elektryczne i elektroniczne wyposazenie pojazdow samochodowych. czesc 1. wyposazenie elektryczne i...

of 16/16

Post on 28-Nov-2014

2.587 views

Category:

Education

5 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

 

TRANSCRIPT

  • 1. Elektryczne i elektroniczne wyposaenie pojazdw samochodowych. Cz 1. Wyposaenie elektryczne i elektromechaniczne Podrcznik dla technikwNiniejsza darmowa publikacja zawiera jedynie fragment penej wersjicaej publikacji.Aby przeczyta ten tytu w penej wersji kliknij tutaj.Niniejsza publikacja moe by kopiowana, oraz dowolnie rozprowadzana tylko i wyczniew formie dostarczonej przez Wydawnictwa WK. Zabronione s jakiekolwiek zmiany wzawartoci publikacji bez pisemnej zgody Wydawnictw WK - wydawcy niniejszej publikacji.Zabrania si jej odsprzeday.Pena wersja niniejszej publikacji jest do nabycia w sklepieinternetowym witmir.pl lub www.wkl.com.pl tel.: 606 629 729
  • 2. p009:masz 2011-10-05 12:12 Strona 9 1. Pojcia podstawowe 1.1. Przewodnictwo elektryczne rodowiska Natur przewodnictwa elektrycznego rodowiska warunkuje budowa jego mo- leku (czsteczek). Molekua jest najmniejszym elementem kadej substancji charakteryzujcym si zdolnoci zachowania cech tej substancji i skadaj- cym si z jednego lub kilku atomw. Atom jest najmniejszym niepodzielnym ele- mentem kadej substancji zdolnym do samodzielnego istnienia. W kadym atomie wok jdra po zamknitych orbitach kr ujemnie naadowane elektro- ny (rys. 1.1). Elektrony obracaj si take wok wasnej osi. Jdro atomu ma adunek dodatni i zawiera do- datnio naadowane protony oraz obojtne elek- trycznie neutrony. adunki protonu i elektronu maj tak sam warto bezwzgldn, a liczba protonw jest taka sama jak liczba elektronw na orbitach. Warto adunku elektronu (wyrao- na w kulombach) oraz jego masa (w kilogramach) odpowiednio wynosz e = 1,60210 . 10 19 C i m = 9,1 . 1031 kg. Natomiast masa protonu Rys. 1.1. Budowa atomu i neutronu jest ok. 1840 razy wiksza od masy elektronu. Liczba elektronw i liczba orbit, po ktrych one kr, w atomie kadego pier- wiastka jest inna. O przewodnictwie elektrycznym decyduje liczba elektronw znajdujcych si na zewntrznej orbicie, ktr nazywa si orbit walencyjn. Na orbicie walencyjnej moe si znajdowa nie wicej ni 8 elektronw. Utrata jednego lub kilku elektronw walencyjnych powoduje uaktywnienie elektryczne atomu, ktry staje si naadowany dodatnio. Zmian adunku atomu na ujemny spowoduje wprowadzenie jednego lub kilku dodatkowych elektronw. Takimi samymi waciwociami elektrycznymi jak atomy charakteryzuj si czst- ki, skadajce si z grupy atomw. Czstki o dodatnim lub ujemnym adunku elektrycznym nazywamy jonami. Czstki naadowane dodatnio nazywamy ka- tionami, a czstki o adunku ujemnym anionami.
