Общие сведения об электрооборудование автомобиля

Электрическая энергия на автомобиле применяется для зажигания рабочей смеси в цилиндрах бензиновых двигателей, для пуска двигателя электрическим стартером, освещения, звуковой и световой сигнализации, а также для питания различного дополнительного оборудования и контрольно-измерительных приборов.

Атом, мельчайшая частица простого вещества, состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, вращающихся по орбитам вокруг ядра. Положительный заряд ядра и отрицательные заряды электронов при обычном состоянии вещества уравновешивают друг друга.

У некоторых веществ, например металлов, один или несколько электронов в атоме слабо связаны с ядром и легко покидают пределы атома, если на них действует посторонняя электрическая сила. Эти электроны называются свободными. Если в одном теле имеется избыток электронов, а в другом их недостаток, то, соединив эти тела проводником, получим в нем непрерывное движение свободных электронов. Такое движение свободных электронов, совершаемое под действием электрических сил и имеющее определенное направление, называется электрическим током.

Для получения электрического тока необходимо наличие источника тока и замкнутой электрической цепи. Источниками электрического тока называются приборы, в которых один из видов энергии (химической или механической) преобразуется в электрическую энергию. Источниками тока на автомобиле являются аккумуляторная батарея, в которой химическая энергия преобразуется в электрическую, и генератор, преобразующий механическую энергию в электрическую.

Электрические свойства тел зависят от того, насколько тесно связаны электроны атома с его ядром. Тела со слабой связью, у которых имеются свободные электроны, хорошо проводят электричество и называются проводниками. К ним относятся все металлы (особенно серебро, медь и алюминий), уголь, кислоты и щелочи. Тела, у которых эта связь сильна, не проводят электричество и называются непроводниками, или изоляторами. К ним относятся резина, эбонит, слюда, фибра, парафин и др.

Замкнутая цепь, по которой течет электрический ток, называется электрической цепью. Различают цепь внутреннюю – в самом источнике тока, и внешнюю, состоящую из проводников, потребителей тока и контрольно-измерительных приборов.

В каждом источнике постоянного тока различают два полюса: положительный, обозначаемый знаком плюс, и отрицательный, обозначаемый знаком минус.

Электрический ток – это направленное движение свободных электронов в замкнутой электрической цепи. Направление движения потока электронов осуществляется в источнике напряжения от стороны с избытком электронов (-) к стороне с недостатком электронов (+) и называется физическим направлением тока. На практике применяют техническое направление тока, которое осуществляется от плюса к минусу.

Сила тока определяется количеством электронов, которые за одну секунду проходят через проводник в точке измерения. Сила тока измеряется в амперах (А) и в формулах и уравнениях обозначается буквой «i».

Причина, вызывающая направленное перемещение электронов в замкнутой цепи, называется электродвижущей силой (ЭДС). ЭДС источника тока представляет собой разность количества электронов на полюсах источника тока (разность потенциалов). Часть ЭДС источника тока, затрачиваемая на преодоление сопротивления во внешней цепи, называется напряжением. Напряжение на полюсах источника тока меньше его ЭДС на величину, затраченную на преодоление сопротивления во внутренней цепи самого источника тока.

При прохождении тока по проводнику часть энергии затрачивается на преодоление сопротивления и превращается в тепло. Единицей сопротивления проводников является ом. За один ом принимают сопротивление ртутного столба высотой 106,3 см с поперечным сечением в 1 мм2 при 0 °C.

Сопротивление проводника зависит от его геометрических размеров: чем больше длина проводника, тем выше его сопротивление; чем больше поперечное сечение, тем меньше сопротивление. Кроме того, сопротивление зависит от материала проводника. Сопротивление металлических проводников при нагревании увеличивается, а у таких проводников, как уголь и электролиты, с увеличением температуры сопротивление понижается.

За единицу измерения количества электричества принят кулон (К) – такое количество электричества, при прохождении которого через водный раствор азотнокислотного серебра выделяется на отрицательном электроде 1,118 мг чистого серебра.

За единицу электрического тока принято количество электричества в один кулон, проходящее через поперечное сечение проводника в одну секунду. Кулон в секунду – это ампер (А). Прибором для измерения электрического тока служит амперметр.

Единицей измерения напряжения и ЭДС является вольт (В). Напряжение в 1 вольт – это напряжение, которое в проводнике с сопротивлением в 1 Ом поддерживает ток в 1 А. Прибор для измерения напряжения называется вольтметром.

Зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением на участке цепи выражена законом Ома: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. Работа, производимая электрическим током, определяется произведением силы тока в амперах на напряжение в вольтах и на время в секундах. За единицу работы принята ватт-секунда, которая представляет собой произведение тока силою в 1 А при напряжении 1 В в секунду.

Мощность тока равна работе, которую производит ток в 1 секунду, т. е. равна произведению силы тока и напряжения. Единицей мощности является ватт (Вт), т. е. мощность при силе тока в 1 А при напряжении в 1 В.

Источники тока и различные потребители могут быть соединены между собой последовательно или параллельно. При последовательном соединении потребителей весь ток проходит через каждый потребитель, а при параллельном ток разветвляется и подходит к каждому потребителю отдельно.

