Предметы:
- введение
- Атомное ядро с электронами
- Электронный поток
- Ток, напряжение и сопротивление
Инлейдинг:
Каждому автомеханику, от помощника до технического специалиста, приходится иметь дело с электроникой. Помимо электроники систем комфорта и безопасности, таких как освещение, моторчик стеклоочистителей и система ABS, мы находим электронику в управлении системой управления двигателем и в виде сетей связи (включая CAN-шину). Все больше и больше автомобилей также получают электрическую трансмиссию. Любой, кто хочет разобраться в электронике, должен начать с основ. В этом разделе мы начинаем с краткого объяснения электронов, вращающихся вокруг атома, и быстро переходим к электрическим схемам, где на практике объясняются основные понятия автомобильной электроники.
Атомное ядро с электронами:
Согласно атомной модели Бора, атом состоит из ядра, содержащего протоны и нейтроны, вокруг которого вращаются электроны в нескольких оболочках. Атом меди содержит в своем ядре 29 протонов и 35 нейтронов.
Электроны расположены в четырех оболочках. Распределение электронов по этим оболочкам называется электронной конфигурацией. Каждая оболочка имеет максимальное количество мест для электронов. В первой оболочке (K) есть место для двух электронов, во второй оболочке (L) — из восьми, в третьей оболочке (М) — из восемнадцати, а в остальных оболочках — по 32 электрона.
Электроны во внутренних трех оболочках представляют собой связанные электроны. Электроны внешней оболочки участвуют в химических связях и реакциях и также называются «валентными электронами». Атом меди содержит один валентный электрон. Эти электроны могут свободно перемещаться и переходить к другому атому. В случае медной проволоки внешние оболочки перекрываются, и одиночный электрон может перемещаться по оболочке соседнего атома.
Пожертвование валентного электрона важно для этой темы. Прыжок электрона от одного атома к другому позволяет материалу проводить электричество. Такие материалы, как медь, золото и алюминий, имеют валентный электрон во внешней оболочке. Напротив, изоляторы, такие как пластик, стекло и воздух, не имеют валентного электрона. Следовательно, этот материал также является непроводящим.
Электронный поток:
На следующем изображении мы видим батарею, лампу, проводник (медный провод) и выключатель. В зависимости от положения переключателя ток может течь или не течь через цепь. Голубой прямоугольник представляет собой медный проводник с атомами меди (желтый) и прыгающими валентными электронами (зеленый).
- Выключатель разомкнут: электроны кружатся вокруг атома меди, но потока электронов через потребителя (лампу) нет. Лампа не горит;
- Переключатель замкнут: поскольку батарея создает разность напряжений, происходит поток электронов от минуса к плюсу. Ток протекает через лампу и включается за счет потока электронов и разницы напряжений.
Ток движется от – (минус) к + (плюс). Это фактическое направление потока. Раньше считалось, что ток будет двигаться от плюса к минусу, но это неверно. Тем не менее, для удобства мы придерживаемся этой теории и называем ее «техническим направлением потока». В дальнейшем мы будем сохранять это техническое направление потока, предполагая, что поток идет от плюса к минусу.
Ток, напряжение и сопротивление:
В этом разделе мы рассмотрим три понятия: ток, напряжение и сопротивление. Мы постоянно сталкиваемся с этими концепциями в автомобильной технике. Ток, напряжение и сопротивление имеют свою собственную величину, единицу измерения и обозначение.
- I = Ток = Ампер (А)
- U = Напряжение = Вольт (В)
- R = Сопротивление = Ом (Ом)
Комната: В предыдущем разделе мы видели поток электронов через цепь. Количество электронов, протекающих через определенную площадь поперечного сечения электрического проводника в течение одной секунды, называется током. Единица силы тока — ампер (А). Ток в 1 А достигается, когда 6,24 квинтиллиона (6.240.000.000.000.000.000 XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX) электронов проходят через поперечное сечение за одну секунду. Чем больше электронов текут за определенный период времени, тем выше ток.
Чтобы получить представление о том, какая мощность требуется потребителям электроэнергии в автомобильной технике, вот список, в котором ток оценивается при зарядном напряжении 14 Вольт:
- Стартер бензинового двигателя: 40 – 80 А;
- Стартер дизельного двигателя: 100 – 300 А;
- Катушка зажигания: от 3 до 6 А, в зависимости от типа;
- Топливная форсунка бензинового двигателя: 4 – 6 А;
- Электрический топливный насос: 4 – 12 А, в зависимости от давления и расхода;
- Электрический вентилятор охлаждения: 10 – 50 А;
- Лампа Н7 (галогенный ближний свет) 55 Ватт: 3,9 А;
- Ксеноновая лампа 35 Вт: 2,5 А;
- Светодиодные лампы (управляемые ШИМ, а не через последовательный резистор): 0,6 – 1 А;
- Обогрев заднего стекла: 10 – 15 А;
- Подогрев сидений: 3 – 5 А на сиденье;
- Стандартная автомагнитола без бортового компьютера: ~5 А;
- Электродвигатель стеклоочистителя: 2–5 А в зависимости от мощности;
- Двигатель внутреннего вентилятора: 2–30 А в зависимости от скорости;
- Электроусилитель руля: 2 – 40 А, в зависимости от мощности.