  • 3. p009:masz 2011-10-05 12:12 Strona 10 10 Pojcia podstawowe Przewodnictwo elektryczne rnych substancji zaley od liczby elektronw znajdujcych si na orbitach walencyjnych ich atomw oraz od siy, z ktr te elektrony s przycigane przez jdro atomu. W atomach metali elektrony wa- lencyjne s sabo zwizane z jdrem i dlatego przechodz z jednego atomu do drugiego. Elektrony te nazywaj si elektronami swobodnymi. Ciaa, w kt- rych wystpuj elektrony swobodne, nazywa si przewodnikami. Oprcz przewodnikw w przyrodzie wystpuj dielektryki oraz pprzewod- niki. Dielektryki nie maj nonikw adunku elektrycznego i z tego wzgldu nie przewodz rwnie prdu elektrycznego. Miejsce porednie midzy dielektry- kami i przewodnikami zajmuj pprzewodniki, ktrych waciwoci zale od warunkw otoczenia. Aktywno elektryczn pprzewodnikw moe zainicjo- wa zewntrzne pole elektryczne, temperatura, owietlenie itp. Ciaa przewodzce, odpowiednio do przemieszczajcych si w ich wntrzach czstek, dzielimy na przewodniki pierwszego i drugiego rodzaju. Przewodniki pierwszego rodzaju to ciaa, ktrych waciwoci chemiczne nie zmieniaj si podczas przepywu prdu elektrycznego. W tego rodzaju cia- ach przepyw prdu elektrycznego wynika z ruchu elektronw swobodnych. Przewodnikami pierwszego rodzaju s metale i ich stopy oraz wgiel. Przewodniki drugiego rodzaju s elektrolitami, tzn. roztworami kwasw, za- sad i soli. Waciwoci chemiczne takich przewodnikw zmieniaj si podczas przepywu prdu elektrycznego, ktrego nonikami s jony dodatnie (kationy) oraz jony ujemne (aniony). Uporzdkowany ruch elektronw w przewodnikach moe by spowodowany zewntrznym polem elektrycznym. Taki ruch nazywa si prdem elektrycz- nym. Po usuniciu zewntrznego pola elektrycznego przepyw prdu elektrycz- nego w przewodniku ustaje, a elektrony swobodne przemieszczaj si chaotycznie. Miar przepywu prdu elektrycznego jest jego natenie. Natenie prdu jest stosunkiem wartoci adunku elektrycznego q przenoszonego przez naa- dowane czsteczki, przez dowolnie wybrany przekrj poprzeczny przewodnika, do czasu przepywu tego adunku t: q i= (1.1) t Natenie prdu jest wielkoci skalarn. W ukadzie SI jednostk natenia prdu elektrycznego jest amper (A). Natenie prdu ma warto 1 A, jeli przez dowolny przekrj przewodnika w czasie 1 s przepynie adunek 1 C. [q ] 1 C [i ] = = =1 A (1.2) [t ] 1 s Prdem staym nazywamy prd, ktrego natenie nie ulega zmianie w funkcji czasu. Oznaczeniem natenia takiego prdu jest litera I (liter i oznaczamy nat- enie prdu bdce funkcj czasu). Przebieg prdu staego przedstawiono na rys. 1.2a. Prd stay jest oznaczany symbolem DC (ang. Direct Current prd stay).
  • 4. p009:masz 2011-10-05 12:12 Strona 11 Przewodnictwo elektryczne rodowiska 11 Rys. 1.2. Przebieg prdu staego (a), prdu zmiennego (b) oraz prdu przemiennego (c) Natenie prdu zmiennego (rys. 1.2b) oraz prdu przemiennego (rys. 1.2c) ma zmienn warto w funkcji czasu. W przypadku prdu przemien- nego kierunek jego przepywu jest dodatni oraz ujemny. Prd taki oznacza si symbolem AC (ang. Alternating Current prd przemienny). W odrnieniu od prdu przemiennego, kierunek przepywu prdu zmiennego nie ulega zmia- nie w czasie. Podobnie jak prd stay, prd zmienny moe mie dodatni lub ujem- ny kierunek przepywu. Prd zmienny jest oznaczany symbolem UC (Universal Current prd nieokrelony). Przepyw prdu elektrycznego, traktowanego jako uporzdkowany ruch elek- tronw, wywouje pole elektryczne. Przyczyn powstania tego pola jest napicie elektryczne wystpujce midzy oddzielonymi przestrzennie punktami orodka przewodzcego prd. Istota powstania napicia elektrycznego bdzie wyjanio- na w dalszej czci podrcznika. Rnoimienne adunki elektryczne si