ĐỒ hệ thống cung cấp điện trên ô tô

TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
MỤC LỤC

Trang 1


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
LỜI NÓI ĐẦU
Xã hội ngày càng tiến bộ, chủ trương công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước
của nhà nước ta đang được xúc tiến mạnh mẽ. Để phục vụ vận chuyển cho nền công
nghiệp hiện đại, cũng như nhu cầu đi lại ngày càng lớn của người dân, việc phát
triển công nghiệp ôtô là hết sức cần thiết. Bên cạnh đó, đời sống của người dân
ngày càng được nâng cao, nhu cầu đi lại, vận chuyển không chỉ dừng lại ở việc “đi
tới nơi, về tới chốn” mà còn đòi hỏi tính tiện nghi, êm dịu. Do đó, nền công nghiệp
ôtô hiện đại cần phải đảm bảo được sự an toàn khi vận hành, tính thoải mái, êm dịu
cho người sử dụng và điều khiển nhẹ nhàng cho người lái.
Ôtô là phương tiện chuyên chở hàng hóa đặc biệt quan trọng ở Việt Nam cũng
như trên thế giới. Thiết nghĩ, việc nghiên cứu, chế tạo ôtô là điều cần làm ở nước ta.
Là sinh viên ngành cơ khí động lực, sau khi học các học phần Trang bị điện và
điện tử động cơ, trang bị điện và điện tử thân xe, vi điều khiển… thì việc tìm hiểu,
nghiên cứu, tính toán và thiết kế hệ thống điện trong xe là rất thiết thực và bổ ích.
Để giúp sinh viên rèn luyện được kỹ năng tìm hiểu thông tin, củng cố, ứng dụng lý
thuyết vào thực tế và bước đầu làm quen với việc nghiên cứu, tính toán kiểm
nghiệm các hệ thống điện – điện tử trên xe, mỗi sinh viên đều được nhận Đồ án
Trang bị điện và điện tử động lực. Trong khuôn khổ nhiệm vụ được giao, em xin
trình bày nhiệm vụ Tính toán kiểm nghiệm hệ thống cung cấp.
Em xin cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Phạm Quốc Thái. Dưới
sự giúp đỡ, chỉ bảo của thầy cùng sự cố gắng, nổ lực của bản thân, em đã hoàn
thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian quy định. Tuy nhiên, do kiến thức hiểu biết
có hạn, điều kiện tham khảo thực tế chưa có nhiều nên không thể tránh khỏi những
sai sót, nhầm lẫn. Do vậy, em mong các thầy thông cảm và chỉ bảo thêm để em hoàn

thiện hơn trong quá trình học tập và công tác sau này.
Đà Nẵng, ngày 08 tháng 6 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Đức Toàn

Trang 2


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
Chương 1.

TỔNG QUAN HỆ THỐNG CUNG CẤP TRÊN ÔTÔ

1.1. CÔNG DỤNG
Hệ thống cung cấp điện có nhiệm vụ cung cấp năng lượng điện cho các phụ tải
với một hiệu điện thế ổn định ở mọi điều kiện làm việc của 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
ắc quy. Để đảm bảo toàn bộ hệ thống hoạt động một cách hiệu quả, an toàn thì 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
Hệ thống cung cấp điện trên ô tô phải tạo ra một điện áp ổn định (13,8V –
14,2V đối với hệ thống điện 14V hoặc 27 - 28V với hệ thống điện 24V) trong mọi
chế độ làm việc của phụ tải.
Vì nếu điện áp dòng điện máy phát cung cấp chênh lệch quá lớn so với điện áp
làm việc của phụ tải sẽ làm giảm tuổi thọ của phụ tải, thậm chí làm hỏng phụ tải.
Máy phát phải có cấu trúc và kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, giá thành
thấp và tuổi thọ cao.

