Tài liệu Chương 3: Hệ thống cung cấp điện - Hệ Thống Điện Động cơ và ô tô | Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long

CHƯƠNG 3:
HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 3.1.
Công dụng và yêu cầu 3.1.1. Công dụng
Máy phát điện xoay chiều là nguồn năng lượng chính trên ôtô, nó có nhiệm vụ
cung cấp điện cho các phụ tải điện và nạp điện cho ắc quy trên ôtô.
Khi động cơ đang hoạt động, máy phát cung cấp năng lượng điện cho hệ thống
điện trên ô tô và nạp điện cho ô tô. Máy phát phát ra dòng điện xoay chiều ba pha sau khi
qua bộ chỉnh lưu thành dòng điện một chiều (DC – Direct current) cung cấp điện cho
thiết bị tiêu thụ điện trên ô tô và nạp điện cho ắc quy. (Hình 3.1)
Ắc quy cung cấp điện cho hệ thống điện trên ô tô khi động cơ chạy ở chế độ cầm
chừng, hoặc khi động cơ dừng. Ắc quy cũng cung cấp toàn bộ năng lượng yêu cầu trong
quá trình khởi động động cơ.
Hình 3.1: Hệ thống điện trên ô tô
1. Máy phát điện xoay chiều; 2. Mạch chỉnh lưu; 3. Ắc quy; 4. Thiết bị điện;
5. Dòng điện một chiều (DC); 6. Dòng điện 3 pha 3.1.2. Yêu cầu
 Đảm bảo điện áp ổn định (13,8V  14,2V đối với hệ thống điện 12V) ở tất cả mọi
chế độ phụ tải làm việc.
 Phải có cấu tạo và kích thước nhỏ gọn, nhẹ nhưng công suất cao.
 Có độ bền và độ tin cậy cao trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm lớn, chịu rung xóc tốt.
 Ít tốn công chăm sóc bảo dưỡng, sửa chữa. 3.2.
Các thông số cơ bản, sơ đồ cung cấp điện
3.2.1. Các thông số cơ bản
 Hiệu điện thế định mức:
Phải bảo đảm hiệu điện thế Uđm = 14V đối với ô tô sử dụng hệ thống điện 12V, Uđm
= 28V đối với ô tô sử dụng hệ thống điện 24V.
 Công suất máy phát:
Phải đảm bảo cung cấp điện cho tất cả các phụ tải điện trên ô tô hoạt động. Thông
thường, các máy phát trên ôtô hiện nay có công suất khoảng 700W1500W, trên một số
ô tô máy phát có công suất trên 2.000W.
 Dòng điện cực đại:
Là dòng điện lớn nhất mà máy phát có thể cung cấp Imax= 70A140A.
Tốc độ cực tiểu và tốc độ cực đại của máy phát:
Tốc độ cực đại nmax, và tốc độ cực tiểu nmin phụ thuộc vào tốc độ của động cơ đốt trong. n n  i  min i Trong đó: i
– Tỉ số truyền từ động cơ đến máy phát (i = 0,60,7)
ni – Tốc độ cầm chừng của động cơ.
Hiện nay trên một số xe đời mới sử dụng máy phát cao tốc nên có tỉ số truyền i cao hơn.
 Nhiệt độ cực đại của máy phát tomax :
Là nhiệt độ tối đa mà máy phát có thể hoạt động.
 Hiệu điện thế hiệu chỉnh:
Là hiệu điện thế làm việc của bộ tiết chế Uhc=13,8V14,2V đối với ô tô sử dụng
hệ thống điện 12V và Uhc=28V28,5V đối với ô tô sử dụng hệ thống điện 24V.
 Hiêu suất của máy phát:
Hiệu suất trung bình của máy phát điện xoay chiều trên ô tô vào khoảng 60%. Nếu
máy phát điện xoay chiều phát ra công suất 2.000W trong một giờ, nó tiêu thụ sắp xỉ 01
lít nhiên liệu để phát ra công suất này.
3.2.2. Sơ đồ cung cấp điện
Hình 3.2: Sơ đồ phụ tải điện trên ô tô 3.3.
