Цепи постоянного тока автомобиля
Совокупность источника электрической энергии, ее потребителя, соединительных проводов и элементов управления называется электрической цепью.
Простейшая электрическая цепь показана на рис. 1.
Источником электрической энергии называется устройство, преобразующее какой-либо вид энергии в электрическую. На автомобиле источниками электрической энергии являются аккумуляторная батарея и генератор.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Потребители электрической энергии — это приборы, преобразующие энергию электрического тока в другие виды энергии. На автомобиле к ним относятся приборы освещения и сигнализации, стартер, система зажигания и др.
Соединительные провода связывают между собой источники и потребители электрической энергии. Они изготавливаются из материалов, оказывающих малое сопротивление прохождению по ним тока. К проводникам относятся металлы, их сплавы, растворы солей, кислот, щелочей и другие материалы. Различают проводники первого и второго рода.
Вещества, обладающие свободными электронами, называются проводниками первого рода. Прохождение электрического тока в них не вызывает химических изменений вещества. К проводникам первого рода относятся металлы и их сплавы. Они нашли самое широкое применение в виде проводов, шин, пластин конденсаторов, нитей ламп накаливания и других токоведущих деталей. Носителями зарядов в проводниках первого рода являются электроны.
К проводникам второго рода относятся растворы кислот, солей, щелочей. Проводники второго рода — электролиты, носителями зарядов в них являются ионы.
Вещества, которые не имеют свободных носителей зарядов, именуют изоляторами, к которым относятся фарфор, стекло, резина, пластмассы и другие материалы. Изоляционные материалы широко применяются для изоляции проводов и других элементов, находящихся под напряжением. Электрическое сопротивление изоляторов в миллионы раз превышает сопротивление проводников.
Электрический ток — это направленное движение носителей электрического заряда в проводниках. Сила тока измеряется в амперах (А) с помощью амперметра.
Для прохождения тока необходимо, чтобы электрическая цепь была замкнута и между полюсами источника электрической энергии была разность потенциалов. Разность потенциалов между полюсами источника тока при разомкнутой внешней цепи называется электродвижущей силой ( ЭДС ), а при замкнутой на потребитель — напряжением. Электродвижущая сила и напряжение измеряются в вольтах (В) с помощью вольтметра.
Амперметр включается в цепь последовательно, а вольтметр—параллельно с потребителем.
Любое тело оказывает прохождению тока определенное сопротивление. Свойство проводника препятствовать прохождению через него электрического тока называется электрическим сопротивлением. Сопротивление (-R) измеряют в омах (Ом) с помощью омметра.
Любая замкнутая электрическая цепь делится на две части: внутреннюю и внешнюю.
Внутренний участок цепи представляет собой сам источник электрической энергии.
Рис. 1. Простейшая электрическая цепь:
Л, Б — источник тока (аккумулятор): В -выключатель: Л — потребитель тока (лампа); 4 — амперметр: V—вольтметр: 1, 2, 3, 4 — соединительные провода
Внешний участок цепи состоит из одного или нескольких потребителей электрической энергии, соединительных проводов и различных устройств управления, включенных в эту цепь.
Рис. 2. Соединение потребителей:
а — последовательное; б — параллельное
На автомобилях потребители электрической энергии включаются щ цепи параллельно и последовательно. В электрооборудовании находят широкое применение приборы, принцип действия которых основан на использовании свойств электромагнита (звуковой сигнал, реле-регулятор, привод стартера и др.).
Электромагнит — это катушка с помещенным в нее сердечником из стали. Если по такой катушке пропускать электрический ток, то вокруг нее возникает магнитное поле, которое намагничивает сердечник. Так как сердечник выполнен из стали, то при прохождении тока он намагничивается, а при выключении тока размагничивается. Сила притяжения электромагнита возрастает с увеличением силы тока и числа витков его обмотки. Произведение силы тока на число витков обмотки электромагнита называется магнитодвижущей силой, которая измеряется числом ампер-витков.
