Электричество - краткая теория

Сообщение

Электродвигатель

: Электродвигатель; Screenshot_18.jpg (165.38 КБ) 2308 просмотров

Как упоминалось ранее: в электродвигателе происходит взаимодействие явлений магнетизма и электричества. Если проводник с током поместить в магнитное поле, проводник начнет перемещаться в нем так, чтобы покинуть поле. Направление его движения зависит от направления тока в проводнике. Если форма проводника будет U образной или в виде окружности, он начнет вращаться. Если поместить не одну, а несколько обмоток проводника в магнитное поле, получим тот же эффект, но вращающий момент увеличится. В этом и заключается принцип работы электродвигателя. Электродвигатель используется для перемещения или пуска, поэтому его можно рассматривать как приводной механизм. В автомобиле применяются приводы разных типов.

Сообщение

Приводы

: Приводы; Screenshot_19.jpg (130.82 КБ) 2307 просмотров

На рисунке представлено несколько типов приводов и объясняется принцип их работы. Это позволит понять, как работает любой электропривод. Знание принципа работы облегчает поиск неисправностей. Приводы используются для преобразования выходных электрических сигналов в разные механические воздействия или для усиления выходного сигнала до требуемого уровня. Здесь применяются все рассмотренные ранее электромагнитные явления. На первом рисунке изображена электрическая катушка, которая преобразует напряжение до высокого значения. В примере представлена катушка зажигания, она создает очень высокое напряжение, необходимое для зажигания топливовоздушной смеси с помощью искры. На следующем рисунке изображено реле. Реле — это переключатель, работой которого управляет сравнительно небольшой ток. Оно размыкает и замыкает силовую цепь. Если ключ замкнут, ток, протекающий через катушку реле, создает магнитное поле, благодаря которому электромагнит притягивает подвижный контакт к неподвижному и силовая цепь замыкается. Если ключ разомкнут, магнитное поле исчезает и контакты размыкаются, силовая цепь разрывается. Еще одно устройство — реостат, который выполняет ряд функций. Реостат может быть включен в цепь последовательно с каким-либо устройством, например с лампой. Если его скользящий контакт сдвинут влево, реостат имеет небольшое сопротивление, поэтому по цепи протекает сравнительно большой ток и лампа загорается. При перемещении скользящего контакта реостата в правое положение, его сопротивление увеличивается, а ток уменьшается, и лампа начинает слабо мерцать. Реостат можно использовать не только для изменения яркости свечения лампы, но и для управления электродвигателем, показанным на нижнем рисунке. На правом нижнем рисунке изображен шаговый двигатель, который представляет собой привод ступенчатого типа. Он используется, например, для поворота вала привода дроссельной заслонки на определенный угол. Всякий раз как на одну из катушек подается напряжение, двигатель поворачивается вперед или назад на один шаг, в зависимости от полярности подключения питающего напряжения.

Сообщение

Широтно-импульсная модуляция

: Широтно-импульсная модуляция; Screenshot_20.jpg (109.21 КБ) 2305 просмотров

Помимо реостата применяется еще один способ управления напряжением. Это широтно-импульсная модуляция (PWM). PWM означает, что ток появляется и исчезает с определенной частотой. Известно, что для управления скоростью вращения электродвигателя необходим источник постоянного тока с изменяемым напряжением. Однако если взять электродвигатель с номинальным рабочим напряжением 12 Вольт и подключить к нему источник питания, двигатель начнет раскручиваться: он не среагирует мгновенно, поэтому ему потребуется некоторое время, чтобы достичь максимальной частоты вращения. Если отключить источник питания сразу после того, как двигатель достигнет максимальной скорости, он начнет останавливаться. Если быстро включать и отключать источник питания, скорость вращения двигателя будет находиться в диапазоне от 0 до максимальной. Именно это и делает блок управления PWM: он включает двигатель с помощью серии последовательных импульсов. Для управления скоростью вращения двигателя контроллер изменяет (модулирует) ширину импульсов — отсюда и название широтно-импульсная модуляция. Если, например, источник напряжения имеет 9 Вольт, скважность сигнала составляет только 10%, на выходе получается сигнал 0,9 Вольт. На рисунке приведен пример подключения к батарее лампы накаливания. Если подключать лампу к 9 вольтовой батарее на 50 мс, то она будет получать напряжение 9 Вольт. Но если отключить соединение на следующие 50 мс, напряжение ее питания составит 0 Вольт. В результате повторения этого цикла с частотой 10 раз в секунду, лампа будет светить вполнакала, так как подводимое к ней напряжение составит 4,5 Вольта, то есть 50% от 9 Вольт. В этом случае говорят, что скважность сигнала составляет 50%, а его частота — 10 Гц.
Обратите внимание, что время периода сигнала — величина постоянная, меняется лишь соотношение продолжительности включения и выключения.

Сообщение

Датчики

: Датчики; Screenshot_21.jpg (102.88 КБ) 2303 просмотра

Чтобы получать информацию о режимах работы двигателя, применяются датчики. Электрические сигналы необходимы не только приводным устройствам, но и датчикам. В основе их работы лежат электрические явления. Датчики преобразуют физические характеристики работы двигателя и его систем в электрические сигналы. Для различных приводов и для датчиков используются различные свойства электричества. Например, с помощью явления магнитной индукции, реализованной в датчике угла поворота коленчатого вала, можно определить частоту вращения двигателя. Переменное сопротивление применяется для определения температуры и т. д. На нижнем левом рисунке изображено так называемое вибрационное реле. Если ток течет через катушку, создается магнитное поле, которое притягивает подвижный контакт реле к неподвижному и цепь замыкается. Как только ток пропадет, исчезает и магнитное поле, подвижный контакт приводится пружиной в открытое состояние, цепь размыкается. Данное реле может среагировать на постоянный магнит, если тот поместить рядом с контактами. На этом принципе работают датчики контроля уровня жидкости. На нижнем правом рисунке изображен резистор с переменным сопротивлением, благодаря которому определяется положение поворотного устройства, например, дроссельной заслонки.

