Tài liệu Hệ thống điện và điện tử trên ô tô hiện đại

313 trang hapham 160

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tài liệu Hệ thống điện và điện tử trên ô tô hiện đại", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

tai_lieu_he_thong_dien_va_dien_tu_tren_o_to_hien_dai.pdf

Nội dung text: Tài liệu Hệ thống điện và điện tử trên ô tô hiện đại

Hệ thống điện và điện tử trên ô tô hiện đại
OÂtoâ hieän nay ñöôïc trang bò nhieàu chuûng loaïi thieát bò ñieän vaø ñieän töû khaùc nhau. Töøng nhoùm caùc thieát bò ñieän coù caáu taïo vaø tính naêng rieâng, phuïc vuï moät soá muïc ñích nhaát ñònh, taïo thaønh nhöõng heä thoáng ñieän rieâng bieät trong maïch ñieän cuûa oâtoâ. 1.1 Toång quaùt veà maïng ñieän vaø caùc heä thoáng ñieän treân oâtoâ 1. Heä thoáng khôûi ñoäng (starting system): Bao goàm accu, maùy khôûi ñoäng ñieän (starting motor), caùc relay ñieàu khieån vaø relay baûo veä khôûi ñoäng. Ñoái vôùi ñoäng cô diesel coù trang bò theâm heä thoáng xoâng maùy (glow system). 2. Heä thoáng cung caáp ñieän (charging system): goàm accu, maùy phaùt ñieän (alternators), boä tieát cheá ñieän (voltage regulator), caùc relay vaø ñeøn baùo naïp. 3. Heä thoáng ñaùnh löûa (Ignition system): Bao goàm caùc boä phaän chính: accu, khoùa ñieän (ignition switch), boä chia ñieän (distributor), bieán aùp ñaùnh löûa hay bobine (ignition coils), hoäp ñieàu khieån ñaùnh löûa (igniter), bougie (spark plugs). 4. Heä thoáng chieáu aùnh saùng vaø tín hieäu (lighting and signal system): goàm caùc ñeøn chieáu saùng, caùc ñeøn tín hieäu, coøi, caùc coâng taéc vaø caùc relay. 5. Heä thoáng ño ñaïc vaø kieåm tra (gauging system): chuû yeáu laø caùc ñoàng hoà baùo treân tableau vaø caùc ñeøn baùo goàm coù: ñoàng hoà toác ñoä ñoäng cô (tachometer), ñoàng hoà ño toác ñoä xe (speedometer), ñoàng hoà ño nhieân lieäu vaø nhieät ñoä nöôùc. 6. Heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô (engine control system): goàm heä thoáng ñieàu khieån xaêng, löûa, goùc phoái cam, ga töï ñoäng (cruise control). Ngoaøi ra, treân caùc ñoäng cô diesel ngaøy nay thöôøng söû duïng heä thoáng ñieàu khieån nhieân lieäu baèng ñieän töû (EDC – electronic diesel control hoaëc common rail injection) 7. Heä thoáng ñieàu khieån oâtoâ: bao goàm heä thoáng ñieàu khieån phanh choáng haõm ABS (antilock brake system), hoäp soá töï ñoäng, tay laùi, goái hôi (SRS), löïc keùo (traction control). 8. Heä thoáng ñieàu hoøa nhieät ñoä (air conditioning system): bao goàm maùy neùn (compressor), giaøn noùng (condenser), loïc ga (dryer), van tieát löu (expansion valve), giaøn laïnh (evaporator) vaø caùc chi tieát ñieàu khieån nhö relay, thermostat, hoäp ñieàu khieån, coâng taéc A/C
6 Chöông 1: Khaùi quaùt veà heäth veà quaùt Khaùi Chöông 1: oáng ñieän vaø ñieän töûoâtoâ vaøñieän ñieän oáng 1. Ñeøn pha; 2. Relay coøi; 3. Maùy phaùt ñieän; 4. Boä ñieàu chænh ñieän; 5. Motor lau cöûa kính; 6. Bieán aùp ñaùnh löûa; 7. Boä chia ñieän; 8. Motor quaït; 9. Ñoàng hoà; 10 vaø 15. Coâng taéc ñeøn traàn töï ñoäng; 11. Coâng taéc ñeøn traàn; 12. Ñeøn traàn; 13 vaø 16. Boù daây chính; 14. Ñeøn haäu; 17. Maùy khôûi ñoäng ñieän; 18. Aéc quy; 19. Ñeøn ñôø mi; 20. Coøi. Hình 1.1: Sô ñoà boá trí caùc thieát bò ñieän treân oâtoâ (M21 – Vonga)
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi - Heä thoáng ñieän ñoäng cô 7 Neáu heä thoáng naøy ñöôïc ñieàu khieån baèng maùy tính seõ coù teân goïi laø heä thoáng töï ñoäng ñieàu hoøa khí haäu (automatic climate control). 9. Caùc heä thoáng phuï: Heä thoáng gaït nöôùc, xòt nöôùc (wiper and washer system). Heä thoáng ñieàu khieån cöûa (door lock control system). Heä thoáng ñieàu khieån kính (power window system). Heä thoáng ñieàu khieån kính chieáu haäu (mirror control). Heä thoáng ñònh vò (navigation system) 1.2 Caùc yeâu caàu kyõ thuaät ñoái vôùi heä thoáng ñieän 1. Nhieät ñoä laøm vieäc Tuøy theo vuøng khí haäu, thieát bò ñieän treân oâtoâ ñöôïc chia ra laøm nhieàu loaïi: • ÔÛ vuøng laïnh vaø cöïc laïnh (-40oC) nhö ôû Nga, Canada. • ÔÛ vuøng oân ñôùi (20oC) nhö ôû Nhaät Baûn, Myõ, chaâu AÂu • Nhieät ñôùi (Vieät Nam, caùc nöôùc Ñoâng Nam AÙ , chaâu Phi ). • Loaïi ñaëc bieät thöôøng duøng cho caùc xe quaân söï (söû duïng cho taát caû moïi vuøng khí haäu). 2. Söï rung xoùc Caùc boä phaän ñieän treân oâtoâ phaûi chòu söï rung xoùc vôùi taàn soá töø 50 ñeán 250 Hz, chòu ñöôïc löïc vôùi gia toác 150m/s2. 3. Ñieän aùp Caùc thieát bò ñieän oâtoâ phaûi chòu ñöôïc xung ñieän aùp cao vôùi bieân ñoä leân ñeán vaøi traêm volt. 4. Ñoä aåm Caùc thieát bò ñieän phaûi chòu ñöôïc ñoä aåm cao thöôøng coù ôû caùc nöôùc nhieät ñôùi. 5. Ñoä beàn Taát caû caùc heä thoáng ñieän treân oâtoâ phaûi ñöôïc hoaït ñoäng toát trong khoaûng 0,9 ÷ 1,25 Uñònh möùc (Uñm = 14 V hoaëc 28 V) ít nhaát trong thôøi gian baûo haønh cuûa xe. 6. Nhieãu ñieän töø Caùc thieát bò ñieän vaø ñieän töû phaûi chòu ñöôïc nhieãu ñieän töø xuaát phaùt töø heä thoáng ñaùnh löûa hoaëc caùc nguoàn khaùc. 1.3 Nguoàn ñieän treân oâtoâ Nguoàn ñieän treân oâ toâ laø nguoàn ñieän moät chieàu ñöôïc cung caáp bôûi accu, neáu ñoäng cô chöa laøm vieäc, hoaëc bôûi maùy phaùt ñieän neáu ñoäng cô ñaõ laøm vieäc. Ñeå tieát kieäm daây daãn, thuaän tieän khi laép ñaët söûa chöõa , treân ña soá caùc xe, ngöôøi ta söû duïng thaân söôøn xe (car
8 Chöông 1: Khaùi quaùt veà heä thoáng ñieän vaø ñieän töû oâtoâ body) laøm daây daãn chung (single wire system). Vì vaäy, ñaàu aâm cuûa nguoàn ñieän ñöôïc noái tröïc tieáp ra thaân xe. 1.4 Caùc loaïi phuï taûi ñieän treân oâtoâ Caùc loaïi phuï taûi ñieän treân oâtoâ ñöôïc maéc song song vaø coù theå ñöôïc chia laøm 3 loaïi: 1. Phuï taûi laøm vieäc lieân tuïc: goàm bôm nhieân lieäu (50 ÷ 70W), heä thoáng ñaùnh löûa (20W), kim phun (70 ÷ 100W) 2. Phuï taûi laøm vieäc khoâng lieân tuïc: goàm caùc ñeøn pha (moãi caùi 60W), coát (moãi caùi 55W), ñeøn kích thöôùc (moãi caùi 10W), radio car (10 ÷ 15W), caùc ñeøn baùo treân tableau (moãi caùi 2W) 3. Phuï taûi laøm vieäc trong khoaûng thôøi gian ngaén: goàm ñeøn baùo reõ (4 x 21W + 2 x 2W), ñeøn thaéng (2 x 21W), motor ñieàu khieån kính (150W), quaït laøm maùt ñoäng cô (200W), quaït ñieàu hoøa nhieät ñoä (2 x 80W), motor gaït nöôùc (30 ÷ 65W), coøi (25 ÷ 40W), ñeøn söông muø (moãi caùi 35 ÷ 50W), coøi lui (21W), maùy khôûi ñoäng (800 ÷ 3000W), moài thuoác (100W), anten (duøng motor keùo (60W)), heä thoáng xoâng maùy (ñoäng cô diesel) (100 ÷ 150W), ly hôïp ñieän töø cuûa maùy neùn trong heä thoáng laïnh (60W) Ngoaøi ra, ngöôøi ta cuõng phaân bieät phuï taûi ñieän treân oâ toâ theo coâng suaát, ñieän aùp laøm vieäc 1.5 Caùc thieát bò baûo veä vaø ñieàu khieån trung gian Caùc phuï taûi ñieän treân xe haàu heát ñeàu ñöôïc maéc qua caàu chì. Tuøy theo taûi caàu chì coù giaù trò thay ñoåi töø 5 ÷ 30A. Daây chaûy (Fusible link) laø nhöõng caàu chì lôùn hôn 40 A ñöôïc maéc ôû caùc maïch chính cuûa phuï taûi ñieän lôùn hoaëc chung cho caùc caàu chì cuøng nhoùm laøm vieäc thöôøng coù giaù trò vaøo khoaûng 40 ÷120A. Ngoaøi ra, ñeå baûo veä maïch ñieän trong tröôøng hôïp chaäp maïch, treân moät soá heä thoáng ñieän oâtoâ ngöôøi ta söû duïng boä ngaét maïch (CB – circuit breaker) khi quaù doøng. Treân hình 1.2 trình baøy sô ñoà hoäp caàu chì cuûa xe Honda Accord 1989. 1. Ñeán maùy phaùt. 10. Heä thoáng ñaùnh löûa. 2. Cassette, Anten. 11. Heä thoáng khôûi ñoäng. 3. Quaït giaøn laïnh (Hoaëc noùng). 12. Heä thoáng phun xaêng. 4. Relay ñieàu khieån xoâng kính, ñieàu hoaø 13. Coâng taéc ly hôïp. nhieät ñoä. 14. Heä thoáng phun xaêng. 5. Ñieàu khieån kính chieáu haäu, quaït laøm 15. Ñeøn chieáu saùng trong salon. maùt ñoäng cô. 16. Hoäp ñieàu khieån quay ñeøn ñaàu. 6. Tableau. 17. Ñeøn coát traùi. 7. Heä thoáng gaït, xòt nöôùc kính, ñieàu 18. Ñeøn coát phaûi. khieån kính cöûa soå. 19. Ñeøn pha traùi. 8. Tieát cheá ñieän theá, caûm bieán toác ñoä, heä 20. Ñeøn pha phaûi. thoáng phun xaêng. 21. Maùy phaùt. 9. Heä thoáng ga töï ñoäng.
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi - Heä thoáng ñieän ñoäng cô 9 22. Quaït laøm maùt ñoäng cô vaø giaøn noùng. 32. Heä thoáng khoaù cöûa. 23. Xoâng kính sau. 33. Ñoàng hoà, cassette, ECU. 24. Heä thoáng phun xaêng. 34. Moài thuoác, ñeøn soi saùng. 25. Motor quay kính sau (phaûi). 35. Heä thoáng quay ñeøn ñaàu. 26. Motor quay kính sau (traùi). 36. Heä thoáng baùo reõ vaø baùo nguy. 27. Motor quay ñeøn ñaàu (phaûi). 37. Coøi ñeøn thaéng, daây an toaøn. 28. Motor quay ñeøn ñaàu (traùi). 38. Motor quay kính tröôùc (phaûi). 29. Quaït giaøn noùng. 39. Motor quay kính tröôùc (traùi). 30. Hoäp ñieàu khieån quaït. 40. Quaït daøn laïnh 31. Heä thoáng söôûi. Ñeå caùc phuï taûi ñieän laøm vieäc, maïch ñieän noái vôùi phuï taûi phaûi kín. Thoâng thöôøng phaûi coù caùc coâng taéc ñoùng môû treân maïch. Coâng taéc trong maïch ñieän xe hôi coù nhieàu daïng: thöôøng ñoùng (normally closed), thöôøng môû (normally open) hoaëc phoái hôïp (changeover switch) coù theå taùc ñoäng ñeå thay ñoåi traïng thaùi ñoùng môû (ON – OFF) baèng caùch nhaán, xoay, môû baèng chìa khoùa. Traïng thaùi cuûa coâng taéc cuõng coù theå thay ñoåi baèng caùc yeáu toá nhö: aùp suaát, nhieät ñoä Trong caùc oâtoâ hieän ñaïi, ñeå taêng ñoä beàn vaø giaûm kích thöôùc cuûa coâng taéc, ngöôøi ta thöôøng ñaáu daây qua relay. Relay coù theå ñöôïc phaân loaïi theo daïng tieáp ñieåm: thöôøng ñoùng (NC – normally closed), thöôøng môû (NO – normally opened), hoaëc keát hôïp caû hai loaïi - relay keùp (changeover relay).
10 Chöông 1: Khaùi quaùt veà heä thoáng ñieän vaø ñieän töû oâtoâ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Hình 1.2: Sô ñoà hoäp caàu chì xe HONDA ACCORD 1989
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi - Heä thoáng ñieän ñoäng cô 11 1.6 Kyù hieäu vaø quy öôùc trong sô ñoà maïch ñieän CAÙC KYÙ HIEÄU TRONG MAÏCH ÑIEÄN OÂ TOÂ Nguoàn accu Boáing ñeøn Tuï ñieän Boáing ñeøn 2 tim Moài thuoác Coøi Caùi ngaét maïch (CB) Bobine Diode Diode zener Boáing ñeøn Caûm bieán ñieän töø LED trong boä chia ñieän Caàu chì Ñoàng hoà loaïi kim Daây chaûy (caàu chì Ñoàng hoà hieän soá FUEL chính) Noái mass (thaân xe) Ñoäng cô ñieän M
12 Chöông 1: Khaùi quaùt veà heä thoáng ñieän vaø ñieän töû oâtoâ Relay thöôøng ñoùng (NC – normally Loa closed) Relay thöôøng hôû Coâng taéc thöôøng môû (NO – normally (NO – normally open) open) Relay keùp (Changeover relay) Coâng taéc thöôøng ñoùng (NC – normally closed) Ñieän trôû Coâng taéc keùp (changeover) Ñieän trôû nhieàu naác Coâng taéc maùy Bieán trôû Nhieät ñieän trôû Coâng taéc taùc ñoäng baèng cam Coâng taéc löôõi gaø Transistor (caûm bieán toác ñoä) Ñoaïn daây noái Khoâng noái Solenoid Noái
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi - Heä thoáng ñieän ñoäng cô 13 Caùc kyù hieäu vaø quy öôùc trong sô ñoà maïch ñieän maïch sô ñoà trong vaø quy öôùc hieäu Caùc kyù Hình 1.3:
14 Chöông 1: Khaùi quaùt veà heä thoáng ñieän vaø ñieän töû oâtoâ 1.7 Daây ñieän vaø boái daây ñieän trong heä thoáng ñieän oâtoâ 1.7.1 Kyù hieäu maøu vaø kyù hieäu soá Trong khuoân khoå giaùo trình naøy, taùc giaû chæ giôùi thieäu heä thoáng maøu daây vaø kyù hieäu quy ñònh theo tieâu chuaån chaâu AÂu. Caùc xe söû duïng heä thoáng maøu theo tieâu chuaån naøy laø: Ford, Volswagen, BMW, Mercedes Caùc tieâu chuaån cuûa caùc loaïi xe khaùc baïn ñoïc coù theå tham khaûo trong caùc taøi lieäu höôùng daãn thöïc haønh ñieän oâtoâ. Baûng 1.1: Kyù hieäu maøu daây heä chaâu AÂu Maøu Kyù hieäu Ñöôøng daãn Ñoû Rt Töø accu Traéng/ Ñen Ws/ Sw Coâng taéc ñeøn ñaàu Traéng Ws Ñeøn pha (chieáu xa) Vaøng Ge Ñeøn cot (chieáu gaàn) Xaùm Gr Ñeøn kích thöôùc vaø baùo reõ chính Xaùm/ Ñen Gr/Sw Ñeøn kích thöôùc traùi Xaùm/ Ñoû Gr/Rt Ñeøn kích thöôùc phaûi Ñen/ Vaøng Sw/Ge Ñaùnh löûa Ñen/ Traéng/ Xanh laù Sw/ Ws/ Gn Ñeøn baùo reõ Ñen/ Traéng Sw/ Ws Baoù reõ traùi Ñen/ Xanh laù Sw/ Gn Baùo reõ phaûi Xanh laù nhaït LGn AÂm bobine Naâu Br Mass Ñen/ Ñoû Sw/ Rt Ñeøn thaéng Baûng 1.2: Kyù hieäu ñaàu daây heä chaâu AÂu 1 AÂm bobine 4 Daây cao aùp 15 Döông coâng taéc maùy 30 Döông accu 31 Mass 49 Ngoõ vaøo cuïc chôùp 49a Ngoõ ra cuïc chôùp 50 Ñieàu khieån ñeà 53 Gaït nöôùc
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi - Heä thoáng ñieän ñoäng cô 15 54 Ñeøn thaéng 55 Ñeøn söông muø 56 Ñeøn ñaàu 56a Ñeøn pha 56b Ñeøn coát 58 Ñeøn kích thöôùc 61 Baùo saïc 85, 86 Cuoän daây relay 87 Tieáp ñieåm relay 1.7.2 Tính toaùn choïn daây Caùc hö hoûng trong heä thoáng ñieän oâtoâ ngaøy nay chuû yeáu baét nguoàn töø daây daãn vì ña soá caùc linh kieän baùn daãn ñaõ ñöôïc cheá taïo vôùi ñoä beàn khaù cao. OÂtoâ caøng hieän ñaïi, soá daây daãn caøng nhieàu thì xaùc suaát hö hoûng caøng lôùn. Tuy nhieân, treân thöïc teá raát ít ngöôøi chuù yù ñeán ñaëc ñieåm naøy, keát quaû laø truïc traëc cuûa nhieàu heä thoáng ñieän oâtoâ xuaát phaùt töø nhöõng sai laàm trong ñaáu daây. Phaàn naøy nhaèm giôùi thieäu vôùi baïn ñoïc nhöõng kieán thöùc cô baûn veà daây daãn treân oâtoâ, giuùp ngöôøi ñoïc giaûm bôùt nhöõng sai soùt trong söûa chöõa heä thoáng ñieän oâtoâ. Daây daãn trong oâ toâ thöôøng laø daây ñoàng coù boïc chaát caùch ñieän laø nhöïa PVC. So vôùi daây ñieän duøng trong nhaø, daây ñieän trong oâtoâ daãn ñieän vaø ñöôïc caùch ñieän toát hôn. (Raát tieác laø do nguoàn cung caáp loaïi daây naøy ít, neân ôû nöôùc ta, thôï ñieän vaø giaùo vieân daïy ñieän oâ toâ vaãn söû duïng daây ñieän nhaø ñeå ñaáu ñieän xe!). Chaát caùch ñieän boïc ngoaøi daây ñoàng khoâng nhöõng coù ñieän trôû raát lôùn (1012Ω/mm) maø coøn phaûi chòu ñöôïc xaêng daàu, nhôùt, nöôùc vaø nhieät ñoä cao, nhaát laø ñoái vôùi caùc daây daãn chaïy ngang qua naép maùy (cuûa heä thoáng phun xaêng vaø ñaùnh löûa). Moät ví duï cuï theå laø daây ñieän trong khoang ñoäng cô cuûa moät haõng xe noåi tieáng vaøo baäc nhaát theá giôùi chæ coù khaû naêng chòu nhieät ñöôïc trong thôøi gian baûo haønh ôû moâi tröôøng khí haäu nöôùc ta! ÔÛ moâi tröôøng nhieät ñoä vaø ñoä aåm cao, toác ñoä laõo hoùa nhöïa caùch ñieän taêng ñaùng keå. Haäu quaû laø lôùp caùch ñieän cuûa daây daãn baét ñaàu bong ra gaây tình traïng chaäp maïch trong heä thoáng ñieän. Thoâng thöôøng tieát dieän daây daãn phuï thuoäc vaøo cöôøng ñoä doøng ñieän chaïy trong daây. Tuy nhieân, ñieàu naøy laïi bò aûnh höôûng khoâng ít bôûi nhaø cheá taïo vì lyù do kinh teá. Daây daãn coù kích thöôùc caøng lôùn thì ñoä suït aùp treân ñöôøng daây caøng nhoû, nhöng daây cuõng seõ naëng hôn. Ñieàu naøy ñoàng nghóa vôùi taêng chi phí do phaûi mua theâm ñoàng. Vì vaäy maø nhaø saûn xuaát caàn phaûi coù söï so ño giöõa hai yeáu toá vöøa neâu. ÔÛ baûng 1.3 seõ cho ta thaáy ñoä suït aùp cuûa daây daãn treân moät soá heä thoáng ñieän oâ toâ vaø möùc ñoä cho pheùp.
