Какое напряжение в электрической цепи автомобиля

Как устроена электрическая установка автомобиля

Стандартная электрическая установка

Помимо основных цепей зарядки, пуска и зажигания, в электросистеме автомобиля есть цепи, отвечающие за работу освещения, датчиков, панели приборов, нагревательных элементов, магнитных замков, радиоприемника и т.д.

Все цепи замыкаются и размыкаются с помощью выключателей или реле, работающих на электромагнитах.

Электрический ток идет по одножильному кабелю от батареи к питаемым элементам и возвращается в батарею по металлическому корпусу. Корпус соединен с зажимом заземления батареи толстым кабелем.

Система связи с возвратом тока через землю

В отрицательной (-) системе связи с возвратом тока через землю ток течет от положительной (+) клеммы к управляемому компоненту. Компонент заземлен на корпус автомобиля, который, в свою очередь, подключен к отрицательной (-) клемме батареи.

Такой тип цепи называется системой связи с возвратом тока через землю, а все ее компоненты подключены к корпусу автомобиля (заземлены).

Сила тока измеряется в амперах (А), а энергия, которая тратится на передвижение тока по цепи, называется напряжением и измеряется в вольтах (В). Батареи современных машин рассчитаны на сеть с напряжением 12В. Емкость батареи измеряется в ампер-часах (А·ч). Батарея с емкостью 56 А·ч может генерировать ток силой в 1 ампер на протяжении 56 часов или ток силой 2 ампера на протяжении 28 часов.

Когда напряжение батареи падает, ток ослабевает, и в конечном итоге его не хватает для правильной работы компонентов цепи.

Ток, напряжение и сопротивление

Способность проводника препятствовать прохождению тока называется сопротивлением и измеряется в омах (Ом).

Тонкие проводники пропускают меньше тока, чем толстые, т.к. при уменьшении площади поперечного сечения снижается скорость движения электронов.

Тем не менее, компоненты, которые потребляют много тока, подключать тонкими проводами не рекомендуется. В противном случае провода перегреются, замкнутся и сгорят.

Все характеристики электрической цепи связаны между собой. Так, напряжение в 1В позволяет току силой 1А преодолеть сопротивление в 1Ом. Иными словами, А=В/Ом. Например, лампочка с сопротивлением в 3Ом, подключенная к сети с напряжением 12В, потребляет 4А.

Это означает, что лампочку необходимо подключать с использованием проводов, способных выдержать силу тока в 4А.

Зачастую энергопотребление (мощность) компонента обозначается в ваттах (Вт). Мощность можно найти, умножив амперы на вольты. В приведенном выше примере мощность лампочки составляет 48Вт.

Положительная и отрицательная полярность

Электрический ток течет в одном направлении от батареи, и некоторые компоненты цепи работают только при определенных условиях, связанных с направлением тока.

В этом случае говорят, что система обладает отрицательным заземлением. Эта информация пригодится при покупке приборов (например, радиоприемника). Если вы попытаетесь подключить приемник с неподходящей полярностью, он будет поврежден. Тем не менее, многие приемники оснащены внутренним переключателем, позволяющим изменить полярность перед установкой.

Короткие замыкания и предохранители

Короткие замыкания возникают при использовании проводов неподходящего размера, поломках и разрывах цепи. При замыкании ток игнорирует сопротивление компонента, может превысить допустимые значения, расплавить провода или вызвать возгорание.

Коробка предохранителей представляет собой набор компонентов, как показано на рисунке. Коробка изображена без крышки.

Для предотвращения замыканий вспомогательные цепи оборудованы предохранителями.

Для изготовления предохранителей выбирается кабель наименьшего диаметра, который может пропускать ток цепи без перегрева. Емкость предохранителя исчисляется в амперах.

При неожиданном всплеске тока предохранитель плавится, размыкая цепь.

Когда это происходит, необходимо проверить, что именно произошло с цепью (размыкание или короткое замыкание) и установить новый предохранитель (см. раздел «Проверка и замена предохранителей» или отрегулировать силу тока).

