ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
Источники тока и реле-регуляторы
Основные сведения по электротехнике. Современный
автомобиль не может работать без электрического тока. При
помощи электрического тока происходит зажигание рабочей
смеси в карбюраторных и газосмесительных двигателях, пуск
двигателя стартером, приводятся в действие световая и звуковая
сигнализация, контрольно-измерительные приборы,
освещение и дополнительное оборудование.
Электрическим током называется направленное движение
заряженных частиц в проводнике, а сила, под действием
которой в проводниках возникает электрический ток, называется
электродвижущей силой (ЭДС).
Источниками электрического тока называются такие
приборы или агрегаты, которые превращают один из видов
энергии в электрическую.
Для получения электрической энергии на автомобиле устанавливают
источники электрического тока — генератор и
аккумуляторную батарею. Генератор превращает механическую
энергию в электрическую, а аккумуляторная батарея —
химическую энергию в электрическую.
Приборы, которые превращают электрическую энергию
в другие виды энергии, называют потребителями. К таким
приборам относятся лампы освещения, стартер, электродвигатели
вентилятора, стеклоочистителя и обогрева кабины,
указатель температуры воды, давления масла в двигателе и
другие приборы.
Некоторые материалы создают небольшое сопротивление
прохождению по ним электрического тока, их называют
проводниками. Хорошо проводят электрический ток металлы,
уголь, водные растворы кислот и щелочей. В качестве
проводников, соединяющих приборы электрооборудования,
используют медную или алюминиевую проволоки.
Есть материалы, настолько плохо проводящие электрический
ток, что их практически применяют как непроводники,
или изоляторы; к ним относятся резина, эбонит, пластмассы,
стекло и др.
Вещества, занимающие по ряду физических свойств, в
том числе и по проводимости, промежуточное положение
между проводниками и непроводниками, называют полупроводниками.
Некоторые полупроводники обладают свойством
образовывать на граничной поверхности между полупроводником
и металлом запирающий слой, пропускающий ток
только в одном направлении. Полупроводники используют
также для изготовления фотоэлементов, термисторов и др.
В качестве полупроводников применяют кремний, селен,
германий.
Источники тока, потребители и соединяющие их провода
образуют электрическую цепь. Различают внутреннюю
и внешнюю электрические цепи: внутренняя электрическая
цепь образуется в самом источнике тока; к внешней электрической
цепи относятся потребители тока и провода, соединяющие
приборы. Характерной особенностью электрической
цепи на автомобиле является то, что одним проводом
служит масса (металлические части автомобиля), а
другим проводом служат изолированные провода. В связи
с этим электрическая цепь на автомобиле называется однопроводной.
Часть ЭДС источника тока, затрачиваемая на преодоление
сопротивления внешней цепи, называется напряжением.
Единицей измерения напряжения служит вольт (В).
Количество электричества, которое проходит через поперечное
сечение проводника за 1 с, называется силой тока
Единицей измерения силы тока служит ампер (А).
Всякий проводник создает сопротивление прохождению
тока. Сопротивление измеряется омами (Ом).
Между силой тока, напряжением и сопротивлением существует
зависимость, которая определяется законами Ома:
сила прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна
сопротивлению.
Работа электрического тока, выполненная за единицу
времени, называется мощностью. Мощность измеряется
ваттами (Вт).
Электрический ток, проходящий через проводник, нагревает
его. Количество тепла, выделяемое при нагревании,
пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника
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
то в одном, то в другом направлениях.
В каждом источнике постоянного тока различают два
полюса: положительный (+) и отрицательный (–). Условно
считают, что во внешней цепи постоянный ток движется
от положительного полюса к отрицательному. На автомобилях
отрицательный полюс источника тока соединяют с массой,
т.е. с металлическими частями автомобиля.
Потребители или источники тока могут быть соединены
между собой последовательно и параллельно. При последовательном
соединении отрицательный полюс одного источника соединяют с положительным полюсом другого. В результате
такого соединения общее напряжение будет равно
сумме напряжений всех источников тока.