16 Chöông 1: Khaùi quaùt veà heä thoáng ñieän vaø ñieän töû oâtoâ Baûng 1.3. Ñoä suït aùp toái ña treân daây daãn keå caû moái noái Heä thoáng (12V) Ñoä suït aùp (V) Suït aùp toái ña (V) Heä thoáng chieáu saùng 0.1 0.6 Heä thoáng cung caáp ñieän 0.3 0.6 Heä thoáng khôûi ñoäng 1.5 1.9 Heä thoáng ñaùnh löûa 0.4 0.7 Caùc heä thoáng khaùc 0.5 1.0 Nhìn chung, ñoä suït aùp cho pheùp treân ñöôøng daây thöôøng nhoû hôn 10% ñieän aùp ñònh möùc. Ñoái vôùi heä thoáng 24V thì caùc giaù trò trong baûng 1.6 phaûi nhaân ñoâi. Tieát dieän daây daãn ñöôïc tính bôûi coâng thöùc: I .ρ.l S = ΔU Trong ñoù: ΔU - ñoä suït aùp cho pheùp treân ñöôøng daây (theo baûng 1.3) I - cöôøng ñoä doøng ñieän chaïy trong daây tính baèng Ampere laø tyû soá giöõa coâng suaát cuûa phuï taûi ñieän vaø hieäu ñieän theá ñònh möùc. ρ - 0.0178 Ω.mm2/m ñieän trôû suaát cuûa ñoàng. S - tieát dieän daây daãn . l - chieàu daøi daây daãn. Töø coâng thöùc treân, ta coù theå tính toaùn ñeå choïn tieát dieän daây daãn neáu bieát coâng suaát cuûa phuï taûi ñieän maø daây caàn noái vaø ñoä suït aùp cho pheùp treân daây. Ñeå coù ñoä uoán toát vaø beàn, daây daãn treân xe ñöôïc beän bôûi caùc sôïi ñoàng coù kích thöôùc nhoû. Caùc côõ daây ñieän söû duïng treân oâ toâ ñöôïc giôùi thieäu trong baûng 1.7. Baûng 1.4: Caùc côõ daây ñieän vaø nôi söû duïng Côõ daây: Tieát dieän Doøng ñieän ÖÙng duïng 2 soá sôïi/ ñöôøng kính (mm ) lieân tuïc (A) 9/ 0.30 0.6 5.75 Ñeøn kích thöôùc, ñeøn ñuoâi 14/ 0.25 0.7 6.00 Radio, CD, ñeøn traàn 14/ 0.3 1.0 8.75 HT Ñaùnh löûa 28/ 0.3 2.0 17.50 Ñeøn ñaàu, xoâng kính 65/ 0.3 5.9 45.00 Daây daãn caáp ñieän chính 120/ 0.3 8.5 60.00 Daây saïc 61/ 0.90 39.0 700.00 Daây ñeà
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi - Heä thoáng ñieän ñoäng cô 17 Boái daây Daây ñieän trong xe ñöôïc goäp laïi thaønh boái daây. Caùc boái daây ñöôïc quaán nhieàu lôùp baûo veä, cuoái cuøng laø lôùp baêng keo. Treân nhieàu loaïi xe, boái daây coù theå ñöôïc ñaët trong oáng nhöïa PVC. ÔÛ nhöõng xe ñôøi cuõ, boái daây ñieän trong xe chæ goàm vaøi chuïc sôïi. Ngaøy nay do söï phaùt trieån vuõ baõo cuûa heä thoáng ñieän vaø ñieän töû oâ toâ, boái daây coù theå coù hôn 1000 sôïi. Khi ñaáu daây heä thoáng ñieän oâ toâ, ngoaøi quy luaät veà maøu, caàn tuaân theo caùc quy taéc sau ñaây: 1. Chieàu daøi daây giöõa caùc ñieåm noái caøng ngaén caøng toát. 2. Caùc moái noái giöõa caùc ñaàu daây caàn phaûi haøn. 3. Soá moái noái caøng ít caøng toát. 4. Daây ôû vuøng ñoäng cô phaûi ñöôïc caùch nhieät. 5. Baûo veä baèng cao su nhöõng choã baêng qua khung xe. 1.8 Heä thoáng ña daãn tín hieäu (multiplexed wiring system) vaø maïng vuøng ñieàu khieån (CAN – controller area networks) Nhö ôû treân ñaõ neâu, möùc ñoä phöùc taïp cuûa heä thoáng daây daãn treân oâ toâ ngaøy caøng taêng. Ngaøy nay, kích thöôùc, troïng löôïng vaø hoûng hoùc xuaát phaùt töø heä thoáng daây daãn ñeàu ñaõ ñaït möùc ñoä baùo ñoäng. Treân moät soá loaïi xe, soá daây daãn trong boái daây ñaõ leân ñeán 1200 vaø cöù sau 10 naêm thì soá daây taêng gaáp ñoâi. Ví duï, chæ rieâng daây chaïy vaøo cöûa xe phía taøi xeá caàn khoaûng 60 sôïi môùi ñuû ñeå ñieàu khieån heát caùc chöùc naêng cuûa caùc thieát bò ñieän ñaët trong cöûa: naâng haï kính, khoùa, choáng troäm, ñieàu khieån kính chieáu haäu, loa Soá ñieåm noái (connector) treân xe cuõng taêng tyû leä thuaän vôùi soá daây daãn vaø khaû naêng hö hoûng do ñoä suït aùp lôùn cuõng taêng theo. Beân caïnh ñoù, caùc heä thoáng ñieàu khieån baèng vi xöû lyù ngaøy caøng nhieàu treân xe. Hieän nay caùc heä thoáng ñieàu khieån baèng vi xöû lyù nhö ñieàu khieån ñoäng cô (xaêng, löûa, ga töï ñoäng, goùc môû xuùpaùp ), heä thoáng phanh choáng haõm cöùng, kieåm soaùt löïc keùo, hoäp soá töï ñoäng ñaõ trôû thaønh tieâu chuaån cuûa caùc loaïi xe thöôøng duøng. Caùc heä thoáng treân hoaït ñoäng ñoäc laäp nhöng vaãn söû duïng chung moät soá caûm bieán vaø trao ñoåi vôùi nhau moät soá thoâng tin caøng laøm taêng ñoä phöùc taïp cuûa heä thoáng daây daãn. Coù theå giaûi quyeát vaán ñeà treân baèng caùch söû duïng moät maùy tính ñeå ñieàu khieån taát caû caùc heä thoáng. Tuy nhieân, giaù thaønh seõ raát cao vì soá löôïng khoâng nhieàu. Caùch giaûi quyeát thöù hai laø duøng moät ñöôøng truyeàn döõ lieäu chung (common data bus), giuùp trao ñoåi thoâng tin giöõa caùc hoäp ñieàu khieån vaø tín hieäu cuûa caùc caûm bieán coù theå duøng chung. Taát caû caùc döõ lieäu coù theå truyeàn treân moät daây vaø soá daây treân xe coù theå giaûm xuoáng coøn 3! moät daây döông, moät daây mass vaø moät daây tín hieäu. YÙ töôûng naøy ñaõ tìm ñöôïc öùng duïng trong caùc thieát bò vieãn thoâng caùch ñaây nhieàu naêm nhöng ngaøy nay môùi baét ñaàu aùp duïng treân xe. Heä thoáng daây ña tín hieäu ñaõ ñöôïc Lucas baét ñaàu thöû nghieäm töø nhöõng naêm 70 vaø vaøi naêm trôû laïi ñaây ñaõ xuaát hieän treân moät soá xe. Song song vôùi heä thoáng daây ña tín hieäu, BOSCH ñaõ trieån khai heä thoáng maïng vuøng ñieàu khieån (CAN) treân xe Mercedes. Coù 3 lónh vöïc öùng duïng cuûa maïng CAN treân oâtoâ:
18 Chöông 1: Khaùi quaùt veà heä thoáng ñieän vaø ñieän töû oâtoâ − Maïng duøng cho caùc ECU treân xe − Ñieän thaân xe vaø heä thoáng tieän nghi treân xe. − Caùc thieát bò vieãn thoâng. Trong phaàn naøy chuû yeáu ñeà caäp veà maïng cuûa ECU. Maïng CAN cuûa caùc ECU Caùc heä thoáng ñieàu khieån ñieän töû chaúng haïn nhö ñieàu khieån ñoäng cô hay bôm cao aùp, ABS,TCS, sang soá töï ñoäng, ESP, thì ñöôïc noái maïng vôùi nhau. ECU ñöôïc phaân quyeàn öu tieân ngang baèng vaø ñöôïc noái vôùi nhau baèng caùch söû duïng caáu truùc ñöôøng truyeàn tuyeán tính (linear bus structure). Traïm Traïm Traïm Traïm 1 2 3 4 Hình 1.4: Caáu truùc ñöôøng truyeàn tuyeán tính Moät öu ñieåm cuûa heä thoáng naøy laø neáu coù moät traïm (subscribers) hoaït ñoäng sai, thì taát caû caùc traïm coøn laïi coù theå tieáp tuïc truy nhaäp vaøo maïng. Xaùc suaát hö hoûng toaøn boä caùc traïm thì thaáp hôn so vôùi caùc caáu truùc logic khaùc nhö caáu truùc voøng hay hình sao. Cuï theå laø vôùi caáu truùc voøng hay hình sao thì moät traïm hoaït ñoäng sai seõ daãn ñeán toaøn boä heä thoáng hoaït ñoäng sai. Moât maïng CAN tieâu bieåu coù toác ñoä truyeàn 125 kBit/giaây vaø 1Mbit/giaây (ví duï nhö ECU cuûa ñoäng cô vaø ECU cuûa boä ñieàu khieån bôm cao aùp coù piston höôùng taâm giao tieáp vôi nhau baèng ñöôøng truyeàn 500 kBit/giaây). Toác ñoä truyeàn döõ lieäu phaûi cao ñeå ñaûm baûo cho vieäc ñaùp öùng töùc thôøi. Tìm ñòa chæ theo noäi dung thoâng tin Thay vì phaûi chuyeån thoâng tin ñeán töøng traïm thì ngöôøi ta söû duïng löôïc ñoà ñòa chæ (addressing scheme) cho maïng CAN, noù seõ ghi moät nhaõn (label) cho moãi “thoâng tin” (message). Do ñoù moãi thoâng tin coù moät boä maõ nhaän daïng thoáng nhaát 11 bit hay 29 bit (unique 11 or 29 bit identifier) ñeå xaùc ñònh noäi dung cuûa thoâng tin ví duï nhö toác ñoä ñoäng cô. Moãi traïm chæ truy nhaäp vaøo nhöõng thoâng tin maø noù ñöôïc löu trong “danh saùch tieáp nhaän” (acceptance list) cuûa boä nhaän daïng maõ. Taát caû caùc thoâng tin khaùc seõ bò boû qua. Vieäc tìm ñòa chæ theo noäi dung thoâng tin coù nghóa laø tín hieäu coù theå ñöôïc chuyeån ñeán moät soá löôïng traïm nhaát ñònh. Caùc caûm bieán chæ caàn phaûi chuyeån tín hieäu cuûa noù tröïc tieáp leân ñöôøng truyeàn bus treân maïng nôi maø noù ñöôïc phaân phoái cho phuø hôïp. Theâm vaøo ñoù, moät löôïng lôùn caùc thieát bò khaùc nhau coù theå deã daøng boå sung theâm vaøo maïng CAN.
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi - Heä thoáng ñieän ñoäng cô 19 Hình 1.5: Trao ñoåi thoâng tin treân CAN Phaân quyeàn öu tieân (priority assignment) Boä maõ nhaän daïng “daùn nhaõn” (label) cho caû noäi dung döõ lieäu vaø möùc ñoä öu tieân cho thoâng tin ñöôïc göûi. Moät tín hieäu thay ñoåi nhanh (ví duï nhö toác ñoä ñoäng cô) phaûi ñöôïc chuyeån ngay töùc khaéc vaø do ñoù, ñöôïc chæ ñònh quyeàn öu tieân cao hôn caùc tín hieäu thay ñoåi chaäm (nhö nhieät ñoä ñoäng cô). Phaân quyeàn treân ñöôøng truyeàn bus (bus arbitration) Khi ñöôøng truyeàn bus troáng, moãi traïm coù theå baét ñaàu chuyeån thoâng tin cuûa noù. Neáu vaøi traïm baét ñaàu truyeàn cuøng luùc, heä thoáng seõ truyeàn nhöõng thoâng tin coù möùc ñoä öu tieân cao hôn maø khoâng bò maát caû thôøi gian vaø döõ lieäu. Caùc traïm coù thoâng tin ít öu tieân hôn töï ñoäng chuyeån sang nhaän vaø laëp laïi vieäc chuyeån thoâng tin cho ñeán khi ñöôøng truyeàn troáng trôû laïi. Ñònh daïng thoâng tin (message format) Moät khung döõ lieäu daøi toái ña 130 bit (ñònh daïng chuaån) hay 150 bit (ñònh daïng môû roäng) ñöôïc taïo ra ñeå truyeàn döõ lieäu ñeán bus. Khung döõ lieäu bao goàm 7 vuøng lieân tieáp: − Ñaàu khung: chæ ñònh vò trí ñaàu cuûa thoâng tin vaø ñoàng boä hoaù (synchronises) caùc traïm. − Vuøng phaân ñònh (Arbitration field): bao goàm boä nhaän daïng thoâng tin (message’s identifier) vaø moät bit ñieàu khieån phuï (additional control bit). Trong khi vuøng naøy ñang truyeàn thì boä truyeàn ñi cuøng vôùi moãi bit truyeàn ñi ñeå kieåm tra nhaèm baûo ñaûm raèng khoâng coù traïm öu tieân cao hôn naøo cuõng ñöôïc truyeàn. Bit ñieàu khieån quyeát ñònh döõ lieäu ñöôïc phaân caáp döôùi daïng “data frame”(khung döõ lieäu) hay “remote frame”. − Vuøng ñieàu khieån (Control field): chöùa ñöïng boä maõ chæ ñònh soá löôïng döõ lieäu trong vuøng döõ lieäu “data field”. − Vuøng döõ lieäu (Data field): chöùa noäi dung thoâng tin töø 0 ñeán 8 bytes. Moät thoâng tin coù chieàu daøi laø 0 coù theå ñöôïc duøng ñeå ñoàng boä hoaù quaù trình. − Vuøng kieåm tra nhaøn roãi (CRC field - Cyclic Redundancy Check field): chöùa khung kieåm tra xaùc ñònh quaù trình truyeàn döõ lieäu coù bò caûn trôû (interference) hay khoâng − Vuøng phaûn hoài: chöùa tín hieäu phaûn hoài khi taát caû caùc boä nhaän thoâng tin xaùc ñònh thoâng tin khoâng bò maát maùt.
