Đồ án tiết chế trong máy phát điện trên xe TOYOTA

Chương I: Tổng quan về hệ thống cung cấp điện.

1.1 Lịch sử và xu hướng phát triển của hệ thống cung cấp điện.
Hệ thống cung cấp điện là một bộ phận quan trọng không thể thiếu được trên
ôtô, nó quyết định đến khả năng làm việc hiệu quả cao hay thấp của toàn xe. Đặc
biệt như xu hướng 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 người ta sử dụng cả máy phát điện xoay chiều và máy phát mộtt
chiều chúng chỉ là 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 loại xe chuyên dùng sử dụng máy phát một chiều, do ưu điểm của
máy phát xoay chiều vượt 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 thường với sự đóng
mở của các tiếp điểm theo kiểu rung, rồi người 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 dùng tiết chế bán dẫn không tiếp điểm và tiết
chế vi mạch có hiệu quả và tính chính xác cao.
1.1.1 Nhiệm vụ của hệ thống cung cấp điện.
Hệ thống cung cấp điện gồm có: ắc quy - máy phát điện (Dinamo, generator) là
nguồn điện và bộ điều chỉnh điện (tiết chế)
Nhiệm vụ của hệ thống cung cấp điện là cung cấp năng lượng 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 được biểu diễn theo sơ đồ sau:

Hình 1-1: Sơ đồ hệ thống cung cấp điện cho phụ tải trên xe.

1.1.2 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 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 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.
1.1.3 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 Bộ điều chỉnh điện áp (tiết chế).
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 như bảo vệ cho chính bản thân máy phát được an toàn trong điều
kiện và chế độ làm việc phức tạp của ô tô. Người ta trang bị thiết bị tự động làm
việc điều chỉnh điện áp của máy phát.
Ta có : UE = C.n. 
Trong đó:
C: là hằng số.
N: Tốc độ quay của roto.
: Từ thông.


Như vậy điện áp của máy phát phụ thuộc vào n ( mà n luôn luôn thay đổi)
và  là một hàm phụ thuộc vào Ikt ;  = f(Ikt) để cho Umf = 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 Ikt phải thay đổi đó cũng chính là nguyên lý của rơle điều chỉnh
điện áp .
Điện áp của máy phát một chiều hoặc xoay chiều được biểu diễn bởi công
thức:
Umf = Ce.n. - 2Uo - Rtđ.Imf

(1 - 2)

Trong đó:
Ce – Hằng số kết cấu của máy phát.
Ce = pn/60.a – Đối với máy phát một chiều.
Ce = 4.kp.k.ko.p.w/60 – Đối với máy phát xoay chiều.
Trong đó:
kp – Hệ số chỉnh lưu, xác định qua tỷ số giữa điện áp chỉnh

lưu trung bình và điện áp pha.
n – Vận tốc quay của roto máy phát.
2Uo – Độ sụt áp trên bộ chỉnh lưu của máy phát (với máy phát
một chiều 2Uo là độ sụt áp trên chổi than).
Rtd – Điện trở tương đương của máy phát có tính đến độ sụt
áp trong máy phát và bộ chỉnh lưu (với máy phát xoay
chiều Rtd – là một biến số phụ thuộc vào vận tốc quay
của roto).
Imf – Dòng điện của máy phát.
K0 _ Hệ số dây quấn.
K _ Hệ số dạng từ trường.


Từ thông của máy phát được kích thích bằng điện từ có thể biểu diễn qua dòng
kích thích.
 = o + Ik/(a + b.Ik).
Trong đó:
o – là từ dư.
a, b – các hệ số của đường cong từ hoá.



Umf



U2

U1



IK

IK
IK1

IK2

Hình 1-3: Đặc tính từ và điện áp máy phát
phụ thuộc vào dòng kích thích
Để xác định các hệ số a,b trên đường đặc tính không tải (Hình 1- 3) ta chọn
hai điểm: điểm 1 trên đoạn thẳng, điểm 2 trên đoạn bão hoà. Bỏ qua ảnh hưởng
của từ dư o và độ sụt áp trên bộ chỉnh lưu 2Uo đối với những điểm đã chọn, ta
có thể viết.
U1 = Ce.n.Ik1/(a + bIk1).
U2 = Ce.n.Ik2/(a + bIk2).
Giải hệ phương trình này ta được:
a = [Ce.n.Ik1.Ik2(U2 – U1)] / [U1.U2(Ik2 – Ik1)].
b = [Ce.n. (U1. Ik2 – U2.Ik1)] / [U1.U2(Ik2 – Ik1)].