Источник статьи: http://stroy-technics.ru/article/prosteishaya-elektricheskaya-tsep-v-avtomobile
Цепи постоянного тока автомобиля
Все вещества состоят из атомов. Атом в свою очередь состоит из ядра, заряженного положительно, и электронов, движущихся вокруг ядра и обладающих отрицательным зарядом.
В зависимости от того, насколько сильно связаны электроны с ядром, тела разделяются на проводники электричества, у которых «язь слабая (металлы, уголь, кислоты), изоляторы (резина, Фибра, эбонит и др.), у которых связь сильная, и полупроводники. Некоторые полупроводники обладают свойством образовывать на граничной поверхности между полупроводником и металлом запирающий слой, пропускающий ток только в одном направлении. В качестве полупроводников применяют селен, кремний, германий.
В нормальных условиях ядро и электроны находятся в равновесии и внешне себя никак не проявляют. Если в одном теле получается избыток электронов, а в другом их недостаток, то при соединении этих тел проводником начинается непрерывное движение свободных электронов по проводнику, которое и принято называть электрически током.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Для получения электрического тока необходимы источники тока и замкнутая электрическая цепь. Электрическая цепь может быть двухпроводной и однопроводной. На автомобилях применяют одно-проводную систему, когда второй провод заменяется металлом автомобиля — «массой». Различают также внутреннюю цепь — цепь в самом источнике тока и внешнюю, которая состоит из проводников, потребителей тока и контрольно-измерительных приборов.
У источника тока в период его действия на отрицательном зажиме возникает большее скопление свободных электронов, чем на положительном. Разность количества электронов на зажимах источника тока называют электродвижущей силой (э. д. е.). Она является причиной, которая при замыкании цепи создает движение электронов от отрицательного зажима к положительному.
Противодействие проводника прохождению тока определяется электрическим сопротивлением проводника. За единицу сопротивления— Ом принимается сопротивление любого проводника, в котором течет ток силой 1 А при напряжении на зажимах в 1 В. За единицу силы тока — ампер принимают такой ток, при котором через поперечное сечение проводника в секунду проходит заряд в кулон.
Если потребители включены параллельно (рис. 1, б), то общее сопротивление цепи уменьшается, а напряжение, подводимое к каждому потребителю, будет равно напряжению источника тока. При этом сумма токов, подходящих к любой точке разветвления, будет равна сумме токов, уходящих от этой точки (первый закон Кирхгофа), а сила тока распределяется по потребителям обратно пропорционально их сопротивлениям.
На автомобилях потребители электрической энергии включаются между собой параллельно. Последовательно некоторым потребителям включаются дополнительные сопротивления.
Источники тока соединяются последовательно при необходимости получить напряжение большее, чем может дать один источник, например аккумуляторы в батарее, и параллельно.
Прохождение тока по проводнику сопровождается затратой части энергии на преодоление сопротивления. Эта энергия преобразуется теплоту. Закон Джоуля — Ленца гласит: количество теплоты, оделяемое током, пропорционально сопротивлению, квадрату силы и времени прохождения тока.
При уменьшении сопротивления проводника или потребителя, например при коротком замыкании, сила тока, а следовательно, и выделение теплоты настолько повышаются, что изоляция проводов может сгореть. Необходимое в таком случае прерывание цепи выполняется плавкими или термобиметаллическими предохранителями.
Мощность равна произведению силы тока на напряжение. Единицами мощности являются: ватт (Вт), т. е. мощность при силе тока 1 А и напряжением 1 В; киловатт (кВт) = 1000 Вт.
Работа электрического тока выражается произведением напряжения на силу тока и на время. За единицу работы принят джоуль (ватт-секунда), т. е. работа, совершаемая током в 1 А при напряжении 1 В в 1 с.
Аккумулятор является химическим источником электрической энергии, способным накапливать в себе электрическую энергию от постороннего источника тока, а затем отдавать ее во внешнюю цепь.