Do xu hướng thiết kế các loại xe cần nhỏ gọn và giảm khối lượng nhất là đối
với các xe du lịch. Nên các hệ thống trên cần đảm bảo giá thành và tuổi thọ để đảm
bảo lượng tiêu thụ hàng năm và cạnh tranh với các hãng khác.
Có độ bền cao trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm lớn, có thể làm việc ở những
vùng có nhiều bụi bẩn, dầu nhớt và độ rung động lớn.
Để đáp ứng ở mọi điều kiện làm việc trên ô tô :
- Acquy có độ bền cao, đặc tính phóng nạp thỏa mãn quá trình khởi động của
động cơ.

Trang 3


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
- Khi khởi động, dòng điện cung cấp cho hệ thống khởi động có cường độ rất
lớn thường khoảng 600A, nên có phản ứng xảy ra trong ắc quy. Vì vậy, ắc quy phải
đáp ứng được yêu cầu trên, tránh việc ắc quy mất điện quá nhanh và các tấm cực bị
cong vênh, hư hỏng ắc quy.
- Ít tốn công chăm sóc và bảo dưỡng.
Ta đã biết hệ thống cung cấp có rất nhiều bộ phận, để chăm sóc và bảo dưỡng
hết các bộ phận của nó sẽ rất tốn thời gian và rất khó khăn. Ngoài ra, trên ô tô còn
có rất nhiều bộ phận khác đòi hỏi nhu cầu sữa chữa bảo dưởng lớn hơn. Nên hệ
thống cần có tính ổn định cao, ít chăm sóc và bảo dưỡng.
1.3. PHÂN LOẠI
Hệ thống cung cấp trên ô tô có hai dạng chính sau:
- Hệ thống cung cấp với máy phát một chiều được thể hiện trên (Hình 1.1).

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

Trang 4

TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều:
Máy phát điện một chiều là loại máy phát ra dòng điện có chiều không thay
đổi trong suốt quá trình máy hoạt động.
- Hệ thống cung cấp với máy phát xoay chiều được thể hiện trên (Hình 1.2).

Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống cung cấp dùng máy phát xoay chiều
Ngày nay, máy phát điện lắp trên ô tô phổ biến là máy phát điện xoay chiều vì
so với máy phát điện một chiều nó có những ưu điểm sau:
- Cấu tạo đơn giản
- Với cùng một công suất thì nó có kích thước và tải trọng bé hơn
- Do không có cổ góp nên tuổi thọ phục vụ lâu hơn
- Tiêu hao kim loại màu ít hơn
- Có thể tăng tỉ số truyền từ động cơ tới máy phát
- Dùng diot chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều cung cấp
cho phụ tải nên không cần rơ le hạn chế dòng điện do đó giảm được kết cấu của bộ
tiết chế và tăng độ tin cậy làm việc của máy phát điện.

Trang 5


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
Sơ đồ mạch hệ thống cung cấp sử dụng máy phát xoay chiều trên một số dòng
xe hiện nay:

Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống cung cấp trên xe Huyndai county.
Tuy có cách nối dây khác nhau nhưng các hệ thống cung cấp trên xe ô tô đều
bao gồm hai nguồn năng lượng là ắc quy và máy phát mắc song song. Tuỳ thuộc

vào giá trị phụ tải và chế độ làm việc của ô tô máy kéo, mà acquy, máy phát sẽ riêng
biệt hoặc đồng thời cả hai cung cấp năng lượng cho các bộ phận tiêu thụ (phụ tải).
Ngoài ra, tùy thuộc vào cấu tạo các bộ phận khác của hệ thống cung cấp mà ta
có sự phân loại khác nhau như:
- Acquy: là nguồn cung cấp năng lượng phụ trên ô tô.
- Bộ điều chỉnh điện (BĐCĐ) làm nhiệm vụ: phân phối chế độ làm việc giữa
acquy và máy phát; hạn chế và ổn định thế hiệu của máy phát để đảm bảo an toàn
cho các trang thiết bị điện trên xe; hạn chế dòng điện của máy phát để đảm bảo an

