Trang 1
Chương1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG
CUNG CẤP NĂNG LƯNG ĐIỆN ÔTÔ

Trang 2
1.1. NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP NĂNG LƯNG ĐIỆN
Hệ thống làm nhiệm vụ cung cấp dòng một chiều, điện áp thấp (12 vôn)
cho các thiết bò phụ tải điện trên ôtô. Hệ thống gồm hai nguồn điện là ắc quy và
máy phát điện, chúng được nối song song với nhau để cùng cung cấp điện cho
phụ tải (hình 1.1).
Khi động cơ chưa làm việc hoặc làm việc ở tốc độ quay thấp, điện áp của
máy phát bằng không hoặc còn nhỏ hơn sức điện động của ắc quy: tuy nhiên lúc
này sẽ không có dòng điện phóng từ ắc quy sang máy phát vì ở trong máy phát
có bộ chỉnh lưu, chúng giữ vai trò khoá điện tử, chỉ cho dòng điện đi một chiều
từ máy phát sang ắc quy mà không cho phép đi theo chiều ngược lại.
1.2. YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP NĂNG LƯNG ĐIỆN
Chế độ làm việc luôn thay đổi của ôtô máy kéo có ảnh hưởng trực tiếp
đến chế độ làm việc của hệ thống cung cấp điện. Do đó xuất phát từ điều kiện
phải luôn luôn đảm bảo cho các phụ tải làm việc bình thường mà người ta đã đề
ra cho hệ thống cung cấp điện những yêu cầu sau:
1) Đảm bảo độ tin cậy tối đa của hệ thống điều chỉnh tự động trong mọi
điều kiện sử dụng trên ôtô máy kéo.
2) Đảm bảo các đặc tính công tác của hệ điều chỉnh tự động có chất lượng
cao và ổn đònh trong cả khoảng thay đổi tốc độ và tải của máy phát điện.

Hình 1.1. Sơ đồ nối ắc quy và máy phát điện
1- Ắc quy 2- Máy phát 3-Bộ điều chỉnh điện
4- Khóa điện 5- Đèn báo nạp 6-Rơ le đèn báo nạp
1
4

trong
• Loại dùng máy phát 1 chiều điều chỉnh
ngoài
Theo cách đấu dây
cho cuộn kích từ của
máy 1 chiều
• Loại dùng máy phát một chiều lấy mát bên
trong
• Loại dùng máy phát một chiều lấy mát bên
ngoài
• Loại dùng máy phát một chiều cuộn kích từ
có hai cọc đấu dây
Theo dòng điện kích
thích cho máy phát
xoay chiều
• Loại dùng máy phát xoay chiều kích thích
bằng nam châm vónh cửu
• Loại dùng máy phát xoay chiều kích thích
bằng điện từ

Trang 4
1.4. NGUYÊN LÝ SINH ĐIỆN CỦA CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG
CUNG CẤP NĂNG LÏNG ĐIỆN
1.4.1. Ắc Quy
1.4.1.1. Đònh nghóa
Ắc quy là một thiết bò điện hoá, dùng để biến đổi năng lượng dưới dạng
điện năng thành hoá năng (khi nạp) và ngược lại biến hoá năng thành điện năng
(khi phóng).
1.4.1.2. Nguyên lý sinh điện của ắc quy chì-axít
Ắc quy chì-axít hoạt động theo một nguyên lý đơn giản: Khi hai bản cực