Nếu tính đến những giả thiết đã nêu, phương trình (4-16) sẽ có dạng:
Umf = Ce.n.Ik1 / (a + b.Ik1) - Rtđ.Imf

(1 - 4)

Như vậy để cho điện áp máy phát không thay đổi khi số vòng quay của phần
ứng và tải thay đổi trong phạm vi rộng, cần phải thay đổi dòng điện kích thích.
Bảo vệ phụ tải cũng như 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
ngược từ ắc qui phóng lại máy phát khi Uaq> Umf. Thiết bị này còn được gọi
chung là bộ chỉnh điện hay tiết chế điện (releregulator).
Phương pháp điều chỉnh điện thế
Căn cứ vào phương pháp điều chỉnh dòng điện kích thích, các bộ điều chỉnh điện
thế được phân làm 2 loại:
a. Bộ điều chỉnh hoạt động liên tục:
Bộ điều chỉnh hoạt động liên tục có tín hiệu trên đầu vào và đầu ra cảu tất cả
các phần tử có dạng là một hàm liên tục theo thời gian. Ở những bộ điều
chỉnh này, dòng kích thích và điện trở thay đổi theo thời gian và phụ thuộc
vào vận tốc của phần ứng và tải máy phát. Dòng điện kích thích ở một hệ
thống như vậy:
Ik =Umf / (Rk + Rbs).
Umf = Uđm, = 13,8V
Trong đó:
Rbs – Điên trở bổ sung của biến trở trong mạch kích thích.
Vì vậy để đảm bảo điện thế không đổi của máy phát thì điện trở phụ Rbs cần
tang khi tang vận tốc phần ứng và giảm khi tăng tải trên máy phát.
b. Bộ điều chỉnh hoạt động gián đoạn:


Bộ điều chỉnh hoạt động gián đoạn thực hiện việc thay đổi tín hiệu theo mức
độ hoặc thực hiện điều biến bề dài xung. Các phần tử chủ yếu của bộ điều
chỉnh loại này là các rơ le khác nhau.
Quá trinh điều chỉnh điện áp xảy ra như sau:
Khi điện áp máy phát Umfcấu trúc điều chỉnh sẽ thay đổi dạng bước nhảy. Do vậy, dòng điện kích thích
giảm xuống và tại mạch kích thích các thong số và cấu trúc điều chỉnh sẽ trở
lại giá trị cũ. Quá trình lặp lại có tính tuần hoàn. Lúc này điện thế trung bình
của máy phát Umf và dòng kích thích Ik sẽ không thay đổi ở vận tốc phần ứng

và tải của máy phát đã cho. Sự thay đổi vận tốc quay của phần ứng hoặc của
tải sẽ ảnh hưởng lên dòng điện kích thích trung bình và điện thế trung bình sẽ
không đổi.
1.2.1 Bộ tiết chế loại rung.
Việc điều chỉnh điện áp dạng rung động thuộc loại điều chỉnh rơ le điện từ thực
hiện. Nhờ có các tiếp điểm của rơ le mà các điện trở phụ được nối với mạch kích
thích. Nếu điện áp của máy phát nhỏ hơn hiệu điện thế U1 điện áp hoạt động của
rơ le điện từ, thì tiếp điểm k đóng và cuộn kích thích Wkt của máy phát được mắc
vào đầu ra của máy phát. Khi điện áp của máy phát đạt giá trị U1 thì tiếp điểm K
sẽ bị ngắt, điện trở phụ Rp được mắc vào mạch kích thích. Dòng điện trong cuộn
kích thích và điện áp máy phát giảm xuống. Khi điện thế của máy phát giảm
xuống đến điện áp phản hồi ro le U2, các tiếp điểm của rơ le được đóng lại. Dòng
điện trong cuộn kích thích và điện thế máy phát bắt đầu tăng lên. Khi điện áp
máy phát đạt điện áp làm việc của rơ le thì các tiếp điểm lại bị ngắt. Quá trình lại
tiếp tục một cách tuần hoàn.
Cấu tạo của bộ điều chỉnh điện loại rung được thể hiện trên hình 4-24. Một rơ le
với khung từ, lõi thép và cần tiếp điểm. Một lò xo luôn có xu hướng đóng tiếp
điểm. Trên lõi thép có quấn cuộn dây điều khiển Wo chịu trực tiếp điện áp máy


phát. Cuộn dây kích thích Wkt của máy phát được mắc nối tiếp với tiếp điểm K.
Một điện trở phụ Rf được mắc song song với tiếp điểm K (hình 4-23a).

Rp
+

Io
F

K

_ Wkt

Wo
Ikt

E

a)

b)

Hình 1-5: Sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh điện loại rung một tiếp điểm
Nguyên lý hoạt động như sau: Khi máy phát làm việc ở số vòng quay thấp,
Ump < Uđm thì tồn tại các dòng điện sau:
- Dòng kích thích Ikt : +mp, qua tiếp điểm K, qua cuộn dây kích thích, về –mp.
- Dòng điều khiển rơ le Io : +mp, qua cuộn W0 , về –mp.
Do Ump < Uđm nên lực từ hóa cuộn Wo nhỏ hơn lực căng lò xo (Fth < Flx) nên tiếp
điểm K luôn đóng.
Khi số vòng quay máy phát tăng đến khi Ump >Uđm thì Fth >Flx làm tiếp
điểm K mở. Khi này mạch kích thích có sự thay đổi như sau: +mp, qua Rp , qua
cuộn kích thích, về –mp. Do có Rp đưa vào mạch kích thích nên Ikt giảm, dẫn đến
Ump giảm.
Khi Ump < Uđm thì Fth < Flx nên tiếp điểm K lại đóng. Điện trở phụ được loại khỏi
mạch kích thích nên Ikt tăng, làm Ump tăng, rồi tiếp điểm K lại mở. Bằng cách đó


rơ le điều chỉnh điện áp duy trì điện áp trung bình máy phát không đổi (hình 15b).
Ta có thể lập mối quan hệ giữa điện áp điều chỉnh máy phát với các thông số
của rơ le như sau:

