Thiết kế sa bàn hệ thống cung cấp điện trên xe TOYOTA COROLLA

Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
Lời nói đầu
Để phục tốt cho chuyên môn của học sinh và sinh viên đồ án chuyên môn là
một phơng án hữu ích bởi đồ án không những giúp cho ngời trực tiếp nguyên cứu
hiểu sâu về chuyên ngành mà còn tạo ra những sản phẩm giúp cho việc học của
học sinh đợc thuận tiện hơn. Chính vì những lý do đó chúng em đợc giao đề tài
Thiết kế sa bàn hệ thống cung cấp điện trên xe TOYOTA COROLLA .
Để thiết kế đợc sa bàn của hệ thống cung cấp điện của xe Toyota Corola
sinh viên phải nguyên cứu tham khảo rất nhiều tài liệu khác để hiểu sâu hơn về hệ
thống cung cấp điện, từ đó thiết kế ra sa bàn gần với thực tế nhất tạo điều kiện cho
học sinh dễ trực quan và nhận thức vấn đề. Sa bàn phải tích hợp toàn bộ những kiến
thức về hệ thống cung cấp điện và học sinh phải dễ hiểu nhất.
Để đề tài thành công thì cần có các trang thiết bị, vật t đầy đủ và phải hoạt
động tốt. Hệ thống cung cấp điện trên xe Toyota Corola là hệ thống cung cấp điện
tiêu biểu cho hệ thống cung cấp điện trên các xe hiện đại, khi đã nắm chắc đợc hệ
thống thì học sinh sẽ tiếp thu rất nhanh các hệ thống cung cấp điện khác.
Qua tính cấp thiết của đề tài chúng em thấy đợc tầm quan trọng của nó,
chúng em rất mong đợc sự giúp của các thầy trong bộ môn để đề tài đợc hoàn
thành đúng kế hoạch đề ra, và phục vụ tốt cho công tác giảng dậy sau này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nam Định ngày 25 tháng 5 năm 2009

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
1
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
Chơng 1
Những vấn đề chung
1.1. lịch sử phát triển chung của ôtô
1.1.1. Giới thiệu chung về ôtô
a) Khái niệm chung về ôtô

Ô tô là một loại phơng tiện vận tải rất linh hoạt và tiện lợi. Nó có thể hoạt
động ở những vùng địa hình khác nhau nh đồng bằng, đồi núi, thạm chí ở cả những
nơi không có đờng giao thông thuận tiện. Ô tô có nhiều loại trọng tải khác nhau
nên có thể vận chuyển khối lợng hàng hoá khá lớn hoặc rất ít tuỳ thuộc nguồn
hàng. Vì vậy ô tô có tính linh hoạt cao hơn các phơng tiện vận tải đờng sắt và đờng
thuỷ. Ngày nay, ô tô trở thành loại phơng tiện vận tải chủ yếu trong nền kinh tế
quốc dân.
b) Lịch sử và xu hớng phát triển của ôtô
Từ năm 1600, ngời Hà Lan đã chế tạo ra chiếc xe ô tô đầu tiên chạy bằng
sức gió. Đến đầu thế kỷ 18, máy hơi nớc ra đời và đợc ứng dụng trên ô tô ở Anh
năm và ở Mỹ năm 1804. Tuy nhiên vào thời kỳ này, ô tô không chạy đợc trên các
đoạn đờng vòng và khúc khuỷu.
Năm 1827 chế tạo ra bộ vi sai giúp ô tô chạy đợc trên đờng vòng và khúc
khuỷu.
Hình 1.1. Bộ vi sai

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
2
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
Năm 1832, hộp số có 3 cấp ra đời.
Hình 1.2. Hộp số
Năm 1878, ngời Đức chế tạo ra động cơ 2 kỳ và 4 kỳ ứng dụng trên ô tô nh-
ng tốc độ rất thấp và công suất nhỏ. Đến những năm 1885 1888, động cơ có
công suất mạnh hơn đợc chế tạo cho ô tô nhng tốc độ lớn nhất chỉ đạt 18km/
Hình 1.3. Động cơ 4 kì Hình 1.4. Động cơ 2 kì
Năm 1896, ngời Đức chế tạo ra động cơ điêzen và ứng dụng trên ô tô. Năm
1902, ô tô đợc chế tạo hàng loạt nhng phải khởi động bằng tay quay. Năm 1911,
máy khởi động ra đời giúp cho việc khởi động động cơ dễ dàng hơn.
Năm 1923, ô tô đợc làm mui bằng vải bạt và hệ thống phanh 4 bánh xe ra

đời giúp cho tốc độ trung bình của ô tô tăng lên. Từ đó ô tô đợc hoàn thiện dần

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
3
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
nhằm tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu, tăng tính tiện nghi, giảm sức lao
động của lái xe, ... Năm 1940, hộp số tự động ra đời.
Hình 1.5. Hộp số tự động
Hiện nay số lợng ô tô trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng
không ngừng tăng lên. Đồng thời với sự phát triển về số lợng, chất lợng ô tô cũng
không ngừng đợc cải tiến nhằm tăng tính kinh tế nhiên liệu, tăng tốc độ trung bình,
tăng sức chứa và chỗ ngồi, tăng tính tiện nghi giúp cho ngời ngồi trên ô tô luôn
thấy thoải mái tiện dụng, hình thức phong phú, kiểu dáng đẹp.

