introduktion till fordonselektronik...

© Copyright 2007 Börje Norlin

1

Elektriska och elektroniska fordonskomponenter

Introduktion till fordonselektronik ET054G

Föreläsning 3


2

Introduktion till fordonselektronik

Att använda el

I Sverige Fas: svart Nolla: blå Jord: gröngul

Varför en jordkabel?


3


Jordning och säkringar


4


Tändstift • Resistansen för luft • Ljusbåge eller gnista

– När ström går i luften joniseras luften och blir ledande – Tändgnista

• Men hur kan tändspolen ge hög spänning till tändstiften?


5


Magnetfält runt ledare • Elektroner som rör sig ger ett

magnetfält

• ”Högerhandsregeln”


6


Strömslinga • Magnetfältet blir riktat


7


Spole • Varje varv ger lika mycket bidrag till magnetfältet


8


Elektromagnet • En järnkärna i spolen förstärker magnetfältet 1000 gg

– Atomerna i järnet känner magnetfältet och ”rättar in sig i ledet”


9


Induktion • Induktansen L (mäts i Henry H)

– Spänningens storlek beror av hur fort strömmen i spolen ändras

• Spolen är strömtrög – Ström genom en spole bygger upp ett magnetfält som inducerar

spänning för att motverka strömändringen – Naturen vill behålla balansen, det kostar energi att ändra magnetfältet

• Vad händer om man bryter kretsen? Jo, spolen ÖKAR spänningen för att försöka behålla samma ström!!

– Teoretiskt blir spänningen oändligt stor, praktiskt blir den ca 1000 V Mäter man blir den mycket mindre

– Så fungerar tändspolen, och gnistsändaren

( ) s) / ing(strömändr⋅= Ltu


10


Gnistsändare

Ur Tillämpad Ellära, Arnö Sikö


11


Växelström/spänning

• Tidsberoende variabler skrivs med gemener, t.ex u(t) och i(t)


12


Sinusvågens period

• Avläsning av en period


13


Sinusvåg • Toppvärde û (Volt) • Period T (sekund) • Frekvens f=T-1 (Hertz) • Vinkelfrekvens ω=2πf

(också Hertz, men egentligen radianer per sekund)

– 180 grader är π radianer eller en halv period


14


Sinusvåg • Fasvinkel ϕ

– Fasförskjutning mellan två signaler

– Mäts i andel av period, t.ex grader

– ”Motfas” är 180 grader eller en halv periods förskjutning

180 °


15


Sinusvåg över resistor • Spänning • Strömmen genom resistans bestäms av Ohms lag även

för växelspänning, dvs

• Det kan vi skriva som

• Strömmen i fas med spänningen då ϕu är lika för både ström och spänning

( ) ( )ϕω += tutu sinˆ

( ) ( ) ( )ϕω +== tRu

Rtuti sin

ˆ

( ) ( )ϕω += titi sinˆ


16


Medelvärde • Medelvärdet av en växelspänning är ”mittvärdet” av

några mätningar med en väldigt snabb multimeter. • Medelvärdet kan räknas fram som ytan under vågen.

Ytan beror inte på hur snabba perioderna är. (Världen under noll ger negativ yta)

• Medelvärde kan mätas med en voltmeter inställd på DC.


17


Exempel 1 medelvärde • Medelvärde av en fyrkantsvåg

– Amplitud 2 V och period 2 s – 1:a halvan av kurvan ger +2 till ytan – 2:a halvan av kurvan ger -2 till ytan

• Hela ytan är 2 + (-2) = 0 • Spänningens medelvärde är

ytan delat i tiden 2 sekunder 0/2 = 0 V

Tid (s)

u (V)

2

2

0


18


Exempel 2 medelvärde • Medelvärde av en fyrkantsvåg

– Amplitud +3 V till -1V och period 2 s – 1:a halvan av kurvan ger +3 till ytan – 2:a halvan av kurvan ger -1 till ytan

• Hela ytan är 3 + (-1) = 2 • Spänningens medelvärde är

ytan delat i tiden 2 sekunder 2/2 = 1 V

Tid (s)

u (V)

3

2

0 -1


19


Effektivvärde • Frågeställning:

En likspänning U ger upphov till en effekt P i en resistor R. Vilken växelspänning u(t) över samma resistor ger samma effekt?

• För växelspänningen gäller momentant att

• Vi skulle vilja räkna på en medeleffekt P – Hitta på en spänning U och en ström I så att

• P = UI, P = U2/R, P = I2R

( ) ( ) ( ) ( ) ( )ϕωϕω +⋅+=⋅= titutitutp sinˆsinˆ


20


Exempel effektivvärde fyrkantvåg • Effekten är alltid positiv

– När spänningen byter riktning så byter strömmen också riktning

– Effekten P=UI blir alltid positiv

• Effektivvärde av en fyrkantvåg – Amplitud 2 V och period 2 s och

resistans R = 1 Ω – Både negativ och positiv

spänning ger samma positiva bidrag.

• Den här växelspänningen ger samma effekt som en likspänning på 2 V skulle ge

– Teckenbytet påverkar inte vilken effekt man får

Tid (s)

u (V) 2

2

0

u⋅i (W) 4


21


Effektivvärde • Effektivvärde är en stöm och spänning som för en given vågform

ger en viss effekt. P=UeIe • För sinusvåg med gäller att

2

ˆoch

2ˆ iIuU ee ==


22


Effektivvärde andra vågformer • Effektivvärdet beror på ytan under vågen, det förändras alltså om

vågformen ändras

3

ˆ och

3ˆ iIuU ee ==iIuU ee

ˆ och ˆ ==


23


Effektivvärde • Effektivvärde kan mätas med en voltmeter inställd på

AC. (förenklat påstående) – Medelvärdet antas vara noll – De flesta multimetrar förutsätter att man mäter sinusvåg, man mäter

toppvärdet och delar med √2 – Vissa moderna multimetrar har en mikroprocessor som känner igen

vågformen och dividerar toppvärdet med rätt faktor – Vissa dyra äldre multimetrar mätte temperaturen på en resistor, då fick

man alltid rätt värde oavsett vågform


24


Medelvärde och effektivvärde • Om vågformen har en offset, dvs inte har

medelvärdet noll • Egentligen har man både en likspänning och en

växelspänning • Man kan inte bara addera spänningar, eftersom

effekten beror på P = U2/R, men man kan räkna så här

• Ni får prova på under labb 2

22acdcRMS UUU +=


25

Signal genarator

Elektriska och elektroniska fordonskomponenter

• Tillverkar en repeterbar vågform eller signal • Kan ställa in amplitud, frekvens och offset • Digitala generatorer kan även skicka digitala signaler efter vissa standarder, t.ex. RS232 koder (seriella porten på datorn) • Kan användas till att kolla om komponenter fungerar som dom ska. T.ex. lågpass och hög pass filter

introduktion till fordonselektronik...

Documents