Сообщение

Цифровой/аналоговый сигнал

: Цифровой/аналоговый сигнал; Screenshot_22.jpg (68.65 КБ) 2256 просмотров

Сигналы от датчиков так же, как и сигналы управления приводом могут быть цифровыми или аналоговыми. Давайте выясним, в чем их разница. Аналоговый сигнал непрерывный, то есть бесступенчатый. Он включает в себя бесконечное множество отдельных величин, когда каждой конкретной временной точке соответствует определенная величина. Сигнал датчика вращения колеса, например, является аналоговым. У этого сигнала есть два недостатка: электронные блоки управления не могут обрабатывать аналоговые сигналы, поэтому их необходимо преобразовывать в цифровые с помощью специальных устройств — аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Но еще большим недостатком этой формы сигнала является то, что он подвержен искажениям вследствие электрических помех или в результате повреждений в электропроводке. Поэтому блок управления может неправильно интерпретировать изменения в подобных сигналах. В отличие от аналогового, цифровой сигнал носит дискретный, а не непрерывный характер. Зачастую цифровой сигнал может иметь только две величины по принципу включен-выключен, например, 12 Вольт и 0 Вольт. Поэтому цифровой сигнал легче восстановить после воздействия электрических помех. Это возможно потому, что блок управления игнорирует все сигналы, лежащие ниже 0 Вольт и выше 12 Вольт. Кроме того, цифровой сигнал может обрабатываться электронным блоком управления напрямую, и нет необходимости использовать АЦП. Именно поэтому сегодня цифровая технология получила широкое распространение. Нижняя кривая показывает, что сигнал с датчика вращения колеса преобразован в цифровую форму с помощью АЦП. Основным недостатком этого метода является ограниченная точность передачи данных в результате преобразования сигнала в цифровую форму.

Сообщение

Последовательное/параллельное/смешанное соединение проводников

: Последовательное/параллельное/смешанное соединение проводников; Screenshot_23.jpg (79.09 КБ) 2255 просмотров

Как известно, на автомобиле установлено множество электронных датчиков и электроприводов. Соединение этих устройств в электрической цепи может быть выполнено по последовательной или параллельной схеме. Существует также комбинация этих двух методов. Последовательное соединение означает, что все потребители соединены в ряд, один за другим. В этом случае одинаковый электрический ток проходит через все потребители. Отключение любого из них приведет к обрыву цепи и отсутствию в ней тока.
На рисунке приведены примеры некоторых электрических цепей, применяемых на автомобиле. В большинстве случаев электрические цепи представляют смешанный тип соединений и для их проверки с целью поиска неисправностей электрические цепи необходимо разбивать на более простые.

Сообщение

Электрическая схема

: Электрическая схема; Screenshot_24.jpg (73.99 КБ) 2250 просмотров

Так как невозможно сразу увидеть всю электрическую систему, установленную на автомобиле, необходимо иметь электросхему. Она позволит разобраться в соединениях, принципе работы и взаимодействии отдельных потребителей. Электросхема объясняет в доступной форме электрическую систему автомобиля. Поскольку на схемах нанесены условные обозначения отдельных компонентов, необходимо уметь читать электросхемы. Без этого невозможно организовать поиск неисправностей. Давайте рассмотрим символы, применяемые на электросхемах.

: Так как невозможно сразу увидеть всю электрическую систему, установленную на автомобиле, необходимо иметь электросхему. Она позволит разобраться в соединениях, принципе работы и взаимодействии отдельных потребителей. Электросхема объясняет в доступной форме электрическую систему автомобиля. Поскольку на схемах нанесены условные обозначения отдельных компонентов, необходимо уметь читать электросхемы. Без этого невозможно организовать поиск неисправностей. Давайте рассмотрим символы, применяемые на электросхемах.; Screenshot_25.jpg (418.02 КБ) 2250 просмотров

Сообщение

Измерение напряжения, сопротивления и тока

: Измерение напряжения, сопротивления и тока; Screenshot_26.jpg (77.89 КБ) 2249 просмотров

Для проверки исправности электрических устройств и цепей пользуются измерительными приборами. Напряжение измеряют вольтметром, сопротивление омметром, а ток амперметром. Чаще всего все эти функции объединяет в себе один измерительный прибор — мультиметр. Он может быть аналоговым или цифровым. Аналоговыми мультиметрами пользоваться не рекомендуется из-за их низкого внутреннего сопротивления. О методах работы с ними рассказано в разделе «Инструмент и оборудование». Для измерения напряжения и сопротивления мультиметр подключают параллельно участку измерения. Для измерения силы тока пользуются мультиметром в режиме амперметра, который подключают в цепь последовательно, или вешают на измеряемый провод специальную триггерную цангу. Перед проведением измерения необходимо выбрать соответствующий режим работы мультиметра. Важно помнить, что каждое дополнительное сопротивление, подключаемое в электрическую цепь последовательно, приводит к падению силы тока в ней. Распределение напряжений на участках цепи зависит от соотношения сопротивлений всех подключенных в цепь потребителей. Например, если в цепь включено одно сопротивление, то падение напряжения всей цепи равно падению напряжения на этом сопротивлении. Чтобы лучше разобраться в этом, необходимо рассмотреть закон Ома.