Một chiếc ô tô hiện đại đợc ứng dụng thành tựu khoa học của nhiều ngành
nh: Tin học, điện tử, tự động hoá, công nghệ chế tạo máy, ...
1.1.2. Sự phát triển của hệ thống cung cấp điện
Hệ thống cung cấp điện là một bộ phận quan trọng hkông thể thiếu đợc trên ôtô,
nó quyết định đến khả năng làm việc hiệu quả cao hay thấp của toàn xe. Đặc biệt

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
4
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
nh xu hớng gần đây phát triển động cơ chạy bằng điện (động cơ Hybrit) thì vai trò
của hệ thống cung cấp càng có ý nghĩa quan trong.
Ban đầu sơ khai ngời ta sử dụng cả máy phát điện xoay chiều và máy phát mộtt
chiều chúng chỉ là dùng những loại máy phát đơn giản có điện áp phát ra không ổn
định làm giảm tuổi thọ của các thiết bị dùng trên xe dẫn đến tính kinh tế không

cao.
Cho đến nay đa số các xe máy thiết bị đều dùng đến máy phát điện xoay chiều
trừ một số laọi xe chuyên dùng sử dụng máy phát một chiều, do u điểm của máy
phát một chiều vợt trội hơn nhiều so với máy phát một chiều.
Máy phát xoay chiều đã sử dụng các diot để nắn dòng điện xoay chiều thành
dòng một chiều và dùng bộ tiết chế để điều chỉnh điện áp.
Ban đầu bộ tiết chế đơn giản chỉ là điều khiển cơ khí bình thờng với sự đóng mở
của các tiếp điểm theo kiểu rung, rồi ngời nhật bắt đầu chế tạo ra bộ điều chỉnh
thế hiệu bán dẫn có tiếp điểm.
Và cho đến nay hầu hết các xe đều dung tiết chế bán dẫn không tiếp điểm và tiết
chế vi mạch có hiệu quả và tính chính xác cao.
1.2. Cơ sở lý thuyết về hệ thống cung cấp điện
1.2.1. Nhiệm vụ của hệ thống cung cấp điện
Hệ thống cung cấp điện gồm có: Acquy - máy phát điện (Dinamo,
generateur) là nguồn điện và bộ chỉnh điện (tiết chế)
Nhiệm vụ của hệ thống cung cấp điện là cung cấp năng lợng điện cho các
phụ tải trên ô tô với một điện thế ổn định trong mọi điều kiện làm việc của động
cơ.
Sơ đồ của hệ thống cung cấp điện tổng quát đợc biểu diễn theo sơ đồ sau:

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
5
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống cung cấp điện cho phụ tải trên xe
1.2.3. Yêu cầu của hệ thống cung cấp điện
Chế độ làm việc của ô tô luôn luôn thay đổi có ảnh trực tiếp đến chế độ làm
việc của hệ thống cung cấp điện. Do xuất phát từ điều kiện luôn phải đảm bảo các
phụ tải làm việc bình thờng. Hệ thống cung cấp điện phải đảm bảo các yêu cầu sau
:

+ Đảm bảo độ tin cậy tối đa của hệ thống, điều chỉnh tự động trong mọi
điều kiện sử dụng của ô tô.
+ Đảm bảo nạp điện tốt cho Ăc quy và đảm bảo khởi động động cơ ôtô dễ
dàng với độ tin cậy cao.
+ Kết cấu đơn giản và hoàn toàn tự động làm việc ở mọi chế độ.
+ Chăm sóc và bảo dỡng kỹ thuật ít nhất trong qua trình sử dụng.
+ Có độ bền cơ khí cao đảm bảo chịu rung và chịu sóc tốt.
+ Đảm bảo thời hạn phục vụ lâu dài.
1.2.4. Phân loại hệ thống cung cấp điện
Theo các xe khác nhau dùng loại máy phát khác nhau ta có cách phân loại:
+ Hệ thống cung cấp dùng máy phát điện xoay chiều.
+ Hệ thống cung cấp điện dùng máy phát một chiều.
Theo điện áp cung cấp ta có thể phân loại sau:
+ Hệ thống cung cấp điện dùng máy phát 12V
+ Hệ thống cung cấp dùng máy phát điện 24V.
Với máy phát điện một chiều ta có thể phân loại:
+ Loại điều chỉnh trong (dùng chổi điện thứ 3)

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
6
Accquy
Máy
phát
Hệ thống ĐK động
cơ
HT khởi
động
HT chiếu
sáng

HT gạt mưa
và xông kính
HT tín
hiệu
HT điều
hoà KK
HT khoá
cửa
HT đ.khiển
phanh
HTĐK an toàn của
và túi khí
HT giải trí
trên xe
HT thông
tin
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
+ Loại điều chỉnh ngoài (dùng bộ chỉnh điện kèm theo)
Với máy phát điện xoay chiều ta có thể phân loại:
+ Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu.
+ Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ.
1.2.5.Đặc tính của máy phát điện xoay chiều 3 pha.
Đặc tính của máy phát điện đợc xác định bằng hàng loạt mối liên hệ giữa các
đại lợng cơ bản.
Thế hiệu pha U

, thế hiệu dây U
d
, thế hiệu sau chỉnh lu U
cl

,dòng điện tải
I
mf
hay dòng kích thích I
kt
, số vòng quay. v...v...
Xây dựng các đờng đặc tính để đành giá tuổi thọ ,tính kinh tế, độ bền,
hiệu xuất và các chỉ tiêu kỹ thuật khác. Sau đây ta khảo sát một số đờng đặc tính
cơ bản của máy phát điện xoay chiều.
a. Đặc tính không tải
Là những đờng cong đặc trng cho mối qua hệ phụ thuộc SĐĐ của máy phát
vào dòng điện kích thích.
E = f(I
kt
) khi số vòng quay n = const và I
t
= 0
Nhận xét:
-Khi máy phát chạy không tải I
mf
= 0
thì chỉ với 1/3 dòng kích thích ở n
tb
,U máy phát đã đạt định mức.
-Càng ở số vòng quay cao sự thay đổi E
mf
phụ thuộc vào I
kt
càng thể hiện r
Hình 1.7: Đặc tính không tải theo số vòng quay khác nhau

