Tárgyak:
- bevezetés
- Atommag elektronokkal
- Elektronáramlás
- Áram, feszültség és ellenállás
Bevezetés:
Az asszisztenstől a műszaki szakemberig minden autószerelőnek meg kell küzdenie az elektronikával. A kényelmi és biztonsági rendszerek, mint a világítás, az ablaktörlő motor és az ABS rendszer elektronikája mellett a motorvezérlő rendszer vezérlésében és kommunikációs hálózatok (beleértve a CAN buszt is) formájában találunk elektronikát. Egyre több jármű kap elektromos hajtásláncot is. Aki meg akarja érteni az elektronikát, annak az alapoknál kell kezdenie. Ebben a részben az atom körül keringő elektronok rövid magyarázatával kezdjük, majd gyorsan áttérünk az elektromos diagramokra, ahol gyakorlatiasan magyarázzák el a járműelektronika alapfogalmait.
Atommag elektronokkal:
A Bohr-féle atommodell szerint az atom egy protonokat és neutronokat tartalmazó magból áll, körülötte több héjban keringenek az elektronok. A rézatom magjában 29 proton és 35 neutron található.
Az elektronok négy héjban helyezkednek el. Az elektronok eloszlását ezeken a héjakon elektronkonfigurációnak nevezzük. Minden héjon maximális számú hely van az elektronok számára. Az első héjon (K) két elektron, a második héjon (L) nyolc, a harmadik héjon (M) tizennyolc, a többi héjon 32 elektron számára van hely.
A három belső héj elektronjai kötött elektronok. A külső héj elektronjai kémiai kötésekben és reakciókban vesznek részt, és „valenciaelektronoknak” is nevezik. A rézatom egy vegyértékelektront tartalmaz. Ezek az elektronok szabadon mozoghatnak, és egy másik atomhoz mozoghatnak. A rézhuzal esetében a külső héjak átfedik egymást, és az egyetlen elektron át tud mozogni a szomszédos atom héján.
A vegyértékelektron adományozása fontos ebben a témában. Az elektron egyik atomról a másikra ugrása lehetővé teszi az anyag vezetését. Az olyan anyagok, mint a réz, az arany és az alumínium vegyértékelektront tartalmaznak a külső héjban. Ezzel szemben az olyan szigetelők, mint a műanyag, az üveg és a levegő, nem rendelkeznek vegyértékelektronnal. Ez az anyag ezért szintén nem vezető.
Elektronáramlás:
A következő képen egy akkumulátort, egy lámpát, egy vezetőt (rézhuzalt) és egy kapcsolót látunk. A kapcsoló helyzetétől függően az áram átfolyik az áramkörön, vagy nem. A világoskék téglalap a rézvezetőt ábrázolja a rézatomokkal (sárga) és az ugráló védőelektronokkal (zöld).
- Nyitott kapcsoló: az elektronok a rézatom körül keringenek, de a fogyasztón (a lámpán) nincs elektronáramlás. A lámpa nem világít;
- Kapcsoló zárva: mivel az akkumulátor feszültségkülönbséget hoz létre, elektronáramlás mínuszból pluszba megy végbe. Az áram átfolyik a lámpán, és az elektronáramlás és a feszültségkülönbség miatt bekapcsol.
Az áramerősség – (mínusz) értékről + (plusz) értékre változik. Ez a tényleges áramlási irány. Régebben azt hitték, hogy az áram pluszból mínuszba mozdul, de ez nem helyes. Mégis, a kényelem kedvéért ragaszkodunk ehhez az elmélethez, és „technikai áramlási iránynak” nevezzük. A továbbiakban ezt a technikai áramlási irányt fenntartjuk, feltételezve, hogy az áramlás plusztól mínuszig tart.
Áram, feszültség és ellenállás:
Ebben a részben a három fogalmat közelítjük meg: áram, feszültség és ellenállás. Az autóiparban folyamatosan találkozunk ezekkel a fogalmakkal. Az áramnak, feszültségnek és ellenállásnak megvan a maga mennyisége, mértékegysége és szimbóluma.
- I = Áram = Amper (A)
- U = Feszültség = Volt (V)
- R = Ellenállás = Ohm (Ω)
Folyam: Az előző részben láttuk az elektronok áramlását egy áramkörön keresztül. Azon elektronok mennyiségét, amelyek egy elektromos vezető bizonyos keresztmetszeti területén egy másodpercen belül átfolynak, áramnak nevezzük. Az áram mértékegysége az amper (A). 1 A áram akkor érhető el, ha egy másodpercen belül 6,24 kvintillió (6.240.000.000.000.000.000 XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX) elektron áramlik át egy keresztmetszeten. Minél több elektron áramlik egy adott időtartamon belül, annál nagyobb az áramerősség.
