基本的な電子機器

科目：

はじめに
電子のある原子核
電子の流れ
電流、電圧、抵抗

導入：
アシスタントからテクニカルスペシャリストまで、すべての自動車技術者はエレクトロニクスを扱わなければなりません。照明、ワイパーモーター、ABS システムなどの快適および安全システムのエレクトロニクスに加えて、エンジン管理システムの制御や通信ネットワーク (CAN バスを含む) の形式にもエレクトロニクスが含まれています。電気ドライブトレインを搭載する車両も増えています。エレクトロニクスを理解したい人は、基本から始める必要があります。このセクションでは、原子の周りを回る電子の簡単な説明から始めて、すぐに電気図に進み、車両エレクトロニクスの基本概念を実践的に説明します。

電子を伴う原子核:
ボーアの原子モデルによると、原子は陽子と中性子を含む原子核と、その周りをいくつかの殻で周回する電子で構成されます。銅原子の核には 29 個の陽子と 35 個の中性子が含まれています。

電子は 32 つの殻の中にあります。これらの殻上の電子の分布は電子配置と呼ばれます。各シェルには電子が配置される最大数があります。最初のシェル (K) には XNUMX 個の電子、XNUMX 番目のシェル (L) には XNUMX 個、XNUMX 番目のシェル (M) には XNUMX 個の電子、その他のシェルには XNUMX 個の電子が入る余地があります。

内側の XNUMX つの殻内の電子は結合電子です。外殻内の電子は化学結合や反応に関与しており、「価電子」とも呼ばれます。銅原子には価電子が XNUMX つ含まれています。これらの電子は自由に移動でき、別の原子に移動できます。銅線の場合、外殻が重なり合い、単一の電子が隣接する原子の殻を横切って移動できます。

このトピックでは、価電子の寄付が重要です。電子が XNUMX つの原子から別の原子に飛び移ることにより、物質の伝導が可能になります。銅、金、アルミニウムなどの物質は、外殻に価電子を持っています。対照的に、プラスチック、ガラス、空気などの絶縁体には価電子がありません。したがって、この材料も非導電性です。

電子の流れ:
次の画像には、バッテリー、ランプ、導体 (銅線)、およびスイッチが表示されます。スイッチの位置に応じて、回路に電流が流れる場合と流れない場合があります。水色の長方形は、銅原子 (黄色) とジャンプする価電子 (緑色) を持つ銅導体を表します。

スイッチを開く: 電子は銅原子の周りを旋回しますが、消費者 (ランプ) を通る電子の流れはありません。ランプは点灯していません。
スイッチが閉じている場合: バッテリーには電圧差が生じるため、マイナスからプラスへの電子の流れが発生します。ランプに電流が流れ、電子の流れと電圧差により点灯します。

電流は－（マイナス）から＋（プラス）に向かって流れます。これが実際の流れの方向です。電流はプラスからマイナスに流れると考えられていましたが、それは間違いです。それでも、便宜上、私たちはこの理論に固執し、それを「技術の流れの方向」と呼びます。以下では、フローがプラスからマイナスに流れると仮定して、この技術的なフローの方向を維持します。

電流、電圧、抵抗:
このセクションでは、電流、電圧、抵抗という XNUMX つの概念に焦点を当てます。自動車テクノロジーでは、これらの概念に常に遭遇します。電流、電圧、抵抗にはそれぞれ独自の量、単位、記号があります。

I = 電流 = アンペア (A)
U = 電圧 = ボルト (V)
R = 抵抗 = オーム (Ω)

フロー：前のセクションでは、回路を通る電子の流れを見ました。 1秒以内に導電体の一定の断面積を流れる電子の量を電流といいます。電流の単位はアンペア（A）です。 6,24 秒以内に 6.240.000.000.000.000.000 京 (XNUMX) 個の電子が断面を流れると、XNUMX A の電流に達します。一定時間内に流れる電子の量が増えるほど、電流は大きくなります。

自動車技術における電気消費者がどれだけの電力を必要とするかを知るために、充電電圧 14 ボルトでの電流を見積もったリストを以下に示します。

ガソリンエンジンスターターモーター: 40 – 80 A;
ディーゼルエンジンスターターモーター: 100 – 300 A;
点火コイル: 3 ～ 6 A、タイプに応じて;
ガソリンエンジンの燃料インジェクター: 4 – 6 A;
電動燃料ポンプ: 4 ～ 12 A、圧力と流量に応じて。
電動冷却ファン：10～50A
7 ワットの H55 ランプ (ハロゲン浸漬ビーム): 3,9 A;
35ワットキセノンランプ：2,5A;

