Đồ án điện tử ô tô Hệ thống cung cấp

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG
----------

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
ĐIỆN TỬ Ô TÔ
ĐỀ TÀI:

TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
CUNG CẤP TRÊN Ơ TƠ
Giáo viên hướng dẫn: TS. LÊ MINH TIẾN
Sinh viên thực hiện: MAI VĂN PHÚ
Số thẻ sinh viên: 103170145
Lớp: 17C4C
Nhóm HP: 17.19B

Đà Nẵng, 08/2021


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô

GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô
MỤC LỤC

GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô
LỜI NÓI ĐẦU
Nước ta đang trên đà đẩy mạnh chủ trương xây dựng và phát triển đất
nước theo hướng công nghiệp hóa – hiện đại hóa. Để phục vụ cho chủ trương
đó cũng như nhu cầu đi lại, di chuyển ngày càng cao của người dân, địi hỏi
việc phát triển cơng nghiệp ơtơ 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 đòi hỏi còn phải có tính tiện nghi và
êm dịu. Do đó, nền công nghiệp ôtô hiện đại cần phải đảm bảo được sự an tồn
khi vận hành, tính thoải mái, êm dịu cho người sử dụng và điều khiển nhẹ
nhàng cho người lái.
Là một sinh viên ngành động lực, sau khi học các học phần Trang bị điện
và điện tử động cơ, trang bị điện và điện tử thân xe, … thì việc tìm hiểu, nghiên
cứu, tính tốn và thiết kế hệ thống điện trong xe là rất cần thiết 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 tốn các hệ
thống điện – điện tử trên xe, mỗi sinh viên đều được nhận Đồ án thiết kế hệ
thống điện tử ô tô. Trong khuôn khổ nhiệm vụ được giao, em được nhận nhiệm
vụ là tính tốn thiết kế hệ thống cung cấp trên ô tô.
Em xin cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo TS.Lê Minh Tiến.
Dưới sự giúp đỡ, chỉ bảo của thầy cùng sự cố gắng, nổ lực của bản thân, em đã
hoàn thành nhiệm vụ đồ án 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 trong
đồ án khơng thể khơng có sự sai sót, nhầm lẫn. Do vậy, em mong các thầy
thông cảm và chỉ bảo thêm để em hồn thiện hơn trong q trình học tập và
công tác sau này.

Đà Nẵng, tháng 08 năm 2021
Sinh viên thực hiện

Mai Văn Phú.

GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

4


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN HỆ THỐNG CUNG CẤP TRÊN ƠTƠ
1.1. Cơng 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 phát điện
trên ô tô. Khi động cơ hoạt động, máy phát cung cấp điện cho các phụ tải và
nạp điện cho acquy. Để đảm bảo toàn bộ hệ thống hoạt động một cách hiệu
quả, an tồn 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.
-

Phải luôn tạo ra một điện áp ổn định (13,8V – 14,2V đối với hệ thống điện
12V hoặc 27 - 28V với hệ thống điện 24V) trong mọi chế độ làm việc của

-

phụ tải.
Vì nếu điện áp dịng 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, thể thao. 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 ơ tơ :
Acquy có độ bền cao, đặc tính phóng nạp thỏa mãn q trình khởi động của

-

động cơ.
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

GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

5


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô
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 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. Ngồi ra,
trên ơ tơ cịn có rất nhiều bộ phận khác đòi hỏi nhu cầu sữa chữa bảo dưỡng 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 ơ tơ có 2 dạng chính sau:
 Hệ thống cung cấp với máy phát điện một chiều.

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 điện.
Nguyên lý làm việc máy phát điện một chiều:

GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

6


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô
Máy phát điện 1 chiều là loại máy phát ra dòng điện có chiều khơng thay đổi
trong suốt q trình máy hoạt động.
 Hệ thống cung cấp với máy phát xoay chiều.