В обычном автомобиле очень много предохранителей, каждый из которых защищает небольшую группу компонентов. Это делается для того, чтобы один испортившийся предохранитель не нарушил работу всей системы. Некоторые предохранители находятся в коробке предохранителей, некоторые вмонтированы в электрическую цепь.

Последовательное и параллельное соединение

Как правило, электрическая цепь состоит из двух и более компонентов (например, осветительная цепь состоит из нескольких ламп). Способ соединения компонентов (параллельный или последовательный) играет огромную роль в работе с такой цепью.

Например, лампы в фарах обладают некоторым уровнем сопротивления, и для нормального свечения им необходимо потреблять ток определенной силы.

Если бы в автомобиле с двумя фарами, лампы были соединены последовательно, ток попадал бы в одну из них только после второй.

Иными словами, ток преодолевал бы сопротивление дважды, его сила уменьшилась бы вполовину, а лампы горели бы тускло.

При параллельном соединении ток проходит сквозь обе лампы одновременно.

Некоторые компоненты должны быть подключены последовательно. Например, при различных уровнях топлива датчик топливного бака обладает различным сопротивлением и посылает эти данные прибору для контроля.

Эти компоненты необходимо соединять последовательно, чтобы изменяющееся сопротивление датчика влияло на положение указателя на приборе.

Вспомогательные цепи

Стартерный мотор соединен с батареей отдельным толстым кабелем. Цепь зажигания посылает высоковольтные импульсы на свечи, а цепь зарядки включает в себя генератор, который заряжает батарею. Все остальные цепи называются вспомогательными (побочными).

Многие из них связаны с ключом зажигания и могут работать только в том случае, если ключ повернут.

В результате при выключении зажигания все цепи размыкаются и не разряжают батарею.

Тем не менее, боковые и задние фонари, которые часто работают даже у припаркованных автомобилей, работают независимо от зажигания.

При использовании дополнительных аксессуаров (например, обогревателя для заднего стекла, который потребляет много энергии), необходимо подключать их к цепи зажигания.

Читайте также:  Названья фирм выпускающие автомобили

Кабели и печатные схемы

Приборы отсоединяются от печатных схем путем скручивания скоб.

Размер кабеля определяет максимальную силу тока, которую он может пропустить без повреждений.

Каждый автомобиль пронизан сложной сетью кабелей. Каждый кабель имеет свой цвет, уникальный в рамках одного автомобиля, т.е. единой цветовой разметки не существует.

В некоторых руководствах и справочниках содержатся сложные монтажные схемы с условными обозначениями, однако многим проще понять назначение кабеля по цвету.

Кабели, которые тянутся в одном и том же направлении, скрепляются пластиковой или тканной обмоткой, чтобы их можно было компактнее укладывать.

Такой пучок кабелей тянется через весь корпус автомобиля, а отдельные провода ответвляются от него по необходимости.

Современные автомобили вмещают в себя огромное количество проводов. В настоящее время производители все чаще заменяют пучки кабелей печатными схемами, которые располагаются на приборной панели.

В общем случае печатная схема представляет собой лист пластика с медными дорожками, к которым подключаются компоненты цепи.

Современные автомобили оснащены гибкими печатными схемами, т.е. медные дорожки печатаются на резине или гибком пластике. Такая схема полностью заменяет всю систему кабелей.

Источник

Электрика автомобиля: краткое обучение для автолюбителя

Электрический ток

Современный автомобиль не может работать без электричества. При помощи электрического тока происходит зажигание рабочей
смеси в бензиновых двигателях, пуск двигателя стартером, приводятся в действие световая и звуковая сигнализация, контрольно-измерительные
приборы, освещение и дополнительное оборудование. Кроме того, тенденции мирового автомобилестроения в последнее время направлены на все более
широкое применение электрической тяги в автомобилях (гибридные силовые установки, топливные элементы и электромобили).

Для получения электрической энергии на автомобиле устанавливают источники электрического тока- генератор и аккумуляторную батарею.
Аккумулятор используется для пуска двигателя и для питания электроприборов при неработающем двигателе. Генератор питает электрооборудование автомобиля при работающем двигателе, и, кроме того, подзаряжает аккумуляторную батарею. Генератор превращает механическую энергию от вращения коленвала в электрическую, а аккумулятор- химическую энергию в электрическую.

