1 ЗАНЯТИЕ

1 ЗАНЯТИЕ
1. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ
С целью экономии времени, более доходчивого восприятия материала все законы
сформулированы в сжатом виде, информация интерпретирована
применительно к
электрроремонту автотранспортных средств.
1. Ток, напряжение, сопротивление, законы Ома и Кирхгофа.
Напряжение – разность потенциалов. Это определение напряжения весьма трудно для
восприятия, по крайней мере, непонятно, что такое потенциал. Представьте рядом
расположенные два озера. Если они расположены на одном уровне относительно мирового
океана, то у них одинаковый потенциал. Два мячика, на одной высоте от пола тоже имеют один
потенциал. А вот, если высота расположения будет разная, будет разность потенциалов и, к
примеру, верхний мяч при падении на нижний может передать ему часть своей потенциальной
энергии. А верхнее озеро, если прорыть канал, будет перекачивать в нижнее свои воды, то есть
будет идти ток воды. Аналогично в электрике. Ток есть там, где есть напряжение и есть канал (в
электрике – сопротивление). Таким образом –
Ток – направленное движение элементарных частиц (электрических). В примере с озерами –
молекулами воды. В электричестве это электроны (элементарная отрицательно заряженная
частица), ионы (в электролите – положительные или отрицательные).
За положительное направление тока выбрано движение от положительного потенциала к
отрицательному. В электрике автомобиля источник напряжения, как правило, аккумуляторная
батарея (напряжение нормальное от 12 до 14,6 Вольт). Вольт – единица измерения напряжения.
Единица измерения сопротивления – 1 Ампер (1А). Есть приставки к этим величинам, которые
облегчают их чтение при слишком малых и, наоборот, больших значениях:
Пико – 10-12
Нано – 10-9
Микро – 10-6
Милли – 10-3
Деци – 10-1
Дека - 10
Кило - 103
Мега - 106
Гига - 109
Тера - 1012
В примере с озерами, ток воды будет зависеть от разности потенциалов (чем больше разность
высот, тем ток воды будет больше) и от сопротивления канала, т.е. его ширины, глубины (чем
сопротивление меньше, тем ток больше. Соответственно в электрике –
Сопротивление – способность проводника оказывать противодействие протеканию
электрического тока. Единица сопротивления – 1 Ом. Электрическая деталь, обеспечивающая
сопротивление – резистор, самая распространенная деталь в электрических схемах.
Как видно на рисунке, резисторы вместо величины своего сопротивления имеют цветную
маркировку. Обычно первые два цвета соответствуют цифрам, третья полоска – множителю,
последняя – классу точности, хотя вариантов много. Их можно найти в Интернете:
Основополагающий закон электротехники – закон Ома. Он определяет зависимость между силой
тока I, напряжением U и сопротивлением R:
Звучит сокращенно так: ток прямопропорцианален напряжению и обратнопропорционален
сопротивлению.
Существует закон Ома для полной цепи:
Он учитывает внутреннее сопротивление Ro источника питания с эдс (электродвижущей силой) Е.
Дело в том, что, к примеру, аккумуляторная батарея с напряжением 12 Вольт на мощной нагрузке
стартера 0,1 Ом не будет давать ток согласно первому закону 100 Ампер. Если внутренне
сопротивление аккумулятора будет 0,1 Ома, то и ток будет всего 50 ампер согласно формуле 2. Его
будет недостаточно для запуска автомобиля, вот как важно учитывать внутреннее сопротивление
аккумулятора, оно обычно существенно увеличивается в результате сульфатации пластин при его
неправильной эксплуатации.
Электрики несправедливо забывают и, тем не менее успешно применяют, законы Кирхгофа.
1 закон. Сумма тока, входящих в узел, равна нулю (втекающие со знаком плюс, вытекающие –
минус)
Например, часто автомобиль имеет разрядку аккумулятора во время стоянки вплоть до полной.
Что делать? Измеряем ток разрядки аккумулятора. Пусть он он будет 1 Ампер. Обычно всё время
подключена сигнализация, измеряем её ток потребления, пусть 150 миллиампер, возможно есть
ток магнитолы, не более 50 миллиампер при отключенной для питания системы настроек. Самая
сложная задача автоэлектрика, где найти оставшиеся согласно первому закону Кирхгофа 0,8
Ампера, которые через несколько дней стоянки разрядят аккумулятор полностью.
2 закон. Сумма напряжений в замкнутом контуре равна нулю.
Опять же, на практике. Лампа ближнего света горит не на полную силу. Измеряем напряжение на
включенной лампе – 8 Вольт, напряжение аккумулятора 12 Вольт. Приходится искать, где делось 4
Вольта, возможно износилась электропроводка, реле в цепи питания ламп.
2. Проводники и диэлектрики. Конденсаторы. Индуктивность.
Проводники – вещества, которые хорошо проводят электрический ток, либо имеют низкое
сопротивление, как правило, металлы, к проводникам можно отнести и электролиты. Там тоже
есть носители заряда – ионы.
Металлы имеют кристаллическую структуру со свободными электронами, которые не привязаны
к узлам и могут переносить заряд.
Самыми лучшими проводниками является медь, алюминий, серебро. Хуже проводят, т.е. имеют
большее удельное сопротивление вольфрам (применяется в лампах накала), хром, никель (в
нагревательных элементах сплав никель-хром – нихром).
