Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy (Phần 1)

Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 1 MỤC LỤC BÀI 1: CÁC LINH KIỆN ĐIỆN THƯỜNG DÙNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN XE - MÁY ........................................................................................... 5 1. Điện trở ...................................................................................................... 5 1.1 Cấu tạo, ký hiệu ........................................................................................ 5 1.2 Qui ước và cách đọc ................................................................................. 5 1.3 Phân loại điện trở ..................................................................................... 7 1.4 Ứng dụng điện trở: ................................................................................... 8 1.5 Các hư hỏng thường gặp trên điện trở....................................................... 8 2. Tụ điện ....................................................................................................... 8 2.1 Cấu tạo, ký hiệu, quy ước và cách đọc ...................................................... 8 2.2 Các số liệu kỹ thuật của tụ điện .............................................................. 11 2.3 Phương pháp đo tụ điện .......................................................................... 12 3. Đi ốt. ........................................................................................................ 13 3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của điốt bán dẫn ................................... 13 3.1.1 Cấu tạo điốt bán dẫn (hình 1.10): ......................................................... 13 3.1.2 Nguyên lý hoạt động của điốt bán dẫn ................................................. 14 3.1.3 Đặc tính Volt - Ampere của điốt .......................................................... 15 3.2 Các loại đi ốt .......................................................................................... 17 3.2.1 Điốt ổn áp Zenner ................................................................................ 17 3.2.2 Điốt quang (điốt thu sáng hay photo điốt) ............................................ 17 3.2.3 Điốt phát quang (LED) ........................................................................ 18 4. Tranzito (Bóng bán dẫn). .......................................................................... 18 4.1 Khái niệm chung .................................................................................... 18 4.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động của tranzitor lưỡng cực ............................. 19 5. Thyristo .................................................................................................... 22 BÀI 2. NGUỒN ĐIỆN VÀ BỘ ĐIỀU CHỈNH ............................................. 23 1. Nhiệm vụ chung. ...................................................................................... 23 2. Ắc quy. ..................................................................................................... 23 2.1 Nhiệm vụ ................................................................................................ 23 2.2 Phân loại................................................................................................. 23 2.3 Cấu tạo của ắc qui .................................................................................. 23 2.4 Các quá trình điện hóa trong ắc qui ........................................................ 25 2.5 Các thông số kỹ thuật của ắc quy ............................................................ 27 Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 2 2.6 Đặc tính làm việc của ắc quy ................................................................. 28 2.6.1 Đặc tính phóng nạp của ắc quy ............................................................ 28 2.6.2 Dung lượng của ắc quy ........................................................................ 29 2.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng của ắc quy .................................. 30 3. Máy phát điện. .......................................................................................... 30 4. Bộ điều chỉnh điện.................................................................................... 33 BÀI 3. HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG ĐIỆN .................................................... 36 1. Nhiệm vụ, sơ đồ nguyên lý. ...................................................................... 36 1.1 Nhiệm vụ ................................................................................................ 36 1.2 Phân loại và yêu cầu ............................................................................... 36 2. Đặc điểm cấu tạo các chi tiết chính........................................................... 38 3. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều .................................... 41 4. Các biện pháp cải thiện đặc tính hoạt động của hệ thông khởi động điện.. 42 4.1 Phương pháp dùng bugi sấy (động cơ điezel) ......................................... 42 4.2 Phương pháp đấu nối tiếp điện áp trong quá trình khởi động .................. 42 BÀI 4. HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG VÀ TÍN HIỆU ..................................... 44 1. Mạch đèn pha-cốt, đèn báo kích thước. .................................................... 44 1.1. Sơ đồ mạnh chiếu đèn chiếu sáng loại dương chờ (không có rơ-le chuyển đổi pha cốt): ................................................................................................. 44 1.2 Sơ đồ mạch đèn chiếu sáng loại âm chờ (có rơ-le chuyển đổi pha cốt): .. 45 2. Mạch đèn báo lùi, đèn báo phanh. ............................................................ 46 2.1 Mạch đèn báo lùi .................................................................................... 46 2.1.1 Sơ đồ mạch điện đèn lùi ...................................................................... 46 2.1.2 Nguyên lý làm việc .............................................................................. 46 2.2 Mạch đèn báo phanh ............................................................................... 46 3. Mạch đèn xin đường (xinhan). .................................................................. 47 3.1.Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của hệ thống đèn báo rẽ ............................... 