CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Ngày nay, các bộ phận chấp hành có kết cấu từ cuộn cảm được sử dụng rất phổ biến trên hệ thống điện ô tô như: bobine đánh lửa, kim phun, van điện tử, relay, … Tuy nhiên trong quá trình hoạt động, khi dòng điện đi qua các thiết bị này bị đóng ngắt đột ngột bởi thiết bị điều khiển, ở các cuộn cảm sẽ xuất hiện các suất điện động tự cảm từ 80V đến 400V, gây hại cho các thiết bị điện tử khác. Thêm vào đó dao động tắt dần xuất phát từ các xung điện nêu trên sinh nhiệt trên mạch điện là nguyên nhân gây tổn thất năng lượng. Để hạn chế các ảnh hưởng tiêu cực trên, trước đây, sức điện động tự cảm trên sẽ được tích lũy vào môt tụ điện được mắc song song với thiết bị đóng ngắt mạch.
Tuy nhiên biện pháp này lại chưa tận dụng được lượng năng lượng tích lũy trên tụ. Đồ án đề ra giải pháp tiết kiệm năng lượng bằng cách sử dụng lại phần năng lượng thừa này. Trên thế giới, việc chế tạo ra những chiếc ô tô tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện với môi trường là một trong những tiêu chí hàng đầu của các nhà sản xuất ô tô. Bên cạnh việc sử dụng nguồn năng lượng mới thay thế cho năng lượng truyền thống như xăng và diesel thì các nhà sản xuất ô tô hiện nay đang có xu hướng trang bị hệ thống mới có khả năng thu hồi và tái sử dụng năng lượng đã qua sử dụng từ hệ thống phanh, treo, lái như hệ thống i-Loop của Mazda, … Sau quá trình tìm hiểu chúng tôi quyết định thực hiện đề tài: “Tổng quan năng lượng điện cảm trên ô tô” nhằm đánh giá khả năng tích lũy năng lượng điện cảm trên ô tô.
Mục đích nghiên cứu. - Đánh giá sơ bộ tổng giá trị năng lượng do các sức điện động tự cảm gây ra. - Đánh giá sơ bộ khả năng thu hồi và tái sử dụng nguồn năng lượng này. - Nghiên cứu, phân tích, so sánh và đánh giá hiệu quả thiết bị thu hồi điện cảm.
- Nghiên cứu, phân tích về các công trình trong và ngoài nước. 1 download by : skknchat@gmail. Nhiệm vụ nghiên cứu. Qua những phân tích các nghiên cứu về thu hồi năng lượng điện cảm trên ô tô.
Phần lớn các xe ô tô trên thế giới hiện nay vẫn chưa ứng dụng những công nghệ vào giải quyết lượng năng lượng điện cảm thất thoát từ bộ phận điện tử mang năng lượng lớn trên xe như bobine, relay, kim phun,…Hoặc thu hồi năng lượng nhưng với hiệu suất chưa cao. Đồ án “Tổng quan về năng lượng điện cảm trên ô tô” sẽ tập tung nghiên cứu về: - Đánh giá sơ bộ tổng năng lượng điện tiêu hao trên các thiết bị điện. - Nghiên cứu, phân tích, so sánh các thiết bị thu hồi và tích trữ được nguồn năng lượng điện cảm bị lãng phí. - Xác định các thông số của liên quan năng lượng điện cảm, thiết lập phương trình toán cho hệ thống.
- Tìm hiểu nghiên cứu trong việc tăng hiệu suất thu hồi năng lượng và hiệu suất tích lũy năng lượng của ắc quy, siêu tụ điện. - Nghiên cứu, phân tích các công trình trong và ngoài nước 1. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu. - Đối tượng nghiên cứu: Các mạch điện có cuộn cảm, các tải điện, nguồn điện trên ô tô.
- Phạm vi nghiên cứu: hệ thống điện trên ô tô. - Phương pháp nghiên cứu: • Nghiên cứu, phân tích tổng hợp, hệ thống hóa lý thuyết. • Đặt giả thuyết • Nghiên cứu, phân tích các công trình liên quan 1. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài.