Các chế độ làm việc giữa ắc quy – máy phát điện và sự phân bố tải
Hình 3.3: Sơ đồ tính toán hệ thống cung cấp điện
Sự phân bố tải giữa máy phát và ắc quy được thể hiện trên hình 3.3. Theo định luật Kirchhoff ta có thể viết: U r  I   R I  mf 1 mf L L (3.1) E  r I   R I  a a a L L (3.2) I I  I mf L a (3.3) Hoặc viết lại như sau: r I   0 I   R I  U  1 mf a L L mf 0 I   r I   R I  E mf a a L L a I  I  I 0 mf a L U 0 R mf L E  r R a a L 0  1  1
U  r  1  R .E   U R  1 I   mf a L a mf L mf r R 1 0 L
 r  r   R  r  r R  1  a 
1  L . a 1  L  1 0  r R a L 1  1  1 (3.4) U r   R E . U R  R U   E  U r  mf a L a mf L L mf a mf a I   mf r r   R r   r R  r r
  R r  r 1 a    L a 1 L 1 a L 1 a U
(r  R )  R E  R (
 U  E )  r U  mf a L L a L mf a a mf I   mf
r (r  R )  R r  R (
 r  r ) r r  1 a L L a L a 1 1 a (3.5) r1 Umf L R 0 a E L R 1 0   1 r E  U  R   E R  R U   E  r E  1 a mf L a L L  mf a  1 a I    a r 0 R 1 L
R r  r  r r  R 
 r  r   r r  L a 1 1 a L a 1 1 a 0  r R a L 1  1  1 R U   E  r E  L  mf a  1 a I  a
R  r  r   r r  L a 1 1 a (3.6) r 0 U 1 mf 0  r E a a 1  1 0 U    mf Ra Ea r I   1 L r 0 R 1 L
R  r  r   r r  L a 1 1 a 0  r R a L 1  1  1 (3.7) Trong đó: Imf – Dòng điện máy phát.
Ea,ra – Sức điện động và điện trở trong của ắc quy. RL
– Điện trở tương đương các phụ tải điện. IL
– Dòng điện qua các phụ tải. Ia
– Dòng điện nạp vào ắc quy. r1
– Điện trở các cuộn dây máy phát và dây dẫn.
Căn cứ vào biểu thức của các cường độ dòng điện nêu trên, ta có thể chia sự phân
tải giữa máy phát và ắc quy làm ba chế độ:
a. Chế độ thứ nhất:
Đây là chế độ không tải ứng với trường hợp không mắc điện trở ngoài (máy phát
chạy không tải). Khi đó RL  và IL = 0. Ở chế độ này, máy phát chủ yếu nạp cho ắc quy
và dòng điện nạp phụ thuộc vào sự chênh lệch giữa hiệu điện thế hiệu chỉnh của máy
phát và sức điện động của ắc quy. U  E mf a I  mf r  r a 1 U  E mf a I  a r  r a 1 b. Chế độ thứ hai:
Là chế độ tải trung bình. Khi các phụ tải điện đang hoạt động có điện trở tương
đương RL < , sao cho IL < Imf, máy phát sẽ đảm nhận nhiệm vụ cung cấp điện cho các
phụ tải này và dòng nạp sẽ giảm. Ở chế độ này, máy phát cung cấp điện cho hai nơi: một
phần cho ắc quy và một phần cho phụ tải. r E  1 a R  L
Khi điện trở tương đương của các phụ tải đạt giá trị U  E mf a thì dòng nạp bằng không. c. Chế độ thứ ba:
Là chế độ quá tải xảy ra trong trường hợp mở quá nhiều phụ tải. Khi đó RL 0. r E  1 a R  L
Nếu điện trở tương đương của các phụ tải điện đang làm việc U  E mf a , ắc quy bắt
đầu phóng điện hỗ trợ một phần điện năng cho máy phát. 3.4. Máy phát điện 3.4.1. Phân loại
Trong hệ thống điện ôtô hiện nay thường sử dụng ba loại máy phát điện xoay chiều sau:
 Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu, thường được sử
dụng trên các xe gắn máy.
 Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng điện từ có vòng tiếp điện, sử dụng trên các ôtô.
 Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng điện từ không có vòng tiếp điện sử dụng
chủ yếu trên máy kéo và các xe chuyên dụng.