przycigaj. Zwikszenie odlegoci midzy tymi adunkami wymaga wykonania pracy przeciw siom przycigania. Po wykonaniu tej pracy zostanie ona zmagazynowana w adunkach jako ener- gia. Praca W woona w rozdzielenie adunkw elektrycznych Q, odniesiona do ich wielkoci, jest napiciem elektrycznym U: W U= (1.3) Q Jednostk napicia elektrycznego jest wolt (V). Napicie okrelane wzgldem wybranego punktu odniesienia nazywamy potencjaem. Biorc to pod uwag, napicie moemy traktowa jako rnic dwch potencjaw. Urzdzenia wyposaone w dwa zaciski, midzy ktrymi wystpuje napicie elektryczne, nazywamy rdami napicia. rdo napicia ma biegun dodatni
  • 5. p009:masz 2011-10-05 12:12 Strona 12 12 Pojcia podstawowe (+), na ktrym wystpuje niedobr elektronw, oraz biegun ujemny () z nad- miarem elektronw. Ze wzgldu na przebieg czasowy rozrniamy napicie stae (DC), zmienne (UC) oraz przemienne (AC). Wspczesne urzdzenia przemysowe oraz sprzty gospodarstwa domowe- go wykorzystuj w swym dziaaniu przemiany energetyczne wystpujce pod- czas przepywu prdu elektrycznego. Zrozumienie istoty zjawisk fizycznych towarzyszcych przepywowi prdu w rnych orodkach pozwoli na prawido- w eksploatacj, obsug i konserwacj nie tylko urzdze przemysowych i do- mowych, ale rwnie elektrycznych i elektronicznych podzespow samochodw. 1.2. Przepyw prdu w rnych rodowiskach 1.2.1. Przepyw prdu w prni oraz w gazach Prnia jest pozbawiona wolnych nonikw adunku elektrycznego i dlatego jest doskonaym izolatorem. Jedynym sposobem elektrycznego uaktywnienia pr- ni jest wprowadzenie do niej swobodnych elektronw, ktrych ruch jest inicjo- wany przez pole elektryczne. Takie zjawisko wykorzystuje si w lampach elektro- nowych, gdzie rdem elektronw swobodnych jest podgrzewana lub owietlo- na katoda. W pierwszym przypadku przyczyn uwalniania elektronw jest termo- emisja, w drugim za fotoemisja. Gazy, podobnie jak prnia, w normalnych warunkach s elektrycznie obojt- ne. Uaktywnienie elektryczne gazu wymaga zewntrznego oddziaywania, kt- rego skutkiem jest podzia atomw, spowodowany oderwaniem elektronw lub rozerwaniem wiza. Rozpad atomw lub czsteczek gazw wywoany czynni- kami zewntrznymi nazywamy jonizacj. Rozrniamy kilka rodzajw jonizacji. 1. Jonizacja termiczna, podczas ktrej w wyniku podgrzania nastpuje zwik- szenie energii kinetycznej elektronw do poziomu pozwalajcego na opusz- czenie przez te elektrony powoki walencyjnej. 2. Jonizacja zderzeniowa, spowodowana napromieniowaniem czsteczek ga- zu strumieniem elektronw lub strumieniem czsteczek o duej energii kine- tycznej. Skutkiem takiego napromieniowania jest wybijanie elektronw z orbit walencyjnych atomw gazu, ktre przez to staj si jonami dodatnimi. 3. Fotojonizacja, podczas ktrej jony powstaj w wyniku napromieniowania cz- steczek gazu strumieniem wietlnym (fal elektromagnetyczn) o duej ener- gii. W praktyce do fotojonizacji gazu wykorzystuje si promieniowanie lase- rowe i kosmiczne oraz mikrofale. Zjonizowany gaz umoliwia przepyw prdu w postaci wyadowania elektrycz- nego. Takie wyadowanie moe mie charakter samoistny lub niesamoistny. Przy wyadowaniu samoistnym zewntrzny czynnik jonizujcy jest niezbdny je-