20 Chöông 1: Khaùi quaùt veà heä thoáng ñieän vaø ñieän töû oâtoâ − Vuøng keát thuùc: chæ phaàn cuoái cuûa thoâng tin. Khung ñaàu Vuøng xöû lyù Vuøng ñieàu khieån Vuøng döõ lieäu Vuøng kieåm tra Vuøng tín hieäu phaûn hoài Vuøng cuoái Khoaûng troáng Khoaûng troáng vaøo khung Khung döõ lieäu vaøo khung Hình 1.6. Khung döõ lieäu Heä thoáng chaån ñoaùn (Intergrated diagnostics) Heä thoáng maïng CAN ñöôïc trng bò moät soá chöùc naêng ñeå tìm loãi. Chuùng bao goàm tín hieäu kieåm tra ôû khung döõ lieäu “data frame”, vaø trong boä theo doõi (monitoring) trong ñoù, moãi boä truyeàn seõ nhaän laïi tín hieäu maø noù chuyeån, vaø do ñoù coù theå phaùt hieän ra baát cöù sai leäch naøo (deviation). Neáu coù moät traïm phaùt hieän ra loãi, noù seõ göûi moät côø baùo loãi “error flag” vaø ngaên laïi vieäc truyeàn thoâng tin. Ñieàu naøy ngaên caûn caùc traïm khaùc nhaän thoâng tin bò loãi naøy. Trong tröôøng hôïp moät traïm ñöïôc phaùt hieän bò loãi, coù theå xaûy ra tröôøng hôïp laø taát caû thoâng tin, bao goàm caû thoâng tin bò loãi, seõ bò loaïi boû khi chæ coù moät “error flag”. Ñeå ngaên ñieàu naøy xaûy ra, heä thoáng maïng CAN coù theâm moät chöùc naêng coù theå phaân bieät giöõa loãi giaùn ñoaïn vaø loãi thöôøng tröïc (intermittent and permanent errors), vaø nhôø ñoù, coù theå xaùc ñònh vò trí cuûa traïm bò loãi. Quaù trình naøy döïa vaøo giaù trò thoáng keâ tình traïng loãi. Tieâu chuaån (standardization) Tieâu chuaån ISO (International Organization Standardization) ñöôïc aùp duïng cho vieäc truyeàn thoâng tin baèng maïng CAN treân oâtoâ: − ISO 11 519-2 duøng cho caùc öùng duïng ñeán 125 kBit/s − ISO 11 898 cho caùc öùng duïng treân 125 kBit/s
2.1 Nhieäm vuï vaø phaân loaïi accu oâtoâ a. Nhieäm vuï Accu trong oâ toâ thöôøng ñöôïc goïi laø accu khôûi ñoäng ñeå phaân bieät vôùi loaïi accu söû duïng ôû caùc laõnh vöïc khaùc. Accu khôûi ñoäng trong heä thoáng ñieän thöïc hieän chöùc naêng cuûa moät thieát bò chuyeån ñoåi hoùa naêng thaønh ñieän naêng vaø ngöôïc laïi. Ña soá accu khôûi ñoäng laø loaïi accu chì – axit. Ñaëc ñieåm cuûa loaïi accu neâu treân laø coù theå taïo ra doøng ñieän coù cöôøng ñoä lôùn, trong khoaûng thôøi gian ngaén (5÷10s), coù khaû naêng cung caáp doøng ñieän lôùn (200÷800A) maø ñoä suït theá beân trong nhoû, thích hôïp ñeå cung caáp ñieän cho maùy khôûi ñoäng ñeå khôûi ñoäng ñoäng cô. Accu khôûi ñoäng coøn cung caáp ñieän cho caùc taûi ñieän quan troïng khaùc trong heä thoáng ñieän, cung caáp töøng phaàn hoaëc toaøn boä trong tröôøng hôïp ñoäng cô chöa laøm vieäc hoaëc ñaõ laøm vieäc maø maùy phaùt ñieän chöa phaùt ñuû coâng suaát (ñoäng cô ñang laøm vieäc ôû cheá ñoä soá voøng quay thaáp): cung caáp ñieän cho ñeøn ñaäu (parking lights), radio cassette, CD, caùc boä nhôù (ñoàng hoà, hoäp ñieàu khieån ), heä thoáng baùo ñoäng Ngoaøi ra, accu coøn ñoùng vai troø boä loïc vaø oån ñònh ñieän theá trong heä thoáng ñieän oâ toâ khi ñieän aùp maùy phaùt dao ñoäng. Ñieän aùp cung caáp cuûa accu laø 6V, 12V hoaëc 24V. Ñieän aùp accu thöôøng laø 12V ñoái vôùi xe du lòch hoaëc 24V cho xe taûi. Muoán ñieän aùp cao hôn ta ñaáu noái tieáp caùc accu 12V laïi vôùi nhau. b. Phaân loaïi Treân oâtoâ coù theå söû duïng hai loaïi accu ñeå khôûi ñoäng: accu axit vaø accu kieàm. Nhöng thoâng duïng nhaát töø tröôùc ñeán nay vaãn laø accu axit, vì so vôùi accu kieàm noù coù söùc ñieän ñoäng cuûa moãi caëp baûn cöïc cao hôn, coù ñieän trôû trong nhoû vaø ñaûm baûo cheá ñoä khôûi ñoäng toát, maëc duø accu kieàm cuõng coù khaù nhieàu öu ñieåm. 2.2 Caáu taïo vaø quaù trình ñieän hoùa cuûa accu chì-axit 2.2.1 Caáu taïo Accu axit bao goàm voû bình, coù caùc ngaên rieâng, thöôøng laø ba ngaên hoaëc 6 ngaên tuøy theo loaïi accu 6V hay 12V.
22 Chöông 2: Accu khôûi ñoäng Hình 2.1: Caáu taïo bình accu axit Trong moãi ngaên ñaët khoái baûn cöïc coù hai loaïi baûn cöïc: baûn döông vaø baûn aâm. Caùc taám baûn cöïc ñöôïc gheùp song song vaø xen keõ nhau, ngaên caùch vôùi nhau baèng caùc taám ngaên. Moãi ngaên nhö vaäy ñöôïc coi laø moät accu ñôn. Caùc accu ñôn ñöôïc noái vôùi nhau baèng caùc caàu noái vaø taïo thaønh bình accu. Ngaên ñaàu vaø ngaên cuoái coù hai ñaàu töï do goïi laø caùc ñaàu cöïc cuûa accu. Dung dòch ñieän phaân trong accu laø axit sunfuric, ñöôïc chöùa trong töøng ngaên theo möùc qui ñònh thöôøng khoâng ngaäp caùc baûn cöïc quaù 10 ÷ 15 mm. Voû accu ñöôïc cheá taïo baèng caùc loaïi nhöïa eboânit hoaëc cao su cöùng, coù ñoä beàn vaø khaû naêng chòu ñöôïc axit cao. Beân trong voû ñöôïc ngaên thaønh caùc khoang rieâng bieät, ôû ñaùy coù soáng ñôõ khoái baûn cöïc taïo thaønh khoaûng troáng (giöõa ñaùy bình vaø khoái baûn cöïc) nhaèm choáng vieäc chaäp maïch do chaát taùc duïng rôi xuoáng ñaùy trong quaù trình söû duïng. Khung cuûa caùc taám baûn cöïc ñöôïc cheá taïo baèng hôïp kim chì – stibi (Sb) vôùi thaønh phaàn 87 ÷ 95% Pb + 5 ÷13% Sb. Caùc löôùi cuûa baûn cöïc döông ñöôïc cheá taïo töø hôïp kim Pb-Sb coù pha theâm 1,3%Sb + 0,2% Kali vaø ñöôïc phuû bôûi lôùp boät dioxit chì Pb02 ôû daïng xoáp taïo thaønh baûn cöïc döông. Caùc löôùi cuûa baûn cöïc aâm coù pha 0,2% Ca + 0,1% Cu vaø ñöôïc phuû bôûi boät chì. Taám ngaên giöõa hai baûn cöïc laøm baèng
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 23 nhöïa PVC vaø sôïi thuûy tinh coù taùc duïng choáng chaäp maïch giöõa caùc baûn cöïc döông vaø aâm, nhöng cho axit ñi qua ñöôïc. Hình 2.2 : Caáu taïo khoái baûn cöïc Dung dòch ñieän phaân laø dung dòch axid sulfuric H2SO4 coù noàng ñoä 1,22 ÷ 1,27 g/cm3, hoaëc 1,29 ÷1,31g/cm3 neáu ôû vuøng khí haäu laïnh . Noàng ñoä dung dòch quaù cao seõ laøm hoûng nhanh caùc taám ngaên, ruïng baûn cöïc, caùc baûn cöïc deã bò sunfat hoùa, khieán tuoåi thoï cuûa accu giaûm. Noàng ñoä quaù thaáp laøm ñieän theá accu giaûm. Hình 2.3: Caáu taïo chi tieát baûn cöïc 1. Baûn cöïc aâm; 2. Baûn cöïc döông; 3. Vaáu cöïc; 4. Khoái baûn cöïc aâm; 5. Khoái baûn cöïc döông.
24 Chöông 2: Accu khôûi ñoäng 2.2.2 Caùc quaù trình ñieän hoùa trong accu Trong accu thöôøng xaûy ra hai quaù trình hoùa hoïc thuaän nghòch ñaëc tröng laø quaù trình naïp vaø phoùng ñieän, vaø ñöôïc theå hieän döôùi daïng phöông trình sau: PbO2 + Pb + 2H2SO4 ⇔ 2PbSO4 + 2H2O Trong quaù trình phoùng ñieän, hai baûn cöïc töø PbO2 vaø Pb bieán thaønh PbSO4. Nhö vaäy khi phoùng ñieän, axit sunfuric bò haáp thuï ñeå taïo thaønh sunfat chì, coøn nöôùc ñöôïc taïo ra, do ñoù, noàng ñoä dung dòch H2SO4 giaûm. Quaù trình phoùng ñieän Baûn cöïc aâm Dung dòch Baûn cöïc döông ñieän phaân Chaát ban ñaàu Pb 2H2SO4 + 2H2O PbO2 - - - - + - ++++ Quaù trình ion hoùa SO4 , SO4 ,4H 4OH Pb - 2e- 2e Quaù trình taïo doøng Pb++ - 2 e- Pb+++2e- 4H2O -2H2O Chaát ñöôïc taïo ra PbSO4 PbSO4 2H2O Quaù trình naïp ñieän Baûn cöïc aâm Dung dòch Baûn cöïc döông ñieän phaân Chaát ñöôïïc taïo ra cuoái quaù PbSO4 4H2O PbSO4 trình phoùng ++ - - + - + - - ++ Quaù trình ion hoùa Pb , SO4 2H , 4OH , 2H SO4 , Pb 2e+- 2e- Quaù trình taïo doøng Pb++++ 2H2O Chaát ban ñaàu Pb H2SO4 H2SO4 PbO2 Söï thay ñoåi noàng ñoä dung dòch ñieän phaân trong quaù trình phoùng vaø naïp laø moät trong nhöõng daáu hieäu ñeå xaùc ñònh möùc phoùng ñieän cuûa accu trong söû duïng.
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 25 2.3 Thoâng soá vaø caùc ñaëc tính cuûa accu chì-axit 2.3.1 Thoâng soá a. Söùc ñieän ñoäng cuûa accu Söùc ñieän ñoäng cuûa accu phuï thuoäc chuû yeáu vaøo söï cheânh leäch ñieän theá giöõa hai taám baûn cöïc khi khoâng coù doøng ñieän ngoaøi. - Söùc ñieän ñoäng trong moät ngaên + - ea = ϕ - ϕ (V) - Neáu accu coù n ngaên Ea = n.ea. Söùc ñieän ñoäng coøn phuï thuoäc vaøo noàng ñoä dung dòch, trong thöïc teá coù theå xaùc ñònh theo coâng thöùc thöïc nghieäm: Eo = 0,85 + ρ25oC (2.1) Eo : söùc ñieän ñoäng tónh cuûa accu ñôn (tính baèng volt). ρ : noàng ñoä cuûa dung dòch ñieän phaân ñöôïc tính baèng (g/cm3) quy veà + 25oC. ρ25oC = ρño – 0,0007(25 – t) t : nhieät ñoä dung dòch luùc ño. ρño : noàng ñoä dung dòch luùc ño. b. Hieäu ñieän theá cuûa accu - Khi phoùng ñieän Up = Ea - Ra.Ip (2.2) - Khi naïp ñieän Un = Ea + Ra.In (2.3) Trong ñoù: Ip - cöôøng ñoä doøng ñieän phoùng. In - cöôøng ñoä doøng ñieän naïp. Ra - ñieän trôû trong cuûa accu. c. Ñieän trôû trong accu Raq = Rñieän cöïc + Rbaûn cöïc + Rtaám ngaên + Rdung dòch Ñieän trôû trong accu phuï thuoäc chuû yeáu vaøo ñieän trôû cuûa ñieän cöïc vaø dung dòch. Pb vaø PbO2 ñeàu coù ñoä daãn ñieän toát hôn PbSO4 . Khi noàng ñoä dung dòch ñieän + 2- phaân taêng, söï coù maët cuûa caùc ion H vaø SO4 cuõng laøm giaûm ñieän trôû dung dòch. Vì vaäy ñieän trôû trong cuûa accu taêng khi bò phoùng ñieän vaø giaûm khi naïp. Ñieän trôû trong cuûa accu cuõng phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä moâi tröôøng. Khi nhieät ñoä thaáp, caùc ion seõ dòch chuyeån chaäm trong dung dòch neân ñieän trôû taêng. d. Ñoä phoùng ñieän cuûa accu Ñeå ñaùnh giaù tình traïng cuûa accu, ta söû duïng thoâng soá ñoä phoùng ñieän. Ñoä phoùng ñieän cuûa accu tính baèng % vaø ñöôïc xaùc ñònh bôûi coâng thöùc:
26 Chöông 2: Accu khôûi ñoäng o pn − p (25 C) % Q = ñ (2.4) pn − pp 3 ρn - ρp = 0,16 g/cm Trong ñoù: ρn - noàng ñoä dung dòch luùc naïp no. o ρñ - noàng ñoä dung dòch luùc ño ñaõ qui veà 25 C. ρp – noàng ñoä dung dòch luùc accu ñaõ phoùng heát. e. Naêng löôïng accu Naêng löôïng cuûa accu luùc phoùng ñieän: Wp = 3600. Qp. Up (J) (2.5) n I p . tp Wp = 3600 ∑U pi n i n - soá laàn ño. Naêng löôïng cuûa accu luùc naïp ñieän: n I n . tn Wn = 3600 ∑U pi (2.6) n i Trong ñoù: Qp - naêng löôïng phoùng cuûa accu. Up - ñieän theá phoùng cuûa accu. tn - thôøi gian naïp accu. f. Coâng suaát cuûa accu Pa = IE = I(IR + IRa) (2.7) R - ñieän trôû taûi beân ngoaøi. 2 2 Pa = I R + I Ra Coâng suaát ñöa ra maïch ngoaøi (ñöa vaøo taûi ñieän) 2 Pa = IE - I Ra dPa E = E - 2RaI ñaït cöïc ñaïi khi baèng khoâng ⇒ I = (2.8) dI 2Ra Nhö vaäy, khi R = Ra , accu seõ cho coâng suaát lôùn nhaát. 2.3.2 Ñaëc tính a. Ñaëc tuyeán phoùng naïp cuûa accu Ñaëc tuyeán phoùng cuûa accu ñôn: khi phoùng ñieän baèng doøng ñieän khoâng ñoåi thì noàng ñoä dung dòch giaûm tuyeán tính (theo ñöôøng thaúng). Noàng ñoä axit sulfuric phuï thuoäc vaøo löôïng axit tieâu toán trong thôøi gian phoùng vaø tröõ löôïng dung dòch trong bình.
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 27 + R _ V A V I A R I Thoâi naïp Eaq Ñieåm cuoái quaù Eaq 2,12V trình phoùng B(2,70V I(A),ρ,U(V) ) E Khoaûn o In.Ra g nghæ UE 2,5 Ip.Ra 1,96V 2,0 E Eo UE Un 1,5 U P A(1,70V 1,27 ρ 1,0 1,27 ) ρ 1,11 1,11 I I 0,5 p n Ip=5,4A Q=5,4.10=54 IN=5,4 QN=IN.tN A 0 2 4 6 8 10 t(h) 0 2 4 6 8 10 14 t(h) a. Thôøi gian phoùng b. Thôøi gian naïp Sô ñoà phoùng vaø ñaëc tuyeán phoùng Sô ñoà naïp vaø ñaëc tuyeán naïp Hình 2.4: Ñaëc tuyeán phoùng - naïp cuûa accu axit Treân ñoà thò coù söï cheânh leäch giöõa Ea vaø Eo trong quaù trình phoùng ñieän laø vì noàng ñoä dung dòch chöùa trong chaát taùc duïng cuûa baûn cöïc bò giaûm do toác ñoä khueách taùn dung dòch ñeán caùc baûn cöïc chaäm, khieán noàng ñoä dung dòch thöïc teá ôû trong loøng baûn cöïc luoân luoân thaáp hôn noàng ñoä dung dòch trong töøng ngaên. Hieäu ñieän theá Up cuõng thay ñoåi trong quaù trình phoùng. ÔÛ thôøi ñieåm baét ñaàu phoùng ñieän, Up giaûm nhanh vaø sau ñoù giaûm tyû leä vôùi söùc giaûm noàng ñoä dung dòch. Khi ôû traïng thaùi caân baèng thì Up gaàn nhö oån ñònh. ÔÛ cuoái quaù trình phoùng (vuøng gaàn ñieåm A) sunfat chì ñöôïc taïo thaønh trong caùc baûn cöïc seõ laøm giaûm tieát dieän cuûa caùc loã thaám dung dòch vaø laøm caûn trôû quaù trình khueách taùn, khieán cho traïng thaùi caân baèng bò phaù huûy. Keát quaû laø noàng ñoä dung dòch chöùa trong baûn cöïc, söùc ñieän ñoäng Ea vaø hieäu ñieän theá Up giaûm nhanh vaø coù chieàu höôùng giaûm ñeán khoâng. Hieäu ñieäu theá taïi ñieåm A ñöôïc goïi laø ñieän theá cuoái cuøng. Khi naïp ñieän, trong loøng caùc baûn cöïc axit sunfuric taùi sinh. Noàng ñoä cuûa dung dòch chöùa trong caùc baûn cöïc trôû neân ñaäm ñaëc hôn, do ñoù Ea khi naïp lôùn hôn Eo moät löôïng baèng ΔE, coøn hieäu ñieän theá khi naïp: Un = Ea + In.Ra. ÔÛ cuoái quaù trình naïp söùc ñieän ñoäng vaø hieäu ñieän theá taêng leân khaù nhanh do caùc ion H+ vaø O2- baùm ôû caùc baûn cöïc seõ gaây ra söï cheânh leäch ñieän theá vaø hieäu ñieän theá accu taêng voït ñeán giaù trò 2,7V. Ñoù laø daáu hieäu cuûa cuoái quaù trình naïp. Khi quaù trình
28 Chöông 2: Accu khôûi ñoäng naïp keát thuùc vaø caùc chaát taùc duïng ôû caùc baûn cöïc trôû laïi traïng thaùi ban ñaàu thì doøng ñieän In trôû neân thöøa. Noù chæ ñieän phaân nöôùc taïo thaønh oxy vaø hydro vaø thoùat ra döôùi daïng boït khí. b. Dung löôïng cuûa accu Löôïng ñieän naêng maø accu cung caáp cho phuï taûi trong giôùi haïn phoùng ñieän cho pheùp ñöôïc goïi laø dung löôïng cuûa accu. Q = Ip.tp (A.h) (2.9) Q(Ah) 80 40 IP(A) 50 100 200 Hình 2.5: Söï phuï thuoäc cuûa dung löôïng accu vaøo doøng phoùng Nhö vaäy dung löôïng cuûa accu laø ñaïi löôïng bieán ñoåi phuï thuoäc vaøo cheá ñoä phoùng ñieän. Ngöôøi ta coøn ñöa ra khaùi nieäm dung löôïng ñònh möùc cuûa accu Q5, Q10, Q20 mang tính quy öôùc öùng vôùi moät cheá ñoä phoùng ñieän nhaát ñònh nhö cheá ñoä 5 giôø, 10 giôø, 20 giôø phoùng ñieän ôû nhieät ñoä +30oC. Dung löôïng cuûa accu ñöôïc ñaëc tröng cho phaàn gaïch cheùo (hình 2.4). Cheá ñoä phoùng ôû ñaây laø cheá ñoä ñònh möùc neân dung luôïng naøy chính baèng dung löôïng ñònh möùc cuûa accu. Qñm = Q = 5,4A.10h = 54Ah Treân ñoà thò (hình 2.6) bieåu dieãn söï thay ñoåi ñieän theá accu theo thôøi gian phoùng trong tröôøng hôïp accu phoùng vôùi doøng ñieän lôùn I = 3Qñm (Cheá ñoä khôûi ñoäng) ôû nhieät ñoä +25oC vaø - 18oC. Caùc yeáu toá aûnh höôûng tôùi dung löôïng cuûa accu: Khoái löôïng vaø dieän tích chaát taùc duïng treân baûn cöïc. Dung dòch ñieän phaân. Doøng ñieän phoùng. Nhieät ñoä moâi tröôøng. Thôøi gian söû duïng.