В автотехнике проводники (провода), как правило, защищены слоем диэлектрической, обычно
двухцветной, изоляции на полихлорвиниловой основе. Они собственно и составляют 90% всей
электрической системы автомобиля, общая длина которой может доходить до километра.
Отследить проводку и найти неисправность именно этой части электросистемы можно, измеряя
их сопротивление на концах соответствующих проводников (должно быть нулевое) и отсутствие
контактов (бесконечное сопротивление) с соседними проводниками и корпусом автомобиля.
Последнее измерение будет правдоподобным, если проводник отключен от схемы.
Диэлектрик, кроме названной ранее полихлорвиниловой изоляции проводов, пластмассы,
стекло, дерево, разумеется сухое, ткань, другие материалы, не проводящие электрический ток. В
некоторых случаях диэлектрики могут терять свои свойства. Если пластмасса обуглится,
соответственно появится элемент С - углерод, сопротивление диэлектрика может резко упасть.
Поэтому важно проверять качество изоляции, это может привести к неисправностям вплоть до
самовозгорания.
Диэлектрики – составная часть конденсатора, незаменимого в электрических схемах элемента.
Его главная характеристика – емкость (измеряется в Фарадах), способность накапливать
электрический заряд. Представляет из себя пару пластин, разделенных слоем диэлектрика. Чем
тоньше этот слой и больше площадь пластин, тем больше величина емкости.
Индуктивность, наоборот, элемент, накапливающий ток. Способность индуктивности накапливать
ток измеряется в Генри. Изготавливается индуктивность путем намотки проводника, как правило,
имеющего лаковую изоляцию на сердечник, который может быть изготовлен из магнитного
материала для увеличения её величины. Подробнее рассмотрим её свойства в следующем
разделе.
3. Электромагнитная индукция, трансформаторы, дроссели, электродвигатели постоянного и
переменного тока
Данный раздел рассматривается отдельным блоком, потому что применение явления
электромагнитной индукции в автотранспортных средствах весьма обширно – индуктивности,
реле, трансформаторы, соленоиды, электроклапана, электродвигатели, датчики и много другое.
Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре
при изменении магнитного потока, проходящего через него. Электромагнитная индукция была
открыта Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года. Он обнаружил, что электродвижущая сила,
возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения
магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина электродвижущей
силы (ЭДС) не зависит от того, что является причиной изменения потока — изменение самого
магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле. Электрический ток,
вызванный этой ЭДС, называется индукционным током.
В чистом виде индукция применяется в катушках индуктивности и их разновидности дросселях,
служит элементом, для задержки электрических импульсов, накапливания тока.
Наиболее часто индуктивность применяется как часть трансформатора, электрического элемента,
способного менять уровень переменного напряжения и тока. От соотношения количества числа
обмоток, намотанных на один магнитомягкий сердечник, зависит отношение напряжений на
первичной и вторичной обмотках. Применяются трансформаторы в блоках питания, в том числе в
зарядных устройствах, генераторах, катушка зажигания - тоже трансформатор. Если первичная и
вторичная обмотки частично объединены, то этот вид трансформатора называется
автотрансформатор.
Свойства электромагнитной индукции широко используются в электродвигателях.
Не буду подробным образом описывать их принцип действия, можно эту информацию в случае
надобности найти в интернете, перейду к главным особенностям их ремонта и обслуживания.
Один из важных узлов любого автомобиля, кроме электромобиля, является стартер. Стартер –
электродвигатель постоянного тока плюс электромагнитный бендикс. Таким образом, в нем
явление электромагнитной индукции используется дважды. Через соленоид бендикса (системы
включения передачи двигателя стартера и одновременной подачи на него питающего
напряжения) в момент включения протекает ток несколько ампер. Это довольно большой ток и он
может вызвать перегорание обмоток соленоида, что приводит к его неисправности. Однако
наиболее частой электрической неисправностью стартера является нарушение контактов пятака,
через который проходит ток более 100 А в момент запуска двигателей. Обмотки двигателя
стартера, как правило не выгорают, однако при прохождении больших токов возможно
подгорание контактов стартера, которые в этом случае необходимо зачищать. Также типовой
неисправностью стартера является подгорание или износ угольных щеток, в этом случае
необходима их замена.
Еще одна важная деталь – генератор. Он заряжает аккумулятор во время работы двигателя
внутреннего сгорания. Типовая схема генератора изображена на рисунке
Якорь (возбуждающая обмотка генератора) питается через схему стабилизации (интегральный
стабилизатор) через щетки. Ток, протекающий по нему во время вращения, возбуждает
напряжение в трехфазной обмотке генератора, Которые через выпрямительные диоды питают
электросистему автомобиля. Наиболее типичной неисправностью генератора является отказ
интегрального стабилизатора и износ щеток возбуждающей обмотки.
Принцип действия электромагнитных датчиков, прежде всего, коленвала и распредвала состоит в
прохождении рядом с разомкнутой электромагнитной системой выступов на маховике либо
шкивах этих устройств. Возбуждаемые импульсы поступают на блок управления двигателя.
Электромагнитные датчики, двигатели применяются и в других элементах привода, контроля
различных систем автомобиля, о которых будет сказано в следующих занятиях.
Домашнее задание – найти ошибки в схеме генератора