На автомобиле электрическая энергия используется для зажигания рабочей смеси в цилиндрах двигателя, пуска двигателя стартером, освещения, световой и звуковой, сигнализации и других целей.
Для питания электрической энергией всех приборов электрооборудования на автомобилях устанавливают два источника — генератор и аккумуляторную батарею.
В зависимости от электрических свойств все вещества делятся на проводники, полупроводники и изоляторы.
Вещества, в которых электрические заряды могут свободно перемешаться, называются проводниками. К ним относятся все металлы, уголь, графит, растворы солей, кислот и щелочей.
Вещества, в которых электрические заряды не могут свободно перемещаться, называются изоляторами. К ним относятся стекло, фарфор, лаки, резина, слюда, масла и др.
Полупроводники занимают промежуточное положение между проводниками и изоляторами. К ним относятся кремний, германий и др.
У работающего генератора и заряженной аккумуляторной батареи на минусовом зажиме имеется избыточное количество свободных электронов, создающих отрицательный заряд, а на плюсовом недостаток электронов, что создает положительный заряд. Неодинаковое количество свободных электронов на плюсовом и минусовом зажимах создает электродвижущую силу (э. д. с).
Если подключить металлический проводник к зажимам источника, то под действием э. д. с в проводнике возникнет направленное движение свободных электронов от минусового зажима к плюсовому, т. е. по нему будет проходить ток. Условно принято считать направление тока во внешней цепи от плюсового зажима источника к минусовому (противоположное движению электронов).
Ток в проводнике, имеющий одно направление движения, называют постоянным током.
Электрическая цепь состоит из источника, потребителей электрической энергии, проводников, выключателей, предохранителей и измерительных приборов (амперметра, вольтметра и др.). Электрическая цепь подразделяется на внешнюю и внутреннюю.
Внешняя цепь состоит из потребителей электрической энергии, подключенных проводниками к источнику.
Внутренней цепью называют путь прохождения тока внутри источника электрической энергии.
Потребителями называют все приборы, преобразующие электрическую энергию в другие виды энергии: например, в тепловую и световую в нагревательных приборах, в химическую в аккумуляторах при их заряде и т. п.
Электродвижущая сила (э. д. с) источника тока измеряется при разомкнутой внешней цепи вольтметром. Единица измерения э.д. с — вольт (В). При замкнутой цепи э. д. с создает ток и преодолевает сопротивление внешней и внутренней цепей. Та часть э. д. с, которая затрачивается на преодоление сопротивления внешней цепи, называется напряжением (U) и также измеряется в вольтах, но при замкнутой внешней цепи, когда по ней проходит ток (смотреть статью на сайте под номером 40, в, г).
Напряжение на зажимах внешней цепи всегда меньше э.д.с источника на величину падения напряжения внутри источника.
Проводники оказывают сопротивление движению электронов,
Сопротивление (R) проводников измеряется в омах (Ом). Сопротивление металлических проводников будет больше при увеличении длины и уменьшении площади поперечного сечения, а также при повышении их температуры.
Сила тока в цепи определяется количеством электричества (количеством электронов), проходящего через поперечное сечение проводника за 1 с и измеряется в амперах (А) прибором амперметром, который включается в цепь последовательно потребителю (см. смотреть статью на сайте под номером 40, в, г).
Сила тока () в цепи любого потребителя зависит от напряжения U на зажимах этого потребителя и его сопротивления R. Эта зависимость определяется законом Ома: — UR
Работа и мощность тока. В период преобразования электрической энергии в другие виды энергии совершается работа электрических сил. Скорость, с которой совершается работа, называется мощностью.
Мощность тока (Р) измеряется в ваттах (Вт) и определяется по формуле Р— UI.
Тепловое действие тока. В момент прохождения электрического тока проводник нагревается, в результате чего повышается его сопротивление. Проводники нагреваются сильнее при увеличении силы тока в цепи, большей величине сопротивления проводника и большем времени прохождения тока. В лампах накаливания и нагревательных приборах превращение электрической энергии в тепловую используется для полезных целей. Излишний нагрев проводов и обмоток приборов вызывает повреждение изоляции и даже расплавление металла провода.
Соединение источников электрической энергии. При последовательном соединении, (смотреть статью на сайте под номером 40,а) минусовой зажим одного аккумулятора соединяют с плюсовым зажимом другого аккумулятора и т. д. Среднее рабочее напряжение одного аккумулятора равно 2 В. Напряжение всех последовательно включенных аккумуляторов действует в одном направлении, иобщее напряжение батареи будет равно сумме напряжений всех аккумуляторов.
При параллельном соединении (смотреть статью на сайте под номером 40,б) минусовые зажимы всех аккумуляторов соединяют в один общий зажим, а плюсовые — в другой. В этом случае напряжение батареи будет равным напряжению одного аккумулятора, но зато от такой батареи можно получить большую силу тока.
Соединение потребителей электрической энергии. При последовательном соединении (смотреть статью на сайте под номером 40,8) все потребители включены один за другим в одну линию, поэтому по всем потребителям проходит ток одинаковой силы. Общее сопротивление внешней цепи равно сумме сопротивлений всех включенных потребителей. В нашем примере RmssRi+Rzzael Qm42 Ом = 3 Ом.
При параллельном соединении (смотреть статью на сайте под номером 40,г) к одной точке цепи подключают по одному зажиму каждого потребителя, а к другой точке цепи другие зажимы. В нашем примере внешняя цепь имеет, два разветвления, т. е. две параллельные ветви. Оба потребителя Ri и R% находятся под одинаковым напряжением С=12 В. Сила тока в цепи каждого потребителя зависит от величины его сопротивления. В цепи первого потребителя
Общая сила тока во внешней цепи равна сумме сил токов в цепях всех параллельно включенных потребителей ===== ±|—2=12+6=18 А Сопротивление внешней цепи всегда будет меньше сопротивления каждого потребителя. На автомобиле все потребите. ли электрической энергии включены паралллельно друг другу.
Магниты изготовляют из сплава стали с другими металлами. Магнитное поле (смотреть статью на сайте под номером 41, а) имеет северный (М) и южный (S) полюсы. Между полюсами действуют магнитные линии, направление действия которых принято считать от северного к южному.
Магнит притягивает стальные и чугунные предметы. Полюсы магнита обладают наибольшей силой притяжения. Магнитные линии разноименных полюсов притягиваются друг к другу, а одно.
Магниты применяются в контрольно-измерительных приборах автомобиля.
Магнитное поле электрического тока. Проводник, по которому проходит ток, окружен магнитным полем, магнитные линии которого действуют вокруг проводника (смотреть статью на сайте под номером 41,6). Катушка проволоки (смотреть статью на сайте под номером 41, в), по которой проходит ток, имеет магнитное поле, обладающее на одном торце катушки северным и на другом южным полюсами. Катушку с током называют соленоидом.
Электромагнитом называют катушку с током с введенным внутрь ее сердечником из мягкой стали (смотреть статью на сайте под номером 41,г). Сердечник нужен для усиления магнитного поля. Магнитное поле электромагнита будет сильнее при увеличении силы тока и числа витков катушки. Электромагниты применяются в стартерах, генераторах, различных реле, звуковых сигналах и многих других приборах электрооборудования автомобилей.
Устройство и принцип действия простейшего электродвигателя. Если ввести проводник с током в магнитное поле электромагнита или магнита, то он будет выталкиваться. На этом принципе работают электродвигатели.
Простейший электродвигатель (смотреть статью на сайте под номером 42) состоит из рамки 10, расположенной между полюсами JV и S двух электромагнитов, коллектора и щеток 8. Электромагниты состоят из стальных сердечников и 5, на которые намотаны катушки 2 й 4. Концы рамки 10 припаяны к медным полукольцам 9 коллектора. По коллектору скользят две графитовые щетки 8. Катушки, рамка и пластины коллектора выполнены из меди. Рамка 10 и полукольца 9 коллектора закреплены на валу 3. При включении цепи выключателем 6 ток от аккумуляторной батареи 7 будет проходить по катушкам 2 и 4 а по рамке 10 (на проводниках путь тока показан стрелками). Сердечники и 5 электромагнитов намагнитятся, а вокруг проводников рамки 10 возникнет круговое магнитное поле. Магнитные линии проводников рамки 10 смещают по направлению своего действия магнитные линии электромагнитов, которые, стремясь выпрямиться, будут давить на рамку, создавая две силы F и F, вызывающие вращение рамки,
При каждом полуобороте рамки 10 каждое полукольцо 9 коллектора устанавливается под другую щетку 8, что изменяет направление тока в рамке 10. Но направление тока в проводнике, попадающем под северный полюс V, всегда будет от нас, а в проводнике, попадающем под южный полюс S, всегда будет на нас. При этом условии рамка 10 будет вращаться все время в одну сторону, В катушках 2 и 4 направление тока остается постоянным, а поэтому, будут неизменными и магнитные полюса сердечников и 5.
Электромагнитной индукцией называют индуктирование э.д.с в проводнике, пересекающем магнитные линии (смотреть статью на сайте под номером 43). В момент пересечения проводником магнитных линий происходит сдвиг свободных электронов в проводнике на один из его концов, где и создается отрицательный заряд. На другом конце проводника недостаток электронов создает положительный заряд. Следовательно, создается э.д.с. под действием которой в замкнутом проводнике будет проходить электрический ток. На рисунке направление тока показано стрелками.
Если изменить направление движения проводника в магнитном поле (по рисунку — вниз), то изменится и направление действия индуктируемой э.д.с, что вызовет движение электрического тока в проводнике в другую сторону. Следовательно, при каждом изменении направления движения проводника в нем будет изменяться направление движения электрического тока. Таким образом, в проводнике будет проходить переменный ток.
Индуктируемая э.д.с будет больше при увеличении скорости движения проводника, большем числе его витков и более сильном магнитном поле, в котором он движется. На принципе электромагнитной индукции работают генераторы,
Взаимоиндукция. Если прерывателем Пр (смотреть статью на сайте под номером 44, а) замыкать! и размыкать электрическую цепь первичной обмотки , то вокруг сердечника будет то возникать, то исчезать магнитное поле. Магнитные линии поля, пересекая витки вторичной обмотки 2, индуктируют в них э.д. с взаимоиндукции. Индуктируемая э. д. с увеличивается при увеличении числа витков вторичной обмотки, более сильном магнитном поле первичной обмотки и более быстром исчезновении магнитного поля. На принципе взаимоиндукции работают катушки зажигания.
Самоиндукция. При замыкании и размыкании контактов прерывателя витки первичной обмотки пересекаются магнитными линиями и в^них индуктируется э. д. с самоиндукции. Э.д. с самоиндукции действует против тока при замыкании контактов прерывателя (смотреть статью на сайте под номером 44, б), замедляя нарастание силы тока в обмотке. При размыкании контактов прерывателя э.д. с. самоиндукции действует в направлении движения тока (смотреть статью на сайте под номером 44, в) и создает искру между контактами. Из-за искрения окисляются и выгорают контакты и замедляется прерывание тока в первичней обмотке.
Понятие о переменном токе. Переменным током называется ток,^ который меняет направление движения в цепи. В электрической сети промышленный переменный ток изменяет направление через каждую 0,01 с.
Трехфазный переменный ток. На смотреть статью на сайте под номером 45 приведены принципиальные схемы трехфазного генератора переменного тока. Обмотка статора состоит из трех катушек Kl, К2 и КЗ, расположенных на зубцах стального статора под углом 120°. По одному концу каждой катушки выводится в цепь потребителей, а другие концы соединены в одну точку. Каждая отдельная катушка и включенный в ее цепь потребитель называется фазой.