Trang 6


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
toàn cho các cuộn dây của nó. Gồm bộ điều chỉnh điện áp, điều chỉnh dòng điện,
điều chỉnh dòng điện ngược…
- Bộ chỉnh lưu: chỉ có trong hệ thống cung cấp dùng máy phát xoay chiều để
biến dòng xoay chiều thành dòng một chiều cung cấp cho các phụ tải trên xe cũng
như nạp vào acquy.
1.4. CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP
Theo tài liệu [2], những thông số của hệ thống cung cấp bao gồm:
- Công suất máy phát: phải đảm bảo cung cấp điện cho tất cả các tải điện trên
xe hoạt động. Thông thường, công suất của các máy phát trên ôtô hiện nay vào
khoảng Pmf = 700 – 1500W.
- Điện áp định mức: phải đảm bảo Uđm = 14V đối với những xe sử dụng hệ
thống điện 12V, Uđm = 28V đối với những xe sử dụng hệ thống điện 24V.
- Dòng điện cực đại: là dòng điện lớn nhất mà máy phát có thể cung cấp thông
thường thì Imax = 70 – 140A.
- Tốc độ cực đại và tốc độ cực tiểu của máy phát: n max, nmin phụ thuộc vào tốc
độ của động cơ đốt trong.

nmin = ni × i
(1.1)
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 truyền i cao hơn.
ni: tốc độ cầm chừng của động cơ.
- Nhiệt độ cực đại của máy phát t omax: 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 Uhc = 27 – 28V (với hệ thống 24V).

Trang 7


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP

Chương 2.

CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP

2.1. ẮC QUY
2.1.1. Công dụng
Trong hệ thống cung cấp, ắc quy là nguồn năng lượng phụ có nhiệm vụ:
- Cung cấp năng lượng cho máy khởi động khi khởi động động cơ.
- Cung cấp năng lượng cho tất cả các phụ tải khác khi động cơ không làm
việc hay làm việc ở số vòng quay nhỏ.
- Cùng với máy phát cung cấp năng lượng cho các phụ tải khi mà phụ tải
mạch ngoài lớn hơn công suất của máy phát.
2.1.2. Yêu cầu
Trong hệ thống cung cấp, ắc quy cần phải đảm bảo những yêu cầu sau đây :

- Phải có khả năng cung cấp một dòng phóng lớn (tương ứng với dòng khởi
động) trong thời gian ngắn từ 5 đến 10 giây, mà sau đó trạng thái kỹ thuật của
chúng hầu như không thay đổi.
- Làm việc tin cậy khi nhiệt độ môi trường dao động trong giới hạn rộng.
- Có điện trở trong nhỏ để khi phóng với dòng lớn độ sụt thế sẽ bé, đảm bảo
có thể khởi động dễ dàng.
- Có điện dung lớn với khối lượng và kích thước tương đối nhỏ.
- Có điện thế ổn định, hiện tượng tự phóng điện không đáng kể.
- Điện dung phục hồi nhanh khi được nạp trong các điều kiện sử dụng khác
nhau.
- Đơn giản trong bảo dưỡng và sửa chữa.
- Có độ bền cơ học cao, chịu đựng rung xóc, thời hạn phục vụ lớn và giá
thành rẻ.

Trang 8


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
2.1.3. Phân loại
Ắc quy ô tô là ắc quy khởi động, khác với các ắc quy dành cho các thiết bị
khác.
- Theo tính chất dung dịch điện phân, ắc quy được phân ra thành 2 loại:
+ Ắc quy axit: dung dịch điện phân là axit H2SO4.
+ Ắc quy kiềm: dung dịch điện phân là KOH hoặc NaOH.
- Theo vật liệu làm vỏ bình (đối với ắcquy axit) được phân ra thành:
+ Ắc quy với chất liệu làm vỏ bình từ êbônic.
+ Ắc quy với chất liệu làm vỏ bình từ cao su cứng.
+ Ắc quy với chất liệu làm vỏ bình từ các vật liệu tổng hợp khác.
- Theo vật liệu làm bản cực (đối với ắcquy kiềm) được phân ra thành:
+ Ắc quy với bản cực Sắt – Niken (Fe – Ni).