Hình 1.2 – Sơ đồ hệ thống cung cấp dùng máy phát xoay chiều.
1-Máy phát; 2-Bộ điều chỉnh điện; 3-Khóa điện; 4-Đồng hồ ampe; 5-Phụ tải.
Ngày nay, máy phát điện lắp trên ô tô phổ biến là máy phát điện xoay
chiều vì so với máy phát điện 1 chiều nó có những ưu điểm sau:
-

Cấu tạo đơn giản.
Với cùng 1 cơng suất thì nó có kích thước và tải trọng bé hơn.
Do khơng có cổ góp nên tuổi thọ phục vụ lâu hơn.
Tiêu hao kim loại màu ít hơn.
Dùng diot chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng 1 chiều cung cấp
cho phụ tải nên không cần rơ le hạn chế dịng điện do đó giảm được kết
cấu của bộ tiết chế và tăng độ tin cậy làm việc của máy phát điện.
Hai sơ đồ tuy có cách nối dây khác nhau nhưng đều bao gồm hai nguồn

năng lượng là ắc quy và máy phát mắc song song. Tùy 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).

GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

7


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ơ tơ
Ngồi 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 toàn cho các cuộn dây của nó. Gồm bộ điều chỉnh điện áp, điều
chỉnh dịng điện, điều chỉnh dịng 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 cơ bản của hệ thống cung cấp.
-

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.
Dòng điện cực đại: Là dịng điện lớn nhất mà máy phát có thể cung cấp

-

thơng thường thì Imax = 70 – 140A.
Tốc độ cực tiểu và tốc độ cực đại của máy phát: n max, nmin phụ thuộc vào tốc

-

độ của động cơ đốt trong.
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).

GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

8


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ơ tơ

Hình 1.3 - Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tổng qt.
Phụ tải điện trên ơtơ có thể chia làm 3 loại: Tải thường trực là những phụ tải
liên tục hoạt động khi xe đang chạy, tải gián đoạn trong thời gian dài và tải gián
đoạn trong thời gian ngắn. Trên hình (1.3) trình bày sơ đồ phụ tải điện có thể
gặp trên ôtô hiện đại.

GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

9


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô

CHƯƠNG 2: CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP
2.1. Máy phát điện.
2.1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu.
2.1.1.1. Công dụng.
Máy phát là nguồn điện chính trên ơ tơ máy kéo, nó có nhiệm vụ:
- Cung cấp điện cho tất cả các phụ tải.
- Nạp điện cho ắc quy ở các số vịng quay trung bình và lớn của động cơ.
2.1.1.2. Phân loại.
 Máy phát trên ô tô máy kéo, theo tính chất dịng 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 ngồi (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 vịng quay. Tuy vậy nó có nhiều nhược điểm như:
• Phải ln ln 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.
2.1.1.3. Yêu cầu.
Máy phát điện trên ô tô máy kéo làm việc trong những điều kiện đặc biệt,
vì thế chúng phải đáp ứng được các yêu cầu chính sau:
- Chịu được rung sóc bụi bẩn và làm việc tin cậy trong mơi trường có
nhiệt độ cao, có nhiều hơi dầu mỡ nhiên liệu.
- Tuổi thọ cao.
GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

10


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô
- 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 khơng có vịng đổi điện và cuộn dây rơ to đơn giản hơn do đó có
tuổi thọ cao hơn và dễ dàng trong bảo dưỡng.
2.1.2. Máy phát điện một chiều.
 Cấu tạo:
Cấu tạo của máy phát điện một chiều bao gồm các bộ phận sau:
- Phần cảm (Stato) gồm: Vỏ máy và các má cực trên quấn cuộn dây kích thích.
+ Vỏ máy: Làm bằng thép ít các bon có từ dư và thường được chế tạo

bằng cách uốn thép tấm thành ống rồi hàn lại. Trên vỏ có các cửa sổ để thơng
gió, kiểm tra và lắp các chổi điện.
+ Má cực: Được dập nguội hoặc chồn nguội từ phơi hình trụ bằng thép ít
các bon và bắt chặt vào vỏ máy bằng các vít. Quanh má cực quấn cuộn dây
kích thích bằng dây đồng tiết diện tròn với một hoặc hai lớp sơn cách điện.

