Teemad:
- Sissejuhatus
- Aatomituum elektronidega
- Elektronide voog
- Vool, pinge ja takistus
Eessõna:
Elektroonikaga peab tegelema iga autotehnik assistendist tehnikaspetsialistini. Lisaks mugavus- ja ohutussüsteemide elektroonikale nagu valgustus, klaasipuhasti mootor ja ABS süsteem, leiame elektroonikat mootori juhtimissüsteemi juhtimisest ja sidevõrkude (sh CAN siini) näol. Üha enam sõidukeid saab ka elektrilise jõuülekande. Kõik, kes soovivad elektroonikast aru saada, peaksid alustama põhitõdedest. Selles jaotises alustame aatomi ümber tiirlevate elektronide lühiselgitusega ja liigume kiiresti edasi elektriskeemide juurde, kus selgitatakse praktilisel viisil sõiduki elektroonika põhimõisteid.
Aatomituum elektronidega:
Bohri aatomimudeli järgi koosneb aatom tuumast, mis sisaldab prootoneid ja neutroneid, mille ümber tiirlevad elektronid mitmes kestas. Vase aatomi tuumas on 29 prootonit ja 35 neutronit.
Elektronid paiknevad neljas kestas. Elektronide jaotust nende kestade vahel nimetatakse elektronide konfiguratsiooniks. Igal kestal on maksimaalne arv kohti elektronide jaoks. Esimeses kestas (K) on ruumi kahele elektronile, teises kestas (L) kaheksale, kolmandas kestas (M) kaheksateistkümnele ja teistes kestades 32 elektronile.
Kolme sisemise kesta elektronid on seotud elektronid. Väliskesta elektronid osalevad keemilistes sidemetes ja reaktsioonides ning neid nimetatakse ka "valentselektroniteks". Vase aatom sisaldab ühte valentselektroni. Need elektronid võivad vabalt liikuda ja liikuda teise aatomi juurde. Vasktraadi puhul väliskestad kattuvad ja üksik elektron võib liikuda üle oma naaberaatomi kesta.
Valentselektroni annetamine on selle teema jaoks oluline. Elektroni hüppamine ühelt aatomilt teisele võimaldab materjalil juhtida. Selliste materjalide nagu vask, kuld ja alumiinium väliskestas on valentselektron. Seevastu isolaatoritel nagu plastik, klaas ja õhk ei oma valentselektronit. Seetõttu on see materjal ka mittejuhtiv.
Elektronide voog:
Järgmisel pildil näeme akut, lampi, juhti (vasktraati) ja lülitit. Sõltuvalt lüliti asendist võib vool läbi vooluahela läbida või mitte. Helesinine ristkülik tähistab vasejuhti koos vaseaatomitega (kollane) ja hüppavate valantselektronidega (roheline).
- Lüliti lahti: elektronid tiirlevad ümber vaseaatomi, kuid elektronide voolu läbi tarbija (lambi) ei toimu. Lamp ei põle;
- Lüliti suletud: kuna aku tekitab pingeerinevuse, toimub elektronide voog miinusest plussi. Vool voolab läbi lambi ja lülitub sisse elektronide voolu ja pinge erinevuse tõttu.
Vool liigub punktist – (miinus) kuni + (pluss). See on tegelik voolu suund. Varem arvati, et vool liigub plussist miinusesse, kuid see pole õige. Siiski jääme mugavuse huvides selle teooria juurde ja nimetame seda "tehniliseks voolusuunaks". Järgnevalt säilitame selle tehnilise voolusuuna, eeldades, et voog kulgeb plussist miinuseni.
Vool, pinge ja takistus:
Selles jaotises suurendame kolme mõistet: vool, pinge ja takistus. Nende kontseptsioonidega puutume autotehnoloogias pidevalt kokku. Voolul, pingel ja takistusel on igaühel oma suurus, ühik ja sümbol.
- I = vool = amper (A)
- U = pinge = volt (V)
- R = takistus = oomi (Ω)
Vool: Eelmises osas nägime elektronide voolu läbi ahela. Elektronide hulka, mis ühe sekundi jooksul läbivad elektrijuhi teatud ristlõikepinda, nimetatakse vooluks. Voolu ühikuks on amper (A). Voolutugevus 1 A saavutatakse, kui ühe sekundi jooksul on ristlõikes läbi voolanud 6,24 kvintiljonit (6.240.000.000.000.000.000 XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX) elektroni. Mida rohkem elektrone antud aja jooksul voolab, seda suurem on vool.
