Elektrotechnika, Samochody i motoryzacja, poradniki sam castrol
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Partner konkursu
ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA W POJAZDACH
Prąd stały
(ang.
direct current
, DC) – w odróżnieniu od prądu zmiennego i przemiennego (ang.
alternating current
, AC) – prąd stały charakteryzuje się stałą wartością natężenia oraz kierunkiem
przepływu.
Zaletą prądu stałego jest to, że w przypadku zasilania takim prądem wartość chwilowa dostarczanej
mocy jest stała, co ma duże znaczenie dla wszelkich układów wzmacniania i przetwarzania sygnałów.
Większość półprzewodnikowych układów elektronicznych zasilana jest prądem stałym (a przynajmniej
napięciem stałym). Główną zaletą takiego rozwiązania jest to, że urządzenia zawierające układy elek-
troniczne mogą być zasilane bezpośrednio z przenośnych źródeł energii (baterii lub akumulatorów).
Dla urządzeń, które używane są w pobliżu sieciowej energii elektrycznej stosuje się zasilanie prądem
stałym wytwarzanym przez zasilacze sieciowe. W zasilaczu sieciowe napięcie przemienne jest najpierw
transformowane na odpowiedni poziom napięcia, prostowane za pomocą mostka Graetza oraz iltrow-
ane, tak aby jego ostateczny przebieg był jak najbardziej zbliżony do wartości stałej.
Moc dowolnego odbiornika w układzie prądu stałego jest obliczana jako:
gdzie: P – moc, U – stałe napięcie elektryczne, I – stały prąd elektryczny.
Z powyższego równania wynika zatem, że tę samą moc (a więc i energię) można przesłać przy różnych
wartościach napięcia i prądu. Przepływający prąd stały powoduje powstawanie strat cieplnych w prze-
wodniku, których wartość jest wprost proporcjonalna do kwadratu wartości natężenia prądu. Dlatego
też przy układach o wyższej mocy dąży się do zasilania jak najwyższym napięciem, co prowadzi do
obniżenia wartości natężenia prądu (dla tej samej wymaganej mocy). Niestety,
transformacja
prądu
stałego nie jest możliwa. Obniżenie wartości wymaganego napięcia można wykonać stosunkowo
łatwo (np. za pomocą dzielnika napięcia, lub diody Zenera), niemniej jednak są to metody stratne.
Podwyższenie wartości napięcia praktycznie może być zrealizowane tylko za pomocą uprzedniej
zmiany prądu stałego w przemienny, transformacje prądu przemiennego a następnie przetworzenie
ponownie na prąd stały. Obecnie elektroniczne układy
transformujące
prąd stały (zarówno na wartości
wyższe jak i niższe) osiągają duże sprawności, powyżej 90 %.
Jednym z najpopularniejszych źródeł prądu (napięcia) stałego jest bateria, której napięcie wyjściowe
ma wartość rzędu 1.5 V. W miniaturowych urządzeniach użycie więcej niż 2 (rzadko więcej niż 4) baterii
nie jest możliwe z uwagi na ograniczenia gabarytowe. Dostępne napięcie jest więc rzędu 3 V, co czasa-
mi jest wartością niewystarczającą.
Partner konkursu
Prąd zmienny
–
prąd elektryczny, którego wartość natężenia jest funkcją czasu. Prąd zmienny jest
pojęciem, którym można opisać każdy rodzaj prądu – nawet prąd stały jest bowiem funkcją czasu.
Niemniej jednak przyjmuje się, że wartości chwilowe prądu zmiennego ulegają zmianom. W zależności
od charakteru tych zmian można wyróżnić następujące rodzaje prądu:
•
prąd okresowo zmienny
o prąd tętniący
o prąd przemienny
•
prąd nieokresowy
Wszystkie powyższe pozycje poza ostatnią są przypadkami szczególnymi prądu zmiennego i mają
one swoje specjalne znaczenie w elektrotechnice i elektronice. Prąd zmienny nieokresowy może
reprezentować prąd o dowolnej zmienności w czasie (czarna krzywa na rysunku), lub też prąd
zmieniający się zgodnie z określoną funkcją matematyczną lub zjawiskiem matematycznym. Na
przykład uderzenie pioruna w linię energetyczną powoduje powstanie fali udarowej o określonym
kształcie, która przebiega jednorazowo, nie ma więc zjawiska okresowości.
Rezystancja
(opór) jest miarą oporu czynnego, z jakim element przeciwstawia się przepływowi prądu
elektrycznego.
Zwyczajowo rezystancję oznacza się symbolem R .