+ Ắc quy với bản cực Cađimi – Niken (Cd – Ni).
+ Ắc quy với bản cực Bạc – Kẽm (Ag – Zn).
Ngoài ra ắc quy còn có thể phân loại theo thế hiệu, theo dung lượng, theo vật
liệu làm tấm cách…
2.1.3.1. Ắc quy axit
- Bình ắc quy được chia thành nhiều ngăn, thông thường là 6 ngăn. Mỗi ngăn
ắc quy đơn cho điện áp đầu ra là 2V. Như vậy, nếu đem đấu nối tiếp cả 6 ngăn với
nhau ta sẽ có bộ nguồn ắc quy là 12V.
- Vỏ bình ắc quy được chế tạo bằng vật liệu cứng có tính chịu axit, chịu nhiệt,
do đó mà người ta đúc bằng nhựa cứng hoặc ebonite.
- Bản cực được làm từ hợp kim chì và antimon, trên mặt bản cực có gắn các
xương dọc và xương ngang để tăng độ cứng vững và tạo ra các ô cho chất hoạt tính
bám trên bản cực.

Trang 9


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
a) Sơ đồ nguyên lí

Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý làm việc của ắcquy axit
a. Cấu tạo; b. Quá trình nạp; c. Nối với phụ tải; d. Quá trình phóng; 1. Dung dịch
điện phân; 2. Các bản cực chì; 3. Vỏ bình; 4. Công tắc; 5. Máy phát; 6. Đèn.
- Nguyên lý làm việc của ắc quy dựa trên hiện tượng phân cực ở các điện
cực khi điện phân, bao gồm hai quá trình là quá trình nạp và quá trình phóng.
* Quá trình nạp
- Tại cực âm: Các ion dương hóa trị 2 (Pb 2+) sẽ nhận 2 electrol để trở thành
chì nguyên chất, còn các ion H+ và SO42- kết hợp tạo thành axit.
PbSO4( Pb2+ + SO42-) + 2e + 2H+ Pb + H2SO4
- Tại cực dương:

Trang 10


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
+ Các ion dương hóa trị 2 (Pb 2+) sẽ cho 2 electrol, bị oxy hóa thành ion
dương hóa trị 4 (Pb4+) và kết hợp với các ion OH- tạo thành đioxit chì PbO2 và nước.
+ Còn các ion H + và SO42- cũng kết hợp tạo thành axit làm tăng nồng độ
dung dịch.
PbSO4( Pb2+ + SO42-) - 2e + 4OH- + 2H+ PbO2 + 2H2O + H2SO4
- Phương trình chung cho cả quá trình điện hóa xảy ra trong ắc quy khi nạp:
2PbS04 + 2H20  Pb02 +Pb + 2H2S04.

Hình 2.2. Sơ đồ các quá trình điện hóa xảy ra trong ắcquy khi nạp.
A- Bản cực âm; B- Dung dịch điện phân; C- Bản cực dương
1- Sản phẩm trước nạp; 2- Quá trình ion hóa;3- Quá trình nạp; 4- Kết quả sau nạp.
* Quá trình phóng:
- Tại cực âm: chì nguyên chất cho 2 electrol, bị ô xi hóa thành ion dương hóa trị 2
(Pb2+) và kết hợp với ion ấm S042- tạo thành chì sun phát PbS04 theo phương
trình:
Pb -2e + S042-  PbS04

Trang 11


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
- Tại cực dương: chì dioxit điện phân trong H 2O tạo thành ion dương hóa trị 4
(Pb4+) và ion OH- .
+ Các ion OH- kết hợp với các ion H+ tạo thành nước.
+ Còn các ion dương hóa trị 4 (Pb 4+) nhận 2 electrol tạo thành ion dương hóa

trị 2 (Pb2+) và kết hợp với S042- tạo thành chì sun phát PbS04.
Pb02 +2H20+ 2e + 4H+ + S042- PbS04 + 2H20.
- Phương trình phản ứng chung cho cả quá trình điện hóa xảy ra trong ắc quy
khi phóng:
Pb + Pb02 + 2H2S04  2PbS04 +2H20.

