Предмети:
- въведение
- Атомно ядро с електрони
- Електронен поток
- Ток, напрежение и съпротивление
Предговор:
Всеки автотехник, от асистент до технически специалист, трябва да се занимава с електроника. В допълнение към електрониката на системите за комфорт и безопасност като осветление, мотор на чистачките и ABS системата, откриваме електроника в управлението на системата за управление на двигателя и под формата на комуникационни мрежи (включително CAN шина). Все повече превозни средства също получават електрическо задвижване. Всеки, който иска да разбере електрониката, трябва да започне с основите. В този раздел започваме с кратко обяснение на електроните, които кръжат около атома, и бързо преминаваме към електрически диаграми, където основните концепции на автомобилната електроника са обяснени по практичен начин.
Атомно ядро с електрони:
Според атомния модел на Бор атомът се състои от ядро, съдържащо протони и неутрони, с електрони, обикалящи около него в няколко обвивки. Атомът на медта съдържа 29 протона и 35 неутрона в ядрото си.
Електроните са разположени в четири обвивки. Разпределението на електроните върху тези черупки се нарича електронна конфигурация. Всяка обвивка има максимален брой места за електрони. Първата обвивка (K) има място за два електрона, втората обвивка (L) за осем, третата обвивка (M) за осемнадесет и другите обвивки за 32 електрона.
Електроните във вътрешните три обвивки са свързани електрони. Електроните във външната обвивка участват в химични връзки и реакции и се наричат още „валентни електрони“. Атомът на медта съдържа един валентен електрон. Тези електрони могат да се движат свободно и да се преместят към друг атом. В случай на медна жица, външните обвивки се припокриват и единичният електрон може да се движи през обвивката на съседния си атом.
Даряването на валентния електрон е важно за тази тема. Прескачането на електрона от един атом в друг прави възможно материала да провежда. Материали като мед, злато и алуминий имат валентен електрон във външната обвивка. Обратно, изолатори като пластмаса, стъкло и въздух нямат валентен електрон. Следователно този материал също е непроводим.
Електронен поток:
На следващото изображение виждаме батерия, лампа, проводник (медна жица) и превключвател. В зависимост от позицията на превключвателя, токът може или не може да тече през веригата. Светлосиният правоъгълник представлява медния проводник с медните атоми (жълто) и скачащите валантни електрони (зелено).
- Превключвателят е отворен: електроните кръжат около медния атом, но няма електронен поток през консуматора (лампата). Лампата не свети;
- Превключвателят е затворен: тъй като батерията създава разлика в напрежението, възниква електронен поток от минус към плюс. Токът протича през лампата и се включва поради потока на електроните и разликата в напрежението.
Токът се движи от – (минус) до + (плюс). Това е действителната посока на потока. Преди се смяташе, че токът ще се движи от плюс към минус, но това не е правилно. Все пак, за удобство, ние се придържаме към тази теория и я наричаме „техническа посока на потока“. По-нататък ще запазим тази техническа посока на потока, като приемем, че потокът тече от плюс към минус.
Ток, напрежение и съпротивление:
В този раздел приближаваме трите понятия: ток, напрежение и съпротивление. Срещаме тези концепции през цялото време в автомобилната технология. Токът, напрежението и съпротивлението имат своя собствена величина, единица и символ.
- I = Ток = Ампер (A)
- U = напрежение = волт (V)
- R = Съпротивление = Ohm (Ω)
Текущ: В предишния раздел видяхме потока от електрони през верига. Количеството електрони, които преминават през определена площ на напречното сечение на електрически проводник в рамките на една секунда, се нарича ток. Единицата за ток е ампер (A). Ток от 1 A се достига, когато 6,24 квинтилиона (6.240.000.000.000.000.000 XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX) електрони преминат през напречно сечение в рамките на една секунда. Колкото повече електрони протичат за даден период от време, толкова по-висок е токът.
За да получите представа колко енергия изискват електрическите консуматори в автомобилната технология, ето списък, в който токът е изчислен при напрежение на зареждане от 14 волта:
- Стартер на бензинов двигател: 40 – 80 A;
- Стартер на дизелов двигател: 100 – 300 A;
- Запалителна бобина: 3 до 6 A, в зависимост от типа;
- Горивен инжектор на бензинов двигател: 4 – 6 A;
- Електрическа горивна помпа: 4 – 12 A, в зависимост от налягането и дебита;
- Електрически охлаждащ вентилатор: 10 – 50 A;
- H7 лампа (халогенни къси светлини) от 55 Watt: 3,9 A;
- 35 вата ксенонова лампа: 2,5 A;
- LED лампи (ШИМ управлявани, а не чрез сериен резистор): 0,6 – 1 A;
- Отопление на задното стъкло: 10 – 15 A;
- Подгряване на седалки: 3 – 5 A на седалка;
- Стандартно радио за кола без бордови компютър: ~5 A;
- Мотор на чистачките: 2 -5 A в зависимост от мощността;
- Мотор на вътрешен вентилатор: 2 – 30 A в зависимост от скоростта;
- Електроусилвател на волана: 2 – 40 A, в зависимост от мощността.
