TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
LỜI NÓI ĐẦU
Xã hội ngày càng tiến bộ, chủ trương công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước
của nhà nước ta đang được xúc tiến mạnh mẽ. Để phục vụ vận chuyển cho nền công
nghiệp hiện đại, cũng như nhu cầu đi lại ngày càng lớn của người dân, việc phát
triển công nghiệp ôtô là hết sức cần thiết. Bên cạnh đó, đời sống của người dân
ngày càng được nâng cao, nhu cầu đi lại, vận chuyển không chỉ dừng lại ở việc “đi
tới nơi, về tới chốn” mà còn đòi hỏi tính tiện nghi, êm dịu. Do đó, nền công nghiệp
ôtô hiện đại cần phải đảm bảo được sự an toàn khi vận hành, tính thoải mái, êm dịu
cho người sử dụng và điều khiển nhẹ nhàng cho người lái.
Ôtô là phương tiện chuyên chở hàng hóa đặc biệt quan trọng ở Việt Nam cũng
như trên thế giới. Thiết nghĩ, việc nghiên cứu, chế tạo ôtô là điều cần làm ở nước ta.
Là sinh viên ngành cơ khí động lực, sau khi học các học phần Trang bị điện và
điện tử động cơ, trang bị điện và điện tử thân xe, vi điều khiển… thì việc tìm hiểu,
nghiên cứu, tính toán và thiết kế hệ thống điện trong xe là rất thiết thực và bổ ích.
Để giúp sinh viên rèn luyện được kỹ năng tìm hiểu thông tin, củng cố, ứng dụng lý
thuyết vào thực tế và bước đầu làm quen với việc nghiên cứu, tính toán kiểm
nghiệm các hệ thống điện – điện tử trên xe, mỗi sinh viên đều được nhận Đồ án
Trang bị điện và điện tử động lực. Trong khuôn khổ nhiệm vụ được giao, em xin
trình bày nhiệm vụ Tính toán kiểm nghiệm hệ thống cung cấp.
Em xin cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Th.S Nguyễn Việt Hải.
Dưới sự giúp đỡ, chỉ bảo của thầy cùng sự cố gắng, nổ lực của bản thân, em đã hoàn
thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian quy định. Tuy nhiên, do kiến thức hiểu biết
có hạn, điều kiện tham khảo thực tế chưa có nhiều nên trong đồ án không thể không
có sự sai sót, nhầm lẫn. Do vậy, em mong các thầy thông cảm và chỉ bảo thêm để
em hoàn thiện hơn trong quá trình học tập và công tác sau này.
Đà Nẵng, ngày 06 tháng 10 năm 2013
Sinh viên thực hiện
-1-
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
Chương 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG CUNG CẤP TRÊN ÔTÔ

TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
Hai sơ đồ tuy có cách nối dây khác nhau nhưng đều bao gồm hai nguồn năng
lượng là ắc quy và máy phát mắc song song. Tuỳ thuộc vào giá trị phụ tải và chế độ
làm việc của ô tô máy kéo, mà acquy, máy phát sẽ riêng biệt hoặc đồng thời cả hai
cung cấp năng lượng cho các bộ phận tiêu thụ (phụ tải).
Ngoài ra, tùy thuộc vào cấu tạo các bộ phận khác của hệ thống cung cấp mà ta
có sự phân loại khác nhau như:
- Acquy: là nguồn cung cấp năng lượng phụ trên ô tô.
- Bộ điều chỉnh điện (BĐCĐ) làm nhiệm vụ: phân phối chế độ làm việc giữa
acquy và máy phát; hạn chế và ổn định thế hiệu của máy phát để đảm bảo an toàn
cho các trang thiết bị điện trên xe; hạn chế dòng điện của máy phát để đảm bảo an
toàn cho các cuộn dây của nó. Gồm bộ điều chỉnh điện áp, điều chỉnh dòng điện,
điều chỉnh dòng điện ngược…
- Bộ chỉnh lưu: chỉ có trong hệ thống cung cấp dùng máy phát xoay chiều để
biến dòng xoay chiều thành dòng một chiều cung cấp cho các phụ tải trên xe cũng
như nạp vào acquy.
1.4. Các thông số cơ bản của hệ thống cung cấp
- Công suất máy phát: Phải đảm bảo cung cấp điện cho tất cả các tải điện trên
xe hoạt động. Thông thường, công suất của các máy phát trên ôtô hiện nay vào
khoảng P
mf
= 700 – 1500W.
- Dòng điện cực đại: Là dòng điện lớn nhất mà máy phát có thể cung cấp
thông thường thì I
max
= 70 – 140A.
- Tốc độ cực tiểu và tốc độ cực đại của máy phát: n
max
, n
min