Jednostką rezystancji w układzie SI jest om (1
Ω
).
Odwrotność rezystancji to konduktancja, której jednostką jest simens.
Partner konkursu
Dla większości materiałów ich rezystancja nie zależy od natężenia prądu, wówczas natężenie prądu
jest proporcjonalne do przyłożonego napięcia. Zależność ta znana jest jako prawo Ohma:
Rezystancja przewodnika o jednakowym przekroju poprzecznym do kierunku przepływu prądu jest
proporcjonalna do długości przewodnika, odwrotnie proporcjonalna do przekroju i zależy od materiału,
co wyraża wzór:
gdzie
•
L - długość elementu,
•
S - pole przekroju poprzecznego elementu,
•
ρ - rezystywność materiału.
Rezystywność zwana oporem właściwym jest miarą oporu, z jaką dany materiał przeciwstawia się
przepływowi prądu elektrycznego.
Niektóre z materiałów przejawiają specyiczne właściwości ze względu na rezystancję - zobacz: rezys-
tancja ujemna, nadprzewodnictwo.
W obwodach prądu przemiennego natężenie prądu zależy nie tylko do rezystancji lecz także od reak-
tancji elementu. Uogólnieniem i rozwinięciem pojęcia rezystancji w obwodach prądu przemiennego na
elementy, pojemnościowe (kondensator) i indukcyjne (cewka) jest impedancja. Rezystancja jest wówc-
zas częścią rzeczywistą impedancji zespolonej.
Pojemnością elektryczną
odosobnionego przewodnika
nazywamy wielkość izyczna
C
równą
sto-
sunkowi ładunku
q
zgromadzonego na przewodniku do potencjału
przewodnika.
tego
Odosobniony przewodnik
to ciało znajdujące się w tak dużej odległości od innych ciał, że wpływ ich
pola elektrycznego jest pomjalny. Jednostką pojemności elektrycznej jest farad.
Partner konkursu
Pojemność wzajemna
dwóch naładowanych przewodników, zawierających ładunki
q
i
-q
wynosi:
gdzie:
to potencjały tych przewodników.
i
Pojemność wzajemna jest podstawowym parametrem układów elektrycznych gromadzących ładunek
w wyniku różnicy potencjałów w tym i kondensatorów. Określenie
wzajemna
jest zazwyczaj pomjane.
Impedancja
,
moduł impedancji
,
opór całkowity
,
zawada
(oznaczona
Z
) - wielkość opisująca elemen-
ty w obwodach prądu przemiennego.
Impedancja jest rozszerzeniem pojęcia rezystancja z obwodów elektrycznych prądu stałego, umożliwia
rozszerzenie prawa Ohma na obwody prądu przemiennego.
Impedancja
Z
elementu obwodu prądu przemiennego jest deiniowana jako
gdzie:
•
U
r
- napięcie elektryczne,
•
I
r
- natężenie prądu przemiennego.
Jest wypadkową oporu czynnego (rezystancji)
R
i biernego (reaktancji)
X
.
Akumulator kwasowo-ołowiowy
– rodzaj akumulatora elektrycznego, opartego na ogniwach galwan-
icznych zbudowanych z elektrody ołowiowej, elektrody z tlenku ołowiu (IV) (PbO
2
) oraz ok. 37% roztworu
wodnego kwasu siarkowego, spełniającego rolę elektrolitu.
Akumulator ołowiowy został wynaleziony przez francuskiego izyka Gastona Planté w 1859 r.
Mimo wielu jego wad jest to wciąż najbardziej popularny rodzaj akumulatorów elektrycznych.
Występuje w niemal wszystkich samochodach, a także wielu innych pojazdach. Oprócz tego stanowi
często jeden z elementów awaryjnego zasilania budynków, zakładów przemysłowych, szpitali, centrali
telefonicznych i polowych systemów oświetleniowych.
Partner konkursu
Typowy akumulator samochodowy jest zbudowany z 6 ogniw ołowiowo-kwasowych połączonych sz-
eregowo. Każde ogniwo generuje siłę elektromotoryczną równą 2,1
V
. Cały akumulator generuje zatem
napięcie znamionowe równe 12,6 V.
Pojedyncze ogniwo składa się z:
•
anody wykonanej z metalicznego ołowiu - (-) - w trakcie poboru prądu i (+) w trakcie
ładowania
•
katody wykonanej z PbO
2
- (+) - w trakcie poboru prądu i (-) w trakcie ładowania
•
elektrolitu - którym jest wodny, ok. 37% roztwór kwasu siarkowego z rozmaitymi dodatkami
W ogniwie tym, w trakcie poboru prądu zachodzą następujące reakcje chemiczne na elektrodach:
anoda - utlenianie katoda - redukcja W trakcie ładowania zachodzą dokładnie takie same reakcje, tyle że
w drugą stronę.