3.4.2. Cấu tạo máy phát điện xoay chiều
a. Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ có vòng tiếp điện
Máy phát điện loại này gồm có 3 phần chính là stator, rotor và bộ chỉnh lưu.  Stator:
Stato gồm khối thép từ được lắp ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện mà mặt trong
có xẽ các rãnh phân bố đều để xếp các cuộn dây phần ứng điện (thường có 18 hoặc 36
rãnh) cuộn dây stator (cuộn dây phần cứng) gồm có 3 pha. Mỗi pha thường gồm có 6
cuộn dây con đấu nối tiếp nhau. Cuộn dây pha của stator đấu với nhau theo hình sao hay
tam giác (Delta). Trong cách đấu hình sao có 3 đầu của 3 cuộn dây pha nối chung, còn lại
3 đầu mối kia nối với bộ chỉnh lưu. Các cuộn dây được giữ chặt trong rãnh nhờ các
miếng chêm bằng tectolit và cách điện với khối thép stator bằng giấy cách điện. Stator
sau khi đã quấn dây và lắp xong đem thấm sơn cách điện và sấy khô. (Hình 3.3).
Hình 3.3: Cuộn dây satator và cuộn dây rô to
Hình 3.4: Cấu tạo máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ Bosch
1. Nắp sau; 2. Giá tản nhiệt bộ chỉnh lưu; 3. Diode chỉnh lưu (diode công suất);
4. Diode kích thích; 5. Nắp trước; 6. Pu ly và quạt; 7. Quạt bên ngoài; 8. Stator;
9. Rô to và các vấu cực; 10. Bộ điều chỉnh điện áp transistor.
 Phần cảm điện:
Rô to gồm có hai chùm cực bọc ngoài cuộn dây kích thích và ép cứng trên trục.
Mỗi chùm cực gồm có các vấu cực (thường có 6 vấu cho 1 chùm cực). Giữa hai chùm
cực là cuộn dây kích thích được quấn ngay trên ông thép dẫn từ. Hai đầu của cuộn đây
kích thích được hàn vào hai vòng thau tiếp điện cách điện với nhau và cách mát với trục.
Các vòng thau tiếp điện làm nhiệm vụ dẫn điện ắcquy vào cuộn dây kích thích qua hai
chổi than tiếp điện. Khi có dòng điện một chiều chạy qua cuộn dây kích thích (G) thì
cuộn dây và ống thép dẫn từ trở thành một nam châm điện, mà hai đầu ông thép là hai
cực từ khác dấu ,và các vấu cực trở thành các cực của rô to như hình vẽ, trong đó các cực bắc và nam xen kẽ nhau.
Hình 3.5: Cấu tạo và sự phân cực của rô to, mạch điện kích thích
Rô to quay trên hai ổ bi đặt trong nắp trước và nắp sau bằng hợp kim nhôm, ở các
nắp đều có các cửa để thông gió và ở chỗ lắp ổ bi đều có ông lót bằng thép để giảm mài
mòn. Trục của rô to có đầu nhô ra để lắp quạt gió bên ngoài và puly để dẫn động.
 Giá đỡ chổi than
Làm bằng nhựa cách điện, trong giá đỡ có đặt hai chổi điện bằng hợp chất đồng -
than hoạt tính, trong giá đỡ có lò xo luôn ép chổi than tiếp xúc với các vòng trượt trên rôto.
Đối với máy phát AC sử dụng bộ điều chỉnh điện áp lắp riêng trên khung ôtô: Một
chổi được tiếp mát với máy qua ốc bắt giá đỡ, một chổi được cách mát và có dây dẫn ra
phích cắm điện đặc biệt để dẫn đến bộ điều chỉnh điện áp.
Đối với loại máy phát AC có bộ điều chỉnh điện áp lắp ngay trên máy phát thì cả
hai chổi điện đều cách mát và được nối trực tiếp đến bộ điều chỉnh điện áp.
 Bộ chỉnh lưu:
Thường sử dụng diode silic, các diode chỉnh lưu được ép vào lỗ trên miếng tản
nhiệt. Trong đó có 3 diode dương có cực tính ở thân là ca tốt được ép chặt trên một tấm
tản nhiệt, tấm tản nhiệt này phải được cách mát với vỏ máy phát và tại đây sẽ nối ra cực
dương của máy phát (B+).
Và 3 diode âm có cực tính ở thân là anôt, được lắp trên một miếng tản nhiệt và
tiếp mát với vỏ máy phát, và tấm tản nhiệt này chính là cực âm của máy phát (B-). Có 6
diode công suất nắn điện cầu 3 pha để nạp điện cho ắc quy, mỗi diode có công suất
khoảng 25W và 3 diode kích thích khoảng lW cho một diode dùng chỉnh lưu 3 pha nửa
bán kỳ cung cấp dòng điện một chiều cho cuộn dây kích thích (G) và bộ điều chỉnh điện áp.
