đồ án trang bị điên tính toán kiểm nghiệm hệ thống cung cấp điện trên ôtô

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. Nhi m v .ệ ụ 3
1.2. Yêu c u.ầ 3
1.3. Phân lo i.ạ 3
1.4. Nh ng thông s c b n h th ng cung c p đi n. ữ ố ơ ả ệ ố ấ ệ 5
2. Các bộ phận của hệ thống cung cấp 8
2.1. Máy phát điện 8
2.1.1. Công d ng, phân lo i, yêu c u.ụ ạ ầ 8
2.1.1.1. Công d ng.ụ 8
2.1.1.2. Phân lo i.ạ 8
2.1.1.3. Yêu c u.ầ 9
2.1.2. Máy phát đi n m t chi u.ệ ộ ề 9
2.1.2.1. C u t o.ấ ạ 9
2.1.3. Máy phát đi n xoay chi u.ệ ề 12
2.1.3.1. Máy phát xoay chi u kích thích b ng nam châm v nh c u.ề ằ ĩ ử 12
2.1.3.2. Máy phát xoay chi u kích thích ki u đi n t .ề ể ệ ừ 15
2.2. B đi u ch nh.ộ ề ỉ 19
2.2.1. Công d ng, phân lo i, yêu c u.ụ ạ ầ 19
2.2.1.1. Công d ng.ụ 19
2.2.1.2. Phân lo i.ạ 20
2.2.2. Nguyên lý đi u ch nh th hi u và h n ch dòng đi n.ề ỉ ế ệ ạ ế ệ 21
2.3.1. S đ c u t o và nguyên lý làm vi c.ơ ồ ấ ạ ệ 22
2.3.1.1. Công su t m ti p đi m và các bi n pháp gi m tia l a ti p đi m.ấ ở ế ể ệ ả ử ở ế ể 29
2.3.2. R le dòng đi n ng c (RLD N) và r le đóng m ch (RL M).ơ ệ ượ Đ ơ ạ Đ 32
2.3.2.1. R le dòng đi n ng c (RLD N)ơ ệ ượ Đ 32
2.3.2.2. R le đóng m ch (RL M)ơ ạ Đ 36
2.3. B ch nh l u.ộ ỉ ư 41
2.3.1. Nhi m v .ệ ụ 41

2.3.2. M t s b ch nh l u th ng dùng.ộ ố ộ ỉ ư ườ 41
2.3.2.1. B ch nh l u 6 diod.ộ ỉ ư 41
2.3.2.2. B ch nh l u 8 diod.ộ ỉ ư 42
2.3.2.3. B ch nh l u 14 diod.ộ ỉ ư 42
3. Tính toán và chọn công suất máy phát 51
3.2.Ch n máy phát đi n xoay trên ô tô:ọ ệ 53
Tài liệu tham khảo…………………………………………………………… 49
SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B
1
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
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
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
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 U
đm
= 14V đối với những xe sử dụng hệ thống điện
12V, U
đm
= 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 I
max
= 70 – 140A.
• Tốc độ cực tiểu và tốc độ cực đại của máy phát: n
max

, n
min
phụ thuộc vào tốc độ của
động cơ đốt trong.
min i
n n 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.
n
i
: tốc độ cầm chừng của động cơ
• Nhiệt độ cực đại của máy phát t
o
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 U
hc
= 27 – 28V (với hệ thống 28V).
Sơ đồ hệ thống cung cấp điện trên ôtô.
SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B
5
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
Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải
Hình 1.4 Sơ đồ phụ tải điện trên ôtô
 Chế độ thứ nhất: ây là ch không t i ng v i tr ng h p không m c i n trđ ế độ ả ứ ớ ườ ợ ắ đ ệ ở
ngoài (máy phát ch y không t i). Khi ó ạ ả đ RL   IL = 0. ch này, máy phát chỞ ế độ ủ
y u n p cho c qui và dòng i n n p ph thu c vào s chênh l ch gi a hi u i nế ạ ắ đ ệ ạ ụ ộ ự ệ ữ ệ đ ệ
th hi u ch nh c a máy phát và s c i n ng c a accuế ệ ỉ ủ ứ đ ệ độ ủ .
SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B
7
Phụ tải liên tục
Hệ thống đánh
lửa 25W
Bơm nhiên
liệu 50W
Hệ thống phun
nhiên liệu
85W
ACCUMÁY PHÁT
Tải hoạt động gián đoạn
trong thời gian dài
Tải hoạt động gián đoạn
trong thời gian ngắn
Radio
12W
Đèn báo rẽ
4 x 21W