Между зубцами статора J вращается намагниченный ротор 2. За каждые 120° поворота ротора 2 к зубцам статора с катушками Kl, К2 и КЗ подходят попеременно то северный, то южный полюсы ротора. Катушки пересекаются магнитными линиями, и в них индуктируется переменная по направлению д.с, которая и создает переменный ток в цепи трех фаз. Ток, созданный в цепи любой фазы, будет проходить в цепи двух других фаз. На смотреть статью на сайте под номером 45, а н б показано, что ток первой фазы, состоящей из катушки <7 и лампы .#, проходит в цепи двух других фаз Л2—К2 и ЛЗ—КЗ. На автомобилях применяют трехфазные генераторы переменного юка.
Трехфазный ток создается в трех электрических цепях генератора переменного тока, в котором за один оборот ротора в каждой фазе непи через равные промежутки времени будет меняться направление тока. Трехфазный ток передается по трем проводам.
Однофазный ток. Если не соединять концы катушек генератора в одну точку и к каждой катушке подключить свой потребитель, то создадутся три самостоятельные цепи. В каждой цепи будет проходить однофазный переменный ток. Однофазный ток передается по двум проводам.
Понятие о полупроводниковых приборах. В электрооборудовамии автомобиля применяются следующие полупроводниковые приборы: диоды, транзисторы, стабилитроны и др.
Диодом называют двухэлектродный полупроводниковый прибор, который проводит ток только в одном (прямом) направлении. Кристалл 5 (смотреть статью на сайте под номером 46, а) полупроводника (кремний или германий) припаивают к дну металлического корпуса 6. Затем на кристалл наплавляют слой металла 4 с хорошей электропроводностью. В месте контакта металла и полупроводника образуется переход (заторный слой), который в одном (прямом) направлении обладает очень малым сопротивлением, равным десятым долям Ома, а в обратном — сотням и даже тысячам Ом. Герметизирующий изолятор 3 изолирует выводной проводник от крышки 2. На смотреть статью на сайте под номером 46, в показана схема включения диода, когда через диод проходит ток в прямом направлении на питание лампы, а на смотреть статью на сайте под номером 46,г, когда при включении диода в обратном направлении тока в цепи не будет. Диоды применяют в генераторах для выпрямления переменного тока, в регуляторах напряжения и других приборах.
Для выпрямления обоих полупериодов трехфазного переменного тока катушки Kl, К2 и КЗ (смотреть статью на сайте под номером 46, д, е, ж) обмотки статора генератора присоединены к шести диодам, составляющим трехфазный двухполупериодный выпрямитель.
На смотреть статью на сайте под номером 46, д, е, ж показано направление тока в цепи трех фаз, когда в катушках <7, К2 и КЗ поочередно, через 120° поворота магнита (см. смотреть статью на сайте под номером 46) будет действовать э.д. с в прямом направлении в сторону диодов. Ток катушки К1 проходит по цепи: катушка ( — диод Д1 — зажим «+» генератора—лампа — зажим «—» генератора— диоды Д4 и Д5 — катушки К2 и КЗ, а затем снова в катушку (. Путь тока в цепи для двух других случаев показан стрелками на смотреть статью на сайте под номером 46, е, ж.
Транзистором называют трехэлектродный полупроводниковый прибор. Средний электрод транзистора (смотреть статью на сайте под номером 47, о), выполненный из кристалла полупроводника 2 (кремния или германия), называется базой. На две стороны кристалла наплавляют металл с хорошей электропроводностью (индий и др.). Наплавленные слон являются электродами, один из них называют эмиттером, а другой — коллектором. Выводные проводники от базы и эмиттера изолированы от корпуса, а коллектор соединен с корпусом транзистора.