В заряженном свинцово-кислотном аккумуляторе положительная пластина состоит из перекиси свинца, а отрицательная — из чистого свинца. Пластины помещены в сосуд с водным раствором химически чистой серной кислоты, называемым электролитом. Если к выводным зажимам пластин аккумулятора присоединить потребители, то во внешней цепи потечет ток. При этом в аккумуляторе в результате происходящих химических реакций свинец отрицательной пластины будет превращаться в сернокислый свинец. Перекись свинца положительной пластины, взаимодействуя с серной кислотой, будет превращаться в сернокислый свинец и образовывать воду. Следовательно, в процессе разряда на обеих пластинах аккумулятора образуется сернокислый свинец и понижается плотность электролита, снижается и э. д. с. аккумулятора.
При заряде выводные зажимы пластин аккумулятора подключает к одноименным зажимам генератора постоянного тока. Ток пойдет через аккумулятор в противоположном направлении по сравнению с его разрядкой, в обратном порядке пойдут и химические реакции. Положительная пластина будет превращаться в перекись свинца, отрицательная в чистый свинец, плотность электролита повысится.
Магнетизм и электромагнетизм. Магнитным полем называется пространство вокруг магнита, в котором проявляются механические воздействия на магнитную стрелку и на проводник с током.
Вокруг проводника, по которому пропущен ток, также образуется магнитное поле, интенсивность которого зависит от силы проходящего тока.
Если магнитное поле проводника с током расположено в магнитном поле магнита или электромагнита, то эти поля взаимодействуют так, что проводник выталкивается из магнитного поля.
На принципе взаимодействия магнитных полей проводника с током и магнита основана работа электродвигателей и, в частности, стартеров автомобилей, предназначенных для пуска двигателей внутреннего сгорания.
В простейшем электродвигателе виток провода в виде рамки расположен между полюсами электромагнита. Ток поступает в рамку от аккумуляторной батареи через щетки и коллектор, состоящий из двух полуколец. В результате взаимодействия магнитных полей электромагнитов и проводника с током фамки) рамка начинает вращаться. В стартерах автомобилей вращается якорь, имеющий обмотку из нескольких витков медного провода.
Электромагнитная индукция. Если проводник перемещать в магнитном поле так, чтобы он пересекал магнитные силовые линии, то в этом проводнике наводится э. д. е., а в цепи появляется ток. Это явление называют электромагнитной индукцией. На принципе электромагнитной индукции основана работа генератора тока.
Простейший генератор постоянного тока имеет виток провода в виде рамки, вращающейся между полюсами электромагнита. Индуктируемая э. д. с. тем больше, чем больше скорость вращения рамки и магнитный поток. Полукольца образуют коллектор, предназначенный для выпрямления тока. Постоянный ток отводится во внешнюю цепь при помощи щеток 4 и 7.
Э. д. с. наводится не только при перемещении проводника в магнитном поле, но и при всяком изменении магнитного потока около проводника или катушки, т. е. его появлении, исчезновении или изменении по величине. Это явление называют взаимоиндукцией, на нем основано действие катушки в системе зажигания автомобиля.
Катушка зажигания имеет первичную (толстую) и вторичную (тонкую) обмотки. Сердечник с первичной обмоткой образует электромагнит. Магнитный поток, пронизывающий витки первичной и вторичной обмоток, появляется и исчезает при замыкании — размыкании первичной цепи прерывателем. В результате во вторичной обмотке индуктируется э. д. с. и возникает ток высокого напряжения, необходимый для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания.
Изменение магнитного потока вызывает возникновение э. д. с. не только во вторичной, но и в первичной обмотке. Явление индуктирования э. д. с. в той самой обмотке, в которой происходит изменение тока, называется самоиндукцией, а возникшая при этом э д. с. — э. д. с. самоиндукции. Э. д. с. самоиндукции направлена так, что она препятствует происходящему изменению тока.
