Thèmes:
- Préface
- Noyau atomique avec des électrons
- Flux d'électrons
- Courant, tension et résistance
Préface:
Chaque technicien automobile, de l'assistant au spécialiste technique, doit s'occuper de l'électronique. En plus de l'électronique des systèmes de confort et de sécurité comme l'éclairage, le moteur d'essuie-glace et le système ABS, on retrouve l'électronique dans le contrôle du système de gestion moteur et sous forme de réseaux de communication (dont bus CAN). De plus en plus de véhicules reçoivent également une transmission électrique. Quiconque souhaite comprendre l’électronique doit commencer par les bases. Dans cette section, nous commençons par une brève explication des électrons qui tournent autour d'un atome et nous passons rapidement aux schémas électriques où les concepts de base de l'électronique automobile sont expliqués de manière pratique.
Noyau atomique avec des électrons :
Selon le modèle atomique de Bohr, un atome est constitué d'un noyau contenant des protons et des neutrons, autour duquel des électrons gravitent dans plusieurs couches. L'atome de cuivre contient 29 protons et 35 neutrons dans son noyau.
Les électrons sont répartis dans quatre couches. La répartition des électrons sur ces couches est appelée configuration électronique. Chaque coquille a un nombre maximum de places pour les électrons. La première couche (K) peut contenir deux électrons, la deuxième couche (L) huit, la troisième couche (M) dix-huit et les autres couches trois32 électrons.
Les électrons des trois couches internes sont des électrons liés. Les électrons de la coque externe participent aux liaisons et réactions chimiques et sont également appelés « électrons de valence ». L'atome de cuivre contient un électron de valence. Ces électrons peuvent se déplacer librement et se déplacer vers un autre atome. Dans le cas du fil de cuivre, les coques externes se chevauchent et l’électron unique peut se déplacer à travers la coque de son atome voisin.
Le don de l’électron de valence est important pour ce sujet. Le saut de l’électron d’un atome à un autre permet au matériau d’être conducteur. Les matériaux tels que le cuivre, l’or et l’aluminium possèdent un électron de valence dans leur enveloppe externe. En revanche, les isolants tels que le plastique, le verre et l’air ne possèdent pas d’électron de valence. Ce matériau est donc également non conducteur.
Flux d'électrons :
Dans l'image suivante, nous voyons une batterie, une lampe, le conducteur (fil de cuivre) et un interrupteur. Selon la position de l'interrupteur, le courant peut ou non circuler dans le circuit. Le rectangle bleu clair représente le conducteur en cuivre avec les atomes de cuivre (jaune) et les électrons de la cantonnière sauteuse (vert).
- Interrupteur ouvert : les électrons tournent autour de l’atome de cuivre, mais il n’y a pas de flux d’électrons à travers le consommateur (la lampe). La lampe n'est pas allumée ;
- Interrupteur fermé : comme la batterie crée une différence de tension, un flux d'électrons se produit du moins vers le plus. Le courant traverse la lampe et s'allume en raison du flux d'électrons et de la différence de tension.
Le courant passe de – (moins) à + (plus). Il s'agit de la direction réelle du flux. On pensait autrefois que le courant passerait du plus au moins, mais ce n’est pas exact. Néanmoins, par commodité, nous nous en tenons à cette théorie et l’appelons la « direction du flux technique ». Dans ce qui suit, nous conserverons ce sens technique du flux, en supposant que le flux va du plus vers le moins.
Courant, tension et résistance :
Dans cette section, nous zoomons sur les trois concepts : courant, tension et résistance. Nous rencontrons constamment ces concepts dans la technologie automobile. Le courant, la tension et la résistance ont chacun leur propre quantité, unité et symbole.
- I = Courant = Ampère (A)
- U = Tension = Volt (V)
- R = Résistance = Ohm (Ω)
Couler: Dans la section précédente, nous avons vu le flux d’électrons dans un circuit. La quantité d'électrons qui traversent une certaine section transversale d'un conducteur électrique en une seconde est appelée courant. L'unité de courant est l'ampère (A). Un courant de 1 A est atteint lorsque 6,24 quintillions (6.240.000.000.000.000.000 XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX) d'électrons ont traversé une section transversale en une seconde. Plus il y a d’électrons qui circulent sur une période de temps donnée, plus le courant est élevé.
Pour avoir un aperçu de la quantité d'énergie dont ont besoin les consommateurs électriques de la technologie automobile, voici une liste dans laquelle le courant est estimé à une tension de charge de 14 volts :
- Démarreur de moteur à essence : 40 – 80 A ;
- Démarreur de moteur diesel : 100 – 300 A ;
- Bobine d'allumage : 3 à 6 A selon le type ;
- Injecteur de carburant pour moteur à essence : 4 – 6 A ;
- Pompe à carburant électrique : 4 – 12 A, en fonction de la pression et du débit ;
- Ventilateur de refroidissement électrique : 10 – 50 A ;
- Lampe H7 (feux de croisement halogènes) de 55 Watt : 3,9 A ;
- Lampe au xénon de 35 watts : 2,5 A ;
- Lampes LED (contrôlées par PWM et non via une résistance série) : 0,6 – 1 A ;
- Chauffage de lunette arrière : 10 – 15 A ;
- Chauffage des sièges : 3 – 5 A par siège ;
- Autoradio standard sans ordinateur de bord : ~5 A ;
- Moteur d'essuie-glace : 2 -5 A selon puissance ;
- Moteur du ventilateur intérieur : 2 – 30 A selon la vitesse ;
- Direction assistée électrique : 2 – 40 A, selon puissance.