Các cánh tản nhiệt và các diode chỉnh lưu được gắn vào nắp sau của máy phát.
Hình 3.6: Diode chỉnh lưu
a. Diode công suất (25W); b. Diode kích thích (1W)
b. Máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ không có vòng tiếp điện
Vòng tiếp xúc và chổi than làm hạn chế tuổi thọ của máy phát. Nếu bỏ đi vòng
tiếp xúc và chổi thì tuổi thọ của máy phát sẽ tăng lên và chỉ phụ thuộc vào sự mài mòn
của các ổ đỡ và sự lão hóa của lớp vỏ cách điện của các cuộn dây. Các máy phát không
có chổi than gọi là máy phát không có vòng tiếp điện. Các loại máy phát này rất cần thiết
cho ôtô và máy kéo làm việc ở vùng đầm lầy hoặc có nhiều bụi.
Hình 3.7: Cấu tạo và sơ đồ máy phát Γ-305 (Nga)
1, 12. Nắp trước và nắp sau; 2, 4. Khối đấu dây ra; 3. Ổ bi; 5. Trục rô tô; 6. Lõi cuộn
dây kích thích; 7. Cuộn dây kích thích; 8. Bu lông; 9. Rô to; 10. Cuộn dây stator;
11. Stator; 12, 16. Diode chỉnh lưu silic; 14. Cánh tản nhiệt; 15. Thân bộ chỉnh lưu; 17.
Cánh quạt; 8. Pu ly; 19. Dây dẫn; 20. Đệm cách điện.
Giới thiệu cấu tạo của máy phát điện xoay chiều Γ-305 được lắp trên động cơ diesel D-108 (Nga).
Đây là loại máy phát ba pha, kiểu cảm ứng không vòng tiếp điện, có cuộn dây kích
thích đặt cố định ở cả hai phía. Công suất của máy phát là 400W khi điện áp định mức
12V, các cuộn dây pha đấu với nhau theo hình sao.
Stator: Cấu tạo gồm các lá thép kỹ thuật điện, trên răng của stator có lắp 9 cuộn
dây ba pha stator 10. Mỗi cuộn dây pha gồm có 3 cuộn đây nhỏ đấu nối tiếp với nhau, đặt
lệch nhau 120°. Một cuộn dây nhỏ gồm có 13 vòng dây.Các cuộn dây pha thì đấu với nhau theo hình sao.
Rô to 9: Là một đĩa thép hình sao có 6 vấu được lắp trên trục số 5. Trục 5 được đỡ
trên ổ bi 3, ổ bi 3 được lắp trong các nắp 1và 12. Sự dẫn động máy phát từ động cơ được
thực hiện nhờ pu ly 18 có lắp cánh quạt 17 để quạt mát cho máy phát và bộ chỉnh lưu. Pu
ly 18 được lắp cố định trên trục 5.
Cuộn dây kích thích: Được bố trí bên trong các nắp 1 và 12, mỗi cuộn có 1000
vòng dây. Các đầu cuối của cuộn dây kích thích được nối mát qua thân của máy phát.
Còn phía đầu thì nối với đầu Ш qua nắp trước 12 và bộ chỉnh lưu. Mặt đầu cuộn dây kích
thích áp sát với mặt đầu của rô to. Máy phát Γ-305 làm việc với bộ điều chỉnh điện áp lắp bên ngoài như PP- 362).
3.4.3. Nguyên lý làm việc của máy phát điện xoay chiều
a. Nguyên lý làm việc của máy phát điện xoay chiều ba pha sử dụng trên ô tô
 Máy phát điện AC làm việc dựa vào nguyên lý cảm ứng điện từ.
Rô to: Có cuộn dây kích thích quân trên lõi sắt dẫn từ, khi cung cấp dòng điện một
chiều vào cuộn dây kích thích thông qua hai chổi than và vòng tiếp điện thì rô to sẽ trở
thành một nam châm điện, chính là phần cảm của máy phát.
Stator: Gồm ba cuộn dây pha (u, v, w) đặt lệch nhau 120° trên vỏ của máy phát.
