Subiecte:
- introducere
- Nucleu atomic cu electroni
- Fluxul de electroni
- Curent, tensiune și rezistență
Introducere:
Fiecare tehnician auto, de la asistent la specialist tehnic, trebuie să se ocupe de electronică. Pe lângă electronica sistemelor de confort și siguranță precum iluminatul, motorul ștergătoarelor de parbriz și sistemul ABS, regăsim electronică în controlul sistemului de management al motorului și sub formă de rețele de comunicații (inclusiv CAN bus). Tot mai multe vehicule primesc, de asemenea, o transmisie electrică. Oricine vrea să înțeleagă electronica ar trebui să înceapă cu elementele de bază. În această secțiune începem cu o scurtă explicație a electronilor care se învârt în jurul unui atom și trecem rapid la scheme electrice în care conceptele de bază ale electronicii vehiculelor sunt explicate într-o manieră practică.
Nucleu atomic cu electroni:
Conform modelului atomic al lui Bohr, un atom este format dintr-un nucleu care conține protoni și neutroni, cu electroni care orbitează în jurul lui în mai multe învelișuri. Atomul de cupru conține 29 de protoni și 35 de neutroni în nucleul său.
Electronii sunt localizați în patru învelișuri. Distribuția electronilor peste aceste învelișuri se numește configurație electronică. Fiecare înveliș are un număr maxim de locuri pentru electroni. Primul înveliș (K) are loc pentru doi electroni, al doilea înveliș (L) pentru opt, al treilea înveliș (M) pentru optsprezece și celelalte învelișuri pentru 32 de electroni.
Electronii din cele trei învelișuri interioare sunt electroni legați. Electronii din învelișul exterior participă la legături și reacții chimice și sunt numiți și „electroni de valență”. Atomul de cupru conține un electron de valență. Acești electroni se pot mișca liber și se pot muta la alt atom. În cazul firului de cupru, învelișurile exterioare se suprapun și singurul electron se poate deplasa peste învelișul atomului său vecin.
Donarea electronului de valență este importantă pentru acest subiect. Saltul electronului de la un atom la altul face posibil ca materialul să conducă. Materiale precum cuprul, aurul și aluminiul au un electron de valență în învelișul exterior. În schimb, izolatorii precum plasticul, sticla și aerul nu au un electron de valență. Prin urmare, acest material este, de asemenea, neconductiv.
Fluxul de electroni:
În imaginea următoare vedem o baterie, o lampă, conductorul (sârmă de cupru) și un întrerupător. În funcție de poziția comutatorului, curentul poate sau nu să circule prin circuit. Dreptunghiul albastru deschis reprezintă conductorul de cupru cu atomii de cupru (galben) și electronii săritori (verde).
- Comutator deschis: electronii se rotesc în jurul atomului de cupru, dar nu există nici un flux de electroni prin consumator (lampa). Lampa nu este aprinsă;
- Comutator închis: deoarece bateria creează o diferență de tensiune, are loc un flux de electroni de la minus la plus. Curentul trece prin lampă și se aprinde din cauza fluxului de electroni și a diferenței de tensiune.
Curentul se mută de la – (minus) la + (plus). Aceasta este directia reala a fluxului. Se credea că curentul se va muta de la plus la minus, dar nu este corect. Totuși, pentru comoditate, rămânem la această teorie și o numim „direcția tehnică a fluxului”. În cele ce urmează vom menține această direcție tehnică de curgere, presupunând că debitul merge de la plus la minus.
Curent, tensiune și rezistență:
În această secțiune am mărit cele trei concepte: curent, tensiune și rezistență. Întâlnim aceste concepte tot timpul în tehnologia auto. Curentul, tensiunea și rezistența au fiecare cantitatea, unitatea și simbolul lor.
- I = Curent = Amperi (A)
- U = Tensiune = Volt (V)
- R = Rezistență = Ohm (Ω)
Curgere: În secțiunea anterioară am văzut fluxul de electroni printr-un circuit. Cantitatea de electroni care curg printr-o anumită zonă a secțiunii transversale a unui conductor electric într-o secundă se numește curent. Unitatea de măsură a curentului este amperul (A). Un curent de 1 A este atins atunci când 6,24 chintilioane (6.240.000.000.000.000.000) de electroni au trecut printr-o secțiune transversală în decurs de o secundă. Cu cât curge mai mulți electroni într-o anumită perioadă de timp, cu atât curentul este mai mare.
