Строительные машины и оборудование, справочник






Основы электротехники в автомобилестроении


Категория:
   Техническое обслуживание автомобилей


Основы электротехники в автомобилестроении

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.



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.

Рис. 1. Последовательное (а) и параллельное (б) соединение потребителей

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.

Рис. 2. Последовательное (а) и параллельное (б) соединение источников тока

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.

Рис. 3. Магнит (а) и электромагнит (б)

Если магнитное поле проводника с током расположено в магнитном поле магнита или электромагнита, то эти поля взаимодействуют так, что проводник выталкивается из магнитного поля.

Рис. 4. Схема простейшего электродвигателя постоянного тока: 1— рамка, 2. 3 — полюса электромагнита, 4, 7 — щетки, 5, 6 — полукольца коллектора

Рис. 5. Схема простейшего генерал тора постоянного тока: 1 — аккумуляторная батарея, 2 — рамка, 3. 4 — полюсы электромагнита, 5, 8 — щетки, 6,7 — полукольца

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.

Рис. 6. Принципиальная схема получения переменного тока

Рис. 7. Упрощенная схема генератора трехфазного переменного тока

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.

Рис. 8. Условные изображения на электрических схемах: а — диода, б — транзистора

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.

Рис. 9. Кремниевый диод: 1 — вывод, 2 — проводник, 3 — трубка, 4 — стеклоизолятор, 5 — баллон, 6 — алюминиевый электрод, 7 — кристалл крем-иия, 8 — защитное покрытие, 9 — корпус, 10 — припой


Читать далее:

Категория: - Техническое обслуживание автомобилей

Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины