Báo cáo Nghiên cứu - Chế tạo thử nghiệm thiế t bị kiểm tra tiết chế thế hiệu của máy phát điện xoay chiều ô tô (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Nghiên cứu - Chế tạo thử nghiệm thiế t bị kiểm tra tiết chế thế hiệu của máy phát điện xoay chiều ô tô (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU - CHÊ TAO THỬ NGHIÊM THIÊT BI KIÊM TRA TIÊT CHÊ THÊ HIÊU CỦA MÁY PHÁT ÐIỆN XOAY CHIỀU Ơ TƠ S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: T2013-72 S KC 0 0 5 3 6 9 Tp. Hồ Chí Minh, 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨ U - CHẾ TAỌ THỬ NGHIÊṂ THIẾ T BI ̣KIỂ M TRA TIẾ T CHẾ THẾ HIÊỤ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU Ơ TƠ Mã số: T2013-72 Chủ nhiệm đề tài: GVC. THS. NGUYỄN QUỚ C ĐAṬ TP. HCM, 12/2013
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐƠṆ G LƯC̣ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨ U - CHẾ TAỌ THỬ NGHIÊṂ THIẾ T BI ̣KIỂ M TRA TIẾ T CHẾ THẾ HIÊỤ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU Ơ TƠ Mã số: T2013-72 Chủ nhiệm đề tài: GVC. THS. NGUYỄN QUỚ C ĐAṬ TP. HCM, 12/2013
4. DANH MUC̣ BẢ NG BIỂ U TRANG - Đặc tuyến và hiệu điện thế máy phát phụ thuợc dòng kích 3 - Đặc tính hiệu chỉnh thế hiệu của máy phát 5 - Sơ đờ tiết chế bán dâñ PNP 7 - Sơ đờ tiết chế bán dâñ NPN 10 - Sơ đờ tiết chế bán dâñ PP 350 13 - Sơ đờ tiết chế vi mac̣ h xe KAMAZ 13 - Sơ đờ tiết chế vi mac̣ h loaị D 15 - Sơ đờ tiết chế vi mac̣ h loaị M 15 - Đặc tuyến của tiết chế vi mạch 16 - Sơ đờ khới mac̣ h nguờn ởn áp cơ bản 22 - Sơ đờ khới mac̣ h nguờn 9V- 35V 24 - Sơ đờ khới mạch nguờn 24V 25 - Sơ đờ khới mac̣ h nguờn 12V 26 - Sơ đờ khới mac̣ h nguờn accu 26 - Sơ đờ khới mac̣ h nguờn hoàn chỉnh 27 - Sơ đờ khới mac̣ h đèn kiểm tra 28 - Sơ đờ khới các bơ ̣phâṇ của thiết bi ̣ 31 - Sơ đờ khới choṇ hê ̣điêṇ áp 33 - Sơ đờ khới cho tiết chế PNP 34 - Sơ đờ khới cho tiết chế NPN 35 - Sơ đờ khới cho tiết chế 24V 36
5. DANH MUC̣ CÁ C CHỮ VIẾ T TẮ T AC: Alternating Current B: Battery DC: Direct Current E: Earth F: Field IG: Ignition L: Light P: Phase SW: Switch
6. DANH SÁ CH NHỮ NG THÀ NH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨ U ĐỀ TÀ I VÀ ĐƠN VI ̣PHỚ I HƠP̣ CHÍNH 1- DANH SÁ CH NHỮ NG THÀ NH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨ U ĐỀ TÀI: GVC. THS. NGUYỄN QUỚ C ĐAṬ 2- ĐƠN VI ̣PHỚ I HƠP̣ CHÍNH : KHOA CƠ KHÍ ĐƠṆ G LƯC̣ - TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ NPHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỚ HỜ CHÍ MINH