Tension: La tension est la force qui fait bouger les électrons. La tension est une mesure de la différence de force entre les électrons en deux points. La tension est mesurée en volts, abrégé en V. Dans la technologie automobile, nous travaillons avec une « tension nominale » de 12 volts. Cela signifie que la batterie et tous les consommateurs électriques sont basés sur du 12 volts. Cependant, dans la pratique, nous constatons que la tension n'est jamais exactement de 12 volts, mais qu'elle est toujours légèrement inférieure, mais souvent supérieure. De plus, la tension avec la propulsion électrique est plusieurs fois plus élevée. Les consommateurs d'une voiture consomment de la tension. Prenons comme exemple le chauffage de lunette arrière : il consomme environ un courant de 10 ampères sous une tension de 14 volts. Le flux devient niet est consommé et retourne à la batterie. La tension de 14 volts est utilisée pour chauffer le chauffage de lunette arrière. À la fin (côté masse), il reste encore 0 volt.
Pour avoir un aperçu des niveaux de tension possibles dans une voiture particulière, voici une brève liste de tensions que nous pouvons rencontrer :
- Tension de la batterie : 11 – 14,8 V (batterie presque vide jusqu'à la tension de charge maximale de l'alternateur) ;
- Tension d'ouverture du piézo-injecteur : brièvement 60 – 200 volts ;
- Tension du système d'un véhicule à propulsion électrique (hybride ou BEV) : 200 – 800 volts.
Weerstand : chaque composant électrique a une résistance interne. Cette valeur de résistance détermine la quantité de courant qui circulera. Plus la résistance est élevée, plus le courant est faible. La résistance porte la lettre R et l'unité Ohm. Comme unité, nous utilisons le signe oméga de l’alphabet grec : Ω. On peut en utiliser un dans un circuit électrique résistance supplémentaire ajouter pour limiter le courant.
Lorsqu'un court-circuit se produit, par exemple lorsqu'un fil positif touche la carrosserie, il y a une très faible résistance. Le courant augmente immédiatement jusqu'à ce qu'un fusible saute pour éviter tout dommage. Dans la liste suivante, nous voyons le degré de résistance des composants que nous rencontrons dans la technologie automobile :
- Fil de cuivre de 2 mètres de long et de section 1,25 mm² : 0,028 Ω ;
- Lampe (ampoule de 21 watts) : 1,25 Ω ;
- Injecteur de carburant pour moteur à essence (la variante à haute impédance) : 16 Ω ;
- Section de courant de commande du relais : ~ 60 Ω ;
- Section de puissance principale du relais : < 0,1 Ω.
La résistance d'un composant dépend souvent de la température : par exemple, la résistance de la lampe lorsqu'elle est allumée est beaucoup plus élevée que lors de la mesure lorsqu'elle était froide, dans laquelle le courant diminue à mesure qu'il chauffe.
En résumé: la résistance d'un composant électrique détermine la quantité de courant qui circulera. Une faible résistance signifie que beaucoup de courant circulera. La tension fournie (souvent autour de 12 volts) est consommée dans le composant électrique, ce qui donne 0 volt côté terre. L’énergie n’est pas consommée, elle est donc tout aussi élevée du côté positif que du côté masse.
Pour mieux comprendre les notions, il est parfois utile de regarder l’exemple du baril d’eau. Le tonneau est rempli d'eau et fermé au fond par un robinet. La tension et le débit de l'eau à travers le robinet, qui laisse passer une certaine quantité d'eau, donnent une bonne idée de ce qui arrive à l'électricité chez un consommateur doté d'une résistance interne.
Tension:
Lorsque le baril est rempli d’eau, la pression de l’eau au robinet augmente. La pression de l’eau peut être comparée à la notion de tension électrique. Le système doit être fermé, sinon l'eau s'écoulera et il n'y aura plus de pression d'eau.
Couler:
Lorsque nous ouvrons le robinet, l'eau commence à « couler » à travers le robinet. Le débit d’eau peut être comparé à la notion de courant électrique.
Weerstand :
Le robinet régule la résistance au passage du débit d'eau. Au fur et à mesure que le robinet est ouvert, la résistance diminue et le courant augmente.
Il en va de même pour l'électricité. Plus il y a de résistance dans le circuit électrique, moins il y a de courant et vice versa. La résistance n'a aucune influence sur la tension.