В местах контакта эмиттера и коллектора с базой образуются два перехода (запорные слои). При разомкнутом выключателе Вк (смотреть статью на сайте под номером 47, г) транзистор будет закрыт, так как сопротивление обоих переходов будет равно нескольким тысячам Ом, и поэтому через транзистор ток не проходит.
Чтобы открыть транзистор, необходимо уменьшить сопротивление обоих переходов в несколько тысяч раз, для чего выключателем Вк включают цепь управления, которая является цепью базы транзистора. Тогда под действием э. д. с от минусового зажима источника в базу транзистора переместится большое количество свободных электронов. Сопротивление переходов понизится. В цепи базы будет проходить ток небольшой силы, равный десятым долям ампера. На смотреть статью на сайте под номером 47, г путь тока базы б, т. е. путь тока управления, показан пунктирными стрелками. Для ограничения силы тока управления в пепь включен дополнительный резистор R$. При прохождении тока базы сопротивление обоих переходов транзистора резко уменьшается до десятых долей Ома и в цепи потребителя через транзистор будет проходить ток большой силы. Амперметр будет регистрировать ток только после открытия транзистора. Следовательно, выключателем Вк в цепи управления можно обеспечить открытие или закрытие транзистора. Таким образом при помощи транзистора обеспечиваются включение и выключение электрической цепи или участка цепи какого-либо прибора в определенные моменты его работы. Транзисторы применяют в регуляторах напряжения генератора, системах зажигания, измерительных приборах, прерывателях указателей поворота и др.
Стабилитроном называют такой кремниевый диод, который обладает свойством проводить ток в обратном (непроводящем) направлении без разрушения запорного слоя при определенном напряжении.
На смотреть статью на сайте под номером 48 показан стабилитрон, включенный в цепь базы транзистора. Следовательно, пока стабилитрон 3 не проводит ток, транзистор будет закрыт, и потребитель 2 электрической энергии будет отключен. Амперметр не будет регистрировать ток. Если перемещением движка 4 постепенно увеличивать подводимое напряжение к стабилитрону, то при малой величине напряжения сопротивление перехода .стабилитрона будет оставаться большим (не сколько тысяч Ом) и ток в о6ратном направлении. При + увеличении напряжения, подводимого к стабилитрону, он начинает проводить ток. Например, когда к стабилитрону, применяемому в транзисторном регуляторе РР350, подведём напряжение С=8 В, то произойдет резкое уменьшение сопротивления перехода (запорного слоя) и через стабилитрон, в цепи базы транзистора, будет проходить ток, т. е. стабилитрон «пробивается», но без разрушения перехода. В этот момент транзистор открывается, и в цепи потребителя будет проходить ток. При напряжении ниже 8 В переход стабилитрона снова резко восстанавливает свое большое сопротивление, что прерывает ток в цепи базы транзистора, и он закрывается. Стабилитроны применяют в транзисторных регуляторах напряжения, транзисторной системе зажигания и других системах.
личпвает количество свинца, участвующего в реакции с электролитом, а поэтому повышается емкость аккумулятора.
Для увеличения емкости и уменьшения внутреннего сопротивления в каждом аккумуляторе полублоки имеют по нескольку штук положительных 3 и отрицательных 1 пластин. Пластины полублока соединены между собой параллельно и приварены к соединительной пластине 5 штыря 6. Положительные пластины аккумулятора введены между отрицательными. Отрицательных пластин па одну больше, чем положительных, что необходимо для уменьшения коробления крайней положительной пластины. Меж* ду положительными и отрицательными пластинами устанавливают сепараторы 2, которые не позволяют соприкасаться разноименным пластинам. Сепараторы изготовляют из микропористой пластмассы (мипор, мипласт) или стекловолокна. Ребристая сторона сепаратора обращена к положительным пластинам, что обеспечивает лучший приток электролита в поры активной массы пластин, а поэтому повышается емкость аккумулятора.http://новости-германия.рф/