7. MỤC LỤC DANH MUC̣ TRANG Phần I: MỞ ĐẦU I.1. TỞ NG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƢỚC 1 I.2. TÍNH CẤP THIẾT 1 I.3. MỤC TIÊU 1 I.4. CÁCH TIẾP CẬN 1 I.5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1 I.6. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1 Phần II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU II.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRÊN Ơ TƠ 2 II.1.1 Phƣơng pháp điều chỉnh điện thế 5 II.1.2 Một số loại tiết chế tiêu biểu 6 II.2 MỘT SỐ TIẾT CHẾ THỰC TRÊN Ơ TƠ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TỪNG LOẠI 22 II.3 NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ KIỂM TRA TIẾT CHẾ 22 II.3.1 Chức năng và yêu cầu của máy kiểm tra tiết chế 22 II.3.2 Tiến trình nghiên cứu, thiết kế 29 II.3.3 Tởng quan về thiết bi ̣chế taọ thƣ̉ nghiêṃ và hƣớng dâñ sƣ̉ duṇ g 29 II.3.4 Tiến hành kiểm tra mơṭ sớ loaị tiết chế thƣc̣ tế 37 Phần III: KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ III.1 KẾT LUẬN 42 III.2 KIẾN NGHỊ 42
8. Phần I: MỞ ĐẦU I.1. TỞ NG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƢỚC: Hiện nay, việc nghiên cứu – chế tạo thiết bị kiểm tra phục vụ giảng dạy và học tập trong nhà trƣờng Đại học đã phổ biến trên thế giới nhƣng cịn khá hạn chế trong các trƣờng ở Việt Nam nĩi chung và ngành cơ khí động lực ở trƣờng ta nĩi riêng trong giai đoạn hiện nay. Do đĩ, việc chế tạo thiết bị kiểm tra phù hợp dùng trong giảng dạy thực hành cho khoa Cơ khí Động lực trở nên rất cần thiết. Nĩ vừa mang tính khoa học, vừa tiết kiệm thời gian đồng thời giúp ngƣời học dễ hiểu, dễ thao tác. Qua đĩ, ngƣời học rút ra đƣợc nhiều kiến thức thực tế, thao tác chuẩn, tăng hiệu quả quá trình đào tạo. I.2. TÍNH CẤP THIẾT: Các cơ sở đào tạo hiện đang thiếu thiết bị kiểm tra tiết chế thế hiệu ơ tơ. I.3. MỤC TIÊU: Nghiên cứu, tính tốn lý thuyết làm cơ sở chế tạo thƣ̉ nghiêṃ thiết bị kiểm tra phục vụ cơng tác đào tạo. I.4. CÁCH TIẾP CẬN: Qua nghiên cứu lý thuyết để tƣ duy tìm phƣơng án thiết kế và chế tạo thử nghiệm thiết bị đáp ứng đƣợc mục tiêu đã đặt ra. I.5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:  Tham khảo tài liệu, thu thập các thơng tin cĩ liên quan.  Nghiên cứu các tài liệu và mơ hình cĩ liên quan. I.6. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: - Đối tƣợng nghiên cứu: Thiết bị kiểm tra Tiết chế thế hiệu. - Phạm vi nghiên cứu: Lý thuyết, tính tốn thiết kế và chế tạo thử nghiệm. 1
9. Phần II : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU II.1. CƠ SƠ LÝ THUYẾT ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRÊN Ơ TƠ Khi điều chỉnh điện áp và cƣờng độ dịng điện của máy phát trong các hệ thống cung cấp điện thì đối tƣợng điều chỉnh là máy phát và accu. Hoạt động đồng thời của máy phát cùng accu xảy ra khi cĩ sự thay đổi vận tốc quay của phần ứng (rotor) của máy phát, của tải và của nhiệt độ trong phạm vi