47 3.2.Nguyên tắc hoạt động: ............................................................................ 48 4. Mạch đèn cảnh báo tình trạng các hệ thống .............................................. 49 BÀI 5. HỆ THỐNG THÔNG TIN .................................................................50 1. Mạch báo nạp ........................................................................................... 51 1.1. NhiÖm vô: .............................................................................................. 51 1.2. Yêu cầu ................................................................................................. 51 2. Mạch báo áp suất dầu bôi trơn, dầu thuỷ lực............................................. 52 Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 3 2.1 Nhiệm vụ ................................................................................................ 52 2.2 Yêu cầu ................................................................................................. 52 2.4.2 Dụng cụ áp suất dầu loại từ điện .......................................................... 54 3. Mạch báo nhiệt độ nước làm mát .............................................................. 56 3.1. Nhiệm vụ, yêu cầu của mạch báo nhiệt độ nước. ................................... 56 3.2 Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của mạch báo nhiệt độ nước. ....................... 56 3.2.1. Mạch đo nhiệt độ loại rung nhiệt điện ................................................. 56 3.2.2. Mạch đo nhiệt độ loại từ điện ............................................................. 58 4. Mạch báo mức nhiên liệu ......................................................................... 60 4.1. Nhiệm vụ, yêu cầu của mạch báo nhiên liệu. ......................................... 60 4.2 Dụng cụ đo mức nhiên liệu loại từ điện ................................................. 60 BÀI 6. HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN .................................................... 64 1. Rơ le điện từ ............................................................................................. 64 2. Rơ le thời gian (điều khiển sấy) ................................................................ 64 3. Van điện từ (Solenoid) ............................................................................ 65 4. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển. ............................................................... 65 Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 4 LỜI NÓI ĐẦU Để nâng cao chất lượng giáo dục và học tập của Trường theo xu hướng phát triển của đất nước, trên cơ sơ chương trình khung đào tạo đã được Bộ ban hành. Tập thể giáo viên khoa Xây dựng - Giao thông Trường Cao đẳng nghề Yên Bái với kinh nghiệm giảng dạy lâu năm kết hợp với các tài liệu mới nhất đã biên soạn ra giáo trình “Lý thuyết điện xe - máy” Cuốn sách được biên soạn với nội dung ngắn gọn, dễ hiểu nhằm trang bị cho Học viên những kiến thức cơ bản, cần thiết về điện xe - máy, phục vụ cho việc tiếp thu kỹ thuật chuyên môn, rèn luyện tay nghề để áp dụng vào sản xuất. Giáo trình gồm 6 bài: Bài 1: Các linh kiện thường dùng trong hệt thống điện xe máy Bài 2: Nguồn điện và bộ điều chỉnh điện Bài 3: Hệ thống khởi động Bài 4: Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu Bài 5: Hệ thống thông tin Bài 6: Hệ thống điện điều khiển Trong quá trình biên soạn cuốn sách mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng vì thời gian và trình độ có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót. Chúng tôi rất mong sự góp ý kiến xây dựng của quý độc giả và các nhà chuyên môn cho cuốn sách ngày càng hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Yên Bái, ngày tháng năm 2015 Nhóm biên soạn Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 5 BÀI 1. CÁC LINH KIỆN ĐIỆN THƯỜNG DÙNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN XE - MÁY 1. Điện trở 1.1 Cấu tạo, ký hiệu Điện trở thường có dạng hình ống, trên ống sơn các vòng mầu vòng thứ nhất nằm gần sát với một đầu của điện trở, vòng cuối cùng là vòng nhũ hay vòng nhũ bạc. Điện trở là linh kiện dùng để ngăn cản dòng điện trong mạch. Nói một cách khác là nó điều khiển mức dòng và điện áp trong mạch. Để đạt được một giá trị dòng điện mong muốn tại một điểm nào đó của mạch điện hay giá trị điện áp mong muốn giữa hai điểm của mạch người ta phải dùng điện trở có giá trị thích hợp. Tác dụng của điện trở không khác nhau trong mạch điện một chiều và cả mạch xoay chiều, nghĩa là chế độ làm việc của điện trở không phụ thuộc vào tần số của tín hiệu tác động lên nó. Hầu hết điện trở đều làm từ chất cách điện và nó có mặt ở hầu khắp các mạch điện. Các đơn vị của điện trở thường là: m, , k, M, G. Điện trở dẫn cả dòng một chiều và xoay chiều. Điện áp và dòng điện trên điện trở thuần có độ lệch pha bằng 0 (cùng pha). Điện trở có cấu tạo như (hình 1.1) Ký hiệu điện trở như (hình 1.2) 1.2 Qui ước và cách đọc a. Qui ước + Qui tắc về mã mầu: Hình 1.2: Ký hiệu điện trở Hình 1.1: Hình dáng thực tế của điện trở Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 6 Người ta qui ước 10 mầu biểu thị cho 10 chữ số từ 0 đến 9 theo bảng 1-1 Bảng 1-1 b. Cách đọc + Cách đọc điện trở có ba vòng mầu (hình 1.3) - Vòng mầu thứ nhất: chỉ số thứ nhất - Vòng mầu thứ hai: chỉ số thứ hai - Vòng mầu thứ ba: + Nếu là nhũ vàng thì nhân với 0,1 + Nếu là nhũ bạc thì nhân với 0,01 Ví dụ: Vòng thứ nhất mầu vàng  giá trị là 4 Vòng thứ hai mầu tím  giá trị là 7 Vòng thứ ba nhũ vàng  giá trị là nhân 0,1 Giá trị điện trở là: 4 7 x 0,1= 4,7 Ω + Cách đọc điện trở có bốn mầu: Đây là loại điện trở thường gặp nhất (hình 1.14) Tương tự: - Vòng thứ nhất: chỉ số thứ nhất - Vòng thứ hai: chỉ số thư hai - Vòng thứ ba:chỉ số các số không thêm vào - Vòng thứ tư: chỉ sai số, thường là một trong bốn mầu: + Nâu, sai số ±1% + Đỏ, sai số ± 2% + Nhũ vàng, sai số ± 5% + Nhũ bạc, sai số ± 10% Ví dụ: Điện trở có bốn mầu theo thứ tự: Đỏ, nâu, cam, nhũ bạc. Hình 1.4: Điện trở 4 vòng và 5 vòng mầu Hình 1.3: Điện trở có 3 vòng mầu Mầu Đen Nâu Đỏ Cam Vàng Xanh lá Xanh lơ Tím Xám Trắng Giá trị 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 7 Giá trị điện trở là: đỏ là 2; nâu là 1; cam là 000; nhũ bạc là ± 10%, Kết quả là: 21000 Ω hay 21 KΩ, sai số ± 10%. + Cách đọc điện trở có năm vòng mầu: Là điện trở có độ chính xác cao (hình 1.4) Qui ước mầu sắc giống điện trở bốn vòng mầu, sai số cũng giống như điện trở bốn vòng mầu. - Vòng thứ nhất: chỉ số thứ nhất - Vòng thứ hai: chỉ số thư hai - Vòng thứ ba: chỉ số thứ ba - Vòng thứ tư: chỉ số các số không thêm vào - Vòng thứ năm: Chỉ sai số Ví dụ: Điện trở 5 vòng mầu theo thứ tự: nâu, tím, đỏ, đỏ, nâu. Giá trị: nâu là 1; tím là 7; đỏ là 2; đỏ là 00; nâu là ± 1%. Kêt quả: 17200Ω hay 17,2 KΩ, sai số ± 1%. 