Hình 2.3. Sơ đồ các quá trình điện hóa xảy ra trong ắcquy khi phóng
A- Bản cực âm; B- Dung dịch điện phân; C- Bản cực dương
1- Sản phẩm trước phóng ; 2- Quá trình ion hóa ; 3- Quá trình tạo dòng ; 4- Sản
phẩm sau phóng.
b) Ưu điểm, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của ắc quy axít

Trang 12


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
Hiện nay, trên thị trường ắc quy việt nam có 2 loại ắc quy được sử dụng
nhiều nhất đó là ắc quy khô và ắc quy nước. Sau đây là những ưu điểm và nhược
điểm của 2 loại ắc quy này.
Ắc quy axit thông thường (loại hở)
- Rẻ hơn,chế tạo đơn giản hơn.

Ắc quy axit loại kín khí.
- Đắt hơn, nhiều hãng phải nhập nước
ngoài.

- Có các nút ở các ngăn bình (dùng để - Không có nút ở các ngăn bình, thường
bổ sung nước cất sau quá trình sử dụng) ghi rõ ắc quy không cần bảo dưỡng ở vỏ
nếu ắc quy 12V thì sẽ có 6 nút.

bình hoặc tài liệu kèm theo.

- Trạng thái điện tương đương nhau.

- Trạng thái điện tương đương nhau. Sau
khi phát điện lớn thì ắc quy kin thường
phục hồi điện áp nhanh hơn tuy nhiên
điều này không ảnh hưởng đến hoạt
động của kích điện.

- Khi nạp có thể phát ra khí cháy hoặc - Không phát sinh ra khí ra ngoài môi
khí có mùi khó chịu.

trường nên không có mùi.

- Dòng điện nạp lớn nhất chỉ bằng 0,1 - Dòng điện nạp có thể lên tới 0,25 lần
lần trị số dung lượng ắc quy.

trị số dung lượng ăc quy.

- Nếu mức điện dịch từng ngăn ở ắc Không phải bổ sung diện dịch trong quá
quy thấp hơn quy định thì phải bổ sung. trình sử dụng .
- Định kỳ phải nạp điện bổ sung cho ắc - Phải nạp điện định kỳ trong thờ gian
quy, chu kì định kỳ khoảng 3 tháng/lần không sử dụng. nhưng chu kì nạp định
nếu không nối với thiết bị tiêu thụ điện.

kỳ dài hơn so với loại ắc quy thông
thường .

- Tuổi thọ thấp hơn.

- Phạm vi ứng dụng:
Hiện nay, ắc quy axit được sử dụng rộng rãi, từ dân dụng cho đến công
nghiệp. Được sản xuất chia ra nhiều mục đích và cấp độ khác nhau từ lưu điện cho