Генератор и аккумулятор относятся к источникам электрического тока, все остальные электроприборы автомобиля являются его потребителями. Источники и потребители электрического тока соединяются между собой с помощью проводников, в качестве которых, как правило, служит медный провод. Провод обязательно должен находиться в изоляции во избежание замыкания с другими проводниками и, как следствие, перегорания электроприборов.

Все материалы по электропроводности делятся на проводники и непроводники (изоляторы). Не вдаваясь в дебри физики, просто отметим, что в проводниках
находится большое количество свободных электронов, которые хаотично движутся. При приложении электрического напряжения к проводнику свободные электроны начинают двигаться в одном направлении, создавая электрический ток. В изоляторах же свободных электронов практически нет, поэтому и ток создавать нечем. К проводникам относится большинство металлов, уголь, водные растворы щелочей и кислот. К изоляторам- резина, пластмассы, стекло и т.п.

Если источник тока, провода и потребители соединить между собой в замкнутый контур, то мы получим электрическую цепь, по которой потечет электрический ток. Характерной особенностью электрической цепи на автомобиле является то, что одним из проводов служит масса (металлические части кузова автомобиля), а другим проводом служат изолированные провода. Поэтому такая электрическая цепь называется однопроводной.

Между полюсами (выводами) любого источника тока существует электрическое напряжение (обозначается U), измеряемое в вольтах. Сила электрического тока (обозначается I) измеряется в амперах. Всякий проводник и потребитель создает сопротивление электрическому току (обозначается R), которое измеряется в омах. Между этими тремя величинами существует зависимость, которую выражает знаменитый закон Ома: I = U / R. Работа электрического тока, выполненная за 1 секунду, называется мощностью. Мощность измеряется в ваттах и обозначается P. Мощность можно рассчитать по формуле P = U * I. Электрический ток, проходящий через проводник, нагревает его. Количество выделяемого при этом тепла зависит от силы тока, сопротивления и времени прохождения тока.

На автомобилях приборы электрооборудования питаются постоянным током. Постоянным называется ток, который движется в проводнике только
в одном направлении, в отличие от переменного тока, который движется в проводнике попеременно то в одном, то в другом направлении.
В каждом источнике постоянного тока различают два полюса: положительный (+) и отрицательный (-). Условно считают, что постоянный ток в цепи движется
от положительного полюса к отрицательному. На автомобилях отрицательный полюс источника тока соединяют с массой (если, конечно, кузов металлический).

Потребители или источники тока могут быть соединены между собой последовательно или параллельно. При последовательном соединении отрицательный полюс одного источника тока соединяют с положительным полюсом другого. В результате такого соединения общее напряжение будет равно сумме напряжений всех источников тока. При параллельном соединении источников тока соединяют между собой одноименные полюса- положительные с положительными, отрицательные с отрицательными. При таком соединении общее напряжение будет таким же, как у одного источника тока, а сила тока увеличится во столько раз, сколько источников тока соединены между собой.

При последовательном соединении потребителей весь ток проходит через каждый потребитель. Если выйдет из строя один из потребителей, обесточивается вся цепь. При параллельном соединении ток, разветвляясь, поступает к каждому потребителю отдельно. В этом случае выход из строя любого потребителя не влияет на работоспособность остальных.

Магнетизм и электромагнетизм

Все знают, что такое магнит. Также все замечали, что магниты притягивают к себе стальные предметы не только при непосредственном соприкосновении, но
и на расстоянии, что свидетельствует о наличии вокруг них магнитного поля. Каждый магнит имеет два полюса, которые условно называют северным (N) и южным (S). При сближении одноименных полюсов двух магнитов они отталкиваются, а при сближении разноименных полюсов- притягиваются.

Магнитное поле, созданное вокруг магнитов, состоит из магнитных силовых линий, направленных от северного полюса к южному. С удалением от магнита величина магнитного поля уменьшается.