Jak widać na obu elektrodach w trakcie poboru prądu wydziela się siarczan ołowiu (IV) (PbSO
4
). Stan
całkowitego rozładowania akumulatora polega na całkowitym przekształceniu obu elektrod w stały siarc-
zan ołowiu i jest nieodwracalny. W praktyce zapobiega się tzw. zasiarczeniu elektrod stosując specjalną
ich konstrukcję, która utrudnia osadzanie się na ich powierzchni nieprzenikalnej warstwy kryształów
siarczanu ołowiu. Akumulatory samochodowe nie są jednak generalnie zaprojektowane do częstego
całkowitego rozładowania, lecz raczej do funkcjonowania w stanie całkowitego naładowania. Każde
rozładowanie akumulatora samochodowego skutkuje trwałym obniżeniem jego sprawności.
Z drugiej strony - przeładowanie akumulatora skutkuje wydzieleniem dużych ilości wodoru (tzw. zago-
towaniem). Wodór w połączeniu z powietrzem tworzy mieszankę wybuchową, która może eksplodować
pod wpływem iskry elektrycznej. Stąd ładowanie akumulatorów należy przeprowadzać w dobrze wenty-
lowanych wnętrzach lub na otwartym terenie.
Akumulatory tzw. “bezoobsługowe” i “żelowe”
Wadą akumulatorów ołowiowych jest ryzyko wycieku z nich kwasu siarkowego oraz parowanie wody
powodujące zbyt duże jego stężenie w elektrolicie. Oba kłopoty rozwiązuje się stosując albo bardzo
szczelne, nierozbieralne obudowy i/lub stosując elektrolity żelowe. Elektrolity żelowe są nadal wodnymi
roztworami kwasu siarkowego, jednak dodaje się do nich środka żelującego (np: żywice silikonowe),
który jednocześnie zapobiega parowaniu wody i wyciekom. Oba typy akumulatorów - uszczelnione
i żelowe nazywa się “bezobsługowymi” - gdyż w zasadzie nie wymagają one kontrolowania składu
i ilości elektrolitu.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl upanicza.keep.pl
Partner konkursu
ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA W POJAZDACH
Prąd stały
(ang.
direct current
, DC) – w odróżnieniu od prądu zmiennego i przemiennego (ang.
alternating current
, AC) – prąd stały charakteryzuje się stałą wartością natężenia oraz kierunkiem
przepływu.
Zaletą prądu stałego jest to, że w przypadku zasilania takim prądem wartość chwilowa dostarczanej
mocy jest stała, co ma duże znaczenie dla wszelkich układów wzmacniania i przetwarzania sygnałów.
Większość półprzewodnikowych układów elektronicznych zasilana jest prądem stałym (a przynajmniej
napięciem stałym). Główną zaletą takiego rozwiązania jest to, że urządzenia zawierające układy elek-
troniczne mogą być zasilane bezpośrednio z przenośnych źródeł energii (baterii lub akumulatorów).
Dla urządzeń, które używane są w pobliżu sieciowej energii elektrycznej stosuje się zasilanie prądem
stałym wytwarzanym przez zasilacze sieciowe. W zasilaczu sieciowe napięcie przemienne jest najpierw
transformowane na odpowiedni poziom napięcia, prostowane za pomocą mostka Graetza oraz iltrow-
ane, tak aby jego ostateczny przebieg był jak najbardziej zbliżony do wartości stałej.
Moc dowolnego odbiornika w układzie prądu stałego jest obliczana jako:
gdzie: P – moc, U – stałe napięcie elektryczne, I – stały prąd elektryczny.
Z powyższego równania wynika zatem, że tę samą moc (a więc i energię) można przesłać przy różnych
wartościach napięcia i prądu. Przepływający prąd stały powoduje powstawanie strat cieplnych w prze-
wodniku, których wartość jest wprost proporcjonalna do kwadratu wartości natężenia prądu. Dlatego
też przy układach o wyższej mocy dąży się do zasilania jak najwyższym napięciem, co prowadzi do
obniżenia wartości natężenia prądu (dla tej samej wymaganej mocy). Niestety,
transformacja
prądu
stałego nie jest możliwa. Obniżenie wartości wymaganego napięcia można wykonać stosunkowo
łatwo (np. za pomocą dzielnika napięcia, lub diody Zenera), niemniej jednak są to metody stratne.