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 29 Dung löôïng cuûa accu phuï thuoäc lôùn vaøo doøng phoùng. Phoùng doøng caøng lôùn thì dung löôïng caøng giaûm, tuaân theo ñònh luaät Peukert. n I p . tp = const (2.10) Trong ñoù: n laø haèng soá tuøy thuoäc vaøo loaïi accu (n = 1,4 ñoái vôùi accu chì) Treân hình 2-5 trình baøy söï phuï thuoäc cuûa dung löôïng accu vaøo cöôøng ñoä phoùng. Töø hình 2-6 ta coù theå thaáy khi accu phoùng ñieän ôû nhieät ñoä thaáp thì ñieän dung cuûa noù giaûm nhanh. Khi nhieät ñoä taêng thì ñieän dung cuõng taêng. Nhöng khi nhieät ñoä cuûa dung dòch ñieän phaân cao quaù (lôùn hôn +45oC) thì caùc taám ngaên vaø baûn cöïc raát mau hoûng, laøm cho tuoåi thoï cuûa accu giaûm ñi nhieàu. U(V) o +25 C Doøng ñieän phoùng Ip = 10 27,5% Qñm 8 o -18 C 6 11,25% Qñm 4 t, h 1 2 3 4 5 Hình 2.6: Ñaëc tuyeán phoùng cuûa accu axit ôû nhöõng nhieät ñoä khaùc nhau c. Ñaëc tuyeán volt-ampere Ñaëc tuyeán VOLT-AMPERE cuûa accu laø moái quan heä giöõa hieäu ñieän theá cuûa accu vaø cöôøng ñoä doøng ñieän phoùng ôû nhieät ñoä khaùc nhau. U,V U bñ T=0oC U’bñ o T=20 C I,A 0 I’ I nm nm Hình 2.7: Ñaëc tuyeán Volt – Ampere cuûa accu
30 Chöông 2: Accu khôûi ñoäng Phöông trình moâ taû ñaëc tuyeán Volt – Ampere cuûa accu: Ua = Ubñ – IpRa Trong ñoù: Ubñ - ban ñaàu xaùc ñònh theo coâng thöùc thöïc nghieäm. Inm - doøng ngaén maïch luùc Ua = 0. Ubñ - InmRa = 0 Inm = Ubñ/Ra (2.11) Ubñ = n(2,02 + 0,00136t – 0,001ΔQp). Inm = n+ I+. I+ = 2,24 + 1,75t – 0,4ΔQp (2.12) n : soá ngaên accu. t : nhieät ñoä cuûa dung dòch ñieän phaân (0C). ΔQp : ñoä phoùng ñieän accu (%Qp). n+ : soá baûn cöïc (+) ñöôïc gheùp song song trong moät ngaên. I+ : cöôøng ñoä doøng ñieän ñi qua moät baûn cöïc döông luùc ngaén maïch. Töø ñaëc tuyeán Volt – Ampere ta coù theå xaùc ñònh ñieän trôû trong cuûa accu: Ubñ Ra = Inm d. Ñaëc tuyeán laøm vieäc cuûa accu treân oâtoâ Accu laøm vieäc treân oâtoâ theo cheá ñoä phoùng naïp luaân phieân tuøy theo taûi cuûa heä thoáng ñieän. Ñieän theá naïp oån ñònh nhôø coù boä tieát cheá. Umf = 13,8 ñeán 14,2V In = (Umf - Ua↑) / ΣR↓ (2.13) ΣR = Ra + Rdd + Rmf Trong ñoù: Rdd : ñieän trôû daây daãn. Rmf : ñieän trôû caùc cuoän stator maùy phaùt. I(A) in tp+ t,h 0 tn ip
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 31 Hình 2.8: Cheá ñoä phoùng naïp cuûa accu treân xe
32 Chöông 2: Accu khôûi ñoäng Ñeå ñaùnh giaù möùc caân baèng naêng löôïng treân xe, ngöôøi ta xem xeùt heä soá caân baèng: tn η i d ∫ n t K = o cb t p i d ∫ p t o Neáu Kcb > 1: accu ñöôïc naïp ñuû. Neáu Kcb Ua. Cöôøng ñoä doøng naïp thay ñoåi theo coâng thöùc: In = (Ung - Ea)/ ΣR In, U Imax U=2,3V i t, h Hình 2.9: Naïp baèng hieäu ñieän theá khoâng ñoåi
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 33 Imax ≈ 1 ÷ 1,5 Qñm. Khi naïp, Ea taêng, I giaûm nhanh theo ñaëc tuyeán hyperbol. Nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp naïp naøy laø: Doøng ñieän naïp ban ñaàu raát lôùn coù theå gaây hoûng bình accu. Doøng khi giaûm veà 0 thì accu chæ naïp khoaûng 90%. 2.4.2 Phöông phaùp doøng khoâng ñoåi Theo caùch naøy doøng ñieän naïp ñöôïc giöõ ôû moät giaù trò khoâng ñoåi trong suoát thôøi gian naïp baèng caùch thay ñoåi giaù trò ñieän trôû cuûa bieán trôû R. Thoâng thöôøng ngöôøi ta naïp baèng doøng coù cöôøng ñoä In = 0,1Qñm. Giaù trò lôùn nhaát cuûa bieán trôû R coù theå xaùc ñònh bôûi coâng thöùc: R = (Ung – 2,6n)/ 0,5In A ~ + R _ Hình 2.10: Sô ñoà naïp accu vôùi doøng khoâng ñoåi Theo phöông phaùp naøy taát caû caùc accu ñöôïc maéc noái tieáp nhau vaø chæ caàn ñaûm baûo ñieàu kieän toång soá caùc accu ñôn trong maïch naïp khoâng vöôït quaù trò soá Ung/2,7. Caùc accu phaûi coù dung löôïng nhö nhau, neáu khoâng, ta seõ phaûi choïn cöôøng ñoä doøng ñieän naïp theo accu coù ñieän dung nhoû nhaát vaø nhö vaäy accu coù dung löôïng lôùn seõ phaûi naïp laâu hôn. n : soá accu ñôn maéc noái tieáp. 0,5 : heä soá döï tröõ. Ung : hieäu ñieän theá nguoàn naïp. 2.4.3 Phöông phaùp naïp hai naác Trong phöông phaùp naøy, ñaàu tieân ngöôøi ta naïp accu vôùi cöôøng ñoä 0,1Iñm khi accu baét ñaàu soâi, giaûm xuoáng coøn 0,05Iñm. Phöông phaùp naïp 2 naác ñaûm baûo cho accu ñöôïc naïp no hôn vaø khoâng bò noùng. I,A 0,1I ñm 0,05Iñm t, h Hình 2.11: Naïp 2 naác
34 Chöông 2: Accu khôûi ñoäng 2.4.4 Phöông phaùp naïp hoãn hôïp Ñaàu tieân, naïp baèng phöông phaùp hieäu ñieän theá khoâng ñoåi vaø sau ñoù naïp baèng phöông phaùp doøng khoâng ñoåi. Coù theå naïp nhanh ñoái vôùi bình bò caïn heát ñieän, nhöng phaûi giaûm thôøi gian naïp. 2.5 Choïn vaø boá trí accu Ñeå choïn accu ta döïa vaøo caùc kyù hieäu ghi treân voû bình accu, treân caùc caàu noái giöõa caùc ngaên hoaëc treân nhaõn hieäu ñính ôû voû bình, chuû yeáu laø dung löôïng ñònh möùc cuûa accu, vaø cöôøng ñoä doøng lôùn nhaát maø accu coù theå phoùng maø doøng naøy phuï thuoäc vaøo coâng suaát cuûa maùy khôûi ñoäng. Accu thöôøng ñaët tröôùc ñaàu xe, gaàn maùy khôûi ñoäng sao cho chieàu daøi daây noái töø maùy khôûi ñoäng ñeán accu khoâng quaù 1m. Ñieàu naøy ñaûm baûo raèng ñoä suït aùp treân daây daãn khi khôûi ñoäng laø nhoû nhaát. Nôi ñaët accu khoâng ñöôïc quaù noùng ñeå traùnh hoûng bình do nhieät. 2.6 Caùc loaïi accu khaùc Ngoaøi accu chì – axit coøn coù caùc loaïi accu kieàm khaùc nhö: Accu saét –niken (Fe – Ni), accu cañimi – niken (Cd –Ni ) vaø accu baïc – keõm (Ag – Zn). Trong ñoù hai loaïi ñaàu thoâng duïng hôn caû vaø ñaõ ñöôïc duøng ñeå khôûi ñoäng moät soá oâtoâ vaø maùy keùo. 2.6.1 Accu saét – niken Veà caáu taïo, accu saét – niken coù theå chia thaønh hai loaïi: loaïi thoûi vaø loaïi khoâng thoûi. Ñoái vôùi accu loaïi thoûi, moãi ngaên goàm möôøi hai baûn cöïc döông vaø möôøi ba baûn cöïc aâm. Caùc baûn cöïc caùch ñieän vôùi nhau baèng caùc que eâboânit coù ñöôøng kính 1,9 ñeán 2,0 mm. Caùc baûn cuøng daáu cuõng ñöôïc haøn vaøo caùc vaáu cöïc vaø taïo thaønh caùc phaân khoái baûn cöïc döông vaø caùc phaân khoái baûn cöïc aâm nhö accu axit. Phaàn nhoâ cao cuûa vaáu cöïc laø cöïc cuûa moãi accu ñôn. Töøng khoái baûn cöïc ñöôïc ñaët trong caùc bình saét coù ñoå dung dòch ñieän phaân goàm dung dòch KOH vôùi ρ = 1,20 ÷ 1,25 g/cm3 vaø khoaûng 18 ÷20 gam LiOH cho 1 lít dung dòch. Caùc baûn cöïc ñöôïc ngaên caùch vôùi voû bình baèng lôùp nhöïa vinhiplat. Baûn cöïc accu kieàm loaïi thoûi ñöôïc cheá taïo baèng caùch gheùp haøng loaït thoûi chaát taùc duïng laïi vôùi nhau. Ñeå ñaûm baûo ñoä cöùng vöõng vaø tieáp xuùc toát, ngöôøi ta keïp chaët ñaàu thoûi baèng caùch daäp chaët vôùi tai baûn cöïc. Moãi thoûi chaát taùc duïng goàm moät hoäp nhoû baèng theùp laù chöùa chaát taùc duïng. Chaát taùc duïng ôû baûn cöïc aâm laø boät saét ñaëc bieät thuaàn khieát, coøn ôû baûn cöïc döông laø hoãn hôïp 75% NiO.OH vaø 25% boät than hoaït tính. Moãi ngaên coù nuùt vaø naép rieâng. Vì söùc ñieän ñoäng cuûa moãi accu ñôn chæ baèng 1,38V neân muoán coù bình accu 12V, ngöôøi ta phaûi gheùp noái tieáp 9 ngaên accu ñôn laïi vôùi nhau, taïo thaønh 3 toáp accu. Nhö vaäy troïng löôïng cuûa moãi bình accu kieàm naëng hôn bình accu axit khaù nhieàu, maëc duø cuøng theá hieäu.
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 35 Loaïi accu khoâng phaân thoûi ñöôïc cheá taïo theo kieåu eùp boät kim loaïi coù caáu truùc xoáp mòn. Chaát taùc duïng ñöôïc eùp vaøo trong caùc loã nhoû treân beà maët phaân nhaùnh cuûa caùc baûn cöïc. Keát caáu nhö vaäy cho pheùp giaûm troïng löôïng cuûa bình accu xuoáng 1,4 ÷ 1,6 laàn so vôùi loaïi thoûi. 2.6.2 Accu Cañimi - Niken Loaïi accu naøy chæ khaùc loaïi accu saét - niken veà thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa chaát taùc duïng ôû baûn cöïc aâm, coøn caáu taïo vaø quaù trình hoùa hoïc cuûa accu cañimi - niken töông töï nhö accu saét - niken. 2.6.3 Accu Baïc - Keõm Ñaây laø loaïi accu coù heä soá hieäu duïng treân moät ñôn vò troïng löôïng vaø treân moät ñôn vò theå tích lôùn hôn hai loaïi treân, nhöng vì baïc chieám tôùi 30% troïng löôïng chaát taùc duïng neân vieäc söû duïng chuùng treân oâtoâ hieän nay laø khoâng thöïc teá. Caùc cöïc cuûa accu naøy laø keõm vaø oxit baïc, coøn dung dòch ñieän phaân, cuõng gioáng nhö trong caùc accu khaùc laø KOH. Moät trong nhöõng öu ñieåm quan troïng cuûa accu loaïi naøy laø vôùi kích thöôùc khoâng lôùn laém, chuùng coù theå cho doøng lôùn. Nhöôïc ñieåm cuûa noù laø tuoåi thoï ngaén. Baûng 2.1 Ñieän aùp vaø naêng löôïng rieâng cuûa moät soá loaïi accu Loaïi accu Ñieän aùp treân moät Naêng löôïng rieâng ngaên Accu chì – axit 2.0V 30Wh/ Kg Saét – Niken/ cañimi 1.22V 45Wh/ Kg Niken – kim loaïi – hydrat 1.2V 50 – 80 Wh/ Kg Natri – löu huyønh 2.0 – 2.5V 90 – 100 Wh/ Kg Natri – niken – clorua 2.58V 90 – 100 Wh/ Kg Lithium 3.5V 100 Wh/ Kg Pin nhieân lieäu H2/O2 ~30V 500 Wh/ Kg 2.6.4 Pin nhieân lieäu (fuel cell) Trong nhöõng naêm gaàn ñaây xuaát hieän moät daïng pin môùi – ñoù laø pin nhieân lieäu. Loaïi pin naøy ñang ñöôïc nghieân cöùu vaø ñaõ baét ñaàu tìm thaáy öùng duïng treân moät soá oâ toâ ñieän. Treân hình 2.12, 2.13, 2.14 trình baøy moät soá daïng pin nhieân lieäu thöôøng gaëp. Nguyeân lyù cuûa pin nhieân lieäu döïa vaøo vieäc taùch electron cuûa nguyeân töû hydro ñeå bieán thaønh doøng ñieän baèng caùc phöông phaùp khaùc nhau.
36 Chöông 2: Accu khôûi ñoäng Hình 2.12: Sô ñoà nguyeân lyù pin nhieân lieäu daïng kieàm Hình 2.13: Sô ñoà pin nhieân lieäu duøng khí ñoát Hình 2.14: Sô ñoà pin nhieân lieäu duøng hydro
3.1 Nhieäm vuï vaø sô ñoà heä thoáng khôûi ñoäng tieâu bieåu Ñoäng cô ñoát trong caàn coù moät heä thoáng khôûi ñoäng rieâng bieät truyeàn cho truïc khuyûu ñoäng cô moät moment vôùi moät soá voøng quay nhaát ñònh naøo ñoù ñeå khôûi ñoäng ñöôïc ñoäng cô. Cô caáu khôûi ñoäng chuû yeáu treân oâtoâ hieän nay laø khôûi ñoäng baèng ñoäng cô ñieän moät chieàu. Toác ñoä khôûi ñoäng cuûa ñoäng cô xaêng phaûi treân 50 v/p, ñoái vôùi ñoäng cô diesel phaûi treân 100 v/p. ST1 Coâng taéc maùy Coâng taéc an toaøn (gaén treân hoäp soá Caàu hoaëc baøn ñaïp ly chì hôïp) toång 30 50 Wh Wg Accu Maùy khôûi Ws Wr ñoäng Hình 3.1: Sô ñoà maïch khôûi ñoäng toång quaùt Treân sô ñoà hình 3.1, maùy khôûi ñoäng bao goàm: relay caùc khôùp vôùi cuoän huùt Wh, cuoän giöõ Wg, vaø ñoäng cô ñieän moät chieàu vôùi cuoän stator Ws vaø cuoän rotor Wr. 3.2 Maùy khôûi ñoäng 3.2.1 Yeâu caàu, phaân loaïi theo caáu truùc A. Yeâu caàu kyõ thuaät ñoái vôùi heä thoáng khôûi ñoäng • Maùy khôûi ñoäng phaûi quay ñöôïc truïc khuyûu ñoäng cô vôùi toác ñoä thaáp nhaát maø ñoäng cô coù theå noå ñöôïc. • Nhieät ñoä laøm vieäc khoâng ñöôïc quaù giôùi haïn cho pheùp.