1.3 Phân loại điện trở Phân loại theo công suất: Công suất nhỏ, công suất lớn. Phân loại theo trị số: Loại trị số cố định, trị số có thể biến đổi (biến trở hoặc chiết áp) Phân loại theo vật liệu chế tạo: a. Điện trở than: cấu tạo từ vật liệu bột than chì chộn với vật liệu keo cách điện theo tỷ lệ thích hợp để có giá trị cần thiết. công suât từ 1/8 W đến vài watt. b. Điện trở kim loại: Sử dụng vật liệu Niken - Crôm gắn vào lõi sứ hoặc thuỷ tinh. c. Điện trở dây cuốn: Dùng các dây hợp kim, quấn trên thân cách điện bằng sứ hay nhựa tổng hợp. d. Điện trở xi mang: Vật liệu chủ yếu bằng xi măng. e. Điện trở ôxit kim loại: Cấu tạo từ vật liệu ôxit thiếc. Phân loại theo công dụng: a. Loại biến trở: Điện trở có thể thay đổi trị số theo yêu cầu. b. Điện trở nhiệt: Điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ, có hai loại: - Hệ số dương: Khi nhiệt độ tăng thì điện trở R tăng. - Hệ số âm: Khi nhiệt độ tăng thì điện trở R giảm c. Quang điện trở: Khi có ánh sáng rọi vào thì điện trở R giảm. d. Điện trở biến đổi theo điện áp: Khi điện áp U tăng thì điện trở R giảm. e. Điện trở cầu chì: là loại điện trở có trị số rất nhỏ, thường dùng lắp trong mạch điện để bảo vệ. Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 8 1.4 Ứng dụng điện trở: Điện trở là linh kiện được dùng nhiều nhất trong các mạch điện tử. Công dụng của nó là hạn chế hoặc điều chỉnh dòng điện và phân chia điện áp trong mạch điện thích hợp cho tải. 1.5 Các hư hỏng thường gặp trên điện trở Hư hỏng thường gặp trên điện trở là tăng trị số hoặc bị đứt, rất hiếm gặp trường hợp điện trở có trị số bị giảm 2. Tụ điện 2.1 Cấu tạo, ký hiệu, quy ước và cách đọc Tụ điện là phần tử có giá trị dòng điện i qua nó tỉ lệ với tốc độ biến đổi điện áp u trên nó theo thời gian. Tụ điện dùng để tích và phóng điện. a. Cấu tạo tụ thường (hình 1.5): Về cấu tạo, tụ không phân cực gồm các lá kim loại xen kẽ với các lá làm bằng chất cách điện gọi là chất điện môi. Tên của tụ được đặt theo tên chất điện môi như tụ giấy, tụ gốm, tụ mica, tụ dầu,Giá trị của tụ thường có điện dung từ 1,8pF (Picofarad) tới 1à F (farad), khi giá trị điện dung lớn hơn thì kích thước của tụ khá lớn nên khi đó chế tạo loại phân cực tính sẽ giảm được kích thước đi một cách đáng kể. b. Tụ điện phân: Tụ điện phân có cấu tạo gồm 2 điện cực tách rời nhau nhờ một màng mỏng chất điện phân (hình 1.6), khi có một điện áp tác động lên hai điện cực sẽ xuất hiện một màng oxit kim loại không dẫn điện đóng vai trò như lớp điện môi. Lớp điện môi càng mỏng kích thước của tụ càng nhỏ mà điện dung lại càng lớn. Hình 1.5: Cấu tạo tụ điện Hình 1.6: Cấu tạo tụ điện phân Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 9 Đây là loại tụ có cực tính được xác định và đánh dấu trên thân tụ, nếu nối ngược cực tính lớp điện môi có thể bị phá huỷ và làm hỏng tụ (nổ tụ), loại này dễ bị rò điện do lượng điện phân còn dư. + Ký hiệu, quy ước và cách đọc tụ điện: Cách ghi này áp dụng cho tụ có kích thước lớn như tụ hoá, tụ mica ví dụ: trên thân tụ hoá có ghi 100 F, 50V, +850C nghĩa là tụ có điện dung 100 F, điện áp một chiều lớn nhất mà tụ chịu được là 50V và nhiệt độ cao nhất mà nó không bị hỏng là +850C. Cách ghi theo quy ước Cách ghi này dùng cho tụ có kích thước nhỏ, gồm các số và chữ với một số kiểu quy ước như sau: Với loại tụ ký hiệu bằng 3 chữ số và 1 chữ cái + Đơn vị là pF + Chữ số cuối cùng chỉ số số 0 thêm vào + Chữ cái chỉ dung sai Bảng qui ước dung sai cho chữ cái cuối cùng Chữ cái Dung sai Chữ cái Dung sai B  0.10% I  5 % C  0.2 % K  10 % D  0.5 % M  20 % E  0.5 % N  0.05 % F  1 % P +100 %,-0% G  2 % Z +80 %, -20% H  3 % W +200 %,-0% Ghi theo quy ước vạch màu hình 1.7 (gần giồng như điện trở) Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 10 Hình 1.7: Qui ước vạch của tụ + Loại 4 vạch màu: Vạch 1, 2 là số thực có nghĩa; Vạch 3 là chỉ số số 0 thêm vào (với đơn vị pF); Vạch 4 chỉ điện áp làm việc + Loại 5 vạch màu: Vạch 1, 2 là số thực có nghĩa; Vạch 3 là chỉ số số 0 thêm vào (với đơn vị pF); Vạch 4 chỉ dung sai; Vạch 5 chỉ điện áp làm việc Bảng quy ước màu cho tụ điện: Bảng mã màu TCC: Màu TCC (PPm/0C) Màu TCC (PPm/0C) Đen 0 Vàng 220 Đỏ 75 Xanh lá cây 330 Đỏ tím 100 Xanh lam 430 Cam 150 Tím 750 Tương tự như điện trở tụ điện cũng được sản xuất với các trị số điện dung theo tiêu chuẩn Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 11 Trên sơ đồ mạch điện, người ta ký hiệu tụ điện như (hình 1.8). Hình 1.8: a: Tụ cố định; b: Tụ biến đổi hoặc tụ xoay; c: Tụ bán chỉnh hoặc tinh chỉnh; d: Tụ hoá. 2.2 Các số liệu kỹ thuật của tụ điện a. Trị số điện dung: Cho biết khả năng tích luỹ năng lượng điện trường của tụ điện khi có điện áp đặt vào hai cực của tụ đó. Đơn vin là Fara (F). Trong thực tế người ta dùng các ước số của fara: 1 micrô fara (F) = 10-6 F 1 nanô fara (nF) = 10-9F 1 Pi cô fara (pF) = 10-12 F b. Điện áp định mức (U đm): Là trị số điện áp lớn nhất cho phép đặt lên hai cực của tụ điện mà vẫn đảm bảo an toàn, tụ không bị đánh thủng. Riêng tụ hoá, khi mắc vào nguồn điện phải đặt đúng chiều điện áp: cực dương của tụ về phía cực dương của nguồn, cực âm của tụ về phía cực âm của nguồn, nếu mắc ngược chiều sẽ làm hỏng tụ hoá. c. Dung kháng của tụ điện: Là đại lượng biểu hiện sự cản trở của tụ điện đối với dòng điện chạy qua nó. XC = 1/2fC Trong đó: - XC: dung kháng, tính bằng ôm () - f: tần số của dòng điện qua tụ, tính bằng hec (Hz) - C: điện dung của tụ điện, tính bằng fara (F) Nếu dòng điện một chiều (f = 0 Hz ), lúc này XC = 1/0 =  . Tụ điện cản trở hoàn toàn, không cho dòng điện một chiều chạy qua. Nếu là dòng điện xoay chiều, tần số f a b c d Hình 1.9 Mạch phân áp dùng tụ điện Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 12 càng cao thì dung kháng XC càng thấp, dòng điện càng dễ qua tụ. Người ta cũng dùng tụ để phân chia điện áp giống như điện trở nhưng chỉ dùng được ở mạch điện xoay chiều ( hình 1.19) 2.3 Phương pháp đo tụ điện a. Phương pháp đo tụ điện bằng đồng hồ cơ khí: Dựa vào đặc tính nạp, xả của tụ điện người ta dùng đồng hồ cơ khí để quan sát sự chuyển động của kim đồng hồ. Nguyên tắc đo: dùng thang đo  để quan sát sự chuyển động và vị trí của kim. Đối với tụ tốt: kim lên sau đó phải trả về vị trí  (vô cực), tụ có giá trị càng lớn, kim lên càng nhiều, tụ có giá trị càng nhỏ kim lên càng ít. Tuỳ theo giá trị của tụ mà đặt thang đo  về dãy thích hợp. + Đối với tụ có giá trị từ 10 F  100 F, đặt thang đo  x 10. + Đối với tụ có giá trị từ 1F  10 F đặt thang đo  x 1 k. + Đối với tụ có giá trị từ 10 2  104 đặt thang đo  x 10 k + Đối với tụ có giá trị từ 100 pF  102 pF, đặt thang đo  x 1M Các trường hợp bị hỏng: - Kim lên 0  sau đó không trở về: tụ bị chạm, chập các bản cực. - Kim lên lưng chừng, không chở về: tụ bị rỉ Hình 1.10 Đo tụ điện bằng đồng hồ cơ khí Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 13 b. Phương pháp đo bằng đồng hồ số Đồng hồ số sẽ hiển thị trực tiếp giá trị của tụ điện sau khi cắm trực tiếp tụ vào vị trí Cx và bật về thang đo, đối với máy WELLINK 1240, chỉ có thể đo các tụ có giá trị từ 2nF đến 20 F. 3. Đi ốt. - Trong bài trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách kiểm tra của các điốt cơ bản: điốt bán dẫn, điốt Zenner, điốt quang, điốt phát quang và điốt điều khiển SCR. Mục tiêu - Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các điốt - Kiểm tra được các điốt, nêu được ứng dụng của các điốt. 3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của điốt bán dẫn 3.1.1 Cấu tạo điốt bán dẫn (hình 1.11): Khi một trong tinh thể Si (Ge) được pha thêm hai loại tạp chất khác nhau để hình thành hai loại bán dẫn P và bán dẫn N thì sẽ hình thành một tiếp giáp P-N gọi là điốt. Tiếp giáp P - N và điốt bán dẫn Khi chất bán dẫn loại P và N được hình thành trong cùng một khối như ở (hình 1.12). Khi xảy ra một sự tương tác chất bán dẫn N dư thừa điện tử khuếch tán sang mặt tiếp xúc để đền vào các lỗ trống trong bán dẫn loại P. Chất bán dẫn N mất điện tử tạo thành các lỗ trống. Sự tương tác này tạo ra một vùng điện tích không gian nhỏ hai miền mặt tiếp xúc gọi là miền tiếp giáp hay miền nghèo điện tích vì nó có rất ít hạt tải điện. Hình 1.11: Sự tương tác của chất bán dẫn Hình 1.12: Cấu tạo đi ốt Hình 1.13: Ký hiệu đi ốt Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 14 Các điện tử khuếch tán bán dẫn P có khuynh hướng đẩy các điện tử vùng N ra xa mặt tiếp xúc, nghĩa là chống lại sự khuếch tán của điện tử. Điều này tạo thành một hàng rào năng lượng ngăn chặn sự tương tác giữa hai loại bán dẫn P và N. Bằng cách dùng hai loại bán dẫn có tiếp giáp P - N như trên hình 1.13 ta có được điốt bán dẫn. 3.1.2 Nguyên lý hoạt động của điốt bán dẫn Phân cực thuận cho điốt. Khi nối nguồn điện DC bên ngoài với điốt, cực dương nguồn nối với a nốt (cực P) và cực âm nối với ca tốt. Do tác dụng của nguồn ngoài miền điện tích không gian của tiếp giáp P-N sẽ thu hẹp lại. Khi điện áp phân cực đạt 0,2V đối với Ge và 0,6V đối với Si thì miền điện tích không gian bị triệt tiêu, cho phép các dòng điện tử tiếp tục chạy về cực dương của nguồn và dòng lỗ trống di chuyển về cực âm nguồn tạo ra dòng điện chạy trong điốt. Khi điốt có điện thế anốt dương so với catốt, ta nói điốt được phân cực thuận (hình 1.14). Phân cực nghịch cho điốt Khi nối cực âm của nguồn DC với anốt và cực dương của nguồn với ca tốt (hình 1.15) thì điốt sẽ bị phân cực nghịch. Việc phân cực nghịch cho điốt sẽ làm cho bề rộng của miền điện tích không gian tại mặt tiếp xúc của tiếp giáp P-N tăng lên. Hàng rào năng lượng tăng lên, ngăn cản các điện tử ở phía bán dẫn N không cho đi qua mặt tiếp xúc để đến vùng bán dẫn loại P và không cho lỗ trống trong vùng p di chuyển qua vùng N. Do đó dòng điện chạy qua lớp tiếp giáp P - N rất nhỏ. Sở dĩ tồn tại dòng điện nhỏ này là do có một ít lỗ trống nằm trong vùng N và một ít điện tử nằm trong vùng P gọi là các hạt tải điện tiểu số tái hợp với nhau tạo nên. Dòng điện này gọi là dòng điện nghịch rất nhỏ so với dòng điện thuận. Do đó điện trở nghịch của điốt rất lớn. Hình 1.14: Phân cực thuận cho đi ốt Hình 1.15: Phân cực nghịch cho điốt Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 15 3.1.3 Đặc tính Volt - Ampere của điốt Đặc tuyến Vôn- Ampe là đường biểu diễn mối quan hệ giữa dòng điện chạy qua điốt và điện áp phân cực đặt vào hai đầu điốt. Trường hợp phân cực thuận nếu tăng điện áp từ 0 đến một giá trị nào đó, ta thấy: lúc đầu dòng điện đi qua điốt tăng lên từ từ, đến khi điện áp đặt vào điốt đạt giá trị ngưỡng Vt = 0,6V thì dòng điện tăng lên nhanh (hình 1.16). Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn lên thì điện áp đạt vào hai đầu điốt vẫn giữ ở mức 0,6V. Ta nói điốt có tính "ghim áp". Nếu đổi cực nguồn điện để cho điốt phân cực nghịch, khi tăng điện áp, dòng điện đi qua điốt rất nhỏ. Đến khi điện áp ngược này tăng lên tới mức nào đó vượt quá giá trị cho phép của điốt, dòng điện tăng vọt lên rất nhanh. Đây chính là hiện tượng huỷ thác, dòng điện nghịch này có thể làm hỏng điốt. Các thông số cơ bản của điốt bán dẫn: Khi sử dụng điốt, chúng ta cần nắm vững các thăm số cơ bản của chúng để sử dụng có hiệu quả và không làm hỏng điốt. - Điện áp nghịch cực đại Vôn, là điện áp phân cực nghịch lớn nhất đưa vào điốt mà không đánh thủng điốt, nếu vượt quá điện áp này sẽ bị hỏng điốt. - Dòng điện cực đại IFmax là dòng điện lớn nhất có thể chạy qua điốt mà điốt không bị đánh thủng, vượt quá giá trị này điốt sẽ bị hỏng. - Dòng điện thuận trung bình là dòng điện làm việc của điốt. - Điện áp thuận rơi trên điốt Vt là điện áp ngưỡng của lớp tiếp giáp P-N. Điện áp này đo được ở một dòng điện qui định. 3.1.4 Cách đo thử và ứng dụng của điốt Cách đo điốt: Dựa vào đặc tính của điốt có điện trở thuận nhỏ và điện trở nghịch lớn. Ta dùng đồng hồ Ôm kiểm tra điốt. Ta biết thang đo Ôm của đồng hồ vặn năng (VOM) sử dụng nguồn pin 1,5 vôn hay 3 vôn để đo điện trở ở các thang đo khác nhau (Rx1, Rx10, Rx100, Hình 1.16: Đặc tính Vôn- Am pe của đi ốt bán dẫn Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 16 Rx1K...). thường que đen nối với cực dương của pin, que đỏ nối với cực âm của pin. Khi kiểm tra điốt ta thực hiện phép đo thuận và nghịch và chọn thang đo phù hợp. Đo điện trở thuận: que đen nối với anốt, que đỏ nối với ca tốt của điốt. Đo điện trở nghịch: ngược lại que đen nối với ca tốt, que đỏ nối với anốt của điốt. Điện trở thuận và nghịch của điốt phụ thuộc vào chất bán dẫn làm điốt là Ge hay Si theo bẳng sau: Loại điốt Điện trở thuận Điện trở nghịch Điốt Ge vài  vài trăm K Điốt Si vài  vài M Kết quả: - Nếu R thuận, R nghịch đúng như bảng ghi trên thì điốt tốt. - Nếu điện trở thuận và điện trở nghịch đều bằng 0 thì điốt đã bị đánh thủng (nối tắt) - Nếu R thuận đúng, R nghịch giảm xuống quá nhiều thì điốt đã bị rỉ, không dùng được nữa. - Cả điện trở thuận và nghịch đều bằng vô cực thì điốt đã bị đứt. Ứng dụng của điốt bán dẫn: - Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều - Sử dụng làm mạch tách sóng trong radio và tivi. - Sử dụng để phân cực cho các tranzitor nhằm ổn định điện áp phân cực. Điốt còn sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử khác như làm công tắc đóng, cắt điện,... Hình 1.17 Kiểm tra điode bằng đồng hồ Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 17 3.2 Các loại đi ốt 3.2.1 Điốt ổn áp Zenner Về cấu tạo cũng như điốt thường, được chế tạo từ hai chất Si và Bo hoặc Al. Gồm hai bán dẫn P-N ghép với nhau, nhưng có nồng độ tạp chất cao hơn. Cấu tạo và ký hiệu như (hình 1.18). Khi phân cực thuận thì điốt zenner giống như điốt thường. Khi phân cực nghịch dễ ràng xảy ra hiện tượng huỷ thác hay còn gọi là hiệu ứng zenner làm cho điện áp ở hai đầu điốt có giá trị không đổi gọi là điện áp zenner Vz cho dù dòng điện thay đổi. Khi chế tạo người ta thay đổi nồng độ tạp chất để tạo ra các loại điốt zenner có giá trị ổn áp Vz khác nhau như: 5V, 6V, 6.8V, 7.5V, 8V, 11,6V, Khi phân cực ngược và làm việc ở chế độ đánh thủng thì nó không bị hỏng như điốt khác. Từ sơ đồ trên ta thấy khi điện áp thấp hơn điện áp ngưỡng điốt coi như làm hở mạch, khi điện áp vượt quá điện áp ngược điện trở của điốt bắt đầu giảm. Điện áp càng tăng dòng qua điốt càng lớn, nghĩa là nó ngăn chặn một cách hiệu quả điện áp đảo vượt quá điện áp cho phép trên hai đầu điện trở tải Điốt Zenner được sử dụng trong các mạch nguồn và các mạch có yêu cầu độ ổn định điện áp cao. Vậy: khi điện áp tác dụng ở dưới mức Vz của điốt zenner thì điện áp trên điốt zenner bằng điện áp tác dụng sẽ không có dòng điện chạy qua điốt zenner. Khi điện áp tác dụng lớn hơn điện áp VZ dòng điện bắt đầu chạy qua điốt và điện áp Ura bị ghim chặt tại giá trị Vz. 3.2.2 Điốt quang (điốt thu sáng hay photo điốt) Điốt quang cũng gồm hai lớp bán dẫn P và N ghép với nhau, nhưng vỏ bọc cách điện có một miếng thuỷ tinh hay chất dẻo trong suất để thu ánh sáng chiếu vào tiếp giáp P-N. Khi không có ánh sáng chiếu vào, điện trở khoảng vài trăm ôm, điốt quang được phân Hình 1.18: Cấu tạo, ký hiệu điốt zenner Hình 1.19: Kí hiệu đi ốt quang Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 18 cực nghịch, dòng điện nghịch rất bé. Khi có ánh sáng chiếu vào, dòng điện nghịch tăng lên tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào. Ký hiệu điốt quang (hình 1.19) 3.2.3 Điốt phát quang (LED) Khi một điốt được phân cực thuận, các điện tử từ bán dẫn N chạy sang lấp đầy lỗ trống trong bán dẫn loại P tạo ra dòng điện thuận. Đối với điốt bình thường chế tạo từ Ge, Si thì sự tái hợp điện tử và lỗ trống này tạo ra năng lượng dưới dạng nhiệt, sẽ tạo ra ánh sáng, kí hiệu và hình dáng trên (hình 1.20). Tuỳ theo chất bán dẫn mà LED phát ra ánh khác nhau như vàng, xanh lá, đỏ,.Điện áp ngưỡng của LED: Vz = 1,7 2,2 V. dòng điện I D = 5mA  20mA. LED thường được dùng trong các mạch chỉ thị, các mạch quảng cáo, cho biết trạng thái của mạch như báo nguồn, báo mức logic, báo âm lượng,v.v 4. Tranzitor (Bóng bán dẫn). 4.1 Khái niệm chung Tên gọi của tranzitor xuất phát từ công dụng cơ bản của nó là có khả năng biến đổi điện trở bản thân nhờ điều khiển bằng dòng hoặc áp. Nghĩa là việc thay đổi giá trị điện trở của linh kiện được thực hiện tự động chứ không phải tác động bằng tay như đối với chiết áp. Chỉ cần tác dụng một dòng điện nhỏ vào cực gốc thì điện trở giữa hai cực còn lại sẽ thay đổi ứng với các trường hợp: + Nội trở giảm mạnh, tức là tranzitor dẫn mạnh + Nội trở tăng, tức là tranzitor dẫn yếu Với tính chất cơ bản như trên, sự ra đời của tranzitor đã làm thay đổi hoàn toàn xu hướng cũng như tốc độ phát triển của kỹ thuật điện tử, nó là một minh chứng cho thời điểm chấm dứt vai trò của các ống chân không để thay vào đó là các thiết bị bán dẫn. Đây thực sự là một bước ngoặt cho kỹ thuật điện tử nói riêng và cuộc sống của con người nói chung. Tranzitor gồm các loại cơ bản là: + BJT (Bipolar Junction Tranzitor): tranzitor lưỡng cực (hai mối nối) Hình 1.20: Kí hiệu và hình dáng điốt phát quang Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 19 + JFET (Junction Field Effect Tranzitor): Tranzitor hiệu ứng trường mối nối + MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET): tranzitor hiệu ứng trường oxit kim loại + UJT (Unijuntion Tranzitor): tranzitor đơn nối Ngoài ra, người ta còn đặt tên cho tranzitor theo phương pháp công nghệ chế tạo: tranzitor hợp kim; tranzitor khuếch tán; tranzitor plana, Dưới đây ta sẽ xét tới tranzitor lưỡng cực – BJT và gọi tắt là tranzitor. 4.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động của tranzitor lưỡng cực Tranzitor được tạo thành bởi 2 chuyển tiếp P - N ghép liên tiếp trên 1 phiến đơn tinh thể. Nghĩa là về mặt cấu tạo tranzitor gồm các miền bán dẫn P - N xếp xen kẽ nhau. Do trình tự sắp xếp các miền P - N mà ta có 2 loại cấu trúc tranzitor là PNP (Tranzitor thuận) và NPN (tranzitor ngược) (hình1.21). Miền thứ nhất gọi là miền phát (Emitor), điện cực nối với miền này gọi là cực emitor. Miền ở giữa gọi là miền bazơ (miền gốc) điện cực nối với miền này gọi là cực bazơ. Miền còn lại gọi là miền góp (miền collector) điện cực nốivới nó gọi là cực góp (cực collector). Chuyển tiếp P - N giữa emitor và bazơ gọi là chuyển tiếp E-B hay là chuyển tiếp emitor . Ký hiệu là TE Chuyển tiếp P - N giữa bazo và collector gọi là chuyển tiếp C-B hay chuyển tiếp collector. Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 20 Ký hiệu là TC Về mặt cấu tạo có thể xem tranzitor được tạo thành từ 2 điốt mắc ngược nhưng không có nghĩa là cứ ghép 2 điốt thì sẽ tạo ra được tranzitor. Ba miền của tranzitor được pha tạp với nồng độ khác nhau và có độ rộng cũng khác nhau. Điều này cho phép các miền thực hiện được chức năng của mình là: Emitor đóng vai trò phát xạ hạt dẫn có điều khiển trong tranzitor (pha tạp nhiều). Nên Emitor có nồng độ pha tạp nhiều nhất. + Bazơ đóng vai trò truyền đạt hạt dẫn từ E sang C nên có nồng độ pha tạp ở mức trung bình để số lượng hạt từ E sang ít bị tái hợp. + Collector đóng vai trò thu góp hạt dẫn từ E qua B, do đó có nồng độ pha tạp ít nhất để điện trở của vùng này là lớn nhất. Để tạo ra các vùng P - N xen kẽ nhau trong tinh thể bán dẫn người ta áp dụng các công nghệ khác nhau để đưa tạp chất acceptor (tạo bán dẫn loại P) và donor (tạo bán dẫn loại N) vào bán dẫn nền. Tuỳ theo công nghệ sử dụng mà sự phân bố nồng độ tạp chất trong các miền của tranzitor đồng đều hay không đồng đều. Hoạt động tranzitor PNP: nối điện như hình vẽ 1.21 khi thoả mãn điều kiện:VE > VB và VB > VC, khi đó có dòng gốc IB