Đồ án tính toán thiết kế hệ thống cung cấp trên ô tô

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG 1

1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG CUNG CẤP TRÊN ƠTƠ

1

1.1. Cơng dụng

1

1.2. u cầu

1

1.3. Phân loại

2

1.4. Các thơng số cơ bản của hệ thống cung cấp

3

1.5. Sơ đồ tổng quát cung cấp cho các phụ tải của hệ thống cung cấp

4

CHƯƠNG 2

5

CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THÔNG CUNG CẤP

2.1. Máy phát điện

5

2.1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu

5

2.1.3. Máy phát điện xoay chiều

6

2.1.3.1. Máy phát xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu

6

2.1.3.2. Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ

8

2.2.1. Cơng dụng

11

2.2.2. Phân loại

12

2.2.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

12

2.2.4. Xác định điện áp Ump và dịng điện trung bình của máy phát Imp

14

2.3. Bộ điều chỉnh điện

16

2.3.1. Công dụng, phân loại và yêu cầu

16


2.3.1.1. Công dụng

16

2.3.1.2. Phân loại

16

2.3.1.3. Yêu cầu

16

2.3.2. Nguyên lý điều chỉnh điện áp

17

2.3.3. Bộ điều chỉnh điện áp lại rung

18

2.3.4. Bộ điều chỉnh điện áp lại bán dẫn

19

2.4. Một số mạch của hệ thống cung cấp thực tế trên xe

21

2.4.1. Loại dùng bộ điều chỉnh kiểu bán dẫn

21

2.4.2. Loại dùng bộ điều chỉnh kiểu IC

22

2.5. Phân tích, lựa chọn sơ đồ cho hệ thông cung cấp

25

2.5.1. Lựa chọn máy phát

25

2.5.3. Lựa chọn bộ điều chỉnh

27

CHƯƠNG 3

29

TÍNH TỐN MÁY PHÁT VÀ DÂY DẪN

3.1. Tính tốn cơng suất máy phát

29

3.1.1. Cơng suất tiêu thụ cần thiết cho tất cả các phụ tải hoạt động liên tục

30

3.1.2. Công suất tiêu thụ cần thiết cho các phụ tải gián đoạn

31

3.2. Tính tốn lựa chọn dây dẫn

36

TÀI LIỆU THAM KHẢO

40


Đồ án tính tốn thiết kế hệ thống cung cấp trên ơ tơ
LỜI NĨI ĐẦU
Đất nước chúng ta ngày càng phát triển mạnh mẽ, tiến sâu vào cơng nghiệp
hóa hiện đại hóa đất nước. Đóng góp vào phần đó khơng thể thiếu ngành công
nghiệp ô tô. Hiện nay Đảng và Nhà nước rất chú trọng và ủng hộ vào việc phát
triển ngành công nghiệp ô tô nước nhà lên tầm cao mới và đưa vào những ngành
kinh tế chủ lực.
Hiểu được những lợi thế đó sinh viên ngành kỹ thuật Cơ khí động lực của Khoa
Cơ khí Giao thơng ngày càng phấn đấu, học tập, trao dồi kiến thức vững vàng cả
về lý thuyết và về thực hành thật chắc. Để sau khi ra trường có thể tự tin thích ứng
với môi trường công việc khỏi bỡ ngỡ.
Đồ án môn học Thiết kế hệ thống điện tử ô tô là một đồ án rất quan trọng, để
hoàn thành được đồ án này sinh viên cần vận dụng kiến thức lý thuyết trên lớp và
kiến thức thực tế sau khi đi thực tập dưới xưởng của Khoa, vì vậy em thấy đây là
một đồ án rất là thiết thực và cần thiết cho sinh viên trước khi ra trường.
Được sự hướng dẫn tận tình và tâm huyết của thầy TS.Nguyễn Việt Hải đã giúp
em hồn thành đồ án mơn học này một cách tốt nhất và biết thêm được nhiều kiến
thức thực tế. Tuy vậy do thời lượng không nhiều kiến thức thực tế cịn chưa sâu
rộng, nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót. Em mong được thầy đưa ra lời nhận xét
để em hồn thiện hơn.
Và em kính chúc thầy có nhiều sức khỏe để cống hiến và đóng góp cho Khoa
chúng ta ngày càng vươn xa hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày ... tháng ... năm 2021
Sinh viên thực hiện

Đồ án tính tốn thiết kế hệ thống cung cấp trên 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 ô tô máy kéo.
Để cung cấp năng lượng cho các phụ tải trên ơ tơ, 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 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. u cầu
Phải ln 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 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.
Khoảng chênh lệch của điện áp định mức máy phát và điện áp cần thiết của tải
chính là độ sụt áp trên đường dây truyền 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. Ngồi ra, trên ơ tơ

cịn có rất nhiều bộ phận khác địi hỏi nhu cầu sữa chữa bảo dưỡng lớn hơn. Nên
hệ thống cần có tính ổn định cao, ít chăm sóc và bảo dưỡng.

GVHD: TS.Nguyễ) n Viễ34 t Hă6 i
4


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. Loại này ngày nay hầu như
không cịn sử dụng nên trong đồ án này sẽ khơng đề cập đến máy phát một chiều;Hệ thống cung cấp với máy phát điện xoay chiều. Loại này sử dụng rộng rãi ngày
nay
+ Hệ thống cung cấp với máy phát xoay chiều. Được thể hiện trên sơ đồ
(hình 1.1)

Hình 1.1- 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 3
pha kích từ bằng nam châm điện vì so với máy phát điện 1 chiều nó có những ưu
điểm sau:
+ Cấu tạo đơn giản.
+ Với cùng 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.


+ Có thể tăng tỉ số truyền từ động cơ tới máy phát.
+ Dùng diot chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng 1 chiều cung cấp
cho phụ tải nên khơng cần rơle 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.
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:
- Theo ắc quy: là nguồn cung cấp năng lượng phụ trên ô tô. Gồm ắc quy axit
và ắc quy kiềm.
- Theo bộ điều chỉnh điện (BĐCĐ): Gồm bộ điều chỉnh điện áp, điều chỉnh dòng
điện, điều chỉnh dòng điện ngược…
- Theo 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. Gồm bộ chỉnh lưu 6 diot, 8 diot, 9 diot…
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 ô tô hiện nay vào
khoảng : Pmf = 700 ÷ 1500W theo [1]
- Dịng điện cực đại: Là dịng điện lớn nhất mà máy phát có thể cung cấp thơng
thường thì Imax = 70 ÷ 140A theo [1]
- Tốc độ cực tiểu và tốc độ cực đại của máy phát: n min, nmax 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, Uhc = 13,8 ÷ 14,2V, đối
với tải có điện áp Ut = 12V.


1.5. Sơ đồ tổng quát cung cấp cho các phụ tải của hệ thống cung cấp
Nguồn năng lượng điện chủ yếu của hệ thống cung cấp là máy phát điện.
Máy phát hoạt động cung cấp điện cho các hệ thống trên xe như: Hệ thống điều
khiển động cơ (đánh lửa và phun xăng), hệ thống chiếu sáng, tín hiệu, thơng tin,
máy phát…
Ắc quy đóng vai trị cung cấp năng lượng điện cho hệ thống khởi động (khi
máy phát chưa hoạt động).