38 Chöông 3: Heä thoáng khôûi ñoäng • Phaûi baûo ñaûm khôûi ñoäng laïi ñöôïc nhieàu laàn. • Tyû soá truyeàn töø baùnh raêng cuûa maùy khôûi ñoäng vaø baùnh raêng cuûa baùnh ñaø naèm trong giôùi haïn (töø 9 ñeán 18). • Chieàu daøi, ñieän trôû cuûa daây daãn noái töø accu ñeán maùy khôûi ñoäng phaûi naèm trong giôùi haïn quy ñònh (< 1m). • Moment truyeàn ñoäng phaûi ñuû ñeå khôûi ñoäng ñoäng cô. B. Phaân loaïi Ñeå phaân loaïi maùy khôûi ñoäng ta chia maùy khôûi ñoäng ra laøm hai thaønh phaàn: Phaàn motor ñieän vaø phaàn truyeàn ñoäng. Phaàn motor ñieän ñöôïc chia ra laøm nhieàu loaïi theo kieåu ñaáu daây, coøn phaàn truyeàn ñoäng phaân theo caùch truyeàn ñoäng cuûa maùy khôûi ñoäng ñeán ñoäng cô. Motor ñieän trong maùy khôûi ñoäng laø loaïi maéc noái tieáp vaø maéc hoãn hôïp. • Theo kieåu ñaáu daây: Tuøy thuoäc theo kieåu ñaáu daây maø ta phaân ra caùc loaïi sau: + + + _ + _ _ _ + + _ + + + Ñaáu noái tieáp Ñaáu noái tieáp Ñaáu hoãn hôïp + + _ + _ + + _ _ + _ + Ñaáu hoãn hôïp Ñaáu noái tieáp Ñaáu hoãn hôïp
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 39 Hình 3.2: Caùc kieåu ñaáu daây cuûa maùy khôûi ñoäng
40 Chöông 3: Heä thoáng khôûi ñoäng • Phaân loaïi theo caùch truyeàn ñoäng: coù hai caùch truyeàn ñoäng ♦ Truyeàn ñoäng tröïc tieáp vôùi baùnh ñaø: loaïi naøy thöôøng duøng treân xe ñôøi cuõ vaø nhöõng ñoäng cô coù coâng suaát lôùn, ñöôïc chia ra laøm 3 loaïi: * Truyeàn ñoäng quaùn tính: baùnh raêng ôû khôùp truyeàn ñoäng töï ñoäng vaêng theo quaùn tính ñeå aên khôùp vôùi baùnh ñaø. Sau khi ñoäng cô noå, baùnh raêng töï ñoäng trôû veà vò trí cuõ. * Truyeàn ñoäng cöôõng böùc: khôùp truyeàn ñoäng cuûa baùnh raêng khi aên khôùp vaøo voøng raêng cuûa baùnh ñaø, chòu söï ñieàu khieån cöôõng böùc cuûa moät cô caáu caùc khôùp. * Truyeàn ñoäng toå hôïp: baùnh raêng aên khôùp vôùi baùnh ñaø cöôõng böùc nhöng vieäc ra khôùp töï ñoäng nhö kieåu ra khôùp cuûa truyeàn ñoäng quaùn tính. ♦ Truyeàn ñoäng phaûi qua hoäp giaûm toác Hình 3.3: Caáu taïo maùy khôûi ñoäng coù hoäp giaûm toác Ñoái vôùi maùy ñieän (maùy phaùt vaø ñoäng cô), kích thöôùc seõ nhoû laïi neáu toác ñoä hoaït ñoäng lôùn. Vì vaäy, ñeå giaûm kích thöôùc cuûa motor khôûi ñoäng ngöôøi ta thieát keá chuùng ñeå hoaït ñoäng vôùi toác ñoä raát cao, sau ñoù qua hoäp giaûm toác ñeå taêng moment. Loaïi naøy ñöôïc söû duïng nhieàu treân xe ñôøi môùi. Phaàn motor ñieän moät chieàu coù caáu taïo nhoû goïn vaø coù soá voøng quay khaù cao. Treân ñaàu truïc cuûa motor ñieän coù laép moät baùnh raêng nhoû, thoâng qua baùnh raêng trung gian truyeàn xuoáng baùnh raêng cuûa hoâïp truyeàn ñoäng (hoäp giaûm toác). Khôùp truyeàn ñoäng laø moät khôùp bi moät chieàu coù ba raõnh, moãi raõnh coù
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 41 hai bi ñuõa ñaët keá tieáp nhau. Baùnh raêng cuûa khôùp ñaàu truïc cuûa khôùp truyeàn ñoäng ñöôïc caøi vôùi baùnh raêng cuûa baùnh ñaø (khi khôûi ñoäng) nhôø moät relay gaøi khôùp. Relay gaøi khôùp coù moät ty ñaåy, thoâng qua vieân bi ñaåy baùnh raêng vaøo aên khôùp vôùi baùnh ñaø. Moät soá haõng söû duïng maùy khôûi ñoäng coù cô caáu giaûm toác kieåu baùnh raêng haønh tinh nhö treân hình 3.4 1. Truïc thöù caáp; 2. Voøng raêng; 3. Baùnh raêng haønh tinh; 4. Baùnh raêng maët trôøi; 5. Phaàn öùng; 6. Coå goùp Hình 3.4: Caáu taïo hoäp giaûm toác kieåu baùnh raêng haønh tinh 3.2.2 Caáu taïo maùy khôûi ñoäng Treân hình 3.5 trình baøy caáu taïo maùy khôûi ñoäng coù hoäp giaûm toác, ñöôïc söû duïng phoå bieán treân caùc oâtoâ du lòchKhung hieän töø (phaàn nay. caûm) Hình 3.5: Caáu taïo maùy khôûi ñoäng
42 Chöông 3: Heä thoáng khôûi ñoäng Maùy khôûi ñoäng hieän laø cô caáu sinh moment quay vaø truyeàn cho baùnh ñaø cuûa ñoäng cô. Ñoái vôùi töøng loaïi ñoäng cô maø caùc maùy khôûi ñoäng ñieän coù theå coù keát caáu cuõng nhö coù ñaëc tính khaùc nhau, nhöng noùi chung chuùng thöôøng coù 3 boä phaän chính: Ñoäng cô ñieän, khôùp truyeàn ñoäng vaø cô caáu ñieàu khieån. a. Motor khôûi ñoäng Laø boä phaän bieán ñieän naêng thaønh cô naêng. Trong ñoù: stator goàm voû, caùc maù cöïc vaø caùc cuoän daây kích thích; rotor goàm truïc, khoái theùp töø, cuoän daây phaàn öùng vaø coå goùp ñieän, caùc naép vôùi caùc giaù ñôõ choåi than vaø choåi than, caùc oå tröôït b. Relay gaøi khôùp vaø coâng taéc töø Duøng ñeå ñieàu khieån hoaït ñoäng cuûa maùy khôûi ñoäng. Coù hai phöông phaùp ñieàu khieån: ñieàu khieån tröïc tieáp vaø ñieàu khieån giaùn tieáp. Trong ñieàu khieån tröïc tieáp, ta phaûi taùc ñoäng tröïc tieáp vaøo maïng gaøi khôùp ñeå gaøi khôùp vaø ñoùng maïch ñieän cuûa maùy khôûi ñoäng. Phöông phaùp naøy ít thoâng duïng. Ñieàu khieån giaùn tieáp thoâng qua caùc coâng taéc hoaëc relay laø phöông phaùp phoå bieán treân caùc maïch khôûi ñoäng hieän nay. c. Nguyeân lyù hoaït ñoäng Relay gaøi khôùp bao goàm: cuoän huùt vaø cuoän giöõ. Hai cuoän daây treân coù soá voøng nhö nhau nhöng tieát dieän cuoän huùt lôùn hôn cuoän giöõ vaø quaán cuøng chieàu nhau. Hình 3.6: Sô ñoà laøm vieäc cuûa heä thoáng khôûi ñoäng Khi baät coâng taéc ôû vò trí ST thì doøng ñieän seõ reõ thaønh hai nhaùnh: (+) Wg Æ mass Wh Æ Wst Æ Brush Æ Wrotor Æ mass Doøng qua cuoän giöõ vaø huùt seõ taïo ra löïc töø ñeå huùt loõi theùp ñi vaøo beân trong (toång löïc töø cuûa hai cuoän). Löïc huùt seõ ñaåy baùnh raêng cuûa maùy khôûi ñoäng veà phía baùnh ñaø, ñoàng thôøi ñaåy laù ñoàng noái taét coïc (+) accu xuoáng maùy khôûi ñoäng. Luùc naøy, hai ñaàu cuoän huùt ñaúng theá vaø seõ khoâng coù doøng ñi qua maø chæ coù doøng qua cuoän giöõ .
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 43 Do loõi theùp ñi vaøo beân trong maïch töø khieán töø trôû giaûm neân löïc töø taùc duïng leân loõi theùp taêng leân. Vì theá, chæ caàn moät cuoän Wg vaãn giöõ ñöôïc loõi theùp. Khi ñoäng cô ñaõ noå, taøi xeá traû coâng taéc veà vò trí ON, maïch hôû nhöng do quaùn tính, doøng ñieän vaãn coøn. Do ñoù hai baùnh raêng coøn dính vaø doøng vaãn coøn qua laù ñoàng. Nhö vaäy doøng seõ ñi töø: (+)Æ WhÆ Wg Æ mass. Luùc naøy, hai cuoän daây maéc noái tieáp neân doøng nhö nhau, doøng trong cuoän giöõ khoâng ñoåi chieàu, coøn doøng qua cuoän huùt ngöôïc vôùi chieàu ban ñaàu. Vì vaäy, töø tröôøng hai cuoän trieät tieâu nhau. Keát quaû laø, döôùi taùc duïng cuûa löïc loø xo, baùnh raêng vaø laù ñoàng seõ trôû veà vò trí ban ñaàu. Ñoái vôùi xe coù hoäp soá töï ñoäng, maïch khôûi ñoäng coù theâm coâng taéc an toaøn (Inhibitor switch). Coâng taéc naøy chæ noái maïch khi tay soá ôû vò trí N, P. Treân moät soá xe coù hoäp soá cô khí, coâng taéc an toaøn ñöôïc boá trí ôû baøn ñaïp ly hôïp. d. Khôùp truyeàn ñoäng Laø cô caáu truyeàn moment töø phaàn ñoäng cô ñieän ñeán baùnh ñaø, ñoàng thôøi baûo veä cho ñoäng cô ñieän qua ly hôïp moät chieàu. Hình 3.7: Caáu taïo khôùp truyeàn ñoäng 3.2.3 Sô ñoà tính toaùn vaø ñaëc tính cô baûn cuûa maùy khôûi ñoäng a. Sô ñoà tính toaùn Ñeå xaùc ñònh caùc ñaëc tuyeán cô baûn cuûa maùy khôûi ñoäng (chuû yeáu laø phaàn ñoäng cô ñieän), ta khaûo saùt maïch ñieän cuûa moät maùy khôûi ñoäng loaïi maéc noái tieáp. Sô ñoà tính toaùn ñöôïc trình baøy treân hình 3.8.
44 Chöông 3: Heä thoáng khôûi ñoäng Rd Ikñ Rst Ua Ukñ Eo Ra Eng Rr Hình 3-8: Sô ñoà tính toaùn maùy khôûi ñoäng b. Ñaëc tuyeán vaø ñaùnh giaù hö hoûng thoâng qua caùc ñaëc tuyeán ♦ Ñaëc tuyeán toác ñoä maùy khôûi ñoäng n = f (I) Söùc ñieän ñoäng ngöôïc Eng sinh ra trong cuoän daây phaàn öùng khi maùy khôûi ñoäng quay: e = B.l.v B.l.π.n.D e = 60 P.n e = B.l.τ. 30 P.n e = Φ. 30 Trong ñoù: B : cöôøng ñoä töø tröôøng cuûa nam chaâm l : chieàu daøi khung daây v : vaän toác daøi khung daây P : soá caëp cöïc φ : töø thoâng qua khung daây ω.D π.n V = vaø ω = 2 30 π.D τ = 2P N NP E = .e = Φ. n ng 2a a.60 E ng = Ce . n . Φ a: soá ñoâi maïch maéc song song trong rotor Ce: haèng soá Ce= pn/a.60 N: soá daây daãn trong rotor
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 45 E n = ng Ce .Φ Töø sô ñoà treân hình 3.8 ta coù: Ua = Eo – IRa Ukd = Ua – IRkd Ñoái vôùi sô ñoà treân, theo ñònh luaät Kirchhoff, ta coù theå vieát: E − E = IR + IR + IR + ΔU 0 ng aq d kd ch Eng = E0 − ΔU ch − I ∑ R Trong ñoù: Rd: ñieän trôû daây caùp accu Rkñ: ñieän trôû caùc cuoän daây rotor vaø stator ÌUch: ñoä suït aùp treân choåi than ÌUch = 1,3V ñoái vôùi maùy khôûi ñoäng 12V ÌUch = 2,5V ñoái vôùi maùy khôûi ñoäng 24V Eng ñöôïc xaùc ñònh: E ng = Eo − ΔU ch + IRaq + IRd + IRkd ΔU = I.rch E E − ΔU − I ∑ R n = ng = o ch Ce Ce P, n, M, U ΔP +ΔP ck t no φ M2max Eo I.Rd I.Ra ΔUch I.Rkñ n M Eng I, A M2 Io Inm/2 Inm Hình 3.9: Ñaëc tuyeán maùy khôûi ñoäng
46 Chöông 3: Heä thoáng khôûi ñoäng ÔÛ cheá ñoä taûi nhoû, doøng ñieän qua maùy khôûi ñoäng nhoû vaø töø thoâng cuûa cuoän kích phuï thuoäc tuyeán tính vaøo cöôøng ñoä doøng ñieän φ ≅ KφI E − ΔU − I ∑ R n ≈ 0 ch C .K .I e φ a n = 1 I − a2 Vì vaäy luùc naøy toác ñoä phuï thuoäc vaøo cöôøng ñoä doøng ñieän theo quy luaät hyperbol: E0 − ΔU ch a1 = Ce .Kφ Vôùi: ∑ R a2 = Ce .Kφ ÔÛ cheá ñoä taûi lôùn, doøng qua maùy khôûi ñoäng lôùn vaø maïch töø bò baõo hoøa. Luùc naøy ñaëc tuyeán n = f(I) trôû neân tuyeán tính: φ = const n = b1 –b2.I Doøng ñieän trong maùy khôûi ñoäng lôùn nhaát khi baùnh raêng maùy khôûi ñoäng aên khôùp vôùi baùnh ñaø. Luùc ñoù Eng = 0 vaø I = Inm. ♦ Ñaëc tuyeán moment keùo M = f (I) Moment keùo ñöôïc taïo neân do löïc taùc duïng töông hoã giöõa töø tröôøng cuûa caùc cuoän kích vaø doøng ñieän trong caùc daây daãn phaàn öùng (rotor). M = FD/2 Trong ñoù: F: toång löïc taùc duïng leân caùc khung daây D: ñöôøng kính cuûa rotor F = N.f vôùi f : löïc taùc duïng leân moät khung N: soá khung coù trong rotor B.l.I f = B. l. i = 2a I i = : doøng ñieän chaïy trong moät khung 2a N . B. l . I D M = x 2a 2 N . B . l . I . P π . D M = x 2a . π 2P
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 47 P.N M = × B.l.τ.I 2a.π M = CM . Φ . I Khi taûi nhoû: φ = Kφ.I 2 M = CM.KΦ .I Khi taûi lôùn : Φ = const M ≅ KM.Φ Moment ñaït cöïc ñaïi khi n = 0. Nhö vaäy, luùc taûi nhoû ñaëc tuyeán phuï thuoäc vaøo cöôøng ñoä doøng theo quy luaät parabol vaø khi taûi lôùn ñaëc tuyeán chuyeån sang daïng tuyeán tính. ♦ Ñaëc tuyeán coâng suaát P = (I) Tích soá moment keùo vaø vaän toác goùc cuûa rotor seõ laø coâng suaát ñieän töø P, töùc laø coâng suaát do caùc löïc ñieän töø laøm quay rotor taïo neân. P = M.ω 2π.n ω = 60 π Eng Eng P = CM .Φ.I × × vôùi: n = 30 Ce .Φ Ce .Φ PN π E P = Φ.I × ng 2a 30 PN.Φ 60.a P = I.Eng P = I()E0 − ΔU ch − I ∑ R 2 P = I()E0 − ΔU ch − I ∑ R Laáy ñaïo haøm phöông trình P ñeå tìm giaù trò cöïc ñaïi: dP = E − ΔU − 2I ∑ R = 0 dI 0 ch E − ΔU I I = 0 ch = nm p max 2∑ R 2 Khi n = 0 thì Eng = 0 E0 − ΔU ch − I nm ∑ R = 0 E − ΔU I = 0 ch nm 2∑ R Inm laø doøng ñieän cöïc ñaïi maø maùy khôûi ñoäng tieâu thuï khi noù bò haõm chaët. Thay giaù trò Ipmax vaøo phöông trình P, ta ñöôïc coâng suaát ñieän töø cöïc ñaïi.
48 Chöông 3: Heä thoáng khôûi ñoäng (E − ΔU )2 (E − ΔU )4 P = 0 ch − 0 ch ∑ R max 2∑ R 4∑ R ()E − ΔU 2 P = 0 ch max 4∑ R 2 P1 = U kd .I = []Eng + ()Rs + Rr .I .I = Eng .I + ()Rs + Rr .I P1 = P + ΔPd 2 2. ΔP = I (Rs + Rr ) = I .Rkd P = P2 + ΔPck + ΔPt Trong ñoù: P1 : coâng suaát accu ñöa ñeán maùy khôûi ñoäng. ÌPñ : maát maùt coâng suaát veà ñieän do nhieät sinh ra treân daây. P2 : coâng suaát höõu ích. ÌPck : coâng suaát maát maùt do cô khí (oå bi, choåi than). ÌPt : coâng suaát maát maùt veà töø, chuû yeáu laø doøng Fucoâ. P1 = P2 + ÌPñ + ÌPck + ÌPt P1 = P2 + ÌP Hieäu suaát cuûa maùy khôûi ñoäng P P − ΔP η = 2 = 1 ≈ 0,7 P1 P1 Ñaùnh giaù hö hoûng qua caùc ñaëc tính Caên cöù vaøo caùc ñaëc tuyeán, ta chia hoaït ñoäng cuûa maùy khôûi ñoäng ra laøm 3 cheá ñoä: • Cheá ñoä khoâng taûi öùng vôùi maùy khôûi ñoäng quay ôû toác ñoä khoâng taûi n0, luùc ñoù coâng sinh ra ñuû thaéng ÌPñ , ÌPck , ÌPt. • Cheá ñoä coâng suaát cöïc ñaïi öùng vôùi cöôøng ñoä doøng ñieän gaàn baèng Inm/2. • Cheá ñoä haõm chaët öùng vôùi I = Inm, khi n = 0 vaø M= Mmax Treân thöïc teá, ta coù theå öùng duïng caùc cheá ñoä laøm vieäc thöù nhaát vaø thöù ba ñeå chaån ñoaùn hö hoûng cuûa maùy khôûi ñoäng. ÔÛ cheá ñoä thöù nhaát, neáu toác ñoä khoâng taûi ño ñöôïc cuûa maùy khôûi ñoäng nhoû hôn giaù trò cho pheùp cuûa nhaø cheá taïo n0 vaø cöôøng ñoä doøng ñieän khoâng taûi lôùn hôn bình thöôøng thì hö hoûng xaûy ra chuû yeáu ôû phaàn cô: xem xeùt caùc oå ñôõ vaø choåi than. ÔÛ cheá ñoä thöù ba, neáu doøng ngaén maïch lôùn hôn giaù trò cho pheùp trong khi moment keùo nhoû hôn thì hö hoûng chuû yeáu xaûy ra ôû phaàn ñieän: chaäp maïch caùc voøng daây hoaëc chaïm mass.
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 49 3.3 Caùc cô caáu ñieàu khieån trung gian trong heä thoáng khôûi ñoäng 3.3.1 Relay khôûi ñoäng trung gian Relay khôûi ñoäng laø thieát bò duøng ñeå ñoùng maïch ñieän cung caáp ñieän cho maùy khôûi ñoäng. Thieát bò naøy coù taùc duïng laøm giaûm doøng qua coâng taéc maùy. Hình 3.10: Relay khôûi ñoäng 3.3.2 Relay gaøi khôùp Relay gaøi khôùp duøng ñeå ñaåy baùnh raêng maùy khôûi ñoäng vaøo aên khôùp vôùi voøng raêng baùnh ñaø vaø ñoùng tieáp ñieåm ñöa doøng ñieän ñeán motor ñieän, giöõ yeân tieáp ñieåm cho ñeán heát thôøi gian khôûi ñoäng. 3.3.3 Relay baûo veä khôûi ñoäng a. Coâng duïng Relay baûo veä khôûi ñoäng laø thieát duøng ñeå baûo veä maùy khôûi ñoäng trong nhöõng tröôøng hôïp sau: • Khi taøi xeá khoâng theå nghe ñöôïc tieáng ñoäng cô noå. • Khôûi ñoäng baèng ñieàu khieån töø xa. • Khôûi ñoäng laïi nhieàu laàn. Thieát bò duøng baûo veä khôûi ñoäng coøn goïi laø relay khoùa khôûi ñoäng. Relay khoùa khôûi ñoäng hoaït ñoäng tuøy thuoäc vaøo toác ñoä quay cuûa ñoäng cô. Ta coù theå laáy tín hieäu naøy töø maùy phaùt (daây L cuûa ñeøn baùo saïc vaø diode phuï). Khi khôûi ñoäng, ñieän theá ôû ñaàu L cuûa maùy phaùt taêng. Khi ñoäng cô ñaït toác ñoä ñuû lôùn (ñoäng cô ñaõ noå), relay khoùa khôûi ñoäng seõ ngaét doøng ñieän ñöa ñeán relay cuûa maùy khôûi ñoäng, cho duø taøi xeá vaãn coøn baät coâng taéc khôûi ñoäng. Ngoaøi ra, relay khoùa khôûi ñoäng khoâng cho pheùp khôûi ñoäng khi ñoäng cô ñang hoaït ñoäng. Caáu taïo nguyeân lyù laøm vieäc cuûa relay khoùa khôûi ñoäng Relay khoùa khôûi ñoäng duøng tieáp ñieåm cô khí.