chạy từ cực E đến cực B và có dòng góp IC chạy từ cực E đến C, ta có: IE = IB + IC. Hoạt động của transito NPN: nối điện như hình vẽ 1.21 thoả mãn điều kiện: VE < VB và VB < VC, có dòng gốc IB chạy từ cực B đến cực E và có dòng góp IC chạy từ cực C đến E. ta có IE = IB + IC. Hình 1.21: Cấu tạo và kí hiệu transito BJT, nguyên lý hoạt động Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 21 Một số kiểu pha tạp chất trong tranzitor được cho ở hình sau: Các cách kí hiệu trên thân tranzitor Ký hiệu của tranzitor phụ thuộc vào tiêu chuẩn của mỗi nước sản xuất  Ký hiệu theo tiêu chuẩn SNG - Ký tự thứ nhất (hoặc chữ số) để chỉ vật liệu làm tranzitor: Г (hay1): Ge; K (hay 2): Si ; A (hay 3): GaAs. - Ký tự thứ hai chỉ loại linh kiện: : điốt; T: tranzitor; B: varicap; A: điốt siêu cao tần; : linh kiện điện quang Các ký tự tiếp theo chỉ series của sản phẩm Ví dụ: GT403A: tranzitor loại Ge; KT312B: tranzitor loại Si  Ký hiệu theo tiêu chuẩn của Nhật - Ký tự đầu chỉ hai loại linh kiện: 1 là điốt ; 2 là tranzitor - Ký tự thứ 2 là chữ S (semiconductor) chỉ linh kiện bán dẫn - Ký tự thứ 3 chỉ chức năng A - Tần số cao (fa >5 MHz) loại PNP B- tần số thấp loại PNP C - Tần số cao loại NPN D- tần số thấp loại NPN F - Linh kiện chuyển mạch PNPN cổng P H- linh kiện 4 cực G - Linh kiện chuyển mạch NPNP cổng N - Các ký tự tiếp chỉ số series của sản phẩm Ví dụ: 2SB405: tranzitor bán dẫn tần số thấp loại PNP  Ký hiệu theo tiêu chuẩn Mỹ - Ký tự đầu chỉ số lớp tiếp xúc P - N của linh kiện 1- Một tiếp xúc P - N (điốt) 2- Hai tiếp xúc P - N (tranzitor ) 3- Ba tiếp xúc P - N (thyristor,diac,triac,điốt,điốt 4 lớp) - Ký tự thứ 2 là chữ N Ví dụ: 2N2222 tranzitor Si loại NPN có ký hiệu 2222  Ký hiệu theo tiêu chuẩn châu âu - Ký tự đầu chỉ vật liệu bán dẫn A- Ge D- SbIn B- Si C- GaAs - Ký tự thứ 2 chỉ công dụng của linh kiện A - Điốt tách sóng B- varicap Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 22 C - Tranzitor tần số thấp, công suất nhỏ; D - tranzitor tấn số thấp, công suất lớn E - Điốt tunen F- tranzitor tần số cao, công suất nhỏ L - Tranzitor tần số cao, công suất cao P- linh kiện quang Y- Điốt nắn điện Z- điốt ổn áp 5. Thyristor Thyristor là khái niệm chung nhất chỉ một loại bán dẫn hoạt động như một ngắt điện. Có nhiều linh kiện thuộc loại này như: SCR, diac, triac,... Thyristor SCR là linh kiện bán dẫn có ba tiếp giáp P-N, có vỏ bọc bằng nhựa hoặc kim loại, có ba dây dẫn ra là ba điện cực: anốt (A); catốt (K); và cực điều khiển (G) (hình 1.22). Thyristor thường dược dùng trong mạch chỉnh lưu có điều khiển, bằng cách điều khiển cho UGK xuất hiện sớm hay muộn, qua đó thay đổi giá trị của điện áp ra. Nguyên lí làm việc: Khi chưa có điện áp dương UGK vào cực điều khiển thì dù cực anốt có được phân cực thuận UAK > 0, Thyristor vẫn không dẫn điện. Khi đồng thời có UAK dương và UGK cũng dương thì Thyristor mới dẫn điện. Khi Thyristor đã thông UGK không còn tác dụng nữa. Lúc này Thyristor làm việc như một điốt tiếp mặt, nó chỉ dẫn điện một chiều từ A sang K và sẽ ngừng dẫn khi UAK  0. Số liệu kỹ thuật: Khi dùng Thyristor cần quan tâm đến các số liệu kỹ thuật chủ yếu là: IAK định mức, UAK định mức, UGK định mức, IGK định mức. CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1. Trình bày cấu tạo và ký hiệu của điện trở? Câu 2. Trình bày các đọc trị số của điện trở? Câu 3. Trình bày cấu tạo, quy ước, ký hiệu và các đọc tụ điện? Câu 4. Nêu và giải thích các số liệu kỹ thuật của tụ điện Câu 5. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của điốt bán dẫn? Câu 6. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của Tranzito lưỡng cực? Hình 1.22: Cấu tạo, ký hiệu điốt SCR Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 23 BÀI 2. NGUỒN ĐIỆN VÀ BỘ ĐIỀU CHỈNH 1. Nhiệm vụ chung. Hệ thống cung cấp điện bao gồm các thiết bị chủ yếu: Nguồn điện (ắc quy, máy phát điện) và bộ điều chỉnh điện. Hệ thống cung cấp điện có nhiệm vụ cung cấp năng lượng điện cho các phụ tải với một hiệu điện thế ổn định ở mọi điều kiện làm việc của ôtô máy công trình. 2. Ắc quy. 2.1 Nhiệm vụ Ắc qui trong ôtô là nguồn cung cấp điện năng cho các phụ tải trên ô tô. Ắc qui trong hệ thống điện thực hiện chức năng của một thiết bị chuyển đổi hóa năng thành điện năng và ngược lại. Đa số ắc qui là loại ắc qui axít- chì. Đặc điểm của loại ắc qui này là có thể tạo ra dòng điện có cường độ lớn, trong khoảng thời gian ngắn (5-10)s, có khả năng cung cấp dòng điện lớn (200- 800A) mà độ sụt thế bên trong nhỏ, thích hợp để cung cấp điện cho máy khởi động dể khởi động động cơ. Ắc qui còn cung cấp điện cho các tải điện quan trọng khác trong hệ thống điện, cung cấp một phần hoặc toàn bộ trong trường hợp động cơ chưa làm việc hoặc đã làm việc mà máy phát điện chưa phát đủ công suất (động cơ đang làm việc ở chế độ số vòng quay thấp): cung cấp điện cho đèn đậu (parking lights), radio casette, CD, các bộ nhớ (đồng hồ, hộp điều khiển, ) hệ thống báo động, Ngoài ra, ắc qui còn đóng vai trò bộ lọc và ổn định điện thế trong hệ thống điện ôtô. 2.2 Phân loại Trên ô tô máy công trình có thể sử dụng hai loại ắc quy để khởi động: ắc quy axit và ắc quy kiềm. Nhưng thông dụng nhất từ trước đến nay vẫn là ắc quy axit, vì so với ắc quy kiềm nó có sức điện động của mỗi bản cực cao hơn, có điện trở trong nhỏ và đảm bảo chế độ khởi động tốt. 2.3 Cấu tạo của ắc qui Ắc qui bao gồm vỏ bình có các ngăn riêng, thường là 3 ngăn hoặc 6 ngăn tùy theo loại ắc qui 6V hay 12V. Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 24 Trong mỗi ngăn có đặt khối bản cực, có 2 loại bản cực: bản dương và bản âm. Các tấm bản cực được ghép song song và xen kẽ nhau, ngăn cách với nhau bằng các tấm ngăn. Mỗi ngăn như vậy được coi là một ắc qui đơn. Các ắc qui đơn được nối với nhau bằng các cầu nối và tạo thành bình ắc qui. Ngăn đầu và ngăn cuối có hai đầu tự do gọi là các đầu cực của ắc qui. Dung dịch điện phân trong ắc qui là axit sunfuric, được chứa trong từng ngăn theo mức qui định thường không ngập các bản cực quá (10 – 15) mm. Hình 2.1 Cấu tạo bình ắc quy Vỏ ắc qui được chế tạo bằng các loại nhựa êbônit hoặc cao su cứng, có độ bền và khả năng chịu được axit cao. Bên trong vỏ được ngăn thành các khoang riêng biệt, ở đáy có sống đỡ khối bản cực, tạo thành khoảng trống (giữa đáy bình và khối bản cực) nhằm chống việc chập mạch do chất tác dụng rơi xuống đáy trong quá trình sử dụng. Khung của các tấm bản cực được chế tạo bằng hợp kim chì- stibi (sb) với thành phần (87- 95)% pb (+ 5 – 13)% sb. Các lưới của bản cực dương được chế tạo từ hợp kim pb - sb có pha thêm (1,3 + 0,2) % kali và được phủ bởi lớp bột dioxit chì Pb02 ở dạng xốp tạo thành bản cực dương. Các lưới của bản cực âm có pha 0,2 % Ca + 0,1 % Cu và được phủ bởi bột chì. Tấm ngăn giữa hai bản cực làm bằng nhựa PVC và sợi thủy tinh có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cực dương và âm, nhưng phải đảm bảo axit lưu thông qua được Chú ý: Bản cực dương luôn ít hơn bản cực âm một bản Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 25 Hình 2.2 Cấu tạo bản cực Dung dịch điện phân là dung dịch axid sulfuric H2S04 có nồng độ (1,221,27) g/cm3, hoặc (1,291,31) g/cm3 nếu ở vùng khí hậu lạnh. Nồng độ dung dịch quá cao sẽ làm hỏng nhanh các tấm ngăn, rụng bản cực, các bản cực dễ bị sunfat hóa, khiến tuổi thọ của ắc qui giảm. 2.4 Các quá trình điện hóa trong ắc qui Trong ắc qui thường xảy ra hai quá trình hóa học thuận nghịch đặc trưng là quá trình nạp và phóng điện, và được thể hiện dưới dạng phương trình sau: PbO2 + Pb + 2H2SO4  2PbSO4 + 2H2O Trong quá trình phóng điện hai bản cực từ PbO2 và Pb biến thành PbSO4. Như vậy khi phóng điện , axit sulfuric bị hấp thụ để tạo thành sunfat chì còn nước được tạo ra, do đó, nồng độ dung dịch H2SO4 giảm . Qúa trình hoá học xẩy ra trong bình ắc quy a. Quá trình phóng Khi nối hai đầu bản cực âm và dương ắc quy với mạch ngoài thì quá trình phóng điện xẩy ra như sau: Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 26 Hình 2.3 Các quá trình hoá học của ắc quy Các quá trình Bản cực âm Chất điện phân Bản cực dương Trạng thái ban đầu Pb 2H2SO4 +2H2O PbO2 Quá trình Ion hoá -2e  Pb2+ SO4 2-, H+ , OH- Pb4+ + 2O2- Quá trình tạo dòng < (-2e) (+2e)< Sản phẩm mới PbSO4 (Muối) H2O PbSO4 (Muối) Kết luận: Trong quá trình phóng điện nồng độ dung dịch a xít H2SO4 giảm dần đồng thời nồng độ muối tăng lên. Cuối quá trình phóng = 1,08 g/cm3 b. Quá trình nạp Khi ắc quy hết điện nó được nạp bởi máy nạp, lúc này dưới tác dụng của dùng nạp trong bình ắc quy xẩy ra các phản ứng sau: Các quá trình Bản cực âm Chất điện phân Bản cực dương Trạng thái ban đầu PbSO4 (Muối) 2H2O PbSO4 (Muối) Quá trình Ion hoá Pb2+ + SO4 2- H+, O2- Pb2++ SO4 2- Quá trình tạo dòng Pb2+ + (2e)Pb (+2e) 2 H+ + SO4 2  H2SO4 Pb2+-2e2Pb4+ Pb4+ +2O2- PbO2 (-2e) Sản phẩm mới Pb 2H2SO4 +2H2O PbO2 Kết luận: Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 27 Trong quá trình nạp điện cho ắc quy nồng độ dung dịch muối giảm nồng độ dung dịch a xít tăng lên. Cuối quá trình nạp nồng độ dung dịch a xít bằng 1.31g/cm3 2.5 Các thông số kỹ thuật của ắc quy a. Sức điện động của ắc quy Sức điện động của ắc quy phụ thuộc chủ yếu vào sự chênh lệch điện thế giữa hai tấm bản cực khi không có dòng điện ngoài. - Sức điện động trong một ngăn ea = f + - f- (V) - Nếu ắc quy có n ngăn Ea = n. ea Sức điện động còn phụ thuộc vào nồng độ dung dịch, trong thực tế có thể xác định theo công thức thực nghiệm Eo = 0.85 + r 25 0C Eo: Sức điện động tĩnh của ắc quy đơn (V) r 250C: Nồng độ dung dịch điện phân ở 25oC tính bằng g/cm3 r 250C = rdo- 0.0007(25-t) t: Nhiệt độ dung dịch lúc đo rdo: Nồng độ dung dịch lúc đo b. Hiệu điện thế của ắc quy - Khi phóng điện UP = Ea- Ra. IP - Khi nạp điện Un = Ea+ Ra. In Trong đó: IP: Cường độ dòng điện phóng In: Cường độ dòng điện nạp Ra: Điện trở trong của ắc quy c. Điện trở trong của ắc quy Raq = Rđiện cực + Rbản cực +Rtấm ngăn + Rdung dịch Điện trở trong của ắc quy phụ thuộc chủ yếu vào điển trở điện cực và dung dịch. Pb và PbO2 đều có độ dẫn điện tốt hơn PbSO4. Khi nồng độ dung dịch điện phân tăng, sự có mặt của các Ion H+ và SO4 2- cũng làm giảm điện trở dung dịch. Vì vậy, điện trở trong của ắc quy tăng khi bị phóng điện và Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 28 giảm khi nạp điện. Điện trở trong của ắc quy cũng phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Khi nhiệt độ thấp các ion sẽ dịch chuyển chậm nên điện trở tăng và ngược lại. d. Công suất của ắc quy Pa = IE =I(I.R + IRa) Pa = I 2R + I2Ra R: Điện trở tải bên ngoài Công suất đưa ra mạch ngoài Pa = IE -I 2Ra dPa/ dI =E-2RaI đạt cực đại khi bằng không  I = E/2Ra Như vậy, khi R = Ra, ắc quy sẽ cho công suất lớn nhất. 2.6 Đặc tính làm việc của ắc quy 2.6.1 Đặc tính phóng nạp của ắc quy Đặc tuyến phóng nạp của ắc quy đơn: Hình 2.4 Đặc tuyến phóng – nạp của ắc quy Đặc tuyến phóng của ắc quy đơn: Khi phóng điện bằng dòng điện không đổi thì nồng độ dung dịch giảm tuyến tính theo đường thẳng. Nồng độ dung dịch a xít sunfuaric phụ thuộc vào lượng a xít tiêu tốn trong thời gian phóng và trữ lượng của dung dịch trong bình Trên đồ thị có sự chênh lệch giữa E0 và Ea trong quá trình phóng điện là vì nồng độ dung dịch chứa trong chất tác dụng của bản cực bị giảm do tốc độ khuyếch tán dung dịch đến các bản cực chậm, khiến nồng độ dung dịch thực tế ở trong lòng bản cực luôn thấp hơn nồng độ dung dich trong tong ngăn. Ip = 5,4A Q =5,4.10 =54 In = 5,4A Qn =In.tn 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10 14 I(A), U(V), r 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 1,27 1,11 1,11 1,27 A(1,7 V) 1,96V t(h) t(h) 2,12V Eo Up Ip.Rp Un In.Rn E Eo Kho¶ng nghØ B(2,7V) r r §iÓm cuèi qu¸ tr×nh phãng Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 29 Hiệu điện thế Up cũng thay đổi trong quá trình phóng. Ở cuối quá trình phóng điện, Up giảm nhanh và sau đó giảm tỉ lệ với sức giảm nồng độ dung dịch. Khi ở trạng thái cân bằng thì Up gần như ổn định. ở cuối quá trình phóng sunphát chì được tạo thành trong các bản cức sẽ làm giảm tiết diện của các lỗ thấm dung dịch và làm cản trở quá trình khuyếch tán, khiến cho trạng thái cân bằng bị phá huỷ. Kết quả là nồng độ dung dịch chứa trong bản cực, sức điện động Ea và hiệu điện thế Up giảm nhanh và có chiều hướng giảm đến không. Hiệu điện thế tại điểm A được gọi là hiệu điện thế cuối cùng. Khi nạp điện, trong lòng các bản cực a xít sunfuaric tái sinh. Nồng độ dung dịch chứa tròng các bản cực trở nên đậm đặc hơn. Do đó Ea khi nạp lớn hơn Eo một lượng là E , còn hiệu điện thế khi nạp: Un=Ea + In.Ra. ở cuối quá trình nạp, sức điện động và hiệu điện thế tăng lên khá nhanh do các ion H+ và O2- bám ở các bản cực sẽ gây ra sự chênh lệch điện thế và hiệu điện thế ắc quy tăng vọt lên 2,7V. Đó là dấu hiệu của cuối qua trình nạp. Khi quá trình nạp kết thúc và các chất tác dụng ở bản cực trở lại trạng thái ban đầu thì dòng điện In trở nên thừa. Nó chỉ làm tách nước thành ô xi và hiđro bay ra ngoài theo các lỗ thông hơn dưới dạng khí mà thôi. 2.6.2 Dung lượng của ắc quy Lượng điện năng mà ắc quy có thể cung cấp cho phụ tải trong giới hạn phóng điện cho phép gọi là dung lượng của ắc quy. Q= Ip.tp (Ah) Dung lượng của ắc quy là đại lượng phụ thuộc vào chế độ phóng điện. Người ta còn đưa ra khái niệm dung lượng định mức của ắc quy Q5,Q10, Q20 mang tính quy ước với các chế độ phóng nhất định như chế độ 5h, 10h và 20h phóng điện ở nhiệt độ +300C. Chế độ phóng ở đây là chế độ định mức nên dung lượng này chính bằng dung lượng định mức Qđm = Q=5,4A.10h = 54Ah Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 30 Hình 2.5 Sự phụ thuộc của dung lượng ắc quy vào dòng phóng 2.