Современный автомобиль не может функционировать без электричества. С помощью электрического тока происходит воспламенение рабочей смеси в бензиновых моторах, запуск двигателя стартером, активируются световая и звуковая сигнализация, контрольные приборы, освещение и дополнительное оборудование. Более того, тенденции мирового автомобилестроения в последнее время ориентированы на всё более активное использование электрической тяги в автомобилях (гибридные силовые установки, водородные топливные элементы и электромобили).
Для производства электрической энергии на автомобиле устанавливают источники электрического тока — генератор и батарею. Аккумулятор служит для запуска двигателя и питания электроприборов, когда двигатель не работает. Генератор снабжает электрооборудование автомобиля при работающем двигателе и, вдобавок, подзаряжает аккумулятор. Генератор преобразует механическую энергию от вращения коленвала в электрическую, а аккумулятор — химическую энергию в электрическую.
Генератор и аккумулятор представляют собой источники электрического тока, а все другие электрические устройства автомобиля действуют как потребители. Источники и потребители электрического тока соединяются между собой через проводники, чаще всего это медный провод. Провод обязательно должен быть изолирован, чтобы избежать замыкания с другими проводниками и, как результат, повреждения электроприборов.
Все материалы, относящиеся к электропроводности, разбиваются на проводящие и непроводящие (изоляторы). Не углубляясь в физику, отметим, что в проводниках имеется большое число свободных электронов, которые движутся беспорядочно. Когда к проводнику прикладывается электрическое напряжение, свободные электроны начинают перемещаться в одном направлении, создавая электрический ток. В изоляторах практически отсутствуют свободные электроны, поэтому ток не может возникнуть. Проводниками являются большинство металлов, уголь, водные растворы щелочей и кислот. К изоляторам можно отнести резину, пластики, стекло и подобные материалы.
Закрытая и открытая цепь.
Если соединить источник тока, провода и потребители в замкнутый контур, то получится электрическая цепь, по которой будет течь электрический ток. Примечательной чертой электрической цепи в автомобиле является то, что одним проводом является масса (металлические элементы кузова автомобиля), а вторым проводом являются изолированные провода. Поэтому такая электрическая цепь называется однопроводной.
Между выводами (полюсами) любого источника тока присутствует электрическое напряжение (обозначаемое U), чье измерение ведется в вольтах. Сила тока (обозначаемая I) измеряется в амперах. Каждый проводник и потребитель создают сопротивление току (обозначаемое R), измеряемое в омах. Существует зависимость между этими тремя величинами, которую описывает известный закон Ома: I = U / R. Работа тока, совершенная за одну секунду, называется мощностью. Мощность измеряется в ваттах и обозначается P. Мощность можно определить по формуле P = U * I. Электрический ток, протекающий через проводник, вызывает его нагрев. Объем выделяемого тепла зависит от силы тока, сопротивления и времени тока.
Однопроводная электропроводка автомобиля
В автомобилях электрооборудование получает питание от постоянного тока. Постоянный ток — это ток, который течет по проводнику исключительно в одном направлении, в отличие от переменного тока, который меняет свое направление. В каждом источнике постоянного тока можно выделить два полюса: положительный (+) и отрицательный (-). Условно принято считать, что ток в цепи движется от положительного полюса к отрицательному. В автомобилях отрицательный полюс источника тока обычно соединяется с массой (в случае, если кузов выполнен из металла).
Потребители или источники электрического тока могут быть связаны друг с другом как последовательно, так и параллельно. При последовательном соединении отрицательный терминал одного источника подключают к положительному терминалу другого. В результате такого соединения общее напряжение станет равным сумме напряжений всех источников электрического тока. При параллельном соединении источников тока соединяют одноименные терминалы – положительные с положительными, а отрицательные с отрицательными. При подобном соединении общее напряжение останется таким же, как у одного источника тока, а сила тока возрастет в такое количество раз, сколько источников тока соединено вместе.
При последовательном соединении все потребители получают ток в полном объеме. Если один из потребителей выйдет из строя, обесточивается вся цепь. При параллельном соединении ток распределяется и поступает к каждому потребителю отдельно. В данной ситуации выход из строя любого потребителя не сказывается на функционировании остальных.
Последовательное соединение источников. Параллельное соединение источников.
Магнетизм и электромагнетизм
Все знакомы с понятием магнита. Также все обратили внимание, что магниты притягивают стальные предметы не только при непосредственном контакте, но и на некотором расстоянии, что указывает на существование магнитного поля вокруг них. Каждый магнит обладает двумя полюсами, которые врачуют по традиции северным (N) и южным (S). При приближении одинаковых полюсов двух магнитов они отталкиваются, а при приближении разных полюсов – притягиваются.
Магнитное поле, образуемое вокруг магнитов, состоит из линий магнитных сил, которые направлены от северного полюса к южному. При удалении от магнита сила магнитного поля снижается.
Магнитное поле, формирующееся вокруг токопроводящего элемента.
Если пропустить электрический ток через проводник, то в его окружении образуется кольцевое магнитное поле без четко выраженных полюсов. Однако, если свернуть проводник в спираль, то при токе магнитное поле будет создавать на концах спирали полюса – северный и южный. Если в центр такой катушки установить стальной сердечник, то получится электромагнит, который обладает всеми свойствами обычного магнита (это наглядно демонстрируется в мультфильме “Ивашка из дворца пионеров”, где главный герой благодаря электромагниту сражается с Кащеем Бессмертным).
Магнитное поле электромагнита можно регулировать, изменяя силу тока или число витков катушки. При росте силы тока или числа витков электромагнита усиливается его магнитное поле.
Если токовый проводник поместить в магнитное поле магнита (или электромагнита), то в результате взаимодействия магнитных полей проводника и магнита проводник начнет выталкиваться, т.е. электрическая энергия преобразуется в механическую. На этом принципе основана работа электродвигателей.
Суть функционирования генератора Суть функционирования электродвигателя
Для преобразования механической энергии в электрическую применяется явление электромагнитной индукции. Когда замкнутый проводник вращается в магнитном поле, в нем возникает электрический ток. Интенсивность тока зависит от длины проводника, скорости движущегося пересечения, плотности магнитного поля и угла, под которым проходят магнитные силовые линии. На этом принципе функционирует генератор.
Вы, безусловно, заметили, что изображения почти идентичны? Не стоит удивляться, это подтверждение обратимости электрических машин. Обратимость электрических машин означает одинаковое устройство преобразователей электрической энергии в механическую и обратно. Таким образом, электрические машины могут заменять друг друга: любой электродвигатель можно применять в роли генератора и наоборот. Главная функция электрической машины определяет её строительные характеристики, благодаря которым обратимость становится различной. Иными словами, электрогенератор будет работать эффективнее, чем соответствующий по размерам электродвигатель, используемый в роли генератора, и наоборот.
Обозначения на электрических схемах
Обозначения на схемах автомобильного электрооборудования, обычно, легко воспринимаемы. Однако для общего образования не будет лишним узнать и о некоторых уникальных условных символах.
Обозначения на схемах электрических устройств
ИТАК, запомните:
- Постоянный ток условно течет от плюса к минусу.
- Нельзя соединять напрямую минусовой и плюсовой провода, минуя потребителей, иначе произойдет короткое замыкание.
- Минусовой провод присоединяется к “массе” автомобиля.
- В электротехнике существуют только две неисправности: нет контакта, там где он должен быть, и есть контакт, там, где его не должно быть.
