích từ bằng nam châm điện.


Hình 2.11 - cấu tạo máy phát xoay chiều khơng có vịng tiếp điện
1- Stato; 2- Vịng khơng dẫn từ; 3- Cuộn dây kích thích cố định; 4,5- Các móng
cực; 6- Đĩa lắp cuộn kích thích
2.2. Bộ chỉnh lưu
2.2.1. Cơng dụng
Hiện nay trên ô tô sử dụng máy phát điện xoay chiều 3 pha mà các thiết bị điện
trên ô tơ u cầu dịng 1 chiều để hoạt động và ắc quy cần dịng 1 chiều để nap. Vì
vây, cần phải có bộ chỉnh lưu để điều chỉnh dịng điện xoay chiều thành dòng một
chiều.
2.2.2. Phân loại
Dựa vào chu kỳ chỉnh lưu ta có:

 Bộ chỉnh lưu một nữa chu kỳ.
 Bộ chỉnh lưu hai nữa chu kỳ.
Dựa vào số đi-ốt chỉnh lưu:
 Bộ chỉnh lưu 6 đi-ốt.
 Bộ chỉnh lưu 8 đi-ốt.
 Bộ chỉnh lưu 14 đi-ốt.
Hiện nay trên ô tô, thông dụng nhất là bộ chỉnh lưu cầu 3 pha, nhờ cấu tạo đơn giản,
tính ổn định, tuổi thọ cao, phù hợp với điều kiện làm việc của hệ thống cung cấp trên
ơ tơ.

Hình 2.12– Bộ chỉnh lưu mạch cầu 3 pha 6 đi-ốt
Hình 2.12 là bộ chỉnh lưu đơn giản và hiệu quả với máy phát công suất nhỏ. Tuy
nhiên, đối với máy phát có cơng 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 cơng suất máy phát. Vì vậy, người ta sử dụng cặp đi-ốt mắc từ
dây trung hoà để tận dụng sóng đa hài bậc 3, làm tăng cơng suất máy phát khoảng 10
– 15%. Trong một số máy phát, người ta còn sử dụng 3 đi-ốt nhỏ (diode trio) mắc từ
các pha để cung cấp cho cuộn kích đồng thời đóng ngắt đèn báo nạp.


Hình 2.13 – Sơ đồ máy phát có bộ chỉnh lưu mạch cầu 3 pha

Hình 2.14- Sơ đồ điện áp sau khi chỉnh lưu ở mạch chỉnh lưu cầu 3 pha
Nguyên lý hoạt động của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha: Khi rotor quay thì các cuộn dây
stator sinh ra dòng điện.
 Ta xét thời điểm từ 300 – 900 (hình 2.14): uA max, uB min, dịng điện chỉnh lưu đi từ
A → a → D1 → P → tải → Q → D4 → b → B→ O.
 Ta xét thời điểm từ 900 – 1500: uA max, uc min, dòng điện chỉnh lưu đi từ A → a →
D1 → P → tải → Q → D2 → c → C→ O.
 Tương tự, sau 2/3 chu kỳ: uB max, uC min và uA min.

 Sau 2/3 chu kỳ tiếp theo: uC max, uA min và uB min.


Như vậy, dòng điện đi qua phụ tải là dòng 1 chiều và điện áp chỉnh lưu là 1 chiều
nhưng có dạng nhấp nhơ (hình 2.14)
2.2.3. u cầu
Bộ chỉnh lưu làm việc liên tục, do đó cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:
 Hoạt động ổn định, điện áp ra ít dao động.
 Tuổi thọ cao, làm việc tin cậy.
 Đơn giản, giá thành rẻ.
2.2.4. Xác định điện áp Ump và dịng điện trung bình của máy phát Imp
Các cuộn dây stator được đấu dạng sao. Với kiểu mắc này thì quan hệ giữa điện áp và
cường độ dịng điện trên dây và trên pha là:
Un = √3.U và
In = I
Ta giả thiết rằng tải của máy phát là điện trở thuần.
Điện áp tức thời trên các pha A, B, C là:
UA = Umsint
UB = Umsin(t - 2/3)
UC = Umsin(t + 2/3)
Trong đó:
Um: điện áp cực đại của pha;
 = 2f = 2.n.p/ 60 là vận tốc góc
Từ hình 2.14 kết hợp với nguyên lý hoạt động đa trình bày ở trên, Trị số nhỏ nhất của
điện áp chỉnh lưu bằng 1,5Um, và lớn nhất là 1,73 Um.
Sự thay đổi của điện áp chỉnh lưu
Umf = (1,73 – 1,5).Um = 0,23 Um = 0,325 U
Từ đồ thị ở hình (2.12) ta có thể xác định giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu.
umf = 3 Um .cost
Dựa vào tài liệu [1], ta có:

Giá trị điện áp trung bình của máy phát
Umf = 1,65 2 U = 2,34U = 1,35Ud
(2.1)
Với:
U : điện thế hiệu dụng pha.
Ud: điện thế hiệu dụng dây
Giá trị trung bình của dịng chỉnh lưu được tính bởi:
T 12

I mf
Với:

Im 

I
6

I m .cos  .t .dt  3 m  0,955I m

T T 12


(2.2)

Um
: là cường độ dòng điện cực đại của pha
R

2.3. Bộ điều chỉnh điện
2.3.1. Công dụng, phân loại và yêu cầu:

2.3.1.1. Công cụng:
Khác với các máy phát điện tĩnh tại, các máy phát điện ơ tơ làm việc trong điều kiện
số vịng 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 ơtơ làm việc được bình thường và bảo
đảm an tồn cho máy phát, thì phải có bộ điều chỉnh điện (BĐC) để:
•
Điều chỉnh thế hiệu và hạn chế cường độ dịng 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).
2.3.1.2. Phân loại
Theo chức năng điều chỉnh:
•
BĐC điện áp
•
BĐC dịng điện
•
BĐC dịng điện ngược
•
Bộ đóng mạch
Theo đặc điểm cấu tạo và ngun lý làm việc:
•
BĐC loại rung (kiểu cơ khí).
•
BĐC loại bán dẫn có tiếp điểm điều khiển.
•
BĐC loại bán dẫn khơng có tiếp điểm điều khiển.
Đối với máy phát điện 1 chiều làm việc song song với ắc quy đòi hỏi phải sử dụng:

BĐC điện áp, BĐC dòng điện, BĐC dòng điện ngược. Còn đối với máy phát điện
xoay chiều thì chỉ cần BĐC điện áp và bộ đóng mạch
2.3.1.3. Yêu cầu
Bộ điều chỉnh điện cần đáp ứng những u cầu sau:
•
Điều chỉnh chính xác
•
Làm việc 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
2.3.2. Nguyên lý điều chỉnh thế hiệu
Nguyên lý hoạt động: Một lợi thế của việc sử dụng rotor điện từ là điều chỉnh được từ
thông bằng cách thay đổi cường độ dòng điện cung cấp cho rotor. Nếu cường độ dịng
điện cung cấp cho rotor tăng lên thì từ thơng qua cuộn dây stator tăng lên do đó điện
áp đầu ra cũng tăng theo. Ngược lại khi cường điện cung cấp cho rotor giảm xuống thì
từ thơng cũng giảm theo. Chính nhờ nguyên lý này mà người ta áp dụng để điều chỉnh
điện áp đầu ra của máy phát. Theo cách này thì điện áp trong hệ thống được giữ ở
mức ổn định.
2.3.3. Bộ điều chỉnh điện áp lại rung
2.3.3.1. Cấu tạo:

Hình 2.15- Sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh loại rung
1- Cuộn dây, 2- Giá đỡ, 3- Cần tiếp điểm.


Khung từ (2), lõi thép (1), trên đó có quấn cuộn dây từ hóa wu đặt dưới điện thế máy
phát; cần (3) có thể quay quanh điểm tựa trên khung từ, tiếp điểm kk’; trong đó: k là
má vít cố định, K’: má vít động gắn trên cần tiếp điểm (3). Lị xo (lx) có khuynh

hướng giữ cho tiếp điểm kk’ ln ở trạng thái đóng; điện trở phụ Rf mắc song song
với kk’.
2.3.3.2. Nguyên lý hoạt động:
Ở trạng thái không làm việc hay máy phát làm việc với số vòng quay nhỏ: lực điện từ
tạo nên bởi cuộn dây từ hóa wu là Fdt nhỏ hơn lực kéo của lò xo nên tiếp điếm kk’
được giữ ở trạng thái đóng. Lúc này điện trở phụ Rf bị nối tắt và dịng điện kích thích
sẽ đi theo mạch sau:
(+) MF → a → b → cần (3) → KK’ → d →Wkt → (-) MF
Khi tốc độ máy phát tăng lên thì dịng điện kích thích và thế hiệu máy phát tăng theo.
Khi Umf > Uđm thì dịng điện qua cuộn dây Wu lớn, lực điện từ lúc này thắng lực lò
xo (Fđt > Flx) hút tiếp điểm KK’ mở ra, điện trở lúc này được tự động nối vào mạch
kích thích làm giảm cường độ dịng kích thích và thế hiệu máy phát. Dịng kích thích
lúc này đi theo mạch:
(+) MF → a → Rf → d →Wkt → (-) MF
Thế hiệu máy phát giảm làm giảm lực hút điện từ của cuộn dây Wu và khi Umf
nối tắt làm dịng kích thích và thế hiệu máy phát tăng lên. Thế hiệu máy phát tăng làm
tăng lực điện từ của cuộn dây, khi Fđt > Flx, KK’ lại mở ra. Q trình đóng mở tiếp
điểm KK’ cứ lặp đi lặp lại theo chu kỳ với tần số khá lớn đảm bảo cho hiệu điện thế
máy phát tạo ra được ổn định.
2.3.4. Bộ điều chỉnh điện áp lại bán dẫn
2.3.4.1. Cấu tạo:

Hình 2.16- Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh loại bán dẫn
Các bộ điều chỉnh loại rung có ưu điểm: kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, hiệu suất cao.
Tuy vậy, có nhược điểm quan trọng là: điều chỉnh phức tạp, nhạy cảm với rung động
và bụi bẩn, các tiếp điểm dễ bị ơ xi hóa, chóng mịn rổ, đặc biệt là khi nối với dịng có
giá trị lớn. Vì thế, xu hướng hiện nay là dùng loại điều chỉnh bán dẫn khơng có tiếp
điểm.
2.3.4.2. Ngun lý hoạt động:

Nếu điện áp trên điện trở R1 nhỏ hơn điện áp mở của diode zener VD1 thì diode sẽ
khơng dẫn và cường độ dịng điện trong mạch R-VD1 gần như bằng khơng. Điện áp


đặt lên mối nối BE của transistor: UEB1< 0. Vì vậy, transistor VT1 sẽ ở trạng thái
ngắt, VT2 dẫn. dòng điện đi theo mạch sau:
(+) MF → R0 → VD2 → VT2 → Wkt → (-) MF. Tạo ra dòng kích thích MF
Nếu điện áp trên điện trở R1 lớn hơn điện áp mở của diode zener VD1 thì diode dẫn.
Điện áp đặt lên mối nối BE của transistor: UEB1> 0,7V. Vì vậy, transistor VT1 sẽ ở
trạng thái dẫn, VT2 ngắt. Dòng điện đi theo mạch sau: (+) MF → R0 → VD2 → VT2
→ R4 → (-) MF. Dòng điện khơng qua Wkt làm mất dịng kích thích cho máy phát,
điện áp và cường độ dòng điện của máy phát tạo ra giảm xuống. Khi Umf < UR1 thì
diot VD1 lại ngắt và lặp lại chu trình trên. Như vậy, điện áp được Umf được giữ ổ
định.
2.4. Một số mạch của hệ thống cung cấp thực tế trên xe
2.4.1. Loại dùng bộ điều chỉnh kiểu bán dẫn
Bộ điều chỉnh loại này hoạt động dựa trên nguyên tắc nhận biết điện áp máy phát bằng
diode zenner để điều khiển dòng qua cuộn kích từ bằng transistor cơng suất. Điện áp
máy phát được đưa qua diode zenner, tùy theo giá trị điện áp qua nó mà diode này hay
dẫn. Từ đó, tín hiệu này được cho qua một bộ điều khiển trung gian để cuối cùng ngắt
(dẫn) transistor điều khiển dòng qua cuộn kích từ, duy trì điện áp tại mức hiệu chỉnh.
Theo [3], ta có sơ đồ nguyên lý được biểu diễn ở hình (2.17)
Hình 2.17- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống cung cấp sử dụng bộ điều chỉnh bán dẫn
1- Ắc quy; 2- Công tắc; 3- Phụ tải; 4- Cuộn dây Stator; 5- Cuộn dây Rotor; 6- Diode;
7- Diode zenner; 8- Đèn báo nạp; 9-Transistor; 10-Điện trở; 11- Cầu chì; I- Máy
phát; II- Bộ chỉnh lưu; III- Bộ điều chỉnh.

Hình 2.17- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống cung cấp sử dụng bộ điều chỉnh bán dẫn
1- Ắc quy; 2- Công tắc; 3- Phụ tải; 4- Cuộn dây Stator; 5- Cuộn dây Rotor; 6- Diode;
7- Diode zenner; 8- Đèn báo nạp; 9-Transistor; 10-Điện trở; 11- Cầu chì; I- Máy

phát; II- Bộ chỉnh lưu; III- Bộ điều chỉnh.