và đảm bảo chế độ khởi động tốt. Tuy nhiên ắc quy kiềm nó lại có các ưu điểm
sau:
- Có độ bền lớn và thời gian sử dụng dài.
- Qúa trình nạp điện cho ắc quy kiềm không đòi hỏi nghiêm ngặt về trò số
của dòng điện nạp. Trò số này có thể lớn gấp 3 lần dòng điện đònh mức
cũng chưa làm hỏng được ắc quy.
1.4.2. MÁY PHÁT ĐIỆN
Máy phát điện dùng trên ôtô có thể là máy phát một chiều hoặc máy
phát điện xoay chiều. Dù thuộc máy phát khác nhau, nhưng trên ôtô chúng vẫn
giữ chung một nhiệm vụ: Sản sinh ra điện năng để cung cấp cho thiết bò dùng
điện trên ôtô khi ôtô đã thực hiện xong quá trình khởi động máy.
1.4.2.1. Máy phát điện một chiều
1.4.2.1.1. Nguyên lý sinh điện
Máy phát điện được chế tạo theo nguyên lý cảm ứng từ: Khi một đoạn
dây dẫn điện di chuyển cắt các đường sức của từ trường, trong dây sẽ phát sinh
dòng ứng điện. Cường độ dòng điện tùy thuộc vào: Sức mạnh của từ trường, tổng
số đoạn đây di chuyển cắt các đường sức và tốc độ di chuyển của dây.
Hình vẽ 1.3 trình bày sơ đồ thí nghiệm về cảm ứng từ gồm hai cực của
nam châm vónh cữu và một đoạn dây dẫn nối với ampe kế thật nhạy. Nếu di
chuyển đoạn dây từ trên xuống cắt các đường sức ta thấy kim ampe kế sẽ di

Hình1.3. Thí nghiệm về cảm ứng từ:
Trang 6
chuyển qua trái chứng tỏ có dòng điện chạy trong dây. Nếu di chuyển từ dưới
lên, kim sẽ dao động qua phải chứng tỏ dòng điện ứng chạy trong dây theo chiều
ngược lại. Nếu di chuyển các đoạn dây song song với các đường sức sẽ không có
dòng điện phát sinh.
Trên thực tế máy phát điện dùng nam châm điện thay cho nam châm vónh
cửu vì loại này tạo được từ trường mạnh.
Hình 1.4 trình bày máy phát điện một chiều DC đơn giản gồm:

cọc bắt dây F cách mát vỏ, đầu kia nối với chổi than âm hay hàn vào vỏ máy
phát. Cũng như loại trên chổi than dương luôn luôn nối với cọc bắt dây ký hiệu
A nơi vỏ.
3. Máy phát một chiều có khối cực trung gian
Từ thông của máy phát điện làm cho các đường sức từ trường chính giữa
các khối cưc bò lệch và phân phối không đều (hình 1.7). Từ cảm ở khe hở không
khí (khe hở giữa các khối cực và phần ứng) trong vùng tay phải của khối cực tăng
hơn nhiều hơn vùng tay trái. Hiện tượng này gọi là phản ứng của phần ứng.Hình 1.5 a-Sơ đồ mạch đây máy phát một chiều hệ A
b-Sơ đồ mạch dây máy phát một chiều hệ B
Khối cực và cuộn cảm
a
b
Trang 8
Hiện tượng phản ứng của phần ứng làm sai lệch vò chí trung hòa của các
chổi than, làm phát sinh nhiều tia lửa hồ quoang phá hoại cổ góp điện nhanh
tróng. Để cải tiến trong máy phát điện một chiều loại công suất lớn và tốc độ
cao, người ta thêm khối cực và cuộn cảm đặc biệt gọi là khối cực trung gian
(hình1.8a). Khối cực này được bố chí giữa hai khối cực chính và được quấn bằng
tiết diện lớn, toàn bộ dòng điện do phần ứng phát ra lưu thông qua cuộn này
trong quá trình phát điện từ trường của cuộn trung gian sẽ phản lại từ trường của
phần ứng điện. Nhờ vậy các đường sức của từ trường ít bò lệch nên vò trí trung
hòa các chổi than ít bò ảnh hưởng.
4. Máy phát điện một chiều có cuộn phản từ
Một số máy phát được thiết kế đặc biệt trong đó, phần cảm điện có quấn
thêm một số cuộn dây phụ giúp cho máy phát điện tốt ở vận tốc thấp. Khi máy
làm việc ở chế độ cao tốc, điện phát sẽ vượt quá mức cho dù lúc bây giờ các


- Tuổi thọ các tiếp điểm trong cuộn tiết chế tương đối dài hơn loại
thường.