Hình 2.1 – Kết cấu máy phát điện một chiều trên ơ tơ.
1- Cửa thơng gió; 2- Puli dẫn động; 3,6- Các nắp trước và sau; 4- Phần ứng; 5Vỏ.
- Phần ứng (Roto): Là khối thép từ được chế tạo bằng cách ép chặt các lá thép
điện kỹ thuật dày 0,5...1,0 mm, có hình dạng đặc biệt lên trục, sao cho các chỗ
khuyết của chúng tạo thành rãnh để lắp đặt các khung dây, gồm có:
GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

11


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô
+ Cuộn dây phần ứng: là tập hợp rất nhiều khung dây được quấn vào các
rãnh của khối thép từ sau khi đã lót lớp cách điện. Các đầu khung dây được hàn
vào các phiến đồng của vành đổi điện. Cuộn dây roto có thể được quấn theo hai
phương pháp: Quấn xếp hoặc quấn sóng.
+ Vành đổi điện: Gồm nhiều phiến đồng có dạng đặc biệt ghép xen kẽ
với các tấm mica cách điện hoặc nhựa cách điện cao cấp. Vành đổi điện được
chế tạo bằng hai phương pháp: Lắp ghép hoặc đúc với nhựa thành khối liền rồi
lắp chặt lên trục máy phát điện.

Hình 2.2– Cấu tạo vành đổi điện bằng mica và chất dẻo.
1-Mica cách điện; 2-Phiến đồng; 3-Ống thép; 4-Côn thép (hoặc chất dẻo

đối với loại cách điện bằng chất dẻo); 5-Côn mica.
- Giá đỡ chổi điện: Được lắp trên nắp hoặc vỏ máy. Một nửa số giá đỡ được
lắp cách điện với mát, nửa còn lại nối với mát.
Để giảm tia lửa điện sinh ra khi máy phát làm việc, chổi điện được lắp
như trên hình 2.3: Tức là khơng lắp theo chiều hướng kính mà chếch đi một
góc khoảng 26O... 28O và tỳ sát vào thành dẫn hướng phía trước. Với cách lắp
như vậy, khi roto quay lực ma sát từ phía vành đổi điện tác dụng lên chổi điện
sẽ làm giảm áp lực và ma sát giữa chổi điện và thành dẫn hướng. Đồng thời, sự
tiếp xúc giữa vành đổi điện và chổi điện được đảm bảo tốt hơn, ít bị mất tiếp
xúc do rung động nên giảm được tia lửa hồ quang chỗ tiếp xúc.

GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

12


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ơ tơ

Hình 2.3-Giá đỡ chổi điện.
1-Thân giá đỡ; 2-Chổi điện; 3-Đòn ép; 4-Lò xo.
- Chổi điện: Được chế tạo từ hỗn hợp grafít, đồng và các chất phụ khác có tác
dụng giảm điện trở và tăng khả năng chịu mài mòn của chổi.
- Ổ bi: Roto của máy phát được đặt trên hai ổ bi lắp ở hai nắp. Các ổ bi được
bôi trơn bằng mỡ đặc. Để giảm tiếng ồn, một số kết cấu có thể thay ổ bi bằng ổ
trượt.
- Dẫn động máy phát: Được thực hiện từ trục khuỷu động cơ thơng qua puli
và đai truyền. Trên puli có thể làm các cánh quạt gió để làm mát máy phát.
2.1.3. Máy phát điện xoay chiều.

Trên ô tô máy kéo sử dụng hai loại máy phát điện xoay chiều là máy phát
xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu và máy phát xoay chiều kích
thích kiểu điện từ (bằng nam châm điện).
Các máy phát kích thích bằng nam châm vĩnh cửu, do công suất hạn chế
nên chủ yếu chỉ được sử dụng trên xe máy và máy kéo. Gần đây, kỹ thuật đã
chế tạo được những hợp kim từ mới có chất lượng cao, nên loại máy phát này
bắt đầu có khả năng sử dụng được trên ơ tơ.
Máy phát kích thích bằng nam châm vĩnh cửu có loại một pha và ba pha.
Loại ba pha cơng suất có thể đạt tới 400 VA hoặc lớn hơn.
GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

13


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô
Máy phát nam châm vĩnh cửu có nhiều ưu điểm hơn hẳn các máy phát
kích thích kiểu điện từ như: Làm việc tin cậy, kết cấu đơn giản, khơng có cuộn
dây quay, hiệu suất cao, ít nóng, mức nhiễu xạ vơ tuyến thấp.
Nhưng chúng cũng có một số nhược điểm quan trọng là: Khó điều chỉnh
thế hiệu, cơng suất hạn chế, giá thành cao, trọng lượng lớn hơn loại kích thích
kiểu điện từ cùng cơng suất. Ngồi ra từ thơng của nó cịn phụ thuộc nhiều vào
chất lượng hợp kim và kim loại chế tạo nam châm.
2.1.3.1. Máy phát xoay chiều kích thích bằng Nam châm vĩnh cửu.
 Đặc điểm cấu tạo:
Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh
cửu gồm hai phần chính là rơto 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 rơto và có thể chia ra một số loại chính:
-

Rơto nam châm hình trụ.