•
Khi bật IG/SW, thì sơ đồ hoạt động như sau :
+ Từ Ắc quy → đèn báo nạp và R5 → R1 : phân cực thuận cho T2 và T3 làm T2 và
T3 dẫn
+Từ Ắc quy→ đèn báo nạp và R5 → Wkt → F → T2, T3 → mát : cung cấp dịng kích
từ ban đầu cho máy phát.
•Khi rotor máy phát quay, từ thông qua stator biến thiên làm sinh ra dòng điện xoay
chiều 3 pha. Dòng điện này được chỉnh lưu bởi 3 diode (3 diode này được nối với đèn
báo nạp) để tắt đèn báo nạp và cung cấp vào đầu dương của Wkt
•Khi tốc độ rotor đủ lớn làm cho điện áp phát ra lớn hơn điện áp hiệu chỉnh, điện áp
rơi trên R3 trong cầu phân áp R2, R3 đủ lớn làm cho Zenner Dz dẫn → T1 dẫn → T2,
T3 ngắt → ngắt dòng qua Wkt → điện áp máy phát giảm xuống. Quá trình lặp lại để
ổn định điện áp tại mức hiệu chỉnh.
•D2 dùng để dập sức điện động tự cảm sinh ra trong Wkt khi T2, T3 dẫn và ngắt.
2.4.2. Loại dùng bộ điều chỉnh kiểu IC
Loại dùng tiết chế IC, tham khảo tài liệu [3]
•
Bộ điều chỉnh này chủ yếu gồm có cánh tản nhiệt và giắc nối. Việc sử dụng bộ
điều chỉnh này làm cho hệ thống có kích thước khá nhỏ gọn.
•
Chức năng của bộ tiết chế vi mạch là:
+Điều chỉnh điện áp
+Cảnh báo khi máy phát khơng phát điện và tình trạng nạp khơng bình thường
+Bật đèn báo nạp khi có sự cố xảy ra
•
Ngun lý hoạt động:
+Khi điện áp máy phát thấp hơn điện áp hiệu chỉnh

Động cơ khởi động và tốc độ máy phát tăng lên, mạch M. IC mở Transistor 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 quy, thì dịng điện sẽ đi vào ắc qui để nạp và
cung cấp cho các thiết bị điện. Kết quả là điện áp ở cực P tăng lên. Do đó mạch M. IC
xác định trạng thái phát điện đã được thực hiện và truyền tín hiệu đóng Transistor Tr2
để tắt đèn báo nạp.


Hình 2.18- Sơ đồ điều chỉnh khi điện áp máy phát thấp hơn định mức
B- Cực nối với đầu ra của máy phát; P- Cực nối đầu ra của stator; F- Cực nối đầu ra
của cuộn dây kích từ; E- Cực nối mass; IG- Cực nối với đầu đánh lửa; S -Cực nối với
đầu ắc quy; L- Cực nối với đèn báo nạp; D1-Diode; Tr1, Tr2- Các transistor.

Theo tài liệu số [3] ta có sơ đồ hoạt động của bộ điều chỉnh khi điện áp máy phát thấp
hơn điện áp hiệu chỉnh:


Hình 2.19- Khi điện áp máy phát cao hơn điện áp hiệu chỉnh
B- Cực nối với đầu ra của máy phát; P- Cực nối đầu ra của stator; F- Cực nối đầu ra
của cuộn dây kích từ; E- Cực nối mass; IG-Cực nối với đầu đánh lửa; S -Cực nối với
đầu ắc-quy; L- Cực nối với đèn báo nạp; D1- Diode; Tr1, Tr2 -Các transistor.
 Khi điện áp máy phát cao hơn điện áp hiệu chỉnh:
Nếu Transistor Tr1 tiếp tục mở, điện áp ở cực B tăng lên. Sau đó điện áp ở cực S vượt
quá điện áp điều chỉnh, mạch M. IC xác định tình trạng này và đóng Transistor Tr1.
Kết quả là dịng kích từ qua cuộn dây rotor giảm, điện áp ở cực B (điện áp được tạo
ra) giảm xuống. Sau đó nếu điện áp ở cực S giảm xuống tới giá trị điều chỉnh thì mạch
M. IC sẽ xác định tình trạng này và mở Transistor Tr1. Do đó dịng kích từ của cuộn
dây rotor tăng lên và điện áp ở cực B cũng tăng lên. Bộ điều chỉnh giữ cho điện áp ở
cực S (điện áp ở cực ắc quy) ổn định (điện áp điều chỉnh) bằng cách lặp đi lặp lại các
quá trình trên. Diode D1 hấp thụ sức điện động ngược sinh ra trên cuộn rotor do đóng

mở transistor Tr1.