Hình 1.2- Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tổng quát


CHƯƠNG 2

CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THÔNG CUNG CẤP

2.1. Máy phát điện
2.1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu
2.1.1.1. Công dụng
Máy phát điện 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 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 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 3)
+ 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 vịng quay. Tuy
vậy có nhiều nhược điểm như:
❖ Nhược điểm
- Phải luôn nối mạch điện với ắc quy chúng mới làm việc được
- Cản trở việc điều chỉnh thế hiệu máy phát
- Làm giảm tuổi thọ của acqui.
Do đó, máy phát điện một chiều bây giờ khơng cịn được sử dụng:
- 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)
Ngày nay trên ô tô người ta đã chuyển sang dùng máy phát điện xoay chiều
kích thích kiểu điện từ vì nó có nhiều ưu điểm vượt trội so với nam châm vĩnh
cửu.
2.1.1.3. Yêu cầu
Máy phát điện trên ô tô 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
- Làm việc tin cậy trong mơi trường có nhiệt độ cao, có nhiều hơi dầu mỡ nhiên liệu
- Kích thước, 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 rotor đơn giản hơn. Chính vì
thế ngày nay hầu như người ta chuyển sang dùng máy điện xoay chiều.
2.1.3. Máy phát điện xoay chiều
2.1.3.1. Máy phát xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu
Cấu tạo gồm hai phần chính là rotor và stator
- Rơto: Phần lớn các máy phát đang được sử dụng hiện nay đều có nam châm
quay, tức nam châm là rơto. Các máy phát loại này khác nhau chủ yếu ở kết cấu
của rotor và có thể chia ra một số loại chính: Rotor nam châm hình trụ, rơto nam
châm hình sao (có các má cực hoặc khơng), rơto nam châm hình móng. Thơng
dụng nhất trên ơ tơ hiện nay là loại rotor nam châm hình móng (hình 2.3)


3
2
1
Hình 2.3- Rơto nam châm hình móng

1 - Cực bắc nam châm; 2 - Cực nam của nam châm; 3 - Trục Rơto
- 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 dịng fucơ. Mặt trong của
stato có các vấu cực để quấn các cuộn dây phần ứng (hình 2.4).

Hình 2.4- Hệ thống từ của máy phát có stato dây đấu hình
sao 1- Stato; 2 - Rôto
- Nguyên lý hoạt động: Khi động cơ hoạt động, thông qua bộ truyền đai, trục
khuỷu động cơ kéo rôto của máy phát quay. Rotor là một nam châm vĩnh cửu có 6
cực. Khi rotor 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 phụ tải.


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.
a. Loại có vịng tiếp điện
Cấu tạo của máy phát điện loại có vịng tiếp điện gồm những bộ phận chính
là: rotor, stato, các cuộn dây stato, các nắp, puli, cánh quạt và bộ chỉnh lưu (bộ
chỉnh lưu 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 ngồi)

Hình 2.5 – Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ
1-stator và cuộn dây; 2 - Rotor; 3 - Cuộn dây kích thích; 4 - Quạt gió ; 5 pully; 6,7- Nắp; 8 - Bộ chỉnh lưu; 9-Vịng tiếp điện; 10- Chổi điện và giá đỡ.
+ Rơto: bao gồm hai má cực từ có nam châm hình móng ngựa bọc ngồi
cuộn dây phần cảm lắp trên trục. Có hai vịng than góp điện. Khi có dịng 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 2.6).

Hình 2.6- Cấu tạo rơto
1- Chùm cực từ tính S; 2- Chùm cực từ tính N; 3 - cuộn dây kích
thích; 4- Trục rotor; 5- Đường sức từ; 6- Ổ bi; 7- Vòng tiếp
điện.
+ 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;
+ Các cuộn dây của stato: Với máy phát điện 3 pha thì trong stator có chứa
ba cuộn dây giống hệt nhau và được đặt lệch nhau một góc 120°. Dịng điện sinh
ra trong các cuộn dây stator là dòng điện xoay chiều và lệch nhau một góc là 120°
nên vì thế dịng điện sinh ra gọi là dòng điện 3 pha.


Các cách mắc cuộn dây của stator gồm: mắc hình sao và mắc hình tam giác
(hình 2.8 và hình 2.9).

Hình 2.8- mắc hình sao

Hình 2.9- mắc hình tam giác
- Hiện nay trên ô tô chủ yếu sử dụng máy phát điện xoay chiều 3 pha kích
thích kiểu điện từ có vịng tiếp điện.
b. Loại khơng có vịng tiếp điện
- Về những 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 khơng có
tiếp điện và chổi than, cuộn dây kích thích đứng yên. Do vậy, tuổi thọ và độ tin
cậy tăng đáng kể.

