denekler:
- tanıtım
- Elektronlarla atom çekirdeği
- Elektron akışı
- Akım, gerilim ve direnç
Giriiş:
Asistanından teknik uzmanına kadar her araç teknisyeni elektronikle uğraşmak zorundadır. Aydınlatma, ön cam silecek motoru ve ABS sistemi gibi konfor ve güvenlik sistemlerinin elektroniklerine ek olarak, motor yönetim sisteminin kontrolünde ve iletişim ağları biçiminde (CAN veri yolu dahil) elektronikler buluyoruz. Giderek daha fazla araç elektrikli aktarma organlarına kavuşuyor. Elektroniği anlamak isteyen herkes temel bilgilerle başlamalıdır. Bu bölümde bir atom etrafında dönen elektronların kısa bir açıklamasıyla başlıyoruz ve hızla araç elektroniğinin temel kavramlarının pratik bir şekilde anlatıldığı elektrik şemalarına geçiyoruz.
Elektronlu atom çekirdeği:
Bohr'un atom modeline göre bir atom, proton ve nötronlardan oluşan bir çekirdekten ve onun etrafında çeşitli kabuklar halinde dönen elektronlardan oluşur. Bakır atomunun çekirdeğinde 29 proton ve 35 nötron bulunur.
Elektronlar dört kabukta bulunur. Elektronların bu kabuklar üzerindeki dağılımına elektron konfigürasyonu denir. Her kabuğun elektronlar için maksimum sayıda yeri vardır. İlk kabukta (K) iki elektron, ikinci kabukta (L) sekiz, üçüncü kabukta (M) on sekiz ve diğer kabuklarda 32 elektron için yer vardır.
İçteki üç kabuktaki elektronlar bağlı elektronlardır. Dış kabuktaki elektronlar kimyasal bağlara ve reaksiyonlara katılırlar ve aynı zamanda “değerlik elektronları” olarak da adlandırılırlar. Bakır atomu bir değerlik elektronu içerir. Bu elektronlar serbestçe hareket ederek başka bir atoma geçebilirler. Bakır tel durumunda, dış kabuklar üst üste gelir ve tek elektron, komşu atomun kabuğu boyunca hareket edebilir.
Değerlik elektronunun bağışlanması bu konu için önemlidir. Elektronun bir atomdan diğerine atlaması malzemenin iletilmesini mümkün kılar. Bakır, altın ve alüminyum gibi malzemelerin dış kabuğunda bir değerlik elektronu bulunur. Bunun tersine plastik, cam ve hava gibi yalıtkanların değerlik elektronu yoktur. Bu nedenle bu malzeme aynı zamanda iletken değildir.
Elektron akışı:
Bir sonraki görselde bir pil, bir lamba, bir iletken (bakır tel) ve bir anahtar görüyoruz. Anahtarın konumuna bağlı olarak devreden akım akabilir veya akmayabilir. Açık mavi dikdörtgen, bakır atomlarına (sarı) ve sıçrayan değerlik elektronlarına (yeşil) sahip bakır iletkeni temsil eder.
- Anahtarı açın: elektronlar bakır atomunun etrafında döner, ancak tüketiciden (lamba) elektron akışı yoktur. Lamba yanmıyor;
- Anahtar kapalı: Akü voltaj farkı yarattığı için eksiden artıya doğru bir elektron akışı meydana gelir. Akım lambadan akar ve elektron akışı ve voltaj farkı nedeniyle açılır.
Akım - (eksi)'den +'ya (artı) doğru hareket eder. Bu gerçek akış yönüdür. Akımın artıdan eksiye doğru hareket edeceği düşünülüyordu ama bu doğru değil. Yine de kolaylık olsun diye bu teoriye sadık kalıyoruz ve ona "teknik akış yönü" adını veriyoruz. Aşağıda akışın artıdan eksiye doğru ilerlediğini varsayarak bu teknik akış yönünü koruyacağız.
Akım, gerilim ve direnç:
Bu bölümde üç kavramı yakından inceliyoruz: akım, gerilim ve direnç. Bu kavramlara otomotiv teknolojisinde her zaman rastlıyoruz. Akım, gerilim ve direncin her birinin kendi miktarı, birimi ve sembolü vardır.
- I = Akım = Amper (A)
- U = Gerilim = Volt (V)
- R = Direnç = Ohm (Ω)
Akım: Önceki bölümde elektronların bir devre boyunca akışını gördük. Bir elektrik iletkeninin belirli bir kesit alanından bir saniye içerisinde geçen elektron miktarına akım denir. Akımın birimi amperdir (A). Bir saniyede 1 kentilyon (6,24) elektronun bir kesitten geçmesiyle 6.240.000.000.000.000.000 A akıma ulaşılır. Belirli bir süre içinde ne kadar çok elektron akışı olursa, akım da o kadar yüksek olur.