Annak érdekében, hogy betekintést nyerjen abba, mennyi energiát igényelnek az elektromos fogyasztók az autóiparban, itt van egy lista, ahol az áramot 14 voltos töltési feszültségre becsülik:
- Benzinmotor indítómotor: 40 – 80 A;
- Dízelmotor indító: 100 – 300 A;
- Gyújtótekercs: 3-6 A, típustól függően;
- Benzinmotor üzemanyag-befecskendező: 4 – 6 A;
- Elektromos üzemanyag-szivattyú: 4 – 12 A, nyomástól és áramlástól függően;
- Elektromos hűtőventilátor: 10 – 50 A;
- H7 lámpa (halogén tompított fény) 55 Watt: 3,9 A;
- 35 Wattos xenon lámpa: 2,5 A;
- LED lámpák (PWM vezérlésű és nem soros ellenálláson keresztül): 0,6 – 1 A;
- Hátsó ablakfűtés: 10 – 15 A;
- Ülésfűtés: 3 – 5 A ülésenként;
- Normál autórádió fedélzeti számítógép nélkül: ~5 A;
- Ablaktörlő motor: 2 -5 A teljesítménytől függően;
- Belső ventilátor motor: 2 – 30 A fordulatszámtól függően;
- Elektromos szervokormány: 2 – 40 A, teljesítménytől függően.
Feszültség: A feszültség az az erő, amely az elektronokat mozgásra készteti. A feszültség az elektronok közötti erőkülönbség mérése két ponton. A feszültséget voltban mérik, rövidítve V. Az autóiparban 12 voltos „névleges feszültséggel” dolgozunk. Ez azt jelenti, hogy az akkumulátor és az összes elektromos fogyasztó 12 volton alapul. A gyakorlatban azonban azt látjuk, hogy a feszültség soha nem pontosan 12 volt, hanem mindig valamivel alacsonyabb, de gyakran magasabb. Ezenkívül az elektromos meghajtású feszültség sokszorosa. Az autó fogyasztói feszültséget fogyasztanak. Vegyük például a hátsó ablakfűtést: körülbelül 10 amperes áramot használ 14 voltos feszültség mellett. Az áramlás válik nem lemerül és visszamegy az akkumulátorhoz. A 14 voltos feszültséget a hátsó ablakfűtés használja fel a fűtésre. A végén (föld oldalon) még 0 volt van hátra.
A személygépkocsik lehetséges feszültségszintjébe való betekintés érdekében az alábbiakban felsoroljuk azokat a feszültségeket, amelyekkel találkozhatunk:
- Akkumulátorfeszültség: 11 – 14,8 V (majdnem üres akkumulátor a generátor maximális töltési feszültségéig);
- Piezo injektor nyitási feszültsége: rövid ideig 60 – 200 volt;
- Elektromos jármű rendszerfeszültsége (hibrid vagy BEV): 200–800 volt.
Ellenállás: minden elektromos alkatrésznek van belső ellenállása. Ez az ellenállásérték határozza meg, hogy mekkora áram folyik. Minél nagyobb az ellenállás, annál kisebb az áramerősség. Az ellenálláson R betű és Ohm egység van. Egységként a görög ábécé omega jelét használjuk: Ω. Használhatunk egyet elektromos áramkörben extra ellenállás add az áram korlátozásához.
Ha rövidzárlat keletkezik, például amikor egy pozitív vezeték érinti a karosszériát, az ellenállás nagyon alacsony. Az áramerősség azonnal növekszik, amíg egy biztosíték ki nem ég a sérülések elkerülése érdekében. Az alábbi listában azt láthatjuk, hogy mekkora ellenállással bírnak azok az alkatrészek, amelyekkel az autótechnikában találkozunk:
- 2 méter hosszú és 1,25 mm² keresztmetszetű rézhuzal: 0,028 Ω;
- Lámpa (21 Wattos izzó): 1,25 Ω;
- Benzinmotor üzemanyag-befecskendezője (a nagy impedanciájú változat): 16 Ω;
- Relé vezérlő áramszakasz: ~ 60 Ω;
- Relé fő teljesítmény szakasza: < 0,1 Ω.
Egy alkatrész ellenállása gyakran függ a hőmérséklettől: például a lámpa ellenállása bekapcsolt állapotban sokkal nagyobb, mint hideg méréskor, amelyben az áram melegedésével csökken.
Összefoglalva: az elektromos alkatrész ellenállása határozza meg, hogy mekkora áram folyik. A kis ellenállás azt jelenti, hogy sok áram fog folyni. A betáplált feszültséget (gyakran 12 volt körül) az elektromos alkatrész fogyasztja, ami 0 voltot eredményez a földelési oldalon. Az áramot nem fogyasztják, így pont olyan magas a pozitív oldalon, mint a talajon.
A fogalmak jobb megértése érdekében néha érdemes megnézni a vízhordó példáját. A hordót megtöltjük vízzel, alul csappal zárjuk. A víz feszültsége és áramlása a csapon keresztül, amely bizonyos mennyiségű vizet enged át, jó képet ad arról, hogy mi történik a villamos energiával egy belső ellenállású fogyasztóban.
Feszültség:
Ha a hordó megtelik vízzel, a víznyomás a csapnál megnő. A víznyomás az elektromosság feszültségének fogalmához hasonlítható. A rendszert le kell zárni, különben a víz kifolyik, és nem lesz többé víznyomás.
Folyam:
Amikor kinyitjuk a csapot, a víz elkezd "folyni" a csapon. A víz áramlása az elektromos áramban lévő áram fogalmához hasonlítható.
Ellenállás:
A csap szabályozza a vízáramlással szembeni ellenállást. A csap további nyitásával az ellenállás csökken, az áramerősség pedig nő.
Ugyanez vonatkozik az elektromosságra is. Ha nagyobb az ellenállás az elektromos áramkörben, akkor kisebb az áramerősség, és fordítva. Az ellenállás nincs hatással a feszültségre.
