Chương 3. TÍNH VÀ VẼ ĐẶC TÍNH DÒNG ĐIỆN QUA CUỘN SƠ CẤP

Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

3.2. Tính và vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp.

3.2.1. Sơ đồ nguyên lý.



33



22

Rf



4

4



L2

r2



L1

r1



11



55

66

Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa.

1 – Acquy; 2 – Công tắc; 3 – Bô bin; 4 – Bugi; 5 – IC đánh lửa;

6 – Transistor; Rf – Điện trở phụ.



R1

U



i1(t)



L1



Hình 3.3. Sơ đồ tương đương của mạch sơ cấp hệ thống đánh lửa

L1: Độ tự cảm dòng sơ cấp.

U: Điện áp của mạch sơ cấp.

3.2.2. Tính dòng điện qua cuộn sơ cấp.

1



Khi Transistor công suất T dẫn, trong mạch sơ cấp sẽ có dòng điện i từ (+) accu

f



đến R



1



đến L đến T đến mass. Dòng điện i



-62-



1



tăng từ từ do sức điện động tự cảm



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa



1



sinh ra trên cuộn sơ cấp L chống lại sự tăng của cường độ dòng điện.Ở giai đoan

này, mạch thứ cấp của hệ thống đánh lửa hầu như không ảnh hưởng đến quá trình

tăng dòng ở mạch sơ cấp. Hiệu điện thế và cường độ dòng điện xuất hiện ở mạch

thứ cấp không đáng kể nên ta có thể coi như mạch thứ cấp hở. Vì vậy, ở giai đoạn

này ta có sơ đồ tương đương trình bày như trên hình 2.2. Trên sơ đồ , giá trị điện trở

trong của accu được bỏ qua trong đó:

f



1



R1 = r + R .

Ta có thể lập được phương trình vi phân sau:[1]

1



i .R1 + L



1



di1

dt



= U1.



( 2.1).



Giải phương trình vi phân ( 2.1 ) ta được :

Gọi



là hằng số điện từ của mạch.

(2.2).

ng



d



Gọi t là thời gian Transistor dẫn bão hoà thì cường độ dòng điện sơ cấp I

thời điểm đánh lửa khi Transitor công suất ngắt là :[1]

(2.3)

Trong đó:

U1 - hiệu điện thế nguồn, Ung = 12 [V]

R1 - điện trở của mạch sơ cấp, R1 = 0,7 [Ω]

L1 - độ tự cảm mạch sơ cấp, L1=3.10-3 [H]

(s)

Mặt khác:

T : chu kỳ đánh lửa .

Ne = 4400 [vòng/phút] : số vòng quay của động cơ.

Z=4 : số xylanh của động cơ.

: thời gian đóng tiếp điểm tương đối



-63-



tại



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa



Thay tất cả vào (2.3) ta có:

⇒



= 11,048 (A)



• Vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp:

Từ công thức:

it =



U ng

R1



[1 − e



−



R1

tđ

L



]



(2.3)



Thay các giá trị :

Ung = 12[V].

R1 = 0,7 [Ω]

L1=3.10-3 [H]

Ta có bảng số liệu sau:



t (s)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16



0

0,001

0,002

0,003

0,004

0,004432

0,006

0,008

0,01

0,012

0,014

0,016

0,018

0,02

0,022

0,024



i (A)

0

3,568

6,393

8,630

10,402

11,048

12,915

14,492

15,480

16,100

16,489

16,733

16,886

16,982

17,042

17,079



Chọn tỷ lệ xích:



µt =



0, 001

= 0, 0001[ s / mm].

10



-64-



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa



µi =



5,18

= 0,1295[A/ mm].

40



 Ta có bảng giá trị sau:



t (mm)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16



i (mm)



0

10

20

30

40

44,32

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240



0

40

71,676

96,759

116,623

123,870

144,808

162,483

173,576

180,518

184,876

187,609

189,323

190,398

191,072

191,495



Hình 3.4. Đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp.

3.2.3. Phân tích đặc tính dòng sơ cấp.

Khi transistor T dẫn dòng điện I1 tăng từ “0” đến giá trị tới hạn xác định bởi

điện trở của mạch sơ cấp, độ tự cảm của cuộn dây mạch sơ cấp và điện áp ắc quy.

Do ảnh hưởng của L1 nên dòng điện I1 không tăng tức thời mà tăng từ từ.

Dòng sơ cấp I1(t) tăng theo quy luật hàm mũ và có giá trị tới hạn tiệm cận

17,143 [A]

di



1



dt

Khi t = 0 (tiếp điểm vừa đóng lại) thì: I1 = 0 [A] và



-65-



=



U ng

L1



=



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa



Khi t = ∞ (tiếp điểm đóng rất lâu):



= 17,143 [A]và



di1

=0

dt



Dựa vào đồ thị trên hình 3.4, ta nhận thấy: tốc độ tăng dòng sơ cấp rất nhanh ở

giai đoạn đầu t = (0 ÷ 0,04432 [s]) sau đó tăng chậm dần và tiệm cận 17,143 [A].

Giá trị I1max phụ thuộc vào điện trở RΣ1 và thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng.

3.3.4. Kết luận.

Quá trình đánh lửa được chia làm 3 giai đoạn:

+ Giai đoạn tăng dòng sơ cấp khi transistor T đóng lại.

+ Giai đoạn xuất hiện suất điện động cao áp trong cuộn thứ cấp khi transistor T

mở ra.