LED ランプ (PWM 制御、直列抵抗を介さない): 0,6 – 1 A;
リアウィンドウヒーター: 10 – 15 A;
シートヒーター: シートあたり 3 ～ 5 A。
オンボードコンピューターのない標準的なカーラジオ: ~5 A;
ワイパーモーター: 電力に応じて 2 ～ 5 A。
内部ファンモーター: 速度に応じて 2 – 30 A。
電動パワーステアリング: 2 – 40 A (出力に応じて)。

電圧：電圧は電子を動かす力です。電圧は、12 点における電子間の力の差の測定値です。電圧はボルト単位で測定され、V と省略されます。自動車技術では、12 ボルトの「公称電圧」を扱います。これは、バッテリーとすべての電気消費者が 12 ボルトに基づいていることを意味します。ただし、実際には、電圧が正確に 10 ボルトになることはなく、常にわずかに低くなりますが、多くの場合それより高くなります。さらに、電気推進による電圧は何倍も高くなります。自動車内の消費者は電圧を消費します。リアウィンドウヒーターを例に挙げてみましょう。これは、14 ボルトの電圧で約 XNUMX アンペアの電流を使用します。流れはこうなります niet 消費されてバッテリーに戻ります。 14 ボルトの電圧はリアウィンドウヒーターの加熱に使用されます。最後（接地側）にはまだ 0 ボルトが残っています。

乗用車で考えられる電圧レベルを把握するために、遭遇する可能性のある電圧の簡単なリストを次に示します。

バッテリー電圧: 11 – 14,8 v (バッテリーがほぼ空になってからオルタネーターの最大充電電圧まで)。
ピエゾインジェクターの開放電圧: 短時間で 60 ～ 200 ボルト。
電気推進車両のシステム電圧 (ハイブリッドまたはBEV): 200 – 800 ボルト。

抵抗：すべての電気部品には内部抵抗があります。この抵抗値によって、どのくらいの電流が流れるかが決まります。抵抗が大きいほど、電流は低くなります。抵抗器には文字 R と単位オームが付いています。単位として、ギリシャ文字のオメガ記号「Ω」を使用します。電気回路で使用できます余分な抵抗電流を制限するために追加します。

短絡が発生した場合、たとえばプラスのワイヤが車体に接触した場合、抵抗は非常に低くなります。損傷を防ぐためにヒューズが切れるまで、電流はすぐに増加します。次のリストでは、自動車技術で使用されるコンポーネントの抵抗がどのくらいであるかを示します。

長さ 2 メートル、断面積 1,25 mm² の銅線: 0,028 Ω;
ランプ (21 ワット電球): 1,25 Ω;
ガソリンエンジン燃料インジェクター (高インピーダンスバージョン): 16 Ω;
リレー制御電流セクション: ~ 60 Ω;
リレー主電源セクション: < 0,1 Ω。

コンポーネントの抵抗は温度に依存することがよくあります。たとえば、ランプが点灯しているときの抵抗は、温度が高くなるほど電流が減少する、寒いときの測定時よりもはるかに高くなります。

要約すれば：電気部品の抵抗によって、どのくらいの電流が流れるかが決まります。抵抗が小さいということは、多くの電流が流れることを意味します。供給された電圧 (多くの場合約 12 ボルト) は電気コンポーネントで消費され、結果として接地側が 0 ボルトになります。電力を消費しないので、プラス側でもグランド側と同じくらい高くなります。

概念をより深く理解するには、水の樽の例を見ると役立つ場合があります。バレルには水が満たされており、蛇口で底が閉じられます。一定量の水が流れることを可能にする蛇口を通る電圧と水の流れは、内部抵抗のある消費者の電気に何が起こるかを理解するのに役立ちます。

電圧：
バレルに水が満たされると、蛇口の水圧が増加します。水圧は、電気における電圧の概念にたとえることができます。システムを閉じる必要があります。閉じないと、水が排出され、水圧がなくなります。

フロー：
蛇口を開けると、水が蛇口から「流れ」始めます。水の流れは、電気の流れの概念にたとえることができます。

抵抗：
蛇口は水の流れの抵抗を調整します。タップをさらに開くと抵抗が減少し、電流が増加します。
電気も同様です。電気回路内の抵抗が大きいと電流は少なくなり、その逆も同様です。抵抗は電圧に影響を与えません。