  • 6. p009:masz 2011-10-05 12:12 Strona 13 Przepyw prdu w rnych rodowiskach 13 dynie do zapocztkowania wyadowania, podczas ktrego nastpuje jonizacja zderzeniowa czsteczek gazu. Moemy wyodrbni kilka rodzajw wyadowa samoistnych: jarzeniowe, iskrowe, ulotowe i ukowe. Wyadowanie niesamoistne wystpuje tylko w obecnoci czynnika zewntrznego jonizujcego gaz. 1.2.2. Przepyw prdu w elektrolitach Elektrolitami nazywamy wodne roztwory kwasw, zasad i soli. S to przewod- niki drugiego rodzaju, w ktrych przewodnictwo elektryczne ma charakter jono- wy. Przyczyn powstawania jonw w elektrolitach jest dysocjacja, polegajca na rozpadzie czsteczek pod wpywem wody. Dysocjacj roztworu okrela jej stopie zaleny od stenia i tempera- tury roztworu. rdem pola elektrycznego w elektro- litach s dwie elektrody: anoda, doczo- na do zacisku dodatniego (+) rda napicia, oraz katoda, doczona do za- cisku ujemnego () tego rda (rys. 1.3). Pole elektryczne skierowane od ano- dy do katody jest przyczyn ruchu jo- nw w elektrolicie. Podczas tego ruchu jony nie wchodz w reakcje chemiczne i dopiero po dotarciu do elektrod trac swj adunek. Jony ujemne (aniony) po- daj do anody i oddaj jej nadmiar Rys. 1.3. Ruch nonikw prdu w trakcie elektronw, a jony dodatnie (kationy) po elektrolizy osigniciu katody cz si z jej elektronami swobodnymi. W zalenoci od skadnikw elektrolitu na katodzie wydziela si wodr lub metal, na anodzie za zachodzi proces utleniania lub wydzielanie niemetalu. Zgodnie z prawem Faradaya, masa m substancji wydzielanej na elektrodzie podczas elektrolizy jest proporcjonalna do adunku elektrycznego Q przepywa- jcego przez elektrolit: m=kQ=kIt (1.4) We wzorze tym Q jest cakowitym adunkiem elektrycznym, ktry przepyn przez elektrolit. adunek ten zosta przeniesiony przez prd o nateniu rw- nym I pyncy przez elektrolit w czasie t. Wystpujcy w zalenoci (1.4) wspczynnik proporcjonalnoci k jest tzw. rwnowanikiem elektrochemicznym, okrelajcym mas substancji wydzielanej podczas elektrolizy, gdy przez elektrolit przepyn adunek 1 C. Wspczynnik mg ten jest mierzony w i jest zrnicowany dla rnych substancji, np. dla miedzi C mg mg mg ma warto 0,329 , dla srebra 1,118 , a dla cynku 0,339 . C C C
  • 7. p009:masz 2011-10-05 12:12 Strona 14 14 Pojcia podstawowe Elektroliza ma szerokie zastosowanie w przemyle. Za pomoc elektrolizy w wannach elektrolitycznych produkuje si czyst mied, zwan elektrolityczn. Elektroliz stosuje si rwnie do nanoszenia powok antykorozyjnych i dekora- cyjnych. Ponadto elektroliza stanowi podstaw dziaania elektrochemicznych rde napicia elektrycznego. 1.2.3. Przepyw prdu w pprzewodnikach Pprzewodniki s stosowane do budowy scalonych i dyskretnych podzespow elektronicznych. Materiaami takimi s krystaliczne postacie krzemu lub germa- nu. Cech charakterystyczn obu wymienionych materiaw pprzewodniko- wych jest ich dua rezystywno, ktra w temperaturze pokojowej przyjmuje wartoci od 104 do 106 . m. Z fizycznego punktu widzenia rezystywno okre- la zdolno substancji do przewodzenia prdu elektrycznego. Rezystywno krzemu oraz germanu ma warto wiksz od rezystywnoci typowych prze- wodnikw oraz mniejsz od rezystywnoci typowych izolatorw. Std krzem i german nazywamy pprzewodnikami. Stabilno chemiczna pierwiastkw zaley od liczby elektronw znajdujcych si na powokach walencyjnej ich atomw. Pierwiastki z 8 elektronami walencyj- nymi s doskonaymi izolatorami, gdy ich atomy nie oddaj ani nie przyjmuj elektronw. Podobnie do izolatorw zachowuj si krzem i german, pomimo e ich atomy maj tylko cztery elektrony walencyjne. W czystych krysztaach tych pierwiastkw atomy s rwno oddalone od siebie. Elektrony walencyjne wszyst- kich atomw krysztau obiegaj ssiednie jdra w taki sposb, e na powoce walencyjnej kadego atomu kry osiem elektronw, stabilizujc chemicznie kryszta (rys. 1.4). Rys. 1.4. Schemat wiza chemicznych w krzemie Do wyjanienia przewodnictwa elektrycznego cia staych, a tym samym i p- przewodnikw, bardzo przydatny jest energetyczny pasmowy model atomu (rys. 1.5). Model ten odwzorowuje poziomy energii elektronw w postaci pasma podstawowego (walencyjnego), pasma zabronionego oraz pasma przewodze- nia.