Действующая при размыкании первичной цепи в одном направлении с убывающим током э. д. с. самоиндукции преодолевает зазор между контактами прерывателя и вызывает искры между контактами. Для ослабления искрения параллельно контактам прерывателя включают конденсатор, который при размыкании контактов заряжается током самоиндукции, а после прекращения тока разряжается через первичную обмотку в обратном направлении, ускоряя исчезновение магнитного потока. .
Свойство конденсатора накапливать электрические заряды называют емкостью. Единицей емкости является фарада, представляющая собой емкость конденсатора, заряженного до напряжения в 1 В одним кулоном электричества. Емкость конденсаторов, применяемых в системах зажигания автомобилей, измеряется в миллионных долях фарады — микрофарадах (мкФ).
Переменным током называется электрический ток, который периодически изменяется по величине и направлению.
Проводник, движущийся по окружности в магнитном поле, пересекает магнитные силовые линии под разными углами. В точке проводник не пересекает магнитных силовых линий и наведенная в нем э. д. с. равна нулю.
Наибольшие по величине значения переменного тока называют амплитудой. Время, за которое завершается изменение величины э. д. с. или силы тока за полный оборот проводника в магнитном поле, называют периодом. Число полных колебаний за 1 с называют частотой тока. Единица частоты называется герц (Гц).
В СССР применяют переменный ток с частотой 50 Гц, продолжительность периода такого тока 0,02 с.
Для сравнения значений постоянного и переменного токов применяют тепловой показатель: токи считаются равнозначащими по величине, если количества выделяемой ими теплоты в единицу времени при одном и том же сопротивлении будут одинаковыми. Эту величину называют действующим значением переменного тока. Действующее значение переменного тока меньше амплитудного примерно в 1,4 раза (У2).
В^ технике больше применяют трехфаз-н ы и переменный ток. Сущность получения трехфазного тока состоит в том, что между полюсами электромагнитов, питаемых постоянным током, вращаются три одинаковые катушки, расположенные под углом 120°. Начала обмоток катушек оединены вместе, а концы выведены во внешнюю цепь.
В автомобильных генераторах переменного тока, как правило, атушки выполняются неподвижными, а электромагнит вращается.
подвижную часть называют статором, вращающуюся — ротором.
Полупроводниковые приборы. Если на поверхность полупроводника нанести слой металла (алюминия, индия), то между металлом и полупроводником образуется тончайший изолирующий слой, называемый запирающим слоем. Запирающий слой свободно проводит ток в одном направлении и почти не проводит тока
в обратном направлении. Это свойство используется при изготовлении полупроводниковых диодов, предназначенных для выпрямления переменного тока.
В кремниевом диоде (рис. 81) кристалл кремния запаян между алюминиевым электродом гибкого проводника и никелированным медным корпусом. Стеклоизолятор герметизирует баллон и изолирует трубку от баллона.
При подведении к алюминиевому электроду отрицательного потенциала свободные электроны из алюминия проходят через запирающийся слой в кремний. От выпрямителя поступает постоянный ток. Вследствие малого содержания свободных электронов в кремнии сила тока, проходящего через диод при изменении направления переменного тока, будет очень малой.
Транзистор, или полупроводниковый триод, имеет базу, т. е. миниатюрную пластинку из полупроводника (германия или кремния), и два электрода — эмиттер и коллектор, вплавленные в пластинку.
В радиотехнике транзисторы используют как усилители (взамен радиоламп), на автомобилях их применяют в реле-регуляторах для изменения силы тока возбуждения генератора и в контактно-транзисторной системе зажигания для управления током нервичной цепи.
Транзистор может находиться как в открытом, так и в закрытом состояниях. В открытом состоянии транзистора реле-регулятора сопротивление переходных слоев между электродами очень мало и в обмотке возбуждения генератора протекает ток. При закрытом транзисторе сопротивление переходных слоев увеличивается в несколько сотен раз и сила тока в обмотке возбуждения генератора будет очень мала.
Условные изображения на электрических, схемах диода и транзистора приведены на рис. 8, а, б.
Источник статьи: http://stroy-technics.ru/article/osnovy-elektrotekhniki-v-avtomobilestroenii