Trang 13


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
hệ thống đèn khẩn cấp, thiết bị an ninh, cho đến xe đạp điện, quang năng, phong
năng, ứng dụng viễn thông điện lực, khởi động các máy móc thiết bị (xe máy, ô tô,
máy phát…).
2.1.3.2. Ắc quy kiềm
a) Nguyên lý làm việc
Cấu tạo của ắc quy kiềm tương tự như ắc quy axit, nó cũng gồm có vỏ bình,
các tấm bản cực, tấm ngăn, dung dịch điện phân…
Bản cực của ắc quy kiềm được chế tạo thành dạng thỏi và không phân
thỏi.Giữa các bản cực được ngăn cách bởi các tấm êbônít.Chùm bản cực dương và
bản cực âm cũng được hàn nối như các chùm bản cực của ắc quy axit.
Quá trình hóa học xảy ra trong ắc quy là quá trình thuận nghịch. Nếu ắc quy
kiềm là ắc quy quy Fe-Ni thì phản ứng hóa học xảy ra trong ắc quy như sau:
- Trên bản cực dương:
Ni(OH)2 + KOH  Ni(OH)3 + KOH
- Trên bản cực âm:
Fe(OH)2 + KOH  Fe + KOH + 2OHNhư vậy, trong quá trình nạp điện cho ắc quy, sắt ô xít trên bản cực âm bị phân
tích thành sắt nguyên chất và anion OH -. Còn trên bản cực dương, niken hai - điôxít
được chuyển hóa thành niken ba - điôxít. Từ hai phương trình phản ứng hóa học
trên, ta nhận thấy đặc điểm quá trình biến đổi hóa học trong các loại ắc quy kiềm
khác với ắc quy chì-axit ở chỗ: dung dịch điện phân KOH không tham gia vào phản
ứng hóa học mà chỉ giữ vai trò như một chất dẫn điện, do đó sức điện động của ắc
quy hầu như không phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch điện phân mà chỉ phụ

thuộc vào trạng thái hóa học của chất tác dụng ở trên các tấm cực.
Sức điện động của một ngăn đơn của ắc quy kiểm khi đã nạp no nhỏ hơn so
với ắc quy chì axit chỉ bằng khoảng 1,38V. Vì vậy muốn có được một bình ắc quy

Trang 14


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
12V ta phải đấu nối tiếp 9 ngăn ác quy đơn. Do đó trọng lượng của bình ắc quy
kiềm thường lớn hơn trong lượng bình ắc quy axit.
b) Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng
So với ác quy axit thì ắc quy kiềm tuy có nhược điểm là giá thành cao hơn,
điện trở trong lớn hơn, nhưng nó lại có ưu điểm sau đây:
- Có độ bền lớn và thời gian sử dụng dài.
- Trong điều kiện máy khởi động làm việc nặng nề có yêu cầu về độ tin cậy cao
thì ắc quy kiềm có tính ưu việt hơn hẳn so vói ắc quy chì axit.
- Quá trình nạp điện cho ắc quy kiềm không đòi hỏi nghiêm nghặt về trị số dòng
điện nạp.trị số dòng điện nạp có thể lớn gấp ba lần dòng điện nạp định mức cũng
chưa làm hỏng được ắc quy.
Trong ba loại ắc quy kiềm: (Fe – Ni), (Cd – Ni), (Ag – Zn) thì loại ắc quy Ag–
Zn có hệ số hiệu dụng trên một đơn vị trọng và trên một đơn vị thể tích lớn hơn;
Nhưng giá thành của nó lại quá cao vì phải sử dụng một lượng bạc tới 30% khối
lượng của chất tác dụng, do đó loại này ít dùng, và chỉ dùng trong ngành hàng
không.
Hiện nay, ắc quy kiềm được sử dụng rộng rãi ở nước ta vì độ tin cậy của ắc
quy kiềm rất cao, cao hơn nhiều so với ắc quy axit nên được nhiều người có điều
kiện ưa chuộng hơn.
2.2. MÁY PHÁT ĐIỆN
2.2.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu
2.2.1.1 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.

Trang 15


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
2.2.1.2 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).
- 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.
- 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).
- Theo số pha của dòng điện máy phát cung cấp ta có:
+ Máy phát 1 pha
+ Máy phát 3 pha
2.2.1.3. 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.

Trang 16


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
- 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 do đó có tuổi thọ cao
hơn và dễ dàng trong bảo dưỡng.
2.2.2. Máy phát điện xoay chiều
2.2.2.1. 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. 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. 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.

Trang 17


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
Hình 2.4. Rôto nam châm hình trụ rỗng
1-Nam châm; 2-Các má cực; 3-các cuộn dây cố định Stato.