Читайте также:  Независимая оценка автомобиля в майкопе

Если через проводник пропустить электрический ток, то вокруг него создается кольцевое магнитное поле без выраженных полюсов. Если же проводник свернуть в виде спирали, то при прохождении по нему тока магнитное поле образует на концах спирали полюса- северный и южный. Если в середину такой катушки поместить стальной сердечник, то образуется электромагнит, имеющий все свойства обычного магнита (очень наглядно это показано в мультфильме “Ивашка из дворца пионеров”, где главный герой с помощью электромагнита расправляется с Кащеем Бессмертным).

Магнитное поле электромагнита можно увеличивать или уменьшать, изменяя силу тока или количество витков катушки. С увеличением силы тока или количества витков электромагнита увеличивается его магнитное поле.

Если проводник с током поместить в магнитное поле магнита (электромагнита), то в результате взаимодействия магнитных полей проводника и магнита проводник будет выталкиваться, т.е. электрическая энергия будет превращаться в механическую. На этом явлении основана работа электродвигателей.

Для превращения механической энергии в электрическую используют явление электромагнитной индукции. Если замкнутый проводник вращать в магнитном поле, то в проводнике возникает электрический ток. Величина тока зависит от длины проводника, скорости пересечения,плотности магнитного поля и угла, под которым пересекаются магнитные силовые линии. На этом явлении основана работа генератора.

Вы, конечно же обратили внимание, что картинки практически одинаковы? Не удивляйтесь, это свидетельство обратимости электрических машин. Обратимость электрических машин — одинаковое устройство преобразователей электрической энергии в механическую и механической в электрическую. Таким образом, электрические машины взаимозаменяемы: любой электродвигатель может использоваться в качестве генератора и наоборот. Приоритетная функция электрической машины определяет её конструктивные особенности, вследствие которых обратимость становится неравномерной. Говоря по-русски, электрогенератор будет работать лучше, чем используемый в качестве генератора соответствующий по размерам электродвигатель, и наоборот.

Обозначения на электрических схемах

Обозначения на схемах электрооборудования автомобиля, как правило, интуитивно понятны. Но, для общего развития, не мешает знать и некоторые специфические условные обозначения.

Источник

Box77 › Блог › Основы автоэлектрики. Часть1. Основные законы

При диагностике автомобиля у многих начинает возникать вопрос по электрической части. К сожалению, не все прониклись в школе, техникуме или университете основными законами электродинамики, что привело к пробелам в матчасти. Более того, немногие постигли прелести радиолюбительства, что расширяет познания в области электроники. Поэтому я решил начать цикл, посвящённый автоэлектрике (да и вообще электрики в целом), чтобы помочь тем, кто гулял во время лекций с девочками и глотал каждый день юности, а теперь мучается в гараже.

Итак, с чего следует начать?

Думаю, с основных законов электротехники, а именно:
1. Основные понятия
2. Сила тока, напряжение, сопротивление
3. Закон Ома для участка цепи
4. Первое правило Кирхгофа
5. Второе правило Кирхгофа
6. Методы измерения

1. Основные понятия

Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц (электроны, ионы).
Постоянный электрический ток — ток, направление движения частиц в котором постоянно.
Переменный электрический ток — ток, направление заряженных частиц в котором изменяется.
Проводник — материал, вещество или среда, хорошо проводящие электрический ток.
Диэлектрик — материал, вещество или среда, которые практически не проводят электрический ток.
Источник электрического тока — некий преобразователь любого вида энергии (механической, химической, ядерной и так далее) в электрический ток.

2. Сила тока, напряжение, сопротивление

Сила тока (I) — это скорость прохождения количества заряда через попереченое сечение проводника. Если мы говорим о движении электронов, как носителей заряда, то фактически — это сколько электронов проходит через сечение проводника за единицу времени.

Измеряется сила тока в единицах «Ампер», А:
0,000001 А = 0,001мА = 1мкА (микроампер)
0,001 А = 1 мА (миллиампер)
1000 А = 1 кА (килоампер)

Электрическое напряжение (U) — это разность электрических потенциалов между двумя точками электрической цепи, проводника или чего бы то ни было ещё. Если значение напряжения отлично от нуля, то при замыкании этих двух точек проводником, в последнем будет возникать электрический ток до тех пор, пока потенциалы не уровняются, иными словами, пока напряжение на станет равно нулю.