Lực điện từ: Fđt = 0,5.2/(o.S)
Trong đó:

 - Từ thông ở khe hở không khí giữa lõi sắt và phần ứng của rơ le.
S – Tiết diện của lõi sắt.

o – Độ từ thẩm không khí
Từ thông ở khe hở có thể xác định bởi sức từ động do dòng điện chạy trong
cuộn chính Wo và trở từ RM:

 = Io Wo/RM.
Dòng điện Io khi rơ le hoạt động (các tiếp điểm bị ngắt) sẽ là Ump/Ro.
Trong đó: Ump – Điện áp đặt vào cuộn Wo tức là điện áp máy phát;
Ro – Điện trở của cuộn chính rơ le.
Trở từ (nếu bỏ qua từ trở của thép) tỷ lệ thuận với khe hở không khí giữa lõi
sắt và phần ứng rơ le: RM = C’.
Như vậy lực điện từ của rơ le có thể biểu diễn bởi:

Giải phương trình đối với điện áp Ump ta tìm được:
(1 – 6)
Trong đó:


Như vậy, theo công thức (1 – 6) điện áp máy phát phụ thuộc vào sức căng lò
xo Fk, khe hở  và thông số Ro và W0 của cuộn điều khiển rơ le. Đối với mỗi rơ
le cụ thể thì Ro và Wo là không đổi, nên để điều chỉnh điện áp máy phát, người ta
điều chỉnh khe hở  và/hoặc lực căng lò xo. Trong thực tế, việc điều chỉnh điện
áp được thực hiện bằng cách thay đổi sức căng lò xo Fk.
Bộ điều chỉnh điện loại rung tồn tại khá nhiều nhược điểm:
-Vì dùng tiếp điểm cơ khí nên chịu ảnh hưởng của các tác động như: tình

trạng tiếp xúc, bụi bẩn, hao mòn, cháy rỗ...
-Tần số đóng mở của tiếp điểm bị hạn chế nên biên độ dao động Ump lớn.
- Điện áp điều chỉnh máy phát còn chịu ảnh hưởng của sự thay đổi điện trở
Ro của cuộn Wo khi nhiệt độ thay đổi.
-Khi sử dụng, thông số lò xo thay đổi thì U mp thay đổi theo nên phải
thường xuyên điều chỉnh.
Vì những lý do đó mà trên các máy phát ô tô ngày nay không còn sử dụng
bộ điều chỉnh điện loại rung nữa.
a. Vấn đề ổn định nhiệt cho bộ tiết chế dạng rung.
Ta thấy hiêu điện thế hiệu chỉnh sẽ tỷ lệ với điện trở R o của cuộn dây chính. Khi
nhiệt độ thay đổi, điện trở Ro thay đổi. Ví dụ khi tăng 100 oC, Ro tăng lên 40%. Vì
vậy, điện áp điều chỉnh cũng sẽ thay đổi. Để đảm bảo độ ổn định theo nhiệt độ
của điện áp điều chỉnh ta mắc điện trở bù nhiệt nối tiếp với cuộn dây chính làm
bằng nicrom hoặc constantan (loại có điện trở không phụ thuộc nhiệt độ).
Ngoài cách mắc điện trở bù nhiệt người ta còn dùng giá treo role điện từ bằng
tấm lưỡng kim nhiệt. Tấm này cấu tạo từ hai kim loại được hàn với nhau. Một
tấm làm từ hợp kim sắt nikencos hệ số dãn nở nhiệt thấp và tấm kia làm từ thép
Cr-Ni hoặc Mo-Ni có hệ số dãn nở lớn. Do sự biến đạng của tấm lưỡng kim
nhiệt sẽ xuất hiện lực ngược chiều với độ căng của lò xo. Trong trường hợp này
tong lực tác dụng lên mỏ treo sẽ giảm khi nhiệt dộ môi trường tăng lên.


Để khử ảnh hưởng nhiệt lên điện áp điều chỉnh người ta còn dùng các sun từ làm
bằng thép niken.Từ trở của sun từ tăng khi nhiệt độ tăng. Sun được mắc giữa ách
từ và lõi sắt. Ở nhiệt độ cao, sun sẽ bị khử từ còn từ thong tại khe hở khí δ sẽ phụ
thuộc vào sức từ động và từ trở của khe hở không khí. Ở nhiệt độ thấp, sun sẽ trở
nên dẫn từ và một phần từ thong do sức từ động tạo nên sẽ được khép mạch theo
sun này.
b. Độ bền của bộ điều chỉnh điện áp loại rung.
Trong quá trình làm việc, các tiếp điểm chịu tác động ăn mòn về cơ, hóa và