Theo đặc tính, ta xác định đợc hệ số đặc trng số vòng quay của máy phát
K
n
= n
max
/ n
min
= 8:10
Sức điện động pha đợc xác định bởi:

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
7
0.3
1
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
E

= 4k.N

.n. .p/60
Trong đó: k là hệ số phụ thuộc vào kết cấu của máy phát( k=1.1 với máy phát
xoay chiều)
N

: là số vòng dây cuấn trên một cuận dây pha
: Là từ thông qua khe hở giữa roto và stato
b. Đặc tính ngoài
Là những đờng cong đặc trng cho mối quan hệ phụ thuộc giữa thế hiệu
máy phát sau chỉnh lu Ucl vào dòng điện I

mf
:
U
cl
= f(I
mf
).
với n = const
U
k
= U
đm
= const
Và điện trở kích thích R
k
=const
Khi tải máy phát tăng điện áp U
mf
giảm nhanh
ứng với từng số vòng quay nhất định và một cờng độ dòng kích thích đã định ta vẽ
đợc đờng đặc tình ngoài của máy phát điện khi kích thích nhờ nguồn điện ắc quy
hay máy phát tự kích thích.
Nguyên nhân: Giảm thế hiệu khi I
mf
tăng là do độ sụt thế trên điện trở thuần và cảm
kháng của cuộn dây phần ứng do ảnh hởng của phản từ phần ứng làm giảm từ
thông và độ sụt thế ở mạch ngoài chỉnh lu.
Điện trở toàn phần của pha trong cuận stator:
Z

=
22
L
XR
+

X
L
=

.L =
60
...2 Lnp


Z
=
22
)
60
...2(
L
pnR
+

Trong đó:

R
: Điện trở thuần của pha
X

L
: Là trở kháng của pha
L: Độ cảm kháng của cuận pha
Giá trị của

Z
phụ thuộc vào số vòng quay n vì vậy khi n tăng lên thì độ cong
của điện áp U
mf
tăng lên.

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
8
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
Hình 1.8: Đặc tính ngoài
a) Đặc tính ngoài máy phát làm việc tự kích thích
b) Đặc tính ngoài với máy phát làm việc kích từ bằng Acquy
c. Đặc tính tải theo số vòng quay
Là đờng cong đặc trng cho quan hệ phụ thuộc dòng điện tải vào số vòng quay I
mf
= f
(n) khi U
cl
= const và I
kt
= const.
i
mf
i

mf

0 2000 4000 0 2000 4000 n( v/p)

Hình 1.9: Đặc tính tải theo số vòng quay
- Đặc tính tải theo số vòng quay của máy phát.
I
mf
= 2/3I
max
a, Loại máy phát có đặc tính tự kìm chế dòng điện
b,Loại máy phát không có đặc tính tự kìm chế dòng điện .
Loại máy phát có đặc tính tự kìm chế dòng điện phát ra đến mức độ nhất định
sẽ không tăng hoặc tăng không đáng kể mặc dù tốc độ máy phát vẫn tăng.
Nh vậy loại máy phát này không cần làm việc với rơle hạn chế dòng điện

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
9
Imf
Ucl
b
a
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
Đặc tính tự hạn chế dòng điện có đợc là do tính toán chọn số vòng dây phần
ứng (Stato) và cuộn dây kích thích sao cho có thể giảm đợc số vòng quay ban đầu
ở chế độ không tải .
Khi n
mf
tăng thì tần số của I

mf
cũng tăng dẫn đến tăng độ sụt thế bên trong
máy phát điện. Độ sụt thế này tỷ lệ với bình phơng số vòng dây trong một pha
.Vì vậy n
mf
có tăng nhng I
mf
tăng chậm không vợt quá I cực đại đã tính toán.
Đối với máy phát không có đặc tính tự kìm chế dòng điện phải luôn luôn
làm việc với rơle hạn chế dòng điện ....
1.2.6. Đặc tính của máy phát điện một chiều
a. Đặc tính tự kích thích
Là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa U
mf
và n ở các chế độ phụ tải
U
mf
= f(n)
+ Nhận xét :
-Khi n tăng thì U
mf
tăng.
- Khi máy phát tự kích từ bằng từ d U
mf
tăng chậm
- Bắt đầu có dòng điện kích
thich I
kt
. U
mf

tăng vọt
- Khi máy phát càng tải lớn thì
quá trình tự kích càng kéo dài.
- n tăng U
mf
có thể lớn hơn U
đm
rất nhiều
cần phải có bộ điều chỉnh điện áp để
U=const (bảo vệ phụ tải)
Hình 1.10: Đặc tính tự kích thích
b.Đặc tính tải
Là đồ thị biểu diễn mối qua hệ giữa I
mf
và n, I
mf
= f(n).Đó là đặc tính máy phát
điện có rơle ngăn chặn dòng điện ngợc.
- N
bđ
xuất phát của đờng I
mf
chính là lúc ứng với tiếp điểm của rơle ngăn dòng
điện ngợc bắt đầu đóng.
n tăng I
mf
tăng
n = n
3
I

mf
= I
đm

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
10
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
Hình 1.11: Đặc tính tải
n > n
3
; I
mf
> I
đm
ở n > n
3
là giai đoạn máy phát cung cấp với dòng điện lớn vợt khả năng của nó.
Nếu để làm việc ở giai đoạn này quá lâu máy phát sẽ bị nóng dẫn đến h hỏng cháy
cuộn dây phần ứng. Gọi là máy phát bị quá tải. Do vậy đặc tính phải đợc giới hạn
bởi đờng I
đm
= const. Công việc này do rơle hạn chế dòng điện đảm nhiệm.
c. Đặc tính nhiệt
Là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa các chi tiết chính trong máy phát với
thời gian thí nghiệm với n = const và I
mf
= const.
1, Đờng ứng với khối thép phần ứng.
2, Đờng ứng với cổ góp.