Hình 1.8. Máy phát điện một chiều có hai mạch kích từ
song song
F1, F2-Các cọc kích từ A-Cọc phát
G-cọc mát
Trang 10
Kiểu máy phát điện một chiều này rất thích hợp cho xe bus lưu thông
trong thành phố đông đúc, và các loại xe cơ giới nặng di chuyển chậm.
6. Máy phát điện một chiều 3 chổi than
Trên loại này điện kích thích đi vào các cuộn cảm không lấy nơi chổi than
chính mà được lấy ở cổ góp điện nhờ chổi than thứ 3 mảnh hơn hai chổi than
chính. Có thể dòch chuyển chổi than thứ ba theo chiều quay của phần ứng để lấy
thêm điện kích từ cho máy phát khẻo hơn.
Loại máy phát này chỉ tự tiết chế được cường độ dòng điện phát, thế hiệu
của nó vẫn tăng theo tốc độ quay của phần ứng điện.
7. Máy phát điện một chiều có 4 chổi than 4 khối cực
`

Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý máy phát điện 3 chổi than
N-Cực bắc S-cực nam.
Chổi than chính
Hình 1.10. Mạch dây của máy phát điên một chiều
công suất lớn có 4 khối cực 4 chổi than
Chổi than thứ ba
Chổi than chính
Trang 11
Hình vẽ giới thiệu loại máy phát điện một chiều có 4 chổi than, 4 khối
cực và cuộn cảm công suất lớn. Nguyên lý hoạt động và điều chỉnh điện giống

Trong máy phát điện xoay chiều hầu như không có những nhược điểm
trên vì cuộn dây phần ứng nằm cố đònh ở stato và điện được dẫn ra mạch ngoài
qua các đầu nối cố đònh.
Đối với máy phát xoay chiều kích thích kiểu điện từ thì dòng điện kích
thích tuy phải dẫn qua chổi điện và các vòng tiếp điện vào rôto nhưng chỉ tiếp

Trang 12
xúc trượt, không có quá trính chuyển mạch nên chổi điện làm việc không có tia
lửa hồ quang còn số vòng quay của rôto có thể tăng vô cùng, chỉ phụ thuộc vào
ổ bi và đai truyền.
Đặc tính của máy phát điện xoay chiều cũng có thể chọn sao cho ở hành
trình không tải của động cơ ôtô máy phát điện đã có thể cung cấp một phần
công suất cho mạng điện.
1.4.2.2. Máy phát điện xoay chiều
1.4.2.2.1. Nguyên lý sinh điện
Trong máy phát điện một chiều, phần ứng điện quay, phần cảm điện
đứng. Trong máy phát điện xoay chiều kết cấu ngược lại: Phần ứng điện đứng,
phần cảm điện quay.
Hình vẽ giới thiệu nguyên lý một máy phát điện xoay chiều đơn giản gồm
một nam châm điện quay trong vòng dây ứng điện. Nam châm điện được kích từ
bằng dòng điện một chiều qua hai vòng thau tiếp điện.
Khi cực bắc của nam châm quét ngang nhánh dây ứng bên phải, dòng
điện ứng chạy từ trước ra sau (hình a). Nam châm quay 180
0
cực nam quoét
ngang qua nhánh dây bên phải, dòng điện ứng trong nhánh này chạy từ sau ra
trước (hình b) dòng điện phát sinh trong vòng dây ứng là dòng điện xoay chiều.
Sức mạnh của dòng điện ứng tùy thuộc vào ba yếu tố:

Hình 1.11. Sơ đồ nguyên lý kết cấu và hoạt động

- Giá thành hạ, sự tiêu hao dây đồng để quấn giảm được khoảng 2.5 lần.
Công suất riêng đạt 1000W/1kG trọng lượng (máy phát điện một chiều chỉ đạt
45W/1KG).
- Ở điện áp đònh mức, cho phép tăng tốc độ của rôto lên tới 2000
vòng/phút. Khi rôto có tốc độ quay thấp, công suất của máy phát cũng đạt được
40% công suất đònh mức.
- Dùng điốt để chỉnh lưu dòng điện nên không cần rơle ngăn dòng điện
ngược và rơle hạn chế dòng điện, do đó làm giảm bớt kết cấu của bộ tiết chế và
tăng độ tin cậy làm việc cho máy phát.