Trong cách đấu hình sao, đầu các cuộn dây pha đưa ra các cực (u, v, w) đã được cách
điện, các đầu còn lại nối chung với nhau tại điểm O. (dùng để nối với dây dẫn N)
Khi rô to quay, trường điện từ trên các cực rô to sẽ lần lượt cắt ngang các vòng dây
của các bối dây pha (u, v, w) ở stator. Như vậy trong mỗi cuộn dây pha (u, v, w)sẽ xuất
hiện một sức điện động cảm ứng có dạng hình sin và lệch pha nhau 1200.
Sức điện động của máy phát phụ thuộc vào số vòng quay của rô to (n) cường độ từ
trường của rô to hay từ thông () và kết cấu máy phát (Ce)
Hình 3.8: Nguyên lý làm việc của máy phát điện xoay chiều ba pha
 Các phương pháp đấu dây trong máy phát: Thường có hai cách đấu dây
 Đấu dây kiểu sao: Trong cách đấu này điện áp máy phát U bằng điện áp pha
Up nhân cho hệ số là 3. U  3 U  I I p và p
 Đấu dây kiểu tam giác: Trong cách đấu này điện áp máy phát U bằng điện áp pha Up. U U  I  3 I  p và p
Hình 3.9: Các phương pháp đấu dây trong máy phát
a. Đấu dây kiểu sao (Star); b. Đấu dây kiểu tam giác (Delta)
b. Chỉnh lưu điện áp máy phát:
Để nạp điện cho ắcquy và cung cấp điện cho các thiết bị tiêu thụ điện trên ôtô,
phải biến đổi nguồn điện áp xoay chiều 3 pha của máy phát AC thành nguồn điện áp một chiều (DC).
 Chỉnh lưu bán kỳ:
Dùng một dioed để chỉnh lưu một pha điện áp AC.
Hình 3.10: Sơ đồ chỉnh lưu bán kỳ
1. Ắc quy; 2. G – Cuộn dây kích thích; 3. Cuộn dây stator; 4. Diode chỉnh lưu
 Chỉnh lưu ba pha hai nửa chu kỳ:
Trên hình 3.11 và 3.12 là sơ đồ của máy phát chỉnh lưu 3 pha có bộ nắn dòng mắc
theo sơ đồ nắn dòng 2 nửa chu kỳ, 3 pha. Các cuộn dây stator được đấu dạng sao. Với
kiểu mắc này thì quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện trên dây và trên pha là: U  3 U  I I p và p
Hình 3.11: Sơ đồ mạch điện chỉnh lưu máy phát xoay chiều ba pha
Ta giả thiết rằng tải của máy phát là điện trở thuần. Điện áp tức thời trên các pha A, B, C là: U U  s  in t  A m 2 U U  s  in( t    ) B m 3   2 U U sin( t    ) C m 3
Trong đó: Um  Điện áp cực đại của pha. 2 n . .p  2   f  Vận tốc góc: 60
Ta cũng giả thiết là các diode mắc ở hướng thuận có điện trở Rt vô cùng bé (Rt=0),
còn ở hướng ngược thì rất lớn (Rn= ).
Trên sơ đồ chỉnh lưu 3 pha này có 6 diode; 3 diode ở nhóm trên hay còn gọi là các
diode dương (D1, D3, D5), có catod được nối với nhau; Nhóm dưới còn gọi là các diode
âm (D2, D4, D6) có các anode được nối với nhau. Ở hướng dẫn điện, một diode nhóm
trên dẫn điện khi anode của nó có điện thế cao hơn, còn ở nhóm dưới diode dẫn có điện
thế thấp hơn. Vì vậy, ở một thời điểm bất kỳ đều có 2 diode hoạt động, một diode cực
tính dương (phía trên) và một diode cực tính âm (phía dưới). Mỗi diode sẽ cho dòng điện qua trong 1/3 chu kỳ (T/3).
Điện thế dây của máy phát được đưa lên bộ chỉnh lưu. Điện áp chỉnh lưu được xác
định bởi các tung độ nằm giữa các đường cong trên và dưới (hình 3.13) của điện áp pha
UA, UB, UC. Vì vậy, điện áp chỉnh lưu tức thời Umf sẽ thay đổi và tần số xung động của
điện áp chỉnh lưu lớn hơn tần số của điện áp pha 6 lần. Trị số nhỏ nhất của điện áp chỉnh
lưu bằng 1,5Um, và lớn nhất là 1,73Um.
Hình 312: Sơ đồ mạch điện chỉnh lưu ba pha
máy phát điện đấu dây kiểu sao
Hình 3.13: Sơ đồ xung điện áp máy phát xoay chiều 3 pha và
điện áp sau khi đã chỉnh lưu.