Напряжение: Напряжение – это сила, которая заставляет электроны двигаться. Напряжение — это измерение разницы сил между электронами в двух точках. Напряжение измеряется в вольтах, сокращенно В. В автомобильной технике мы работаем с «номинальным напряжением» 12 вольт. Это означает, что аккумулятор и все потребители электроэнергии рассчитаны на напряжение 12 Вольт. Однако на практике мы видим, что напряжение никогда не бывает ровно 12 Вольт, а всегда чуть ниже, а зачастую и выше. Кроме того, напряжение при электродвижении во много раз выше. Потребители в автомобиле потребляют напряжение. В качестве примера возьмем обогреватель заднего стекла: он потребляет ток примерно 10 ампер при напряжении 14 вольт. Поток становится ниет расходуется и возвращается обратно в аккумулятор. Напряжение 14 В используется в обогревателе заднего стекла для обогрева. На конце (земляная сторона) еще остается 0 Вольт.
Чтобы получить представление о возможных уровнях напряжения в легковом автомобиле, вот краткий список напряжений, с которыми мы можем столкнуться:
- Напряжение аккумулятора: 11 – 14,8 В (почти разряженный аккумулятор до максимального зарядного напряжения генератора);
- Напряжение открытия пьезофорсунки: кратковременно 60 – 200 Вольт;
- Напряжение системы автомобиля с электродвижением (гибрид или БЭВ): 200–800 Вольт.
Верст: Каждый электрический компонент имеет внутреннее сопротивление. Это значение сопротивления определяет, какой ток будет течь. Чем выше сопротивление, тем меньше ток. Резистор имеет букву R и единицу измерения Ом. В качестве единицы измерения используется знак омеги греческого алфавита: Ω. Мы можем использовать один в электрической цепи дополнительное сопротивление добавить для ограничения тока.
При коротком замыкании, например, когда положительный провод касается кузова, сопротивление очень низкое. Ток немедленно увеличивается до тех пор, пока не перегорит предохранитель, чтобы предотвратить повреждение. В следующем списке мы видим, какое сопротивление имеют компоненты, с которыми мы сталкиваемся в автомобильной технике:
- Медный провод длиной 2 метра и сечением 1,25 мм²: 0,028 Ом;
- Лампа (лампочка на 21 Вт): 1,25 Ом;
- Топливная форсунка бензинового двигателя (высокомный вариант): 16 Ом;
- Реле управления токовой частью: ~ 60 Ом;
- Силовая часть реле: < 0,1 Ом.
Сопротивление компонента часто зависит от температуры: например, сопротивление лампы во включенном состоянии значительно выше, чем при измерении в холодном состоянии, при котором ток уменьшается по мере нагревания.
В итоге: сопротивление электрического компонента определяет, какой ток будет течь. Малое сопротивление означает, что будет течь большой ток. Подаваемое напряжение (часто около 12 В) потребляется в электрическом компоненте, в результате чего на стороне заземления получается 0 В. Мощность не потребляется, поэтому на положительной стороне она такая же высокая, как и на заземленной.
Чтобы лучше понять концепции, иногда полезно взглянуть на пример бочки с водой. Бочка наполняется водой и закрывается снизу краном. Напряжение и расход воды через кран, пропускающий определенное количество воды, дают хорошее представление о том, что происходит с электричеством в потребителе с внутренним сопротивлением.
Напряжение:
Когда бочка наполняется водой, давление воды в кране увеличивается. Давление воды можно сравнить с понятием напряжения в электричестве. Система должна быть закрыта, иначе вода утечет и напора воды больше не будет.
Комната:
Когда мы открываем кран, вода начинает «течь» через кран. Поток воды можно сравнить с понятием тока в электричестве.
Верст:
Кран регулирует сопротивление прохождению потока воды. При дальнейшем открытии крана сопротивление уменьшается, а ток увеличивается.
То же самое касается электричества. Чем больше сопротивление в электрической цепи, тем меньше ток и наоборот. Сопротивление не влияет на напряжение.