- Các máy phát điện một chiều loại điều chỉnh trong có kết cấu đơn giản, có
khả năng hạn chế và tự động điều chỉnh dòng điện máy phát theo số vòng quay. Tuy
vậy nó có nhiều nhược điểm như:
+ Phải luôn luôn nối mạch điện với ắc quy chúng mới làm việc được.
+ Cản trở việc điều chỉnh thế hiệu của máy phát.
+ Làm giảm tuổi thọ của ắc quy.
- Máy phát điện xoay chiều, theo phương pháp kích thích chia ra:
+ Loại kích thích bằng nam châm vĩnh cửu.
+ Loại kích thích kiểu điện từ (bằng nam châm điện).
- Theo số pha của dòng điện máy phát cung cấp ta có:
+ Máy phát 1 chiều.
+ Máy phát xoay chiều.
2.1.1.3. Yêu cầu
Máy phát điện trên ô tô máy kéo làm việc trong những điều kiện đặc biệt, vì
thế chúng phải đáp ứng được các yêu cầu chính sau:
-5-
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
- Chịu được rung sóc bụi bẩn và làm việc tin cậy trong môi trường có nhiệt
độ cao, có nhiều hơi dầu mỡ nhiên liệu.
- Tuổi thọ cao.
- Kích thước và trọng lượng nhỏ, giá thành thấp.
So với máy phát một chiều thì máy phát xoay chiều có nhiều ưu điểm hơn, vì
nó không có vòng đổi điện và cuộn dây rô to đơn giản hơn do đó có tuổi thọ cao
hơn và dễ dàng trong bảo dưỡng.
2.1.2. Máy phát điện một chiều
2.1.2.1. Cấu tạo
Cấu tạo của máy phát điện một chiều bao gồm các bộ phận sau:
- Phần cảm (Stato) gồm: vỏ máy, các má cực trên quấn cuộn dây kích thích.
+ Vỏ máy: Làm bằng thép ít các bon có từ dư và thường được chế tạo bằng
cách uốn thép tấm thành ống rồi hàn lại. Trên vỏ có các cửa sổ để thông gió, kiểm

26
O
28
O
và tỳ sát vào thành dẫn hướng phía trước. Với cách lắp như vậy, khi roto
quay: lực ma sát từ phía vành đổi điện tác dụng lên chổi điện sẽ làm giảm áp lực và
ma sát giữa chổi điện và thành dẫn hướng. Đồng thời, sự tiếp xúc giữa vành đổi
điện và chổi điện được đảm bảo tốt hơn, ít bị mất tiếp xúc do rung động nên giảm
được tia lửa hồ quang chỗ tiếp xúc.
Hình 2.4.Giá đỡ chổi điện.
1-Thân giá đỡ; 2-Chổi điện; 3-Đòn ép; 4-Lò xo.
- Chổi điện: được chế tạo từ hỗn hợp grafít, đồng và các chất phụ khác có tác
dụng giảm điện trở và tăng khả năng chịu mài mòn của chổi.
- Ổ bi: roto của máy phát được đặt trên hai ổ bi lắp ở hai nắp. Các ổ bi được
bôi trơn bằng mỡ đặc. Để giảm tiếng ồn, một số kết cấu có thể thay ổ bi bằng ổ
trượt.
- Dẫn động máy phát: được thực hiện từ trục khuỷu động cơ thông qua puli và
đai truyền. Trên puli có thể làm các cánh quạt gió để làm mát máy phát.
2.1.2.2. Đặc tính máy phát điện một chiều
a) Đặc tính tự kích thích
Là đồ thị biểu diễn quan hệ U
mf
=f(n) với dòng điện tải khác nhau (Hình 2.5).
Đặc tính này cho phép đánh giá hiệu suất sử dụng mạch từ của máy phát. Khi số
-8-
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
vòng quay tăng lên thì hiệu điện thế máy phát cũng tăng theo. Số vòng quay mà thế
hiệu máy phát đạt đến giá trị định mực được gọi là số vòng quay ban đầu.
Hình 2.5 – Đặc tính tự kích thích của máy phát điện một chiều
b) Đặc tính ngoài