При последовательном соединении источников тока положительный полюс одного соединяется с отрицательным полюсом другого. При таком соединении общее напряжение будет равно сумме напряжений всех источников.

При параллельном соединении источников тока соединяют между собой их одноименные полюсы (плюс с плюсом и минус с минусом). При этом общее напряжение будет равно напряжению одного источника тока, но величина тока возрастет во столько раз, сколько источников тока соединено параллельно. Таким образом, чтобы получить большее напряжение, источники тока, например аккумуляторы, соединяют последовательно, а если при том же напряжении нужно получить большую величину тока, то их соединяют параллельно.

Для получения замкнутой цепи источники тока должны быть соединены с потребителями двумя проводами. На автомобилях применяется однопроводная система, при которой к потребителям присоединяется один провод, а другим проводом служат металлические части автомобиля, т. н. «масса».

В автомобиле все потребители включены между собой параллельно, кроме дополнительных сопротивлений, включенных последовательно некоторым потребителям. Вольтметр включается в цепь параллельно измеряемому участку, а амперметр – последовательно. Если на каком-либо участке электрической цепи провода (или провод с «массой») окажутся соединенными между собой или замкнутыми проводником с очень малым сопротивлением, то электрический ток в цепи сильно возрастет, что перегрузит источник тока и вызовет перегрев провода вплоть до плавления и возгорания. Такое соединение называется коротким замыканием, и для защиты от него в цепь включают предохранители.

Еще в глубокой древности было известно свойство некоторых железных руд (магнитного железняка) притягивать железо. Вблизи такого естественного магнита кусок мягкого железа намагничивается, а при удалении от него – размагничивается. Если же вместо железа к магниту поднести закаленную сталь, то сталь намагнитится и сохранит это свойство даже после удаления от магнита, став искусственным магнитом.

Не все металлы притягиваются, например, медь и некоторые другие металлы не обладают этими свойствами. Те места магнита (его концы), где обнаруживаются наиболее сильные магнитные свойства, называются полюсами магнита, а прямая, соединяющая полюса, – его осью.

Магнитные свойства металла зависят от расположения его молекул, каждая из которых представляет собой как бы маленький магнитик со своими северным и южным полюсами. При намагничивании молекулы в металле располагаются таким образом, что их северные полюса направлены в одну сторону, а южные – в другую. Если такое расположение молекул в магните нарушить нагреванием или ударом, то он потеряет магнитные свойства.

Разноименные полюса магнитов притягиваются, а одноименные – отталкиваются. Пространство вокруг магнита, в котором обнаруживается его действие на магнитную стрелку или проводник с током, называют магнитным полем, направление которого изображается замкнутыми магнитными силовыми линиями, образующими в сумме магнитный поток. Наибольшая плотность линий магнитного поля возникает у его полюсов, а направление магнитных силовых линий условно считается от северного полюса к южному.

Магнитное поле образуется также вокруг проводника, по которому пропущен ток. Если проводник свить спирально или навить на катушку, то протекающий по нему ток создаст общее магнитное поле, имеющее на концах катушки северный и южный полюсы. Если внутри такой катушки поместить сердечник из мягкой стали, то получится электромагнит, обладающий всеми свойствами магнита.

В катушке магнитные поля отдельных витков складываются, и величина магнитного поля зависит от числа витков и величины тока в обмотке. Чем больше сила тока, проходящего по виткам, и чем больше количество витков, тем сильнее магнитные свойства электромагнита.

Электромагниты на автомобиле широко используются в звуковых сигналах, электрических машинах (генератор, стартер), контрольно-измерительных приборах и т. д. Проводник с током, помещенный в магнитное поле, будет выталкиваться за пределы поля. Сила взаимодействия проводника и поля зависит от величины тока в проводнике и от интенсивности поля. На этом явлении основана работа электродвигателей и, в частности, автомобильных стартеров, а у современных автомобилей – электроприводы замков дверей, стеклоподъемников, регулировки сидений, управление дроссельными заслонками и т. д.

Если проводник перемещается в магнитном поле, пересекая магнитные линии, то в этом проводнике возникает (индуктируется) электродвижущая сила – происходит явление электромагнитной индукции, и в замкнутой цепи появляется ток. На этом принципе основана работа генератора. Величина индуктированной ЭДС зависит от числа магнитных линий, пересекаемых проводником за одну секунду, следовательно, чтобы увеличить ЭДС, необходимо повысить скорость движения проводника, его длину, интенсивность магнитного поля.

ЭДС будет индуктироваться и в том случае, когда проводник неподвижен, а перемещается поле. Таким образом, ЭДС индуктируется при всяком изменении магнитного поля вокруг проводника или катушки, т. е. при его появлении, исчезновении или изменении по величине. Если две катушки поместить рядом и через одну из них пропустить меняющийся ток, магнитные линии поля этой катушки, созданные током, будут пересекать витки обмотки другой катушки и индуктировать в них ЭДС. На этом явлении взаимоиндукции основано действие индукционной катушки в системе зажигания автомобильного двигателя.