50 Chöông 3: Heä thoáng khôûi ñoäng K ST(IG/SW) L(ALT) BAT STARTING RELAY Hình 3-11: Relay baûo veä khôûi ñoäng Khi baät coâng taéc khôûi ñoäng, doøng ñieän qua Wbv qua cuoän kích maùy phaùt veà mass laøm ñoùng tieáp ñieåm K, doøng ñieän ñeán relay khôûi ñoäng. Khi ñoäng cô hoaït ñoäng, maùy phaùt ñieän baét ñaàu laøm vieäc (ñaàu L coù ñieän aùp baèng ñieän aùp accu nhöng maùy chöa taét coâng taéc khôûi ñoäng), doøng ñieän qua Wbv maát khieán khoùa K môû, ngaét doøng ñeán relay khôûi ñoäng laøm cho maùy khôûi ñoäng khoâng hoaït ñoäng nöõa. 1 Hình 3.12: Sô ñoà thöïc teá maïch baûo veä khôûi ñoäng 1. Accu; 2. Coâng taéc nguoàn; 3. Coâng taéc maùy; 4. Coâng taéc khôûi ñoäng; 5. Ñeøn baùo naïp, 6. Maùy phaùt; 7. Relay baûo veä khôûi ñoäng; 8. Maùy khôûi ñoäng b. Maïch baûo veä khôûi ñoäng ñieàu khieån baèng ñieän töû Trong loaïi naøy, ngöôøi ta söû duïng maïch bieán ñoåi taàn soá sang ñieän theá baèng caùch laáy tín hieäu taàn soá töø daây trung hoaø (N) cuûa maùy phaùt hoaëc ñaàu aâm bobine. Tín hieäu toác ñoä ñoäng cô theå hieän qua taàn soá ñaùnh löûa ñöôïc ñöa ñeán ngoõ vaøo cuûa maïch baûo veä, laøm thay ñoåi taàn soá ñoùng môû cuûa T1. Hieäu ñieän theá trung bình treân tuï C2 phuï thuoäc vaøo taàn soá naøy. Vì vaäy, khi ñoäng cô hoaït ñoäng, transitor T3 seõ ôû traïng thaùi ñoùng vaø maïch khôûi ñoäng seõ khoâng hoaït ñoäng.
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 51 AÂm ST bobine IG (relay ñeà) D2 R5 R6 R1 R10 D1 + C1 R4 R 7 T2 R8 T3 T1 - C2 R R 2 3 D3 Mass R 9 Hình 3.13: Maïch baûo veä khôûi ñoäng duøng OP-AMP 3.3.4 Relay ñoåi ñaáu ñieän aùp Treân moät soá xe coù coâng suaát lôùn thöôøng söû duïng heä thoáng ñieän 12/24V. Heä thoáng ñieän 12V duøng cung caáp cho caùc phuï taûi coøn heä thoáng ñieän 24V duøng ñeå khôûi ñoäng. Hình 3.14 trình baøy sô ñoà ñaáu daây cuûa maïch ñoåi ñieän aùp treân xe IFA. Treân sô ñoà naøy, maùy khôûi ñoäng coù hieäu ñieän theá laøm vieäc laø 24 V trong khi caùc phuï taûi ñieän khaùc vaø maùy phaùt coù ñieän aùp ñònh möùc laø 12V. Ñeå chuyeån ñoåi ñieän aùp trong luùc khôûi ñoäng, thöôøng boá trí relay ñoåi ñieän aùp, relay naøy coù nhieäm vuï ñaáu noái tieáp 2 bình accu 12V ñeå coù 24V khi khôûi ñoäng. Khi keát thuùc khôûi ñoäng hai bình accu seõ ñöôïc maéc song song ñeå maùy phaùt naïp ñieän cho chuùng. Hình 3.14: Maïch khôûi ñoäng vôùi relay ñoåi ñieän 12V-24V
52 Chöông 3: Heä thoáng khôûi ñoäng 3.4 Heä thoáng hoã trôï khôûi ñoäng cho ñoäng cô diesel 3.4.1 Nhieäm vuï vaø phaân loaïi 1. Nhieäm vuï Moät trong nhöõng neùt ñaëc bieät cuûa caùc ñoäng cô diesel laø chuùng coù soá voøng quay khôûi ñoäng toái thieåu lôùn hôn nhieàu so vôùi ñoäng cô xaêng. Soá voøng quay khôûi ñoäng cuûa ñoäng cô xaêng laø 50v÷ 120 v/p , coøn ôû ñoäng cô diesel laø 70÷150 v/p. ÔÛ soá voøng quay naøy, vaøo cuoái quaù trình neùn, aùp suaát vaø nhieät ñoä ñoäng cô môùi ñaït ñuû giaù trò ñeå ñoát chaùy daàu do voøi phun phun vaøo buoàng chaùy. Tuy vaäy, neáu nhieät ñoä khí trôøi vaø nhieät ñoä ñoäng cô thaáp, vieäc khôûi ñoäng vaãn gaëp nhieàu khoù khaên. Ñeå hoã trôï vieäc khôûi ñoäng ñoäng cô ñoàng thôøi giaûm oâ nhieãm khi nhieät ñoä nöôùc coøn thaáp, treân caùc ñoäng cô ngaøy nay thöôøng trang bò heä thoáng xoâng maùy hoaëc xoâng khí naïp. 2. Phaân loaïi Coù hai heä thoáng xoâng maùy: xoâng noùng buoàng ñoát vaø xoâng noùng khí naïp. a. Xoâng noùng buoàng ñoát Caùc bougie xoâng ñöôïc ñaët trong buoàng ñoát phuï cuûa ñoäng cô. Nhôø naêng löôïng ñieän cuûa accu caùc daây ñieän trôû cuûa bougie ñöôïc nung noùng ñeán nhieät ñoä khoaûng 800÷1000oC. Heä thoáng naøy coù hai loaïi bougie: loaïi moät ñieän cöïc vaø loaïi hai ñieän cöïc. Loaïi moät ñieän cöïc: Duøng ñieän ñöa tröïc tieáp ñeán ñaàu cuïc bougie xoâng qua ñieän trôû roài veà mass. Loaïi naøy thöôøng coù ñieän trôû lôùn. Caùc bougie ñöôïc maéc song song trong maïch neân neáu moät bougie bò ñöùt thì caùc bougie khaùc vaãn laøm vieäc bình thöôøng. Loaïi hai ñieän cöïc: Ñieän trôû bougie ñöôïc noái tröïc tieáp vôùi ñieän cöïc ngoaøi. Caùc ñieän trôû bougie ñeàu ñöôïc caùch ñieän vaø maéc noái tieáp trong maïch. Loaïi naøy coù ñieän trôû nhoû. b. Xoâng noùng khoâng khí naïp Duøng ñieän trôû ñaët taïi oáng goùp huùt sau loïc gioù, söû duïng nguoàn ñieän accu ñeå xoâng. Loaïi naøy ít phoå bieán. 3.4.2 Heä thoáng xoâng tröôùc vaø trong khi khôûi ñoäng oâtoâ Heä thoáng xoâng tröôùc vaø trong khi khôûi ñoäng oâtoâ coù hai loaïi: xoâmh thöôøng vaø xoâng nhanh. a. Heä thoáng xoâng thöôøng ñöôïc moâ taû treân hình 3.15.
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 53 B+ IG SW Ñieän trôû R ON baùo Relay Bougie xoâng xoâng Hình 3.15: Sô ñoà heä thoáng xoâng ñieàu khieån thöôøng Heä thoáng xoâng naøy thöôøng coù treân caùc xe ñôøi cuõ. Caùc bougie xoâng ñöôïc maéc noái tieáp vôùi ñieän trôû baùo xoâng. Caùc bougie khoâng ñöôïc ñieàu khieån töï ñoäng ngaét maø phuï thuoäc vaøo taøi xeá. Khi baät coâng taéc xoâng ôû vò trí (R ), taøi xeá seõ ñôïi ñeán khi ñieän trôû baùo xoâng noùng ñoû môùi chuyeån coâng taéc qua vò trí khôûi ñoäng. Trong moät soá tröôøng hôïp, thôøi gian caàn thieát ñeå caùc bougie xoâng ñaït nhieät ñoä laøm vieäc ñöôïc ñònh saün vaø baùo baèng ñeøn baùo xoâng. Khi ñeøn baùo xoâng taét, thôøi gian xoâng caàn thieát ñaõ ñuû. b. Heä thoáng xoâng nhanh Heä thoáng xoâng nhanh giuùp caûi thieän khaû naêng khôûi ñoäng vaø giaûm bôùt khoùi khi khôûi ñoäng laïnh (hình 3.16). Trong loaïi xoâng naøy neáu nhieät ñoä laøm maùt nhoû hôn 600C, coâng taét nhieät seõ ôû traïng thaùi OFF. Tín hieäu naøy ñöôïc göûi veà boä ñieàu khieån. Neáu coâng taéc maùy ôû vò trí ON ñeøn baùo xoâng seõ saùng, ñoàng thôøi ñieàu khieån noái mass cho relay xoâng hoaït ñoäng, cung caáp doøng raát lôùn ñeán caùc bougie xoâng ñeå xoâng nhanh. Ñieän trôû bougie loaïi naøy khaù nhoû. Ñeøn baùo xoâng taét sau 3,5 giaây, baùo cho taøi xeá bieát ñoäng cô ñaõ saün saøng cho vieäc khôûi ñoäng. Luùc naøy, nhieät ñoä bougie xoâng ñaït khoaûng 800oC. Khi ñoäng cô ñaõ noå vaø coâng taéc maùy traû veà vò trí ON thì boä ñieàu khieån seõ ngaét relay xoâng sau 18 giaây(hình 3.16).ON + IG SW ST Accu 3 Relay xoâng Coâng taéc nhieät 7 4 Ñoäng cô 1 Hoäp ñieàu 2 Bougie khieån 5
54 Chöông 3: Heä thoáng khôûi ñoäng Hình 3.16: Sô ñoà nguyeân lyù heä thoáng xoâng nhanh (IZUSU) Khi nhieät ñoä nöôùc laøm maùt lôùn hôn 60oC, coâng taét nhieät chuyeån sang vò trí ON ñeøn baùo xoâng taét sau 0,3 giaây. Ñaàu daây B AC R ON ST Ñeøn baùo xoâng LOCK ACC Hoäp ñieàu khieån xoâng nhanh ON 1 Key position START 4 5 7 3 6 Coâng taéc nhieät Relay xoâng Bougie xoâng Maùy khôûi + ñoäng M + Hình 3.17: Sô ñoà thöïc teá heä thoáng xoâng nhanh 3.4.3 Heä thoáng xoâng sau khi khôûi ñoäng Treân moät soá xe ñôøi môùi, ngöôøi ta söû duïng heä thoáng xoâng nhanh (QOS – Quick On Start) keøm theo ñieàu khieån cheá ñoä caàm chöøng eâm (Hình 3.18). Heä thoáng xoâng naøy bao goàm hai relay xoâng. Relay 1 phuïc vuï cho vieäc xoâng nhanh gioáng nhö ñaõ trình baøy trong phaàn treân. Sau khi ñoäng cô ñaõ noå relay 2 laøm vieäc, doøng ñieän tôùi bougie xoâng ñi qua ñieän trôû phuï, tieáp tuïc xoâng ôû möùc ñoä thaáp hôn, ñaûm baûo ñoäng cô noå eâm vaø khoâng khoùi khi nhieät ñoä nöôùc laøm maùt coøn thaáp.
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 55 Caùc bougie xoâng ñöôïc noái song song vôùi nhau vaø cuøng noái tieáp vôùi ñieän trôû ñieàu khieån. Khi coâng taéc khôûi ñoäng ñöôïc baät, doøng ñieän chaïy qua ñieän trôû ñieàu khieån vaø bougie xoâng, laøm cho bougie noùng leân. Khi bougie xoâng hoûng: 1. Ñieän trôû toång taêng bôûi vì caùc bougie xoâng ñöôïc noái song song. 2. Doøng ñieän giaûm. 3. Ñaàu nung cuûa bougie xoâng khoâng ñuû thôøi gian. Nhö vaäy, quaù trình khôûi ñoäng xaáu ñi. Luùc naøy, doøng ñieän qua ñieän trôû cuõng giaûm, vaø thôøi gian yeâu caàu qua maïch phaûi keùo daøi. Noùi caùch khaùc, doøng ñieän trong maïch bò giaûm ñi. Heä thoáng xoâng nhanh doø nhieät ñoä ñoäng cô vaø ñieàu khieån doøng ñieän chaïy qua maïch bougie xoâng ñeå ñieàu khieån xoâng nhanh tröôùc khi khôûi ñoäng. TEÂN CHÖÙC NAÊNG Boä ñieàu khieån 1. Ñieàu khieån maïch xoâng ñeán khi nhieät ñoä bougie xoâng ñaït (Controller) 900oC. 2. Coù maïch ñònh thôøi ñeå ñieàu khieån ñeøn baùo xoâng saùng trong 3,5s (hoaëc 0,3s khi nhieät ñoä ñoäng cô ñaït 600C). 3. Döïa vaøo giaù trò ñieän trôû nhaän ñöôïc trong caûm bieán doøng vaø ñieän trôû bougie xoâng seõ ñieàu khieån nhieät ñoä xoâng. 4. Ñieàu khieån relay xoâng theo nhieät ñoä ñoäng cô. Relay xoâng Ñieàu khieån maïch xoâng nhanh tröôùc khi khôûi ñoäng vaø xoâng oån ñònh sau khôûi ñoäng. Ñieän trôû phuï Ñieän trôû coá ñònh laøm cho ñieän aùp treân bougie xoâng giaûm trong cheá ñoä xoâng oån ñònh. Ñieän trôû caûm bieán Laø cô sôû ñeå nhaän bieát ñieän trôû bougie xoâng. doøng Bougie xoâng Nung noùng daây nung beân trong bougie. Coâng taéc nhieät Nhaän bieát nhieät ñoä ñoäng cô (coù thaáp hôn 60oC) vaø gôûi tín hieäu ñeán hoäp ñieàu khieån.
56 Chöông 3: Heä thoáng khôûi ñoäng Coâng taéc maùy “ON” NO Coâng taéc nhieät “ON” YES Xoâng nhanh Duy trì nhieät ñoä Relay 1 “ON” Relay 1 “OFF” Relay 2 “OFF” Relay 2 “ON” NO Ñieän trôû bougie xoâng ≥ 11Ω YES Duy trì nhieät ñoä Relay 1 “OFF” Relay 2 “ON” Khôûi ñoäng ñoäng cô Hình 3.18 Sô ñoà thuaät toaùn ñieàu khieån xoâng nhanh Döõ lieäu veà nhieät ñoä ñoäng cô (coù hay khoâng theo giaù trò ñaët tröôùc) ñöôïc ñöa ñeán boä ñieàu khieån döôùi daïng tín hieäu ON – OFF. Hôn nöõa, döïa vaøo giaù trò ñieän trôû cuûa bougie xoâng vaø ñieän trôû caûm bieán, coù theå tìm ra nhieät ñoä bougie xoâng coù ñuû lôùn cho ñoäng cô khôûi ñoäng hay khoâng. Nhôø tín hieäu naøy, boä ñieàu khieån tín ra thôøi gian xoâng tröôùc vaø cho ra quyeát ñònh coù neân tieáp tuïc xoâng hay khoâng. Sau khi coâng taéc khôûi ñoäng ñöôïc baät, boä ñieàu khieån seõ kieåm soaùt thôøi gian xoâng. Hoaït ñoäng cuûa heä thoáng khi nhieät ñoä nöôùc thaáp hôn 60oC ñöôïc moâ taû treân giaûn ñoà hình 3.19, coøn sô ñoà maïch xoâng ñöôïc trình baøy treân hình 3.20.
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 57 ST Coâng taéc maùy ON ST 3.5 sec Ñeøn baùo ON xoâng OFF Ñoäng cô Relay “ON” khôûi xoâng 1 “OFF” ñoäng Relay “OFF” xoâng 2 “ON” Nhieät ñoä cuûa bougie xoâng Xoâng tröôùc OÅn ñònh Hình 3.19. Giaûn ñoà hoaït ñoäng heä thoáng xoâng nhanh khi nhieät ñoä nöôùc thaáp hôn 60oC Coâng taéc IG B1 ST + - Relay xoâng 1 Relay xoâng 2 ÑOÄNG CÔ Ñeøn Buogie xoâng Caûm bieán Ñ ieän trôû phuï nhieät ñoä Ñieän trôû caûm BOÄ ÑIEÀU bieán KHIEÅN Hình 3.20 Sô ñoà maïch heä thoáng xoâng nhanh
58 Chöông 3: Heä thoáng khôûi ñoäng a. Khi nhieät ñoä ñoäng cô thaáp hôn 60oC ¾ Khi coâng taéc maùy ON − Ñeøn baùo saùng. − Relay xoâng 1 ñoùng, moät doøng ñieän lôùn ñi qua bougie xoâng ñeå maïch xoâng noùng leân nhanh choùng. − Ñeøn baùo xoâng taét sau khoaûng 3,5 giaây (khi ñeøn taét baùo hieäu ñoäng cô coù theå saün saøng khôûi ñoäng). ¾ Khi coâng taéc maùy ôû vò trí start − Baét ñaàu khôûi ñoäng vaø heä thoáng xoâng nhanh vaãn tieáp tuïc xoâng (ñeøn baùo saùng laïi ñoàng thôøi vôùi coâng taéc ñang baät ôû start). − Relay xoâng 2 cuõng ñoùng nhöng doøng ñieän trong maïch giaûm bôûi ñieän trôû phuï. − Nhieät ñoä bougie xoâng ñaït gaàn 900oC khoaûng 7 giaây sau khi baét ñaàu xoâng vaø relay xoâng 1 taét döôùi khieån cuûa boä ñieàu khieån baèng caùch doø giaù trò ñieän trôû cuûa ñieän trôû caûm bieán doøng. Töông töï nhö treân, doøng ñieän chaïy qua relay xoâng 2 vaø ñieän trôû phuï ñeå duy trì nhieät ñoä bougie xoâng khoaûng 900oC. Söï ñoùng ngaét cuûa cheá ñoä xoâng oån ñònh nhaèm cho daây nung cuûa bougie xoâng khoûi ñöùt khi nhieät ñoä taêng leân quaù möùc bình thöôøng. − Maïch xoâng tröôùc bò ngaét khi ñoäng cô noå vaø coâng taéc ñöôïc traû veà vò trí ban ñaàu (ñeøn baùo xoâng cuõng taét). b. Khi nhieät ñoä ñoäng cô cao hôn 60oC ¾ Khi coâng taéc maùy ON − Ñeøn baùo xoâng saùng vaø taét sau khoaûng 0,3 giaây cho bieát ñoäng cô saün saøng khôûi ñoäng. − Coâng taéc nhieät vaãn coøn ON khi nhieät ñoä ñoäng cô treân 60oC, relay xoâng 1 giöõ nguyeân traïng thaùi trong cheá ñoä ñieàu khieån xoâng nhanh. ¾ Khi coâng taéc maùy ôû vò trí START − Relay xoâng 2 ñoùng, ñöa ñieän aùp maùy phaùt ñeán ñieän trôû phuï trong cheá ñoä xoâng oån ñònh, nhôø vaäy ñoäng cô coù theå saün saøng cho vieäc khôûi ñoäng (ñeøn baùo xoâng saùng trôû laïi ñoàng thôøi vôùi coâng taéc ôû vò trí START).
