Cấu tạo máy phát điện xoay chiều trên ô tô

Các bộ phận máy phát điện xoay chiều

 Máy phát điện xoay chiều gồm các bộ phận như sau.

1. Puli

THAM KHẢO:

Puli có khớp nối một chiều

Cấu tạo:

Một số động cơ có sử dụng Puli có khớp nối một chiều. Việc lắp đặt các con lăn và lò xo bố trí theo chu vi giữa vòng trong và vòng ngoài của puli giúp cho puli có thể quay được một chiều. Kết cấu này cũng giúp cho hấp thụ sự thay đổi của tốc độ động cơ và truyền năng lượng theo chiều quay của động cơ. Kết quả là tải đặt lên trên đai chữ V được giảm đi. 

2. Khung phía trước, khung phía sau

Các khung ở 2 đầu có chức năng: Đỡ rôto và như một giá đỡ lắp vào động cơ. Cả 2 phía đều có rãnh thoát khí để cải thiện khả năng làm mát.

Stato được lắp căng vào khung phía trước. Bộ chỉnh lưu, giá đỡ chổi than, bộ điều áp IC.v.v. được lắp bằng bulông vào phía sau của khung sau.

3. Ổ bi trước

4. Rôto

5. Vòng bi sau

6. Khung sau

7. Giá đỡ bộ chỉnh lưu

8. Bộ điều áp IC

9. Chổi than

10. Giá đỡ chổi than

11. Nắp phía sau 

Cấu tạo

1. Rôto

(1) Rôto là một nam châm quay bên trong cuộn dây Stato sinh ra từ trường để tạo ra lực điện trường trong cuộn dây Stato. Cuộn dây được quấn xung quanh 6 cặp lõi cực (12 cực từ) và lực điện từ được tạo ra khi có dòng điện chạy bên trong. 

Vì cường độ dòng điện chạy vào rôto tăng dần, nên lực điện từ cũng mạnh lên.

(2) Ở 2 đầu của Rôto, người ta lắp một quạt để làm mát cuộn dây rôto, cuộn dây stato và bộ chỉnh lưu 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.

2. Chổi than và cổ góp

(1) Các chi tiết này tạo ra từ trường bằng cách cho dòng điện đi vào cuộn dây rôto và được lắp vào phía sau của rôto.

(2) Nhìn chung chổi than được làm từ Graphit kim loại được sử dụng để giảm điện trở và điện trở tiếp xúc và đồng thời chống được sự ăn mòn.

3. Stato

(1) Stato tạo ra dòng điện xoay chiều 3 pha bằng cách thay đổi từ thông sinh ra bởi rôto quay. Stato gồm có lõi và cuộn dây được đặt trong khung phía trước.

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. 

(2) 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 chỉnh lưu

(1) Bộ nắn dòng thực hiện chức năng chỉnh lưu đầy đủ toàn bộ chu kỳ để chuyển toàn bộ dòng điện xoay chiều 3 pha được tạo ra từ các cuộn dây stato thành dòng điện một chiều nhờ 6 điốt hoặc (8 điốt với các điốt ở điểm trung tính).

(2) Bộ chỉnh lưu gồm có cực (cực ra), cánh tản nhiệt, điốt và giá đỡ có cấu trúc 2 lớp để cải thiện khả năng bức xạ nhiệt đồng thời giúp cho kích thước của bộ nắn dòng nhỏ lại.

GỢI Ý:

Nhiệt độ của bộ chỉnh lưu

Điốt được sử dụng để chỉnh lưu sẽ sinh nhiệt khi có dòng điện đi qua. Tuy nhiên vì các phần tử của điốt lại chịu nhiệt kém (chất bán dẫn) nên việc nung nóng điốt sẽ làm giảm khả năng chỉnh lưu. Vì vậy, cần phải bố trí các cánh tản nhiệt để diện tích toả nhiệt được tăng lên tới mức có thể.

5. Bộ điềuáp IC

(1) Cấu tạo của bộ điều áp IC

Bộ điều áp IC chủ yếu gồm có IC lai, cánh tản nhiệt và giắc nối.