rộng. Để các bộ phận tiếp nhận điện năng làm việc bình thƣờng thì điện thế của lƣới điện phải khơng đổi. Vì vậy, cần phải cĩ sự điều chỉnh điện thế. Trong quá trình vận hành, máy phát cĩ thể cĩ những trƣờng hợp khi tải vƣợt quá trị số định mức. Điều này sẽ dẫn đến hiện tƣợng bị cháy, làm giảm khả năng chuyển đổi mạch hoặc quá nhiệt, dẫn đến tăng tải trên các chi tiết cơ khí của hệ thống dẫn động máy phát. Vì vậy, cần cĩ thiết bị đảm bảo sự hạn chế dịng điện của máy phát. Tất cả các chức năng này ở hệ thống cung cấp điện cho ơtơ, máy kéo đƣợc thực hiện tự động nhờ bộ điều chỉnh điện thế và dịng điện. Điện thế của máy phát một chiều hoặc xoay chiều cĩ thể đƣợc biểu diễn bởi cơng thức: Umf = Ce.n. - 2Uo - Rtđ.Imf (1.1) Trong đĩ: Ce : hằng số kết cấu của máy phát. Ce = pn/60.a (đối với máy phát một chiều). Ce = 4.kp.k.ko.p.w/60 ( đối với máy phát xoay chiều) kp : hệ số chỉnh lƣu, xác định qua tỉ số giữa điện áp chỉnh lƣu trung bình và điện áp pha. n : vận tốc quay của rotor máy phát. 2Uo : độ sụt áp trên bộ chỉnh lƣu của máy phát (với máy phát một chiều 2Uo là độ sụt áp trên chổi than). 2
10. Rtd : điện trở tƣơng đƣơng của máy phát cĩ tính đến độ sụt áp trong máy phát và bộ chỉnh lƣu (với máy phát xoay chiều Rtd : là một biến số phụ thuộc vào vận tốc quay của rotor). Imf : dịng điện của máy phát. Ko : hệ số dây quấn. K : hệ số dạng từ trƣờng. Từ thơng của máy phát đƣợc kích thích bằng điện từ cĩ thể biểu diễn qua dịng kích thích.  I  o k (a b . Ik ) Trong đĩ: o : từ dƣ. a, b : các hệ số của đƣờng cong từ hĩa. Umf  U2 U1 IK 0 IK IK1 IK2 Hình 1: Đặc tuyến từ và hiệu điện thế máy phát phụ thuộc vào dịng kích Để xác định các hệ số a,b trên đƣờng đặc tính khơng tải (hình 1) ta chọn hai điểm: điểm 1 trên đoạn thẳng, điểm 2 trên đoạn bão hồ. Bỏ qua ảnh hƣởng của từ dƣ o và độ sụt áp trên bộ chỉnh lƣu 2Uo đối với những điểm đã chọn, ta cĩ thể viết: U1 = Ce.n.Ik1/(a + bIk1). 3
11. U2 = Ce.n.Ik2/(a + bIk2). Giải hệ phƣơng trình này ta đƣợc: a = [Ce.n.Ik1.Ik2(U2 – U1)] / [U1.U2(Ik2 – Ik1)]. b = [Ce.n. (U1. Ik2 – U2.Ik1)] / [U1.U2(Ik2 – Ik1)]. Nếu tính đến những giả thiết đã nêu, phƣơng trình (1.1) sẽ cĩ dạng: Umf = Ce.n.Ik / (a + b.Ik) - Rtđ.Imf (1.2) Nhƣ vậy, để cho điện áp máy phát khơng thay đổi khi vận tốc của phần ứng và tải thay đổi trong phạm vi rộng, cần phải thay đổi dịng điện kích thích. Quy luật thay đổi dịng kích thích cĩ thể xác định từ (1.2). Ik = [(Umf + Rtđ.Imf).a] / [Ce.n – (Umf + Rtđ.Imf).b] (1.3) Vì vậy, khi vận tốc phần ứng máy phát tăng thì dịng điện kích thích phải giảm, cịn khi tải tăng thì dịng điện kích thích tăng. Phạm vi thay đổi của vận tốc phần ứng, mà khi ấy điện thế của máy phát phải giữ cố định đƣợc