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 59 ST Coâng taéc maùy ON ST 0.3 sec Ñeøn baùo ON xoâng OFF Ñoäng cô Relay “ON” khôûi xoâng 1 “OFF” ñoäng Relay “OFF” xoâng 2 “ON” Nhieät ñoä cuûa bougie xoâng Hình 3.21: Giaûn ñoà hoaït ñoäng heä thoáng xoâng nhanh khi nhieät ñoä nöôùc cao hôn 600C c. Tröôøng hôïp coâng taéc maùy baät sang vò trí ST tröôùc khi ñeøn baùo xoâng taét (Ñöôøng chaám chaám chæ tröôøng hôïp ñieàu khieån bình thöôøng) − Khi baät coâng taéc khôûi ñoäng tröôùc khi ñeøn baùo xoâng taét, nhieân lieäu khoâng chaùy bôûi vì nhieät ñoä bougie xoâng khoâng ñaït ñeán nhieät ñoä cho pheùp khôûi ñoäng. Keát quaû laø ñoäng cô quay nhöng khoâng noå cho ñeán khi nhieät ñoä bougie xoâng taêng leân ñeán möùc yeâu caàu vaø caàn thôøi gian khôûi ñoäng daøi. Noùi caùch khaùc, luùc baät coâng taéc ñeà, ñoäng cô khôûi ñoäng raát khoù khaên.
60 Chöông 3: Heä thoáng khôûi ñoäng ST Coâng taéc maùy ON ST Ñeøn baùo ON xoâng OFF Ñoäng cô “ON” Relay khôûi xoâng 1 “OFF” ñoäng Relay “OFF” xoâng 2 “ON” o 900 C Nhieät ñoä cuûa bougie xoâng Hình 3.22 Giaûn ñoà hoaït ñoäng heä thoáng xoâng nhanh khi baät ñeà tröôùc khi ñeøn baùo xoâng taét d. Tröôøng hôïp coâng taéc khôûi ñoäng baät moät thôøi gian sau khi ñeøn baùo xoâng taét: − Khi nhieät ñoä bougie ñaït ñöôïc 900oC vaø coâng taéc khôûi ñoäng chöa baät sang vò trí [ST], maïch baûo veä bougie xoâng trong boä ñieàu khieån ngaét relay xoâng 1 vaø nhieät ñoä bougie xoâng giaûm xuoáng. Tieáp theo, khi coâng taéc khôûi ñoäng baät [ST] vaø nhieät ñoä giaûm xuoáng. Khi coâng taéc baät sang [ST] vaø nhieät ñoä döôùi 650oC, boä ñieàu khieån seõ ñieàu khieån ñoùng relay xoâng 1 ñeå taêng nhieät ñoä leân treân 650oC, cheá ñoä xoâng oån ñònh tieáp tuïc.
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 61 ST Coâng taéc maùy ON ST 3.5 sec Ñeøn baùo ON xoâng OFF Ñoäng cô Relay “ON” khôûi xoâng 1 “OFF” ñoäng “OFF” Relay xoâng 2 “ON” Nhieät ñoä cuûa bougie xoâng Hình 3.23. Giaûn ñoà hoaït ñoäng heä thoáng xoâng nhanh khi baät ñeà sau khi ñeøn baùo xoâng taét 3.4.4 Heä thoáng xoâng nhanh vaø caàm chöøng eâm Q.S.S.I (Quick Start and Silent Idling) Söï khaùc nhau giöõa Q.O.S vaø Q.S.S.I laø Q.S.S.I coù theâm giai ñoaïn xoâng sau khi khôûi ñoäng. Heä thoáng xoâng treã giöõ cho maïch xoâng hoaït ñoäng moät khoaûng thôøi gian sau khi ñoäng cô khôûi ñoäng ñeå baûo ñaûm nhieân lieäu chaùy hoaøn toaøn, nhôø theá, laøm giaûm kích noå ôû toác ñoä caàm chöøng, ñoàng thôøi giaûm khoùi traéng thoaùt ra sau khi ñoäng cô khôûi ñoäng laïnh cuõng nhö laø moät bieän phaùp caûi thieän ñaëc tuyeán taêng toác cuûa ñoäng cô .
62 Chöông 3: Heä thoáng khôûi ñoäng Coâng taéc ACC ON + R ST Relay Ñeøn baùo Relay xoâng 2 xoâng 1 Bougie xoâng Ñieän trôû Caûm bieán phuï ñoä nhieät Boä ñònh thôøi Caûm bieán toác ñoä xe Hình 3.24 Sô ñoà heä thoáng xoâng nhanh vaø caàm chöøng eâm Heä thoáng xoâng sau khi khôûi ñoäng döïa treân cô sôû thieát keá cuûa heä thoáng xoâng nhanh vaø moät soá phaàn bao goàm: Boä phaän Chöùc naêng Boä ñònh thôøi; bougie xoâng Ñieàu khieån khoaûng thôøi gian 3 phuùt sau khi baät coâng taéc ñeà Caûm bieán toác ñoä xe Ñoàng hoà toác ñoä ñöôïc baùo döïa vaøo caûm bieán toác ñoä xe. Coâng taéc löôõi gaø ñöôïc gaén trong boä phaän ño toác ñoä. Noù ñöôïc gaén beân phaûi gaàn nam chaâm cuûa caûm bieán toác ñoä. Löôõi gaø seõ ñöôïc huùt vaø nhaû khi nam chaâm quay. Tín hieäu xung ON – OFF töø söï huùt nhaû cuûa löôõi gaø ñöôïc gôûi ñeán boä timer 4 laàn trong moät voøng cuûa daây caùp toác ñoä. • Hoaït ñoäng ∗ Khi nhieät ñoä ñoäng cô döôùi 60oC Heä thoáng naøy coù moät chöùc naêng laø vaãn tieáp tuïc ñieàu khieån xoâng thaäm chí sau ñoäng cô khôûi ñoäng mieãn laø caàn thieát. Ñoù laø chöùc naêng ñöôïc theâm vaøo trong heä thoáng naøy so vôùi heä thoáng Q.O.S. Söï ñieàu khieån cuûa heä thoáng naøy töông töï nhö heä thoáng Q.O.S khi nhieät ñoä ñoäng cô treân 600C vaø quaù trình xoâng döøng khi coâng taéc khôûi ñoäng ñöôïc giöõ ôû vò trí ON sau khi khôûi ñoäng ñoäng cô. ∗ Khi coâng taéc khôûi ñoäng baät sang ON − Ñeøn baùo xoâng saùng.
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi – heä thoáng ñieän ñoäng cô 63 − Relay xoâng [1] cuõng hoaït ñoäng vaø cho moät doøng ñieän lôùn ñi qua maïch bougie xoâng cho quaù trình xoâng nhanh. − Ñeøn baùo xoâng taét sau khoaûng 0,3 giaây ñeå baùo raèng ñoäng cô saün saøng khôûi ñoäng. ∗ Khi coâng taéc khôûi ñoäng baät sang START − Khôûi ñoäng ñoäng cô vaø quaù trình xoâng tieáp tuïc (ñeøn baùo xoâng saùng trôû laïi khi coâng taéc vaãn ôû vò trí START). − Relay xoâng [2] hoaït ñoäng nhöng doøng ñieän bò giaûm ñi do luùc naøy ñieän trôû phuï ñöôïc theâm vaøo trong maïch. − Khi bougie xoâng ñaït ñeán nhieät ñoä khoaûng 900oC, boä ñieàu khieån ñieàu khieån relay xoâng [1] ngöng hoaït ñoäng nhôø vaøo tín hieäu baùo veà töø ñieän trôû caûm bieán doøng. − Keát quaû laø doøng ñieän chaûy qua relay xoâng [2] vaø giaûm aùp qua ñieän trôû phuï ñöa maïch vaøo cheá ñoä xoâng oån ñònh. − Khi nhieät ñoä bougie xoâng giaûm, relay xoâng [1] hoaït ñoäng trôû laïi cho ñeán khi nhieät ñoä ñaït laïi khoaûng 900oC. Ñieàu naøy seõ laëp ñi laëp laïi vaø nhieät ñoä bougie xoâng seõ dao ñoäng quanh 900oC. ST Coâng taéc ON maùy ST Relay “ON" xoâng 1 “OFF” Relay “ON” xoâng 2 “OFF” 15 s 3 phuùt Nhieät ñoä cuûa bougie xoâng Hình 3.25 Giaûn ñoà hoaït ñoäng cuûa heä thoáng xoâng nhanh vaø caàm chöøng eâm ∗ Khi ñoäng cô ñöôïc khôûi ñoäng vaø coâng taéc khôûi ñoäng traû veà vò trí ON − Ñeøn baùo xoâng taét nhöng relay xoâng [2] vaãn hoaït ñoäng. − Sau khi coâng taéc khôûi ñoäng traû veà vò trí ON, relay xoâng [1] vaãn hoaït ñoäng cho cheá ñoä xoâng nhanh trong thôøi gian khoaûng 15 giaây khi nhieät ñoä bougie xoâng thaáp. − Relay xoâng [2] hoaït ñoäng trong khoaûng 3 giaây sau khi coâng taéc traû veà ON ñeå ñieàu khieån heä thoáng xoâng sau khi khôûi ñoäng.
64 Chöông 3: Heä thoáng khôûi ñoäng Hôn nöõa, khi 4 ñieàu kieän döôùi ñaây ñöôïc thoûa maõn sau khi ñoäng cô khôûi ñoäng, quaù trình xoâng oån ñònh seõ hoã trôï quaù trình chaùy toát hôn trong suoát thôøi gian khôûi ñoäng ban ñaàu: 1. Trong voøng 3 phuùt sau khi baét ñaàu quaù trình xoâng (töø ñieåm A Æ B). 2. Nhieät ñoä ñoäng cô döôùi 60oC (coâng taéc nhieät OFF). 3. Toác ñoä xe sau khi ñoäng cô khôûi ñoäng laø 18 km/h hoaëc thaáp hôn. 4. Ñoäng cô ñang hoaït ñoäng.
4.1 Nhieäm vuï vaø yeâu caàu Ñeå cung caáp naêng löôïng cho caùc phuï taûi treân oâtoâ, caàn phaûi coù boä phaän taïo ra nguoàn naêng löôïng coù ích. Nguoàn naêng löôïng naøy ñöôïc taïo ra töø maùy phaùt ñieän treân oâtoâ. Khi ñoäng cô hoaït ñoäng, maùy phaùt cung caáp ñieän cho caùc phuï taûi vaø naïp ñieän cho accu. Ñeå baûo ñaûm toaøn boä heä thoáng hoaït ñoäng moät caùch hieäu quaû, an toaøn, naêng löôïng ñaàu ra cuûa maùy phaùt (naïp vaøo accu) vaø naêng löôïng yeâu caàu cho caùc taûi ñieän phaûi thích hôïp vôùi nhau. Yeâu caàu ñaët ra cho maùy phaùt phuï thuoäc vaøo kieåu vaø caáu truùc maùy phaùt laép treân xe hôi, ñöôïc xaùc ñònh bôûi vieäc cung caáp naêng löôïng ñieän cho caùc taûi ñieän vaø accu. Coù hai loaïïi maùy phaùt: maùy phaùt moät chieàu (generator) vaø maùy phaùt ñieän xoay chieàu (alternator). Caùc maùy phaùt moät chieàu ñöôïc söû duïng treân xe theá heä cuõ neân trong quyeån saùch naøy khoâng ñeà caäp ñeán. 1. Nhieäm vuï Maùy phaùt ñieän xoay chieàu laø nguoàn naêng löôïng chính treân oâtoâ. Noù coù nhieäm vuï cung caáp ñieän cho caùc phuï taûi vaø naïp ñieän cho accu treân oâtoâ. Nguoàn ñieän phaûi baûo ñaûm moät hieäu ñieän theá oån ñònh ôû moïi cheá ñoä phuï taûi vaø thích öùng vôùi moïi ñieàu kieän moâi tröôøng laøm vieäc. 2. Yeâu caàu Maùy phaùt phaûi luoân taïo ra moät hieäu ñieän theá oån ñònh (13,8V – 14,2V ñoái vôùi heä thoáng ñieän 14V) trong moïi cheá ñoä laøm vieäc cuûa phuï taûi. Maùy phaùt phaûi coù caáu truùc vaø kích thöôùc nhoû goïn, troïng löôïng nhoû, giaù thaønh thaáp vaø tuoåi thoï cao. Maùy phaùt cuõng phaûi coù ñoä beàn cao trong ñieàu kieän nhieät ñoä vaø ñoä aåm lôùn, coù theå laøm vieäc ôû nhöõng vuøng coù nhieàu buïi baån, daàu nhôùt vaø ñoä rung ñoäng lôùn. Vieäc duy tu vaø baûo döôõng caøng ít caøng toát. 3. Nhöõng thoâng soá cô baûn heä thoáng cung caáp ñieän Hieäu ñieän theá ñònh möùc: Phaûi baûo ñaûm Uñm = 14V ñoái vôùi nhöõng xe söû duïng heä thoáng ñieän 12V, Uñm = 28V ñoái vôùi nhöõng xe söû duïng heä thoáng ñieän 24V. Coâng suaát maùy phaùt: Phaûi ñaûm baûo cung caáp ñieän cho taát caû caùc taûi ñieän treân xe hoaït ñoäng. Thoâng thöôøng, coâng suaát cuûa caùc
66 Chöông 4: Heä thoáng cung caáp ñieän treân oâtoâ maùy phaùt treân oâtoâ hieän nay vaøo khoaûng Pmf = 700 – 1500W. Doøng ñieän cöïc ñaïi: Laø doøng ñieän lôùn nhaát maø maùy phaùt coù theå cung caáp Imax = 70 – 140A. Toác ñoä cöïc tieåu vaø toác ñoä cöïc ñaïi cuûa maùy phaùt: nmax, nmin phuï thuoäc vaøo toác ñoä cuûa ñoäng cô ñoát trong. nmin = ni x i Trong ñoù: i - tæ soá truyeàn ni - toác ñoä caàm chöøng cuûa ñoäng cô i = 1,5 - 2. Hieän nay treân xe ñôøi môùi söû duïng maùy phaùt cao toác neân tæ soá truyeàn i cao hôn. o Nhieät ñoä cöïc ñaïi cuûa maùy phaùt t max : laø nhieät ñoä toái ña maø maùy phaùt coù theå hoaït ñoäng. Hieäu ñieän theá hieäu chænh: laø hieäu ñieän theá laøm vieäc cuûa boä tieát cheá Uhc = 13,8 – 14,2V. 4.2 Sô ñoà toång quaùt, sô ñoà cung caáp ñieän vaø phaân boá taûi 4.2.1 Sô ñoà toång quaùt vaø sô ñoà cung caáp ñieän HT ñieàu khieån ñoäng cô HT HT (Ñaùnh löûa & phun xaêng) chieáu saùng tín hieäu HT thoâng tin Accu HT giaûi trí trong xe HT ñieàu hoøa khoâng khí Maùy phaùt HT khoùa cöûa ñieän & baûo veä xe HT ÑK phanh HT khôûi ñoäng HT gaït & HT khoaù ñai an ñoäng cô xoâng kính toaøn & ÑK tuùi khí Hình 4.1: Sô ñoà heä thoáng cung caáp ñieän toång quaùt a. Sô ñoà caùc taûi coâng suaát ñieän treân oâtoâ Phuï taûi ñieän treân oâtoâ coù theå chia laøm 3 loaïi: taûi thöôøng tröïc laø nhöõng phuï taûi lieân tuïc hoaït ñoäng khi xe ñang chaïy, taûi giaùn ñoaïn trong thôøi gian daøi vaø taûi
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi– heä thoáng ñieän ñoäng cô 67 giaùn ñoaïn trong thôøi gian ngaén. Treân hình 4.2 trình baøy sô ñoà phuï taûi ñieän treân oâtoâ hieän ñaïi. MAÙY PHAÙT ACCU Taûi hoaït ñoäng giaùn ñoaïn Taûi hoaït ñoäng giaùn ñoaïn Taûi thöôøng tröïc trong thôøi gian daøi trong thôøi gian ngaén Heä thoáng Car radio Ñeøn baùo reõ Ñeøn söông muø ñaùnh löûa 20W 10 - 15W 4 x 21W 2 x 35W Ñeøn stop Ñeøn de Bôm nhieân Ñeøn baùo treân 2 x 21W 2 x 21W lieäu 50 - 70W tableau 8x2W Ñeøn traàn 5W Motor gaït nöôùc Heä thoáng 60 - 90W Ñeøn kích phun nhieân Motor ñieàu Khôûi ñoäng ñieän thöôùc 4x10W lieäu khieån kính 800 - 3000W 70 - 100W 4 x 30W Ñeøn ñaäu Quaït laøm maùt 4 x 3-5W Quaït ñieàu ñoäng cô hoaø nhieät ñoä 2 x 100W Ñeøn coát 2 x 80W 4 x 55W Moài thuoác Xoâng kính 100W Ñeøn pha 120W 4 x 60W Heä thoáng xoâng Motor phun maùy (ñoäng cô Ñeøn soi bieån nöôùc röûa diesel) 100W soá 2 x 5W kính 30-60W Motor ñieàu Coøi 25 - 40W khieån anten 60W Hình 4.2: Sô ñoà phuï taûi ñieän treân oâtoâ
68 Chöông 4: Heä thoáng cung caáp ñieän treân oâtoâ 4.2.2 Cheá ñoä laøm vieäc giöõa accu - maùy phaùt vaø söï phaân boá taûi r1 Ia IL Imf ra Ea Umf RL Hình 4.3: Sô ñoà tính toaùn heä thoáng cung caáp ñieän Söï phaân boá taûi giöõa maùy phaùt vaø accu ñöôïc theå hieän treân hình 4.3. Theo ñònh luaät Kirchhoff ta coù theå vieát: Umf = r1.Imf + IL.RL (4.1) Ea = ra.Ia + IL.RL (4.2) IL = Ia + Imf (4.3) Hay r1.Imf + 0.Ia + IL.RL = Umf 0.Imf + ra.Ia + IL.RL = Ea Imf + Ia - IL = 0 U mf 0 R L Ea ra R L 0 1 −1 U mf ()− ra − R L + R L .Ea Imf = = (4.4) r1 0 R L r1 ()− ra − R L − R L .ra 0 ra R L 1 1 −1 U mf (ra + R L ) − R L Ea R L (Umf − Ea ) + raU mf Imf = = (4.5) r1(ra + R L ) + R L ra R L (ra + r1 ) + r1ra r1 U mf rL 0 Ea RL 1 0 −1 − ()U mf − Ea RL + Ea .r1 I a = = (4.6) r1 0 U mf RL ()ra + r1 + r1.ra 0 ra RL 1 1 −1
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi– heä thoáng ñieän ñoäng cô 69 r1 0 U mf 0 ra Ea 1 1 0 U mf .Ra + Ea .r1 IL = = (4.7) r1 0 R L R L ()ra + r1 + r1.ra 0 ra R L 1 1 −1 Trong ñoù: Imf : doøng ñieän maùy phaùt. Ea,ra : söùc ñieän ñoäng vaø ñieän trôû trong cuûa accu. RL : ñieän trôû töông ñöông caùc phuï taûi ñieän. IL : doøng ñieän qua caùc phuï taûi. Ia : doøng ñieän naïp vaøo accu. r1 : ñieän trôû caùc cuoän daây maùy phaùt vaø daây daãn. Caên cöù vaøo bieåu thöùc cuûa caùc cöôøng ñoä doøng ñieän neâu treân, ta coù theå chia söï phaân taûi giöõa maùy phaùt vaø accu laøm ba cheá ñoä: Cheá ñoä thöù nhaát: ñaây laø cheá ñoä khoâng taûi öùng vôùi tröôøng hôïp khoâng maéc ñieän trôû ngoaøi (maùy phaùt chaïy khoâng taûi). Khi ñoù RL → ∞ → IL = 0. ÔÛ cheá ñoä naøy, maùy phaùt chuû yeáu naïp cho accu vaø doøng ñieän naïp phuï thuoäc vaøo söï cheânh leäch giöõa hieäu ñieän theá hieäu chænh cuûa maùy phaùt vaø söùc ñieän ñoäng cuûa accu. Umf - Ea Imf = ⎯⎯⎯⎯ ra + r1 Ea - Umf Ia = ⎯⎯⎯⎯ ra + r1 Cheá ñoä thöù hai: laø cheá ñoä taûi trung bình. Khi caùc phuï taûi ñieän ñang hoaït ñoäng coù ñieän trôû töông ñöông RL < ∞, sao cho IL < Imf, maùy phaùt seõ ñaûm nhaän nhieäm vuï cung caáp ñieän cho caùc phuï taûi naøy vaø doøng naïp seõ giaûm. ÔÛ cheá ñoä naøy, maùy phaùt cung caáp ñieän cho hai nôi: moät phaàn cho accu vaø moät phaàn cho phuï taûi. Ea .r1 Khi ñieän trôû töông ñöông cuûa caùc phuï taûi ñaït giaù trò RL = thì doøng U mf − Ea naïp baèng khoâng Cheá ñoä thöù ba: laø cheá ñoä quaù taûi xaûy ra trong tröôøng hôïp môû quaù nhieàu phuï taûi. Khi ñoù RL → 0. Neáu ñieän trôû töông ñöông cuûa caùc phuï taûi ñieän ñang laøm vieäc RL < (Ea.r1)/(Umf - Ea), accu baét ñaàu phoùng ñieän, hoã trôï moät phaàn ñieän naêng cho maùy phaùt. 4.3 Maùy phaùt ñieän 4.3.1 Phaân loaïi vaø ñaëc ñieåm caáu taïo A. Phaân loaïi Trong heä thoáng ñieän oâtoâ hieän nay thöôøng söû duïng ba loaïi maùy phaùt ñieän xoay chieàu sau:
70 Chöông 4: Heä thoáng cung caáp ñieän treân oâtoâ • Maùy phaùt ñieän xoay chieàu kích thích baèng nam chaâm vónh cöûu, thöôøng ñöôïc söû duïng treân caùc xe gaén maùy. • Maùy phaùt ñieän xoay chieàu kích thích baèng ñieän töø coù voøng tieáp ñieän, söû duïng treân caùc oâtoâ. • Maùy phaùt ñieän xoay chieàu kích thích baèng ñieän töø khoâng coù voøng tieáp ñieän söû duïng chuû yeáu treân maùy keùo vaø caùc xe chuyeân duïng. B. Ñaëc ñieåm caáu taïo a. Maùy phaùt kích töø baèng nam chaâm vónh cöûu Phaàn lôùn maùy phaùt ñieän xoay chieàu kích thích baèng nam chaâm vónh cöûu ñang ñöôïc söû duïng ñeàu coù rotor laø nam chaâm quay. Maïch töø cuûa maùy phaùt naøy khaùc nhau chuû yeáu ôû keát caáu cuûa rotor vaø coù theå chia laøm boán loaïi chính: rotor nam chaâm troøn, rotor nam chaâm hình sao vôùi maù cöïc hoaëc khoâng maù cöïc, rotor hình moùng vaø rotor nam chaâm xeáp. Ñôn giaûn nhaát laø loaïi rotor nam chaâm troøn. Hình 4.4: Maïch töø cuûa maùy phaùt ñieän rotor nam chaâm troøn 1. Nam chaâm vónh cöûu; 2. Cöïc töø theùp; 3. Cuoän daây stator. Öu ñieåm cuûa loaïi naøy laø cheá taïo ñôn giaûn, coøn nhöôïc ñieåm laø hieäu suaát maïch töø raát thaáp. Rotor loaïi naøy chæ öùng duïng trong caùc maùy phaùt ñieän coâng suaát khoâng quaù 100VA (thöôøng cho xe ñaïp vaø xe gaén maùy). Caùc maùy phaùt ñieän xoay chieàu vôùi rotor nam chaâm hình sao loaïi coù cöïc ôû stator vaø khoâng coù maù cöïc ôû rotor thoâng duïng hôn caû. Vieäc cheá taïo caùc maùy phaùt ñieän coù caùc maù cöïc ôû stator khaù ñôn giaûn. Stator coù theå coù 6 hoaëc 12 cöïc, coøn rotor thöôøng laø nam chaâm coù 6 cöïc. Nhöôïc ñieåm: khoù naïp töø cho rotor, ñoä beàn cô khí keùm. Vôùi keát caáu maïch töø nhö vaäy goùc leäch pha seõ laø 90o vaø maùy phaùt ñieän coù khaû naêng laøm vieäc nhö maùy phaùt ñieän 2 pha. Rotor nam chaâm hình sao loaïi naøy ñöôïc öùng duïng chuû yeáu trong caùc maùy phaùt ñieän cuûa maùy keùo coâng suaát nhoû. Ngoaøi ra coù theå gaëp nhöõng maùy phaùt ñieän maø rotor cuûa chuùng coù phaàn maù cöïc baèng theùp ôû ñaàu caùc caùnh nam chaâm. Trong nhöõng maùy phaùt ñieän nhö vaäy, taùc duïng khöû töø do phaûn töø
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi– heä thoáng ñieän ñoäng cô 71 phaàn öùng gaây neân cuõng ít hôn loaïi khoâng coù maù cöïc. Keát caáu rotor coù maù cöïc coøn cho pheùp taêng chieàu daøi maù cöïc, tieát kieäm daây ñoàng, giaûm ñöôïc troïng löôïng vaø kích thöôùc cuûa maùy phaùt ñieän, ñaëc tính töï ñieàu chænh toát hôn vaø coâng suaát maùy phaùt ñieän coù theå lôùn hôn. 1. Stator; 2. Rotor. Hình 4.5: Maïch töø maùy phaùt ñieän loaïi kích thích baèng nam chaâm vónh cöûu Vieäc phaùt hieän ra nhöõng vaät lieäu nam chaâm môùi coù löïc töø lôùn cho pheùp taêng coâng suaát cuûa caùc maùy phaùt ñieän kích thích baèng nam chaâm vónh cöûu maø, trong moät soá tröôøng hôïp chuùng coù theå thay theá caùc maùy phaùt ñieän xoay chieàu kích thích kieåu ñieän töø. Vôùi nhöõng vaät lieäu naøy ngöôøi ta coù theå cheá taïo nhöõng rotor hình moùng. Ñoù laø nam chaâm trôn ñöôïc naïp cöïc theo chieàu truïc. ÔÛ hai ñaàu cuûa noù ngöôøi ta ñaët hai taám bích laøm baèng theùp ít cacbon coù caùc moùng boá trí sao cho caùc moùng cuûa hai taám bích xen keõ nhau. Hai taám bích naøy seõ chòu aûnh höôûng cuûa hai cöïc töø khaùc daáu (N vaø S) ôû hai maët beân cuûa nam chaâm vaø caùc moùng cuûa taám bích cuõng mang daáu cuûa töø tröôøng ñoù, seõ trôû thaønh nhöõng cöïc töø xen keõ nhau ôû rotor. Ñeå traùnh maát maùt töø tröôøng, truïc rotor ñöôïc cheá taïo baèng theùp khoâng daãn töø. Hình 4.6: Rotor nam chaâm hình sao loaïi khoâng coù maù cöïc 1. Nam chaâm hình sao; 2. Hôïp kim khoâng daãn töø; 3. Truïc rotor. Rotor hình moùng coù nhieàu öu ñieåm nhö: naïp töø coù theå tieán haønh sau khi ñaõ laép gheùp vaø töø tröôøng phaân boá ñeàu hôn; vaän toác tieáp tuyeán cuûa rotor hình
72 Chöông 4: Heä thoáng cung caáp ñieän treân oâtoâ moùng coù theå ñaït tôùi 100m/s. Hôn nöõa, coù theå laép haøng loaït nam chaâm treân truïc vaø, baèng caùch naøy, coù theå giaûm trò soá töø thoâng quy ñònh cho moãi nam chaâm ñeán hai laàn hoaëc hôn, tuøy thuoäc vaøo soá nam chaâm; giaûm ñöôøng kính cuûa caùc nam chaâm, taêng coâng suaát cuûa caùc maùy phaùt ñieän rotor hình moùng. b. Maùy phaùt kích töø kieåu ñieän töø loaïi coù coù voøng tieáp ñieän (coù choåi than) Maùy phaùt ñieän loaïi naøy goàm coù 3 phaàn chính laø stator, rotor vaø boä chænh löu. Hình 4.7: Caáu taïo maùy phaùt ñieän xoay chieàu kích thích kieåu ñieän töø 1,2. Quaït laøm maùt; 3. Boä chænh löu; 4. Voû; 5. Stator; 6. Rotor; 7. Boä tieát cheá vaø choåi than; 8. Voøng tieáp ñieän ♦ Stator: goàm khoái theùp töø ñöôïc laép gheùp baèng caùc laù theùp gheùp laïi vôùi nhau, phía trong coù xeû raõnh ñeàu ñeå xeáp caùc cuoän daây phaàn öùng. Cuoän daây stator coù 3 pha maéc theo kieåu hình sao, hoaëc theo kieåu hình tam giaùc (Hình 4.8). Kieåu tam giaùc Kieåu sao Hình 4.8: Caùc kieåu ñaáu daây
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi– heä thoáng ñieän ñoäng cô 73 Hình 4.9: Stator cuûa maùy phaùt ñieän xoay chieàu a. Boá trí chung: 1. Khoái theùp töø stator; 2. Cuoän daây 3 pha stator. b. Sô ñoà cuoän daây ba pha maéc theo hình sao. Hình 4.10: Rotor maùy phaùt ñieän xoay chieàu kích thích baèng ñieän töø coù voøng tieáp ñieåm 1. Chuøm cöïc töø tính S; 2. Chuøm cöïc töø tính N; 3. Cuoän daây kích thích; 4. Caùc voøng tieáp ñieän; 5. Truïc rotor; 6. OÁng theùp töø. ♦ Rotor: bao goàm truïc 5 vaø ôû phía cuoái truïc coù laép caùc voøng tieáp ñieän 4, coøn ôû giöõa coù laép hai chuøm cöïc hình moùng 1 vaø 2. Giöõa hai chuøm cöïc laø cuoän daây kích thích 3 ñöôïc quaán treân oáng theùp daãn töø 6. Caùc ñaàu daây kích thích ñöôïc haøn vaøo caùc voøng tieáp ñieän (hình 4.10). Khi coù doøng ñieän moät chieàu ñi qua cuoän daây kích thích Wkt thì cuoän daây vaø oáng theùp daãn töø trôû thaønh moät nam chaâm ñieän maø hai ñaàu oáng theùp laø hai töø cöïc khaùc daáu. Döôùi aûnh höôûng cuûa caùc töø cöïc, caùc moùng trôû thaønh caùc cöïc cuûa rotor, gioáng nhö caùch taïo cöïc cuûa loaïi rotor hình moùng vôùi nam chaâm vónh cöûu.
74 Chöông 4: Heä thoáng cung caáp ñieän treân oâtoâ c. Maùy phaùt kích töø kieåu ñieän töø khoâng coù voøng tieáp ñieän ∗ Cô sôû lyù thuyeát vaø nguyeân lyù hoaït ñoäng Voøng tieáp xuùc vaø choåi than laøm haïn cheá tuoåi thoï cuûa maùy phaùt. Neáu boû ñi voøng tieáp xuùc vaø choåi thì tuoåi thoï cuûa maùy phaùt seõ taêng leân vaø chæ phuï thuoäc vaøo söï maøi moøn cuûa caùc oå ñôõ vaø söï laõo hoùa cuûa lôùp voû caùch ñieän cuûa caùc cuoän daây. Caùc maùy phaùt khoâng coù choåi than goïi laø maùy phaùt khoâng tieáp ñieåm (khoâng coù voøng tieáp ñieän). Caùc loaïi maùy phaùt naøy raát caàn thieát cho oâtoâ vaø maùy keùo laøm vieäc ôû vuøng ñaàm laày hoaëc nhieàu buïi. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa maùy phaùt loaïi naøy nhö sau: Ta seõ xem xeùt moät nam chaâm ñieän cuøng vôùi rotor quay (hình 4.11) ñöôïc keát hôïp baèng loõi saét cheá taïo töø theùp töø meàm vaø moät cuoän kích trong ñoù coù doøng ñieän moät chieàu. Caùc ñaàu cöïc nam chaâm ñieän coù daïng hình truï ñöôïc khoeùt raõnh: giöõa caùc cöïc rotor ôû daïng baùnh xích laøm baèng theùp töø meàm. Hình 4.11: Sô ñoà maùy phaùt xoay chieàu khoâng choåi than vaø söï thay ñoåi töø thoâng Giaû thieát raèng: treân chieàu daøi cuûa cung raõnh nam chaâm ñieän (stator) coù moät soá raêng cuûa rotor chaün, böôùc raêng cuûa stator tz1 vaø cuûa rotor tz2 coù quan heä tz1 = tz2/2 vaø ôû raõnh stator ta ñaët cuoän daây coù böôùc baèng ñoä chia raêng cuûa stator. Neáu ñoä môû cuûa raõnh nhoû thì khi rotor quay, toång töø trôû cuûa maïch töø khoâng ñoåi. Vì vaäy khi söùc töø ñoäng Fk cuûa cuoän kích thích khoâng ñoåi thì töø thoâng qua toaøn boä maïch töø cuõng khoâng ñoåi. Khoâng phuï thuoäc vaøo vò trí cuûa rotor, phaàn lôùn töø thoâng seõ ñi qua caùc raêng cuûa rotor vaø chæ coù moät phaàn nhoû laø qua raõnh. Treân hình 4.11b moâ taû hình traûi cuûa nam chaâm ñieän theo khe hôû (phaàn che khuaát cuûa raõnh stator ñöôïc boû qua). Khi rotor quay, vò trí caùc raêng cuûa noù so vôùi caùc raêng cuûa stator seõ thay ñoåi vaø töø thoâng qua moãi moät raêng cuûa stator seõ giaûm xuoáng moät caùch tuaàn hoaøn töø cöïc ñaïi (taâm cuûa caùc raêng truøng nhau) ñeán cöïc tieåu (taâm raêng stator truøng taâm raõnh rotor). Söï thay ñoåi cuûa töø thoâng trong caùc raêng cuûa stator laøm do söï xuaát hieän söùc ñieän ñoäng trong cuoän öùng. Cuoän daây treân caùc raêng stator laø cuoän daây phaàn öùng.
Heä thoáng ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi– heä thoáng ñieän ñoäng cô 75 Ñöôøng cong töø thoâng trong khe hôû khoâng khí chieàu daøi l cuûa ñöôøng troøn phaàn öùng ñoái vôùi töøng vò trí ñaõ löïa choïn cuûa rotor ñöôïc theå hieän treân hình 4.16b. Roõ raøng laø haøm Φ = f(l) – ñoái xöùng vôùi truïc Oy. Vì vaäy, khi vieát döôùi daïng chuoãi Fourier, ta coù daïng: Φ = Φo + Φ1cosl + Φ3cos3l + Φ5cos5l + Trong ñoù: Φo - Thaønh phaàn coá ñònh cuûa töø thoâng Φo = 0,5(Φmax + Φmin). Φ1 - Bieân ñoä cuûa soùng ña haøi baäc nhaát baèng 0,5(Φmax + Φmin). Neáu boû qua caùc soùng ña haøi baäc cao, ta ñöôïc: Φ = Φo + Φ1cosl. Khi rotor quay vôùi vaän toác ω = 2πf thì söï thay ñoåi cuûa töø thoâng trong raõnh laø: Φ = Φo + Φ1 cosωt. Söï thay ñoåi cuûa töø thoâng taïi raêng stator taïo ra moät söùc ñieän ñoäng trong cuoän daây naèm treân raêng laø: eke = ωk.dΦ/dt. Trong ñoù: ωΦ - Soá voøng daây trong cuoän daây. Giaù trò töùc thôøi cuûa söùc ñieän ñoäng taïi pha cuoän öùng: eΦ = ωΦ.dΦ/dt = ω k01 ωΦ Φ1 siωt = Em sinωt. Trong ñoù: ωΦ - Soá voøng daây trong pha, baèng Zs ωk Em - Bieân ñoä cuûa söùc ñieän ñoäng pha, baèng ω.K01 ωΦ Φ1. Zs - Soá cuoän daây maéc noái tieáp ôû pha. Giaù trò söùc ñieän ñoäng hieäu duïng cuûa pha khi coù xem xeùt ñeán daïng thöïc cuûa töø thoâng trong khe hôû: Z n Z n E = 4k k 2 ω 0,5(Φ −Φ ) = 2k k 2 ω (Φ −Φ ) Φ Φ o1 60 Φ max min Φ 01 60 Φ max min Khi thieát keá maùy phaùt caàn giaûm Φmin, töùc Φmin → 0, luùc ñoù: Z n E = 2k k 2 ω Φ (4.8) Φ Φ o1 60 Φ max Nhö vaäy: khi rotor quay, trong caùc voøng cuûa cuoän daây stator seõ caûm öùng moät söùc ñieän ñoäng xoay chieàu coù taàn soá bieán ñoåi tæ leä vôùi vaän toác rotor. Nhö vaäy: maùy phaùt khoâng tieáp ñieåm hay coøn goïi laø maùy phaùt ñieän caûm öùng laø maùy maø töø thoâng chính ôû ñieåm baát kyø stator chæ thay ñoåi veà giaù trò maø khoâng thay ñoåi veà daáu.