3, Đờng ứng với cuộn dây kích thích.
4, Đờng ứng với vỏ máy phát.
Đặc tính nhiệt trên hình vẽ cho thấy.
Trong cùng một khoảng thời gian 90
nhiệt độ của phần ứng và cổ góp điện
đạt cao nhất gần bằng 70
0
C .
Còn ở cuộn dây kích tích và vỏ không
cao trên 40
0
C .
Nếu tăng thêm thời gian thì t
0
cũng không
tăng đáng kể. Hình 1.12: Đặc tính nhiệt của máy phát
1.2.7. Bộ chỉnh lu dùng trên máy phát điện

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
11
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
Để chỉnh lu dòng điện trong máy phát điện xoay chiều ngời ta dùng bộ
chỉnh lu selen bán dẫn hoặc điốt silíc. Các bộ chỉnh lu selen bán dẫn thờng lắp trên
ôtô buýt và máy kéo.
Bộ chỉnh lu selen đợc lắp từ những miếng chất bán dẫn riêng biệt nhờ
các bu lông ở mỗi miếng bán dẫn đều có lắp cánh tản nhiệt. Mỗi bộ chỉnh lu có hai
giá đỡ trên giá đỡ quy định các vị trí đầu dây của mạch điện một chiều và xoay
chiều của máy phát. Để tăng công xuất của bộ chỉnh lu ngời ta có thể lắp hàng loạt
miếng bán dẫn lại theo sơ đồ....

Các bộ chỉnh lu selen bán dẫn có khả năng chịu quá tải rất tốt có thể
lên tới 3 ữ 4 lần định mức. Nhng làm việc ở nhiệt độ cao kém chỉ cho phép nóng
tới 75ữ80
0
C kích thớc cồng kềnh và chóng bị già hoá( thay đổi các thông số).
Sơ đồ mạch máy phát đấu với bộ chỉnh lu selen bán dẫn:
Hình 1.13: Sơ đồ nguyên lý đấu nối điot
1.2.8. Bộ điều chỉnh điện áp
a. Đặt vấn đề và phân loại bộ chỉnh điện .
Máy phát điện dùng trên ô tô máy kéo làm việc trong điều kiện hết
sức phức tạp. Tốc độ luôn luôn thay đổi trên một dải rộng từ vài trăm vòng đến vài
nghìn vòng/phút, phụ tải cũng luôn luôn thay đổi cộng thêm việc nạp điện cho ắc
quy khiến cho máy phát rất dễ bị quá tải.
Vấn đề đặt ra làm thế nào bảo vệ cho các phụ tải cũng nh bảo vệ cho
chính bản thân máy phát đợc an toàn trong điều kiện và chế độ làm việc phức tạp
của ô tô. Ngời ta trang bị thiết bị tự động làm việc điều chỉnh điện áp của máy phát
Ta có UE = C.n.
Trong đó C là hằng số : (gồm số đôi cực .....)

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
12
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
n Tốc độ quay của roto.
Từ thông
Nh vậy điện áp của máy phát phụ thuộc vào n và ( mà n luôn luôn
thay đổi) mà là một hàm phụ thuộc vào I
kt
; = f(I
kt

) để cho U
mf
= const ta phải
điều chỉnh theo n nếu n tăng thì phải giảm nói tóm lại n thay đổi thì thay đổi
cũng có nghĩa là I
kt
phải thay đổi đó cũng chính là nguyên lý của rơle điều chỉnh
điện áp .
Bảo vệ phụ tải cũng nh hạn chế dòng điện phát ra của máy phát tránh
quá tải cho nó. Đối với máy phát điện một chiều còn phải ngăn chặn dòng điện ng-
ợc từ ắc qui phóng lại máy phát khi U
aq
> U
mf
. Thiết bị này còn đợc gọi chung là
bộ chỉnh điện hay tiết chế điện (releregulateur) .
Có thể phân chúng thành các loại sau :
- Bộ chỉnh điện loại rung
- Bộ chỉnh điện bán bẫn có tiếp điểm
- Bộ chỉnh điện bán dẫn không tiếp điểm
b. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của rơle điều chỉnh thế hiệu
* Cấu tạo:
Hình 1.14: Rơle điều chỉnh thế hiệu loại rung
Rơle điều chỉnh thế hiệu gồm có lõi thép non 1, đặt trên gông từ 2, trên lõi
thép có cuốn cuộn dây từ hoá wu đặt dới điện thế của máy phát điện. Cần tiếp điểm
động 3, cặp má vít kk. Trong đó k là má vít cố định đợc bắt cách điện với gông từ