Sự thay đổi của điện áp chỉnh lưu: U ( 7 , 1 3 5 , 1 )U . 0 2 , 3U . 0 3 , 98U . mf m m  (3.8)
Từ đồ thị ở hình 3.13 ta có thể xác định giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu: U  3 U  .cos  mf m  t. (3.9)
Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu (công thức 3……..) T 1 12 6 1 T 6 1  T  U  3 c  os t. d . t   3 U   s
 in t. 12    3 U   2  sin mftb  T    T m T 12 T m 12 6 T12 3 3 U  m U   65 , 1 U  mftb m  (3.10)
Với: .T = 2; f = 1/T
Umf = 1,65 2 .U = 2,34U = 1,35Ud
U  Điện thế hiệu dụng pha.
Ud  Điện thế hiệu dụng dây. U U m  
Điện áp hiệu dụng của pha U: 2 U U  3 U    3 m  d
Điện áp hiệu dụng của dây Ud: 2 Từ đó: U  65 , 1  2 U   2,34  U   1,35  U  mf d
Như vậy, đối với mạch chỉnh lưu cầu 3 pha thì giá trị trung bình của điện áp lưu
lớn gấp 2,34 lần so với điện áp pha và 1,35 lần so với điện áp dây.
Khi nối điện trở thuần R vào bộ chỉnh lưu thì dòng chỉnh lưu (trị tức thời): Umf i  mf R
Hình dạng của dòng chỉnh lưu cũng tương tự như hình dạng của điện áp chỉnh lưu,
tức là dòng chỉnh lưu dao động với biên độ: Um I  m R
Giá trị trung bình của dòng chỉnh lưu được tính bởi: T 12 6 I I  I .cos t. dt . 3 0 955 , I mf   m   m m T  T 12 (3.11)
Như đã nêu, mỗi một diode sẽ cho dòng điện đi qua trong 1/3 chu kỳ (T/3). Vì vậy,
giá trị tức thời dòng điện qua các diode i1, i2… i6 có đặc tính xung (hình 3.13) và giá trị
trung bình của dòng điện qua một diode sẽ là Imf /3.
Dòng điện chạy trong các cuộn pha của máy phát có thể được xác định khi ta xét
nút nối iA + i2 – i1 = 0  iA = i1 – i2
Như vậy, dòng pha không sin và ngắt quãng.
Giá trị hiệu dụng dòng điện pha: T 3 4 2 2 I  I .sin t. d . t 0  7 , 55 I     m m T T 6 (3.12) Từ đó: I 0  8 , 15 I   mf
c. Sơ đồ mạch điện máy phát
Gồm 3 mạch : Mạch kích thích ban đầu (kích thích bằng dòng điện từ ắcquy);
mạch kích thích (tự kích thích) và mạch máy phát (Mạch chính).
 Mạch kích thích ban đầu: (Hình 3.14)
Khi công tắc đánh lửa ở vị trí đóng mạch (ON), dòng điện kích thích Ikt, đi theo mạch sau:
(+) Ắc quy  công tắc 4  Đèn báo nạp số 3  D+ của máy phát  D+ bộ điều
chỉnh điện áp  Cuộn dây kích thích G  DF bộ điều chỉnh điện áp  D-  B- máy phát
(31)  (-) ắc quy. Ở đây dòng Ikt chạy qua cuộn dây kích thích trước, sau đó mới đến bộ
điều chỉnh điện áp rồi mới ra mát. Đối với bộ điều chỉnh điện áp lắp bên ngoài thì dòng Ikt
đến bộ điều chỉnh điện áp trước, sau đó mới qua cuộn dây kích thích về mát.
Mạch kích thích ban đầu này rất cần thiết, vì ở máy phát xoay chiều có từ dư rất
nhỏ không đủ phát triển từ trường lúc khởi động cũng như lúc động cơ làm việc ở số
vòng quay thấp. Tự kích thích không thể bắt đầu trừ khi máy phát phát ra điện áp vượt
quá sụt áp trên 2 điốt (2 x 0,7V=1,4V).
Đèn báo nạp: Đèn này nằm trong mạch kích thích ban đầu, nó còn có tác dụng như
một điện trở nhằm hạn chế dòng Ikt, đèn thường có công suất 2W/12V hoặc 3W/24V. Khi
có dòng Ib chạy qua, đèn báo nạp số 3 sẽ sáng lên, và đèn chỉ tắt khi mạch tự kích thích
khởi phát và máy phát cung cấp điện cho toàn hệ thống (UG >Uaq).