Việc sử dụng IC lai làm cho bộ điều áp có kích thước nhỏ gọn.

(2) Các loại bộ điều áp IC

 Loại nhận biết ắc qui

 Loại điều áp IC này nhận biết ắc qui nhờ cực S (cực nhận biết ắc qui) và điều chỉnh điện áp ra theo giá trị qui định.

 Loại nhận biết máy phát

 Loại điều áp IC này xác định điện áp bên trong của máy phát và điều chỉnh điện áp ra theo giá trị qui định.

(3) Chức năng của bộ điều áp IC

<1> Bộ điều áp IC có các chức năng sau đây.

 Điều chỉnh điện áp

 Cảnh báo khi máy phát không phát điện và tình trạng nạp không bình thường.

<2> Bộ điều áp IC cảnh báo bằng cách bật sáng đèn báo nạp khi xác định được các sự cố sau đây.

 Đứt mạch hoặc ngắn mạch các cuộn dây rôto

 Cực S bị ngắt

 Cực B bị ngắt

 Điện áp tăng vọt quá lớn (điện áp ắc qui tăng do ngắn mạch giữa cực F và cực E)

(4) Các đặc tính của bộ điều áp IC

Đặc tính tải của ắc qui

Điện áp ra không đổi hoặc ít thay đổi (nhỏ hơn hoặc bằng 0,1 tới 0,2 V) khi tốc độ máy phát thay đổi.

Đặc tính phụ tải bên ngoài

Điện áp ra nhỏ đi khi dòng điện phụ tải tăng lên. Sự thay đổi điện áp, thậm chí ở tải định mức hoặc dòng điện ra cực đại của máy phát vào khoảng giữa 0,5 tới 1 V.

Nếu tải vượt quá khả năng của máy phát thì điện áp ra sẽ sụt đột ngột.

Đặc tính nhiệt độ

Nhìn chung điện áp ra sẽ giảm đi khi nhiệt độ tăng lên.

Vì điện áp ra sụt ở nhiệt độ cao (Ví dụ về mùa hè tăng lên ở nhiệt độ cao, về mùa đông thì giảm xuống). Việc nạp đầy đủ phù hợp với ắc qui được thực hiện ở mọi thời điểm.

Điều khiển đầu ra bằng bộ điều áp IC

 Sau đây sẽ giải thích cơ chế mà bộ điều áp IC giữ được điện áp tạo ra ổn định và nguyên lý hoạt động của nó để đạt được chức năng này. ở đây sử dụng bộ điều áp IC loại nhận biết ắc qui làm ví dụ.

1. Hoạt động bình thường (1) Khi khoá điện ở vị trí ON và động cơ tắt máy

Khi bật khoá điện lên vị trí ON, điện áp ắc qui được đặt vào cực IG. Kết quả là mạch M.IC bị kích hoạt và Tranzisto Tr1 được mở ra làm cho dòng kích từ chạy trong cuộn dây rôto. ở trạng thái này dòng điện chưa được tạo ra do vậy bộ điều áp làm giảm sự phóng điện của ắc qui đến mức có thể bằng cách đóng ngắt Tranzisto Tr1 ngắt quãng. ở thời điểm này điện áp ở cực P = 0 và mạch M.IC sẽ xác định trạng thái này và truyền tín hiệu tới Tranzisto Tr2 để bật đèn báo nạp. 

(2) Khi máy phát đang phát điện (điện áp thấp hơn điện áp điềuchỉnh)

Động cơ khởi động và tốc độ máy phát tăng lên, mạch M.IC mở Tranzisto Tr1 để cho dòng kích từ đi qua và do đó điện áp ngay lập tức được tạo ra. ở thời điểm này nếu điện áp ở cực B lớn hơn điện áp ắc qui, thì dòng điện sẽ đi vào ắc qui để nạp và cung cấp cho các thiết bị điện. Kết quả là điện áp ở cực P tăng lên. Do đó mạch M.IC xác định trạng thái phát điện đã được thực hiện và truyền tín hiệu đóng Tranzisto Tr2 để tắt đèn báo nạp.

