Nghiên cứu và phục hồi hệ thống cung cấp điện trên động cơ Opel dưới xưởng thực hành khoa cơ khí động lực

PHẦN I : MỞ ĐẦU
1.1 Lí do chọn đề tài nghiên cứu
Trong những năm gần đây sự phát triển của các nghành khoa học nói chung và
ngành kỹ thuật ô tô nói riêng đã có những bước ngoặt lớn trong lịch sử phát triển với
những sáng tạo ý tưởng mang tính chất đột phá mạnh mẽ do các kỹ sư tài ba cống
hiến. Các nhà sản xuất đem lại cho chúng ta một thế giới ô tô hết sức phong phú, đa
dạng và không kém phần tiện nghi.
Đi đôi với việc phát triển công nghệ kỹ thuật ô tô tạo ra những chiếc xe tiện ích
hơn chiếc xe cũ thì việc đảm bảo an toàn cho người lái cũng rất được lưu tâm và ngày
càng hoàn thiện hơn. Việc nghiên cứu các giải pháp, cách thức và phương án thực lắp
đặt các thiết bị hỗ trợ người lái xe an toàn sao cho tối ưu nhất được các nhà sản xuất
rất quan tâm. Các thiết bị hiện đại hỗ trợ người lái xe ngày càng hiện đại,mức độ tự
động hóa ngày càng cao, nâng cao tính an toàn cho người sử dụng xe.
Bước sang thế kỉ 21, sự tiến bộ về khoa học kỹ thuật của nhân loại đã bước lên
một tầm cao mới. Rất nhiều những thành tựu khoa học kỹ thuật, các phát minh, sáng
chế mang đậm chất hiện đại và có tính ứng dụng cao. Là một quốc gia có nền kinh tế
lạc hậu, nước ta đã và đang có những cải cách mới để thúc đẩy kinh tế. Việc tiếp thu,
áp dụng các thành tựu khoa học tiên tiến của thế giới đang rất được nhà nước quan tâm
nhằm cải tạo, đẩy mạnh phát triển các ngành công nghiệp mới, với mục đích đưa nước
ta từ một nước nông nghiệp lạc hậu thành một nước công nghiệp phát triển. Trải qua
rất nhiều năm phấn đấu và phát triển. Hiện nay nước ta đã là thành viên của khối kinh
tế quốc tế WTO. Với việc tiếp cận các quốc gia có nền kinh tế phát triển, chúng ta có
thể giao lưu, học hỏi kinh nghiệm, tiếp thu và áp dụng các thành tựu khoa học tiên tiến
để phát triển hơn nữa nền kinh tế trong nước, bước những bước đi vững chắc trên con
đường quá độ lên CNXH.
Trong các ngành công nghiệp mới đang được nhà nước chú trọng, đầu tư phát
triển thì công nghiệp ôtô là một trong những ngành tiềm năng.Nhà nước luôn chú
trọng đầu tư giáo dục phát triển nhân lực phục vụ công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại
hóa đất nước và việc đào tạo nguồn nhân lực có chất lượng phục vụ cho ngành công
nghiệp ô tô. Nhưng có một thực tế, trong các trường kỹ thuật của ta hiện nay thì trang
thiết bị cho sinh viên, học sinh thực hành còn thiếu thốn rất nhiều, đặc biệt là các trang

thiệt bị, mô hình thực tập tiên tiến, hiện đại. Các kiến thức mới có tính khoa học kỹ
thuật cao còn chưa được khai thác và đưa vào thực tế giảng dạy. Tài liệu về các hệ
thống điện động cơ trên ôtô còn thiếu, chưa được hệ thống hoá một cách khoa học.

Trang 1


Các bài tập hướng dẫn thực tập, thực hành còn thiếu thốn. Vì vậy mà người kỹ thuật
viên khi ra trường sẽ gặp nhiều khó khăn, khó tiếp xúc với những kiến thức, thiết bị
tiên tiến, hiện đại trong thực tế.
Các sinh viên ngành công nghệ ô tô cũng đã nghiên cứu học tập mong muốn
xây dựng đưa ra những mô hình giúp cho việc học tập lý thuyết,thực hành và nhận
thức công nghệ đạt hiệu quả hơn.
Chính vì vậy, đề tài: Nghiên cứu và phục hồi “Hệ thống cung cấp điện” trên động
cơ Opel dưới xưởng thực hành khoa CK Động lực. có ý nghĩa quan trọng trong việc
hướng dẫn cho sinh viên hiểu được nguyên lý từ đó làm cơ sở để tìm ra các hư hỏng
và biện pháp khắc phục sửa chữa.
Đề tài giúp sinh viên năm cuối khi sắp tốt nghiệp có thể củng cố kiến, tổng hợp
và nâng cao kiến thức chuyên ngành cũng như những kiến thức ngoài thực tế, xã hội,
đề tài còn thiết kế, chế tạo thiết bị, mô hình để các sinh viên trong trường đặc biệt là
trong khoa Cơ khí Động lực tham khảo học hỏi.
Đề tài được giao với mong muốn tìm ra được những giải pháp hợp lý nghiên
cứu chế tạo mô hình,xây dựng hệ thống bài tập thực hành thí nghiệm cho mô hình các
loại tiết chế trên ô tô. Với yêu cầu như vậy các sinh viên thực hiện nhận đề tài sẽ đi sâu
vào nghiên cứu tìm những thông tin qua sách, giáo trình giảng dạy, mạng internetđể
thực hiện nghiên cứu. Từ đó làm tăng vốn kiến thức cho sinh viên.
Những kết quả thu thập được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là sẽ giúp
cho em, sinh viên lớp ĐLK9LC1 có thể hiểu sâu hơn về đặc điểm các loại tiết chế trên
ô tô, biết chế tạo mô hình các loại tiết chế trên ô tô.