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
13

Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
lò xo 4 luôn luôn dữ cho kk ở trạng thái đống. Điện trở 5 mắc song song với kk.
Gia trị của Rf chọn sao cho ở số vòng quay cực đại nmax của máy phát điện nó có
khả năng giảm Umf của máy phát tới định mức .
* Nguyên lý làm việc
Khi máy phát điện làm việc ở số vòng quay thấp tiếp điểm kk ở trạng thái
đóng, dòng điện từ máy phát đi nh sau:
a, Dòng điện kích thích : từ (+) mf điểm a điểm b kk cuộn dây
kích thích (-)mf, lúc này I
kt
đạt giá trị lớn, U
mf
tăng nhanh.
b, Dòng điện từ hoá: Cũng từ (+) mf điểm a điểm b điểm c W
u
(-)mf do n
mf
thấp đẫn đến lực từ hoá do W
u
tạo ra cũng yếu không đủ thắng sức
căng lò xo nên kk đóng I
kt
đạt cực đại .
Khi n
mf
tăng dần điện thế đặt lên cuộn W
u
cũng tăng theo suy ra lực từ hoá
trong lõi thép cũng tăng lên khi U
mf

tăng tới giá trị tính toán (điểm 1 trên đồ thị qui
luật thay đổi U) Lực từ hoá của lõi thép đủ lớn thắng sức căng lò xo làm tách tiếp
điểm kk và điện trở R
f
tự động đa vào mạch kích thích làm cho thế hiệu của máy
phát giảm nhanh, lực từ hoá lõi thép cũng giảm tới mức không thắng nổi sức căng
lò xo nữa kk đóng lại (tơng ứng với điểm 2 trên đồ thị ). Điện trở R
f
lại bị loại ra
khỏi mạch U
mf
lại tăng lên trong suốt thời gian làm việc tiếp điểm kk đóng mở
liên tục làm cho thế hiệu của máy phát có hình thái răng ca. Trên thực tế tần số
đóng mở kk rất nhanh (trên30l/s) nên dao động của thế hiệu của máy phát không
thể thấy đợc bằng mắt thờng và ngời ta cảm giác rằng U
mf
không đổi và giá trị là
trung bình của thế hiệu răng ca.
Để tăng tần số và giảm biên độ của thế hiệu hình răng ca ngời ta làm nhiều
biện pháp tăng tần số rung động của tiếp điểm kk. bằng cách giảm thiểu tối đa
quán tính cơ khí của cần tiếp điểm cũng nh quán tính từ của rơle ( mắc thêm các
địên trở gia tốc và cuộn dây gia tốc để làm giảm quán tính từ ...).
c. Bộ chỉnh điện dùng cho máy phát điện xoay chiều .
Phần máy phát điện xoay chiều đã giới thiệu, phần lớn các máy phát điện xoay
chiều trên ôtô có khả năng tự kìm chế dòng nên ta không cần dùng rơle hạn chế
dòng và máy phát điện xoay chiều mắc song song với ắc qui và đợc ngăn chặn

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
14

Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
dòng điện ngợc bằng 6 điốt chỉnh lu nên cũng không cần phải có rơle ngăn chặn
dòng điện ngợc nên đối với máy phát điện xoay chiều bộ chỉnh điện hay tiết chế
địên thực chất chỉ còn lại một rơle đó là rơle điều chỉnh điện áp. Sau này ta chỉ gọi
là rơle ĐCĐA. Có rất nhiều loại rơle ĐCĐA đợc dùng trên các máy phát điện
xoay chiều của các nớc Nga, Đức (trên ô tô IFA - w50L) và trên xe của Nhật. Sau
đây ta nghiên cứu một số loại điều chỉnh điện áp thông dụng.
*Bộ ĐCĐA dùng trên xe Nhật
Hình1.15: Rơle điều chỉnh điện áp dùng trên xe của Nhật
-Bộ ĐCĐA gồm có hai rơle: Một rơle ĐCĐAvà một rơle báo nạp rơle làm
việc theo ba chế độ .
Nguyên lý làm việc:
a, chế độ 1: Khi khoá điện đóng, động cơ cha nổ máy. Cặp k2k2 đóng đèn
báo nạp sáng ắc qui phóng điện dòng điện đi nh sau:
(+) ắcqui Kđiện qua đèn báo nạp giắc (L) đến k2k2giắc (E)
về mát về (-) aq.
(+) Mạch nối từ : (+)ắc qui Kđiện cầu trì 15A giắc IGqua
k1k1giắc (F) vào cuộn kích thích (E) (-) ắc qui.
b, Chế độ 2: Động cơ nổ nhng u
mf
< U
đm
.
Trớc hết : U đợc lấy ở điểm trung tính (vì nó có điện áp (+) cao nhất ở một
pha nào đó ) điện áp pha từ (N) cấp cho W
BN
khi điện áp này đạt từ 4 - 5,5V thì
k2k2 mở ra (vì sức hút của lõi thép do IWBN tạo lên ) làm đóng k2k2 đèn báo