 Mạch tự kích thích: (Hình 3.15)
Khi điện áp máy phát tăng (UG > Uaq), dòng điện trong các cuộn dây stator (u, v,
w) sẽ được chỉnh lưu bởi các diode kích thích (a) cung cấp cho cuộn dây kích thích (d).
Giả sử tại thời điểm ta đang xét, dòng điện trong các cuộn dây V và W như hình vẽ. Dòng
kích thích Ieff đi như sau:
(+) Cuộn dây V  diode kích thích (a)  D+  cuộn dây kích thích (d)  DF 
Bộ điều chỉnh điện áp (2)  D-  diode công suất (c)  (-) cuộn dây W  (+)w  (-)V. (
Đối với hộ điều chỉnh điện lắp chung với máy phát).
Đối với bộ điều chỉnh điện áp lắp bên ngoài, dòng kích thích cũng tương tự, chỉ khác là
dong Ieff qua bộ điều chỉnh điện áp (2) trước rồi mới đi đến cuộn dây kích thích (d).
 Mạch điện máy phát: (mạch cung câp ra phụ tải) (Hình 3.16)
Khi động cơ làm việc ở số vòng quay đủ lớn, điện áp của máy phát sẽ đạt giá trị
Uđm lúc này ngoài mạch tự kích thích đã trình bày, máy phát còn nạp điện cho ắc quy và
cung cấp điện cho các phụ tải điện trên ôtô thông qua các điốt chỉnh lưu (b và c).
Dòng điện của máy phát IG như trình bày ở hình 3.15a.
Ví dụ trong trường hợp rô to có 6 đôi cực, tại thời điểm đang xét ứng với góc quay
của rô to là 30°, lúc này điện áp trong cuộn dây V có giá trị dương, cuộn dây W có giá trị
âm và điện áp trong cuộn dây U bằng 0.(hình b). Dòng điện máy phát đi như sau: Cuộn
dây (+)V  diode b  đầu B+ của máy phát  nạp điện cho ắcquy 5 và cung cấp điện
cho phụ tải (15)  đầu B- của máy phát  diode c  cuộn dây W  cuộn dây (-)V. (điểm
nối chung của 3 cuộn dây pha ).
Ở vị trí góc quay rô to là 45° (hình 3.15b) điện áp trong cuộn dây V và W đều có
giá trị dương, điện áp trong cuộn dây U có giá trị âm. Dòng điện trong 2 cuộn dây V và
W hợp lại qua dioede b cung cấp cho phụ tải, sau đó qua diode c, cuộn dây U trở về điểm nối chung.
Hình 3.14: Mạch điện kích thích ban đầu
a. Kiểu bộ điều chỉnh điện lắp bên trong máy phát.
b. Kiểu bộ điều chỉnh điện lắp bên ngoài máy phát.
Hình 3.15: Mạch điện tự kích thích
a. Kiểu bộ điều chỉnh điện lắp bên trong máy phát
b. Kiểu bộ điều chỉnh điện lắp bên ngoài máy phát
Hình 3.16: Mạch điện máy phát
Nối song song các diode công suất: (Hình 3.17)
Trong một vài loại máy phát điện có công suất cao, cường độ dòng điện cung cấp
cho phụ tải có giá trị lớn. Do đó người ta thường sử dụng 2 diode hoặc nhiều hơn nữa,
các diode đấu song song trong mỗi pha của máy phát. Hình 3.17 trình bày sơ đồ máy phát
sử dụng 12 diode trong mạch cầu chỉnh lưu thay cho 6 diode.
Hình 3.17: Sơ đồ mạch điện nối song song các diode công suất
và diode chỉnh lưu phụ
1. Dioed kích thích; 2. Diode công suất nối song song từng cặp; 3. Diode phụ nối ở điểm
sao; 4. Tụ điện chống nhiễu; 5. Đầu nối W.
Diode phụ: (Nối thêm ở điểm trung hòa)
Trong máy phát ba pha đấu hình sao, đầu cuối mỗi pha được nối chung với nhau
tại điểm sao. Theo lý thuyết tổng dòng điện của ba pha luôn luôn bằng 0, kết quả là có thể bỏ đi dây trung hòa.