khả năng sử dụng được trên ô tô.
Máy phát kích thích bằng nam châm vĩnh cửu có loại một pha và ba pha. Loại
ba pha công suất có thể đạt tới 400VA hoặc lớn hơn.
Máy phát nam châm vĩnh cửu có nhiều ưu điểm hơn hẳn các máy phát kích
thích kiểu điện từ như: làm việc tin cậy, kết cấu đơn giản, không có cuộn dây quay,
hiệu suất cao, ít nóng, mức nhiễu xạ vô tuyến thấp.
Nhưng chúng cũng có một số nhược điểm quan trọng là: khó điều chỉnh thế
hiệu, công suất hạn chế, giá thành cao, trọng lượng lớn hơn loại kích thích kiểu điện
-10-
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
từ cùng công suất. Ngoài ra từ thông của nó còn phụ thuộc nhiều vào chất lượng
hợp kim và kim loại chế tạo nam châm.
2.1.3.1. Máy phát xoay chiều kích thích bằng Nam châm vĩnh cửu
a) Đặc điểm cấu tạo
Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu
gồm hai phần chính là rôto và stato.
* Rôto: Phần lớn các máy phát đang được sử dụng hiện nay đều có nam
châm quay, tức nam châm là rôto. Các máy phát loại này khác nhau chủ yếu ở kết
cấu của rôto và có thể chia ra một số loại chính:
- Rôto nam châm hình trụ.
- Rôto nam châm hình sao (có các má cực hoặc không).
- Rôto nam châm hình móng.
+ Đơn giản nhất là loại rôto hình trụ. Nó có ưu điểm là chế tạo đơn giản,
nhưng nhược điểm là hiệu suất sử dụng nam châm thấp. Vì thế chúng chỉ được sử
dụng ở các máy phát cỡ nhỏ công suất ≤ 100 VA.
Hình 2.8 – Roto nam châm hình trụ rỗng
1. Nam châm; 2. Các má cực; 3. Cuộn dây cố định của Stato
+ Thông dụng nhất là loại rôto nam châm hình sao. Loại này có ưu điểm là hệ
số sử dụng vật liệu lớn. Số cực nam châm thường là sáu, vì nếu tăng số cực lên nữa
thì hệ số sử dụng vật liệu lại kém đi.

có các vấu cực để quấn các cuộn dây phần ứng.
Hình 2.11 – Hệ thống từ của máy phát với nam châm hình sao
1. Stato; 2. Roto
b) Đặc tính tốc độ - phụ tải
Máy phát điện nói chng có một số đặc tính cơ bản khác nhau. Ở đây ta chỉ giới
hạn xét một đặc tính cơ bản, đặc trưng nhất cho sự làm việc của máy phát trên ô tô
máy kéo và liên quan đến vẫn đề điều chỉnh điện áp là đặc tính tốc độ-phụ tải của
nó.
Đường đặc tính nào biểu diễn mối quan hệ U
mf
=f(n) với các phụ tải khác nhau.
-13-
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
Hình 2.12 – Đặc tính tốc độ - phụ tải của máy phát điện xoay chiều kích thích
bằng nam châm vĩnh cửu.
2.1.3.2. Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ
Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ dùng cho ô tô máy kéo có
hai loại:
- Loại có vòng tiếp điện.
- Loại không có vòng tiếp điện.
a) Đặc điểm cấu tạo
a1. Loại có vòng tiếp điện.
Cấu tạo của máy phát điện loại có vòng tiếp điện gồm những bộ phận chính là:
rôto, stato, các nắp, puli, cánh quạt và bộ chỉnh lưu (bộ chỉnh lưư có thể tính hoặc
không tính vào thành phần cấu tạo của máy phát, tuỳ theo nó được đặt trong máy
phát hay riêng biệt bên ngoài).
-14-
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
Hình 2.13 – Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ
1. Stato và cuộn dây; 2. Roto; 3. Cuộn kích thích; 4. Quạt gió; 5. Puli;