Đề tài “Tổng quan năng lượng điện cảm trên ô tô” giúp tìm hiểu và đánh giá được hiệu suất tốt nhất của bộ thu hồi năng lượng điện cảm, nguồn năng lượng thu hồi được từ các xung suất điện động tự cảm phát ra từ bobine, kim phun,…góp phần bảo vệ thiết bị điện tránh hư hỏng bởi các xung điện áp cao và giảm lượng nhiệt sinh ra cho các thiết bị điện. Sử dụng nguồn năng lượng này để cung cấp cho một số phụ tải trên xe hoạt động, 2 download by : skknchat@gmail.com hoặc có thể tích năng lượng vào tụ điện và sử dụng cho lần đánh lửa tiếp theo, giảm tiêu hao nhiên liệu. 3 download by : skknchat@gmail.com CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Tổng quan hệ thống điện ô tô.
Hệ thống cung cấp điện. Hệ thống cung cấp điện trên ô tô gồm có: ắc quy-máy phát. Đảm nhiệm chức năng cung cấp năng lượng điện cho các thiết bị tải điện hoạt động với một điện áp ổn định trong mọi điều kiện làm việc của động cơ. Sơ đồ hệ thống điện: Hình 2.
Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tổng quát Ô tô được trang bị một số hệ thống và thiết bị điện để đảm bảo an toàn và tiện nghi khi sử dụng. Chúng cần điện năng trong suốt thời gian họat động và cả khi động cơ đã dừng. Vì thế, chúng cần cả ắcquy và nguồn điện một chiều như nguồn năng lượng. Một hệ thống cung cấp điện trang bị trên xe cung cấp nguồn một chiều cho những hệ thống và thiết bị vừa nêu.
Tuy nhiên ắc quy sẽ phóng điện khi động cơ dừng và dần hết điện. 4 download by : skknchat@gmail. Các loại phụ tải điện trên ô tô. Phụ tải điện trên xe có thể chia ra thành 3 loại: Tải thường trực là những phụ tải liên tục hoạt động khi xe đang chạy, tải gián đoạn trong thời gian dài và tải gián đoạn trong thời gian ngắn.
Các loại phụ tải điện trên ô tô được mắc song song và có thể chia làm 3 loại: - Phụ tải làm việc liên tục: Bơm nhiên liệu (50 ÷ 70W); Hệ thống đánh lửa (20W), kim phun (70 ÷ 100W), … - Phụ tải làm việc không liên tục: Gồm các đèn pha (mỗi cái 60W), cốt (mỗi cái 55W), đèn kích thước (mỗi cái 10W), radio car (10 ÷ 15W), các đèn báo trên tableau (mỗi cái 2W), … - Phụ tải làm việc trong thời gian ngắn: Đèn báo rẽ (4 x 21W + 2 x 2W); đèn thắng (2 x 21W); motor điều khiển kính 150W, quạt làm mát động cơ (200W), quạt điều hòa nhiệt độ (2 x 80W), motor gạt nước (30 ÷ 65W); còi (25 ÷ 40W); đèn sương mù (mỗi cái 35 ÷ 50W); còi lui (21W), máy khởi động (800 ÷ 3000W), mồi thuốc (100W); hệ thống xông máy (động cơ diesel) (100 ÷ 150W), … Ngoài ra, người ta cũng phân biệt phụ tải điện trên ô tô theo công suất, điện áp làm việc, … 2. Công suất tiêu thụ của tải điện. Tiêu thụ điện của các tải điện hoạt động liên tục và các tải điện hoạt động gián đoạn. Tiêu thụ điện của các tải điện hoạt động liên tục.
Tải điện hoạt động liên tục Công suất (W) Hệ thống đánh lửa 20 Bơm nhiên liệu 70 Hệ thống phun nhiên liệu 100 Radio, cassette 12 Đèn đầu (pha hoặc cos) 110 Đèn kích thước 10 5 download by : skknchat@gmail.com Đèn bảng số 10 Đèn soi sáng tableau 10 Tổng công suất Pw1=350W Bảng 2. Tiêu thụ điện của các tải điện hoạt động gián đoạn. Tải điện hoạt động Giá trị thực (W) Hệ số Công suất tương gián đoạn đương (W) Quạt điều hòa giàn nóng 80 0.5 40 và giàn lạnh Xông kính 120 0.25 15 Quạt tản nhiệt 0.2 Đèn tín hiệu báo rẽ 70 0.2 Đèn sương mù 70 0.1 7 Đèn báo sương mù 35 0.5 Tổng công suất Pw = 134W Như vậy, tổng công suất của tải hoạt động liên tục lớn hơn rất nhiều so với tải hoạt động gián đoạn 6 download by : skknchat@gmail. Hiện tượng tự cảm.