+ Giai đoạn xuất hiện tia lửa điện cao thế ở bugi khi U2 tăng đến giá trị Uđl.

Trên thực tế trong quá trình làm việc giá trị dòng sơ cấp sẽ không bao giờ trở về

“0” vì thời gian tiếp điểm đóng ngắt là rất bé nên dòng điện I 1 chưa kịp về “0” thì đã

phải tăng lên.

Giá trị dòng I1 phụ thuộc vào các thông số của mạch sơ cấp R Σ1 và L1. I1 sẽ giảm

khi tăng số vòng quay và số xy lanh động cơ. I 1 sẽ tăng lên khi tăng thời gian đóng

tiếp điểm tương đối.

3.4. Tính toán hiệu điện thế đánh lửa

Hiệu điện thế thứ cấp cực đại, theo [1] được tính theo công thức sau:

U 2 = I 1ng.



L 1.η '

2



W 

C1. 1 ÷ + C2

 W2 



(3.1)



Trong đó:

I1ng : Cường độ dòng điện sơ cấp I 1 tại thời điểm tiếp điểm mở, được xác định

theo (2.1), I1ng = 11,048[A].

L1 : Hệ số tự cảm của cuộn dây mạch sơ cấp, L1 = 3.10-3 [H].



-66-



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

C1 : Điện dung mạch sơ cấp (tụ điện). theo đề C1 = 0,4.10-6 [F].

C2 : Điện dung mạch thứ cấp. Theo đề, C2 = 1.10-10 [F].

η'



: Hệ số tính đến sự giảm U2 do tổn thất năng lượng dưới dạng nhiệt trong



cả hai mạch sơ cấp và thứ cấp. Theo [1], η' nằm trong khoảng (0,75 ÷ 0,85), ta chọn

η' = 0,85.

Kba = = 52 : Hệ số biến áp

Thay các giá trị vào (3.1) ta được:

= 35431,54 [V]

3.5. Tính hiệu điện thế thứ cấp cực đại.

Khi thế hiệu U2 vừa đạt đến giá trị U đl, đủ để xuyên qua khe hở giữa các điện

cực của bugi, thì ở đó xuất hiện tia lửa điện cao thế (hình 3.1). Khi xuất hiện tia lửa

điện thì U2 giảm đột ngột trước khi kịp đạt giá trị cực đại.



Hình 3.5. Sự thay đổi thế hiệu U2 khi phóng tia lửa điện

1. U2max (Thế hiệu max của biến áp đánh lửa); 2. Uđl (Thế hiệu đánh lửa);

3. Điện thế của tia lửa hồ quang (vẽ phóng đại).

a-b. Phần điện dung; b-c. Phần điện cảm.

Hiệu điện thế thứ cấp U2max cực đại của hệ thống đánh lửa, theo [2] được xác

định theo công thức sau:



-67-



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

U2max = U dl .K dl



(3.2)



Trong đó:

Uđl : Hiệu điện thế đánh lửa, được xác định theo (3.1), Uđl = 35277,6 [V].

Kđl : Hệ số dự trữ. Theo [2], Kđl nằm trong khoảng (1,5 ÷ 2), ta chọn Kđl = 1.5.

Thay số vào (3.2) ta được:

U2max = U dl .K dl



= 35277,6.1,5 =52916,4 [V]



3.6. Tính năng lượng tia lửa.

Năng lượng tia lửa bao gồm hai thành phần: phần điện dung và phần điện cảm.

3.6.1. Năng lượng phần điện dung

Ta có năng lượng phần điện dung của tia lửa, theo [1] được xác định như sau:



Wc =



C.U đ2l

2



(3.15)



Trong đó:

C : Điện dung tương đương của hệ thống đánh lửa.

Uđl : Thế hiệu đánh lửa, được xác định theo (3.2), Uđl = 35277,6 [V].

+ Xác định điện dung tương đương của hệ thống đánh lửa:

Theo [1] điện dung tương đương của hệ thống đánh lửa được xác định như sau:

2



W 

C = C1.  1 ÷ + C2

 W2 



(3.16)



Thay số vào (3.16) ta được:

2



W 

C = C1.  1 ÷ + C 2

 W2 



= = 1.58. [F]



Thay số vào (3.15) ta được:



-68-



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa



Wc =



C.U đ2l

2



=



= 0,98 [J]



3.6.2. Năng lượng phần điện cảm

Ta có năng lượng phần điện cảm của tia lửa, theo [1] được xác định như sau:

WL =



2

L1.I1ng



2



(3.17)



Thay số vào (3.17) ta được:

WL =



2

L1.I1ng



2



=



= 0,183 [J]



KẾT LUẬN

Qua quá trình hoàn thành đồ án “Thiết kế hệ thống điện tử ô tô” với đề tài “ Tính

toán thiết kế hệ thống đánh lửa” ta đã tính toán thiết kế được một hệ thống đánh lửa

cho động cơ theo yêu cầu (theo số liệu ban đầu).

Hệ thống đánh lửa thiết kế có các đặc điểm cơ bản sau:

- Loại hệ thống đánh lửa: Hệ thống đánh lửa theo chương trình sử dụng bôbin

đơn

- Thế hiệu đánh lửa: Uđl = 35277,6 [V]

- Năng lượng của tia lửa:

+ Phần năng lượng điện dung: WC = 0,98 [J]

+ Phần năng lượng điện cảm: WL = 0,181 [J]



-69-