Hình 2.5 – Rôto nam châm hình sao
1. Nam châm hình sao; 2. Hợp kim không dẫn từ; 3. Trục Roto
Nhược điểm của rôto nam châm hình sao là khó nạp từ cho rôto, cường độ từ
trường và từ cảm yếu, độ bền cơ học thấp.
Rôto nam châm hình sao được sử dụng chủ yếu trong các máy phát điện của
máy kéo với công suất giới hạn khoảng 180 VA.
- Rôto nam châm hình móng ra đời khi xuất hiện các vật liệu từ mới có lực từ
kháng lớn, cho phép chế tạo các nam châm mạnh.
Nam châm có dạng hình trụ rỗng được nạp từ theo chiều trục. Hai đầu của nó
đặt hai tấm bích bằng thép ít các-bon, có các vấu cực nhô ra như những chiếc móng.
Các móng cực của hai bích được bố trí xen kẽ nhau. Do chịu ảnh hưởng của hai cực
từ khác dấu ở hai mặt đầu của nam châm, nên các móng cực của mỗi tấm bích cũng
mang cực tính của cực từ tiếp xúc với nó. Như vậy các móng của hai tấm bích trở

thành những cực khác tên xen kẽ nhau của rôto.
Để tránh mất mát từ, thường thường trục rôto được chế tạo bằng thép không
dẫn từ hay nam châm được đặt lên trục qua một ống lót không dẫn từ.
Rôto hình móng có một loạt các ưu điểm, như:
- Nạp từ có thể tiến hành sau lắp ghép.

Trang 18


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
- 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: 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 2.6. Hệ thống từ của máy phát với nam châm hình sao
1- Stato; 2- Roto nam châm.

Trang 19


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP

Hình 2.7. Máy phát xoay chiều với nam châm vĩnh cửu hình sao.
1-Stato và các cuộn dây; 2-Rô to (nam châm quay)
b. Nguyên lý làm việc

Khi động cơ hoạt động, thông qua bộ truyền đai, trục khuỷu động cơ kéo rôto
của máy phát quay. Rôto là một nam châm vĩnh cửu có 6 cực. Khi rôtô quay từ
trường thay đổi cắt các vòng dây của cuộn stato. Trong cuộn dây xuất hiện sức điện
động thay đổi cả về trị số và hướng. Khi đóng mạch thì sức điện động cảm ứng sẽ
sinh ra dòng điện xoay chiều cung cấp cho các phụ tải.
2.2.2.2. Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ
Đặc điểm cấu tạo:
a) 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).

Trang 20


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP

Hình 2.8. Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ
1,2-Quạt làm mát; 3-Bộ chỉnh lưu; 4-vỏ; 5-Stator; 6- Rotor;
7-Bộ tiết chế và chổi than; 8-Vòng tiết điện
+ Stator: là khối thép từ ghép từ các lá thép điện kỹ thuật, phía trong có xẻ
rãnh phân bố đều để đặt cuộn dây phần ứng.

Hình 2.9. Cấu tạo Stator
1. Cọc trung tính; 2. Cọc dương; 3. Đi ốt chỉnh lưu; 4. Cuộn stato; 5. Ba đầu
cuộn dây stato; 6. Rãnh lắp cuộn dây; 7. Bọc cách điện; 8. Khối thép từ.

Trang 21

TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP

a)

b)
Hình 2.10. Các kiểu đấu dây
a-Kiểu sao; b- Kiểu tam giác.
Cuộn dây phần ứng thường có 3 pha nối theo hình sao. Mỗi pha gồm một số
cuộn nhỏ mắc nối tiếp. Đầu của các cuộn dây pha được nối ra bộ chỉnh lưu 8 đặt
trong vỏ máy phát theo sơ đồ chỉnh lưu cầu.
+ Rotor: bao gồm hai má cực từ có nam châm hình móng ngựa bọc ngoài
cuộn dây phần cảm lắp trên trục. Có hai vòng than góp điện . Khi có dòng điện kích
thích đi vào trong cuộn dây thì hai má cực từ trở thành nam châm điện. Nam châm
điện có từ cực N-B xen kẻ nhau (hình 2.10)