Một cuộn dây có N vòng và mang một dòng điện có cường độ I theo chiều ở hình 2. Trường hợp dòng điện đi qua cuộn dây là không đổi, thì từ thông đi qua cuộn dây cũng sẽ là hằng số. Trường hợp dòng điện biến thiên theo thời gian đi qua cuộn dây, thì một sức điện động sẽ được sinh ra để chống lại sự thay đổi đó. Các đặc tính trong cuộn dây, trong đó từ trường của chính cuộn dây sẽ chống lại bất kỳ sự biến thiên nào của dòng điện trên cuộn dây đó gọi là hiện tượng tự cảm, và sức điện động sinh ra trên cuộn dây lúc này được gọi là sức điện động tự cảm, được kí hiệu là 𝜀𝐿.
Tất cả các cuộn dây có dòng điện đi qua thay đổi theo thời gian đều có đặc tính này. Từ thông qua cuộn dây Xét một cuộn dây có N vòng dây, dòng I chạy trong mạch ngược chiều kim đồng hồ. Từ thông qua cuộn dây: ⃗ , 𝑛⃗) 𝜙 = BA cos (𝐵 (2-1) đơn vị: Wb (Weber), với 𝑛⃗ là vectơ pháp tuyến của mặt phẳng vòng dây Với cảm ứng từ B: 𝜇0 𝑁 B= 𝐼 (2-2) 𝑙 đơn vị: T (Tesla), với A: tiết diện (m2) N: số vòng quấn (vòng) 𝜇0 : Đo độ từ thẩm, trong môi trường chân không: 𝜇0 = 4𝜋10-7 (H / m) 𝑙: chiều dài cuộn dây (m) 7 download by : skknchat@gmail.com 𝐼: cường độ dòng điện qua cuộn dây (A) Độ từ thẩm 𝜇0 = 4𝜋10-7 (H / m) là độ từ thẩm của chân không. Tuy nhiên, tỉ số giữa độ từ thẩm của không khí và độ từ thẩm của chân không là 1,000000373 nên có thể xem độ từ thẩm của không khí xấp xỉ 4𝜋10-7 (H / m).
Khi dòng điện qua cuộn dây không thay đổi, từ thông qua cuộn dây không thay đổi, sức điện động cảm ứng không xuất hiện. Các thiết bị có cuộn cảm. Trên các hệ thống nêu trên thì cuộn cảm được sử dụng rất nhiều với những công dụng khác nhau. Điều đó cho thấy cuộn cảm đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện và điện tử trên ôtô.
Giá trị điện trở thuần và độ tự cảm của một số cuộn cảm được sử dụng trên ô tô là: Bảng 2. Điện trở thuần và độ tự cảm của một số cuộn cảm được sử dụng trên ô tô. Điện trở (Ω) Độ tự cảm (mH) Relay 1 69,7 91,7 2 70,8 96,1 3 75,5 98,5 4 81,2 101,6 Kim phun 1 2,3 7,3 2 3,3 2,2 3 11,2 12,7 4 13,9 12,56 5 14,3 23,8 Bobine 1 0,7 1 2 1 6 3 1,4 5,5 4 1 6 8 download by : skknchat@gmail. Cấu tạo bobine.
Mạch điện điều khiển bobine ➢ Nguyên lí hoạt động: Khi Transistor T dẫn, trong mạch sơ cấp sẽ có dòng điện i từ accu đến điện trở phụ Rf, rồi qua L1, đến T rồi về mass. Dòng điện i1 tăng từ từ do sức điện động tự cảm sinh ra trên cuộn sơ cấp L1 chống lại sự tăng trưởng của dòng điện. Mạch thứ cấp của hệ thống đánh 9 download by : skknchat@gmail.