  • 8. p009:masz 2011-10-05 12:12 Strona 15 Przepyw prdu w rnych rodowiskach 15 Rys. 1.5. Pasmowy model elektrycznego przewodnictwa cia staych Elektrony, ktrych energia ma warto nalec do pasma podstawowego, s zwizane z atomami. Natomiast elektrony o energii nalecej do pasma przewo- dzenia mog swobodnie przemieszcza si midzy atomami ciaa. Aby elektron znajdujcy si na powoce walencyjnej mg przemieszcza si swobodnie mi- dzy atomami ciaa, jego energia musi by zwikszona o warto W, rwn sze- rokoci pasma zabronionego i okrelon liczb elektronowoltw. Elektronowolt (eV) jest miar energii elektronw i odpowiada energii 1,602 . 1019 J. Dla p- przewodnikw szeroko pasma zabronionego nie przekracza 3 eV, np. szero- ko pasma zabronionego W dla krzemu jest rwna 1,2 eV. W odrnieniu od pprzewodnikw, elektrony zewntrznej powoki atomw metali dobrze przewodzcych prd elektryczny maj tak du energi, e s jednoczenie elektronami walencyjnymi oraz elektronami swobodnymi. Z tego wzgldu w modelu pasmowym metali nie wystpuje pasmo zabronione, a pasma podstawowe i przewodzenia zachodz na siebie (rys. 1.6). Rys. 1.6. Model pasmowy metalu i pprzewodnika W pprzewodnikach, podobnie jak w metalach, przewodzenie prdu elek- trycznego jest uwarunkowane wystpowaniem swobodnych elektronw. Pierw- szym sposobem uzyskania takiego stanu jest dostarczenie z zewntrz do p- przewodnika energii aktywacji, przenoszcej elektrony z pasma podstawowego do pasma przewodzenia. Energii takiej moe dostarczy zwikszenie tempera- tury otoczenia, odpowiednie owietlenie oraz promieniowanie elektromagnetycz- ne. Po usuniciu rda energii aktywacji elektrony, powracajc do pasma
  • 9. p009:masz 2011-10-05 12:12 Strona 16 16 Pojcia podstawowe podstawowego, oddaj pobran wczeniej energi w postaci promieniowania elektromagnetycznego. Zwikszenie energii elektronw walencyjnych w pprzewodnikach do pozio- mu, przy ktrym staj si one elektronami swobodnymi, nastpuje ju w tempe- raturze 20C, a liczba tych elektronw wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Niezalenie od przyczyny przeniesienia elektronu z pasma walencyjnego do pa- sma przewodzenia, kady elektron swobodny pozostawia w pamie walencyjnym ubytek o adunku dodatnim nazywany dziur (rys. 1.5). W zwizku z tym przewod- nictwo elektryczne pprzewodnikw zaley od koncentracji par elektron-dziura. Istniej pprzewodniki, w ktrych do wygenerowania tych par jest niezbdna ener- gia aktywacji o wartoci 0,250,4 eV. Takie pprzewodniki przewodz prd elek- tryczny w temperaturze pokojowej i nazywamy je samoistnymi. Do grupy takich pprzewodnikw nale np. dwutlenek uranu (UO2) oraz tlenek cynku (ZnO). Oprcz pprzewodnikw samoistnych, w ktrych do elektrycznego uaktyw- nienia wystarczy zwikszenie temperatury otoczenia, w technice stosuje si p- przewodniki niesamoistne. W takich pprzewodnikach liczba nonikw adunku elektrycznego jest zwikszona sztucznie przez wprowadzenie obcych atomw (tzw. domieszek) do sieci krystalicznej. Ze wzgldu na sposb domieszkowania wyodrbniamy dwa rodzaje pprzewodnikw niesamoistnych: pprzewodniki typu N oraz pprzewodniki typu P. Pprzewodniki typu N powstaj przez wprowadzenie do sieci krystalicznej, utworzonej przez atomy np. krzemu (Si) z czterema elektronami walencyjnymi, tzw. domieszki donorowej w postaci atomw piciowartociowych, np. arsenu (As) lub antymonu (Sb) rys. 1.7. Cztery elektrony walencyjne tej domieszki s stabilnie zwizane z sieci krystaliczn, pity za jest sabo zwizany. W zwiz- ku z tym niewielki zastrzyk energetyczny powoduje, e elektron ten przechodzi z pasma walencyjnego do pasma przewodzenia i porusza si swobodnie w sie- ci krystalicznej krzemu. Zamocowany stabilnie w sieci krystalicznej atom domieszki donorowej, ze wzgldu na brak pitego elektronu walencyjnego, jest naadowanym dodatnio jonem, ktry stanowi dziur energetyczn w pamie walencyjnym czterowarto- Rys. 1.7. Defekty struktury krystalicznej krzemu