1.2. Mục tiêu của đề tài
Đề tài nhằm thực hiện mục tiêu đề ra:
- Khái quát về máy phát điện.
- Sơ đồ đấu mạch và nguyên lý làm việc của hệ thống.
- Các đặc tính của máy phát.
- Xây dựng mô hình hệ thống cung cấp điện trên động cơ Opel.

1.3. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng: “Hệ thống cung cấp điện” nói chung và “Hệ thống cung cấp điện”
trên động cơ Opel nói riêng.

1.4. Giả thiết khoa học
- Hệ thống cung cấp điện dựa trên các loại động cơ vẫn còn là nội dung mới mẻ đối
với học sinh, sinh viên. Những bộ phận cải tiến của hệ thống cung cấp điện được sử
dụng trên ôtô được đưa vào nội dung giảng dạy, nghiên cứu, học tập còn chưa được

Trang 2


chú trọng, quan tâm. Hệ thống các tài liệu nghiên cứu, tài liệu tham khảo về máy điện
phục vụ cho học tập, nghiên cứu cũng như ứng dụng trong thực tế còn chưa nhiều.

1.5. Các phương pháp nghiên cứu
1.5.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu
a. Khái niệm.
Là phương pháp nghiên cứu thu thập thông tin khoa học trên cơ sở nghiên cứu các
văn bản, tài liệu đã có sẵn và bằng các thao tác tư duy lôgic để rút ra kết luận khoa học
cần thiết.
b. Các bước thực hiện.
Bước 1: Thu thập, tìm tòi các tài liệu viết về máy phát điện và tiết chế trên máy

phát điên.
Bước 2: Sắp xếp các tài liệu khoa học thành một hệ thống lôgic chặt chẽ theo từng
bước, từng đơn vị kiến thức, từng vấn đề khoa học có cơ sở và bản chất nhất định.
Bước 3: Đọc, nghiên cứu và phân tích các tài liệu nói về máy phát điện và tiết chế
trên máy phát điện, phân tích kết cấu, nguyên lý làm việc một cách khoa học.
Bước 4: Tổng hợp kết quả đã phân tích được, hệ thống hoá lại những kiến thức
(liên kết từng mặt, từng bộ phận thông tin đã phân tích) tạo ra một hệ thống lý thuyết đầy
đủ và sâu sắc.
1.5.2. Phương pháp thống kê
a. Khái niệm
Là phương pháp tổng hợp kết quả nghiên cứu thực tiễn và nghiên cứu tài liệu để
đưa ra kết luận chính xác, khoa học.
b. Các bước thực hiện.
Từ thực : Nghiên Cứu và phục hồi “Hệ thống cung cấp điện” trên động cơ
Opel dưới xưởng thực hành khoa cơ khí động lực. và nghiên cứu các tài liệu lý
thuyết đưa ra đặc điểm của máy phát điện ô tô, chế tạo mô hình hệ thống cung cấp
điện trên động cơ Opel.

Trang 3


Trang 4


PHẦN II: CƠ SỞ LÍ LUẬN CHỌN ĐỀ TÀI
Chương 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TRÊN
ÔTÔ
1.1 Giới thiệu hệ thống cung cấp điện trên ôtô.
1.1.1.Vai trò của hệ thống.
Tạo ra nguồn điện một chiều cung cấp cho các thiết bị để đảm bảo an toàn và tiện

nghi khi hoạt động. Hệ thống cung cấp điện sử dụng sự quay vòng của động cơ để phát
sinh ra điiện. Nó không những cung cấp điện cho những hệ thống và các thiết bị khác
mà còn nạp điện cho ắc quy trong lúc động cơ đang hoạt động
1.1.2Cấu trúc của hệ thống

Hình 1.1. Hệ thống nguồn trên ô tô
1.Máy phát
2. Ắc quy
3.Đèn báo nạp
4. Khóa điện
Hệ thống cung cấp nguồn gồm những thành phần chính được mô tả ở trên: Máy
phát điện phát sinh ra điện và điều chỉnh điện áp phát ra thông qua bộ điều chỉnh điện
áp( tiết chế). Ắc quy dữ trữ, cung cấp năng lượng. Nó sẽ được nạp điện khi động cơ
làm việc và phóng điện cung cấp cho các thiết bị khi động cơ ngừng hoạt động. Đèn
báo nạp cảnh báo cho người lái xe khi hệ thống gặp sự cố. Khóa điện đóng, ngắt dòng
điện trong hệ thống.