Podwyższenie wartości napięcia praktycznie może być zrealizowane tylko za pomocą uprzedniej
zmiany prądu stałego w przemienny, transformacje prądu przemiennego a następnie przetworzenie
ponownie na prąd stały. Obecnie elektroniczne układy
transformujące
prąd stały (zarówno na wartości
wyższe jak i niższe) osiągają duże sprawności, powyżej 90 %.
Jednym z najpopularniejszych źródeł prądu (napięcia) stałego jest bateria, której napięcie wyjściowe
ma wartość rzędu 1.5 V. W miniaturowych urządzeniach użycie więcej niż 2 (rzadko więcej niż 4) baterii
nie jest możliwe z uwagi na ograniczenia gabarytowe. Dostępne napięcie jest więc rzędu 3 V, co czasa-
mi jest wartością niewystarczającą.
Partner konkursu
Prąd zmienny
–
prąd elektryczny, którego wartość natężenia jest funkcją czasu. Prąd zmienny jest
pojęciem, którym można opisać każdy rodzaj prądu – nawet prąd stały jest bowiem funkcją czasu.
Niemniej jednak przyjmuje się, że wartości chwilowe prądu zmiennego ulegają zmianom. W zależności
od charakteru tych zmian można wyróżnić następujące rodzaje prądu:
•
prąd okresowo zmienny
o prąd tętniący
o prąd przemienny
•
prąd nieokresowy
Wszystkie powyższe pozycje poza ostatnią są przypadkami szczególnymi prądu zmiennego i mają
one swoje specjalne znaczenie w elektrotechnice i elektronice. Prąd zmienny nieokresowy może
reprezentować prąd o dowolnej zmienności w czasie (czarna krzywa na rysunku), lub też prąd
zmieniający się zgodnie z określoną funkcją matematyczną lub zjawiskiem matematycznym. Na
przykład uderzenie pioruna w linię energetyczną powoduje powstanie fali udarowej o określonym
kształcie, która przebiega jednorazowo, nie ma więc zjawiska okresowości.
Rezystancja
(opór) jest miarą oporu czynnego, z jakim element przeciwstawia się przepływowi prądu
elektrycznego.
Zwyczajowo rezystancję oznacza się symbolem R .
Jednostką rezystancji w układzie SI jest om (1
Ω
).
Odwrotność rezystancji to konduktancja, której jednostką jest simens.
Partner konkursu
Dla większości materiałów ich rezystancja nie zależy od natężenia prądu, wówczas natężenie prądu
jest proporcjonalne do przyłożonego napięcia. Zależność ta znana jest jako prawo Ohma:
Rezystancja przewodnika o jednakowym przekroju poprzecznym do kierunku przepływu prądu jest
proporcjonalna do długości przewodnika, odwrotnie proporcjonalna do przekroju i zależy od materiału,
co wyraża wzór:
gdzie
•
L - długość elementu,
•
S - pole przekroju poprzecznego elementu,
•
ρ - rezystywność materiału.
Rezystywność zwana oporem właściwym jest miarą oporu, z jaką dany materiał przeciwstawia się
przepływowi prądu elektrycznego.
Niektóre z materiałów przejawiają specyiczne właściwości ze względu na rezystancję - zobacz: rezys-
tancja ujemna, nadprzewodnictwo.
W obwodach prądu przemiennego natężenie prądu zależy nie tylko do rezystancji lecz także od reak-
tancji elementu. Uogólnieniem i rozwinięciem pojęcia rezystancji w obwodach prądu przemiennego na
elementy, pojemnościowe (kondensator) i indukcyjne (cewka) jest impedancja. Rezystancja jest wówc-
zas częścią rzeczywistą impedancji zespolonej.
Pojemnością elektryczną
odosobnionego przewodnika
nazywamy wielkość izyczna
C
równą
sto-
sunkowi ładunku
q
zgromadzonego na przewodniku do potencjału
przewodnika.
tego
Odosobniony przewodnik
to ciało znajdujące się w tak dużej odległości od innych ciał, że wpływ ich
pola elektrycznego jest pomjalny. Jednostką pojemności elektrycznej jest farad.
Partner konkursu
Pojemność wzajemna
dwóch naładowanych przewodników, zawierających ładunki
q
i
-q
wynosi:
gdzie:
to potencjały tych przewodników.
i
Pojemność wzajemna jest podstawowym parametrem układów elektrycznych gromadzących ładunek
w wyniku różnicy potencjałów w tym i kondensatorów. Określenie
wzajemna
jest zazwyczaj pomjane.