  • 10. p009:masz 2011-10-05 12:12 Strona 17 Skutki przepywu prdu elektrycznego 17 ciowego krysztau pprzewodnika. Dziury, ze wzgldu na ma liczb atomw donorowych, s mniejszociowymi nonikami adunku elektrycznego pprze- wodnika typu N, elektrony swobodne za, ktrych jest nadmiar, s w tym pprze- wodniku wikszociowymi nonikami adunku. W pprzewodnikach typu P wikszociowymi nonikami adunku elektrycz- nego s dziury. Taki stan fizyczny mona uzyska, wprowadzajc do czterowar- tociowej struktury krysztau krzemu atomy z trzema elektronami walencyjnymi, np. indu lub baru. Domieszki takie nazywamy akceptorowymi. Trzy elektrony walencyjne domieszki tworz trwae wizania kowalencyjne z ssiednimi ato- mami krysztau krzemu, a brak czwartego elektronu tworzy wizanie zdegene- rowane (rys. 1.7) z jednym elektronem i jedn dziur. Dziury wystpujce w pobliu atomw domieszki akceptorowej przechwytuj elektrony walencyjne innych atomw struktury krzemowej, tworzc dziury w innym miejscu tej struk- tury, i w ten sposb przemieszczaj si w caej przestrzeni czterowartociowej krzemowej struktury krystalicznej. Z tego wzgldu w pprzewodniku typu P wik- szociowymi nonikami adunku elektrycznego s dziury, a elektrony s mniej- szociowymi nonikami tego adunku. Wywoane domieszkowaniem przewodnictwo niesamoistne zwiksza si wraz ze wzrostem koncentracji domieszek i nie zaley od temperatury. 1.3. Skutki przepywu prdu elektrycznego Przepywowi prdu elektrycznego towarzysz skutki uzalenione od rodzaju orodka przewodzcego ten prd. Kady uytkownik urzdze elektrycznych stwierdzi niejednokrotnie, e po dugim okresie eksploatacji wikszo odbior- nikw energii elektrycznej si nagrzewa. Przyczyn tego zjawiska jest wzajem- ne tarcie elektronw pyncych przez elementy i podzespoy przewodzce prd. Mamy tu do czynienia z efektem cieplnym przepywu prdu. W technice samo- chodowej efekt ten jest wykorzystywany do ogrzewania szyb i foteli, podgrzewa- nia powietrza w kolektorze dolotowym silnika spalinowego oraz do podgrzewania zapalniczki. W rozdziale 1.2.1 opisano jonizacj gazw, ktrej przyczyn jest ruch elektro- nw spowodowany przez zewntrzne pole elektryczne. Skutkiem jonizacji jest efekt optyczny, ktry w przypadku lamp wyadowczych jest efektem o naturze pozytywnej. Oprcz skutkw pozytywnych, jonizacja powietrza wystpujca w pobliu elektrod spawalniczych moe mie skutki negatywne, jeli oczy spa- wacza nie bd osonite odpowiednio przyciemnionymi szkami. Jak ju sygnalizowano w rozdziale 1.2.2, przepywowi prdu przez cieke sub- stancje przewodzce towarzyszy ich rozkad, nazywany elektroliz. Jest to efekt chemiczny przepywu prdu. Efekt ten wykorzystuje si w przemyle midzy innymi do pokrywania metali powokami ochronnymi (kadmowanie i chromowa- nie), a take do pozyskiwania aluminium.
  • 11. p009:masz 2011-10-05 12:12 Strona 18 18 Pojcia podstawowe Kolejnym skutkiem przepywu prdu przez przewodnik jest wystpowanie pola magnetycznego wok tego przewodnika. Dodatkowo w przestrzeni ota- czajcej przewodniki, przez ktre przepywa prd przemienny, oprcz pola magnetycznego wystpuje rwnie pole elektryczne. Dla urzdze elektronicz- nych znajdujcych si w pobliu takie przewodniki s antenami emitujcymi fal elektromagnetyczn, ktrej waciwoci propagacyjne zale midzy in- nymi od czstotliwoci prdu elektrycznego przepywajcego przez przewod- nik. Negatywnym skutkiem wystpowania fal elektromagnetycznych wok przewodnikw z prdem przemiennym w pojazdach samochodowych s zakcenia elektromagnetyczne, pochodzce midzy innymi z ukadu zapo- nowego pojazdu. Zakcenia tego rodzaju maj bardzo silny wpyw na dziaa- nie odbiornikw radiowych, w ktrych obwodzie zasilania nie zamontowa- no odpowiednich ukadw tumicych elektryczne oraz elektromagnetyczne