Trang 5


1.1.3. 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 thường. 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 Ắc quyvà 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 dưỡng 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.
+ Cung cấp năng lượng điện đến cho các phụ tải trên ôtô với một điện thế ổn
định trong mọi điều kiện làm việc của động cơ
1.1.4 . 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)
+ 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 Các bộ phận trong hệ thống cung cấp điện dùng máy phát điện xoay
chiều.
1.2.1 Ắc-quy
1.2.1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu
a) Nhiệm vụ
Ắc quy có nhiệm vụ cung cấp điện năng cho hệ thống đánh lửa,các bộ phận tiêu thụ
điện khác khi động cơ chư hoạt động hay hoạt động có số vòng quay nhỏ, hoặc cùng

Trang 6


với máy phát cung cấp điện năng cho phụ tải trong trường hợp tải vượt quá khả năng

cung cấp của máy phát điện
b) Yêu cầu
- Có cường đọ phóng lớn,đủ cho máy khởi động điện (máy đề) hoạy động
- Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ cham sóc
- Phóng nạp tuần hoàn có hiệu suất cao
1.2.1.2 Cấu tạo ắc quy axit chì
1. Nắp bình
2. Cọc bình
3. Vỏ bình
4. Cầu nối bản cực giữa các phần tử
5. Nút có lỗ thông hơi
6. Cầu nối các bản cực cùng tên
7. Vỏ bình phía dưới
8. Đế bình
9. Các bản cực
Hình 1.2 Cấu tạo ắc quy axit chì
10. Các tấm ngăn cách
Hình 1.2 Ắc quy
* Vỏ bình.
Vỏ bình được đúc thành khối và chế tạo bằng nhựa Ebonit, cao su cứng hay bằng
nhựa tổng hợp, nhựa Axphantơpec …Phía trong chia thành ngăn kín riêng biệt. Dưới
đáy các ngăn có các sống để đỡ các bản cực tạo thành khoảng trống và các bản cực và
tránh hiện tượng chập mạch. Vỏ bền, chắc không bị axit ăn mòn và chịu được nhiệt độ
cao.
Dưới đáy bình người ta chia làm 2 đường gờ gọi là yên đỡ bản cực. Mục đích của
yên đỡ bản cực là cho các bản cực tỳ lên đó tránh bị ngắn mạch khi trong dung dịch có
cặn bẩn chì lắng đọng.

Hình 1.3 Vỏ Ắc quy

Hình 1.4 Nắp thông hơi

Trang 7


* Nắp thông hơi
Nắp thông hơi chụp trên các lỗ để thêm dung dịch điện phân. Nắp thông hơi
được thiết kế để hơi acid ngưng tụ và rơi trở lại accu và cho phép hydrogene bay hơi.
Dãy nắp thông hơi:
Hầu hết các ắcquy ngày nay thiết kế một dãy nắp thông hơi để có thể chụp cho
nhiều ngăn. Dãy nắp thông hơi được thiết kế để hơi acid ngưng tụ và rơi trở lại ắcquy
và cho phép hydrogene bay hơi.
* Bản cực
Bản cực làm bằng hợp kim chì và Antimon, trên bề mặt bản cực có gắn các
Xương dọc và ngang để tăng độ cứng vững cho bản cực và tạo ra các ô cho bản chì
bám chắc trên cực. Hai bề mặt của bản cực được chát bột chì. Bản cực dương trát đầy
bột chì PbO2 còn bản cực dương trát đầy bột chì xốp Pb. Sau khi trát và ép chất tác
dụng người ta ngâm các bản cực vào dung dịch H 2SO4 . Chùm bản cực dương và chùm
bản cực âm được lồng xen kẽ vào nhau giữa chúng là lớp cách. Trong một ngăn số bản
cực dương nhiều hơn sô bản cực âm một tấm, mục đích là để bản cực dương làm việc
ở cả hai phía.
* Tấm cách.
Tấm cách là chất cách điện, nó
được chế tạo từ nhựa đặc biệt, thuỷ
tinh hoặc gỗ. Các tấm cách phải cách điện tốt,
xốp để cho nước tích điện lưu thông tự
do quanh các bản cực. Tác dụng của tấm
cách xốp là ngăn hiện tượng các bản cực chạm
vào nhau gây ra đoản mạch trong nguồn.
* Các cọc của ắc quy

Hình 1.5 Cấu tạo lá cách
Có 3 loại cọc bình Ắc quy được sử dụng,
loại đỉnh, loại cạnh và loại L. Loại trên đỉnh
thông dụng nhất trên ô tô. Loại này có cọc được
vát xiêng. Loại cạnh là loại đặc trưng của hãng General Motors, loại L được dùng trên
tàu thuỷ.

Trang 8


Hình 1.6 Cọc Ắc quy
Ký hiệu trên cọc Ắc quy:
Ký hiệu trên cọc Ắc quy để nhận biết cực dương hay âm. Thông thường, ký hiệu "+"
để chỉ cực dương, "-" để chỉ cực âm. Đôi khi, các ký hiệu "POS" và "NEG" cũng được
sử dụng để ký hiệu cực dương và cực âm. Trên loại accu có cọc là loai đỉnh, đầu của
cọc dương thường lớn hơn cực âm, mục đích để dễ phân biệt.
Đầu kẹp ắcquy:
Đầu kẹp cáp của Ắc quy có thể làm bằng thép hoặc chì tuỳ thuộc vào nhà chế tạo.