Et saada ülevaade sellest, kui palju energiat autotehnoloogia elektritarbijad vajavad, on siin loend, kus voolutugevus on hinnanguliselt 14-voldise laadimispinge juures:
- Bensiinimootori käivitusmootor: 40 – 80 A;
- Diiselmootori starter: 100 – 300 A;
- Süütepool: 3 kuni 6 A, olenevalt tüübist;
- Bensiinimootori kütusepihusti: 4 – 6 A;
- Elektriline kütusepump: 4 – 12 A, sõltuvalt rõhust ja vooluhulgast;
- Elektriline jahutusventilaator: 10 – 50 A;
- H7 lamp (halogeen lähituled) võimsusega 55 vatti: 3,9 A;
- 35-vatine ksenoonlamp: 2,5 A;
- LED-lambid (PWM-juhitavad ja mitte jadatakistiga): 0,6 – 1 A;
- Tagaklaasi soojendus: 10 – 15 A;
- Istmesoojendus: 3 – 5 A istme kohta;
- Tavaline autoraadio ilma pardaarvutita: ~5 A;
- Klaasipuhasti mootor: 2 -5 A sõltuvalt võimsusest;
- Siseventilaatori mootor: 2 – 30 A sõltuvalt kiirusest;
- Elektriline roolivõimendi: 2 – 40 A, olenevalt võimsusest.
Pinge: Pinge on jõud, mis paneb elektronid liikuma. Pinge on elektronide vahelise jõu erinevuse mõõtmine kahes punktis. Pinge mõõdetakse voltides, lühendatult V. Autotehnikas töötame "nimipingega" 12 volti. See tähendab, et aku ja kõik elektritarbijad põhinevad 12 voltil. Praktikas näeme aga, et pinge ei ole kunagi täpselt 12 volti, vaid on alati veidi madalam, kuid sageli kõrgem. Lisaks on elektriajamiga pinge kordades suurem. Tarbijad autos tarbivad pinget. Võtame näiteks tagaklaasi soojenduse: see kasutab ligikaudu 10 amprit voolu pingel 14 volti. Voolu muutub niet kulub ära ja läheb tagasi akule. Tagaklaasi soojenduses kasutatakse soojendamiseks 14-voldist pinget. Lõpus (maa poolel) on veel 0 volti alles.
Sõiduauto võimalikest pingetasemetest ülevaate saamiseks on siin lühike pingeloend, mida võime kohata:
- Aku pinge: 11 – 14,8 V (peaaegu tühi aku generaatori maksimaalse laadimispingeni);
- Piesopihusti avanemispinge: lühidalt 60 – 200 volti;
- Elektriajamiga sõiduki süsteemipinge (hübriid või BEV): 200–800 volti.
Vastupidavus: igal elektrikomponendil on sisetakistus. See takistuse väärtus määrab, kui palju voolu voolab. Mida suurem on takistus, seda väiksem on vool. Takistil on täht R ja ühik Ohm. Ühikuna kasutame kreeka tähestiku oomega märki: Ω. Saame seda kasutada elektriahelas lisatakistus voolu piiramiseks lisage.
Kui tekib lühis, näiteks kui positiivne juhe puudutab kere, on takistus väga madal. Vool suureneb koheselt, kuni kaitse läbi põleb, et vältida kahjustusi. Järgmises loendis näeme, kui palju vastupanu on komponentidel, millega autotehnoloogias kokku puutume:
- Vasktraat pikkusega 2 meetrit ja ristlõikega 1,25 mm²: 0,028 Ω;
- Lamp (21-vatine lambipirn): 1,25 Ω;
- Bensiinimootori kütusepihusti (kõrge takistusega variant): 16 Ω;
- Relee juhtvoolu sektsioon: ~ 60 Ω;
- Relee peatoite sektsioon: < 0,1 Ω.
Komponendi takistus sõltub sageli temperatuurist: näiteks põleva lambi takistus on palju suurem kui külma mõõtmise ajal, mille puhul soojenedes vool väheneb.
Kokkuvõttes: elektrilise komponendi takistus määrab, kui palju voolu voolab. Väike takistus tähendab, et voolab palju voolu. Toitepinge (sageli umbes 12 volti) tarbitakse elektrikomponendis, mille tulemuseks on 0 volti maanduse poolel. Võimsat ei kuluta, seega on see plusspoolel sama kõrge kui maapealsel poolel.
Mõistete paremaks mõistmiseks on mõnikord kasulik vaadata veetünni näidet. Tünn täidetakse veega ja suletakse põhjast kraaniga. Pinge ja vee vool läbi kraani, mis laseb läbi teatud koguse vett, annab hea ettekujutuse, mis juhtub elektriga sisetakistusega tarbijas.
Pinge:
Kui tünn on veega täidetud, suureneb vee rõhk kraanis. Veesurvet võib võrrelda pinge mõistega elektris. Süsteem peab olema suletud, vastasel juhul voolab vesi välja ja veesurvet ei teki enam.
Vool:
Kui kraani avame, hakkab vesi kraanist läbi voolama. Veevoolu võib võrrelda elektrivoolu mõistega.
Vastupidavus:
Kraan reguleerib takistust veevoolu läbipääsule. Kui kraan avatakse veelgi, siis takistus väheneb ja vool suureneb.
Sama kehtib ka elektri kohta. Suurema takistusega elektriahelas on vähem voolu ja vastupidi. Takistus ei mõjuta pinget.
