Temos:
- Įvadas
- Atomo branduolys su elektronais
- Elektronų srautas
- Srovė, įtampa ir varža
Įvadas:
Kiekvienam autotechnikui – nuo asistento iki techninio specialisto – tenka susidurti su elektronika. Be komforto ir saugos sistemų elektronikos, tokių kaip apšvietimas, stiklo valytuvų variklis ir ABS sistema, elektroniką randame ir variklio valdymo sistemos valdyme bei ryšių tinklų (įskaitant CAN magistralę) pavidalu. Vis daugiau transporto priemonių taip pat gauna elektrinę pavarą. Kiekvienas, norintis suprasti elektroniką, turėtų pradėti nuo pagrindų. Šiame skyriuje pradedame trumpu elektronų, besisukančių aplink atomą, paaiškinimu ir greitai pereiname prie elektrinių schemų, kuriose praktiškai paaiškinamos pagrindinės transporto priemonių elektronikos sąvokos.
Atomo branduolys su elektronais:
Pagal Bohro atominį modelį atomas susideda iš branduolio, kuriame yra protonų ir neutronų, o aplink jį keliuose apvalkaluose skrieja elektronai. Vario atomo branduolyje yra 29 protonai ir 35 neutronai.
Elektronai yra keturiuose apvalkaluose. Elektronų pasiskirstymas šiuose apvalkaluose vadinamas elektronų konfigūracija. Kiekviename apvalkale yra maksimalus elektronų vietų skaičius. Pirmame apvalkale (K) yra vietos dviem elektronams, antrame apvalkale (L) – aštuoniems, trečiame apvalkale (M) – aštuoniolika, o kituose – 32 elektronams.
Vidiniuose trijuose apvalkaluose esantys elektronai yra sujungti elektronai. Išoriniame apvalkale esantys elektronai dalyvauja cheminėse jungtyse ir reakcijose, taip pat vadinami „valentingais elektronais“. Vario atome yra vienas valentinis elektronas. Šie elektronai gali laisvai judėti ir pereiti prie kito atomo. Varinės vielos atveju išoriniai apvalkalai persidengia ir vienas elektronas gali judėti per savo kaimyninio atomo apvalkalą.
Šiai temai svarbu paaukoti valentinį elektroną. Elektrono peršokimas iš vieno atomo į kitą leidžia medžiagai laiduoti. Tokių medžiagų kaip varis, auksas ir aliuminis išoriniame apvalkale turi valentinį elektroną. Priešingai, izoliatoriai, tokie kaip plastikas, stiklas ir oras, neturi valentinio elektrono. Todėl ši medžiaga taip pat nėra laidi.
Elektronų srautas:
Kitame paveikslėlyje matome bateriją, lempą, laidą (varinę viela) ir jungiklį. Priklausomai nuo jungiklio padėties, srovė gali tekėti per grandinę arba netekėti. Šviesiai mėlynas stačiakampis žymi vario laidininką su vario atomais (geltona) ir šokinėjančiais elektronais (žalia spalva).
- Atviras jungiklis: elektronai sukasi aplink vario atomą, bet per vartotoją (lempą) elektronų neteka. lemputė nedega;
- Jungiklis uždarytas: kadangi baterija sukuria įtampos skirtumą, elektronų srautas vyksta nuo minuso iki pliuso. Srovė teka per lempą ir įsijungia dėl elektronų srauto ir įtampos skirtumo.
Srovė juda nuo – (minuso) iki + (pliuso). Tai yra tikroji srauto kryptis. Anksčiau buvo manoma, kad srovė judės iš pliuso į minusą, bet tai nėra teisinga. Vis dėlto patogumo dėlei mes laikomės šios teorijos ir vadiname ją „technine srauto kryptimi“. Toliau išlaikysime šią techninę srauto kryptį, darydami prielaidą, kad srautas bus nuo pliuso iki minuso.
Srovė, įtampa ir varža:
Šiame skyriuje mes priartiname tris sąvokas: srovė, įtampa ir varža. Mes nuolat susiduriame su šiomis sąvokomis automobilių technologijose. Srovė, įtampa ir varža turi savo kiekį, vienetą ir simbolį.
- I = srovė = amperai (A)
- U = įtampa = voltas (V)
- R = varža = omai (Ω)
Srautas: Ankstesniame skyriuje matėme elektronų srautą per grandinę. Elektronų kiekis, kuris per vieną sekundę teka per tam tikrą elektros laidininko skerspjūvio plotą, vadinamas srove. Srovės vienetas yra amperas (A). 1 A srovė pasiekiama, kai per vieną sekundę skerspjūviu prateka 6,24 kvintilijonai (6.240.000.000.000.000.000 XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX) elektronų. Kuo daugiau elektronų nuteka per tam tikrą laikotarpį, tuo didesnė srovė.