Hình 1.7 Ký hiệu cọc Ắc quy

Hình 1.8 Đầu kẹp Ắc quy

* Cửa xem tỷ trọng
Cửa xem tỷ trọng dùng một quả cầu có thể đo được tỷ trọng của dung dịch điện
phân trong một ngăn.

Hình 1.9 Cửa xem tỷ trọng
* Dung dịch điện phân

Dung dịch điện phân dùng trong ắc quy thường là hỗn hợp của axit sunfuaric
nguyên chất và nước cất. Nồng độ pha chế thay đổi phụ thuộc vào khí hậu và vật liệu
tấm ngăn. Thông thường 1,21g/cm3 – 1,31g/cm3 ở 150C. Nồng độ dung dịch quá cao sẽ
làm cho các tấm ngăn mau hỏng(đặc biệt là các tấm ngăn bằng gỗ). Nếu nhiệt độ nước
điện tích tăng hay giảm với mức 150C thì phải chỉnh lại số đọc mới nơi tỷ trọng kế. Ví

Trang 9


dụ cao hơn 10C ta cộng thêm 0,0007 g/cm3. Nếu thấp hơn 150C thì cứ 10C ta trừ bớt đi
0,0007g/cm3. Khi ắc quy nạp đầy, thành phần dung dịch điện phân là 38%(H2SO4) tính
theo trọng lượng hoặc 27% tính theo thể tích.
1.2.1.3 Nguyên lý làm việc
- Bản chất dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion
âm và ion dương
- Hiện tượng chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện được gọi là
phóng điện, và ngược lại hiện tượng chuyển đổi năng lượng điện thành hóa học được
gọi là nạp điện
Quá trình nạp, phóng điện của ắc quy

Hình 1.10 Quá trình nạp, phóng điện của ắc quy
H2SO4: Axit sunphuric H2O: Nước H2: Hyđrô O2: Ôxy
A.Dòng điện
1.Phóng điện

B.phóng Dòng điện nạp
2.Nạp điện

a. Qúa trình nạp điện.
Khi ắc quy được lắp ráp xong người ta đổ dung dịch Axit sunfuric vào trong

các ngăn bình thì trên các bản cực sẽ sinh ra một lớp mỏng chì sunfat (PbSO 4) vì chì
oxit tác dụng với axit sunfuric cho phản ứng :

Trang 10


→

PbO + H2SO4
PbSO4 + H2O
Đem nối nguồn điện một chiều vào hai đầu cực của ắcquy thì dòng điện một chiều sẽ
được khép kín mạch qua ắcquy và dòng điện đó đi theo chiều:
Cực (+) nguồn một chiều

→

đầu cực một ắcquy

→

→

→

chùm bản cực 1

dịch điện phân
chùm bản cực 2 đầu cực 2 của ắcquy
Dòng điện sẽ làm cho dung dịch điện phân phân li:

→

→

qua dung

cực (-) nguồn một chiều

→

H2SO4
2H+ + SO42H+ theo chiều dòng điện đi về phía chùm bản cực
nối với âm nguồn và tạo ra phản ứng :
→

PbSO4 + 2H2O +SO42- PbO2+2H2SO4
Kết quả là ở chùm bảm cực được nối với cực (+)
của nguồn điện có chì oxit (PbO2), ở chùm bản cực
kia có chì (Pb). Như vậy hai loại chùm cực đã có
a) Qúa trình nạp điện
sự khác nhau về cực tính .Từ các phản ứng hoá học trên ta thấy quá trình nạp điện đã
tạo ra lượng axit sunfuric bổ sung vào dung dịch đồng thời cũng trong quá trình nạp
điện dòng điện còn phân tích ra trong dung dịch điện phân khí H 2 và O2 lượng khí này
sủi lên như bọt nước và bay đi , do đó nồng độ của dung dịch điện phân trong quá trình
nạp điện sẽ tăng dần lên .
b. Qúa trình phóng điện.
Nối hai cực của ắcquy đã được nạp với phụ tải chẳng hạn bóng đèn thì năng
lượng điện đã được tích trữ trong ắcquy sẽ phóng qua tải làm cho bóng đèn sáng ,
dòng điện của ắcquy sẽ đi theo chiều :
→

→

Cực (+) của ắcquy
tải
Phản ứng hoá học xảy ra :

cực (-)ắcquy

tại cực (+) : PbO2+2H++H2SO4+2e

→

→

dung dịch điện phân

→

cực (+) ắcquy

PbSO4 + 2H2O

→

tại cực (-) : Pb+SO42PbSO4+2e
Như vậy khi ắc quy phóng điện , chì sunfat lại được hình thành ở hai chùm bản cực
hình thành ở hai chùm bản cực , làm cho các bản cực dần dần trở lại giống nhau , còn
dung dịch axit
bị phân tích thành cation 2H+và anion SO42-,đồng thời quá trình phóng điện cũng tạo ra

nước trong dung dịch , do đó nồng độ của dung dịch giảm dần
và sức điện động của ắcquy cũng giảm dần.

Trang 11


b) Qúa trình phóng điện
b. Điều kiện làm việc.
Với ắc quy có các tấm bản cực nhanh bị mất chì và oxit chì bị bật ra khỏi các tấm
bản cực, lắng xuống đáy bình làm phát sinh hiện tượng phóng điện trong ắc quy nên ắc
quy nhanh bị hỏng do thời tiết có độ ẩm không khí lớn có thể làm ắc quy tự phóng
điện.