điện, ảnh hưởng lên độ bền của bộ điều chỉnh ddienj áp dạng rung.
Tác động cơ động dưới cơ học dạng va đập của các tiếp điểm động lên các tiếp
điểm cố định sẽ dẫn đến hiện tượng nén cục bộ và nứt các tiếp điểm. Tác động
hóa học sẽ làm cho các tiếp điểm bị oxy hóa và cac phản ứng hóa học khác của
kim loại với các loại khí chứa trong môi trường dẫn tới tinh trạng rỉ sét, kết quả
là trên bề mặt tiếp điểm hình thành các màng có điện trở riêng cao. Tác động về
điện dưới dạng tia lửa điện hồ quang sẽ làm xuất hiên sự ăn mòn. Lúc này một
tiếp điểm bị lõm còn tiếp điểm kia lồi.
Vật liệu phổ biến để chế tao tiếp điểm thường là Vonfram, có độ cứng lớn và
nhiệt độ nóng chảy rất cao (3370oC). Độ bền ăn mòn của Vonfram cao hơn bạc
hay platin. Nhược điểm của tiếp điểm Vonfram lafkhi bị rỉ sẽ tạo nên các màng
sunphit và màng oxy hóa. Trong các bộ điều chỉnh dạng rung người ta dùng cặp
tiếp điểm (Vonfram- Vonfram bạc) có tính dẫn điện và độ bền cao hơn.
1.2.1.1 Tiết chế loại 1 tiếp điểm.
 Cấu tạo:
Bộ tiết chế loại rung một tiếp điểm gồm có : tiếp điểm P, cuộn từ và một điện trở.
Kiểu một tiếp điểm có 1 điện trở R được mắc nối tiếp với cuộn cảm F của roto
 Sơ đồ:
 Nguyên lý làm việc:


Khi điện áp máy phát thấp, lực điện từ của cuộn từ (M) yếu nên tiếp điểm
đóng và dòng điện cuộn cảm (dòng kích từ) chạy qua tiếp điểm.
Khi điện áp cao, lực từ lớn làm tiếp điểm mở, dòng điện sẽ chạy qua điện trở
R và dòng điện đến cuộn cảm giảm, khi dòng điện giảm, điện áp của máy phát
giảm và tiếp điểm đóng. Khi tiếp điểm đóng lại, dòng điện và điện áp tăng nên
tiếp điểm mở. Cứ như vậy tiếp điểm đóng mở nhiều lần liên tục trong một giây.
 Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản gọn nhẹ


Nhược điểm:

- Phát sinh tia lửa điện khi các tiếp điểm đóng mở, kết quả làm giảm độ bền
của tiếp điểm.
- Có độ trễ cơ khí cao.
- Tiếp xúc kém trong điều kiện rung động.
 Ứng dụng:
- Không còn được sử dụng nhiều trên các xe ô tô ngày nay.
1.2.1.2 Tiết chế loại 2 tiếp điểm.
 Cấu tạo:
Để khắc phục nhược điểm của kiểu một tiếp điểm, kiểu hai tiếp điểm riêng
biệt được thiết kế: P1 cho tốc độ thấp và P2 cho tốc độ cao.
Cấu tạo loại hai tiếp điểm gồm có: tiếp điểm P1 và P2 , cuộn cảm (M) và điện
trở R.
 Sơ đồ:
 Nguyên lý làm việc:


Khi động cơ làm việc, máy phát điện chạy ở tốc độ thấp dòng điện thấp
nên không đủ qua tải R. Dòng điện sẽ chạy qua tiếp điểm P1 đến cuộn cảm F
của roto và về máy phát.
Khi máy phát quay tốc độ cao, sinh ra điện áp lớn dòng điện đủ lớn qua
điện trở R. Lúc này điện áp không thể điều khiển bằng tiếp điểm tốc độ thấp
P1, tiếp điểm động sẽ đóng mở với tiếp điển tốc độ cao P2 . Khi đó dòng kích
từ bị mất đi.
 Ưu điểm:
- So với kiểu 1 tiếp điểm, điện trở R làm nhỏ hơn nên có ít tia lửa điện hơn
khi tiếp điểm mở và đóng. Kết quả làm tăng tuổi thọ của tiếp điểm.
- Kết cấu đơn giản gọn nhẹ.

 Nhược điểm:
- Còn hiện tượng phóng tia lửa điện.
- độ trễ cơ khí cao.
 Ứng dụng:
- Được sử dụng trên các xe ô tô đời cũ.
1.2.2 Bộ tiết chế bán dẫn.
Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều chỉnh điện áp loại rung, người ta
sản xuất các bộ điều chỉnh điện áp không tiếp điểm sử dụng các linh kiện bán
dẫn: đi ốt, đi ốt ổn áp (đi ốt zener), transisto. Có 2 loại bộ điều chỉnh điện bán
dẫn khác biệt ở transisto mắc nối tiếp với cuộn kích thích. Nếu dùng transisto
loại PNP thì cuộn kích được nối trực tiếp ra mát còn dùng transisto loại NPN thì
một đầu cuộn kích sẽ được nối với dương qua khóa điện.
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc bộ điều chỉnh điện dùng transistor PNP
Bộ điều chỉnh điện áp không tiếp điểm loại dùng transisto được thể hiện ở hình 1
- 7. Cấu tạo gồm bộ phận đo (mạch R1–R2–R–D1) và thiết bị điều chỉnh có dạng
một transisto PNP (các Tr1, Tr2, đi ốt D2, các điện trở R3, R4, và Ro). Tải của
transisto là cuộn dây kích thích Wkt của máy phát được mắc song song với đi ốt
D3.