Trang 14
Chương 2
CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG
CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG ĐIỆN ÔTÔ

Trang 15
2.1. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
Hình vẽ là sơ đồ hệ thống cấp điện với máy phát điện một chiều (hình a)
và máy phát điện xoay chiều có chỉnh lưu bán dẫn (hình b).
Trong các sơ đồ hệ thống cung cấp điện ta thấy ắc quy và máy phát điện
mắc song song với nhau, hỗ chợ cho nhau tùy thuộc vào phụ tải và cùng cung
cấp điện cho phụ tải theo chế độ quy đònh. Cụ thể: Ở chế độ thứ nhất-khi động
cơ ôtô không làm việc hoặc làm ở số vòng quay thấp, máy phát điện chưa có
khả năng cung cấp điện cho mạch phụ tải thì ắc quy sẽ cung cấp điện cho phụ

Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống cấp điện
a) Với máy phát một chiều b) Với máy phát xoay chiều có
chỉnh lưu bán dẫn.1-Ắc quy; 2-Máy phát điện; 3-Bộ điều chỉnh điện;
4-Máy khởi động điện.
Trang 16

máy phát điện xoay chiều. Dù thuộc loại máy phát khác nhau, nhưng trên ôtô
chúng vẫn giữ chung một nhiệm vụ: Sản sinh ra điện năng để cung cấp cho các
thiết bò dùng điện trên ôtô khi ôtô đã thực hiện xong quá trình khởi động máy.
2.2.2.1. Máy phát điện một chiều
2.2.2.1.1. Cấu tạo của máy phát điện một chiều
Máy phát điện một chiều trên ôtô có cấu tạo tương tự như máy phát điện
một chiều khác, tức là nó cũng có hai bộ phận chính: Phần tónh gọi là stato và
phần động gọi là rôto (như hình vẽ).
1. Phần tónh stato
a) Vỏ: Là một ống thép gia công mặt trong, các khối cực gắn cứng vào
vỏ nhờ vis. Khối cực dùng làm lõi quấn các cuộn cảm và trở thành cực bắc nam
khi có dòng điện kích thích chạy qua. Vỏ có nhiệm vụ làm cầu nối mạch cho từ
trường lưu thông giữa các khối cực. Máy phát điện thường có hai khối cức cách
nhau
0
180
hay 4 khối cực cách nhau
0
90
(như hình 2.3).
b) Cuộn
cảm điện: Các
cuộn cảm điện
được quấn
bằng dây cách
điện thành khung dây, sau đó bọc vải thép vệt ni. Các cuộn cảm được đấu nối
tiếp nhau, khi có điện kích thích chạy qua, các khối cực tạo từ trường. Hình 2.3
trình bầy mạch từ lưu thông trong vỏ máy phát DC loại 2 và 4 khối cực.
Sau khi cắt dòng điện kích thích các khối cực vẫn còn lưu lai một ít từ
trường do tính từ sót. Đối với máy phát điện mới chế tạo hay mới phục hồi cần

A-Ổ tựa chổi than, 1-Lò xo 2-Chổi than
Trang 19

2. Phần ứng (rôto)
Phần ứng máy phát điện một chiều gồm: Trục, lõi, các cuộn dây ứng điện
và cổ góp điện.
a) Lõi phần ứng điện: Dùng để dẫn từ và gá lắp dây quấn phần ứng. Nó
được chế tạo từ những tấm thép kó thuật điện, sơn cách điện mỏng ở hai mặt rồi
ép chặt lại để giảm tổn hao do đòng điện xoáy gây nên. Trên mỗi lá thép có dập
hình dạng rãnh để đặt dây quấn phần ứng, các lá thép phần ứng được ép cứng
trên trục của rôto, do đó khi trục của rôto quay sẽ làm tất cả các chi tiết phần
ứng quay theo.