1.3. Máy phát điện xoay chiều
1.3.1. Phân loại và yêu cầu máy phát điện

 Phân loại
Tuỳ theo yêu cầu sử dụng và kiểu thiết kế, máy điện xoay chiều có thể phân loại dựa
vào các nhận biết sau:
Phân loại theo cách tạo từ trường.
- Loại kích thích bằng nam châm vĩnh cửu: ( roto là một nam châm vĩnh cửu). Loại
này đơn giản dễ chế tạo, nhưng công suất nhỏ dùng cho xe gắn máy.
- Loại kích thích bằng nam châm điện: Có cuộn cảm đứng yên không có vành
khuyên và chổi than tiếp điện. Tuổi thọ và độ tin cậy của loại này rất tốt vì không còn
tồn tại chổi than tiếp điện, rất thích hợp cho các máy kéo vận chuyển, máy canh tác
nông nghiệp và trên ôtô.

Trang 12

Hình 1.11 Máy phát kích thích bằng nam châm điện
1. Puly hai rãnh
7. Nắp sau
2. Cánh quạt
8. Tiết chế IC gắn bên ngoài
3. Nắp trước
9. Điôt công suất
4. Lõi của Stato
10. Chân gá lắp
5. Cuộn cảm kích từ cố định
11. Vấu cực dẫn từ
6.Rôto không có cuộn cảm
Phân loại theo công suất hoạt động:
- Loại thường: Sử dụng Puly cỡ lớn có một rãnh và có cánh quạt.
- Loại cao tốc: Sử dụng puly cỡ nhỏ, nhiều rãnh và không có cánh quạt
Phân loại theo cách cấp điện cho cuộn kích thích:
- Máy phát tự kích thích:
+ Dòng điện xoay chiều ba pha được đi ôt chỉnh lưu thành dòng một chiều và được
đưa vào cuộn kích thích thông qua bộ tiết chế. Khi bật công tắc khởi dộng, mạch cuộn
kích thích được nối với ắc quy qua bộ tiết chế và đèn báo nạp. Một dòng điện có trị số
nhỏ đi qua đèn tín hiệu rồi tới cuộn kích thích tạo nên từ trường kích thích ban đầu làm
xuất hiện điện áp ở đầu ra của máy phát.

Hình 1.12. Sơ đồ mạch điện của máy phát xoay chiều tự kích thích
+ Điện áp này được 3 điôt chỉnh lưu thành dòng một chiều đưa trở lại vào cuộn kích
thích làm tăng từ trường kích thích nghĩa là tăng điện áp ở đầu ra của máy phát điện.

Trang 13

Quá trình tự kích thích tiếp tục cho đến khi điện áp đạt tới giá trị định mức thì đèn tín
hiệu báo nạp tắt đi.
- Máy phát kích thích độc lập
+ Dòng kích thích được cung cấp thường xuyên bởi ắc quy. Mạch kích thích ở rôto
của máy phát được nối song song với ắc quy và dòng điện kích thích là cức đại. Đồng
thời khoá khởi động cũng nối mạch đèn báo với ắcquy.

Hình 1.13 Đường dây điện trong máy phát điện kích thích độc lập
+Quan trọng: Cuộn dây kích thích của máy phát có loại đấu một đầu qua chổi than
ra mát, Có loại không đầu nào ra mát nhưng có một đầu được nối với cực F( cực kích
từ).

 Yêu cầu
- Đảm bảo độ tin cậy tối đa cho hệ thống, điều chỉnh tự động trong mọi điều kiện sử
dụng.
- Đảm bảo đặc tính công tác của hệ điều chỉnh, có chất lượng cao và ổn định
trong khoảng thay đổi tốc độ và tải của máy.
- Đảm bảo khởi động dễ dàng trong mọi điều kiện thời tiết và độ tin cậy cao.
- Đảm bảo nạp tốt cho ắc quy.
- Cấu tạo đơn giản.
- Kích thước nhỏ gọn, độ bền cao, chịu rung sóc tốt.

1.4. Nguyên lý làm việc của máy phát điện xoay chiều 3 pha
- Khi cung cấp điện cho cuộn dây kích từ trong rôto thì sẽ tạo ra các cực từ xen
kẽ ở hai chùm vấu cực. Như vậy sẽ tạo ra từ thông kép kín qua vấu cực của rôto và
khung từ của Stato.
- Các cuộn dây ba pha Stato của máy phát điện xoay chiều được phân bố đều trong
các rãnh mặt trong của Stato theo một quy luật nhất định các pha cách nhau 120o.