Khi Ump < Uđm thì điện áp trên điện trở R 1 nhỏ hơn điện áp mở của đi ốt zener
D1 nên đi ốt sẽ đóng và dòng điện trong mạch R-D 1 bằng không. Điện áp đặt lên
2 cực phát-gốc EB của transisto Tr1:
UE1 = UR – URo < 0
Vì vậy, transisto Tr1 sẽ ở trạng thái đóng. Điện áp lên 2 cực phát-gốc EB của
transisto Tr2 là dương nên. Transisto Tr2 sẽ ở trạng thái mở hoàn toàn, được xác
định bởi điện trở R3.
+Umf

I

R0
R

D2
Tr1

R1
I1
D1
R2

E

Tr2
R3
D3

WKT R4

Hình 1-7: Sơ đồ bộ điều chỉnh điện bán dẫn loại dùng transisto PNP

Do điện trở Ro và độ sụt áp D2 nhỏ, nên ta có thể xem điện áp của máy phát
hầu như được đưa đến cuộn kích thích. Như vậy, đảm bảo sự tự kích của máy
phát.
Khi Ump > Uđm thì độ sụt áp trên R1 bằng hoặc lớn hơn điện áp thông của D1
nên D1 mở. Trong mạch R –D1 sẽ xuất hiện dòng điện I.. Lúc này điện áp đặt vào
2 cực phát-gốc EB của transisto T r1 đạt giá trị dương nên transisto T r1 chuyển từ
trạng thái đóng sang trạng thái mở. Điện áp phát-gốc Tr2 bằng không và transisto

Tr2 từ trạng thái mở chuyển sang trạng thái đóng. Dòng điện kích thích giảm về
không nên làm Ump giảm. Khi Ump < Uđm thì D1 đóng, dẫn đến Tr1 đóng và Tr2 mở,
dòng kích thích tăng làm Ump tăng. Khi Ump > Uđm thì mạch đo và mạch điều
chỉnh lại tác động để giảm dòng kích thích từ đó giảm U mp. Cứ như vậy D1, Tr1,
Tr2 liên tục đóng mở để điều chỉnh Ikt , duy trì Ump = Uđm.
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của tiết chế dùng transistor NPN
IG
I1

R5
R1

C

D3
+ F

R3
D2

D1

T2
T1

R2

R

I

R4

Hình 1-8: Sơ đồ bộ điều chỉnh điện dùng transisto NPN
Tiết chế bán dẫn loại này gồm hai thành phần: thành phần đo: R 1, R2, D1 và
thành phần hiệu chỉnh T1, T2.
Nguyên lý làm việc như sau: Khi bật công tắc máy, dòng điện từ ăcquy đến
bộ ĐCĐ, đến R1  R2  mát. Điện áp đặt vào D1 = U.R2 /(R1 + R2) < UOZ điện
áp làm việc của D1, nên D1 đóng dẫn đến T1 đóng. Khi này có dòng đi theo mạch
R3  D2  R4  mát, tác động làm T2 mở cho dòng kích thích đi qua. Trong
thời gian làm việc ở số vòng quay thấp U mp < Uđm thì luôn tồn tại dòng kích thích
theo mạch trên.


Khi số vòng quay n máy phát tăng cao, điện áp máy phát tăng và do đó điện
áp đặt vào D1 tăng khiến nó dẫn làm T1 dẫn bão hoà và T2 đóng.
Dòng điện trong cuộn Wkt giảm khiến điện áp máy phát giảm theo. D1 sẽ đóng
trở lại làm T1 đóng và T2 mở. Quá trình này lại lặp đi lặp lại.
Khi cường độ dòng điện Ikt giảm trên Wkt xuất hiện một sức điện động tự cảm
và đi ốt D2 dùng để bảo vệ transisto T2.
Trong sơ đồ này người ta sử dụng mạch hồi tiếp âm bao gồm R 5 và tụ C. Khi
T2 chớm đóng, điện áp tại cực C tăng làm xuất hiện dòng nạp I c (Wkt  T1 C
 R5  R  mát).
Điện áp tại chân B của T1 tăng vì UBE1 = R(I + IC) khiến T1 chuyển nhanh
sang trạng thái bão hoà và T2 chuyển nhanh sang trạng thái đóng.
Khi T2 chớm mở, tụ C bắt đầu phóng theo mạch + C  T2  R  R5  - C.
Dòng phóng đi qua điện trở R theo chiều ngược lại và điện áp đặt vào mối tiếp
giáp BE của T1 có giá trị: UBE1 = (I – Ic)R khiến T1 chuyển nhanh sang trạng thái
đóng và T2 chuyển nhanh sang trạng thái bão hòa. Như vậy, mạch hồi tiếp giúp

tăng tần số đóng mở của bộ ĐCĐ.
Lúc bắt đầu hoạt động, điện áp làm việc của bộ ĐCĐ được xác định:
U1 = I1R1 + R2(I1 – I)
U1 = I1R1 + UOZ + RZI + IR.
Trong đó: I = UBE1 /R. Thế giá trị I vào 2 phương trình trên ta được:
U1 (R1 + R2) – R2UBE1/R
U1 = R1I1 + UOZ + RZUBE1/R + UBET1
Giải hệ phương trình trên qua U1 ta thu được:
U1 = (1 + R1/R2)[UOZ + (RZ + R)UBE/R] + R1UBE1/R

(1 - 9)

Như vậy, muốn tăng hiệu điện thế hiệu chỉnh ta tăng R1 hoặc giảm R2
a. Tiết chế bán dẫn không tiếp điểm kiểu PP350.


