Máy phát điện xoay chiều trong hệ thống sạc của ôtô

1. Khái niệm chung

1.1. Công dụng của máy phát điện

  • Máy phát điện là máy biến đổi cơ năng thành điện năng sản sinh ra điện để cung cấp cho các thiết bị dùng điện trên ôtô, khi ôtô đã thực hiện xong quá trình khởi động.
  • Nạp điện cho acquy khi trục khuỷu động cơ làm việc ở số vòng quay trung bình và lớn.

1.2. Phân loại máy phát điện

Hiện nay các loại xe ôtô bất cứ loại xe nào có thể dùng một trong hai loại máy phát điện sau:

– Theo kết cấu của cực từ:

  • Máy phát điện cực từ có nam châm điện.
  • Máy phát điện cực từ có nam châm vĩnh cửu.

1.3. Yêu cầu

  • Đảm bảo độ tin cậy tối đa cho hệ thống, điều chỉnh tự động trong mọi điều kiện sử dụng.
  • Đảm bảo đặc tính công tác của hệ điều chỉnh, có chất l­ợng cao và ổn định trong khoảng thay đổi tốc độ và tải của máy.
  • Đảm bảo khởi động dễ dàng trong mọi điều kiện thời tiết và độ tin cậy cao.
  • Đảm bảo nạp tốt cho acquy.
  • Cấu tạo đơn giản.
  • Kích th­ước nhỏ gọn, độ bền cao, chịu rung sóc tốt.

Hình 1. Sơ đồ mặt cắt của máy phát điện xoay chiều.

2. Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều

– Cấu tạo máy phát điện xoay chiều gồm:

  • Stator.
  • Rotor.
  • Bánh đai truyền.
  • Cánh quạt làm mát.
  • Bộ diode chỉnh lưu điện áp.

Hình 2. Cấu tạo máy phát điện xoay chiều.

Theo hình 1, ta có các thành phần của máy phát điện xoay chiều như sau:

  1. Nắp máy.
  2. Bộ chỉnh lưu.
  3. Diode.
  4. Diode kích từ.
  5. Bộ điều chỉnh điện áp và các chổi than tiếp điện.
  6. Phần cứng (Stator).
  7. Phần cảm (Rotor).
  8. Quạt.
  9. Buly.
  10. Chân gắn.

Hình 3. Chi tiết tháo rời của máy phát điện.

2.1. Roto (Phần quay)

Roto được chế tạo thành hai nửa. Mỗi nửa có các cực làm bằng thép non, bên trong có cuộn dây kích từ dòng điện kích từ được đưa vào cuộn kích từ trên rotor. Hai đầu dây của cuộn kích từ nối với hai vòng tiếp điện bằng đồng đặt trên trục rotor nhưng cách điện với trục rotor. Các chổi than lắp trong giá đỡ và áp sát các vòng đó.

Khi ta bật công tắc máy, điện acquy vào kích từ cuộn cảm các vấu cực rotor trở thành nam châm điện các từ cực bắc nam xen kẽ nhau.

Hình 4. Cấu tạo Rotor.

2.2. Stato (Phần ứng)

Dạng ống được ghép bằng những lá thép kỹ thuật điện với nhau để giảm dòng Foucault. Mặt trong có các rãnh xếp các cuộn dây ứng điện. Cuộn dây ứng điện 3 pha có các cuộn dây riêng biệt, cuộn dây pha của stator đấu với nhau theo hình sao hoặc hình tam giác.

Hình 5. Đấu mạch sao và mạch tam giác trong máy phát điện xoay chiều; với (a) Đấu hình sao, (b) Đấu tam giác.

Hình 6. Một Stator hoàn chỉnh.

2.3. Chổi than

Hai chổi than được cấu tạo từ đồng graphit và một số phụ chất để giảm điện trở và sức mài mòn. Hai chổi than được đặt trong giá đỡ, chổi than được bắt cố định trên vỏ máy, luôn áp sát vào vành tiếp điện nhờ lực ép của lò xo.

Hình 7. Chổi than và giá đỡ chổi than.

2.4. Nắp máy

Để bảo vệ máy khỏi bị những vật bên ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn, nó còn làm giá đỡ cho các đầu trục rotor đồng thời cũng để bắt máy phát điện vào ô tô.

Nắp thường được chế tạo bằng thép, gang hoặc nhôm.

Hình 8. Nắp máy của máy phát điện xoay chiều.

2.5 Bộ chỉnh lưu

Công dụng của bộ chỉnh lưu là nắn dòng điện phát xoay chiều thành dòng điện một chiều.

Bộ chỉnh lưu thường có 6, 8 hay 9 diode silic xếp thành 3 nhánh các diode mắc theo sơ đồ nắn mạch cầu 3 pha và nối vào các đầu ra của các cuộn dây phần ứng trên stator. Các diode được đặt trong một khối để đảm bảo độ kín, chắc chắn và được tráng một lớp bột đặc biệt, khối chỉnh lưu được gắn vào nắp của máy phát điện bằng bulông.

Hình 9. Minh hoạ cho mạch chỉnh lưu cả chu kì.

3. Nguyên lý sinh điện của máy phát điện xoay chiều

Trong máy phát điện một chiều, phần ứng điện quay, phần cảm điện đứng yên. Còn đối với máy phát điện xoay chiều kết cấu ngược lại. Phần ứng điện đứng yên, phần cảm điện quay.

Nguyên lý một máy phát điện xoay chiều đơn giản, gồm một nam châm điện quay trong vòng dây ứng điện. Nam châm được kích từ bằng dòng điện một chiều qua 2 vòng trượt và chổi than tiếp điện. Khi cực bắc của nam châm quét ngang nhánh dây ứng bên phải dòng điện chạy theo chiều từ trước ra sau, nam châm quay một góc 180o cực nam quét ngang qua nhánh dây bên phải  dòng điện trong nhánh này chạy từ sau ra trước dòng điện phát sinh trong vòng dây phần ứng là dòng điện xoay chiều.

Sức mạnh của dòng điện phụ thuộc vào 3 yếu tố:

  • Tốc độ quay của phần cảm điện (nam châm quay).
  • Sức mạnh từ trường phần cảm điện.
  • Số vòng dây ứng điện.

Hình 10. Nguyên lý sinh điện của máy phát điện xoay chiều.

4. Nuyên lý hoạt động của máy phát xoay chiều

Khi đóng khóa điện, dòng điện một chiều từ acquy được đưa vào cuộn dây kích thích để từ hóa các cực từ trên roto sinh ra từ trường giữa các cực từ sẽ lần lượt quét qua các đầu cực của stato làm cảm ứng ra sức điện động xoay chiều 3 pha trên các cuộn dây phần ứng ở stato. Nhờ khối chỉnh lưu lắp ở các đầu ra của các cuộn dây phần ứng, nên dòng điện đưa tới mạch ngoài của máy phát điện sẽ là dòng một chiều.

Suất điện động trong mỗi cuộn dây được tính như sau:

E = 4,44.Kw.f.w.F

Trong đó:

  • f: Tần số suất điện động (f = p.n/60).
  • Kw: Hệ số cuộn dây phần ứng.
  • F: Từ thông giữa khe hở rotor và stator.

Trần Lê Mân

error: Real Group - Efficiency Projects