Otomotiv teknolojisindeki elektrik tüketicilerinin ne kadar güce ihtiyaç duyduğunu anlamak için, 14 volt şarj voltajında akımın tahmin edildiği bir liste aşağıda verilmiştir:
- Benzinli motor marş motoru: 40 – 80 A;
- Dizel motor marş motoru: 100 – 300 A;
- Ateşleme bobini: Tipe bağlı olarak 3 ila 6 A;
- Benzinli motor yakıt enjektörü: 4 – 6 A;
- Elektrikli yakıt pompası: 4 – 12 A, basınç ve akışa bağlı olarak;
- Elektrikli soğutma fanı: 10 – 50 A;
- 7 Watt'lık H55 lamba (halojen kısa far): 3,9 A;
- 35 Watt'lık ksenon lamba: 2,5 A;
- LED lambalar (PWM kontrollüdür ve seri dirençle değil): 0,6 – 1 A;
- Arka cam ısıtması: 10 – 15 A;
- Koltuk ısıtması: Koltuk başına 3 – 5 A;
- Araç bilgisayarı olmayan standart araç radyosu: ~5 A;
- Silecek motoru: güce bağlı olarak 2 -5 A;
- İç fan motoru: Hıza bağlı olarak 2 – 30 A;
- Elektrikli hidrolik direksiyon: 2 – 40 A, güce bağlı olarak.
Voltaj: Gerilim elektronları hareket ettiren kuvvettir. Gerilim, iki noktadaki elektronlar arasındaki kuvvet farkının bir ölçümüdür. Gerilim volt cinsinden ölçülür, V olarak kısaltılır. Otomotiv teknolojisinde 12 voltluk bir “nominal gerilim” ile çalışıyoruz. Bu, akünün ve tüm elektrik tüketicilerinin 12 volta dayalı olduğu anlamına gelir. Ancak pratikte voltajın hiçbir zaman tam olarak 12 volt olmadığını, her zaman biraz daha düşük, ancak çoğu zaman daha yüksek olduğunu görüyoruz. Ek olarak, elektrikli tahrik ile voltaj birçok kez daha yüksektir. Arabadaki tüketiciler voltaj tüketir. Örnek olarak arka cam ısıtıcısını ele alalım: 10 volt gerilimde yaklaşık 14 amper akım kullanır. Akış olur niet tüketilir ve aküye geri döner. Arka cam ısıtıcısında ısınmak için 14 volt voltaj kullanılır. Sonunda (toprak tarafı) hala 0 volt kaldı.
Bir binek otomobildeki olası voltaj seviyeleri hakkında fikir sahibi olmak için aşağıda karşılaşabileceğimiz voltajların kısa bir listesini bulabilirsiniz:
- Akü voltajı: 11 – 14,8 v (neredeyse boş aküden alternatörün maksimum şarj voltajına kadar);
- Piezo enjektör açılma voltajı: kısaca 60 – 200 volt;
- Elektrikli tahrikli bir aracın sistem voltajı (hibrit veya BEV): 200 – 800 volt.
Rezistans: Her elektrikli bileşenin bir iç direnci vardır. Bu direnç değeri ne kadar akımın akacağını belirler. Direnç ne kadar yüksek olursa akım o kadar düşük olur. Direnç R harfine ve Ohm birimine sahiptir. Birim olarak Yunan alfabesindeki omega işaretini kullanıyoruz: Ω. Birini elektrik devresinde kullanabiliriz ekstra direnç Akımı sınırlamak için ekleyin.
Kısa devre yapıldığında, örneğin pozitif bir tel kaportaya temas ettiğinde, direnç çok düşük olur. Hasarı önlemek için sigorta atıncaya kadar akım hemen artar. Aşağıdaki listede otomotiv teknolojisinde karşılaştığımız bileşenlerin ne kadar dayanıklı olduğunu görüyoruz:
- 2 metre uzunluğunda ve 1,25 mm² kesitli bakır tel: 0,028 Ω;
- Lamba (21 Watt ampul): 1,25 Ω;
- Benzinli motor yakıt enjektörü (yüksek empedanslı model): 16 Ω;
- Röle kontrol akımı bölümü: ~ 60 Ω;
- Röle ana güç bölümü: < 0,1 Ω.
Bir bileşenin direnci çoğu zaman sıcaklığa bağlıdır: örneğin, lamba açıkken direnci, soğukken yapılan ölçümden çok daha yüksektir; burada ısındıkça akım azalır.
Özetle: Bir elektrikli bileşenin direnci, ne kadar akımın akacağını belirler. Az direnç, çok fazla akımın akacağı anlamına gelir. Sağlanan voltaj (genellikle 12 volt civarında) elektrik bileşeninde tüketilir ve bu da toprak tarafında 0 volt oluşmasına neden olur. Güç tüketilmez, dolayısıyla artı tarafta da zemin tarafında olduğu kadar yüksektir.
Kavramları daha iyi anlamak için bazen su varili örneğine bakmak faydalı olabilir. Namlu su ile doldurulur ve alt kısmı bir musluk ile kapatılır. Belli bir miktar suyun geçmesine izin veren musluktan geçen suyun voltajı ve akışı, iç direnci olan bir tüketicide elektriğin ne olacağı konusunda iyi bir fikir verir.
Voltaj:
Namlu suyla doldurulduğunda musluktaki su basıncı artar. Su basıncını elektrikteki voltaj kavramına benzetebiliriz. Sistem kapatılmalıdır, aksi takdirde su boşalacak ve artık su basıncı olmayacaktır.
Akım:
Musluğu açtığımızda su musluktan 'akmaya' başlar. Su akışını elektrikteki akım kavramına benzetebiliriz.
Rezistans:
Musluk, su akışının geçişine karşı direnci düzenler. Musluk daha fazla açıldıkça direnç azalır ve akım artar.
Aynı şey elektrik için de geçerli. Elektrik devresinde daha fazla direnç varsa daha az akım olur ve bunun tersi de geçerlidir. Direncin voltaj üzerinde hiçbir etkisi yoktur.