 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 Rt0. Cuộn dây xung
Cx toàn bộ linh kiện này được lắp đặt trong bộ cách điện và lắp trong một vỏ
hộp bằng hợp kim nhôm đưa ra đầu nối là (+), (và M trong một phích cắm điện
cẩn thận chống chạm mát chắc chắn.
 Sơ đồ:

R1

R6

R2

B+

R8
D2

D1

F

R5
R4

R3
A

IG/SW

D3

R11

RF
R10

WK

R7

L

Hình 1-10: Sơ đồ cấu tạo tiết chế bán dẫn PP350.
 Nguyên lý làm việc:
Khi máy phát làm việc ở số vòng quay thấp U mf < Uaq tức là phụ tải và tiết chế
chịu điện áp của ắc quy. Xem sự hoạt động của các bóng bán dẫn hoạt động như
thế nào ta lần từ đầu mối .
Khi U chưa vượt quá giá trị đinh mức 13,8 14,6 Vol thì điốt ổn áp St vẫn chưa
mở thông chiều ngược. Lúc này R6 coi như dây dẫn đơn thuần đưa điện áp (+) ắc
qui đặt vào cực B của T3 Ueb3 = 0, bóng B3 ở trạng thái khoá (các dòng điện đều
không thể đi qua).


Cực gốc bóng T2 nối với âm ắc qui còn cực phát E 2 nối với (+) ắc qui. Phân áp
theo chiều thuận bóng T2 ở chế độ mở. Hình thành dòng điện cực gốc và cực góp.
Dòng điện cực gốc Ib đi như sau: (+) ắc qui  Kđiện  điểm b R8D2cực
E bóng T2 Cực B bóng T2R11ra mát.
Dòng điện cực gốc Ic: Từ (+) ắc qui  K điện  điểm b R8D2 cực E bóng
T2 Cực C bóng T2R7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 lượng
điện áp rơi trên R8 (độ sụt áp trên D1 không đáng kể ) Ueb>0 nên bóng một cũng ở
trạng thái mở cho dòng điện cực gốc và cực góp đi qua.
Dòng điện cực góp của bóng T1 chính là dòng điện Ikt đi như sau: ( +) AQ 
Kđiện cực E của bóng T1cực C của bóng T1điểm Scực Ш tiết chế 
cực máy phát cuộn Wktmát  (-)AQ. Dòng điện kích thích không qua điện
trở nào cả Ikt đạt giá trị lớn.
 Ưu điểm:
a. Nhỏ gọn có thể ghép chung với máy phát.
b. Độ nhạy cao, độ trễ thấp.
c. Độ bền lớn, chịu rung động, va đập.
 Nhược điểm:

d. Linh kiện điện tử kém bền về nhiệt.
e. Độ chính xác giảm khi nhiệt độ cao.
 Ứng dụng:
Loại PP350 trên xe ZIL của Nga ra đời thay thế cho loại tiết chế PP362. Là loại
tương đối hoàn thiện hiện vẫn đang được sử dụng rộng rãi trong vòng vài thập
kỷ chưa có cải tiến gì thêm.
b. Tiết chế vi mạch xe KAMAZ.
A

R5

R1

R6

C
E

D1

D2

T2
T1

R3
Summer

R2
Winter

R4

WK

Rp

24V


Hình 1-11: Sơ đồ tiết chế vi mạch xe KAMAZ
Bộ ĐCĐ vi mạch nằm trên máy phát xe KAMAZ được trình bày trên hình
4-29.
Trong sơ đồ này, do điện áp hiệu chỉnh ở mức 28V nên người ta sử dụng 2 đi
ốt zener D1 và D2 mắc nối tiếp. Để đồng nhất hoá chi tiết của máy phát, cuộn dây
kích thích hoạt động ở điện áp 14V và được mắc vào đầu dây trung hoà. Ở thời
điểm bật khóa điện mà động cơ chưa hoạt động, cuộn kích thích máy phát được
cấp một dòng nhỏ qua Rp để tự kích.
Trên bộ ĐCĐ loại này còn có công tắc chuyển đổi điện áp hiệu chỉnh theo
mùa bằng cách thay đổi giá trị điện trở của cầu phân áp.
c. Tiết chế vi mạch xe Nhật kiểu A.
 Cấu tạo:
Bộ tiết chế dùng 3 transistor mắc nối tiếp để đóng mở điều chỉnh dòng vào cuận
kích thích của máy phát từ đó đưa ra mức điện áp ổn định, các diot D 1, D3 dùng
ngăn dòng điện chi cho đi một chiều, D 2 là điot ổn áp có thể cho dòng điện đi
qua 2 chiều nếu điện áp lớn hơn 14,2V. Các tụ C 1, C2 dùng để bảo vệ tiết chế khi
sảy ra trường hợp cuộn kích thích bị ngắn mạch. Các điện trở R 1, R2, R3, R4, R5,
R6, R7 dùng để phân áp điều khiển các bóng transistor.