(3) Khi máy phát đang phát điện (điện áp cao hơn điện áp điềuchỉnh)

Nếu Tranzisto Tr1 tiếp tục mở, điện áp ở cực B tăng lên. Sau đó điện áp ở cực S vượt quá điện áp điều chỉnh, mạch M.IC xác định tình trạng này và đóng Tranzisto Tr1. Kết quả là dòng kích từ ở cuộn dây rôto giảm dần thông qua điốt Đ1 hấp thụ điện từ ngược và điện áp ở cực B (điện áp được tạo ra) giảm xuống. Sau đó nếu điện áp ở cực S giảm xuống tới giá trị điều chỉnh thì mạch M.IC sẽ xác định tình trạng này và mở Tranzisto Tr1. Do đó dòng kích từ của cuộn dây rôto tăng lên và điện áp ở cực B cũng tăng lên. Bộ điều áp IC giữ cho điện áp ở cực S (điện áp ở cực ắc qui) ổn định (điện áp điều chỉnh) bằng cách lặp đi lặp lại các quá trình trên.

2. Hoạt động không bình thường

(1) Khi cuộn dây Rôto bị đứt

Khi máy phát quay, nếu cuộn dây Rôto bị đứt thì máy phát không sản xuất ra điện và điện áp ở cực P = 0. 

Khi mạch M.IC xác định được tình trạng này nó mở Tranzisto Tr2 để bật đèn báo nạp cho biết hiện tượng không bình thường này.

(2) Khi cuộn dây Rôto bị chập(ngắn mạch)

Khi máy phát quay nếu cuộn dây rôto bị chập điện áp ở cực B được đặt trực tiếp vào cực F và dòng điện trong mạch sẽ rất lớn. Khi mạch M.IC xác định được tình trạng này nó sẽ đóng Tranzisto Tr1 để bảo vệ và đồng thời mở Tranzisto Tr2 để bật đèn báo nạp để cảnh báo về tình trạng không bình thường này.

3) Khi cực S bị ngắt

Khi máy phát quay, nếu cực S ở tình trạng bị hở mạch thì mạch M.IC sẽ xác định khi không có tín hiệu đầu vào từ cực S do đó mở Tranzisto Tr2 để bật đèn báo nạp. Đồng thời trong mạch M.IC, cực B sẽ làm việc thay thế cho cực S để điều chỉnh Tranzisto Tr1 do đó điện áp ở cực B được điều chỉnh(xấp xỉ 14 V) để ngăn chặn sự tăng điện áp không bình thường ở cực B.

(4) Khi cực B bị ngắt

Khi máy phát quay, nếu cực B ở tình trạng bị hở mạch, thì ắc qui sẽ không được nạp và điện áp ắc qui (điện áp ở cực S) sẽ giảm dần.Khi điện áp ở cực S giảm, bộ điều áp IC làm tăng dòng kích từ để tăng dòng điện tạo ra. Kết quả là điện áp ở cực B tăng lên.Tuy nhiên mạch M.IC điều chỉnh dòng kích từ sao cho điện áp ở cực B không vượt quá 20 V để bảo vệ máy phát và bộ điều áp IC. 

Khi điện áp ở cực S thấp (11 tới 13 V) mạch M.IC sẽ điều chỉnh để ắc qui không được nạp. Sau đó nó mở tranzito Tr2 để bật đèn báo nạp và điều chỉnh dòng kích từ để sao cho điện áp ở cực B giảm đồng thời bảo vệ máy phát và bộ điều áp IC.

(5) Khi có sự ngắn mạch giữa cực F và cực E

Khi máy phát quay, nếu có sự ngắn mạch giữa cực F và cực E thì điện áp ở cực B sẽ được nối thông với mát từ cực E qua cuộn dây rôto mà không qua cực tranzisto Tr1. Kết quả là [điện áp ra của máy phát trở lên rất lớn vì dòng kích từ không được điều khiển bởi tranzisto Tr1 thậm trí điện áp ở cực S sẽ vượt điện áp điều chỉnh. Nếu mạch M.IC xác định được cực này nó sẽ mở tranzisto Tr2 để bật đèn báo nạp để chỉ ra sự không bình thường này.