Norėdami suprasti, kiek energijos reikia automobilių technologijų elektros vartotojams, pateikiamas sąrašas, kuriame srovė apskaičiuojama esant 14 voltų įkrovimo įtampai:
- Benzininio variklio starterio variklis: 40 – 80 A;
- Dyzelinio variklio starteris: 100 – 300 A;
- Uždegimo ritė: nuo 3 iki 6 A, priklausomai nuo tipo;
- Benzininio variklio kuro purkštukas: 4 – 6 A;
- Elektrinis kuro siurblys: 4 – 12 A, priklausomai nuo slėgio ir srauto;
- Elektrinis aušinimo ventiliatorius: 10 – 50 A;
- 7 vatų H55 lempa (halogeninė artimoji šviesa): 3,9 A;
- 35 vatų ksenoninė lempa: 2,5 A;
- LED lempos (PWM valdomos ir ne per nuoseklųjį rezistorių): 0,6 – 1 A;
- Galinio lango šildymas: 10 – 15 A;
- Sėdynės šildymas: 3 – 5 A vienai sėdynei;
- Standartinė automagnetola be borto kompiuterio: ~5 A;
- Valytuvo variklis: 2 -5 A priklausomai nuo galios;
- Vidaus ventiliatoriaus variklis: 2 – 30 A priklausomai nuo greičio;
- Elektrinis vairo stiprintuvas: 2 – 40 A, priklausomai nuo galios.
Įtampa: Įtampa yra jėga, kuri priverčia judėti elektronus. Įtampa yra jėgų skirtumo tarp elektronų dviejuose taškuose matavimas. Įtampa matuojama voltais, sutrumpintai V. Automobilių technikoje dirbame su 12 voltų „nominaliąja įtampa“. Tai reiškia, kad akumuliatoriaus ir visų elektros vartotojų įtampa yra 12 voltų. Tačiau praktikoje matome, kad įtampa niekada nėra lygiai 12 voltų, o visada yra šiek tiek mažesnė, bet dažnai didesnė. Be to, įtampa su elektriniu varikliu yra daug kartų didesnė. Vartotojai automobilyje vartoja įtampą. Kaip pavyzdį paimkime galinio lango šildytuvą: jis naudoja maždaug 10 amperų srovę esant 14 voltų įtampai. Srautas tampa ne sunaudojama ir grįžta į akumuliatorių. 14 voltų įtampa naudojama galinio lango šildytuvui šildyti. Pabaigoje (įžeminimo pusėje) dar liko 0 voltų.
Norėdami sužinoti apie galimus lengvojo automobilio įtampos lygius, pateikiame trumpą įtampų, su kuriomis galime susidurti, sąrašą:
- Akumuliatoriaus įtampa: 11 – 14,8 V (beveik tuščias akumuliatorius iki maksimalios generatoriaus įkrovimo įtampos);
- Pjezo purkštuko atidarymo įtampa: trumpai 60 – 200 voltų;
- Elektrinės pavaros transporto priemonės sistemos įtampa (hibridas arba BEV): 200–800 voltų.
Atsparumas: kiekvienas elektrinis komponentas turi vidinę varžą. Ši varžos vertė nustato, kiek srovės tekės. Kuo didesnė varža, tuo mažesnė srovė. Rezistorius turi raidę R ir vienetą Ohm. Kaip vienetą naudojame omega ženklą iš graikų abėcėlės: Ω. Mes galime naudoti vieną elektros grandinėje papildomas pasipriešinimas pridėti, kad apribotumėte srovę.
Kai įvyksta trumpasis jungimas, pavyzdžiui, kai teigiamas laidas paliečia kėbulą, pasipriešinimas yra labai mažas. Srovė iš karto didėja, kol perdega saugiklis, kad būtų išvengta žalos. Šiame sąraše matome, kokį atsparumą turi komponentai, su kuriais susiduriame automobilių technologijoje:
- Varinė viela 2 metrų ilgio ir 1,25 mm² skerspjūvio: 0,028 Ω;
- Lempa (21 vatų lemputė): 1,25 Ω;
- Benzininio variklio kuro purkštukas (didelės varžos variantas): 16 Ω;
- Relės valdymo srovės sekcija: ~ 60 Ω;
- Relės pagrindinė maitinimo sekcija: < 0,1 Ω.
Komponento varža dažnai priklauso nuo temperatūros: pavyzdžiui, lempos varža, kai ji įjungta, yra daug didesnė nei matavimo metu, kai buvo šalta, kai šildant srovė mažėja.
Apibendrinant: elektros komponento varža lemia, kokia srovė tekės. Mažas pasipriešinimas reiškia, kad tekės daug srovės. Tiekiama įtampa (dažnai apie 12 voltų) sunaudojama elektros komponente, todėl įžeminimo pusėje yra 0 voltų. Energija nenaudojama, todėl ji yra lygiai tokia pat didelė kaip ir ant žemės.
Norint geriau suprasti sąvokas, kartais naudinga pažvelgti į vandens statinės pavyzdį. Statinė pripildoma vandens ir apačioje uždaroma kranu. Vandens įtampa ir srautas per čiaupą, leidžiantį tam tikrą vandens kiekį, leidžia gerai suprasti, kas nutinka elektrai vartotoje, turinčiame vidinę varžą.
Įtampa:
Kai statinė prisipildo vandens, vandens slėgis čiaupe padidėja. Vandens slėgį galima palyginti su elektros įtampos samprata. Sistema turi būti uždaryta, kitaip vanduo nutekės ir nebebus vandens slėgio.
Srautas:
Kai atidarome čiaupą, vanduo pradeda „tekėti“ per čiaupą. Vandens srautą galima palyginti su elektros srovės sąvoka.
Atsparumas:
Čiaupas reguliuoja pasipriešinimą vandens srauto pratekėjimui. Toliau atidarius čiaupą, varža mažėja, o srovė didėja.
Tas pats pasakytina ir apie elektrą. Esant didesnei varžai elektros grandinėje, yra mažesnė srovė ir atvirkščiai. Atsparumas įtampai įtakos neturi.