- Cuộn dây kích thích 3 được đặt ngay trên phần ống nhô ra của nắp sau hay cố
định trên đĩa 6 bắt chặt vào khối thép từ của stato.
=> Nhận xét: Máy phát điện xoay chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu
có nhiều ưu điểm hơn hẳn 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. Tuy
nhiên, nó lại có các nhược điểm quan trọng sau: khó điều chỉnh hiệu điện thế,
công suất hạn chế, giá thành cao, trọng lượng lớn hơn loại điện từ cùng công suất,
từ thông phụ thuộc nhiều vào chất lượng hợp kim và kim loại chế tạo nam
châm.Vì vây, trên ơ tơ hiện nay chủ yếu dùng máy phát xoay chiều kích từ bằng
nam châm điện.

2.2.1. Công dụng
Trên ô tô, các thiết bị yêu cầu dịng 1 chiều để hoạt đơng và ắc quy cần dịng
1 chiều để nap mà máy phát ơ tơ đang sử dụng chủ yếu là loại xoay chiều. Vì vây,
cần phải có bộ phận chỉnh lưu để điều chỉnh dịng điện xoay chiều thành dòng một
chiều.


2.2.2. Phân loại
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.

Dựa vào chu kỳ chỉnh lưu ta có:
- Bộ chỉnh lưu một nữa chu kỳ
- Bộ chỉnh lưu hai nữa chu kỳ.
Hiện nay trên ô tô, thông dụng nhất

là bộ chỉnh lưu cầu 3 pha (6 di-ốt),
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.
2.2.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
- Bộ chỉnh lưu thì được tạo thành từ
các diode. Diode là các thiết bị bán
dẫn cho phép dòng điện chạy về một
hướng và chặn dòng điện chạy về
hướng ngược lại.


- Chỉnh lưu cầu 3
pha là sơ đồ quan
trọng nhất trong

các sơ đồ chỉnh lưu
vì nó có ứng dụng
thực tế rộng rãi. Sơ
đồ cầu chỉnh lưu 3
pha dùng 6 diode
(hình 2.11).
Hình 2.11 - Sơ đồ
mạch chỉnh lưu
cầu 3 pha


Hình 2.12- Sơ đồ điện áp sau khi chỉnh lưu ở mạch chỉnh lưu cầu 3 pha
Nguyên lý hoạt động của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha: Khi rotor quay thì các

cuộn dây stator sinh ra dịng điện.
- Ta xét thời điểm từ 300 – 900 (hình 2.12): uA max, uB min, dòng điện chỉnh lưu đi
từ A → a → D1 → P → tải → Q → D4 → b → B→ O
- Ta xét thời điểm từ 900 – 1500: uA max, uc min, dòng điện chỉnh lưu đi từ A
→ a → D1 → P → tải → Q → D2 → c → C→ O
- Tương tự, sau 2/3 chu kỳ: uB max, uC min và uA min
- Sau 2/3 chu kỳ tiếp theo: uC max, uA min và uB min
Như vậy, dòng điện đi qua phụ tải là dòng 1 chiều và điện áp chỉnh lưu là 1
chiểu nhưng có dạng nhấp nhơ (hình 2.12)
2.2.4. Xác định điện áp Ump và dòng điện trung bình của máy phát Imp
Các cuộn dây stator được đấu dạng sao. Với kiểu mắc này thì quan hệ giữa điện
áp và cường độ dòng điện trên dây và trên pha là:
Un = 3

UΦ và

In = IΦ


Ta giả thiết rằng tải của máy phát là điện trở thuần.
Điện áp tức thời trên các pha A, B, C là:
UA = Umsint
UB = Umsin(t - 2 /3)
UC = Umsin(t + 2 /3)
Trong đó: Um: điện áp cực đại của pha;
ω = 2πf = 2π.n.p/ 60 là vận tốc góc
Từ hình 2.12 kết hợp với ngun lý hoạt động đa trình bày ở trên, Trị số nhỏ
nhất của điện áp chỉnh lưu bằng 1,5Um, và lớn nhất là 1,73 Um.
Sự thay đổi của điện áp chỉnh lưu
ΔUmf = (1,73 – 1,5).Um = 0,23 Um = 0,325 UΦ