-

Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
15
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
nạp tắt ( báo cho ta biết máy phát đã đủ cung cấp cho mạng điện) khi k2k2 đóng
cuộn W
u
(cuộn từ hoá của rơle ĐCĐA) đợc cấp điện
c, chế độ 3: Khi U
mf
đạt giá trị cần phải điều chỉnh rơle ĐCĐA làm việc theo
hai nấc
+ Nấc 1: ứng với khi điện áp máy phát u
mf
= 95% U
đm
.thì cặp k1k1 đóng
mở liên tục tức là loại R
f
hoặc gài R
f
vào mạch kích từ để điều chỉnh I
kt
( điều
chỉnh u
mf
giữ cho nó không đổi bằng 95% U
đm
)
+ Nấc 2: Khi n
mf

tăng lên cao nữa n
mf

> n trung bình làm U
mf
tăng lên nữa làm
cặp k1k1 đóng mở liên tục (vì sức hút của lõi thép tạo nên bởi W lớn )
Khi k1k1 mở ta có dòng I
kt
đi qua Rf I
kt
cũng giảm đi đáng kể.
Nhng khi k1k1 đóng thì cuộn W
kt
lại bị nối tắt hoàn toàn dẫn đến I
kt
giảm
đến bằng không rất nhanh ( tất nhiên sau đó lại mở và thực hiện việc điều chỉnh U)
nhờ cách làm vậy mà ta giỡ đợc U
mf
=U
đm
=const.
U
đm
đối với hệ 12V chọn là từ 13,6 - 14,8V các rơle ĐCĐA của Đức cũng có
nguyên lý hoạt động tơng tự.
* Bộ điều chỉnh điện bán dẫn không tiếp điểm PP350
Về mặt nguyên lý: Các tiết chế bán dẫn không tiếp điểm của Nga,Nhật, Mỹ
Đức hoạt động trên nguyên tắc tơng tự nhau. Loại PP350 của Nga ra đời thay thế

cho loại tiết chế PP362. Là loại tơng đối hoàn thiện hiện vẫn đang đợc sử dụng
rộng rãi trong vòng vài thập kỷ cha có cải tiến gì thêm. Sau đây là cấu tạo và sơ đồ
nguyên lý hoạt động của tiết chế PP350. (Còn gọi là rơ le điều chỉnh điện áp PP350
RLĐCĐA350)
Câú tạo và nguyên lý làm việc
+ Cấu tạo
Tiết chế PP350 là mạch bán dẫn toàn phần linh kiện chính gồm 3 bóng
Tranzitor loại P-N-P (bóng thuận) T1,T2,T3. 3điốt D1,D2,D3 một điốt ổn áp
St(Stabilirton) Các điện rở từ R1 đến R10,điện trở bán dẫn Rt
0
. Cuộn dây xung
Cx toàn bộ linh kiện này đợc lắp đặt trong bộ cách điện và lắp trong một vỏ hộp
bằng hợp kim nhôm đa ra đầu nối là (+), (và M trong một phích cắm điện cẩn thận
chống chạm mát chắc chắn.

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
16
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
Hình 1.16. Tiết chế PP350
+ Nguyên lý làm việc :
Khi máy phát làm việc ở số vòng quay thấp u
mf
< U
aq
tức là phụ tải và tiết
chế chịu điện áp của ắc quy. Xem sự hoạt động của các bóng bán dẫn hoạt động
nh thế nào ta lần từ đầu mối .
Khi U cha vợt quá giá trị đinh mức 13,8 ữ 14,6 Vol thì điốt ổn áp S
t

vẫn cha
mở thông chiều ngợc. Lúc này R
6
coi nh dây dẫn đơn thuần đa điện áp (+) ắc qui
đặt vào cực B của T3 U
eb3
= 0, bóng B
3
ở trạng thái khoá (các dòng điện đều không
thể đi qua).
Cực gốc bóng T
2
nối với âm ắc qui còn cực phát E
2
nối với (+) ắc qui. Phân
áp theo chiều thuận bóng T
2
ở chế độ mở. Hình thành dòng điện cực gốc và cực
góp.
Dòng điện cực gốc I
b
đi nh sau: (+) ắc qui Kđiện điểm b R
8
D
2
cực E bóng T
2
Cực B bóng T
2
R

11
ra mát
Dòng điện cực gốc Ic: Từ (+) ắc qui K điện điểm b R
8
D
2
cực E
bóng T
2
Cực C bóng T
2
R
7
Mát (-) ắc qui. Hai dòng điện này đi qua R
8
gây trên nó một độ sụt áp dẫn tới cực B của bóng T
1
âm hơn cực E của nó một lợng
điện áp rơi trên R
8
(độ sụt áp trên D
1
không đáng kể ) U
eb
>0 nên bóng một cũng ở
trạng thái mở cho dòng điện cực gốc và cực góp đi qua.

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
17

Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
Dòng điện cực góp của bóng T
1
chính là dòng điện I
kt
đi nh sau: ( +) AQ
Kđiện cực E của bóng T
1
cực C của bóng T
1
điểm Scực tiết chế cực
máy phát cuộn W
kt
mát (-)AQ. Dòng điện kích thích không qua điện trở
nào cả I
kt
đạt giá trị lớn.
Khi n
mf
tăng dẫn đến U
mf
> 13,8 Vol điốt ổn áp S
t
mở thông cho dòng điện
đi qua chiều ngợc. Trên R
6
có độ sụt thế nh vậy ta thấy cực gốc bóng T
3
âm hơn cc
phát của nó một lợng điện áp rơi trên R