xác định bởi hệ nmax số tốc độ: Kn = (Kn = 6 8 đối với ơtơ, 3  4 đối với nmin máy kéo) Hệ số dịng kích thích đƣợc xác định bởi KI = Ikmax/Ikmin cĩ thể suy ra từ phƣơng trình (1.3) từ điều kiện: Ở tốc độ: nmin _ dịng kích thích cĩ giá trị cực đại Ikmax nmax – dịng kích thích cĩ giá trị cực tiểu Ikmin. [Ce .nmax (Umf Rtđ .Imf ) . b] Ta cĩ: KI = [Ce .nx (Umf Rtđ .Imf ) . b] Nhƣ vậy, hệ số dịng kích thích sẽ lớn hơn so với hệ số điều chỉnh theo vận tốc phần ứng. Điều này xảy ra là do đƣờng cong từ hố cĩ đặc tính phi tuyến. Độ điều chỉnh (số lần) lớn nhất về dịng kích thích cĩ thể thực hiện ở chế độ khơng tải thƣờng là ở máy phát chỉnh lƣu cĩ độ bão hịa sâu của mạch từ; hệ số của các máy phát loại này là 15  20. 4
12. Khi giải phƣơng trình (1.2) theo vận tốc quay của phần ứng, ta đƣợc: n = (Umf + Rtđ.Imf). (a + b.Ik) / Ce.Ik. Từ phƣơng trình này ta thấy khi tải tăng lên (ở Ikmax, Umf = const) thì vận tốc phần ứng mà khi đĩ máy phát tạo ra điện thế khơng đổi, cũng tăng lên. Theo phƣơng trình (1.2), (1.3) khi thay đổi vận tốc phần ứng và tải, ta cĩ thể xây dựng đặc tính làm việc của máy phát (hình 2). Hình 2: Đặc tính hiệu chỉnh điên thế của máy phát II.1.1. Phƣơng pháp điều chỉnh điện thế Căn cứ vào phƣơng pháp điều chỉnh dịng kích thích, các bộ điều chỉnh điện thế đƣợc phân làm hai loại: Bộ điều chỉnh hoạt động liên tục Bộ điều chỉnh hoạt động liên tục cĩ tín hiệu ở đầu vào và đầu ra của tất cả các phần tử cĩ dạng là một hàm liên tục theo thời gian. Ở những bộ điều chỉnh này, dịng kích thích và điện trở thay đổi theo thời gian và phụ thuộc vào vận tốc của phần ứng và tải máy phát. Dịng điện kích thích ở một hệ thống nhƣ vậy: Ik = Umf / (Rk + Rbs). Umf = Uđm = 13,8V. Trong đĩ: 5
13. Ce .n b Rbs Umf Rk Umf Rtđ .Imf .a a Rbs – Điện trở bổ sung của biến trở trong mạch kích thích. Vì vậy để đảm bảo điện thế khơng đổi của máy phát thì điện trở phụ Rbs cần tăng khi tăng vận tốc phần ứng và giảm khi tăng tải trên máy phát. Bộ điều chỉnh hoạt động gián đoạn Bộ điều chỉnh hoạt động gián đoạn thực hiện việc thay đổi tín hiệu theo mức độ hoặc thực hiện điều biến bề dài xung. Các phần tử chủ yếu của bộ điều chỉnh loại này là các relay khác nhau. Quá trình điều chỉnh điện áp xảy ra nhƣ sau: Khi điện áp máy phát Umf < Un thì sẽ xuất hiện quá trình tự kích thích các thơng số và cấu trúc điều chỉnh sẽ thay đổi dạng bƣớc nhảy. Do vậy, dịng điện kích thích giảm xuống và, tại mạch kích thích, các thơng số và cấu trúc điều chỉnh sẽ trở lại giá trị cũ. Quá trình lặp lại cĩ tính tuần hồn. Lúc này, điện thế trung bình của máy phát Umf và dịng kích thích Ik sẽ khơng thay đổi ở vận tốc phần ứng và tải của máy phát đã cho. Sự thay đổi vận tốc quay