sygnay zakcajce. Fale elektromagnetyczne emitowane przez ukady elektrycznej instalacji sa- mochodowej docieraj nie tylko do elektronicznych podzespow pojazdu. Na dziaanie takich fal s naraeni rwnie uytkownicy samochodw oraz per- sonel techniczny zajmujcy si ich napraw. Najnowsze badania wykazay, e instalacja zaponowa emituje impulsowe fale elektromagnetyczne, ktrych ska- dowa magnetyczna ma warto szczytow indukcji 0,5 mT. Dla porwnania, maksymalna warto indukcji pola magnetycznego Ziemi w naszej szerokoci geograficznej nie przekracza 60 T. W praktyce oznacza to, e przebywanie w pobliu nieosonitej instalacji zaponowej przez duszy czas moe spowodo- wa negatywne zmiany w organizmie osoby naraonej na tego rodzaju promie- niowanie. Fizjologicznym efektem tego zjawiska jest zwikszona generacja tzw. wolnych rodnikw w tkankach czowieka. Wolne rodniki s atomami pozba- wionymi przez promieniowanie elektromagnetyczne elektronw walencyjnych. Niedobr elektronw walencyjnych sprawia, e atomy takie w sposb niekon- trolowany tworz tkank nowotworow. Negatywne efekty fizjologiczne moe wywoa rwnie prd pyncy bezpo- rednio przez organizm czowieka. Skutki przepywu prdu przez czowieka w za- lenoci od natenia i przebiegu czasowego ujto w tabeli 1.1, ktr zaczerpnito z publikacji [10]. Wspczesne instalacje elektryczne, zasilane za porednictwem sieci energe- tycznej 230 V / 50 Hz, s wyposaone w zabezpieczenia rnicowo-prdowe, ktrych prd zadziaania ma warto 30 mA. W przypadku niewiadomego kon- taktu czowieka z przewodem fazowym L lub z przewodem neutralnym N sieci zasilajcej, zabezpieczenie rnicowo-prdowe odczy miejsce zagroenia od tej sieci. Jeli nie zadziaa takie zabezpieczenie, ofiar poraenia prdem elektrycznym naley odseparowa od instalacji elektrycznej, wyczajc napi- cie zasilajce. Trzeba przy tym pamita, aby podczas akcji ratunkowej nie do- tyka ofiary poraenia. Kolejnym krokiem, jaki naley wykona, jest spraw- dzenie oznak ycia ofiary. W razie braku takich oznak naley przystpi do re- animacji, wykonujc sztuczne oddychanie i sprawdzajc funkcjonowanie serca
  • 12. p009:masz 2011-10-05 12:12 Strona 19 Przewody elektryczne stosowane w samochodach 19 Tabela 1.1. Oddziaywanie prdu elektrycznego na czowieka Natenie prdu Fizjologiczna reakcja czowieka Prd przemienny Prd stay Objawy widoczne Objawy kliniczne Do 25 mA Do 80 mA Reakcje mini palcw. Przejciowy wzrost Przerwanie kontaktu z prdem jest cinienia krwi, bez jeszcze moliwe, gdy natenie wpywu na prac serca prdu ma warto od 9 do 15 mA i ukad nerwowy Od 25 do 80 mA Od 80 do Natenie prdu jest odczuwalne Chwilowe zatrzymanie 300 mA i nie powoduje utraty przytomnoci akcji serca i chwilowy wzrost cinienia krwi Ponad 80 mA Ponad 300 mA Jeli dziaanie prdu jest dusze Migotanie komr serca ni 0,3 s, to nastpuje mier spowodowana zatrzymaniem akcji serca i oddychania Ponad 3 mA (przy Poparzenia, odwodnienia wysokim napiciu) przez dotykanie palcami ttnicy szyjnej. Gdy zaniknie akcja serca, naley wy- konywa na przemian sztuczne oddychanie i masa serca. W trakcie akcji re- animacyjnej naley wezwa pogotowie ratunkowe za porednictwem osb trzecich. Zagroenie poraenia prdem elektrycznym wystpuje nie tylko w przypad- ku bezporedniego kontaktu czowieka z sieci energetyczn 230 V. Porae- nie prdem elektrycznym moe wystpi rwnie na skutek kontaktu z wy- sokonapiciow czci instalacji zaponowej samochodu, gdy stanowisko pra- cy bdzie nieodpowiednio zabezpieczone. W celu wyeliminowania takiego za- groenia, podczas wykonywania napraw obwodw wysokonapiciowych naley sta na gumowym dywaniku, nawet gdy nasze obuwie ma gumow po- deszw. 1.4. Przewody elektryczne stosowane w samochodach Sygnay elektryczne w pojazdach samochodowych s przekazywane midzy in- nymi za porednictwem przewodw elektrycznych. W pocztkowej fazie rozwo- ju motoryzacji, gdy w samochodach wystpowaa niewielka liczba urzdze i ukadw elektrycznych, stosowano zdecentralizowany system sterowania. Cech charakterystyczn takiego systemu byo czenie wszystkich podzespo- w elektrycznych z nadrzdnymi urzdzeniami sterujcymi za pomoc odrb- nych par przewodw (rys. 1.8). W ten sposb byy skonfigurowane gwne ukady elektryczne samochodu, tj.: zasilanie, rozruch, zapon, owietlenie, sy-