Đèn sương mù 2
x 40W
Đèn stop
2 x 21W
Đèn lùi
2 x 21W
Đèn báo trên
tableau 22W
Đèn trần 5W
Motor gạt nước
60W
Đèn kích
thước 4x12W
Motor điều
khiển kính
4 x 30W
Khởi động điện
1000W
Đèn đậu
4 x 3W
Quạt làm mát
động cơ
2 x 110W
Quạt điều hoà
nhiệt độ
2 x 80W
Đèn cốt
4 x 55W
Xông kính
120W

Mồi thuốc
85W
Đèn pha
2 x 45W
Motor điều
khiển anten
65W
Đèn soi biển
số 2 x 3W
Motor phun
nước rửa kính
45W
Còi 40W
Hệ thống
điều khiển
160W
Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải
1
rr
EU
i
a
aqmf
mf
+
−
=
;
1
rr

UE
i
aq
mfaq
aq
+
−
=
 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 I
L
< I
mf
, 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 đương của
các phụ tải đạt giá trị
amf
a
L
EU
rE
R
−
=
1

.
thì dòng nạp bằng không
 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:
aqmf
aq
L
EU
rE
R
−
⋅
<
1
, ắc qui bắt đầu phóng điện, hỗ trợ một phần điện năng cho máy phát.
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).
SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B
8
Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải
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:
- 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
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
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
26
O
28
O
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 sát
SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B
11
Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải
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
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
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
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.
a
1
. 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
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
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
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.
a
2
. 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
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
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
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):
)1(U)

U
RI
1(URIUE


β+=+=+=
Trong đó:
E = C
E
nΦ - Suất điện động của máy phát;
ở đây: C
E
- Hằng số kết cấu của máy phát;
n - Số vòng quay phần ứng;
Φ - Từ thông của máy phát.
U - Thế hiệu máy phát (trên hai đầu cuộn dây phần ứng);
I
ư
, R
ư
- Dòng điện và điện trở cuộn dây phần ứng. Đối với máy phát xoay
chiều I
ư
là giá trị trung bình của dòng đã chỉnh lưu;
U
RI

=β
- Hệ số phụ tải của máy phát.
Ta có:

φ
β+
=
β+
=
E
C
)1(
n
)1(
E
U
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
Φ
, tức là thay đổi dòng điện
kích thích của máy phát.
SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B
21
(2.1)
(2.2)
Đồ án Trang bị điện & điện tử động lực GVHD: Th.S. Nguyễn Việt Hải
- Dòng điện tải của máy phát I
mf

≈
I
ư
= (U/R

ft
) (ở đây R
ft
- 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: R
f
= 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
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 F
đt
nhỏ hơn lực kéo của lò lo (F
đt
< F
lx
) nên
tiếp điểm KK' được giữ ở trạng thái đóng. Lúc này điện trở phụ R
f
bị nối tắt và dòng
điện kích thích sẽ đi theo mạch sau:
(+)MF > a > b > cần 3 > KK' > d > W
kt
> (-)MF
- Khi tốc độ quay của máy phát tăng lên: thì dòng điện kích thích và thế hiệu của
máy phát tăng theo. Khi U
mf

> U
đm
thì dòng qua cuộn dây W
U
lớn, lực điện từ của nó lúc
này thắng lực lò xo (F
đt
> F
lx
), 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 > R
f
> d > W
kt
(-)MF
Thế hiệu máy phát giảm làm giảm lực hút điện từ của cuộn dây W
U
và khi U
mf
<
U
đm
, lực lò xo lại thắng lực điện từ và đóng tiếp điểm KK' lại > 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 W
U

, khi F
đt
> F
lx
KK' lại mở ra. Quá trình đóng - mở tiếp điểm KK'
SVTH: Phạm Văn Đức_Lớp 06C4B
23
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 f
0
của nó ít nhất là 2 lần, tức là:
2
f
f
0
max
≤
, trong đó:

m
C
2
1
f
0
π
=
(ở đây: C - Độ cứng của lò xo; m - Khối lượng
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
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:
U
U(đ)

= U
mf
- i
U
R
gt
, vì R
gt
nhỏ nên:
i
U
.R
gt
≈ 0 và U
U(đ)
≈ U
mf

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 i
U
,
làm tăng độ sụt thế trên nó và làm giảm thế hiệu đặt lên cuộn từ hoá:
U
U(m)
= U
mf
- (I
kt
+i

U
)R
gt
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
∆
U
U
=I
kt
.R
gt
;
- Phụ thuộc vào giá trị của I
kt
và R
gt
nó không chỉ thay đổi về giá trị mà còn có
thể thay đổi cả về dấu (khi
∆
U
U
>U
mf
).
Sự giảm đột ngột U
U
gây ra sự giảm đột ngột dòng i
U

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 F
đt


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