đồ án trang bị điện và điện tử động lưc: hệ thống cung cấp

Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
MUC LUC̣ ̣
1. T ng quan h th ng cung c p đi n trên ô tôổ ệ ố ấ ệ 2
1.1. Nhi m v .ệ ụ 2
1.2. Yêu c u.ầ 2
1.3. Phân lo i.ạ 2
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 4
2. Các b ph n c a h th ng cung c pộ ậ ủ ệ ố ấ 7
2.1. Máy phát đi nệ 7
2.1.1. Công d ng, phân lo i, yêu c uụ ạ ầ 7
2.1.1.1. Công d ng.ụ 7
2.1.1.2. Phân lo i.ạ 7
2.1.1.3. Yêu c u.ầ 8
2.1.2. Máy phát đi n m t chi uệ ộ ề 8
2.1.2.1. C u t oấ ạ 8
2.1.3. Máy phát đi n xoay chi uệ ề 11
2.1.3.1. Máy phát xoay chi u kích thích b ng nam châm v nh c uề ằ ĩ ử 12
2.1.3.2. Máy phát xoay chi u kích thích ki u đi n tề ể ệ ừ 14
2.2. B đi u ch nhộ ề ỉ 19
2.2.1. Công d ng, phân lo i, yêu c uụ 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 31
2.3.2.1. R le dòng đi n ng c (RLD N)ơ ệ ượ Đ 31
2.3.2.2. R le đóng m ch (RL M)ơ ạ Đ 36
2.3. B ch nh l uộ ỉ ư 40
2.3.1. Nhi m v .ệ ụ 40
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 41
2.3.2.3. B ch nh l u 14 diod.ộ ỉ ư 42
3. Tính toán ch n công su t máy phát.ọ ấ 44
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
1
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
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 châm 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).

Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
2
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
- Hệ thống cung cấp với máy phát điện 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
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
3
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
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:
- 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).
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
4
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
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.
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
5
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
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 nđ ế độ ả ứ ớ ườ ợ ắ đ ệ
tr ngoài (máy phát ch y không t i). Khi ó ở ạ ả đ RL   IL = 0. ch này, máy phátỞ ế độ
ch y u n p cho c qui và dòng i n n p ph thu c vào s chênh l ch gi aủ ế ạ ắ đ ệ ạ ụ ộ ự ệ ữ
hi u i n th hi u ch nh c a máy phát và s c i n ng c a accuệ đ ệ ế ệ ỉ ủ ứ đ ệ độ ủ .
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
6
Phụ tải liên tục
Hệ thống đánh
lửa 35W
Bơm nhiên
liệu 55W
Hệ thống phun
nhiên liệu
100
ACCUMÁY PHÁT
Tải hoạt động gián đoạn

trong thời gian dài
Tải hoạt động gián đoạn
trong thời gian ngắn
Car radio
12W
Đèn báo rẽ
4 x 21W
Đèn sương mù 2
x 40W
Đèn stop
2 x 21W
Đèn lùi
2 x 25W
Đèn báo trên
tableau 18W
Đèn trần 5W
Motor gạt nước
80W
Đèn kích
thước 4x12W
Motor điều
khiển kính
4 x 30W
Khởi động điện
1400W
Đèn đậu
4 x 5W
Quạt làm mát
động cơ
2 x 120W

Quạt điều hoà
nhiệt độ
2 x 80W
Đèn cốt
4 x 70W
Xông kính
120W
Mồi thuốc
90W
Đèn pha
2 x 50W
Motor điều
khiển anten
60W
Đèn soi biển
số 2 x 5W
Motor phun
nước rửa kính
60W
Còi 40W
Hệ thống
điều khiển
100W
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
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 phaµn cho ắc qui và một phaµn 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).
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
7
(1.1)
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
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 2.33, 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.
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
8
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
9
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
+ 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.
+ 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.
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
10
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
Hình 2.5. Giá đỡ chổi điện.
1- Thân giá đỡ; 2- Chổi điện; 3- Đòn ép; 4- Lò xo.
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 2.37: 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 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).
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
11
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
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.
+ 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 2.7 và 2.8). 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.
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
12
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
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.
Rôto nam châm hình móng (hình 2.7) 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. Rô to 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.
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
13
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
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).
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.
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
14
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
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).
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
15
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
Hình 2.11. Cấu tạo máy phát điện xoay chiều kích thích kiều điện từ.
• Stator (phần ứng).
Hình 2.12. Cấu tạo Stator.
+ Rôto: gồm hai chùm cực hình móng (2- hình 2.12 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.
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
16
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
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).
Thế hiệu máy phát có thể được chỉnh lưu một phần hay toàn bộ (hình 2.15).
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
17
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
a2. Loại không có vòng tiếp điện.
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.
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
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
18
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
2.18) 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 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.

Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
19
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
- 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.
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.
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
20
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
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.
- 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
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
21
(2.2)
(2.3)
(2.1)
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
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 19).
- 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 2.19b), để thay đổi giá trị hiệu dụng của
nó.
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.
+ 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
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
22
Hình 2.19. Phương pháp thay đổi giá trị dòng kích thích.
a-Điện trở phụ có giá trị thay đổi; b- Điện trở phụ có giá
trị không đổi.
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
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' 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:
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
23
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
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 2.21).
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:
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
24
(2.4)
(2.5)
Đồ án trang bị điện - điện tử động lực
- 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 2.22.
- 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 (-)MF
Nguyễn Văn Thoa - Lớp 06c4B
25
W
kt
W
gt