6
nên bóng T
3
ở trạng thái mở ( cho dòng
điện đi qua ) điện trở cực phát góp T
3
coi nh bằng 0 hầu nh không sụt thế nên điện
áp dơng của máy phát đặt trực tiếp vào cực B của bóng T
2
(U
ebt
2<0) bóng T
2
lập tức
khoá lại (các dòng điện đều không thể đi qua nh vậy không có dòng điện đi qua R
8
và R
8
lại nh một dây dẫn điện đơn thuần đa điện áp (+) máy phát đặt vào cực gốc
bóng T
1
khiến U
ebt1
=0 .Bóng T
1
cũng lập tức khoá chặt khiến cho dòng điện kích
thích không thể đi qua phát góp của nó bắt buộc I
kt
phải đi qua R
10

về cực máy
phát và cuộn kích thích do phải đi qua R
10
nên I
kt
giảm đi đáng kể và khi giảm tới
mức dới ngỡng của đi ốt ổn áp thì nó lại đóng lại. Tuần tự lại đợc lặp lại liên tục
nh vậy đảm bảo u
mf
= const .
+ Tóm tắt tác dụng một số linh kiện trong tiết chế PP350.
- D
1
và R
10
tạo nên mạch điện rò khi bóng T
1
khoá dòng điện rò lúc đó sẽ
gây trên D
1
một độ sụt thế làm cho U
ebt1
<0 đảm bảo cho T
1
khoá chặt.
- D
3
làm nhiệm vụ dập tắt sức điện động tự cảm es sinh ra trong cuộn dây
kích thích khi bóng T khoá ( nh giả thiết trong sơ đồ PP362)
- D

2
cũng có tác dụng nh D
1
( đảm bảo cho T
2
khoá chặt ) trong vài trờng
hợp ngời ta mắc thêm R
8
để tạo ra mạch rò đáng kể.
- Mạch R
3
và C
x
là đoạn mạch R-L (điện trở và cuộn cảm ) có tác dụng san
phẳng tín hiệu điện thế sau chỉnh lu của máy phát điện để cho các linh kiện bán
dẫn làm việc tốt hơn.
- R
t0
là điện trở bán dẫn có tác dụng làm giảm ảnh hởng của t
0
đến hoạt động
của Rơle ĐCĐA.

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
18
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
Chơng 2
Hệ thống cung cấp điện dùng trên xe Toyota
2.1. Giới thiệu chung

2.1.1. Sơ đồ hệ thống:
1. Máy phát điện
2. Đồng hồ báo nạp
3. Khoá điện
4. Accqui
2.1.2. Các thiết bị chính
Trong hệ thống cung cấp của xe Tôyota gồm các thiết bị chính nh sau:
Máy phát dùng để cung cấp dòng điện một chiều cung cấp cho các thiết bị dùng
trên xe và nạp cho acqui tích điện.

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
19
3
1
2
4
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
- Bộ chỉnh lu dùng để nắn dòng điện từ xoay chiều của máy phát thành dòng một
chiều cung cấp cho các thiết bị điện. Nó bao gồm các cặp diot đợc lắp nối tiếp nh
trong sơ đồ.
- Tiết chế: Bảo vệ các thiết bị điện dùng trên xe và chính bản thân máy phát.
- Các cầu chì để bảo vệ thiết bị khi dòng điện lên quá cao gây nguy hiểm cho
thiết bị.
- Khoá điện dùng ngắt nối mạch của hệ thống.
2.2. Máy phát điện

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
20

Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
Hình 2.1 : Cấu tạo máy phát điện xoay chiều Toyota
1. Bully dẫn động máy phát 11. Nắp che giá chổi than
2. Nắp trớc máy phát 12. Nắp che dới gía đỡ
3. ổ bi trớc dẫn động máy phát 13. Giá cố định (+)
4. Rotor 14. Vỏ bảo vệ ổ bi sau
5. Phớt chắn nớc 15. Cao su cách điện cực (+)
6. Căn đệm 16. Giá đỡ chổi than
7. Mặt chặn vòng bi trớc 17. Tiết chế
8. Cao su cách điện 18. Giá cố định
9. Cụm Điot chỉnh lu 19. Nắp sau máy phát
Máy phát xoay chiều bao gồm: phần cảm (phần quay), phần ứng (phần đứng
yên), phần chỉnh lu, tiết chế và nắp trớc, nắp sau, puly, cánh quạt gió.

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
21
14
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
11

13
15
16 17
18
19


Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
* Phần cảm (Roto): Gồm trục máy phát là thép dẫn từ trên đó có lắp hai
chùm cực từ hình móng, bên trong có cuộn dây kích thích cuốn trên trục thép dẫn
từ với hai đầu đợc hàn với hai vòng tiếp điện cách điện với trục máy phát. ở đầu
trục có rãnh then để lắp puly và cánh quạt gió.
* Phần ứng (Stato): Gồm các lá thép kĩ thuật điện đợc ép thành một khối
bên trong có xẻ rãnh phân bố đều để xếp các cuộn dây,phần ứng gồm ba cuộn dây
đấu sao hoặc đấu tam giác đặt lệch nhau một góc 120 độ và đợc ép chặt vào các
rãnh của stato bằng chêm cách điện, các đầu ra của các cuộn dây này đợc nối với
bộ chỉnh lu.
* Bộ chỉnh lu: Thông thờng bộ chỉnh lu gồm 6 con điốt đợc mắc thành 3 cặp
song song với nhau. Cực âm của điốt đợc nối với nắp sau của máy còn cực dơng
của điốt đấu chung thành dơng ra của máy phát.
* Bộ tiết chế : Dùng để điều chỉnh điện áp của máy phát, bộ tiết chế đợc cấu
tạo từ các linh kiện điện tử ( cấu tạo cụ thể ở phần sau ).
* Các phần khác nh nắp trớc, nắp sau đợc làm bằng hợp kim nhôm trên đó
có lắp các vòng bi đỡ phần roto, hai nắp này lắp với nhau bằng bulông và ép chặt
phần stato ở giữa. Nắp sau còn là giá lắp bộ chỉnh lu, bộ tiết chế, chổi than. Các
phần này đợc chắn bụi bởi nắp che bụi.
2.2.1. Nguyên lý hoạt động
Khi động cơ hoạt động nhờ dẫn động dây đai kéo máy phát quay. Cuộn dây
kích thích đã đợc cấp điện từ acqui. Rôto quay làm từ thông biến thiên trong cuộn