Impedancja
,
moduł impedancji
,
opór całkowity
,
zawada
(oznaczona
Z
) - wielkość opisująca elemen-
ty w obwodach prądu przemiennego.
Impedancja jest rozszerzeniem pojęcia rezystancja z obwodów elektrycznych prądu stałego, umożliwia
rozszerzenie prawa Ohma na obwody prądu przemiennego.
Impedancja
Z
elementu obwodu prądu przemiennego jest deiniowana jako
gdzie:
•
U
r
- napięcie elektryczne,
•
I
r
- natężenie prądu przemiennego.
Jest wypadkową oporu czynnego (rezystancji)
R
i biernego (reaktancji)
X
.
Akumulator kwasowo-ołowiowy
– rodzaj akumulatora elektrycznego, opartego na ogniwach galwan-
icznych zbudowanych z elektrody ołowiowej, elektrody z tlenku ołowiu (IV) (PbO
2
) oraz ok. 37% roztworu
wodnego kwasu siarkowego, spełniającego rolę elektrolitu.
Akumulator ołowiowy został wynaleziony przez francuskiego izyka Gastona Planté w 1859 r.
Mimo wielu jego wad jest to wciąż najbardziej popularny rodzaj akumulatorów elektrycznych.
Występuje w niemal wszystkich samochodach, a także wielu innych pojazdach. Oprócz tego stanowi
często jeden z elementów awaryjnego zasilania budynków, zakładów przemysłowych, szpitali, centrali
telefonicznych i polowych systemów oświetleniowych.
Partner konkursu
Typowy akumulator samochodowy jest zbudowany z 6 ogniw ołowiowo-kwasowych połączonych sz-
eregowo. Każde ogniwo generuje siłę elektromotoryczną równą 2,1
V
. Cały akumulator generuje zatem
napięcie znamionowe równe 12,6 V.
Pojedyncze ogniwo składa się z:
•
anody wykonanej z metalicznego ołowiu - (-) - w trakcie poboru prądu i (+) w trakcie
ładowania
•
katody wykonanej z PbO
2
- (+) - w trakcie poboru prądu i (-) w trakcie ładowania
•
elektrolitu - którym jest wodny, ok. 37% roztwór kwasu siarkowego z rozmaitymi dodatkami
W ogniwie tym, w trakcie poboru prądu zachodzą następujące reakcje chemiczne na elektrodach:
anoda - utlenianie katoda - redukcja W trakcie ładowania zachodzą dokładnie takie same reakcje, tyle że
w drugą stronę.
Jak widać na obu elektrodach w trakcie poboru prądu wydziela się siarczan ołowiu (IV) (PbSO
4
). Stan
całkowitego rozładowania akumulatora polega na całkowitym przekształceniu obu elektrod w stały siarc-
zan ołowiu i jest nieodwracalny. W praktyce zapobiega się tzw. zasiarczeniu elektrod stosując specjalną
ich konstrukcję, która utrudnia osadzanie się na ich powierzchni nieprzenikalnej warstwy kryształów
siarczanu ołowiu. Akumulatory samochodowe nie są jednak generalnie zaprojektowane do częstego
całkowitego rozładowania, lecz raczej do funkcjonowania w stanie całkowitego naładowania. Każde
rozładowanie akumulatora samochodowego skutkuje trwałym obniżeniem jego sprawności.
Z drugiej strony - przeładowanie akumulatora skutkuje wydzieleniem dużych ilości wodoru (tzw. zago-
towaniem). Wodór w połączeniu z powietrzem tworzy mieszankę wybuchową, która może eksplodować
pod wpływem iskry elektrycznej. Stąd ładowanie akumulatorów należy przeprowadzać w dobrze wenty-
lowanych wnętrzach lub na otwartym terenie.
Akumulatory tzw. “bezoobsługowe” i “żelowe”
Wadą akumulatorów ołowiowych jest ryzyko wycieku z nich kwasu siarkowego oraz parowanie wody
powodujące zbyt duże jego stężenie w elektrolicie. Oba kłopoty rozwiązuje się stosując albo bardzo
szczelne, nierozbieralne obudowy i/lub stosując elektrolity żelowe. Elektrolity żelowe są nadal wodnymi
roztworami kwasu siarkowego, jednak dodaje się do nich środka żelującego (np: żywice silikonowe),
który jednocześnie zapobiega parowaniu wody i wyciekom. Oba typy akumulatorów - uszczelnione
i żelowe nazywa się “bezobsługowymi” - gdyż w zasadzie nie wymagają one kontrolowania składu
i ilości elektrolitu.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]