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến dung lượng của ắc quy Khối lượng và diện tích chất tác dụng trên bản cực Dung dịch điện phân Nhiệt độ môi trường Thời gian sử dụng Ký hiệu ắc quy Việt Nam Ví dụ: 3 - OT - 70 - NT - TCVN có nghĩa là: 3: Số ngăn của bình. OT: Bình dùng cho ôtô máy kéo. 70: Điện dung định mức 70 Ampe giờ. NT: Tấm ngăn kép làm bằng nhựa xốp và bông thuỷ tinh. TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam. 3. Máy phát điện. 3.1 Cấu tạo chung Máy phát điện xoay chiều gồm các bộ phận được thể hiện dưới hình vẽ: 40 50 Ip(A) Q(Ah) 80 100 200 Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 31 Hình 2.6 Cấu tạo máy phát điện xoay chiều 3.2 Cấu tạo và nguyên lý của phần phát điện 3.2.1 Phần tạo ra từ trường – phần cảm (Rôto) Thực chất là một nam châm điện quay gồm các phần: cuộn dây kích từ làm từ hóa lõi thép; lói thép tạo thành các cặp cực nam châm khi bị từ hóa; cổ góp và chổi than để dẫn điện từ ắc quy vào cuộn dây kích từ; quạt tản nhiệt; trục rôto. Hình 2.7 Cấu tạo phần cảm (rô to) Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 32 a. Rôto Cấu tạo: là một nam châm điện quay bên trong cuộn dây Stato. rôto được chế tạo bằng sắt non, có hình móng rồng, được chia lam hai nửa và ép chặt vào trục rô to. Bên trong các cặp cực từ của rôto có cuốn cuôn dây, hai đầu cuộn dây được nối với hai cổ góp cách điện với nhau và được cách điện với trục của rô to. Nguyên lý: Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây của rô to, roto trở thành nam châm điện với các cặp cực từ sen kẽ nhau. Lực từ tạo ra ở roto phụ thuộc vào dòng điện chạy qua cuộn dây roto. khi cường độ dòng điện chạy vào rôto tăng dần, thì lực điện từ cũng mạnh lên. b. Quạt tản nhiệt: Ở hai đầu của Rôto, người ta lắp một quạt để làm mát cuộn dây rôto và cuộn dây stato. Bộ cánh quạt để làm cho nhiệt độ của chúng thấp hơn nhiệt độ giới hạn bằng cách hút không khí từ lỗ thông gió ở khung phía trước nhờ rôto quay. c. Chổi than và cổ góp - Các chi tiết này là phần dẫn điện vào cuộn dây của roto ngay cả khi roto đang quay để tạo ra từ trường giúp roto chở thành nam châm điện và được lắp vào phía sau của rôto. - Nhìn chung chổi than được làm từ Graphit kim loại được sử dụng để giảm điện trở và điện trở tiếp xúc đồng thời chống được sự ăn mòn. 3.2.2 Phần tạo ra dòng điện – phần ứng (stato) Stato tạo ra dòng điện xoay chiều 3 pha bằng cách thay đổi từ thông sinh ra bởi rôto quay. Stato có cấu tạo gồm hai phần: - Lõi sắt: gồm các lá thép mỏng ghép cách điện với nhau tạo thành hình trụ rỗng, phí trong của lõi thép có xẻ rãnh để cuốn các cuộn dây của stato. - Cuộn dây: gồm ba cuộn dây cuốn cuốn cách điện với nhau và cách điện với lõi thép và được đặt lệch nhau 1200 Gợi ý: - Cách cuốn dây Stato Cuộn dây Stato gồm có 3 cặp. Điểm nối 3 đầu của các cuộn dây được gọi là các điểm trung tính. Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 33 - Ngoài ra ở một vài máy phát còn có kiểu cuốn dây hình tam giác: khi đó 3 cuộn dây của stato được dấu nối tiếp với nhau Hình 2.8 Cấu tạo phần ứng (stato) Nguyên lý làm việc - Khi động cơ làm việc sẽ truyền chuyển động quay của động cơ tới puli thông qua đai chữ V làm quay rôto máy phát đồng thời dòng điện từ ắc quy sẽ được đưa vào rôto may phát khi đó rôto máy phát trở thành nam châm điện quay trong các cuộn dây của stato. Dưa vào định luật cảm ứng điện từ do đó tạo ra dòng điện xoay chiều trong cuộn dây stato. - Vì stato tạo ra nhiệt nhiều hơn bất kỳ một bộ phận nào khác trong máy phát điện xoay chiều, nên người ta sử dụng vỏ cách nhiệt để bảo vệ các cuộn dây. 4. Bộ điều chỉnh điện Sự cần thiết phải điều chỉnh điện áp phát ra: + Máy phát điện dùng trên xe quay cùng với động cơ. Vì vậy, khi xe hoạt động tốc độ động cơ thường xuyên thay đổi và do đó tốc độ của máy phát không ổn định. Nếu máy phát không có bộ ổn áp thì hệ thống nạp không thể cung cấp dòng điện ổn định cho các thiết bị điện. + Do đó, mặc dù tốc độ của máy phát thay đổi thì điện áp ở các thiết bị điện vẫn phải duy trì không đổi và tuỳ theo sự thay đổi cường độ dòng điện trong mạch cần phải điều chỉnh. Trong máy phát xoay chiều việc điều chỉnh như trên được điều chỉnh bởi bộ điều áp IC. Cơ sở của nguyên lý điều chỉnh Nhìn chung cường độ dòng điện tạo ra có thể được thay đổi bằng phương pháp sau đây. Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 34 - Tăng hoặc giảm lực từ trường (Rôto) - Tăng tốc hoặc giảm tốc độ quay của nam châm. Khi áp dụng phương pháp này đối với máy phát điện xoay chiều trên xe, tốc độ quay của rôto không thể điều khiển được vì nó quay cùng với động cơ. Nói cách khác, điều kiện có thể thay đổi một cách tự do trong máy phát xoay chiều trên xe là lực từ trường (rôto). Trong thực tế việc thay đổi cường độ dòng điện đi vào cuộn dây rôto (dòng tạo từ trường) sẽ làm thay đổi lực từ trường. Bộ điều áp IC điều chỉnh cường độ dòng điện của máy phát xoay chiều bằng cách điều khiển dòng điện tạo từ trường do đó điện áp tạo ra luôn ổn định khi tốc độ quay của rôto thay đổi và khi dòng điện sử dụng thay đổi. Điều chỉnh dòng điện Tự điều khiển đối với dòng điện ra cực đại Đặc tính của máy phát điện là dòng điện ra hầu như ổn định khi tốc độ quay của máy phát vượt quá một tốc độ nhất định (tự điều khiển) vì vậy khi tải vượt quá dòng điện ra cực đại thì điện áp sụt. Một đặc tính khác của máy phát điện xoay chiều là dòng điện ra giảm đi khi máy bị nóng vì điện trở ở mỗi bộ phận thay đổi theo nhiệt độ ngay cả khi tốc độ không đổi. Hình 2.9 Bộ điều chỉnh điện PP 350 Giáo trình: Lý thuyết điện xe – máy Trường Cao đẳng nghề Yên Bái 35 CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1. Trình bày nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu của ắc quy? Câu 2. Giải thích các quá trình điện hóa trong ắc quy? Câu 3. Vẽ và giải thích đặc tính phóng điện của ắc quy? Câu 4. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy phát điện? Câu 5. Vì sao phải dùng bộ chỉnh điều chỉnh điện? ------------------------------//------------------------------