dây kích thích dẫn tới hai chùm cực từ trở thành hai cực của nam châm, các cực
này xếp xen kẽ nhau nên đờng sức từ đi từ cực này sang cực khác nối tiếp nhau
quay bên trong phần ứng (stato). Làm phần ứng cảm ứng một suất điện động đa ra
ngoài qua bộ chỉnh lu thành dòng một chiều, dòng điện này đợc ổn định nhờ bộ
tiết chế và đa ra ngoài cấp cho các phụ tải, nạp điện cho ácqui.
2.2.2. Một số biểu thức tính toán cơ bản đối với máy phát điện xoay
chiều
a) Thống kê các phụ tải có thể có trên xe ôtô cùng công suất

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
22
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
+ Tiêu thụ điện của các tải điện hoạt động liên tục
TảI điện hoạt động liên tục Công suất (W)
Hệ thống đánh lửa 20
Bơm nhiên liệu 70
Hệ thống phun nhiên liệu 100
Radio, casstte 12
Đèn trớc( pha cốt) 110
Đèn kích thớc 10
Đèn bảng số 10
Đèn soi bảng điều khiển 10
Tổng công suất 350W
+Tải điện hoạt động gián đoạn
Tải hoạt động gián đoạn Giá trị
thực(W)
Hệ số Công suất tơng
đơng
Quạt giàn nóng lạnh 80 0.5 40

Xông kính 120 0.5 60
Gạt nớc 60 0.25 15
Quạt điện giải nhiệt két n-
ớc
65 0.1 6.5
Đèn kích thớc 36 0.1 3.6
Đèn phanh 42 0.1 4.2
Đèn báo rẽ 70 0.1 7
Đèn sơng mù 70 0.1 7
Đèn báo sơng mù 35 0.1 3.5
Tổng công suất 134W
Nh vậy tổng công suất khi ôtô hoạt động là:
P = 350+134 = 484W
b) Một số biểu thức tính toán
Với máy phát đấu theo sơ đồ hình sao ta có:

UU
d
3
=

II
d
=
ở chế độ không tải sức điện động pha tính theo công thức sau:


60
.
.4

np
KKE
d
=
Trong đó K
0
là hệ số dây cuốn


: là số vòng dây cuốn nối tiếp của 1 pha

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
23
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định


: Là biên độ từ trờng qua khe hở không khí
Điện áp tức thời trên ba cuộn dây là:
tUU
md

sin.
=
)3/2sin(
=
tUU
mB

)3/2sin(

+=
tUU
mC

U
m
: Là điện áp cực đại của pha
60/..22 pnf
==

là vận tốc góc
n:là tốc độ máy phát
p: số đôi cực của rotor
2.3. Bộ chỉnh lu dòng điện
Máy phát điện xoay chiều phát ra dòng điện xoay chiều trong khi đó phụ tải
trên ôtô dùng dòng điện một chiều. Để có đợc dòng điện một chiều ngời ta dùng
bộ chỉnh lu
Bộ chỉnh lu điốt trên xe Toyota Corola thờng đợc chế tạo thành khối chỉnh
lu nh loại B
1
lắp trên máy phát điện xoay chiều. Chúng gồm ba cặp điốt đợc đúc
ngay trong ba miếng tải nhiệt riêng biệt rồi lắp thành một khối trên giá bằng nhựa
cách điện với kết cấu nh vậy sẽ chắc chắn hơn và thuận tiện trong quá trình tháo
lắp.
Bộ chỉnh lu điốt silíc thờng nhỏ hơn bộ chỉnh lu selen rất nhiều nên
chúng đợc đặt ngay trong lòng máy phát . Các điốt silíc có đặc tính chỉnh lu tốt ít
bị già hoá và có khả năng làm việc ở nhiệt độ cao hơn ( t
0
= 110oC ữ 113oC).
Sơ dồ mạch chỉnh lu máy phát điện xoay chiều ba pha không có

trung tính đấu sao và bộ chỉnh lu điốt silíc:


-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
24
A
B
C
D
1
D
2
D
3
D
4
D
5
D
6
Đồ án tốt nghiệp -Trờng đại học s phạm kỹ thuật nam định
Hình 2.2. Sơ đồ đấu nối chỉnh lu máy phát
Với cách mắc kiểu này mối quan hệ giữa điện áp trên dây và trên pha sẽ là:

UU
d
3
=
I

n
= I

Ta giả thiết rằng tải của máy phát là điện trở thuần.
Điện áp tức thời trên các pha A,B,C là:
tUU
mA

sin
=
)3/2sin(
=
tUU
mB

)3/2sin(
+=
tUU
mC

U
m
: Là điện áp cực đại của pha
60/..22 pnf
==

là vận tốc góc
n:là tốc độ máy phát
p: số đôi cực của rotor
Ta giả thiết các điot mắc ở hớng thuận có điện trở R

t
vô cùng bé (R
t
= 0) còn ở h-
ớng ngợc thì rất lớn (R
n
=).
Trên sơ đồ chỉnh lu 3 pha này có 6 điôt, ba điot ở nhóm trên hay còn gọi là
diot dơng (VD
1
, VD
3
, VD
5
) có catot đợc nói với nhau.
Nhóm dới gọi là các điot âm (VD
2
, VD
4
, VD
6
) có các anot đợc nối với nhau.

-
Hớng dẫn: th.s Lê văn liêm Thực hiện : vũ văn quý trần văn hợp
25