của phần ứng hoặc của tải sẽ ảnh hƣởng lên dịng điện kích thích trung bình và điện thế trung bình sẽ khơng đổi. Để điều chỉnh điện thế, dịng điện của máy phát trên ơtơ, về nguyên tắc, ta dùng bộ điều chỉnh hoạt động gián đoạn. II.1.2. Một số loại tiết chế tiêu biểu II.1.2.1. Bộ tiết chế loại rung: Hiêṇ nay, tiết chế này khơng còn sƣ̉ duṇ g trên các máy phát điêṇ của ơ tơ nên đề tài khơng nghiên cƣ́ u. II.1.2.2. Tiết chế bán dẫn: Để khắc phục những nhƣợc điểm của bộ điều chỉnh điện áp dạng rung, ngƣời ta sản xuất các bộ điều chỉnh điện áp khơng tiếp điểm (tiết chế bán dẫn), sử dụng các linh kiện bán dẫn: diode, diode ổn áp (diode zener), transistor. Cĩ 6
14. 2 loại tiết chế bán dẫn khác biệt ở transistor mắc nối tiếp với cuộn kích. Nếu dùng transistor loại PNP thì cuộn kích đƣợc nối trực tiếp ra mass, cịn dùng transistor loại NPN thì một đầu cuộn kích sẽ đƣợc nối với dƣơng qua cơng tắc máy. Lý thuyết về tiết chế bán dẫn dùng transistor PNP Bộ điều chỉnh điện áp khơng tiếp điểm loại dùng transistor đƣợc thể hiện ở hình 1.7. Bộ điều chỉnh điện áp transistor cấu tạo từ bộ phận đo (mạch R1 –R2 – R – VD1) và thiết bị điều chỉnh cĩ dạng một transistor PNP (các VT1, VT2, diode VD2, các biến trở R3, R4, và Ro). Tải của transistor là cuộn dây kích thích Wkt của máy phát đƣợc mắc song song với diode VD3. Nếu điện áp trên điện trở R1 nhỏ hơn điện áp mở của diode zener VD1 thì diode sẽ khơng dẫn và cƣờng độ dịng điện trong mạch R-VD1 gần nhƣ bằng khơng. Điện áp đặt lên mối nối BE của transistor: UE1 = UR – URo < 0 Vì vậy, transistor VT1 sẽ ở trạng thái ngắt. Điện áp UEC1 hầu nhƣ bằng với điện áp của máy phát và đƣợc đặt lên lớp tiếp giáp BE của transistor theo hƣớng thuận. Transistor VT2 sẽ ở trạng thái bão hồ, đƣợc xác định bởi điện trở R3. +Umf Ro I VD2 R VT1 R1 I1 VD1 VT2 R2 R3 WKT R4 E VD3 Hình 3 Sơ đồ tiết chế bán dẫn loại dùng transistor PNP 7
15. Do điện trở Ro và độ sụt áp VD2 nhỏ, nên ta cĩ thể xem điện áp của máy phát hầu nhƣ đƣợc đƣa lên cuộn kích thích. Nhƣ vậy, đảm bảo sự tự kích của máy phát. Nếu hiệu điện thế của máy phát bằng với hiệu điện thế hoạt động U1 của tiết chế, thì trong mạch R – VD1 sẽ xuất hiện dịng điện I = I2. Điện áp trên lớp chuyển tiếp BE của transistor thứ nhất đạt giá trị ngƣỡng UOE1 = IR – URo = IR – IkRo. Transistor VT1 đƣợc chuyển từ trạng thái ngắt về trạng thái bão hồ khiến điện áp UEC1 giảm và transistor VT2 từ trạng thái bão hồ chuyển về trạng thái ngắt. Dịng điện kích thích giảm làm tăng điện áp trên mối nối BE của VT1 đột ngột. UE1 = IR – IkRo và chuyển nĩ từ trạng thái ngắt về trạng thái bão hồ. Khi VT1 chuyển sang trạng thái bão hịa: UE2 = UEC1 – URo < 0 Nên VT2 sẽ chuyển về trạng