 Sơ đồ:

Charging fuse
Charging warning lamp

D4

R
D3

C2

R1

R4
R5

D5
D1

T3

T2

C1
T1

D6
WK

R7

R6

R3

R2

Hình 1-12: Sơ đồ bộ ĐCĐ vi mạch xe Nhật kiểu A
 Nguyên lý làm việc:
Khi bật khoá điện thì có dòng điện đi qua cuận dây kích thích của máy phát làm
tăng khả năng kích từ cho máy phát. Khởi động động cơ và quay với số vòng
quay thấp mức điện áp phát ra la nhỏ khi đó có donngf kích thích lấy trực tiếp từ
ắc quy tới cuận kích thích qua tiết chế và ra mát.
Vì tại chân B của T1 lúc này là âm hơn do điot zenlo không cho dòng điện qua
dẫn đến bóng T1 khoá. Khi đó dòng điện từ accquy sẽ qua R4 phân áp cho T2 làm
tại chân B của bóng T2 dương hơn và bóng T2 lúc này mở và làm cho T3 mở theo
và khi đó có dòng ra mass.
Đường đi của dòng điện kích thích như sau:
Accquy  CT  Đèn báo nạp  Cuận dây kích thích  C(T2)  E(T2) 
Mass. Dòng điện không qua điện trở nào cả nên dòng kích thích là lớn nhất.
Như vậy lúc này kích từ cho máy phát chủ yếu lấy trực tiếp từ accquy.
Trường hợp động cơ có số vòng quay cao làm máy phát phát ra điện áp U mf>
14,2V
Điện áp từ máy phát sẽ vào tiết chế qua R 1 đánh thủng điotzenlo như vậy điot sẽ
cho dòng điện đi qua và đặt dương lên cực gốc B của T 1 làm cho bóng T1 dẫn.
Dòng điện có đường đi như sau:
IB :MF R1 B(T1)  E(T1)  Mass
IE : MF  R4C(T1)  E(T1)  Mass

Lúc này vì có trở R6 nên dòng chủ yếu qua T1 ra mass nên chân B(T2) sẽ chịu
điện áp âm hơn vì vậy bóng T2 sẽ đóng không cho dòng điện đi qua, như vậy sẽ
làm cho T3 đóng theo và cắt dòng qua cuận kích thích ra Mass.
Như vậy sẽ không có dòng qua cuận kích thích máy phát và lập tức điện áp giảm
đi.
Các quá trình này được lặp đi lặp lại theo điện áp phát ra từ máy phát. Như vậy
quá trình điều chỉnh điện áp được hoàn thiện.
 Ưu điểm:
f. Nhỏ gọn.
g. Độ nhạy cao, độ trễ thấp.
h. Độ bền lớn, chịu rung động, va đập.
 Nhược điểm:
i. Linh kiện điện tử kém bền về nhiệt.
j. Độ chính xác giảm khi nhiệt độ cao.
 Ứng dụng:

Sử dụng rộng rãi trên các dòng xe Toyota hiện nay.
d. Tiết chế vi mạch xe Nhật kiểu M.
 Cấu tạo:
Gồm 1M.IC đã được lập trình sẵn và được mắc ở vị trí như hình vẽ 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 D1 dùng ngăn chặn dòng điện ngược như
hình vẽ. Vỏ làm bằng hợp kim nhôm bảo vệ tiết chế.
 Sơ đồ:

Hình 1-13: Sơ đồ cấu tạo tiết chế loại M
Chức năng của các bộ phận và các chân ra:
+ M.IC: theo dõi điện áp ra và điều khiển dòng kích từ, đèn báo sạc, dòng
tải ra cực L.

+ Tr1: điều khiển dòng kích từ
+ Tr2: điều khiển nguồn cung cấp cho tải ra ở cực L
+ D1: điốt dập dòng tự cảm của cuộn kích từ
+ Chân IG: Nhận biết công tắc máy đã bật và chuyển thành tín hiệu đưa tới
vi mạch
+ Chân B: Nhận biết điện áp ra của máy phát ( khi có sự cố)
+ Chân F: Điều khiển dòng qua cuộn kích từ
+ Chân S: Nhận biết điện áp ra của ắc quy và chuyển thành tín hiệu đưa tới
vi mạch
+ Chân L: Nối mát cho đèn báo sạc và cung cấp điện cho phụ tải
+ Chân P: Nhận biết tình trạng phát điện và chuyển thành tín hiệu đưa đến
vi mạch.
+ Chân E: Nối mát cho tiết chế

 Nguyên lý làm việc:
*Khi hoạt động bình thường
+Khi khoá điện ở vị trí ON và động cơ chưa hoạt động
Khi bật khoá điện ở vị trí ON điện áp ắc quy được đặt vào cực IG. Kết quả là
mạch M.IC được kích hoạt và Tranzistor 1 được mở ra làm cho dòng kích từ
chạy trong cuộn dây Roto.ở trạng thái này dòng điện chưa được tạo ra do vậy bộ
điều áp làm giảm sự phóng điện của accu đến mức có thể bằng cách đóng ngắt T1
ngắt quãng. ở thời điểm này điện áp tại cực P = 0 và mạch M.IC sẽ xác nhận
trạng thái này và gửi tín hiệu tới T2 để bật đèn báo nạp.
+Khi máy phát đang phát điện(điện áp thấp hơn điện áp điều chỉnh)
Động cơ khởi động và tóc độ máy phát tăng lên, mạch M.IC mở T 1 để cho dòng
kích từ đi qua và do đó điện áp ngay lập tức được tạo ra.
Ở thời điểm này nếu điện áp tại cực B lớn hơn điện áp accu thì dòng điện sẽ đi
vào accu để nạp cho bình và đi cung cấp cho các thiết bị điện khác. Kết quả là