CHƯƠNG 3. CHỌN SƠ ĐỒ HT CUNG CẤP VÀ TÍNH CHỌN MÁY PHÁT
3.1. Phân tích, lựa chọn sơ đồ cho hệ thống cung cấp
3.1.1. Lựa chọn máy phát
Hiện nay các thiết bị trên xe đều dùng dòng điện 1 chiều. Tuy nhiên, việc dùng máy
phát 1 chiều có nhiều nhược điểm như do cấu tạo máy phát 1 chiều có vòng đổi điện
cuộn dây roto phức tạp nên tuổi thọ thấp, sữa chữa bảo dưởng khó khăn, ngồi ra máy
phát điện 1 chiều có cổ góp nên dể mịn bởi ma sát và hạn chế dòng điện phát ra.
Trong khi đó máy phát xoay chiều khơng có vịng đổi diện và cuộn dây roto đơn giản
hơn do đó có tuổi thọ cao và dể dàng trong bảo dưỡng. Máy phát xoay chiều có dịng
kích thích nhỏ nên khơng cháy vịng tiếp điện. Có thể tăng tỉ số truyền từ động cơ đến
máy phát đạt tới trị số 2.5÷3 lần vì vậy, khi động cơ ô tô chạy không tải máy phát có
thể phát ra cơng suất đạt tới (25÷30%) cơng suất định mức, cải thiện điều kiện nạp
cho ắc quy. Cấu tạo đơn giản, cùng 1 công suất nhưng kết cấu gọn nhệ hơn. Tiêu hao
kim loại màu ít hơn.
Máy phát xoay chiều được chia làm máy phát 3 pha và máy phát 1 pha. Ta chọn máy
phát xoay chiều 3 pha do loại máy này có kết cấu gọn hơn hiệu suất cao hơn máy phát
điện 1 chiều có cùng 1 công suất.
Trong các loại máy phát điện xoay chiều 3 pha, ta chọn loại kích thích bằng nam châm
điện. Bởi vì máy phát điện xoay chiều 3 pha kiểu kích thích bằng nam châm vĩnh cửu
có những nhược điểm vơ cùng quan trọng như khó điều chỉnh thế hiệu, công suất hạn
chế, giá thành cao và trọng lượng lớn. Ngồi ra, từ thơng của nó cịn phụ thuộc nhiều
vào chất lượng hợp kim và kim loại chế tạo nam châm. Trong khi đó, máy phát xoay
chiều 3 pha kiểu kích thích bằng nam châm điện ít tốn kém hơn và dể điều chỉnh điện
áp dể dàng hơn.
Do đó, để thỏa mãn các yêu cầu của hệ thống cung cấp cho xe thiết kế nói chung và
máy phát nói riêng ta chọn máy phát xoay chiều ba pha, kích từ bằng nam châm điện.
Xe thiết kế là xe du lịch, hệ thống điện trên xe dùng dòng điện Ung = 12V.

1.Puly
2.Nắp trước
3.Cuộn stator
4.Rotor
5.Nắp sau
6.Cuộn rotor
7.Cọc bắt dây
8.Giắc cắm dây
9.Vànhtiếp
điểm
10.Ổ bi
11.Bộ chỉnh lưu
12- Má cực từ

Hình 3.1 – Máy phát điện xoay chiều 3 pha, kích từ bằng nam châm điện
3.1.2. Lựa chọn bộ chỉnh lưu
Ta đã chọn dòng điện máy phát là dịng xoay chiều 3 pha kích từ bằng nam châm điện
vì thế để các thiết bị trên ơ tô sử dụng được và nạp điện được cho ắc quy, ta cần dùng
bộ chỉnh lưu.
Ta chọn bộ chỉnh lưu 3 pha 8 đi-ốt vì nó có hiệu quả cao hơn khi cơng suất máy phát
đạt cao hơn 1000W thì trong thành phần của hiệu điện thế xuất hiện sống đa hài bậc 3.
Vì thế ta chọn bộ chỉnh lưu này để tận đụng ưu thế đó, giúp nâng cao công suất máy
phát và đạt được hiệu quả chỉnh lưu cao hơn.
B

C

D1

D3

D5

D7

D9

W1
W2

W3

D10

D2

D4

D6

D8

D11

Hình 3.2 Bộ chỉnh lưu 3 pha 8 đi-ốt
3.1.3. Lựa chọn bộ điều chỉnh