-

Rơto nam châm hình sao (có các má cực hoặc khơng).

-

Rơto nam châm hình móng.
+ Đơn giản nhất là loại rơto 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 rơto 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.

Hình 2.4 – Roto nam châm hình sao.
1- Nam châm hình sao; 2- Hợp kim khơng dẫn từ; 3- Trục Roto.
GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

14


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô
Nhược điểm của rơto nam châm hình sao là khó nạp từ cho rôto, cường

độ từ trường và từ cảm yếu, độ bền cơ học thấp.
+ Rơto 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.
+ Rơto 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 nhơ 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 khơng dẫn từ.
+ Rơto hình móng có một loạt các ưu điểm, như:
- Nạp từ có thể tiến hành sau lắp ghép.
- Từ trường phân bố đều hơn.
- Tốc độ vịng 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 thơng tổng cần thiết. Do đó giảm được kích thước
đường kính của nam châm hoặc tăng cơng 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 fucơ. Mặt
trong của stato có các vấu cực để quấn các cuộn dây phần ứng.

GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

15

Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ơ tơ

Hình 2.5 – Hệ thống từ của máy phát với nam châm hình sao.
1- Stato; 2- Roto
2.1.3.2. Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ.
Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ dùng cho ơ tơ máy kéo
có hai loại:
- Loại có vịng tiếp điện.
- Loại khơng có vịng tiếp điện.
 Đặc điểm cấu tạo:
a. Loại có vịng tiếp điện.
Cấu tạo của máy phát điện loại có vịng tiếp điện gồm những bộ phận
chính là: Rơto, stato, các nắp, puli, cánh quạt và bộ chỉnh lưu (bộ chỉnh lưư có
thể tính hoặc khơng tính vào thành phần cấu tạo của máy phát, tuỳ theo nó
được đặt trong máy phát hay riêng biệt bên ngoài).

GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

16


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ơ tơ

Hình 2.6 – Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ
1- Stato và cuộn dây; 2- Roto; 3- Cuộn kích thích; 4- Quạt gió; 5- Puli;
6,7- Nắp; 8- Bộ chỉnh lưu; 9- Vòng tiếp điện; 10- Chổi điện và giá đỡ.
+ Rơto: Gồm hai chùm cực hình móng lắp then trên trục. Giữa các chùm

cực có cuộn dây kích thích 3 đặt trên trục qua ống lót bằng thép. Các đầu của
cuộn dây kích thích được nối với các vòng tiếp điện 9 gắn trên trục máy phát.
Trục của rôto được đặt trên các ổ bi lắp trong các nắp 6 và 7 bằng hợp kim
nhôm.
+ Stato: 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 2.7 – Stato và sơ đồ cuốn dây máy phát điện xoay chiều.
1- Khối thép từ; 2- Cuộn dây 3 pha.
GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

17


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô
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.
b. Loại khơng có vịng tiếp điện.
Về những phần kết cấu chính, máy phát điện loại khơng có vịng tiếp
điện nói chung khơng có gì khác so với loại có vịng tiếp điện. Nó chỉ khác ở
chỗ, với mục đích tăng tuổi thọ và độ tin cậy của máy phát người ta loại bỏ
các vòng tiếp điện và chổi điện hay hư hỏng, bằng cách cho các cuộn dây
kích thích đứng yên.
Do những ưu điểm trên, máy phát điện loại này được sử dụng ngày
càng nhiều trên các ôtô làm việc trong điều kiện nặng nhọc và trên các máy
kéo nơng nghiệp.

Hình 2.8- Sơ đồ máy phát điện xoay chiều khơng có vịng tiếp điện.
1- Stato; 2- Vịng khơng dẫn từ; 3- Cuộn dây kích thích cố định;
4,5- Các móng cực; 6- Đĩa lắp cuộn dây kích thích.
Từ các sơ đồ ta thấy, mọi bộ phận của máy phát khơng có vịng tiếp
điện đều có kết cấu tương tự như ở máy phát điện loại có vịng 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 2.8) 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
GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

18


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô
stato. So với các máy phát loại có vịng tiếp điện, máy phát loại khơng có
vịng tiếp điện nói chung có khối lượng và kích thước lớn hơn. Tuy vậy, độ
tin cậy cao và tuổi họ lớn hồn tồn có thể bù lại được cho những nhược
điểm trên của chúng.
2.2 Bộ chỉnh lưu.
2.2.1. Công dụng.
Hiện nay, trên ô tô sử dụng máy phát điện xoay chiều 3 pha mà các thiết
bị điện trên ơ tơ u cầu dịng một chiều để hoạt động và ắc-quy cần dòng một
chiều để nạp. Do đó, cần có bộ phận chỉnh lưu để điều chỉnh dòng điện xoay
chiều thành dòng một chiều.
2.2.2. 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 trên ô tô, 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.

GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

19


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ơ tơ

Hình 2.9– Bộ chỉnh lưu mạch cầu 3 pha 6 đi-ốt.
Hình 2.9 là bộ chỉnh lưu đơn giản và hiệu quả với máy phát công suất
nhỏ. Tuy nhiên, đối với máy phát có cơng suất lớn (P > 1000 W), sự xuất hiện
sóng đa hài bậc 3 trong thành phần của hiệu điện thế pha do ảnh hưởng của từ
trường các cuộn pha lên cuộn kích làm giảm cơng suất máy phát. Vì vậy, người
ta sử dụng cặp đi-ốt mắc từ dây trung hồ 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 (diode trio) mắc từ các pha để cung cấp cho cuộn kích
đồng thời đóng ngắt đèn báo nạp.

Hình 2.10 – Sơ đồ máy phát có bộ chỉnh lưu mạch cầu 3 pha 8 đi-ốt.
1- Cuộn Stato; 2- Cuộn kích thích; 3- Tiết chế.

2.2.3. Yêu cầu.
Bộ chỉnh lưu làm việc liên tục, do đó cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:
GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

20


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô
- Hoạt động ổn định, điện áp ra ít dao động.
- Tuổi thọ cao, làm việc tin cậy.
- Đơn giản, giá thành rẻ.
2.3. Bộ điều chỉnh điện.
2.3.1. Công dụng.
Khác với các máy phát điện tĩnh tại, các máy phát điện ô tơ làm việc trong
điều kiện số vịng quay, phụ tải và chế độ nhiệt luôn luôn thay đổi trong một
giới hạn rộng. Vì thế, để đảm bảo cho các trang thiết bị điện trên ơtơ làm việc
được bình thường và bảo đảm an tồn cho máy phát, thì phải có bộ điều chỉnh
điện (BĐC) để:
- Điều chỉnh thế hiệu và hạn chế cường độ dòng điện của máy phát.
- Phân phối chế độ làm việc giữa ắc quy và máy phát điện (một chiều)
hoặc nối ngắt mạch giữa ắc quy và máy phát (xoay chiều).
2.3.2. Phân loại.
 Theo chức năng điều chỉnh, BĐC gồm:
- BĐC điện áp: Làm nhiệm vụ giữ cho thế hiệu máy phát ổn định,
không sai lệch khỏi giá trị định mức quá giới hạn cho phép (3%...5%U dm). Khi
số vòng quay của máy phát thay đổi, người ta đã xác định được là nếu thế hiệu
máy phát tăng lên 10%...12% so với định mức, thì thời hạn phục vụ của ắc quy
và các bóng đèn sẽ giảm đi từ 2...2,5 lần.

- BĐC dòng điện: Làm nhiệm vụ của bộ phận an toàn, bảo vệ cho máy
phát khơng bị q tải bởi dịng điện q lớn, có thể gây cháy hỏng cuộn dây và
cách điện của nó.
- BĐC dòng điện ngược: Làm nhiệm vụ phân phối chế độ làm việc
giữa ắc quy và máy phát một chiều nối máy phát vào mạch phụ tải khi thế hiệu
của nó đạt giá trị lớn hơn thế hiệu của ắc quy mắc song song với nó và ngắt
máy phát ra khi thế hiệu của nó giảm xuống thấp hơn thế hiệu của ắc quy để
tránh dòng điện ngược từ ắc quy phóng lại làm cháy hỏng cuộn dây máy phát
và có hại cho ắc quy.

GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

21


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô
- Rơ le đóng mạch: Làm nhiệm vụ nối ắc quy với máy phát xoay chiều
khi bật khoá điện và ngược lại, để tránh dòng điện ngược từ ắc quy rò qua bộ
chỉnh lưu và các cuộn dây của máy phát khi máy phát không làm việc, làm ắc
quy bị mất điện dần.
- Ngồi ra, người ta cịn tích hợp nhiều chức năng điều chỉnh trong một
cơ cấu, gọi là bộ điều chỉnh đa chức năng.
- Đối với máy phát một chiều làm việc song song với ắc quy đòi hỏi phải
sử dụng: BĐC điện áp, BĐC dòng điện và BĐC dịng điện ngược .
Trong thực tế, đơi khi người ta không làm BĐC điện áp riêng mà làm kết
hợp với BĐC dòng điện ngược chung trong một kết cấu. Trong trường hợp đó,
BĐC kết hợp này được gọi là BĐC thế hiệu giảm dần (vì nó khơng đảm bảo
giữ cho thế hiệu máy phát ổn định, mà thế hiệu máy phát sẽ giảm dần khi I mf

tăng). Thậm chí có trường hợp cả ba loại điều chỉnh trên được làm kết hợp
chung trong một kết cấu.
- Đối với các máy phát điện xoay chiều: Do có bộ chỉnh lưu bán dẫn nên việc
sử dụng BĐC dịng điện ngược khơng cần thiết nữa, vì các điốt chỉnh lưu
khơng cho dịng điện đi ngược từ ắc quy sang máy phát. BĐC dòng điện cũng
khơng cần thiết nữa, vì đa số các máy phát xoay chiều có đặc tính tự hạn chế
dịng lớn. Như vậy, đối với máy phát xoay chiều bộ điều chỉnh điện lúc này chỉ
cần có BĐC điện áp và bộ đóng mạch.
 Theo đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc, BĐC điện được chia làm:
- BĐC loại rung (kiểu cơ khí).
- BĐC loại bán dẫn có tiếp điểm điều khiển.
- BĐC loại bán dẫn khơng có tiếp điểm điều khiển.
a. Nguyên lý điều chỉnh thế hiệu và hạn chế dịng.
Ta có phương trình cân bằng mạch điện của máy phát, bỏ qua trở kháng
của phần ứng và độ rơi thế trên bộ chỉnh lưu (đối với máy phát xoay chiều):
E = U + I u Ru = U (1 +

I u Ru
) = U (1 + β )
U

(1.4)

Trong đó:
GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

22

Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ơ tơ
• E = CEnΦ- Suất điện động của máy phát.
Ở đây: CE- Hằng số kết cấu của máy phát.
n- Số vòng quay phần ứng.
Φ- Từ thơng của máy phát.
• U- Thế hiệu máy phát (trên hai đầu cuộn dây phần ứng);
• Iu, Ru- Dòng điện và điện trở cuộn dây phần ứng. Đối với máy phát
xoay chiều Iu là giá trị trung bình của dịng đã chỉnh lưu
β=

•

I u Ru
U

: Hệ số phụ tải của máy phát.
U=

Từ phương trình (1.4) ta có:

E
n
=
C Eϕ
(1 + β ) (1 + β )

(1.5) Từ phương

trình này ta thấy rằng:

- Khi tốc độ và phụ tải của máy phát thay đổi thì thế hiệu của máy phát
chỉ có thể điều chỉnh (giữ khơng đổi) bằng cách thay đổi từ thơng Φ, tức là thay
đổi dịng điện kích thích của máy phát.
- Dịng điện tải của máy phát I mf ≈ Iu = (U/Rft) (ở đây Rft - tổng trở của
tất cả các phụ tải). Biểu thức này cũng cho thấy rằng: Khi phụ tải và số vòng
quay của máy phát thay đổi, việc điều chỉnh dòng điện máy phát cũng quy về
việc thay đổi dòng kích thích của nó, tương tự như cách điều chỉnh thế hiệu.
Để thay đổi dịng điện kích thích có thể dùng hai phương pháp:
- Thay đổi giá trị điện trở phụ mắc nối tiếp với cuộn dây kích thích.
- Thay đổi thời gian cắt và nối điện trở phụ vào mạch kích thích khi giá
trị điện trở phụ khơng đổi: Rf = const, để thay đổi giá trị hiệu dụng của nó.

Hình 2.11 – Phương pháp thay đổi giá trị dịng kích thích.
a) Điện trở phụ có giá trị thay đổi;

GVHD: TS. Lê Minh Tiến

b) Điện trở phụ có giá trị không thay đổi.