Измеряется напряжение в единицах «Вольт», В:
0,001 В = 1 мВ (милливольт)
1000 В = 1 кВ (киловольт)
1000000 В = 1000 кВ = 1 МВ (мегавольт)

Электрическое сопротивление ® — это физическое свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока. Чем сопротивление выше, тем меньше электрического заряда может через него проходить при всех прочих равных условиях.
Зависит сопротивление от длины проводника (l), площади поперечного сечения проводника (S) и физического свойства материала, из которого сделан проводник, называемого удельным сопротивлением (p):

Значения удельных сопротивлений некоторых материалов:

Измеряется сопротивление в единицах «Ом», Ом:
0,001 Ом = 1 мОм (миллиом)
1000 Ом = 1 кОм (килоом)
1000000 Ом = 1000 кОм = 1 МОм (мегаом)

3. Закон Ома для участка цепи

В определённых кругах часто можно услышать фразу: «Не знаешь закон Ома, сиди дома».
И не напрасно, ибо в наш век, когда и минуты без какого-либо электронного устройства рядом уже не представить, такой простой закон полезно было бы знать каждому.

Выглядит он следующим образом:

Т.е. сила тока, проходящего через участок цепи, равен отношению напряжения между концами этой цепи к сопротивлению этой же цепи.

Тут важно понять, что сила тока зависит от напряжения и сопротивления, а никак не наоборот. Т.е. имея источник постоянного напряжения 14 В и подключив к его клеммам нагрузку определённым сопротивлением (лампочку, резистор, прибор с неким внутренним сопротивлением и так далее), Вы определите значение тока.
Даже в общении с радиолюбителями можно услышать ошибочное мнение, что не меняя напряжение и не меняя сопротивление цепи, можно увеличить силу тока. Увы, это недостаток понимания элементарного закона.
Сила электрического тока — это лишь следствие, а не причина.

Читайте также:  Почему мало автомобилей на газу

4. Первое правило Кирхгофа

Сумма всех токов в узле любой цепи равна нулю. Тут важно понимать, что учитывается направление движения тока: то значение силы тока, что подходит к узлу (точке) цепи, имеет знак плюс, тот ток, что отходит, — имеет знак минус.

Простым примером является любая точка на проводнике: сколько зарядов за единицу времени (читай сила тока) подошло к этой точке, столько же и отошло от неё. Так как значение этих токов равны по модулю, но имеют разные знаки, то алгебраическая сумма будет равна нулю.

Более сложные узлы выглядят так:

5. Второе правило Кирхгофа

Сумма напряжений на любом замкнутом контуре равна нулю. Тут опять же важно понимать, что источник ЭДС имеет значение напряжение со знаком минус, потребители — со знаком плюс. Или наоборот — кому как удобно. Эти значения сохраняют полярность по направлению движения тока.

Простым проявлением 2-го правило является следствие, что напряжение всех параллельных цепей равно между собой. Именно благодаря этому закону во всех розетках квартиры одинаковое напряжение и все лампочки в Вашем автомобиле питаются от напряжения аккумуляторной батареи. Ибо каждое параллельное соединение можно рассматривать как единый замкнутый контур с источником ЭДС.

6. Методы измерения

Согласитесь, знание вышеописанного не имеет никакой ценности, кроме как способности блеснуть им за кружкой пива перед товарищами, если Вы не можете их хоть как-то пощупать.

Поэтому нужно уметь правильно измерять интересующие нас значения.
Для измерения силы тока служит прибор Амперметр:

Для измерения напряжения — Вольтметр:

Для измерения сопротивления — Омметр:

Как правило, эти приборы имеют такие немаловажные параметры, как предел измерения (до какого значения может мерить), цена деления (с точностью до какого значения можно определить значение), погрешность измерения (насколько допускается производителем отклонение полученных измерением данных от реальных) и для амперметра и вольтметра — для какого тока (переменный или постоянный).