thái ngắt. Sự dịch chuyển của lớp tiếp giáp BE của VT2 ở hƣớng ngƣợc đƣợc thực hiện bởi sự lựa chọn các thơng số của mạch VT2-R4. Việc chuyển VT2 về trạng thái ngắt đồng nghĩa với việc ngắt cuộn kích Wkt khỏi máy phát. Dịng kích trong mạch Wkt – VD3 giảm xuống. Sự giảm của dịng kích dẫn đến giảm hiệu điện thế hiệu chỉnh của máy phát. Khi điện áp của máy phát đạt tới điện áp phản hồi U2 của tiết chế thì điện áp trên lớp chuyển tiếp BE của VT2 sẽ đạt giá trị ngƣỡng, tức là: UE2 = UEC1 – URo = UOE2 Lúc này VT2 bắt đầu chuyển từ trạng thái ngắt sang trạng thái bão hồ, làm tăng dịng kích. Sự tăng lên của dịng kích làm giảm điện áp trên lớp chuyển tiếp BE của transistor thứ nhất. UE1 = IR – IkRo = UOE1 Từ trạng thái bão hồ, transistor chuyển về trạng thái ngắt, cịn VT2 từ trạng thái ngắt về trạng thái bão hồ. Nhƣ vậy, hiệu ứng relay trong bộ điều 8
16. chỉnh điện áp này đạt đƣợc là nhờ điện trở Ro đảm bảo đƣợc liên kết dƣơng ngƣợc. Ở điện áp hoạt động của transistor, ta cĩ các phƣơng trình sau: U1 = I1(R1 + R2) + IR2 U1 = I(R + RZ) + UOZ + (I + I1) R2 (2.1) Điều kiện transistor đĩng mở: UE1 = IR – IkRo Giải hệ phƣơng trình (2.1) đối với điện áp hoạt động cĩ xem xét điều kiện đĩng mở ta tìm đƣợc: R2 UOE1 Ik Ro 2 U1 UOZ 1 R R2 RZ (R1 R2 ) R2  (2.2) R1 RR1 Trong đĩ RZ và UOZ là điện trở và điện áp mở của diode zener VD1. Nhƣ vậy điện áp làm việc của transistor phụ thuộc vào cầu phân áp R1 và R2. Khi tăng R1 hoặc giảm R2, điện áp làm việc giảm và ngƣợc lại. Điện áp làm việc cũng phụ thuộc vào cƣờng độ dịng điện kích thích và do đĩ phụ thuộc vào vận tốc của rotor máy phát. Đối với điện áp phản hồi của transistor U2 khi bỏ qua độ sụt áp trên Ro (vì Ro bé) thì ta cĩ các phƣơng trình: U2 UO2 IO2 RO2 1IBE2R3 UOE2 U2 UD2 (RD2 R4 ) IR4 U2 I'R1 R2 (I 1 - I' )R2  (2.3) U2 UOZ I' (R R2 RZ ) IB1 (RZ R2 ) I'1 R2 UOE1 I' R RE1(1 β 1)RBE2 Trong đĩ I’1, I’ là cƣờng độ dịng điện chạy qua R1, R2 và diode VT2 ở điện áp phản hồi U2. UOZ,, UD2 là điện áp làm việc của diode zener VD1 và diode VD2. 1 là hệ số khuếch đại của transistor VT1. Giải hệ phƣơng trình (2.3) ta xác định đƣợc điện áp phản hồi của relay transistor: 9
17. U2 = C/D. Trong đĩ: U C (R R )U OE1 [R (R R ) R R ] 1 2 OZ 1 Z 2 2 Z RE1 (1 1 ) 1 [(U D1 U D2 )(1 1 )RE1 1R3U OE1 ]A. R1R2 R R (1  ) E1 1 D R1 A. 1R3 R RZ R R A (R1 R2 ) R RZ R1R2 1 RE1 (1 1 ) RE1 (1 1 ) Nhƣ vậy, điện áp phản hồi U2 của tiết chế khơng phụ thuộc vào dịng kích thích. Khi xác định đƣợc điện áp làm việc và điện áp phản hồi, ta cĩ thể tìm đƣợc các thơng số khác của transistor. Đối với tiết chế bán dẫn, hệ số phản hồi Kph = 0,9  0,98. Nếu tính gần đúng mức điện áp đƣợc duy trì bởi bộ tiết chế điện áp loại dùng transistor là: Uđmtb UZ (1 + R2/R1) Lý thuyết về tiết chế bán dẫn dùngtransistor NPN IG C I1 R5 D3 R1 + F R3 D2 D1 T2 T1 I R2 R R4 Hình 4: Sơ đồ tiết chế dùng transistor NPN Tiết chế bán dẫn loại này gồm hai thành phần: thành phần đo R1, R2, D1 và thành phần hiệu chỉnh T1, T2. 10