Trang 14

a)Từ trường rô to tạo ra

b) Điện cảm ứng trên một khung dây

c) Dòng điện xoay chiều ba pha
Hình 1.14 Nguyên lý làm việc máy phát điện ba pha trên ô tô sau một chu kỳ
Nếu cho rôto quay sẽ làm cho các vòng dây điện của Stato cắt các từ trường (theo
hướng vuông góc) theo định luật cảm ứng điện từ trên các vòng dây sẽ xuất hiện một
suất điện động cảm ứng, theo công thức ta có suất điện động ở mỗi pha là E= 4,44
KW.§. W. Фo.
Trong đó:
KW: là hệ số của cuộn dây cảm ứng
§: là tần số của suất điện động §= P.N/60
W: tổng số vòng dây trong một pha cuộn dây phần ứng
Фo : từ thông giữa khe hở Stato và Rôto
P: số đôi cực từ máy phát
- Như vậy tại ba đầu dây ra của ba cuộn dây phần ứng sẽ có dòng điện xoay chiều
ba pha dạng hình sin, có tần số như nhau, biên độ như nhau với góc lệch pha là 120 o

Trang 15


1.5. Cấu tạo máy phát điên xoay chiều
Máy phát điện xoay chiều loại này gồm những phần chính là: rotor, stator, các
nắp, puli, cánh quạt và bộ chỉnh lưu. Một số máy phát điện bộ chỉnh lưu được đặt ngay
trong máy phát điện và một số máy phát khác bộ chỉnh lưu đặt rời khỏi máy phát.

Hình 1.15 Máy phát điện tháo rời

Cấu tạo máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ:

1.
2.
3.
4.
5.

Puly
Cánh quạt
Nắp trước
Khối thép từ stator
Cuộn dây kích thích

6 . Nắp sau
7. Vòng tiếp điện
8. Chân gá lắp
9. Bộ điều chỉnh điện

Hình 1.16 Cấu tạo máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu
1.5.1. Rôto (phần cảm)

Trang 16


Roto được chế tạo thành hai nửa, mỗi nửa có các cực từ hình móng lắp xen kẽ
nhau, vật liệu làm bằng thép non.

Hình 1.17 Rotor

Hình 1.18 Rôtor máy phát điện xoay chiều kích thích bằng điện từ
1- chùm cực từ tính S
4- các vòng tiếp điện
2- chùm cực từ tính N
5- trục rôto
3- cuộn dây kích thích
6- ống thép từ
Rôto gồm trục 5 mà ở phía cuối trục có lắp vòng tiếp điện 4, còn ở giữa lắp hai
chùm cực hình móng 1 và 2. Giữa hai chùm cực là cuộn dây kích thích 3 bằng đồng

Trang 17


được quấn ngay trên ống thép dẫn từ 6. Các đầu của cuộn dây kích thích được hàn vào
các vòng tiếp điện.
Khi có dòng điện một chiều chạy qua cuộn dây kích thích Wkt thì cuộn dây và
ống thép dẫn từ trở thành một nam châm điện mà hai đầu ống thép là hai từ cực trái
dấu.
Dưới ảnh hưởng của các từ cực mà các móng trở thành các cực của rotor, giống
như cách tạo cực của loại rôto hình móng với nam châm vĩnh cửu đã nói ở trên.
Rôto quay trên hai ổ bi đặt trong các nắp bằng hợp kim nhôm, ở các nắp đều có
các cửa thông gió và ở chỗ nắp ổ bi đều có ống lót bằng thép. Trên nắp sau (nắp phía
vòng tiếp điện) có bắt giá đỡ các chổi điện bằng nhựa và phía trong nắp có bộ chỉnh
lưu. Trong giá đỡ có đặt hai chổi điện bằng hợp chất đồng – than hoạt tính. Một chổi
điện tiếp mát với vỏ máy phát điện qua ốc bắt giá đỡ, còn một chổi điện khác thì tiếp
với ốc bắt dây 14 (đầu kích thích của máy phát điện), ở các máy phát điện cải tiến ốc
này được thay thế bằng phích cắm điện đặc biệt.
Trục: đỡ toàn bộ rotor, lắp puli và quạt.
Khi ta bật công tắc máy, điện ắc quy vào kích từ cuộn cảm các vấu cực roto trở
thành nam châm điện các từ cực bắc nam xen kẽ nhau.

1.5.2. Stato (phần ứng)

Hình 1.19 Stator

Trang 18


a-bố trí chung
Hình
của máy phát điện xoay chiều
1-khối1.10
thépStator
từ stator
2-cuộn dây3 pha stator
b-sơ đồ cuộn dây ba pha mắc theo hình sao
Stator gồm khối thép từ được lắp ghép bằng các lá thép kĩ thuật điện mà phía
trong có xẻ 18 rãnh phân bố đều để xếp các cuộn dây phần ứng. Cuộn dây stator ( cuộn
dây phần ứng ) có ba pha nối theo hình sao. Mỗi pha gồm sáu cuộn dây con nối nối
tiếp nhau. Ba đầu dây của ba pha chừa dài ra để bắt vào bộ chỉnh lưu. Các cuộn dây
được giữ chặt trong rãnh nhờ miếng chêm bằng téctôlit và cách điện với khối thép
stator bằng cát tông cách điện. Stator sau khi đã quấn dây và lắp song đem thấm sơn
cách điện và sấy khô.
* Cách đấu cuộn dây phần ứng:
Cuộn dây phần ứng có ba pha nối theo hình sao hoặc hình tam giác và đặt lệch nhau
1200 Mỗi pha gồm 6 cuộn dây con nối tiếp nhau, ba đầu dây của 3 pha chừa dài ra để
bắt vào bộ chỉnh lưu (bộ nắn điện), sản sinh sức điện động xoay chiều 3 pha thông qua
bộ nắn điện thành dòng một chiều