Trang 22


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP

Hình 2.11. Cấu tạo rotor
1-Chùm cực từ tínhS; 2- Chùm cực từ tính N; 3- cuộn dây kích thích;
4- Trục rotor; 5- Đường sức từ; 6- Ổ bi; 7-Vòng tiếp điểm.
b) Loại không có vòng tiếp điểm
Máy phát điện loại không có vòng tiếp điện nói chung không có gì khác so
với loại có vòng tiếp điện. Nhưng lại có ưu điểm là tăng tuổi thọ và độ tin cậy.
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.

Hình 2.12. Sơ đồ máy phát điện xoay chiều không có vòng tiếp điện.
1-Stato; 2-Vòng không dẫn từ; 3-Cuộn dây kích thích cố định; 4,5-Các móng cực;
6-Đĩa lắp cuộn dây kích thích.

Trang 23


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
Từ các sơ đồ ta thấy: mọi bộ phận của máy phát không có vòng tiếp điện đều
có kết cấu tương tự như ở máy phát điện loại có vòng tiếp điện. Chỉ có điểm khác
biệt là: cuộn dây kích thích 3 được đặt ngay trên phần ống nhô ra của nắp sau (hình
2.12) 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 vào 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.
b) Ưu nhược điểm
- So với máy phát điện một chiều, máy phát xoay chiều có những ưu điểm sau:
- Cấu tạo đơn giản hơn.
- Với cùng một công suất, có kích thước và trọng lượng bé hơn.
- Tuổi thọ phục vụ dài hơn do không có cổ góp.
- Tiêu hao kim loại màu ít hơn ( giảm 2 – 2,5 lần so với máy phát một chiều).
- Có thể tăng tỉ số truyền từ động cơ ô tô đến máy phát tới trị số 2,5 – 3, vì vậy
khi động cơ chạy không tải, máy phát có thể phát ra công suất đạt tới ( 25-30%)
công suất định mức, cải thiện điều kiện nạp điện cho ắc quy.
c) Phạm vi ứng dụng
- Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu, có kết cấu
đơn giản, nhưng công suất phát ra không lớn thường được sử dụng trên các xe gắn

máy và cho xe đạp điện.
- Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm điện có cuộn cảm quay
thường được sử dụng trên các ô tô.
- Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm điện có cuộn cảm đứng
yên ( không có các vòng tiếp điện và chổi than). Do có tuổi thọ cao và độ tin cậy
cao hơn hai loại trên nên thường dùng trên các máy kéo và các loại ô tô đặc biệt.

Trang 24


TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
2.3. Bộ chỉnh lưu
2.3.1. Công dụng
Bộ chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện
một chiều. Bộ chỉnh lưu làm nguồn điện một chiều có điều khiển cấp cho các thiết
bị mạ, thiết bị hàn một chiều; nguồn điện cho các truyền động động cơ điện một
chiều, nguồn cung cấp cho mạch kích từ của máy điện một chiều.
2.3.2. Phân loại
Dựa vào chu kỳ chỉnh lưu ta có:
- Bộ chỉnh lưu một nữa chu kỳ.
- Bộ chỉnh lưu hai nữa chu kỳ.
Dựa vào số đi-ốt chỉnh lưu:
- Bộ chỉnh lưu 6 đi-ốt.
- Bộ chỉnh lưu 8 đi-ốt.
- Bộ chỉnh lưu 14 đi-ốt.
Hiện nay, thông dụng nhất là bộ chỉnh lưu cầu 3 pha, nhờ cấu tạo đơn giản,
tính ổn định, tuổi thọ cao, phù hợp với điều kiện làm việc của hệ thống cung cấp
trên ô tô.

Hình 2.13. Bộ chỉnh lưu mạch cầu 3 pha 6 đi-ốt

Trang 25