При напряжении источника тока 2 В (в свинцовых аккумуляторах)
для получения 12 В нужно соединить последовательно
шесть аккумуляторов.
При параллельном соединении источников тока необходимо
соединить между собой одноименные полюса — положительный
с положительным, а отрицательный с отрицательным
. При таком соединении источников
тока общее напряжение будет таким же, как у одного источника
тока. Несколько аккумуляторов, соединенных между
собой, образуют батарею.
При последовательном соединении потребителей весь ток
проходит через каждый потребитель. При параллельном
соединении ток, разветвляясь, поступает к каждому
потребителю отдельно. На автомобиле применяют
последовательное и параллельное соединения.
Магнетизм и электромагнетизм. В природе встречается
железная руда, которая обладает свойством притягивать к
себе стальные и чугунные предметы. Такая руда называется
природным магнитом. Если приложить к магниту стальные
или чугунные предметы, то они намагничиваются. Предметы
из углеродистой стали сохраняют магнитные свойства и
после воздействия на них магнита. Такие стальные предметы
называются искусственными магнитами. Магнит притягивает
к себе стальные предметы не только при непосредственном
соприкосновении, но и на расстоянии, что свидетельствует
о наличии вокруг магнита магнитного поля. Каждый
магнит имеет два полюса: северный и южный. При сближении
одноименных полюсов двух магнитов они отталкиваются,
а при сближении разноименных полюсов — притягиваются.
Магнитное поле вокруг магнитов состоит из магнитных
силовых линий, направленных от северного полюса
к южному. С удалением от магнита напряженность магнитного
поля уменьшается.
Если через проводник пропустить электрический ток, то
вокруг него создается кольцевое магнитное поле без выраженных
полюсов При прохождении тока по
проводнику, свернутому в виде спирали, магнитное поле,
складываясь, образует на концах спирали полюса — северный
и южный . Если в середину такой спирали поместить
сердечник из малоуглеродистой стали, обладающий
хорошей магнитной проводимостью, то образуется электромагнит, имеющий свойства природного магнита.
Магнитное поле электромагнита можно увеличивать или
уменьшать, изменяя силу тока или число витков спирали. С
увеличением силы тока или витков электромагнита усиливается электромагнитное поле. Электромагниты имеют широкое
применение в приборах электрооборудования (генераторе,
стартере, звуковом сигнале, стеклоочистителе, контрольно-
измерительных приборах) автомобиля.
Если проводник с током поместить в магнитном поле
магнита (электромагнита), то в результате взаимодействия
магнитных полей проводника и магнита проводник будет
выталкиваться. На этом явлении основана работа электродвигателей.
В рассмотренном случае электрическая энергия превращается
в механическую. Для превращения механической
энергии в электрическую используют явление электромагнитной
индукции. Если замкнутым проводником пересекать
магнитные силовые линии, то в таком проводнике возникает
электрический ток.
Сила индуктированного тока зависит от длины проводника,
скорости пересечения им магнитного поля, плотности
тоянного магнита и рамки с током магнитного поля и угла, под которым пересекаются магнитные
силовые линии.
В генераторах тока проводники выполнены в виде петель.
Если такую петлю поместить в магнитное поле и вращать,
то в проводнике индуктируется ЭДС.
На автомобилях устанавливают генераторы, вырабатывающие
однофазный или трехфазный ток. Если проводники
генератора, в которых индуктируется ток, образуют одну
обмотку (даже состоящую из большего числа витков), то
будет вырабатываться однофазный ток. Если проводники
образуют три одинаковые обмотки, расположенные по окружности
под углом 120°, будет индуктироваться трехфазный
ток.
Индуктирование ЭДС может также осуществляться взаимоиндукцией.
При прохождении тока в обмотке одной из
катушек (первичной) вокруг нее создается магнитное поле,
которое охватывает витки обмотки катушки (вторичной).