Từ các sơ đồ ta thấy: mọi bộ phận của máy phát không có vòng tiếp điện đều
có kết cấu tương tự như ở máy phát điện loại có vòng tiếp điện. Chỉ có điểm khác
biệt là: cuộn dây kích thích 3 được đặt ngay trên phần ống nhô ra của nắp sau (hình
2.16a) hay lắp cố định trên đĩa 6 bắt chặt vào khối thép từ của stato. Tức là cuộn
dây kích thích trở thành một bộ phận của stato và điện được dẫn vào cuộn kích
thích qua các đầu nối cố định trên stato.
So với các máy phát loại có vòng tiếp điện, máy phát loại không có vòng tiếp
điện nói chung có kết cấu phức tạp, khối lượng và kích thước lớn hơn. Tuy vậy, độ
tin cậy cao và tuổi thọ lớn hoàn toàn có thể bù lại được cho những nhược điểm trên
của chúng.
b) Đặc tính máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ
Đặc tính của máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ có dạng gần
tương tự các đặc tính của máy phát xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu.
Có sự sai khác ít nhiều giữa chúng là do ảnh hưởng của sự thay đổi dòng kích thích.
Do dùng nam châm điện từ nên việc điều chỉnh thế hiệu có thể thực hiện giống
như đối với các máy phát điện một chiều, tức là bằng cách thay đổi dòng kích thích
nhờ rơle điều chỉnh thế hiệu máy phát.
-17-
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
Do cuộn dây stato có hệ số tự cảm lớn nên máy phát có đặc tính tự hạn chế
dòng điện. Đường đặc tính tải theo tốc độ I
mf
=f(n) khi thế hiệu chỉnh lưu U
cl
=const
và dòng kích thích I
kt
=const.
Hình 2.17 – Đặc tính tải – tốc độ I=f(n) khi U=const của máy phát xoay chiều
a) Đặc tính máy phát khi có bộ hạn chế dòng;

2.2.3. Phân loại
Dựa vào chu kỳ chỉnh lưu ta có:
- Bộ chỉnh lưu một nữa chu kỳ.
- Bộ chỉnh lưu hai nữa chu kỳ.
Dựa vào số đi-ốt chỉnh lưu:
- Bộ chỉnh lưu 6 đi-ốt.
- Bộ chỉnh lưu 8 đi-ốt.
- Bộ chỉnh lưu 14 đi-ốt.
Hiện nay trên ô tô, thông dụng nhất là bộ chỉnh lưu cầu 3 pha, nhờ cấu tạo đơn
giản, tính ổn định, tuổi thọ cao, phù hợp với điều kiện làm việc của hệ thống cung
cấp trên ô tô.
-19-
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
Hình 2.18 – Bộ chỉnh lưu mạch cầu 3 pha 6 đi-ốt
Hình 2.18 là bộ chỉnh lưu đơn giản và hiệu quả với máy phát công suất nhỏ.
Tuy nhiên, đối với máy phát có công suất lớn (P > 1000 W), sự xuất hiện sóng đa
hài bậc 3 trong thành phần của hiệu điện thế pha do ảnh hưởng của từ trường các
cuộn pha lên cuộn kích làm giảm công suất máy phát. Vì vậy, người ta sử dụng cặp
đi-ốt mắc từ dây trung hoà để tận dụng sóng đa hài bậc 3, làm tăng công suất máy
phát khoảng 10 – 15% (hình 4.19). Trong một số máy phát, người ta còn sử dụng 3
đi-ốt nhỏ (diode trio) mắc từ các pha để cung cấp cho cuộn kích đồng thời đóng
ngắt đèn báo nạp.
-20-
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
Hình 2.19 – Sơ đồ máy phát có bộ chỉnh lưu mạch cầu 3 pha 8 đi-ốt
1. Cuộn Stato; 2. Cuộn kích thích; 3. Tiết chế
2.3. Bộ điều chỉnh
2.3.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu
2.3.1.1. Công dụng
Khác với các máy phát điện tĩnh tại, các máy phát điện ô tô máy kéo làm việc

- Ngoài ra, người ta còn tích hợp nhiều chức năng điều chỉnh trong một cơ
cấu, gọi là bộ điều chỉnh đa chức năng.
Đối với máy phát một chiều làm việc song song với ắc quy đòi hỏi phải sử
dụng: BĐC điện áp, BĐC dòng điện và BĐC dòng điện ngược .
Trong thực tế, đôi khi người ta không làm BĐC điện áp riêng mà làm kết hợp
với BĐC dòng điện ngược chung trong một kết cấu. Trong trường hợp đó, BĐC kết
hợp này được gọi là BĐC thế hiệu giảm dần (vì nó không đảm bảo giữ cho thế hiệu
máy phát ổn định, mà thế hiệu máy phát sẽ giảm dần khi I
mf
tăng). Thậm chí có
trường hợp cả ba loại điều chỉnh trên được làm kết hợp chung trong một kết cấu.
Đối với các máy phát điện xoay chiều: do có bộ chỉnh lưu bán dẫn nên việc sử
dụng BĐC dòng điện ngược không cần thiết nữa, vì các điốt chỉnh lưu không cho
dòng điện đi ngược từ ắc quy sang máy phát. BĐC dòng điện cũng không cần thiết
nữa, vì đa số các máy phát xoay chiều có đặc tính tự hạn chế dòng lớn. Như vậy,
đối với máy phát xoay chiều bộ điều chỉnh điện lúc này chỉ cần có BĐC điện áp và
bộ đóng mạch.
-22-
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
* Theo đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc, BĐC điện được chia làm:
- BĐC loại rung (kiểu cơ khí).
- BĐC loại bán dẫn có tiếp điểm điều khiển.
- BĐC loại bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển.
2.3.1.3. Yêu cầu
Bộ điều chỉnh điện cần đáp ứng những yêu cầu sau:
- Điều chỉnh chính xác;
- Làm việc tin cậy, ổn định, chịu rung xóc tốt và tuổi thọ cao;
- Kết cấu, điều chỉnh, bảo dưỡng và sửa chữa đơn giản;
- Giá thành rẻ.
2.3.2. Nguyên lý điều chỉnh thế hiệu và hạn chế dòng

I R
U
β
=
: Hệ số phụ tải của máy phát.
Từ phương trình (2.1a) ta có:
(1 ) (1 )
E
E n
U C
ϕ
β β
= =
+ +
(2.1b)
Từ phương trình này ta thấy rằng:
-23-
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG CUNG CẤP
- Khi tốc độ và phụ tải của máy phát thay đổi thì thế hiệu của máy phát chỉ
có thể điều chỉnh (giữ không đổi) bằng cách thay đổi từ thông Φ, tức là thay đổi
dòng điện kích thích của máy phát.
- Dòng điện tải của máy phát I
mf
≈ I
u
= (U/R
ft
) (ở đây R
ft
- tổng trở của tất cả

(lx) có khuynh hướng giữ cho tiếp điểm K-K' luôn luôn ở trạng thái đóng; điện trở
phụ R
f
mắc song song với KK'.
Nguyên lý làm việc:
+ Ở trạng thái không làm việc hay khi máy phát làm việc ở số vòng quay nhỏ:
lực điện từ tạo nên bởi cuộn dây từ hoá W
U
là F
đt
nhỏ hơn lực kéo của lò lo (F
đt
<
F
lx
) nên tiếp điểm KK' được giữ ở trạng thái đóng. Lúc này điện trở phụ R
f
bị nối tắt
và dòng điện kích thích sẽ đi theo mạch sau:
(+)MF > a > b > cần 3 > KK' > d > W
kt
> (-)MF
+ Khi tốc độ quay của máy phát tăng lên: thì dòng điện kích thích và thế hiệu
của máy phát tăng theo. Khi U
mf
> U
đm
thì dòng qua cuộn dây W
U
lớn, lực điện từ