Какой ток в цепи авто
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.
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.
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.
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.
Ток в автомобильной сети постоянный или переменный
АКБ и ее типы
Итак, как человеческий организм не может функционировать без сердца, так и транспортное средство не заведется без такой детали, как АКБ (аккумуляторная батарея). Этот элемент отвечает за запуск двигателя и обеспечение электроэнергией всех потребителей, которые работают при неисправном генераторе либо незаведенном моторе. Так что значимость этого узла недооценивать нельзя, и поэтому необходимо следить за мощностью автомобильного аккумулятора.
Однако есть и еще одна весьма важная функция, о которой также следует сказать несколько слов. Это поддержка генератора при очень больших нагрузках. Принято считать, что во время работы двигателя батарея заряжается, поэтому емкость необязательно должна быть большой, ведь мы почти не используем электроприборы без работающего мотора. Но когда «сердце» авто внезапно глохнет посередине дороги, сдвинуть нас с места хотя бы на пару метров до обочины может только стартер исключительно за счет тока заряда от АКБ. Вот тут и становится значима емкость, каждый ампер-час на счету.
Вообще, конструкция батареи достаточно проста, и в ней практически нечему ломаться, но неправильная эксплуатация может привести к ухудшению характеристик АКБ. В таких случаях важные технические показатели неумолимо падают, в первую очередь емкость и мощность тока, а значит, она очень скоро будет нуждаться в замене, что приведет к немалым материальным затратам.
Сегодня на мировом рынке существует несколько основных типов АКБ. Так, они бывают сухозаряженными, т.е. не содержащими электролита, и, напротив, наполненными этой жидкостью. К главным достоинствам первых относится возможность длительного хранения, при этом свойства, а главное, емкость, ни капли не ухудшатся. Однако перед использованием этот тип батарей следует привести в рабочее состояние.
Залитые же не нуждаются в дополнительной подготовке, они сразу продаются в рабочем состоянии. Кроме того, в этом случае можно быть уверенным в качестве электролита. К слову, эти батареи будут весить больше за счет этой жидкости. Плюс ко всему такой тип АКБ можно проверить сразу еще в магазине, а вот сухозаряженный только дома, после приведения агрегата в рабочее состояние. Приобретая аккумуляторные батареи, ориентируйтесь на характеристики и маркировку, но о них более конкретно поговорим ниже.
Подключение прибора
Каждому автовладельцу необходимо знать, какой ток утечки должен быть в автомобиле. Перед определением потерь тока прибор необходимо подключить к сети. Устройства, потребляющие заряд батареи, нужно отключить. Мультиметр подключается к системе:
Рекомендуем: Аккумуляторы OPTIMA Batteries (Оптима)
Нельзя подключать устройство к плюсу и минусу батареи одновременно — это может вызвать короткое замыкание. С автомашиной все будет в порядке, но предохранитель быстро сгорит. Если все подключено правильно, на дисплее отображается показатель электрического тока, который постоянно проходит через электрическое устройство.
Если допустимая потеря электричества в машине ниже результата измерений, следует продолжить поиск причины утечки.
Можно ли увеличить или уменьшить показатели
Производители автомобилей категорически запрещают вмешиваться в конструкцию штатной электрической проводки. Установка предохранителей с повышенным номиналом приводит к перегреву электрических жгутов и разрушению изоляторов. При коротком замыкании вставка не разрушается, что приводит к разогреву металлических кабелей и возгоранию в панели приборов или моторном отсеке. Поскольку в конструкции машины используются легковоспламеняющиеся материалы, то малейший пожар в салоне приводит к полному выгоранию автомобиля.
В процессе эксплуатации машины не следует устанавливать в штатный прикуриватель разветвители на несколько приборов, которые не обеспечивают безопасность соединения электрической цепи. При плохом контакте между вставкой и корпусом происходит обгорание металлических контактов, ухудшающее проводимость металлов. В этом случае требуется заменить изношенные детали, следы нагара удаляются наждачной бумагой.