18. Nguyên lý làm việc nhƣ sau: Khi bật cơng tắc máy, dịng điện từ accu đến tiết chế, đến R1 R2 mass. Điện áp đặt vào D1 = U.R2 /(R1 + r2) < UOZ điện thế làm việc của D1, nên T1 đĩng. Do đĩ, dịng đi theo mạch R3 D2 R4 mass. Khi số vịng quay n máy phát tăng cao, hiệu điện thế tăng và điện áp đặt vào D1 tăng khiến nĩ dẫn làm T1 dẫn bão hịa và T2 đĩng. Dịng điện trong cuộn Wkt giảm khiến điện áp máy phát giảm theo. D1 sẽ đĩng trở lại làm T1 đĩng và T2 mở. Quá trình này lại lặp đi lặp lại. Khi cƣờng độ dịng điện Ikt giảm trên Wkt xuất hiện một sức điện động tự cảm và diode D3 dùng để bảo vệ transistor T2. Trong sơ đồ này, ngƣời ta sử dụng mạch hồi tiếp âm bao gồm R5 và tụ C. Khi T2 chớm đĩng, điện áp tại cực C tăng làm xuất hiện dịng nạp Ic (Wkt T1 C R5 R mass). Điện thế tại chân B của T1 tăng vì UBE1 = R (I + IC) khiến T1 chuyển nhanh sang trạng thái bão hồ và T2 chuyển nhanh sang trạng thái đĩng. Khi T2 chớm mở, tụ C bắt đầu phĩng theo mạch + C T2 R R5 - C. Dịng phĩng đi qua điện trở R theo chiều ngƣợc lại và điện áp đặt vào mối nối BE của T1 cĩ giá trị: UBE1 = (I – Ic)R khiến T1 chuyển nhanh sang trạng thái đĩng và T2 chuyển nhanh sang trạng thái bão hịa. Nhƣ vậy, mạch hồi tiếp giúp tăng tần số đĩng mở của tiết chế, giúp tăng chất lƣợng điện áp hiệu chỉnh và giảm nhiệt tỏa ra trên transistor. Lúc bắt đầu hoạt động, hiệu điện thế làm việc của tiết chế đƣợc xác định: U1 = I1R1 + R2(I1 – I) U1 = I1R1 + UOZ + RZI + IR. Trong đĩ: I = UBE1 /R. Thế giá trị I vào 2 phƣơng trình trên, ta đƣợc: U1 (R1 + R2) – R2UBE1/R 11
19. U1 = R1I1 + UOZ + RZUBE1/R + UBET1 Giải hệ phƣơng trình trên qua U1, ta thu đƣợc: U1 = (1 + R1/R2)[UOZ + (RZ + R)UBE/R] + R1UBE1/R Nhƣ vậy, muốn tăng hiệu điện thế hiệu chỉnh ta tăng R1 hoặc giảm R2. Điện áp định mức trung bình cĩ thể đƣợc xác định theo biểu thức: Uđmtb UZ (1 + R1/R2) II.2. MỘT SỐ TIẾT CHẾ THỰC TRÊN Ơ TƠ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TỪNG LOẠI Tiết chế bán dẫn Nhƣợc điểm cơ bản của bộ điều chỉnh điện áp dùng tiếp điểm dạng rung là dịng điện kích thích bị hạn chế và độ bền của bộ điều chỉnh thấp. Các phƣơng pháp giảm cơng suất ngắt đƣợc sử dụng khơng khắc phục đƣợc hết các nhƣợc điểm đã nêu mà chỉ cĩ thể mở rộng phạm vi sử dụng các bộ điều chỉnh điện áp dạng rung. Bộ điều chỉnh điện áp dạng rung trong quá trình sử dụng cần phải điều chỉnh và bảo dƣỡng thƣờng xuyên do phần tử quyết định là lị xo