Hình 1.20 Đấu mạch sao và mạch tam giác
a, Đấu hình sao b, Đấu tam giác

1.5.3. Chổi than và giá đỡ chổi than

Hình 1.21 Chổi than và giá đỡ chổi than

Trang 19


Trên nắp sau có bắt giá đỡ các chổi điện bằng nhựa. Trong giá đỡ có đặt hai chổi
điện bằng hợp chất đồng – than hoạt tính và một số phụ chất để giảm điện trở riêng và
mức mài mòn của chổi.
Một chổi điện tiếp mát với vỏ máy phát điện qua ốc bắt giá đỡ , còn một chổi
điện khác thì tiếp với ốc bắt dây (đầu kích thích của máy phát điện), ở các máy phát
điện cải tiến ốc này được thay thế bằng phích cắm điện đặc biệt .
1.5.4. Nắp máy
Để bảo vệ máy khỏi bị những vật bên ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn, nó còn
làm giá đỡ cho các đầu trục roto, đồng thời cũng để bắt máy phát điện vào ôtô.
Nắp thường được chế tạo bằng thép, gang hoặc nhôm.

Hình 1.22 Nắp máy, puli và quạt gió của máy phát điện xoay chiều

1.5.5. Puli và quạt gió

1.
2.
3.
4.

Puli
Quạt gió

Nắp trước
Nắp sau

Để dẫn động máy phát điện nhờ dây đai thông qua puli trên trục khuỷu động cơ
và puli lắp trên trục máy phát điện.
Trên puli có thể có cả phần cánh quạt để làm máy phát điện, giảm nhiệt độ của
máy phát nhằm giúp cho máy phát làm việc ổn định hơn.

Trang 20


1.5.6. Bộ chỉnh lưu

Hình 1.23 Bộ chỉnh lưu
Công dụng của bộ chỉnh lưu là nắn dòng điện xoay chiều thành dòng điện một
chiều.
Bộ chỉnh lưu thường gồm có 6,8 hay 9 điốt silic xếp thành 3 nhánh các điốt mắc
theo sơ đồ nắn mạch cầu ba pha và nối vào các đầu ra của các cuộn dây phần ứng trên
stato. Các điốt được đặt trong một khối để đảm bảo độ kín và chắc chắn, các điốt được
tráng một lớp bột đặc biệt, khối chỉnh lưu được gắn vào nắp của máy phát điện bằng
bulông.

 Bộ nắn điện với 6 điốt:

Hình 1.24 Bộ chỉnh lưu 6 điốt
Lưu thông của dòng điện ứng qua cuộn pha A và cuộn pha B:
Nếu điện áp đầu A là (+) và B là (-) thì dòng điện qua A:
- Khi A là dương nhất, B là âm nhất: Có dòng điện  A  D1  RL  D4  B 
(-) của A.
Tương tự như trên ta có dòng điện qua B và C:

Trang 21


- Khi B là dương nhất, C là âm nhất: Có dòng diện  B  D3  RL  D6  C 
(-) của (B).
- Khi C là dương nhất, A là âm nhất: Có dòng điện  C  D5  RL D2  A 
(-) của C.
Quan hệ giữa cường độ dòng điện và điện áp trên dây và trên pha là:
3U

I

φ
Un =
và In = φ
Giả thiết tải của máy phát là điện trở thuần .
Điện áp tức thời trên các pha A, B ,C là:
UA = Um .sin ωt

UB= Um .sin (ωt − 2π / 3)
UC=Um .sin (ωt + 2π / 3)
Um : điện áp cực đại của pha.
ω = 2πf = 2πnp / 60 là vận tốc góc

Trong đó : n –tốc độ máy phát (v/p)
P – số đôi cực của rotor

Hình 1.25 Sơ đồ chỉnh lưu máy phát 3 pha và điện áp sau khi đã chỉnh lưu
Các điôt mắc ở hướng thuận có điện trở R t vô cùng bé còn ở hướng ngược thì rất

lớn ( Rn = ∞ )
Trên sơ đồ chỉnh lưu 3 pha này có 6 điôt: 3 điôt ở nhóm trên là các điôt dương,
nhóm dưới gọi là các điôt âm, ở hướng dẫn điện một điôt nhóm trên dẫn điện khi anôt
của nó có điện áp cao hơn, còn ở nhóm dưới điôt dẫn có điện áp thấp hơn.Vì vậy ở
thời điểm bất kì đều có hai điốt hoạt động, một điôt cực tính dương và một điôt cực
tính âm.
Mỗi điôt sẽ cho dòng điện qua trong 1/3 chu kì (T /3)

Trang 22


Điện áp dây của máy phát được đưa lên bộ chỉnh lưu, điện áp chỉnh lưu được xác
định bởi các tung độ nằm giữa các đường cong trên và dưới của điện áp pha U A , UB,
UC. Vì vậy điện áp chỉnh lưu tức thời U mf sẽ thay đổi và tần số xung điện của điện áp
chỉnh lưu lớn hơn tần số pha của điện áp pha 6 lần.
Trị số nhỏ nhất của điện áp chỉnh lưu bằng 1,5 U đm, lớn nhất bằng 1,73 Um, sự
thay đổi của điện áp chỉnh lưu:
∆U mf = 0,23U m = 0,325U φ

Giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu:
Umf = 3U m . cos ωt
Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu: Umf =1,65 Um

 Bộ chỉnh lưu dòng điện 8 đi ốt
Đối với máy phát có công suất lớn ( P > 1000 W ), sự xuất hiện sóng đa hài bậc ba
trong thành phần của hiệu điện thế pha do ảnh hưởng của từ trường các cuộn pha lên
cuộn kích từ làm giảm công suất máy phát.