  • 13. p009:masz 2011-10-05 12:12 Strona 20 20 Pojcia podstawowe gna dwikowy, wskaniki kontrolne i sygnalizacyjne oraz wycieraczki. W instalacji elektrycznej przedsta- wionej na rys. 1.8 liczba przewodw zaleaa od liczby odbiornikw. Ze wzgldu na znaczne dugoci odcin- kw instalacji elektrycznej, w celu zminimalizowania strat energii elek- trycznej przekrj przewodw - Rys. 1.8. Schemat funkcjonalny konwencjonalnej czcych poszczeglne odbiorniki samochodowej instalacji elektrycznej by niekiedy rwny 2,5 mm2. Aby uatwi monta, przewody instalacji elektrycznej s grupowane w tzw. wizki, czone za pomoc odpowiednich sty- kw. Jeli do wykonania wizki zastosowano przewody o duym przekroju, to wizka jest mao podatna na odksztacenia i moe ulec uszkodzeniu nawet pod- czas montau. Reasumujc, mona stwierdzi, e konwencjonalna instalacja elektryczna nie pozwala na zamontowanie w samochodzie duej liczby ukadw elektrycznych lub elektronicznych. Rozwj mikroelektroniki spowodowa, e praktycznie wszystkie informacje do- tyczce ukadu jezdnego oraz sygnay sterujce prac silnika, a take po- chodzce od podzespow bezpieczestwa pojazdu, s szybkozmiennymi sy- gnaami cyfrowymi, tzn. przyjmuj wartoci logiczne 0 lub 1. Przesy takich sy- gnaw za porednictwem konwencjonalnej instalacji elektrycznej nie byby moliwy ze wzgldu na konieczno stosowania ukadw eliminujcych sprz- enia midzy poszczeglnymi torami przesyowymi, zakcajce transmisj in- formacji w tych torach. Problem transmisji sygnaw cyfrowych w pojazdach samochodowych rozwi- zano, zastpujc zdecentralizowan instalacj elektryczn systemem szerego- wych magistrali cyfrowych, w ktrych podzespoy elektroniczne s tzw. wzami sieci rys. 1.9. Rys. 1.9. Magistralowy szeregowy system transmisji danych System transmisji szeregowej jest stosowany w samochodach do przesya- nia danych midzy sterownikami, ukadami elektronicznymi oraz w radiokomu- nikacji ruchomej. Opis systemu magistral stosowanych w technice samocho- dowej bdzie zamieszczony w tomie drugim niniejszego podrcznika.
  • 14. p009:masz 2011-10-05 12:12 Strona 21 Pytania i zadania 21 1.5. Pytania i zadania 1. Podaj kryterium podziau materiaw ze wzgldu na ich przewodnictwo. 2. Zdefiniuj jednostk natenia prdu elektrycznego. 3. Podaj definicj ampera. 4. Jaka jest istota powstania napicia elektrycznego? Podaj jednostk tego na- picia. 5. Wymie rodzaje jonizacji gazw. 6. Podaj prawo Faradaya. 7. Jakie zastosowanie w przemyle ma elektroliza? 8. Czym si rni pprzewodnik samoistny od niesamoistnego? 9. Jakie domieszki pprzewodnikw nazywamy akceptorowymi, a jakie dono- rowymi? 10. Wymie skutki przepywu prdu elektrycznego. 11. Wyjanij rnic w budowie tradycyjnej i magistralowej instalacji samocho- dowej.
  • 15. Elektryczne i elektroniczne wyposaenie pojazdw samochodowych. Cz 1. Wyposaenie elektryczne i elektromechaniczne Podrcznik dla technikwNiniejsza darmowa publikacja zawiera jedynie fragment penej wersjicaej publikacji.Aby przeczyta ten tytu w penej wersji kliknij tutaj.Niniejsza publikacja moe by kopiowana, oraz dowolnie rozprowadzana tylko i wyczniew formie dostarczonej przez Wydawnictwa WK. Zabronione s jakiekolwiek zmiany wzawartoci publikacji bez pisemnej zgody Wydawnictw WK - wydawcy niniejszej publikacji.Zabrania si jej odsprzeday.Pena wersja niniejszej publikacji jest do nabycia w sklepieinternetowym witmir.pl lub www.wkl.com.pl tel.: 606 629 729