b) Dây quấn phần ứng: Cuộn dây phần ứng của máy phát điện một chiều
là tập hợp của rất nhiều khung dây quấn trong các rãnh có lót lớp cách điện,
những đầu mối hàn vào cổ góp điện. Cách quấn dây phần ứng điện phải đạt yêu
cầu kó thuật là hai nhánh của mỗi khung dây phải luôn luôn đặt dưới hai khối cực
khác tên. Phần ứng điện máy phát của động cơ ôtô thường được quấn theo hai
cách: quấn xếp và quấn sóng.
- Quấn xếp: Hình 2.7a cho thấy cách quấn xếp trên phần ứng máy phát
điện DC 2 cực. Hình vẽ chỉ trình bày hai khung dây. Hai nhánh của mỗi khung
dây được đặt trong hai rãnh gần đối diện nhau. Đầu mối của khung dây bắt đầu
từ phiến đồng số 1 nơi cổ góp điện, chui dọc theo rãnh 12 của lõi và trở lại theo
rãnh 4 sau đó hàn vào phiến đồng số 2. Mỗi rãnh chứa hai lớp dây có nghóa là
chứa hai nhánh của hai khung dây. Mỗi khung dây có thể quấn từ nhiều vòng
dây.

Trục
Lõi Dây quấn phần ứng
Cổ góp điện

1-Lam đồng, 2-ống lót, 3-Vành chêm, 4,5-Lớp cách điện, 6-Nhựa cách
điện, 7-Khe mica
2.2.2.1.2. Hoạt động của máy phát điện một chiều
Như đã biết điều kiện cần thiết để máy phát điện phát ra được điện là
rôto phải quay trong từ trường.
Từ trường trong máy phát điện một chiều được tạo nên bằng nam châm
điện, cụ thể là: Khi có dòng điện kích thích chạy trong cuộn dây kích từ, thì cực
từ trong lòng cuộn dây sẽ bò từ háo để trở thành nam châm điện. Nam châm này
mạnh hay yếu là tùy thuộc vào dòng điện kích thích lớn hay bé, số vòng dây của
cuộn kích thích nhiều hay ít. Ban đầu chưa có dòng điện kích thích thì các cực từ
chỉ có độ từ dư nhỏ do bản thân nó được từ hóa trước. Rôto ban đầu muốn quay
được phải nhờ lực kéo truyền từ trục khuỷu động cơ ôtô qua đai truyền đến bánh
đai ghép ở đầu trục rôto, khi rôto đã quay các vòng dây phần ứng của rôto sẽ cắt
ngang từ trường yếu do từ dư ở các cực nam châm điện. Lúc đó trong cuộn dây
phần ứng suất hiện suất điện động cảm ứng không lớn. Cuộn dây kích từ được
đấu với mạch ngoài của máy phát điện, nên lúc này nó được cung cấp dòng điện
không lớn nhưng cũng làm cho cực từ của nam châm điện được từ hóa thêm, dẫn
đến máy phát sẽ phát ra được dòng điện lớn thêm. Cứ như vậy dòng điện kích từ
được tăng dần và máy phát sẽ phát ra được dòng điện đònh mức.
2.2.2.1.3. Sử dụng và bảo dưỡng máy phát điện một chiều
1. Sử dụng
Quá trình sử dụng máy phát điện một chiều trên ôtô thường xuyên chú ý
tới chế độ làm việc của nó, cụ thể phải quan tâm đến các vấn đề sau:

Trang 22
- Lượng điện phát ra: Trong điều kiện làm việc bình thường, điện năng
của máy phát điện phát ra phải đảm bảo cho các thiết bò dùng điện trên ôtô hoạt
động bình thường.
- Hiện tượng bên ngoài: Không có va cơ khí. Độ nóng trong phạm vi cho
phép. Không có mùi cháy, không có khói và tia lửa phát ra.