SVTH: Mai Văn Phú

23


Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô
Phương pháp thứ hai đơn giản hơn và dễ thực hiện điều chỉnh tự động,
nên nó được sử dụng rộng rãi trong các bộ ĐCĐ hiện nay.
Để thực hiện điều chỉnh tự động thế hiệu và dòng điện máy phát, hệ thống
điều chỉnh cần phải có một số bộ phận chức năng liên kết với nhau.
b. Các bộ điều chỉnh sử dụng trên máy phát điện ô tô.

 Bộ điều chỉnh điện áp loại rung.
• Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
Sơ đồ cấu tạo của BĐC điện áp loại rung được thể hiện như trên hình
2.12.

Hình 2.12 – Sơ đồ BĐC điện áp loại rung.
a) Sơ đồ nguyên lý ;
1- Lõi thép ;

b) Sơ đồ kết cấu

2- Khung từ ; 3- Cần tiếp điểm.

Cấu tạo gồm: Khung từ 2; lõi thép 1, trên đó quấn cuộn dây từ hoá W U đặt
dưới điện thế của máy phát (mắc song song với nó); cần tiếp điểm 3 có thể
quay quanh điểm tựa trên khung từ; tiếp điểm KK': trong đó K là má vít cố
định được bắt cách điện với khung từ, cịn K' là má vít động được gắn trên cần
tiếp điểm 3; lị xo (lx) có khuynh hướng giữ cho tiếp điểm K-K' luôn luôn ở
trạng thái đóng; điện trở phụ Rf mắc song song với KK'.
• Nguyên lý làm việc:
+ Ở trạng thái không làm việc hay khi máy phát làm việc ở số vòng quay
nhỏ thì lực điện từ tạo nên bởi cuộn dây từ hố W U là Fđt nhỏ hơn lực kéo của
lị lo (Fđt < Flx) nên tiếp điểm KK' được giữ ở trạng thái đóng. Lúc này điện trở
phụ Rf bị nối tắt và dịng điện kích thích sẽ đi theo mạch sau:
(+) MF --> a --> b --> cần 3 --> KK' --> d --> Wkt --> (-) MF.
GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

24

Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô
+ Khi tốc độ quay của máy phát tăng lên thì dịng điện kích thích và thế
hiệu của máy phát tăng theo. Khi U mf > Uđm thì dịng qua cuộn dây W U lớn, lực
điện từ của nó lúc này thắng lực lò xo (F đt > Flx), hút tiếp điểm KK' mở ra -->
điện trở phụ lúc này được tự động nối vào mạch kích thích, làm giảm cường độ
dịng kích thích và thế hiệu máy phát. Dịng kích thích lúc này sẽ đi theo mạch
sau:
(+) MF --> a --> Rf --> d --> Wkt (-)MF.
Thế hiệu máy phát giảm làm giảm lực hút điện từ của cuộn dây W U và khi
Umf < Uđm, lực lò xo lại thắng lực điện từ và đóng tiếp điểm KK' lại --> điện trở
phụ Rf lại bị nối tắt, làm dòng kích thích và thế hiệu máy phát tăng lên. Thế
hiệu tăng lên làm tăng lực điện từ của cuộn W U, khi Fđt > Flx KK' lại mở ra. Quá
trình đóng - mở tiếp điểm KK' cứ lặp đi lặp lại theo chu kỳ với một tần số khá
lớn (rung) đảm bảo giữ cho thế hiệu máy phát dao động răng cưa quanh giá trị
trung bình định mức trong giới hạn cho phép.
• Ưu, nhược điểm và các vấn đề liên quan.
- BĐC loại rung có ưu điểm như kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, hiệu suất
cao. Tuy vậy, chúng có nhược điểm quan trọng là điều chỉnh phức tạp, nhạy
cảm với rung động và bụi bẩn, các tiếp điểm dễ bị oxy hóa, chóng mịn rỗ đặc
biệt là khi cắt nối dịng điện có giá trị lớn. Nếu dùng các biện pháp để khắc
phục thì làm kết cấu phức tạp, tăng giá thành và giảm độ tin cậy.

Hình 2.13 – Sơ đồ BĐC điện áp với điện trở gia tốc.
a) Sơ đồ nguyên lý b) Sơ đồ kết cấu

GVHD: TS. Lê Minh Tiến

SVTH: Mai Văn Phú

25