Pentru a obține o perspectivă asupra câtă putere necesită consumatorii de electricitate din tehnologia auto, iată o listă în care curentul este estimat la o tensiune de încărcare de 14 volți:
- Demaror motor pe benzină: 40 – 80 A;
- Starter motor diesel: 100 – 300 A;
- Bobina de aprindere: 3 la 6 A, in functie de tip;
- Injector de combustibil motor pe benzină: 4 – 6 A;
- Pompa electrica de combustibil: 4 – 12 A, in functie de presiune si debit;
- Ventilator electric de racire: 10 – 50 A;
- Lampa H7 (faza scurta cu halogen) de 55 Watt: 3,9 A;
- Lampă cu xenon de 35 W: 2,5 A;
- Lămpi LED (controlate PWM și nu printr-o rezistență în serie): 0,6 – 1 A;
- Incalzire luneta: 10 – 15 A;
- Încălzire scaun: 3 – 5 A per loc;
- Radio auto standard fără computer de bord: ~5 A;
- Motor ștergător: 2 -5 A în funcție de putere;
- Motor ventilator interior: 2 – 30 A in functie de turatie;
- Servodirecție electrică: 2 – 40 A, în funcție de putere.
Voltaj: Tensiunea este forța care face mișcarea electronilor. Tensiunea este o măsură a diferenței de forță dintre electroni în două puncte. Tensiunea se măsoară în volți, prescurtat în V. În tehnologia auto lucrăm cu o „tensiune nominală” de 12 volți. Aceasta înseamnă că bateria și toți consumatorii electrici se bazează pe 12 volți. Cu toate acestea, în practică vedem că tensiunea nu este niciodată exact de 12 volți, ci este întotdeauna puțin mai mică, dar adesea mai mare. În plus, tensiunea cu propulsie electrică este de multe ori mai mare. Consumatorii dintr-o mașină consumă tensiune. Să luăm ca exemplu încălzitorul de lunetă: folosește aproximativ un curent de 10 amperi la o tensiune de 14 volți. Fluxul devine nu se consumă și se întoarce la baterie. Tensiunea de 14 volți este utilizată în încălzirea lunetei pentru a se încălzi. La sfârșit (partea de masă) mai rămâne 0 volți.
Pentru a obține o perspectivă asupra nivelurilor posibile de tensiune într-o mașină de pasageri, iată o scurtă listă a tensiunilor pe care le putem întâlni:
- Tensiune baterie: 11 – 14,8 v (bateria aproape goală până la tensiunea maximă de încărcare a alternatorului);
- Tensiune de deschidere injector piezo: scurt 60 – 200 volți;
- Tensiunea sistemului a unui vehicul cu propulsie electrică (hibrid sau BEV): 200 – 800 volți.
Rezistenţă: fiecare componentă electrică are o rezistență internă. Această valoare a rezistenței determină cât de mult curent va curge. Cu cât rezistența este mai mare, cu atât curentul este mai mic. Rezistorul are litera R și unitatea Ohm. Ca unitate folosim semnul omega din alfabetul grecesc: Ω. Putem folosi unul într-un circuit electric rezistență suplimentară adăugați pentru a limita curentul.
Când se face un scurtcircuit, de exemplu când un fir pozitiv atinge caroseria, există o rezistență foarte scăzută. Curentul crește imediat până când o siguranță se arde pentru a preveni deteriorarea. În următoarea listă vedem câtă rezistență au componentele pe care le întâlnim în tehnologia auto:
- Sârmă de cupru de 2 metri lungime și o secțiune transversală de 1,25 mm²: 0,028 Ω;
- Lampă (bec de 21 W): 1,25 Ω;
- Injector de combustibil pentru motor pe benzină (varianta cu impedanță mare): 16 Ω;
- Secțiunea curent de control al releului: ~ 60 Ω;
- Secțiunea de putere principală a releului: < 0,1 Ω.
Rezistența unei componente depinde adesea de temperatură: de exemplu, rezistența lămpii când este aprinsă este mult mai mare decât în timpul măsurării când era rece, în care curentul scade pe măsură ce se încălzește.
În concluzie: rezistența unei componente electrice determină cât de mult curent va curge. Rezistența mică înseamnă că va curge mult curent. Tensiunea furnizată (adesea în jur de 12 volți) este consumată în componenta electrică, rezultând 0 volți pe partea de masă. Puterea nu este consumată, deci este la fel de mare pe partea plus ca și pe partea solului.
Pentru a înțelege mai bine conceptele, uneori este util să ne uităm la exemplul butoiului de apă. Butoiul este umplut cu apă și închis în partea de jos cu un robinet. Tensiunea și debitul de apă prin robinet care permite trecerea unei anumite cantități de apă, oferă o idee bună despre ceea ce se întâmplă cu electricitatea la un consumator cu o rezistență internă.
Voltaj:
Când butoiul este umplut cu apă, presiunea apei la robinet crește. Presiunea apei poate fi comparată cu conceptul de tensiune în electricitate. Sistemul trebuie să fie închis, altfel apa se va scurge și nu va mai exista nicio presiune a apei.
Curgere:
Când deschidem robinetul, apa începe să „curgă” prin robinet. Debitul de apă poate fi comparat cu conceptul de curent în electricitate.
Rezistenţă:
Robinetul regleaza rezistenta la trecerea curgerii apei. Pe măsură ce robinetul este deschis în continuare, rezistența scade și curentul crește.
Același lucru este valabil și pentru electricitate. Cu mai multă rezistență în circuitul electric, există mai puțin curent și invers. Rezistența nu are nicio influență asupra tensiunii.