Когда замыкают и размыкают цепь первичной обмотки, вокруг нее появляется и исчезает магнитное поле, появляющееся
или исчезающее магнитное поле первичной обмотки пересекает
витки вторичной обмотки и в ней возникает ЭДС,
которую называют ЭДС взаимоиндукции. На этом явлении
основана работа катушки зажигания. Наряду с пересечением
витков вторичной обмотки исчезающее и появляющееся магнитное
поле пересекает также витки первичной обмотки, в
которых возникает дополнительная ЭДС самоиндукции.
Полупроводниковые приборы. В системе электрооборудования
автомобиля применяют полупроводниковые приборы
— диоды и триоды (транзистор). Полупроводниковый
диод обладает свойством пропускать ток в одном направлении.
Диод состоит из пластинки германия или
кремния, в которую вплавлена капелька алюминия или индия.
На границе между ними образуется переходный слой,
имеющий одностороннюю направленность. Такие диоды применяют
в качестве выпрямителей переменного тока.
Полупроводниковый триод, называемый транзистором, состоит из полупроводниковой пластинки —
базы (например, германия или кремния) и двух наплавленных
капель, образующих две зоны проводимости. Тот электрод
(капля), к которому подводится напряжение, называется
эмиттером, а другой, с которого снимается напряжение, называется
коллектором. Управление проводимостью транзистора
осуществляется при помощи тока, подводимого к базе.
Транзисторы можно применять для усиления или прерывания
тока.
Аккумуляторная батарея, состоящая из шести свинцово-кислотных аккумуляторов, является химическим источником
постоянного тока и служит для питания электрическим
током приборов электрооборудования при неработающем
двигателе, при пуске двигателя стартером, а также при
работе двигателя на малой частоте вращения коленчатого
вала.
Устройство и принцип действия простейшего аккумулятора.
Простейший аккумулятор состоит из емкости с помещенными
в нее двумя свинцовыми пластинами, не соприкасающимися
друг с другом. В сосуд заливается электролит,
состоящий из дистиллированной воды с добавлением
химически чистой серной кислоты в определенной пропорции.
Уровень электролита должен превышать высоту
пластин, что обеспечивает полное использование их поверхности.
Подготовленный таким образом аккумулятор заряжается
от источника постоянного тока — генератора путем
соединения одной пластины с положительным, а другой —
с отрицательным полюсом.
При прохождении тока через пластины и электролит (заряд)
в аккумуляторе происходит процесс преобразования
электрической энергии в химическую, что выражается в образовании
налета активной массы на поверхности пластин.
На положительной пластине образуется перекись свинца коричневого
цвета, а на отрицательной — губчатый свинец серого
цвета. При этом плотность электролита значительно
увеличивается — аккумулятор зарядился. Напряжение заряженного
аккумулятора составляет 2 В.
При включении в цепь аккумулятора какого-либо потребителя
(лампы) происходит обратный процесс превращения
химической энергии в электрическую, и аккумулятор постепенно
разряжается. При этом активная масса на той и другой
пластинах превращается в сернокислый свинец,
а плотность электролита уменьшается. После полного разряда
аккумулятор снова заряжается и работоспособность его
восстанавливается.
Для увеличения емкости аккумулятора (запаса электроэнергии) в нем устанавливают большое количество решетчатых
пластин, заполненных активной массой и составляющих
два полублока. При этом для изоляции между
положительными и отрицательными пластинами устанавливаются
сепараторы.
Аккумуляторная батарея состоит из шести свинцово-кислотных
двухвольтовых аккумуляторов, соединенных между
собой последовательно, что обеспечивает получение в
электрической цепи рабочего напряжения 12 В, необходимого
для питания всех потребителей на автомобиле.