cĩ độ đàn hồi phụ thuộc vào điều kiện vận hành. Để khắc phục những nhƣợc điểm của bộ điều chỉnh điện áp dạng rung, ngƣời ta sản xuất các bộ điều chỉnh điện áp khơng tiếp điểm (tiết chế bán dẫn), sử dụng các linh kiện bán dẫn: diode, diode ổn áp (diode zener), transistor. Cĩ 2 loại tiết chế bán dẫn khác biệt ở transistor mắc nối tiếp với cuộn kích. Nếu dùng transistor loại PNP thì cuộn kích đƣợc nối trực tiếp ra mass, cịn dùng transistor loại NPN thì một đầu cuộn kích sẽ đƣợc nối với dƣơng qua cơng tắc máy. - Sơ đồ nguyên lý của mạch tiết chế PP350 (ZIL) - Khi T1 chớm đĩng, T2 chớm mở, điện thế tại B lớn hơn tại A làm dịng điện từ B sang A: R10 L mass. Điện thế ở A tăng, dịng qua R1 và R2 giảm khiến độ sụt áp trên R1, R2 giảm, làm T1 đĩng nhanh và T2 mở nhanh. 12
20. B+ IG/SW R6 R8 R1 R2 D T1 2 D1 T3 R F 5 T2 R3 R4 WK R11 D3 RF A R10 R 7 L Hình 5: Sơ đồ tiết chế PP350 Trong trƣờng hợp ngƣợc lại, khi T1 chớm mở và T2 chớm đĩng, điện thế điểm A cao hơn B. Vì vậy, xuất hiện dịng từ A sang B. Dịng này đi qua R1, R2 khiến D1 mở nhanh làm T1 mở nhanh và T2 đĩng nhanh. - Sơ đồ nguyên lý hoạt động của tiết chế bán dẫn dùng trên xe KAMAZ IG/SW 24V R5 A R1 Rp C R6 Ш D1 D2 T2 T1 WK R3 R2 R4 Summer Winter Hình 6: Sơ đồ tiết chế vi mạch xe KAMAZ Trong sơ đồ này, do điện áp hiệu chỉnh ở mức 28V nên ngƣời ta sử dụng 2 diode zener D1 và D2 mắc nối tiếp. Để đồng nhất hố chi tiết của máy phát, cuộn dây kích hoạt động ở điện áp 14V và đƣợc mắc vào đầu dây trung hồ. Ở thời điểm bật cơng tắc máy mà động cơ chƣa hoạt động, cuộn kích máy phát đƣợc cấp một dịng nhỏ qua Rp để tự kích. Trên tiết chế loại này cịn cĩ cơng tắc chuyển đổi điện áp hiệu chỉnh theo mùa bằng cách thay đổi giá trị điện trở của cầu phân áp. 13
21. Khi bật cơng tắc máy: . Dịng điện từ +accu R1R3(mùa hè)mass.Đặt vào D1, D2 một hiệu điện thế U.R3/(R1+R3) nhỏ hơn điện áp làm việc của D1, D2.Kết quả làm T1 đĩng, T2 dẫn. . Nên cĩ dịng từ +AccuRpcuộn kích T2mass.Cấp dịng cho cuộn kích máy phát. . Khi số vịng quay n máy phát tăng cao, điện áp máy phát tăng, điện áp đặt vào D1, D2 tăng.Khi điện áp này lớn hơn điện áp làm việc của chúng,T1 dẫn,T2 ngắt, dịng qua cuộn kích bị ngắt làm điện áp máy phát giảm theo. Đến mức điện áp phản hồi D1, D2 sẽ đĩng trở lại, T1 ngắt, T2 dẫn. Quá trình này lặp đi lặp lại để ổn định điện áp máy phát. Tiết chế vi mạch - Một số tiết chế vi mạch của TOYOTA Bộ tiết chế vi mạch chủ yếu gồm cĩ vi mạch, cánh tản nhiệt và giắc nối. Việc sử dụng vi mạch làm cho tiết chế cĩ kích thƣớc nhỏ gọn. . Loại D: Nhận biết điện áp sạc ở đầu ra của máy phát và điều chỉnh nĩ luơn ở một khoảng xác định. Hình 7: Đầu ra trên tiết chế vi mạch loại D 14
22. S K L 0 0 2 1 5 4