, nhiệt độ cổ góp không quá
0
60

2. Bảo dưỡng
Máy phát điện trên ôtô được bảo dưỡng theo ba cấp.

Trang 23
a) Bảo dưỡng cấp1: Gồm các công việc sau
- Kiểm tra các đầu dây nối điện.
- Kiểm tra độ căng các dây đai.
b) Bảo dưỡng cấp 2: Ngoài công việc như bảo dưỡng cấp 1 còn thêm:
- Lau hết bụi bẩn bám bên ngoài máy phát.
- Dùng khí nén thổi sạch toàm bộ máy phát.
c) Bảo dưỡng cấp 3: Thường được tiến hành theo mùa. Hàng năm trước
khi bước vào mùa đông để chuẩn bi cho máy làm việc tốt cần phải bảo dưỡng
cấp3 cho máy phát điện.
- Tháo máy phát điện ra khỏi ôtô.
- Mở giá đỡ chuổi than, kiêm tratình trạng cổ góp , vành tiếp xúc chổi
than và các vòng bi. Khi cần thiết phải tháo rời các chi tiết bò mòn hoặc hỏng.
- Dùng khí nén thổi sạch bên trong máy phát sau đó mới lắp lại.
- Đưa máy phát điện đã lắp ráp hoàn chỉnh lên giá đỡ và cho chạy với phụ
tải đònh mức để kiểm tra.
- Khi kiểm tra thấy máy phát làm việc hoàn toàn tin cậy, bảo đảm chế độ
đònh mức mới đem lắp ráp vào ôtô.
2.2.2.1.4. Các hư hỏng thường gặp của máy phát một chiều trên ôtô và cách
sửa chữa
1. Các hư hỏng và nguyên nhân gây hư hỏng
Hư hỏng của máy phát điện một chiều trên ôtô biểu hiện dưới dạng hiện
tượng có thể quan sát, cảm thấy hoặc đo đạc được. Ở đây sẽ nêu các hiện tượng

c. Máy phát không phát ra điện. Trường hợp này xẩy ra là do các
nguyên nhân sau:
- Sự truyền động từ trục khuỷu tới trục của rôto máy phát không làm việc.
- Đầu nối dây đưa mạch ra của máy phát bò hở mạch.
- Đầu tiếp mát của máy phát bò đứt .
- Cực từ của máy phát đã bi khử hết từ dư hoặc cuộn dây kích từ bò đứt
mạch.
2. Sửa chữa các chi tiết chính của máy phát một chiều
a. Kiểm tra và sửa chữa cuộn dây phần ứng điện
Để kiểm tra phần ứng điện của máy phát, người ta cần đến thiết bò
chuyên dùng gọi là Growler. Hình2.10 giới thiệu thiết bò này, thiết bò náy gồm
hai biến áp với lõi 9 dạng hai khối lăng trụ. Hai khối lăng trụ này không nối
nhau nhằm để hở mạch từ của máy biến áp (hình 2.10b).
Khi kiểm tra, ta đặt phần ứng lên giữa hai khối lăng trụ, lõi phần ứng điện
sẽ khép kín mạch từ của của thiết bò, các cuộn dây ứng trở thành cuộn dây thứ
cấp của máy biến áp.
* Thử chạm mát với đèn thử 110V.

Trang 25
Đấu đèn thử như sơ đồ hình 2.9, một đầu chạm vào lõi, đầu kia chạm vào
cổ góp điện. Nếu đèn thử cháy sáng là do các vòng dây ứng hay cổ góp chạm
mát . Thường bò chạm mát nơi cổ dây bẻ gắp của đầu dây vô ra trên răng lõi
phần ứng điện.
Thử chạm mát với Growler Hình 2.10d: Bật công tắc nối điện vào thiết bò
chạm một đầu que thử váo cổ góp điện chạm đầu kia vào lõi nếu đèn kiểm tra
cháy sáng là phần ứng bò chạm mát.

*Thử các cuộn dây ứng bò nối tắt (Hình 2.10c). Đặt phần ứng lên 2 khối
trụ, đặt lưỡi cưa mỏng lên từng rãnh chứa các vòng dây ứng.
Bật công tắc nối thiết bò vào lưới điện xoay chiều, lúc này các vòng dây