Если владелец машины хочет подключать оборудование с повышенной мощностью (например, электрический насос для накачивания шин), то необходимо обустроить отдельную розетку. Устройство подключается напрямую к аккумуляторной батарее, в цепи предусматривается защитный предохранитель. Для подсоединения используется медный провод с увеличенным сечением, способный выдерживать повышенную нагрузку. Допускается коммутация через реле, позволяющее эксплуатировать розетку только после включения зажигания (для защиты батареи от разрядки).
Резервная емкость аккумуляторной батареи
Для аккумулятора машины характерен такой параметр, как резервная емкость, который указывает на то, сколько продержится автомобиль в том случае, если у него внезапно откажет генератор. При этом машина должна будет эксплуатироваться:
Резервная емкость, как правило, составляет примерно двадцать пять ампер при зарядке аккумулятора. Этот параметр приблизительно равняется току, потребляемому бензиновым двигателем автомобиля, при этом самым лучшим аккумулятором считается тот, который выдает резервную емкость в сто десять минут. На этой резервной мощности машина сможет преодолеть не менее, чем сотню километров за два часа, даже, если у нее полностью откажет генератор.
Мощность прикуривателей
Для расчета максимальной мощности используется формула вида Р=I*U*a, где:
Например, если устройство рассчитано на напряжение 12 В и силу тока 15 А, то максимальная потребляемая мощность составляет 12*15=180 Вт. Данный параметр определяет кратковременную нагрузку на электрические цепи, запрещается коммутировать оборудование с аналогичным энергопотреблением на длительное время. При протекании электрического тока происходит нагрев металлических жил проводки, что вызывает оплавление или возгорание изоляции. Для коммутации приборов следует использовать штатную розетку или гнездо, установленное самостоятельно.
Содержание
Автомоби́льный генера́тор
— устройство, обеспечивающее преобразование механической энергии вращения коленчатого вала двигателя автомобиля в электрическую.
Неоднозначные перспективы
Действующий стандарт зарядки электромобилей на постоянном токе рассчитан на аккумуляторные батареи с рабочим напряжением 450 В. Таково сегодняшнее видение ситуации конструкторами электромобилей. Но уже сейчас проводятся исследования, показывающие, что для повышения эффективности и ходовых качеств электромобилей потребуется повышать напряжение батареи, вплоть до 900 В. Также ожидается, что в ближайшее время аккумуляторы в электромобилях будут вытеснены суперконденсаторами. Оба события потребуют переделывать или просто заменять оборудование зарядных станций на постоянном токе. В то же время зарядные станции на переменном токе смогут без проблем обслуживать как машины с 900 В аккумуляторами, так и электромобили на суперконденсаторах.
Поэтому развитие сетей зарядных станций на переменном токе еще долго будет интересовать инвесторов. Такие станции не только стоят недорого, но еще и защищают инвестиции, поскольку совместимы с электромобилями будущего.
Тем не менее и станции на постоянном токе способны занять свою нишу на рынке при установке их на крупных магистралях федерального значения. За счет обслуживания большого потока машин инвестиции окупятся быстрее, чем поменяются стандарты.
Источник: Алексей Васильев, журнал «Электротехнический рынок» №3 2020
Ампераж прикуривателей
Автомобильный прикуриватель представляет собой металлический стакан с контактными пластинами, в который вставляется заглушка со спиралью накаливания. Допустимая сила тока в цепи рассчитывается в зависимости от сопротивления элемента накаливания и напряжения в бортовой сети (согласно закону Ома). Соответственно подбирается сечение многожильных коммутационных проводов и номинал предохранителя, который ставится в салонном блоке (установлен в панели приборов или в багажном отделении машины).
Следует учитывать, что оборудование рассчитано на максимальной мощности на протяжении 10-15 секунд. После нагрева спирали срабатывает биметаллический фиксатор, встроенная в заглушку пружина автоматически размыкает контакты. Номинал предохранителя находится в диапазоне от 10 до 15 А (зависит от производителя и модели машины, информация указывается в инструкции по эксплуатации).
При коротком замыкании перемычка предохранителя не выдерживает увеличенную силу тока и разрушается, размыкая цепь.
Владелец машины должен заменить вставку на элемент с идентичными рабочими параметрами. Использовать предохранители повышенного номинала или самодельные приспособления («жучки») категорически запрещено. Если происходит повторный выход из строя вставки, то требуется провести диагностику электрической цепи и устранить причину короткого замыкания.