Từ đồ thị ở hình (2.12) ta có thể xác định giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu.
umf =

√3 Um .cosωt

Dựa vào tài liệu [1], ta có:
Giá trị điện áp trung bình của máy phát
Umf = 1,65

√2

UΦ = 2,34UΦ = 1,35Ud

Với: UΦ : điện thế hiệu dụng pha.
Ud: điện thế hiệu dụng dây
Giá trị trung bình của dịng chỉnh lưu được tính bởi:

(2.2)

T / 12
Im
6
I .cos ω .t . dt=3 =0 ,955 I
I mf = ∫
m
m
−T /
π
T
12

(2.1)


U
I m= m
R : là cường độ dòng điện cực đại của pha
Với
2.3. Bộ điều chỉnh điện
2.3.1. Công dụng, phân loại và yêu cầu
2.3.1.1. Công dụng
- 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).
2.3.1.2. Phân loại
● Theo nguyên lý làm việc bộ điều chỉnh điện (ĐCĐ) được chia ra các
loại:
- Loại rung (kiểu cơ khí)
- Loại bán dẫn có tiếp điểm.
- Loại bán dẫn khơng có tiếp
● Theo chức năng điều chỉnh :
- BĐC điện áp
- BĐC dòng điện
- BĐC dịng điện ngược
- Bộ đóng mạch
Đối với máy phát điện 1 chiều làm việc song song với
ắc quy đòi hỏi phải sử dụng : BĐC điện áp, BĐC dòng
điện, BĐC dòng điện ngược.

Cịn đối với máy
phát điện xoay
chiều thì chỉ cần
BĐC điện áp và
bộ đóng mạch
2.3.1.3. Yêu cầu
● Bộ điều chỉnh
điện cần đáp ứng
những yêu cầu
sau:


- Điều chỉnh chính xác
- Làm việc tin cậy, ổn định, chịu rung xóc tốt và tuổi thọ cao
- Kết cấu, điều chỉnh, bảo dưỡng và sửa chữa đơn giản
- Giá thành rẻ
2.3.2. Nguyên lý điều chỉnh điện áp
Nguyên lý hoạt động: Một lợi thế của việc sử dụng rotor điện từ là điều
chỉnh được từ thông bằng cách thay đổi cường độ dòng điện cung cấp cho rotor.
Nếu cường độ dịng điện cung cấp cho rotor tăng lên thì từ thơng qua cuộn dây
stator tăng lên do đó điện áp đầu ra cũng tăng theo. Ngược lại khi cường điện cung
cấp cho rotor giảm xuống thì từ thơng cũng giảm theo. Chính nhờ nguyên lý này
mà người ta áp dụng để điều chỉnh điện áp đầu ra của máy phát. Theo cách này thì
điện áp trong hệ thống được giữ ở mức ổn định.
E = U + Iu
Ru

= U (1+

)

Iu Ru

) = U (1+ β

(1.4)

U

Trong đó:
E = CEnΦ:

Suất điện động của máy phát;

ở đây: CE:

Hằng số kết cấu của máy

phát; n: Số vịng 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;


Iu Ru
β= U
:

Hệ số phụ tải của máy phát.


U=

Từ phương trình (1.4) ta có:

E
(1+ β )

=

n
(1+ β )

Cϕ

(1.5)

E

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 thông Φ, tức là thay đổi dịng
điện kích thích của máy phát.
Dịng điện tải của máy phát Imf ≈ 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
dịng kích thích của nó, tương tự như cách điều chỉnh thế hiệu.
2.3.3. Bộ điều chỉnh điện áp loại rung

1- Cuộn dây, 2- Giá đỡ, 3- Cần tiếp điểm.
Hình 2.13- Sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh loại rung
Cấu tạo: khung từ (2), lõi thép (1), trên đó có quấn cuộn dây từ hóa w u đặt
dưới điện thế máy phát; cần (3) có thể quay quanh điểm tựa trên khung từ, tiếp
điểm kk’; trong đó: k là má vít cố định, K’: má vít động gắn trên cần tiếp điểm (3).
Lị xo (lx) có khuynh hướng giữ cho tiếp điểm kk’ ln ở trạng thái đóng; điện trở
phụ Rf mắc song song với kk’.
- Nguyên lý hoạt động:


Ở trạng thái không làm việc hay máy phát làm việc với số vòng quay nhỏ:
lực điện từ tạo nên bởi cuộn dây từ hóa wu là Fdt nhỏ hơn lực kéo của lò xo nên
tiếp điếm kk’ được giữ ở trạng thái đóng. Lúc này điện trở phụ R f bị nối tắt và
dịng điện kích thích sẽ đi theo mạch sau:
(+) MF → a → b → cần (3) → KK’ → d →Wkt → (-) MF
Khi tốc độ máy phát tăng lên thì dịng điện kích thích và thế hiệu máy phát
tăng theo. Khi Umf > Uđm thì dịng điện qua cuộn dây Wu lớn, lực điện từ lúc này
thắng lực lò xo (Fđt > Flx) hút tiếp điểm KK’ mở ra, điện trở 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 đi theo mạch:

(+) 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
lại bị nối tắt làm dịng kích thích và thế hiệu máy phát tăng lên. Thế hiệu máy phát
tăng làm tăng lực điện từ của cuộn dây, khi Fđt > Flx, KK’ lại mở ra. Q trình
đóng mở tiếp điểm KK’ cứ lặp đi lặp lại theo chu kỳ với tần số khá lớn đảm bảo
cho hiệu điện thế máy phát tạo ra được ổn định.
2.3.4. Bộ điều chỉnh điện áp lại bán dẫn
Các bộ điều chỉnh loại rung có ưu điểm: kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, hiệu
suất cao. Tuy vậy, có nhược điểm quan trọng là: điều chỉnh phức tạp, nhạy cảm
với rung động và bụi bẩn, các tiếp điểm dễ bị ơ xi hóa, chóng mịn rổ, đặc biệt là
khi nối với dịng có giá trị lớn. Vì thế, xu hướng hiện nay là dùng loại điều chỉnh
bán dẫn khơng có tiếp điểm.
Bộ điều chỉnh điện áp không tiếp điểm loại dùng transistor được thể hiện ở
hình (2.14). Bộ điều chỉnh điện áp transistor cấu tạo từ bộ phận đo (mạch R1 –R2
– R – VD1) và thiết bị điều chỉnh có dạng một transistor PNP (các VT1, VT2,
diode VD2, các biến trở R3, R4, và Ro).


Tải của transistor là cuộn dây kích thích W kt của máy phát được mắc song song
với diode VD3.
- Nguyên lý hoạt động:
Nếu điện áp trên điện trở R1 nhỏ hơn điện áp mở của diode zener VD1 thì
diode sẽ khơng dẫn và cường độ dịng điện trong mạch R-VD1 gần như bằng
không.
Điện áp đặt lên mối nối BE của transistor: UEB1< 0.
Vì vậy, transistor VT1 sẽ ở trạng thái ngắt, VT2 dẫn. dòng điện đi theo mạch sau:
(+) MF → R0 → VD2 → VT2 → Wkt → (-) MF. Tạo ra dịng kích thích MF
Nếu điện áp trên điện trở R 1 lớn hơn điện áp mở của diode zener VD1 thì
diode dẫn. Điện áp đặt lên mối nối BE của transistor: UEB1> 0,7V. Vì vậy,

transistor VT1 sẽ ở trạng thái dẫn, VT2 ngắt.
Dòng điện đi theo mạch sau: (+) MF → R0 → VD2 → VT2 → R4 → (-) MF.
Dịng điện khơng qua Wkt làm mất dịng kích thích cho máy phát, điện áp
và cường độ dòng điện của máy phát tạo ra giảm xuống. Khi U mf < UR1 thì diot
VD1 lại ngắt và lặp lại chu trình trên. Như vậy, điện áp được Umf được giữ ổ định.