điện áp ở cực P tăng lên, do đó mạch M.IC xác định trạng thái phát điện đã được
thực hiện và truyền tín hiệu đóng T2 và tắt đèn báo nạp.
+ Khi máy phát điện đang phát điện( điện áp cao hơn điện áp điều chỉnh)
Nếu T1 tiếp tục mở điện áp ở cực B tăng lên. sau đó điện áp ở cực S vượt quá
điện áp điều chỉnh mạch M.IC xác nhận tình trạng này và đóng T 1. Kết quả là
dòng kích từ của cuộn dây Roto bị giảm dần thông qua Điot Đ 1 hấp thụ điện từ
ngược và điện áp ở cực B giảm xuống (điện áp được tạo ra) giảm xuống. Sau đó
nếu điện áp ở cực S giảm xuống tới giá trị điều chỉnh thì mạch M.IC sẽ xác nhận
tình trạng này và mở T1. Do đó dòng kích từ của cuộn dây tăng lên và điện áp
cực B cũng tăng lên. Bộ điều chỉnh IC sẽ giữ cho điện áp ở cực S ( điện áp ở cực
accu ) ổn định (điện áp điều chỉnh) bằng cách lặp đi lặp lại quá trình trên.
* Khi hoạt động không bình thường
+Khi cuộn dây roto bị đứt
Khi máy phát quay nếu cuộn dây roto bị đứt thì máy phát không sản xuất ra điện,
điện áp ở cực P=0.
Khi mạch M.IC xác định được tình trạng này nó mở T 2 cho bóng đèn báo nạp
sáng cho biết hiện tượng không bình thường này.
+Khi cuộn dây bị chập
Khi máy phát quay nếu cuộn dây roto bị chập điện áp cực P được đặt trực tiếp
vào cực F và dòng điện trong mạch sẽ rất lớn. Khi mạch M.IC xác định được
tình trạng này nó sẽ đóng T1 để bảo vệ và đồng thời mở T 2 để bật đèn báo nạp để
cảnh báo về tình trạng không bình thường này.
 Ưu điểm:
k. Nhỏ gọn.
l. Độ nhạy cao, độ trễ thấp.
m. Độ bền lớn, chịu rung động, va đập.
 Nhược điểm:
n. Linh kiện điện tử kém bền về nhiệt.

o. Độ chính xác giảm khi nhiệt độ cao.
 Ứng dụng:
p. Sử dụng rộng rãi trên các dòng xe Toyota hiện nay.


Chương II: Bộ tiết chế IC trên xe ô tô du lịch hiên đại (tham khảo trên xe
Toyota).
2.1 Các bộ phận và cấu tạo của bộ tiết chế IC (bộ điều chỉnh điện áp) trên xe
ô tô du lịch hiên đại.
2.1.1 Cấu tạo bộ tiết chế IC.
Bộ tiết chế IC chủ yếu gồm có: IC lai, cánh tản nhiệt và giắc nối. Việc sử dụng
IC lai làm cho bộ tiết chế có kích thước nhỏ gọn.

Hình 1-14 : Cấu tạo bộ tiết chế.
2.1.2 Chức năng của bộ tiết chế IC.
- Điều chỉnh điện áp.
- Cảnh báo khi máy phát không phát điện và tình trạng nạp không bình thường.


Bộ tiết chế IC cảnh báo bằng cách bật sáng đèn báo nạp khi xác định được các sự
cố sau đây:
+ Đứt mạch hoặc ngắn mạch các cuộn đay roto
+ Cực S bị ngắt.
+ Cực B bị ngắt.
+ Điện áp tăng vọt quá lớn (điện áp ắc quy tăng do ngắn mạch giữa cực F và
cực E).
2.1.3 Các loại bộ tiết chế IC thường dùng trên xe ô tô du lịch hiện đại.
2.1.3.1 Loại nhận biết ắc quy (tiết chế 3 chân).
Loại điều áp IC này nhận biết ắc quy nhờ cực S (cực nhận biết ắc quy) và điều
chỉnh điện áp ra theo giá trị quy định.

2.1.3.2 Loại nhận biết máy phát (tiết chế 2 chân).
Loại điều áp IC này xác định điện áp bên trong của máy phát và điều chỉnh điện
áp ra theo giá trị quy định.
2.1.4 Các đặc tính của bộ tiết chế IC.
 Đặc tính tải của ắc quy.
Điện áp ra không đổi hoặc ít thay đổi (nhỏ hơn hoặc bằng 0,1 tới 0,2V)
khi tốc độ máy phát thay đổi.
 Đặc tính phụ tải bên ngoài.
Điện áp ra nhỏ đi khi dong điện phụ tải tăng lên. Sự thay đổi ddienj áp,
thậm chí ở tải định mức hoặc dòng điện ra cực đại của máy phát vào
khoảng giữa 0,5 tới 1V. Nếu tải vượt quá khả năng của máy phát thì
điện áp ra sẽ sụt đột ngột.
 Đặc tính nhiệt độ.