Устройство аккумуляторной батареи. Аккумуляторная
батарея имеет полипропиленовый полупрозрачный корпус,
разделенный перегородками на шесть отсеков, представляющих
собой отдельные аккумуляторы. Сверху аккумуляторы
закрыты общей полипропиленовой крышкой, приваренной
к корпусу ультразвуковой сваркой. В крышке имеются
отверстия для заливки электролита в каждый аккумулятор и для прохода двух полюсных выводов батареи (плюсового
и минусового).
Каждый аккумулятор состоит из двух полублоков чередующихся
пластин: положительных и отрицательных. Пластины
одинаковой полярности приварены к межэлементным
соединениям (борнам), которые служат для крепления пластин
и выводов тока и соединяют аккумуляторы батареи между
собой. Решетки пластин отлиты из сплава свинца с добавлением
кальция и сурьмы, что замедляет процесс разложения
электролита и саморазряд аккумуляторов.
Для увеличения емкости в решетку пластин впрессовывают
активную массу, приготовленную на водном растворе
серной кислоты из окислов свинца — свинцового сурика
(Pb3O4) и свинцового глета (PbO) — для положительных пластин
и свинцового порошка — для отрицательных пластин.
Одноименные пластины соединяются в полублоки, заканчивающиеся выводными полюсными штырями. Полублоки
с положительными и отрицательными пластинами собирают
в блок таким образом, что положительные пластины располагаются
между отрицательными, поэтому последних
обычно на одну больше. Это позволяет лучше использовать
двустороннюю активную массу крайних положительных
пластин и предохраняет их от коробления и разрушения.
Положительные пластины аккумулятора помещаются в
сепараторы, изготовленные в виде конвертов из тонкого пластикового
микропористого материала. Это исключает их короткое
замыкание отрицательными пластинами, а малая толщина
и большая пористость сепараторов облегчают прохождение
через них электролита, снижают внутреннее сопротивление
и обеспечивают получение разрядного тока большой
силы. Кроме того, это исключает короткое замыкание
пластин выпадающей активной массой, позволяет устанавливать
блоки пластин непосредственно на днище бака без
ребер и значительно увеличить объем электролита над пластинами
и тем самым увеличить срок доливки дистиллированной
воды при эксплуатации автомобиля.
Для облегчения проверки уровня электролита в каждом
аккумуляторе у заливных отверстий снизу имеются трубчатые
индикаторы (тубусы). Нижний срез индикатора находится
на требуемой высоте от уровня пластин. При нормальном
уровне поверхность электролита образует четко видимый
через наливное отверстие мениск (эллипс). Кроме того,
на полупрозрачном пластмассовом корпусе аккумуляторной
батареи могут быть метки «МИН» и «МАХ», между которыми
должен находиться уровень электролита.
Полублоки положительных и отрицательных пластин
отдельных аккумуляторов соединены между собой межэле
ментными соединениями, проходящими через пластмассо
вые перегородки. И соединяются соответственно с положи
тельным и отрицательным выводами батареи.
Выводы большинства отечественных и импортных акку
муляторных батарей имеют конусную форму, обеспечивающую сохранение надежного контакта с клеммами проводов
при износе их в процессе эксплуатации, и имеют стандартные
размеры. Причем положительный вывод батареи по
диаметру больше отрицательного, что исключает возможность
нарушения полярности при установке батарей на автомобиль.
На верхней поверхности батареи расположены отверстия
для заливки электролита в каждый аккумулятор батареи,
закрываемые пробками. Пробки имеют вентиляционные отверстия
для выхода газов, образующихся в процессе работы
батареи. У новых не залитых батарей вентиляционные отверстия
закрыты специальными герметизирующими приливами,
которые при заливке в батарею электролита удаляются
(срезаются).
Электролит, заливаемый в аккумуляторную батарею, представляет
собой раствор химически чистой аккумуляторной кислоты
с дистиллированной водой. Для предотвращения замерзания
электролита при эксплуатации аккумуляторной батареи
в зимних условиях плотность регламентируется в зависимости
от климатических условий эксплуатации.