К радости радиолюбителей, инженеров, автоэлектриков и всех остальных, кому необходимо измерять немаловажные величины участка цепи, современный рынок предлагает широкий выбор так называемых АВОметров (Ампер-Вольт-Ом-метры). Часто можно услышать и второе название — мультиметр. Ну, а в народе прижились понятия тестер, цешка и просто прибор.

Пользоваться мультиметром достаточно просто, но нужно знать некоторые правила:

1) Сила тока измеряется в разрыва цепи. Т.е. для измерения этой величины нам необходимо воткнуть измерительный прибор в цепь.
К примеру, нам необходимо измерить, сколько тока потребляет электрическая лампочка. Для этого необходимо отсоединить любой из проводов, питающих лампочку, и вставить в полученный разрыв прибор, затем запитать цепь. Почему любой провод? Да потому что работает первое правило Кирхгофа. В зависимости от того, каким образом вы подключите щупы, будет меняться только знак значения — плюс или минус.

2) Напряжение измеряется параллельно исследуемой цепи. Т.е. для этого измерения нам не нужно ничего разъединять. Просто подключаем щупы к нужным точкам.
К примеру, нам нужно измерить напряжение на аккумуляторной батарее. Мы просто подцепляем щупы к её плюсу и минусу. Если нарушить полярность, опять же просто изменится знак значения.

3) Сопротивление измеряется на обесточенном участке аналогично напряжению. Т.е. мы просто подключаемся к узлам цепи. Тут есть немаловажный момент: если в цепи несколько параллельных узлов, Вы измерите результирующее сопротивление всей цепи.
К примеру, если Вы хотите измерение нити накала лампочки, то измерение лучше производить с её извлечением из патрона. Если же Вам важно понять общее сопротивление цепи — мерьте прямо на автомобиле. Вообще о самих значениях сопротивлений мы поговорим более детально в следующих частях.
И еще раз повторюсь: сопротивление следует измерять лишь на обесточенных цепях, т.е. нельзя измерить сопротивление на горящей лампочке. Это связано с самим методом измерения, который основан на подаче тока на измеряемую цепь прибором, а значит побочные токи внесут погрешность, причем солидную.

4) Перед измерением необходимо правильно выставить единицу и предел измерения на приборе, а при необходимости — переподключить щупы на самом приборе.
Во-первых, щупы: на большинстве авометров для измерения сопротивления и напряжения служат одни клеммы для подключения, а для измерения силы тока — другие. Если неправильно подключить перед измерением, имеется высокая вероятность как минимум спалить предохранитель прибора. Как максимум — вывести из строя прибор или цепь измерения. Поэтому будьте внимательны!
Во-вторых, единицы:
— если нужно измерять напряжение постоянного тока, то переключатель следует перевести в сторону V=,
— если напряжение переменного тока, то V

.
— если силу постоянного тока, то A=,
— если силу переменного тока, то A

.
— если сопротивление (помним: тока быть вообще не должно), то греческая буква Ω.
Неправильное подключение также может вывести прибор из строя.
В-третьих, предел измерения:
Если Вы заведомо не знаете, какое значение получите, устанавливайте максимальный предел. Если увиденное значение близко к нулю, то переключайте то того значение, которое позволит Вам увидеть более точное значение, которое не должно быть выше установленного предела.
Если же Вы знаете порядок значений (например, сеть переменного тока в розетке — 160…250 В), то предварительно установите требуемый предел, который выше измеряемой величины (на большинстве мультиметров для розетки — это

Как можно понять из вышесказанного, любое нарушений правил может привести к нежелательным последствиям. Поэтому будьте внимательны и соблюдайте требования до включения прибора в цепь, и вам не придётся лишний раз тратиться;)

Буду закругляться. Надеюсь, писал всё это не зря, и кому-то будет очень полезно.

Если есть пожелания что-то рассмотреть в рамках данного цикла, пишите в комментариях.

Источник

Поделиться с друзьями
Практические советы по железу и огороду
Adblock
detector