Hình 1.26 Bộ chỉnh lưu 8 đi ốt
Vậy người ta sử dụng cặp đi ốt mắc từ dây trung hoà để tận dụng sóng đa hài bậc

3, làm tăng công suất máy phát khoảng 10 -15 %, trong một số máy phát, người ta còn
sử dụng 3 đi ốt nhỏ mắc từ các pha để cung cấp cho cuộn kích từ đồng thời đóng ngắt
đèn báo nạp.
 Bộ chỉnh lưu 9 đi ốt

Trang 23


Hình 1.27 Bộ chỉnh lưu 9 đi ốt
Đối với loại này sẽ có 3 con đi ốt dùng để kích từ và bảo vệ giàn 6 con đi ốt còn lại.
1.5.7. Tiết chế (bộ điều áp)

 Cấu tạo và nguyên lý làm việc
a) Cấu tạo của tiết chế

Hình 1.28 Tiết chế
Tiết chế được dùng để điều chỉnh điện áp ngăn chặn dòng điện ngược, hạn chế
dòng điện, khi động cơ hoạt động tốc độ vòng quay trục khuỷu thay đổi nên điện áp
của máy phát điện xoay chiều cũng không ổn định, mà các thiết bị sử dụng điện trên
ôtô cần phải đảm bảo tính ổn định của điện áp chính. Vì vậy cần phải có bộ điều chỉnh
điện để giữ cho điện áp của máy phát và dòng điện của máy phát phát ra ổn định trong
một phạm vi nào đó không vượt quá giá trị quy định.
Do vậy tiết chế có nhiều loại như:
+ Bộ tiết chế dùng thiết bị điện từ.
+ Bộ tiết chế dùng thiết bị địên từ kết hợp với thiết bị bán dẫn.
+ Bộ tiết chế dùng thiết bị bán dẫn.
Ngày nay trên xe ôtô đời mới thường sử dụng bộ tiết chế dùng thiết bị bán dẫn vì
nó có ưu điểm: Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ thay vào việc sử dụng các rơ le hạn chế
dòng và rơ le dòng điện ngược bằng việc sử dụng điốt ổn áp, tranzito...
Cấu tạo của tiết chế gồm: 1M.IC đã được lập trình sẵn và được mắc để điều

khiển các bóng tranzitor, 2 tranzitor NPN và 1 tranzitor PNP dùng để đóng mở điều
khiển dòng vào cuộn kích thích, diot D 1 dùng ngăn chặn dòng điện ngược. Vỏ làm
bằng hợp kim nhôm bảo vệ tiết chế.
b) Nguyên lý làm việc của các loại tiết chế

Trang 24


Các phụ tải điện trên ô tô có hiệu điện thế định mức và dòng điện định mức,
chúng chỉ có thể làm việc bình thường khi điện thế ổn định.
Điện áp của máy phát phụ thuộc vào tốc độ quay của trục khuỷu , nên trong quá
trình làm việc của ô tô , tốc độ quay của trục khuỷu luôn thay đổi bởi nhiều lí do  thì
tốc độ quay của phần ứng của máy phát thay đổi  làm cho điện áp thay đổi theo .
Trong quá trình làm việc tải của máy phát không đều nhau, có những trường hợp
khi tải vượt quá trị số định mức. Điều này sẽ dẫn đến hiện tượng bị cháy, làm giảm
khả năng chuyển đổi mạch hoặc quá nhiệt, dẫn đến tăng tải trên các chi tiết cơ khí của
hệ thống dẫn động máy phát.
Vậy trong hệ thống cung cấp điện cần có bộ điều chỉnh điện để giữ cho điện áp
của máy phát và dòng điện của máy phát phát ra ổn định trong một phạm vi nào đó
không vượt quá giá trị quy định. Vì vậy vấn đề điều chỉnh điện áp và cường độ dòng
điện là vô cùng quan trọng.
Đối với máy phát điện xoay chiều, chỉ quan tâm đến điều chỉnh điện áp mà
không cần quan tâm đến điều chỉnh dòng điện:
Do máy phát điện xoay chiều của ô tô có đặc tính tự kiềm chế dòng điện tức là
dòng điện của nó phát ra đến một lúc nào đó không tăng hoặc tăng không đáng kể và
có giá trị bằng hoặc hơi lớn hơn dòng điện định mức một chút, vậy không cần rơ le
hạn chế dòng điện.

Hình 1.29 Đặc tính dòng điện.
Đặc tính tự kiềm chế dòng của máy phát điện xoay chiều có được là nhờ tính

toán và chọn số vòng dây của cuộn dây stator và cuộn dây kích thích sao cho có thể
giảm được số vòng quay ban đầu ở chế độ không tải.

 Phương pháp điều chỉnh điện áp
Khi làm việc điện áp máy phát phát ra có giá trị:
U f = E − I u .R u

Trong đó: IƯ: Dòng máy phát phát ra.
RƯ: Tổng trở mạch phần ứng.

Trang 25