Волтаж: Напрежението е силата, която кара електроните да се движат. Напрежението е измерване на разликата в силата между електроните в две точки. Напрежението се измерва във волтове, съкратено до V. В автомобилната технология работим с „номинално напрежение“ от 12 волта. Това означава, че батерията и всички електрически консуматори са базирани на 12 волта. На практика обаче виждаме, че напрежението никога не е точно 12 волта, а винаги е малко по-ниско, но често и по-високо. Освен това напрежението с електрическо задвижване е в пъти по-високо. Консуматорите в автомобила консумират напрежение. Да вземем за пример нагревателя на задното стъкло: той използва приблизително ток от 10 ампера при напрежение от 14 волта. Потокът става niet се изразходва и се връща към батерията. Напрежението от 14 волта се използва в нагревателя на задното стъкло за загряване. В края (заземената страна) все още остават 0 волта.
За да получите представа за възможните нива на напрежение в лек автомобил, ето кратък списък с напрежения, които можем да срещнем:
- Напрежение на акумулатора: 11 – 14,8 v (почти празен акумулатор до максимално напрежение на зареждане на алтернатора);
- Напрежение на отваряне на пиезо инжектор: за кратко 60 – 200 волта;
- Системно напрежение на превозно средство с електрическо задвижване (хибрид или BEV): 200 – 800 волта.
Съпротивление: всеки електрически компонент има вътрешно съпротивление. Тази стойност на съпротивлението определя колко ток ще тече. Колкото по-високо е съпротивлението, толкова по-малък е токът. Резисторът има буквата R и единицата Ом. Като единица използваме знака омега от гръцката азбука: Ω. Можем да използваме такъв в електрическа верига допълнително съпротивление добавете, за да ограничите тока.
Когато се направи късо съединение, например когато положителен проводник докосне каросерията, има много ниско съпротивление. Токът незабавно се увеличава, докато изгори предпазител, за да се предотврати повреда. В следващия списък виждаме колко съпротивление имат компонентите, които срещаме в автомобилната технология:
- Меден проводник с дължина 2 метра и напречно сечение 1,25 mm²: 0,028 Ω;
- Лампа (21 W крушка): 1,25 Ω;
- Горивен инжектор на бензинов двигател (вариантът с висок импеданс): 16 Ω;
- Токова секция за управление на реле: ~ 60 Ω;
- Основна силова секция на релето: < 0,1 Ω.
Съпротивлението на даден компонент често зависи от температурата: например съпротивлението на лампата, когато е включена, е много по-високо, отколкото по време на измерването, когато е било студено, при което токът намалява, когато се затопли.
В обобщение: съпротивлението на даден електрически компонент определя колко ток ще тече. Малкото съпротивление означава, че ще тече много ток. Доставеното напрежение (често около 12 волта) се консумира в електрическия компонент, което води до 0 волта от страната на земята. Мощността не се консумира, така че е също толкова висока откъм плюса, колкото и от страната на земята.
За да разберете по-добре концепциите, понякога е полезно да разгледате примера с варела за вода. Бурето се пълни с вода и се затваря отдолу с кран. Напрежението и потокът на водата през крана, който позволява да премине определено количество вода, дават добра представа какво се случва с електричеството в консуматор с вътрешно съпротивление.
Волтаж:
Когато варелът се напълни с вода, налягането на водата в крана се увеличава. Налягането на водата може да се сравни с концепцията за напрежение в електричеството. Системата трябва да бъде затворена, в противен случай водата ще изтече и вече няма да има водно налягане.
Текущ:
Когато отворим крана, водата започва да "тече" през крана. Водният поток може да се сравни с понятието ток в електричеството.
Съпротивление:
Кранът регулира съпротивлението на преминаване на водния поток. При по-нататъшно отваряне на крана съпротивлението намалява и токът се увеличава.
Същото важи и за електричеството. При по-голямо съпротивление в електрическата верига има по-малък ток и обратно. Съпротивлението не оказва влияние върху напрежението.
